The influence of cholinergic drugs on EEG of the brain of the castrated rabbit males

Full Text

Ранее нами сформулирована концепция, состоящая в том, что холинергическая система является базисной (относительно других медиаторных систем), регулирующей вегетативную, соматическую, гормональную, иммунную, мнестическую и другие системы организма [2]. Нормальное функционирование этой базисной системы обусловлено оптимальным уровнем реципрокного взаимодействия ее М- и Н-холинергических механизмов в пределах единой холинергической системы на всех уровнях организма. Мы решили изменить подходы к фармакологической коррекции устойчивых патологических состояний путем блокады М-холинергических механизмов, где это необходимо, с одновременной стимуляцией Н-холинергических механизмов и, наоборот, блокадой Н- и стимуляцией М-холинергических механизмов [4]. Апробация такого способа лечения в эксперименте на животных при различных моделях патологии, а также на больных в клинике показала значительное повышение его эффективности при таких патологиях, как паркинсонизм, детские спастические центральные параличи, апатоабулический синдром при шизофрении, поражение периферических нервов, гипертоническая болезнь, дизурия и др., по сравнению с использованием лишь одних М- или Н-холиноблокаторов [3]. Известно, что при возрастных ухудшениях механизмов памяти и при болезни Альцгеймера страдает холинергическая система, а ее активация с помощью обратимого блокатора ацетилхолинэстеразы галантамина восстанавливает процессы обучения и памяти [6].

Холинергические механизмы головного мозга участвуют в процессах рецепции гонадных гормонов в структурах головного мозга [8]. Зависимость функционального состояния головного мозга от экзогенных гормонов основана на изменении возбудимости и подвижности нервных процессов в коре. В этих процессах непосредственное участие принимает М-холинергическая система [1]. Ацетилхолин также является медиатором, опосредующим передачу неспецифической информации к неокортексу из подкорковых структур [7].

Целью настоящего исследования стало исследование влияния различных холинотропных препаратов на спонтанную активность головного мозга у интактных кроликов и в условиях дефицита гонадных гормонов, а также изучение реципрокного влияния холинергических препаратов на изменение характера спектра электроэнцефалографии (ЭЭГ) у интактных и кастрированных животных.

Методика исследования

Исследование выполнены на 32 кроликах-самцах породы шиншилла весом 3–3,5 кг в соответствии с правилами, рекомендованными Физиологической секцией Российского национального комитета по биологической этике. Животных наркотизировали тиопенталом (25 мг/кг), после чего проводили стандартную подготовку к вживлению электродов. Кроликам стереотаксически имплантировали биполярные нихромовые электроды в хвостатое ядро, гиппокамп и ретикулярную формацию среднего мозга, а также корковые монополярные хлорсеребряные электроды диаметром 1 мм — в зрительную и лобную область коры. Контроль имплантации электродов в структуры мозга осуществляли путем послойной нарезки замороженного головного мозга кроликов после окончания опытов. ЭЭГ регистрировали в экранированной камере с использованием электроэнцефалографа-анализатора ээга-21/26 «Энцефалан-131-03» («Медиком МТД», Россия). Анализировали усредненные спектры мощности ЭЭГ с эпохой анализа 60 с. Так как в глубоких структурах мозга кроликов наблюдается большой индивидуальный разброс фонового частотного состава ЭЭГ, то для адекватного сравнительного анализа изменений, происходящих после фармакологического воздействия, нами в качестве основного показателя, характеризующего уровень активности структуры, была выбрана величина общей мощности спектра ЭЭГ (ОМС ЭЭГ). Спустя 3 недели после имплантации электродов в течение 5 дней осуществляли регистрацию фоновой ЭЭГ. Следующим этапом работы был анализ влияния на спонтанную ЭЭГ ряда холинергических препаратов: М-холиноблокатора метамизила (1 мг/кг в/б), Н-холиноблокатора ганглерона (5 мг/кг в/б), ингибитора ацетилхолинэстеразы (АХЭ) галантамина (0,5 мг/кг п/к). Регистрацию проводили через 1, 2 и 3 часа после инъекции. Для исследования реципрокного влияния на М- и Н-холинорецепторные структуры использовали комбинированное введение галантамина, который вводили через 20 минут после инъекции холинолитиков.

Яички у кроликов-самцов удаляли под эфирным наркозом. Делали надрез кожи мошонки над серединой яичка и после рассечения всех оболочек яичко вылущивали. Сосуды перевязывали вместе с семявыносящим канатиком и железу отсекали. После двусторонней гонадэктомии спонтанную электрическую активность мозга регистрировали через 30 суток после операции.

Статистическую обработку данных осуществляли стандартными методами в программе «Origin 7.5». Все изменения рассматривали по отношению к фоновым показателям до введения препарата.

Результаты исследования

Результаты исследования показали, что введение М-холиноблокатора метамизила интактным животным (рис. 1, а и 2, а) приводит к усилению ОМС ЭЭГ. Это происходит, как правило, за счет усиления в 4,5 раза мощности спектра диапазона дельта-ритма. В корковых структурах помимо усиления дельта-ритма наблюдается усиление бета-ритма в 5,2 раза.

 

Рис. 1. Изменение общей мощности спектра ЭЭГ, регистрируемой у интактных (а) и кастрированных (б) кроликов в лобной (I) и зрительной (II) коре по сравнению с фоновым. По оси абсцисс — %, по оси ординат — время после инъекции препаратов, ч. *р ≤ 0,05 по сравнению с фоном (достоверность различий рассчитывали по абсолютным значениям мощности спектра)

 

Рис. 2. Изменение общей мощности спектра ЭЭГ, регистрируемой у интактных (а) и кастрированных (б) кроликов в ретикулярной формации (I), гиппокампе (II) и хвостатом ядре (III) по сравнению с фоновым уровнем, принятым за 100 %. По оси абсцисс — %, по оси ординат — время после инъекции препаратов, ч. *р ≤ 0,05 по сравнению с фоном (достоверность различий рассчитывали по абсолютным значениям мощности спектра)

 

Нами обнаружено выраженное, сохраняющееся в течение трех часов увеличение мощности спектра в лобной коре (рис. 1, I), ретикулярной формации (рис. 2, I) и хвостатом ядре (рис. 2, III). Более короткий потенцирующий эффект наблюдается в зрительной коре (рис. 1, II) и гиппокампе (рис. 2, II). Комбинация метамизила с галантамином в целом также вызывает повышение ОМС ЭЭГ, но это усиление меньше, чем без ингибирования АХЭ. Во всех структурах происходит усиление мощности дельта-ритма в 3,6 раза. В корковых структурах к 3-му часу наблюдения ОМС ЭЭГ сохраняется на более высоком уровне, чем в случае введения одного холиноблокатора. Отдельного внимания заслуживают реакции, наблюдаемые в гиппокампе. Там ко 2-му часу потенцирующий эффект комбинированного введения выше, чем одного метамизила, но к 3-му часу, наоборот, ОМС ЭЭГ оказывается ниже фонового уровня. Полученные данные свидетельствуют о том, что блокада М-холинорецепторов приводит к растормаживанию и усилению активности исследованных структур, наиболее сильно этот эффект проявляется в коре мозга, наименее — в гиппокампе.

Применение Н-холиноблокатора ганглерона незначительно повышает ОМС ЭЭГ у интактных кроликов-самцов во всех структурах (рис. 1, 2). На протяжении трех часов наблюдения не происходит кардинальных изменений уровня активации. Исключением являются зрительная кора (рис. 1, II) и хвостатое ядро (рис. 2, III), где к 3-му часу ОМС ЭЭГ оказывается ниже фонового уровня. Комбинированное введение ганглерона с галантамином, как и в случае совместного введения метамизила с галантамином, оказывает менее выраженный потенцирующий эффект, чем инъекции одного холинолитика. Максимальное повышение ОМС ЭЭГ отмечено к 3-му часу наблюдения в корковых структурах и хвостатом ядре. При этом уровень активации оказывается выше, чем в условиях без ингибирования АХЭ (рис. 1 и 2, III). Можно предполагать, что при блокаде Н-холинорецепторов не происходит снижения уровня активации мозговых структур, следовательно, М-холинорецепторы оказывают не тормозное, а тоническое влияние на ядра и кору мозга.

У кастрированных кроликов (рис. 1, б и 2, б) последствия блокады М-холинорецепторов метамизилом значимо не отличаются от таковых у интактных животных. Однако усиление ОМС ЭЭГ носит менее выраженный и более пролонгированный (особенно в коре мозга) характер. Как и у интактных кроликов, возрастает в 2,9 раза мощность спектра дельта-ритма. В лобной коре наблюдается усиление в 3 раза мощности альфа-ритма. Дополнительное ингибирование АХЭ вызывает более быстрое затухание активации в лобной и затылочной зонах коры (рис. 1, б), чем при одиночном введении метамизила и по сравнению с интактными кроликами (рис. 1, а). В хвостатом ядре длительность активирующего эффекта оказалась самой короткой, и к 3-му часу величина ОМС ЭЭГ стала самой низкой из всех, наблюдаемых нами в экспериментах (рис. 2, б, III).

Реакция на блокаду Н-холинорецепторов ганглероном носит значительно менее выраженный характер, чем это наблюдается у интактных кроликов. Изменение ОМС ЭЭГ не превышает 24 % от фонового уровня. Комбинированное введение ганглерона с галантамином вызывает сопоставимую с интактными кроликами реакцию в корковых структурах и более выраженное и длительное повышение ОМС ЭЭГ в гиппокампе (рис. 2, II) и хвостатом ядре (рис. 2, III). Активирующее действие ацетилхолина в гиппокампе кастрированных кроликов более выражено, чем у интактных.

Введение кроликам ингибитора АХЭ галантамина в первые 2 часа после инъекции существенно не влияет на величину ОМС ЭЭГ у интактных кроликов. У кастрированных животных в коре мозга процессы активации усиливаются, тогда как в подкорковых ядрах остаются сопоставимыми с наблюдаемыми у интактных кроликов. Однако к 3-му часу наблюдения у интактных животных происходит значимое увеличение ОМС ЭЭГ во всех структурах, кроме ретикулярной формации, что не наблюдается в условиях гонадэктомии.

Заключение

Снижение ОМС ЭЭГ во всех регистрируемых структурах мозга практически в 2 раза после кастрации кроликов [5] наблюдается и в данном исследовании. Анализ влияния холинотропных веществ на спонтанную активность мозга показал, что наиболее чувствительными к изменению баланса между М- и Н-холинорецепторами оказались кора мозга и хвостатое ядро. Как у интактных, так и у кастрированных животных выраженность активирующего эффекта, сопровождающего блокаду М-холинорецепторов, выше в корковых структурах, чем в подкорковых ядрах. Хвостатое ядро у интактных и кастрированных кроликов чувствительнее всех остальных подкорковых ядер реагирует на блокаду М-холинорецепторов и «отвечает» увеличением ОМС ЭЭГ. В то же время блокада Н-холинорецепторов в этой структуре после незначительной потенциации сопровождается угнетением уровня активности и падением ОМС ЭЭГ. Можно предположить, что в хвостатом ядре баланс регуляторных влияний между М- и Н-холинорецепторами сдвинут в сторону преобладания М-холинорецепторов. Активность гиппокампа оказалась наименее зависима от уровня андрогенов в организме.

Работа выполнена в рамках государственного задания ФАНО России (тема № 007-01354-17-00).

About the authors

Natalia N. Kuznetsova

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: nat.kuz@mail.ru

PhD (Pharmacology), Senior Researcher, Department of Neuropharmacology

Russian Federation, St. Petersburg

Nikolay A. Losev

Institute of Experimental Medicine

Email: nat.kuz@mail.ru

Doctor of Medical Sciences, Professor, Leading Researcher, Department of Neuropharmacology

Russian Federation, St. Petersburg

References