Действие острого психического стресса на обмен моноаминов в мезокортикальной и нигростриатной системах головного мозга крыс

Полный текст

АКТУАЛЬНОСТЬ

Изучение последствий влияния экстремальных факторов среды на организм представляет важное медико-биологическое значение [4]. Стрессорные факторы вызывают мобилизацию систем организма, что сопровождается выбросом адреналина, норадреналина и кортикостероидов из надпочечников. Стрессорный ответ наблюдается при воздействии средовых факторов (стрессоров), которые могут вызывать как протекторное, так и повреждающее действие, что проявляется сдвигом различных систем и показателей, в том числе обмена моноаминов головного мозга [11]. Реактивность к действию стрессоров, как было показано, связана с активностью дофаминергической, норадренергической и серотонинергической системами мозга [2]. К образованиям головного мозга, высоко чувствительным к стрессорным воздействиям, относят структуры мезокортикальной дофаминергической системы, префронтальную кору и вентральную область покрышки, а также стриатум, относящийся к нигростриатной дофаминергической системе [13]. Одна из наиболее адекватных моделей острого психогенного воздействия у животных — это ситуация гибели партнера при предъявлении хищника [3]. Несмотря на ряд публикаций по анализу последствий острого психического стресса для функционирования нейрохимических систем центральной нервной системы, ощущается явный дефицит исследований динамики изменений содержания и обмена моноаминов в стресс-реактивных дофаминергических структурах головного мозга. В связи с этим представляло интерес проведение сравнительного исследования развития во времени эффектов острого психического стресса на содержание и обмен моноаминов в структурах мезокортикальной и нигростриарной дофаминергических систем мозга.

Цель настоящего исследования — сравнительный анализ содержания дофамина, серотонина и их метаболитов в префронтальной коре, стриатуме и вентральной области покрышки у крыс на 3, 7 и 14-й дни после острого психогенного воздействия ситуации гибели партнера при предъявлении хищника.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В работе было использовано 28 крыс-самцов линии Вистар, полученных из питомника лабораторных животных «Рапполово» (Ленинградская область). Животных содержали в условиях вивария в четырех стандартных клетках группами по 7 особей при свободном доступе к воде и пище при искусственном 12-часовом освещении 8.00–20.00 при температуре 22 ± 2 ^°С. Все опыты проведены в соответствии с Женевской конвенцией International guiding principles for biomedical research involving animals (Geneva, 1990), Хельсинкской декларацией 2000 г. и протоколом GLP о гуманном отношении к животным (Директива Европейского сообщества № 2010/63/ЕС) с разрешения этического комитета Института экспериментальной медицины. Эксперимент начинали не ранее, чем через 3 нед. после поступления крыс из питомника.

Крысы, содержавшиеся в 1-й клетке, не подвергались стрессорному воздействию и служили контролем (n = 7). К животным, содержавшимся в трех клетках (n = 21) применяли острую однократную психотравмирующую ситуацию. Для этого всех крыс одновременно помещали в террариум (1,2 × 0,7 × 1 м) к тигровому питону. После того как одно животное погибало в результате удовлетворения его пищевых потребностей, остальных крыс забирали из террариума и случайным образом распределяли по трем жилым клеткам [3]. На 3 (n = 6), 7 (n = 7) и 14-й (n = 7) день после предъявления хищника крыс декапитировали. Эвтаназию контрольных животных выполняли аналогичным образом. Из коронарных срезов головного мозга на льду выделяли префронтальную кору, стриатум и вентральную область покрышки. Образцы мозга крыс замораживали и хранили до хроматографического анализа при температуре –80 ^°С. Образцы мозга гомогенизировали в 0,1 н. растворе HCl и центрифугировали при 14 000 g в течение 15 мин. Содержание дофамина (ДА), диоксифенилуксусной кислоты (ДОФУК), гомованилиновой кислоты (ГВК), серотонина (5-ГТ) и гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК) определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с электрохимической детекцией на хроматографической системе Beckman Coulter с амперометрическим детектором LC-4C (BAS). На аналитическую колонку Phenomenex (4,6 × 250,0 мм) с сорбентом SphereClone ODS(2) наносили 20 мкл супернатанта образца мозга. Содержание моноаминов и их метаболитов проводили при потенциале +0,70 В. Подвижная фаза содержала 5,5 мМ цитрат-фосфатного буфера, 0,7 мМ октансульфоновой кислоты, 0,5 мМ EDTA и 8 % ацетонитрила (рН 3,0). Скорость потока подвижной фазы составляла 1 мл/мин. Содержание моноаминов и их метаболитов в структурах мозга выражали в нг/мг ткани.

Полученные данные анализировали с использованием пакета статистических программ GraphPad PRISM 6.0. Различия в показателях обмена моноаминов в структурах мозга оценивали с помощью однофакторного дисперсионного анализа с применением поправки Бонферрони для множественных сравнений. Различия считали статистически значимыми при р < 0,05. Данные представлены как среднее арифметическое ± стандартная ошибка среднего арифметического.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В настоящих исследованиях анализировали содержание ДА, 5-ГТ и их метаболитов (ДОФУК, ГВК и 5-ГИУК) в структурах мозга на 3, 7 и 14-й дни после предъявления хищника методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с электрохимической детекцией. У крыс в префронтальной коре достоверные изменения наблюдались только на 14-й день после предъявления хищника по сравнению с группой контрольных (интактных) животных (рис. 1, 2). В первые 2 нед. после предъявления хищника достоверных различий отмечено не было. Содержание ДОФУК на 14-й день после предъявления хищника снижалось с 1,54 ± 0,31 до 0,52 ± 0,18 нг/мг ткани (p < 0,05) по сравнению с показателями, измеренными у интактных крыс. При этом содержание ДОФУК в префронтальной коре на 14-й день после предъявления хищника было достоверно ниже по сравнению с показателями, измеренными через 7 дней после стрессорного воздействия (p < 0,05). Показатель ДОФУК/ДА также снижался только на 14-й день после предъявления хищника по сравнению с группой контрольных животных — с 3,73 ± 1,21 до 1,10 ± 0,33 (p < 0,05) (рис. 1). Содержание 5-ГИУК снижалось с 17,29 ± 1,68 до 12,70 ± 1,08 нг/мг ткани (p < 0,05) по сравнению с показателями, измеренными у интактных крыс. При этом содержание 5-ГИУК в префронтальной коре на 14-й день после предъявления хищника было достоверно ниже по сравнению с показателями, измеренными через 7 дней после стрессорного воздействия (p < 0,05). Показатель 5-ГИУК/5-ГТ также снижался на 14-й день после предъявления хищника по сравнению с группой контрольных (интактных) животных — с 6,75 ± 0,77 до 3,70 ± 0,28 (p < 0,01) (рис. 2). При этом отношение содержания 5-ГИУК/5-ГТ в префронтальной коре на 14-й день после предъявления хищника было достоверно ниже по сравнению с показателями, измеренными через 7 дней после стрессорного воздействия (p < 0,05).

 

Рис. 1. Содержание дофамина (ДА) и его метаболита — диоксифенилуксусной кислоты (ДОФУК) в префронтальной коре мозга крыс на 3, 7 и 14-й дни после предъявления хищника. *p < 0,05 — достоверные отличия по сравнению с контрольной группой; #p < 0,05 — показатель достоверно отличается между группами крыс 7-го и 14-го дня после стрессорного воздействия

Fig. 1. Content of dopamine (DA) and its metabolite DOPAC in the prefrontal cortex rats on 3, 7 and 14 days after exposure to predator. *p < 0.05 – significantly different from control group; #p < 0.05 – parameter is significantly different between rats on 7 and 14 days after stress

 

Рис. 2. Содержание серотонина (5-ГТ) и его метаболита — гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК) в префронтальной коре мозга крыс на 3-й, 7-й и 14-й дни после предъявления хищника. *p < 0,05, **p < 0,01 — достоверные отличия по сравнению с контрольной группой; #p < 0,05 — показатель достоверно отличается между группами крыс 7-го и 14-го дня после стрессорного воздействия

Fig. 2. Content of serotonin (5-HT) and its metabolite 5-HIAA in the prefrontal cortex rats on 3, 7 and 14 days after exposure to predator. *p < 0.05, **p < 0.01 – significantly different from control group; #p < 0.05 – parameter is significantly different between rats on 7 and 14 days after stress

 

У крыс в стриатуме достоверные изменения наблюдались только на 14-й день после предъявления хищника по сравнению с группой интактных животных. В первые 2 нед. после предъявления хищника достоверных различий отмечено не было. Соотношение ДОФУК/ДА снижалось с 1,11 ± 0,22 до 0,71 ± 0,05 (p < 0,01) по сравнению с показателями, измеренными через 7 дней после стрессорного воздействия (рис. 3).

 

Рис. 3. Содержание дофамина (ДА) и его метаболита — диоксифенилуксусной кислоты (ДОФУК) в стриатуме головного мозга крыс на 3-й, 7-й и 14-й дни после предъявления хищника. ##p < 0,01 — показатель достоверно отличается между группами крыс 7-го и 14-го дня после стрессорного воздействия

Fig. 3. Content of dopamine and its metabolite DOPAC in the striatum rats on 3, 7 and 14 days after exposure to predator. ##p < 0.01 – parameter is significantly different between rats on 7 and 14 days after stress

 

У крыс в вентральной области покрышки достоверные изменения наблюдались на 7-й день после предъявления хищника по сравнению с группой контрольных животных (рис. 4, 5). В первую неделю после предъявления хищника достоверных различий отмечено не было, как и не наблюдалось различий на 14-й день после стрессорного воздействия. Отношение ДОФУК/ДА на 7-й день после предъявления хищника повышалось с 1,52 ± 0,25 до 2,22 ± 0,22 (p < 0,05) по сравнению с показателями, измеренными у интактных крыс (рис. 4). Содержание 5-ГИУК на 7-й день после предъявления хищника повышалось с 39,1 ± 1,6 до 45,7 ± 2,2 нг/мг ткани (p < 0,05) по сравнению с показателями, измеренными у интактных крыс (рис. 5).

 

Рис. 4. Содержание дофамина (ДА) и его метаболита — диоксифенилуксусной кислоты (ДОФУК) в вентральной области покрышки среднего мозга крыс на 3, 7 и 14-й дни после предъявления хищника. *p < 0,05 — отличия от показателя, измеренного у интактных крыс

Fig. 4. Content of dopamine (DA) and its metabolite DOPAC in the ventral tegmental area rats on 3, 7 and 14 days after exposure to predator. *p < 0.05 – significantly different from control group

 

Рис. 5. Содержание серотонина (5-ГТ) и его метаболита — гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК) в вентральной области покрышки среднего мозга крыс на 3-й, 7-й и 14-й дни после предъявления хищника. *p < 0,05 — отличия от показателя, измеренного у интактных крыс

Fig. 5. Content of serotonin and its metabolite 5-HIAA in the ventral tegmental area rats on 3, 7 and 14 days after exposure to predator. *p < 0.05 – significantly different from control group

 

Содержание ГВК в исследованных структурах мозга у контрольных крыс и животных на 3, 7 и 14-й дни после острого стрессорного воздействия не различалось. Не было обнаружено достоверных различий по соотношению ГВК/ДА.

Таким образом, в настоящей работе показаны изменения содержания моноаминов и их метаболитов в мезокортикальной (вентральная область покрышки, префронтальная кора) и нигростриатной (стриатум) дофаминергических системах головного мозга лишь на 7-й и 14-й дни после предъявления хищника. Это доказывает, что указанные изменения после острого стресса развиваются постепенно. В вентральной области покрышки постстрессорные изменения наблюдались на 7-й день, а в стриатуме и префронтальной коре на 14-й день после стрессорного воздействия. Таким образом, стрессорное воздействие раньше сказывается на состоянии моноаминергических систем в области ствола мозга, где локализованы тела соответствующих нейронов. Обнаруженное возрастание соотношения ДОФУК/ДА и повышение содержания метаболита серотонина 5-ГИУК в вентральной области покрышки отражает повышение активности дофамин- и серотонинергической систем. В противоположность этому, у крыс, перенесших стрессорное воздействие, показатели обмена ДА в префронтальной коре и стриатуме снижались. Кроме того, в префронтальной коре также значительно уменьшались показатели обмена 5-ГТ (содержание 5-ГИУК и соотношение 5-ГИУК/5-ГТ). Таким образом, изменения активности моноаминергических систем в области ствола мозга и в структурах переднего мозга были противоположными: в вентральной области покрышки она возрастала, а в стриатуме и префронтальной коре — снижалась.

Реакции дофаминергической системы мозга вызывают интерес, прежде всего, в связи с ее участием в генезе психопатологических состояний человека, которые, как известно, усугубляются после действия стресса. Мезокортикальные и мезолимбические дофаминовые пути, которые идут из вентральной области покрышки в конечный мозг, участвуют в механизмах памяти и эмоций. Дофаминергические клетки черной субстанции так же проецируются в стриатум и образуют нигростриатную систему, которая участвует в организации двигательных реакций. Согласно данным литературы, мезокортикальная дофаминергическая система более чувствительна к стрессу, чем нигростриатная система [5]. Результаты наших экспериментов уточняют эти данные, показывая, что пик отсроченных изменений в области среднего мозга, вызванных стрессом, приходится на более ранний период эксперимента (7 дней), чем в структурах переднего мозга (14 дней). В условиях стресса ограничения пространства за начальным увеличением высвобождения мезолимбического дофамина наблюдалось его снижение, что позволяет предположить, что повторное воздействие одного и того же стрессора приводит к торможению, а не к активации дофаминергических нейронов [9]. Мыши с нокаутом гена транспортера дофамина (DAT), у которых наблюдался высокий уровень внеклеточного дофамина, оказались весьма реактивны в ответ на стресс новизны по сравнению с интактными животными [15]. Поскольку ДОФУК образуется под влиянием моноаминоксидазы — фермента, локализованного внутриклеточно, количество данного метаболита может свидетельствовать об интенсивности обратного захвата ДА. Поэтому можно предположить, что обнаруженные нами постстрессорные изменения обмена ДА связаны с изменением активности DAT. Показано, что социальные поражения в тесте «чужак – резидент» у самцов крыс приводят к снижению DAT в стриатуме [9], что согласуется с нашими результатами о снижении соотношения ДОФУК/ДА на 14-й день после стрессорного воздействия. По данным литературы, при стрессе изменяется не только обмен ДА, но и состояние рецепторов к данному медиатору. В модели психосоциального стресса у землероек увеличивалось число D1-рецепторов в стриатуме и префронтальной коре [12]. Приведенные выше изменения DAT и дофаминовых рецепторов указывают на нарушение высвобождения ДА, вызванное стрессорными воздействиями. Снижение высвобождения ДА, в свою очередь, может быть также причиной агедонии и снижения мотивации при депрессии [14]. Полученные в настоящей работе данные также во многом согласуются с данными содержания и обмена моноаминов после острого психического стрессорного воздействия, в частности, электрокожной стимуляции у крыс. Показано, что у стрессированных крыс ресинтез ДА опережал его выброс [1]. Возможно, именно это обеспечивало отсроченные во времени эффекты, наблюдаемые в настоящей работе на 14-й день после стрессорного воздействия в структурах нигростриатной и мезокортикальной системах мозга крыс.

Известно, что изменения в серотонинергических нейронах лежит в основе депрессивных заболеваний. Наиболее широко используемые антидепрессанты служат ингибиторами обратного захвата 5-ГT и повышают его внеклеточный уровень [6]. Эффект от действия этих препаратов достигается лишь через 7–14 дней в соответствии с отсроченными изменениями обмена 5-ГТ в наших исследованиях. Известно, что 5-ГT регулирует настроение, а его рецепторы становятся мишенями для ряда психотропных препаратов [6]. У макак-резусов с короткой последовательностью аллеля транспортера обратного захвата серотонина отмечается низкая концентрация 5-ГИУК в спинномозговой жидкости. Это согласуется с утверждением, что низкий уровень 5-ГТ в мозге, соответствующий снижению активности серотонинергической системы, отрицательно влияет на эмоциональность. При этом у людей с высоким уровнем экспрессии фермента распада 5-ГT моноаминоксидазы-А (MAO-A) с меньшей вероятностью могут развиваться посттравматические стрессорные расстройства [7]. По данным литературы, стрессорное воздействие повышает концентрацию 5-ГT и его метаболитов в ряде областей мозга. При этом стресс вызывает изменения в тех областях мозга, которые служат мишенями и для серотонинергических нейронов. Стресс ограничения пространства вызывал увеличение обмена 5-ГT и снижал активность 5-HT1A-рецепторов в гиппокампе у крыс, что авторы данной работы объясняют стресс-зависимым повышением уровня глюкокортикоидов, регулирующих транскрипцию многих генов [8]. Повторное принудительное плавание вызывало увеличение содержания 5-ГT в стриатуме у крыс [10]. Однако согласно нашим данным, отсроченные последствия стрессорного воздействия на серотонинергическую систему стриатума заключаются в изменении концентрации не самого медиатора, а его метаболита — 5-ГИУК, что может быть связано с повышением активности серотонинового транспортера. Данное предположение нуждается в прямой экспериментальной проверке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе обнаружены изменения содержания моноаминов и их метаболитов в префронтальной коре, стриатуме и вентральной области покрышки головного мозга на 7-й и 14-й дни после предъявления хищника. На 3-й день после стрессорного воздействия достоверных изменений показателей обмена исследуемых медиаторов обнаружено не было. Это доказывает, что изменения состояния моноаминергических систем после предъявления хищника развиваются постепенно, отражая отсроченное развитие депрессивноподобного состояния.

В вентральной области покрышки отмечалось повышение активности систем ДА и 5-ГТ на 7-й день после стрессорного воздействия. В стриатуме и префронтальной коре наблюдались противоположные и более поздние изменения — снижение активности систем ДА и 5-ГТ на 14-й день после предъявления хищника. Можно предположить, что воздействие острого стресса предъявления хищника на состояние моноаминергических систем связано с протеканием начальной адаптивной реакции, характеризующейся активацией структур ствола головного мозга, и последующей дезадаптацией — снижением активности структур конечного мозга, отражающей развитие посттравматического стрессорного расстройства.

Об авторах

Евгений Рудольфович Бычков

Институт экспериментальной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: bychkov@mail.ru

канд. мед. наук, заведующий лабораторией химии и фармакологии лекарственных средств отдела нейрофармакологии им. С.В. Аничкова

Россия, Санкт-Петербург

Инесса Владимировна Карпова

Институт экспериментальной медицины

Email: inessa.karpova@gmail.com

канд. биол. наук, старший научный сотрудник отдела нейрофармакологии им. С.В. Аничкова

Россия, Санкт-Петербург

Сергей Георгиевич Цикунов

Институт экспериментальной медицины

Email: secikunov@yandex.ru

д-р мед. наук, профессор, заведующий лабораторией психофизиологии эмоций Физиологического отдела им. И.П. Павлова

Россия, Санкт-Петербург

Дарья Владимировна Крицкая

Институт экспериментальной медицины

Email: darya_uladzimirawna@mail.ru

аспирант физиологического отдела им. И.П. Павлова

Россия, Санкт-Петербург

Андрей Андреевич Лебедев

Институт экспериментальной медицины

Email: aalebedev-iem@rambler.ru

д-р биол. наук, профессор, заведующий лабораторией общей фармакологии отдела нейрофармакологии им. С.В. Аничкова

Россия, Санкт-Петербург

Илья Юрьевич Тиссен

Институт экспериментальной медицины

Email: iljatis@mail.ru

канд. биол. наук, старший научный сотрудник отдела нейрофармакологии им. С.В. Аничкова

Россия, Санкт-Петербург

Сарнг Саналович Пюрвеев

Институт экспериментальной медицины; Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет

Email: dr.purveev@gmail.com

аспирант отдела нейрофармакологии им. С.В. Аничкова, ассистент кафедры патологической физиологии с курсом иммунопатологии

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Петр Дмитриевич Шабанов

Институт экспериментальной медицины

Email: pdshabanov@mail.ru

д-р мед. наук, профессор, заведующий лабораторией психофизиологии эмоций Физиологического отдела им. И.П. Павлова

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы