Antiamnestic effect of Phlojodicarpus sibiricus extract in a scopolamine-induced amnesia model

Cover Page

Abstract


The present study was investigated influence of Phlojodicarpus sibiricus (Steph. ex. Spregel) K.-Pol. extract on memory in scopolamine-induced amnesia in rats using object recognition test. The rats were divided into four groups: the first group consist of rats received purified water; rats of two groups administrated scopolamine in dose 1 mg/kg and purified water intraperitoneally; rats of three and four groups introduced scopolamine and P. sibiricus extract in doses 50 and 100 mg/kg accordingly intraperitoneally. The object recognition test was performed 30 minutes after the administration of scopolamine and the P. sibiricus extract. The results of the studies showed that administration of the P. sibiricus extract in animals at doses of 50 and 100 mg/kg prevented the development of amnesia caused by the administration of scopolamine. The antiamnestic effect of P. sibiricus extract is due to the cholinergic effect of coumarins contained in the plant.


Full Text

Введение

Когнитивные расстройства, нарушение памяти при болезни Альцгеймера и некоторых других формах деменции обусловлены поражением холинергических нейронов и снижением функции холинергических систем в головном мозге. Холинергическая природа деменции подтверждена целым рядом морфологических и экспериментальных данных [4, 5, 16]. Для уменьшения холинергического дефицита в ЦНС применяют препараты — ингибиторы холинэстеразы, они показывают клинически значимый лечебный эффект (1814). Однако их применение, особенно длительное, нередко сопровождается развитием нежелательных явлений [5, 6]. Важным в этой связи становится поиск новых ноотропных и безопасных средств, в частности из лекарственных растений, которые, как правило, характеризуются полимодальным мягким лечебным действием и малой токсичностью [10]. Так, растения рода Вздутоплодник (вздутоплодник Комарова Ph. komarovii Gorovoi, вздутоплодник Попова Ph. popovii Sipl., вздутоплодник сибирский Ph. sibiricus (Steph. ex Spreng.) Koso-Pol., вздутоплодник волосистый Ph. villosus (Turcz. ex Fisch. et C.A. Meyer) Ledeb.) применяют в современной и традиционной медицине при сердечно-сосудистой патологии, некоторых неврологических расстройствах, а также при заболеваниях желудка и легких [2, 11]. Ранее к роду Phlojodicarpus Turcz. ex Ledeb. относился также вздутоплодник Турчанинова Phlojodicarpus turczaninovii Sipl., который в более поздних работах из данного рода был исключен и отнесен к роду Ferulopsis Kitag. — Феруловидка, с названием феруловидка щетинистая Ferulopsis hystrix (Bunge) Pimenov. В последнее время один из этих видов — Ph. popovii Sipl. — сведен в синонимы к Ph. sibiricus (Steph. ex Spreng.) Koso-Pol. [7, 8, 14]. Химический состав корневищ и корней вздутоплодника сибирского представлен эфирными маслами, жирными кислотами, макро-, микроэлементами и кумаринами, основные из которых виснадин, дигидросамидин, (–) цис-, (+) цис-келлактон и суксдорфин (рис. 1). Суммарное количественное содержание кумаринов из разных мест произрастания составляет до 3 % [12]. Проведенные нами ранее исследования показали, что извлечения из корневищ и корней вздутоплодника сибирского оказывают ноотропное действие при ишемии головного мозга [3, 13]. Лечебные эффекты растений данного рода обусловлены фармакологическими свойствами пирано- и фурокумаринов [1, 17]. В последних работах показана перспективность исследования пиранокумаринов как мощных ингибиторов холинэстеразы с целью создания эффективных лекарственных средств для лечения болезни Альцгеймера, в том числе путем синтетических трансформаций [15, 20, 21].

 

Рис. 1. Структурные формулы основных кумаринов вздутоплодника сибирского

 

Целью настоящего исследования явилось определение влияния экстракта сухого из корневищ и корней вздутоплодника сибирского на память у крыс при скополаминовом повреждении.

Материалы и методы исследований

Экстракт P. sibiricus получали путем экстракции спиртоводным раствором 60 % и высушивания в вакуум-сушильном шкафу при температуре +60 °C.

Эксперименты выполнены на крысах обоего пола линии Wistar массой 280–320 г, содержащихся в условиях вивария при естественном освещении, температуре +25 °C, на стандартном пищевом рационе со свободным доступом к воде и пище. Опыты проводили в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (Страсбург, 1986), приказом МЗ РФ № 267 «Об утверждении правил лабораторной практики» (19.06.2003). Объектом исследования служил сухой этанольный экстракт из корневищ и корней вздутоплодника сибирского (Phlojodicarpus sibiricus (Steph. ex Spreng) K.-Pol.). Животные были распределены на четыре группы (n = 8): 1-ю группу составили крысы, получавшие воду очищенную; крысам 2-й группы (контроль) вводили скополамина гидробромид (Сигма) в дозе 1 мг/кг + воду очищенную внутрибрюшинно; крысам 3-й и 4-й групп вводили скополамин + экстракт P. sibiricus соответственно в дозах 50 и 100 мг/кг внутрибрюшинно.

Тест распознавания предметов. Тест распознавания предметов проводили через 30 минут после введения крысам скополамина и экстракта P. sibiricus. За день перед тестированием каждую крысу помещали в клетку на 10 мин для адаптации к условиям эксперимента. Клетка, представляла собой пластиковый ящик (длина — 40 см, ширина — 30 см и высота — 20 см). В ходе тестирования каждую крысу сажали в центр клетки перед двумя предметами — А1 и А2, расположенными на расстоянии 15 см друг от друга, и позволяли им исследовать предметы в течение 3 мин (1-я фаза эксперимента). Предметами А1 и А2 являлись идентичные стеклянные банки высотой 6 см, диаметром 5 см коричневого цвета. Регистрировали время исследования отдельно каждого предмета (А1 и А2). За акт исследовательской активности у крыс принимали обнюхивание предмета на расстоянии менее чем 2 см и/или прикосновение к нему носом или лапкой. Перед тестированием каждый раз протирали банки 20 % раствором спирта (для устранения запаха крысы). Через 30 мин проводили аналогичную процедуру тестирования (2-я фаза эксперимента), при этом один предмет заменяли новым предметом — Б1, отличающимся от «знакомого» предмета А3 белым цветом. Во 2-ю фазу отмечали время исследования нового предмета Б1 и «знакомого» предмета А3.

Условная реакция пассивного избегания (УРПИ). Условная реакция пассивного избегания используется для оценки долговременной памяти у крыс и основана на негативном подкреплении. Установка УРПИ представляла собой ящик (размером 30 × 70 × 20 см), разделенный на два отсека: первый — светлый отсек сверху освещался лампой; второй — темный отсек был с электрифицированным полом и закрывался сверху крышкой. Отсеки между собой сообщались полуовальным отверстием (размером 6–7 см). Крысу помещали в светлый отсек, позволяя перейти в темный отсек (в силу норкового рефлекса у грызунов), регистрировали латентный период захода в темный отсек установки. Затем проводили процедуру обучения: при заходе крысы в темный отсек наносили электроболевое раздражение пятью электрическими импульсами через электрифицированный пол (1 с, 50 мА). Через 24 часа тестировали обученных крыс для оценки сохранности памяти — УРПИ, регистрировали латентный период захода крысы в темный отсек камеры в течение 3 мин наблюдения. Перед этим за 30 мин до тестирования крысам вводили скополамин (1 мг/кг) и экстракт P. sibiricus (50 и 100 мг/кг) внутрибрюшинно.

Статистические данные обрабатывали с помощью критерия Стьюдента, значимость статистических различий: р ≤ 0,05.

Результаты исследований и обсуждение

В 1-ю фазу опыта распознавания предметов крысы всех групп исследовали предметы А1 и А2 почти равное время (рис. 2). Во 2-ю фазу эксперимента интактные крысы исследовали новый предмет Б1 значительно дольше, чем А3 (рис. 3), тем самым проявляли типичное поведение для крыс — предпочтительное исследование нового предмета в знакомой обстановке. Введение скополамина крысам контрольной группы нивелировало у них способность распознавать предметы, что свидетельствовало о нарушении памяти. Введение крысам экстракта P. sibiricus препятствовало развитию амнезии при воздействии скополамина: новый объект Б1 они исследовали значительно дольше, чем объект А3. В тесте УРПИ латентный период у крыс контрольной группы был значительно короче в сравнении с показателями крыс интактной и опытных групп (табл. 1).

 

Рис. 2. Время исследования предметов А1 и А2 в тесте распознавания предметов, 1-я фаза эксперимента

 

Рис. 3. Влияние P. sibiricus на время исследования предметов Б1 и А3 после введения скополамина в тесте распознавания предметов, 2-я фаза эксперимента (M ± m). * значимость различий показателей в распознавании предметов Б1 и А3 при р ≤ 0,05

 

Таблица 1. Влияние экстракта P. sibiricus на условную реакцию пассивного избегания у крыс на модели скополаминовой амнезии

Условия опыта,

латентный период

Интактные

Контроль,

вода

P. sibiricus

50 мг/кг

100 мг/кг

До обучения

10,0 ± 1,8

11,2 ± 1,9

14,8 ± 2,4

16,2 ± 2,0

Тестирование

165, ± 8,3

17,4 ± 6,3

170,0 ± 7,6*

167,5 ± 8,4*

Примечания: *различия значимы по сравнению с контролем при p ≤ 0,05

 

Скополамин является антагонистом М-холинергических рецепторов и обусловливает транзиторное нарушение памяти у крыс [9]. Введение крысам скополамина вызывало у них амнезию: они утрачивали способность помнить предметы и «опасный» отсек в тестах распознавания предметов и УРПИ. В ходе исследований выявлено, что введение крысам экстракта P. sibiricus оказывало антиамнестический эффект при воздействии скополамина на ЦНС. Ноотропный эффект экстракта P. sibiricus, вероятно, обусловлен стимулирующим влиянием кумаринов на холинергические структуры в головном мозге. По данным литературы, некоторые кумариновые соединения проявляют ноотропную активность за счет ингибирующего влияния на холинэстеразную активность [19, 22].

Таким образом, в результате исследований установлено, что экстракт P. sibiricus оказывает антиамнестическое действие при скополамин-индуцированном повреждении памяти у крыс и представляется перспективным объектом для дальнейшего изучения и разработки средства для коррекции когнитивных расстройств у больных, страдающих болезнью Альцгеймера и заболеваниями мозга сосудистого или смешанного генеза.

About the authors

Sergey M. Gulyaev

FGBUN “Institute of General and Experimental Biology of the SB RAS”

Author for correspondence.
Email: s-gulyaev@inbox.ru

Russian Federation, Ulan-Ude

PhD, senior researcher of the Laboratory of Experimental Pharmacology

Vasiliy V. Taraskin

FGBUN Baikal Institute of Nature Management, SB RAS; Buryat State University

Email: vvtaraskin@mail.ru

Russian Federation, Ulan-Ude; Ulan-Ude

PhD (Pharmacology), researcher at the Laboratory of Chemistry of Natural Systems

Larisa D. Radnaeva

FGBUN Baikal Institute of Nature Management, SB RAS; Buryat State University

Email: radld@mail.ru
Ulan-Ude; Ulan-Ude

PhD (Chemistry), professor, head of the Laboratory of Chemistry of Natural Systems

Sergey M. Nikolaev

FGBUN Institute of General and Experimental Biology of the SB RAS; Buryat State University

Email: s-gulyaev@inbox.ru
Ulan-Ude; Ulan-Ude

Dr Med Sci, professor, chief researcher of the laboratory of experimental pharmacology

References

  1. Головкин Б.Н., Руденская Р.Н., Трофимова И.А., Шретер А.И. Биологически активные вещества растительного происхождения. – М., 2001. [Golovkin BN, Rudenskaja RN, Trofimova IA, Shreter AI. Biologicheski aktivnye veshhestva rastitel’nogo proishozhdenija. Moscow; 2001. (In Russ.)]
  2. Гантимур Д. Кумарины растений рода Phlojodicarpus: Автореф. дис. … канд. фарм. наук. – Иркутск, 1985. [Gantimur D. Kumariny rastenij roda Phlojodicarpus. [dissertation] Irkutsk; 1985. (In Russ.)]
  3. Гуляев С.М., Николаев С.М. Урбанова Е.З., и др. Влияние настойки Phlojodicarpus sibiricus на когнитивные функции крыс с церебральной ишемией // Вестник Бурятского государственного университета. – 2012. – № 12. – С. 103–106. [Gulyaev SM, Nikolaev SM, Urbanova EZ, et al. Vlijanie nastojki Phlojodicarpus sibiricus na kognitivnye funkcii krys s cerebral’noj ishemiej. Vestnik Burjatskogo gosudarstvennogo universiteta. 2012;(12):103-106. (In Russ.)]
  4. Дамулин И.В. Сосудистая деменция и болезнь Альцгеймера. – М., 2002. [Damulin IV. Sosudistaja demencija i bolezn’ Al’cgejmera. Moscow; 2002. (In Russ.)]
  5. Левин О.С. Алгоритмы диагностики и лечения деменции. – М.: Медпресс-информ, 2011. [Levin OS. Algoritmy diagnostiki i lechenija demencii. Moscow: Medpress-inform; 2011. (In Russ.)]
  6. Машковский М.Д. Лекарственные средства. – М., 2014. [Mashkovskij MD. Lekarstvennye sredstva. Moscow; 2014. (In Russ.)]
  7. Пименов М.Г. Ferulopsis — новый род Umbelliferae для флор Сибири и Монголии // Ботан. журн. – 1991. – № 76(10). – С. 1387–1391. [Pimenov MG. Ferulopsis – novyj rod Umbelliferae dlja flor Sibiri i Mongolii. Botan. zhurn. 1991;76(10):1387-1391. (In Russ.)]
  8. Пименов М.Г. Семейство Apiaceae, или Umbelliferae — Сельдерейные, или Зонтичные // Флора Сибири. Т. 10. Geraniaceae — Cornaceae / Сост. М.Г. Пименов, Н.В. Власова, В.В. Зуев и др.: в 14 т. – Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. [Pimenov MG. Semejstvo Apiaceae, ili Umbelliferae — Sel’derejnye, ili Zontichnye. Flora Sibiri. Vol. 10. Geraniaceae — Cornaceae. Ed by M.G. Pimenov, N.V. Vlasova, V.V. Zuev, et al. In 14 volumes. Novosibirsk: Nauka. Sibirskaja izdatel’skaja firma RAN; 1996. (In Russ.)]
  9. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ / Под ред. Р.У. Хабриева. – М.: Медицина, 2005. [Rukovodstvo po eksperimental’nomu (doklinicheskomu) izucheniju novyh farmakologicheskih veshhestv. Ed by R.U. Habriev. Moscow: Medicina; 2005. (In Russ.)]
  10. Самбукова Т.В., Овчинников Б.В., Ганапольский Г.В., и др. Перспективы использования фитопрепаратов в современной фармакологии // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. – 2017. – Т. 15. – № 2. – С. 56–63. [Sambukova TV, Ovchinnikov BV, Ganapol’skij GV, et al. Prospects for phytopreparations (botanicals) use in modern pharmacology. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2017;15(2):56-63. (In Russ.)]. doi: 10.17816/RCF15256-63.
  11. Соколов С.Я. Фитотерапия и фитофармакология: Руководство для врачей. – М., 2000. [Sokolov SYa. Fitoterapija i fitofarmakologija. Rukovodstvo dlja vrachej. Moscow; 2000. (In Russ.)]
  12. Тараскин В.В. Фармакогностическое исследование Phlojodicarpus sibiricus (Steph. ex. Spreng.) Koso-Pol. и Ph. Turczaninovi Sipl.: Автореф. дис. … канд. фарм. наук. – Улан-Удэ, 2011. [Taraskin VV. Farmakognosticheskoe issledovanie Phlojodicarpus sibiricus (Steph. ex. Spreng.) Koso-Pol. I Ph. Turczaninovi Sipl. [dissertation] Ulan-Udje; 2011. (In Russ.)]
  13. Урбанова Е.З., Гуляев С.М., Николаев С.М., Тараскин В.В. Влияние настойки Phlojodicarpus sibiricus (Steph. ex Spreng.) K.Pol. на пространственную память у крыс при односторонней окклюзии сонной артерии // Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». – 2013. – Т. 15. – № 3. – С. 25–28. [Urbanova EZ, Gulyaev SM, Nikolaev SM, Taraskin VV. Vlijanie nastojki Phlojodicarpus sibiricus (Steph. ex Spreng.) K.Pol. na prostranstvennuju pamjat’ u krys pri odnostoronnej okkljuzii sonnoj arterii. Zdorov’e i obrazovanie v XXI veke. 2013;15(3):25-28. (In Russ.)]
  14. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). – СПб., 1995. [Cherepanov SK. Sosudistye rastenija Rossii i sopredel’nyh gosudarstv (v predelah byvshego SSSR). Saint Petersburg; 1995. (In Russ.)]
  15. Basha SJ, Kumar PB, Mohan P, et al. Synthesis, pharmacological assessment, molecular modeling and in silico studies of fused tricyclic coumarin derivatives as a new family of multifunctional anti-Alzheimer agents. European Journal of Medicinal Chemistry. 2015;107:219-232. doi: 10.1016/j.ejmech.2015.10.046.
  16. Francis PT, Palmer AM, Snape M, Wilcock GK. The cholinergic hypothesis of Alzheimer’s disease: a review of progress. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 1999;66:
  17. -147.
  18. Hoult J, Paya M. Pharmacological and biochemical actions of simple coumarins: natural products with therapeutic potential. Gen Pharmacol. 1996;7:713-722. doi: 10.1016/0306-3623(95)02112-4.
  19. Kaduszkiewicz H, Zimmermann T, Beck-Bornholdt HP, Bussche H. Cholinesterase inhibitors for patients with Alzheimer’s disease: systematic review of randomised clinical trials. BMJ. 2005;331:321-327. doi: 10.1136/bmj.331.7512.321.
  20. Kim DH, Kim DY, Kim YC. Nodakenin, a coumarin compound, ameliorates scopolamine-induced memory disruption in mice. Life Sciences. 2007;80(21):1944-1950. doi: 10.1016/j.lfs.2007.02.023.
  21. Orhan IE, Senol FS, Shekfeh S, et al. Pteryxin — A promising butyrylcholinesterase-inhibiting coumarin derivative from Mutellina purpurea. Food and Chemical Toxicology. 2017;109(2):970-974. doi: 10.1016/j.fct.2017.03.016.
  22. Skalicka-Wozniak K, Orhan IE, Cordell GA, et al. Implication of coumarins towards central nervous system disorders. Pharmacological Research. 2016;103:188-203. doi: 10.1016/j.phrs.2015.11.023.
  23. Souza LG, Rennó MN, Figueroa-Villar JD. Coumarins as cholinesterase inhibitors: A review. Chemico-Biological Interactions. 2016;254:11-23. doi: 10.1016/j.cbi.2016.05.001.

Statistics

Views

Abstract - 1304

PDF (Russian) - 253

Cited-By


PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2017 Gulyaev S.M., Taraskin V.V., Radnaeva L.D., Nikolaev S.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies