CC BY
13
ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЕАКТИВНЫХ СДВИГОВ КАТЕХОЛАМИНОВ В СПИННОМ МОЗГЕ ПРИ ОСТРОЙ СОМАТИЧЕСКОЙ БОЛИ
(экспериментальное исследование)
В. Г. Овсянников, А. В. Каплиев
Ростовский государственный медицинский университет
Age-Related Features of Reactive Catecholamine Shifts in the Spinal Cord in Acute Somatic Pain: Experimental Study
V. G. Ovsyannikov, A. V. Kapliyev
Rostov State Medical University, Rostov-on-Don
Цель исследования. Изучить возрастные особенности адренергической реакции ЦНС на острую соматическую боль (ОСБ). Материалы и методы. Исследовали содержание адреналина (А), норадреналина (НА) и дофамина (ДА) в спинном мозге (СМ) самцов белых крыс пяти возрастных групп: новорожденных (2—4-дневных), прозревших (17— 18-дневных), месячных, половозрелых (3—4 месячных) и старых (старше 2-х лет). ОСБ воспроизводили методом электрокожной стимуляции корня хвоста крысы; содержание катехоламинов (КА) в СМ контрольных и опытных животных исследовали спектрофлюорометрическим микрометодом. Результаты. Выявлен фазный характер физиологической динамики спинальной концентрации КА у крыс в ходе постнатального онтогенеза: снижение высокого «не-онатального» уровня (за счет ДА) к периоду прозревания; прогрессивный рост к препубертатному возрасту (за счет НА) и у половозрелых животных (за счет А и ДА) и редукция всех фракций КА у старых крыс. У новорожденных и старых животных ОСБ сопровождалась ростом концентрации КА в СМ, у старых с резко выраженными реактивными сдвигами всех фракций. У прозревших крыс с ОСБ при росте А и ДА концентрация НА в СМ снижалась вдвое; сумма КА не изменялась относительно контроля. У самцов препубертатного и половозрелого возраста при боли регистрировалась редукция спинального пула КА, но за счет разных составляющих: у 35-дневных — А и НА; у 3—4 месячных — А и ДА. Заключение. Возрастные изменения структуры спинальной КА-реакции у крыс с ОСБ выявляют онтогенетическую направленность развития адренореактивности от «незрелых» генерализованных форм раннего постнатального периода к «дефинитивным» дифференцированным экономичным реакциям гипо-нормэргического типа и далее к гиперэргическим «деструктивным» реакциям старческого возраста. Ключевые слова: катехоламины, боль, спинной мозг, онтогенез.
Objective: to study the age-related features of an adrenergic response of the central nervous system to acute somatic pain (ASP). Subjects and methods: The spinal cord (SC) levels of adrenaline (A), noradrenaline (NA), and dopamine (DA) were studied in albino male rats of five age groups: 1) neonatal (2—4-day) rats; 2) 17—18-day rats that began to see; 3) monthly rats; 4) sexually mature (3—4 month) ones; and 5) old ones aged over 2 years. ASP was reproduced by electrodermal stimulation of the rat tail; the levels of catecholamines (CA) were measured by spectrofluorimetric microassay. Results. During postnatal ontogenesis, the rats were found to have a phase pattern of physiological changes in the spinal concentrations of CA: a decrease in their high neonatal levels (due to DA) by the time the animals began to see; their progressive increase by prepuberty (due to NA) and in sexually maturity (due to A and DA), and a reduction in all CA fractions in old rats. ASP was attended by a rise in the SC concentration of CA in the neonatal animals and by clearly-cut reactive shifts in all fractions in the old ones. With A and DA increases, the SC concentrations of NA halved in the rats that began to see and had ASP; the amount of CA remained unchanged as compared with the controls. In prepubertal and sexually mature male rats, there was a reduction in the spinal CA pool, but due to different components: to A and NA in 35-day rats and to A and DA in 3-month ones. Conclusion. Age-related changes in the pattern of a spinal CA response in rats with ASP show a ontogenetic trend in the development of adrenal responsiveness from the immature generalized forms of an early postnatal period to the definitive differentiated economic reactions of the hypo-to-normergic type and then to the hyperergic destructive reactions of old age. Key words: catecholamines, pain, spinal cord, ontogenesis.
Спинной мозг, являясь первой релейной «станцией» болевой импульсации, принимает участие в механизмах трансмиссии болевого сигнала, модуляции но-цицептивного потока в системе воротного контроля и формирования двигательного компонента болевых реакций. Важная роль в этих процессах принадлежит ад-
ренергической нейромедиаторной системе [1, 2]. До настоящего времени остаются недостаточно изученными процессы онтогенетического становления центральных катехоламинергических механизмов ноци- и антиноци-цепции. Конкретизация этих закономерностей важна как для общей теории патогенеза боли, так и для реше-
флюоресценции стандартных и опытных образцов измеряли на спектроф-люорометре MPF — 4 фирмы «Hitachi».
Статистическую обработку результатов исследования проводили с использованием i-критерия Стьюден-та-Фишера при помощи программы «Stadia». Статистически достоверными считали отличия, соответствующие уровню значимости р<0,05.
Результаты и обсуждение
Рис. 1. Возрастные изменения катехоламинов в спинном мозге интактных самцов крыс.
По оси абсцисс: возраст; по оси ординат: концентрация катехоламинов нг/мг сырой ткани мозга.
ния одной из самых важных и актуальных проблем медицины — возрастной анестезиологии. В арсенале современной анестезиологической практики имеется много способов воздействия на многоуровневую систему боли, в том числе и на ее спинальный компонент, что лежит в основе широко распространенного метода эпи-дуральной анестезии. При разработке схем данного вида обезболивания часто используются агонисты а2-ад-ренорецепторов [3]. Поэтому изучение роли спинальных адренергических механизмов в ноци- и ан-тиноцицепции является весьма актуальным.
Материалы и методы
Работа выполнена на 100 беспородных самцах белых крыс 5 возрастных групп (2—4-х дневных, 17—18-ти дневных, 30—35-ти дневных, половозрелых — 3—4-х месячных и старых — старше 2-х лет) по 20 животных в каждой. В соответствии с целью работы проведено 2 серии исследований: контрольная и с моделированием острой соматической боли (ОСБ). Данные возрастные группы формировались в соответствии с физиологическими критериями периодизации постнатального онтогенеза: 1—7-е сутки — период новорожденности; 16—18-е сутки — период прозревания и усиления ориентировочно-двигательной активности; конец 1-го — начало 2-го месяца жизни — ранний препубертатный период; 3—4-й месяц — зрелый репродуктивный период; старше 2-х лет — период старости. Все экспериментальные животные рождались и росли в стационарных условиях вивария в режиме естественной освещенности и вскармливания.
Для моделирования ОСБ использовали метод электрокожной стимуляции рецепторной зоны корня хвоста крысы прямоугольным импульсным током (частота — 60 Гц, амплитуда — 20—40 В, время воздействия — 2 минуты; длительность импульса — 0,05 секунды, задержка импульса — 0,5 секунды). Интенсивность болевого раздражения оценивали по характеру поведенческих и вегетативных реакций животного [4]. Через 2 минуты после электростимуляции крыс декапитировали и извлекали спинной мозг для дальнейшего биохимического анализа адреналина (А), норадреналина (НА) и дофамина (ДА) высокочувствительным флюорометрическим микрометодом определения в нервной ткани моноаминов [5]. Интенсивность
В спинном мозге 2—4-х дневных самцов крыс выявлено высокое содержание катехоламинов (КА), основную долю которого составлял ДА (78,5%). У 17—18-дневных животных, при практически полной редукции А и тенденции к росту НА, концентрация ДА в спинном мозге уменьшалась втрое, а сумма КА (ЖА) — в 2 раза по сравнению с периодом новорожденности. К месячному возрасту суммарное содержание КА в спинном мозге самцов крыс вновь увеличивалось на 50% относительно периода прозревания, в основном, за счет А и НА. В КА-спектре спинного мозга 35-дневных крыс доминировал НА-компонент. У половозрелых самцов крыс ЖА в спинном мозге была на 26% выше, чем у месячных животных; концентрация А и ДА увеличивалась, соответственно, в 8,13 и 1,8 раза, а НА обнаруживала тенденцию к снижению. В КА-спектре спинного мозга взрослых самцов доминировала фракция ДА, процентная доля которого в общей сумме КА составляла 60%. У старых крыс отмечалось достоверное снижение в спинном мозге всех КА: А — в 9,3, НА — в 3,7, ДА — в 2,8 раза. Спинальный пул КА у старых животных был меньше, чем у животных других возрастных групп; в нем доминировала ДА-фракция, процентное содержание которой достигало 71%. Возрастная динамика изменений спинального пула КА представлена на рис. 1.
Реактивные изменения в спинном мозге крыс разного возраста при острой соматической боли имели неоднозначный характер (см. таблицу). У новорожденных крыс ОСБ сопровождалась достоверным ростом НА и ДА в спинном мозге, соответственно, в 2 и 1,4 раза; общая концентрация КА увеличивалась на 56%. У 18-дневных животных при болевом воздействии, на фоне достоверного гиперА-ДА-сдвига в спинном мозге, вдвое снижалась концентрация НА, при этом 2КА не отличалась от соответствующего уровня в контроле. У 35-дневных самцов боль сопровождалась выраженной редукцией спинального пула КА за счет А и НА, концентрация ДА не изменялась по сравнению с контролем; снижение 2КА составляло 35%. У половозрелых крыс, как и у животных препубертатного возраста, при боли отмечалось снижение 2КА в спинном мозге, за счет А и ДА, тогда как концентрация НА практически
Изменения отдельных фракций катехоламинов в спинном мозге крыс разного возраста при острой соматической боли
Возраст Группа Катехоламины (нг/мг)
А НА ДА £ка
2—4 дневные контроль 0,034±0,011 0,24±0,045 0,99±0,08 1,26±0,11
боль 0,040±0,006 0,50±0,021* 1,42±0,07* 1,96±0,10*
17—18 дневные контроль 0,006±0,0017# 0,33±0,03 0,33±0,03# 0,67±0,07#
боль 0,018±0,004* 0,16±0,03* 0,53±0,06* 0,71±0,06
35 дневные контроль 0,016±0,006 0,55±0,04# 0,42±0,04 0,99±0,08#
боль 0,003±0,002* 0,16±0,02* 0,48±0,04 0,64±0,05*
3—4 мес. контроль 0,13±0,02# 0,37±0,09 0,75±0,11# 1,25±0,07#
боль 0,03±0,01* 0,43±0,04 0,5±0,04* 0,96±0,06*
Старше 2 лет контроль 0,014±0,007# 0,10±0,04# 0,27±0,08# 0,38±0,04#
боль 0,044±0,013* 0,30±0,04* 0,8±0,1* 1,14±0,08*
Примечание. * — различия достоверны по сравнению с контролем соответствующей возрастной группы (р<0,05); # — различия достоверны по сравнению с предыдущим возрастным периодом (р<0,05).
Рис. 2. Реактивные сдвиги КА в спинном мозге крыс разного возраста при острой соматической боли.
не отличалась от контрольного уровня. У старых животных ноцицептивное воздействие вызывало генерализованное 3-х кратное повышение спинальной концентрации всех фракций КА. У животных всех возрастных групп, кроме 3—4-месячных самцов при боли в КА-спектре спинного мозга усиливался ДА-компо-нент, составляя 70—79%. В КА-спектре спинного мозга молодых половозрелых самцов с ОСБ процентная доля ДА уменьшалась с 60 до 52%.
Известно, что возрастные изменения адренореак-тивности связаны с онтогенетическими закономерностями развития нервной системы и лежащими в их основе морфогенетическими и биохимическими механизмами. Выявленные в наших исследованиях фазные изменения спинального пула КА у крыс в ходе постнатального онтогенеза отражают основной принцип стадийности развития биологических систем с чередованием ростовых, дифференцировочных и инволюционных процессов.
Согласно литературным данным, высокий уровень КА в спинном мозге новорожденных крыс может быть следствием, с одной стороны, эндокринной активности растущих нейронов, секретирующих ДА в экстрацеллю-лярное пространство и спинномозговую жидкость, с другой — несостоятельности гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), что способствует свободному проникновению ад-реномедуллярных КА в нервные структуры [6]. Эти же механизмы могут участвовать в формировании гиперКА-сдвига у новорожденных животных при ОСБ (рис. 2, А).
Снижение спинальной концентрации КА у ин-тактных животных в период прозревания связано, вероятно, с «закрытием» ГЭБ. Регистрируемый гиперДА-эр-гический сдвиг в спинном мозге 18-дневных крыс с ОСБ (рис. 2, А) может обеспечиваться «корпоративным» синтезом ДА развивающимися нейронами, экспрессирую-щими один из ферментов катехоламиногенеза ^-тиро-зингидроксилазу или декарбоксилазу ароматических L-аминокислот). Установлено, что в раннем постнаталь-ном периоде при экстремальных ситуациях количество моноферментных нейронов в мозге значительно возрастает [7, 8]. Снижение НА в этих условиях является следствием недостаточности его синтеза в результате незрелости ДА-^-гидроксилазной ферментативной системы.
В основе прогрессивного роста спинального пула КА у интактных животных препубертатного и половозрелого возраста лежат процессы цитодифференци-ровки стволовых ядер НА- и ДА-эргических нейронов, с формированием их нисходящих проекций и повышением активности ферментативных систем нейрональ-ного синтеза КА, прежде всего ДА-/3-гидроксилазы [9]. Спинальная адренергическая реакция на боль у животных этих возрастных групп развивается по гипоэр-гическому типу с «минимизацией» А- и НА-компонен-тов у 35-дневных самцов и А- и ДА-компонентов у 3—4-месячных (рис. 2, А и Б). Учитывая важную роль НА-эргических механизмов в нисходящем контроле ноцицептивного потока на сегментарном уровне, можно полагать, что снижение спинальной концентрации НА при боли у 18-дневных и месячных крыс свидетельствует о низкой эффективности этого механизма у животных раннего возраста. Напротив, усиление НА-компонента в КА-спектре спинного мозга 3—4-месячных крыс с ОСБ подтверждает высокий уровень анти-ноцицептивной защиты у зрелых животных.
Снижение фонового уровня КА в СМ крыс в старческом возрасте связано с деструктивными процессами гибели нейронов, с функциональными изменениями в аппарате синаптической передачи (ослаблением аксо-плазматического тока, обратного захвата медиаторов,
Литература
1. Овсянников В. Г. Очерки патофизиологии боли. Ростов-на-Дону: Изд.-во РГМУ; 2003.
2. Калюжный Л. В. Физиологические механизмы регуляции болевой чувствительности. М.: Медицина; 1984.
3. Беляков В. А, Соловьев И. К. Ненаркотические анальгетики. Нижний Новгород: Нижегородская ярмарка; 2001.
4. Васильев Ю. Н, Игнатов Ю. Д, Качан А. Г., Богданов Н. Н. Анальге-тический эффект акупунктуры у крыс в свободном поведении и его изменение под влиянием морфина и налоксона. Бюл. эксперим.би-ологии и медицины 1979; 11: 566—569.
5. Shlunph M, Lichensteiger W, Langemann H. et al. A fluorometric micromeithod for the simultaneous determination of serotonin, noradrenaline and dopamine in mieligram amounts of brain tissue. Biochem. Pharmacol. 1974; 23 (17): 2437—2446.
6. Угрюмов М. В. Мозг в роли эндокринной железы во взрослом и развивающемся организме. Рос. физиологический журн. им. И. М. Сеченова 2004; 90 (5): 625—637.
уменьшением количества рецепторов), с рассогласованием активности ферментативных систем, участвующих в синтезе и распаде КА [10, 11]. Адренергическая реакция на ОСБ у старых животных характеризуется высокой амплитудой реактивных сдвигов всех фракций КА (рис. 2, Б), что является следствием вышеназванных деструктивных изменений в ЦНС и отражает свойственный данному возрасту «экзальтационный» тип нервной деятельности.
Заключение
Возрастные изменения структуры спинальной ад-ренергической реакции на ОСБ выявляют, на наш взгляд, разный уровень сенсомоторной интеграции в но-цицептивной системе на отдельных этапах постнаталь-ного онтогенеза. Высокая эффективность этих процессов у молодых животных обеспечивает экономизацию и качественную дифференциацию адренореактивных сдвигов при боли. Слабость интегративных процессов в ЦНС у животных в раннем постнатальном периоде и старческом возрасте способствует формированию генерализованных гиперКА-эргических реакций, которые могут явиться нейрохимическим субстратом возникновения генераторов патологически усиленного возбуждения при развитии болевых синдромов [12].
7. Balans I. S., Ugrumov M. V., Calas A. et al. Tyrosine hydroxylase and/or aromatic L-aminoacid decarboxylase-expressing neurons in the mediobasal hypothalamus of perinatal rats. Differentiation and sexual dimorphism. J. comp. neurol. 2000; 425: 167—176.
8. Borisova N. A, Sapronova A. I, Proshlaykova E. V, Ugrumov M. V. Ontogenesis of the hypothalamic catecholaminergic system in rats. Synthesis, uptake and release of catecholamines. Neurosci. 1991; 43: 223—229.
9. Ажипа Я. И. Трофическая функция нервной системы (руководство по физиологии). М.: Наука; 1990.
10. Попова Э. Н, Вербицкая Л. Б., Кукуев Л. А. Морфологические изменения структур мозга человека и животных при старении. Журн. невропатологии и психиатрии им. С. С. Корсакова 1986; 86 (12): 1860—1868.
11. Brizzee K. R. Neuron aging and neuron pathology. Relat between norm aging and disease. Symp. Amer. aging assoc. 1982, N. Y.; 1985: 191—224.
12. Кукушкин М. Л, Хитров Н. К. Общая патология боли. М.: Медицина; 2004.
Поступила 02.04.07
ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ, 2007, III; 4
113
