CC BY
29
А.В. ВАРДАНЯН, Б.С. САРИБАЕВА, Б.Н. РАИМКУЛОВ
Институт физиологии РА, 0025, Ереван, КазНМУ им. Асфендиярова, гАлматы
УДК 616.831.30.1-30.9.
СООТНОШЕНИЕ ВОЗБУДИТЕЛЬНЫХ И ДЕПРЕССОРНЫХ СИНАПТИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В НЕЙРОНАХ ГИППОКАМПА, АМИГДАЛЫ И ЯДРА МЕЙНЕРТА В ДИНАМИКЕ РАЗВИТИЯ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА НА МОДЕЛИ, ИНДУЦИРОВАННОЙ АВ 25-35
В данной статье по материалам исследований, представлены доказательства токсического разрушительного воздействия нейротрансмиттерных сигналов на межклеточные растворимые олигомеры Авна, ведущие к редукции синаптической интеграции. Проведено изучение активности нейронов Г, амигдалы (Ам) и ядра Мейнерта (ЯМ) на высокочастотную стимуляцию (ВЧС) энторинальной коры мозга (ЭК) и Г. Для создания модели БА билатерально интрацереброветрикулярно инъицировалитоксический олигомер Ав 25-35согласно координатам стереотаксического атласа (АР-1, Ь±1.5, DV+35 мм)по 3 мкл 10-9 М фрагментов Ар 25-35 (1 мг/мл при 137°С, агрегированного в течение 4 дней) и выдерживали до острого эксперимента 12-28 нед.
Ключевые слова: болезнь Альцгеймера, гиппокамп, амигдала, ядро Мейнерта, одиночная спайковая активность.
Актуальность. Согласно гипотезе «амилоидного каскада» в гиппокампе (Г) и коре мозга с возрастом, неравномерное распределение продукции и/или очистки Ар приводит к ее аккумуляции и аггрегации, cодействующей нейродегенеративному каскадус оксидативным стрессом, с повреждением и потерей нейронов [6]. Показано, что олигомерные и фибриллярные формы Ар вызывают нарушение длительной потенциации, синаптическую дисфункцию и ускоряют формирование нейро-фибриллярных нитей [11]. Предполагается, что активация компенсаторных механизмов не только способна сдерживать развитие патологического процесса, но может быть использована для профилактики и лечения БА. Компенсаторные механизмы включают образование антител к р-амилоиду, синтез нейропротекторных белков, активацию антиоксидантных систем и проонкогенов, тормозящих апоптоз, индукцию нейрогенеза, спраутирование терминалей нейронов, увеличение «плотности» рецепторов нейромедиаторов. Даже процесс образования бляшек может носить компенсаторную функцию, поскольку снижает уровень наиболее токсичных протофибрилл Ар. Однако, с возникновением клинических признаков компенсаторные механизмы, как правило, истощены. В частности, снижение ингибиции в гиппокампе крыс могло быть следствием селективной потери ГАМКэргических нейронов [13]. К тому же, нейрогенез в зрелом мозге также находится под ГАМКэргическим контролем [2]. Представляет интерес тот факт, что головной мозг способен в течение всей жизни генерировать новые нейроны благодаря кортикостерону - наиболее мощному из содействующих этому факторов [14]. Более того, новые нейроны развивают свойства функциональных нейронов, способность запускать потенциал действия и обретать синаптические входы с вовлечением в нейрональные сети [5]. Согласно модели функциональной роли зрелого нейрогенеза в механизмах памяти: а) новые нейроны могут разрушить существующую нейрональную сеть с целью формирования новых синаптических кругов, c потерей предшествующей памяти; б) интеграция новых нейронов в нейрональную сеть, для замещения
погибших, может обеспечить консолидацию памяти; в) новые нейроны могут усиливать длительную потенциацию либо повышением числа синапсов, либо подавлением ГАМКэргических входов в перфорантный путь [8]. Дальнейшие изучения относительно модуляции Aß-индуцированных модификаций синаптической функции и пластичности нуждаются в оценке роли адаптивных изменений с учетом противоречивых данных [12]. Целью исследования явилось изучение механизмов развития синаптических процессов в структурах первичной-третичной памяти мозга, в качестве синаптической потенциации и депрессии, на амилоидной модели БА. Материал и методы.
Эксперименты проводили на 17 половозрелых крысах-самцах Альбино, массой 200-250гр., в 2 сериях экспериментов: 1. на интактных (n=8); 2. на модели БА, индуцированной билатеральным ИЦВ Aß 25-35 (n=15). Проведено изучение активности нейронов Г, амигдалы (Ам) и ядра Мейнерта (ЯМ) на высокочастотную стимуляцию (ВЧС) энторинальной коры мозга (ЭК) и Г. Все эксперименты проводили согласно «правилам ухода за лабораторными животными» (публикации NIH за № 85-23, исправленной в 1985 году). Для создания модели БА билатерально интрацереброветрикулярно
инъицировалитоксический олигомер Aß 25-35согласно координатам стереотаксического атласа [9] (АР-1, L±1.5, DV+3.5 мм)по 3 мкл 10-9 М фрагментов Aß 2535 (1 мг/мл при t 37°С, агрегированного в течение 4 дней) [Maurice, 1998] и выдерживали до острого эксперимента 12-28 нед. Операции проводили под пентобарбиталовым наркозом (40 мг/кг, в/б), операционное поле обрабатывали 0,1 % Бицилином. В остром опыте животных дополнительно обездвиживали 1% дитиллином (25 мг/кг в/б) и переводили на искусственное дыхание. После краниотомии, стереотаксически ориентированный раздражающий электрод вживляли в ипсилатеральную ЭК (АР-11, L±3.5, DV+4.0 мм) и Г (АР-3,5, L±2.0, DV+4.0 мм), а стеклянный отводящий микроэлектрод с диаметром кончика 1 мкм, заполненный 2М раствором №Cl, погружали в Г (АР-3.5, L±2.0, D+4.0 мм), Ам - Rostralamygdalopiriformarea
КазНМУ
№2-2016
(АР-3.24, L±5.4-5.8, DV+9.5-10.2 мм) и ЯМ (АР-1.8, L ± 3.0, DV+7.4 мм). В целом, была зарегистрирована активность 876 нейронов: из Г (236), Ам (382) и ЯМ (258). ВЧС (100 Гц в течение 1 сек) ЭК и СА1 Г осуществляли посредством прямоугольных толчков тока длительностью 0,05 мс и силой 0.10-0.16 и 0.160.18 мА. Проводили программный математический анализ одиночной спайковой активности нейронов Г (31),Ам (89), ЯМ (80) в норме и на модели БА нейронов Г (205), Ам (293), ЯМ (178). Для избираемых сравниваемых групп спайкинга нейрональной активности строили суммированные и усредненные перистимульные (РЕТН Average) гистограммы и гистограммы частоты (FrequencyAverage). Для определения статистической достоверности различий в длительности межспайковых интервалов до и после действия стимула использовался непараметрический критерий проверки
однородности двух независимых выборок - двух выборочный критерий Вилкоксона-Манна-Уитни (Wilcoxon-Mann-Whitneytest). Так как число регистрируемых спайков было достаточно велико (до нескольких сотен спайков за 20 секундный интервал после действия стимула), использовалась разновидность указанного теста, учитывающая его асимптотическую нормальность - z-тест. Сравнение критических значений с табличными значениями нормального распределения при уровнях значимости 0.05, 0.01 и 0.001 (для различных испытаний),показывает, что в результате ВЧС для большинства выборок спайкинга нейрональной активности имеется статистически значимое изменение как минимум с уровнем значимости 0.05. Результаты исследования и обсуждение.
Сравнительный анализ импульсной активности одиночных нейронов Г, Ам и ЯМ в норме (n=200) и на модели БА спустя 12-28 нед (n=676) выявил формирование возбудительных и депрессорных ответов в нейронах Г и Ам на ВЧС ЭК, нейронов Ам и ЯМ на ВЧС Г, в виде тетанической потенциации (ТП) и депрессии (ТД), с последующими посттетаническими смешанными одно-и разнонаправленными проявлениями активности в виде ПТП и ПТД, исчисляемых на основе усредненного количества спайков (PETH) с пересчетом в межимпульсные интервалы и частоты в Гц (FrequencyAverage). По сравнению с престимульным уровнем депрессорные постстимульные проявления активности нейронов Г на ВЧС ЭК выявлялись в следующих пределах. Спустя 12 нед после введения Ар 25-35 тетаническая депрессия в депрессорной последовательности исчислялась в пределах 3-кратного занижения престимульной активности, равного норме (3-кратного), в депрессорно-возбудительной последоватеьности - выше нормы порядка 4-кратного; спустя 15-16 нед ТД нейронов Г в ТД ПТД достигала 3-кратного занижения, равного норме;через 28 нед - 4-кратного занижения, выше нормы (Рис. 1 А). ТД в ТД ПТП спустя 12 нед определялась порядка 4-кратного занижения, выше нормы (3-кратного) и 3-кратного - через 15-16- и 28 нед,равного норме. Спустя 12 нед ТД в ТД ПТД нейронов Ам на ВЧС ЭК исчислялась в пределах 23-кратного занижения, в то время как в норме она достигала 4.25-кратного, т.е намного ниже, а в ТД ПТП - 22-кратного, также выше нормы (10-кратного). В нейронах Ам на ВЧС Г спустя 12, 13, 16 и 18 нед ТД в ТД ПТД определялась порядка 3.5-, 2-, 3- и 3-кратного
занижения, соответственно, что оказалось преимущественно выше нормы (2- кратного); ТД в ТД ПТП - в пределах 3-, 1-,2- и 2-кратного занижения, соответственно, что в сравнении с нормой (2-кратного), сначала превысила ее, затем достигла уровня нормы. Наконец, в нейронах ЯМ на ВЧС Г ТД в ТД ПТД спустя 12 нед достигала 2.5-кратного занижения, через 22 нед 2-кратного уровня, спустя 28 нед -2.5-кратного, что в сравнении с нормой (4-кратного), с удлинением срока испытания так и не превысила ее; ТД в ТДПТП спустя 12-, 22- и 28 нед. достигла значений 2.5-, 2- и 3-кратного, соответственно, с той же тенденцией прогрессии во времени, но уже с превышением нормы (порядка 2-кратного). Таким образом, в соответствующих посттетанических последовательностях
тетанические депрессорные процессы в нейронах Г на ВЧС ЭК нарастали с удлинением сроков испытаний, превышая норму и приравниваясь к ней, с значительным превалированием в нейронах Ам на ВЧС ЭК, с относительно низким превалированием и приравниванием к норме на ВЧС Г и ниже и выше нормы в нейронах ЯМ на ВЧС Г. Возбудительные постстимульные тетанические реакции изменялись следующим образом. ТП в возбудительной последовательности (ТП ПТП) в нейронах Г на ВЧС ЭК спустя 12 нед после введения Ар 25-35 достигла превышения престимульного уровня 8.5-кратно, что оказалось намного выше нормы (3-кратно), через 1516 и 28 нед превышение престимульного уровня определялось в пределах 2 и 1 раза, соответственно, что было ниже нормы; ТП в возбудительно-депрессорной последовательности (ТП ПТД) в указанные периоды испытаний достигла 3-, 2.25- и 3-кратного превышения, соответственно, намного ниже нормы (12.5-кратного). В нейронах Ам на ВЧС ЭК через 12 нед ТП в ТП ПТП исчислялась в пределах 10.25-кратного превышения, выше нормы (9.4-кратно); ТП в ТП ПТД достигла 14-кратного превышения, соответственно, намного выше нормы (2.14-кратного). В нейронах Ам на ВЧС Г 12 нед спустя ТП в ТП ПТП выявлялась порядка 1.43-кратного превышения, 13и 16 нед спустя - 1.5-кратного превышения, через 18 нед - 3-кратного, что было несколько выше нормы (2.66- кратного); ТП в ТП ПТД в те же сроки исчислялась в пределах 1.14-, 1-,1- и 1-кратного,соответственно, что оказалось намного ниже нормы(3-кратного) (Рис. 2 Д, Е). В нейронах ЯМ на ВЧС Г ТП в ТП ПТП через 12, 22 и 28 нед исчислялась в пределах 1.1-, 1.2- и 1.5-кратного превышения, не достигая нормы (2-кратного); ТП в ТП ПТД в те же сроки - достигала 1.5-, 1.33- и 1.5-кратного превышенияприближаясь к норме (1.5-кратного) (Рис. 2 Ж. З). Иными словами, в нейронах Г на ВЧС ЭК возбудительные тетанические эффекты через 12 нед оказались в обеих последовательностях значительно выше и ниже нормы, соответственно, через 15-16 и 28 нед - превышение достигало уровня ниже и намного ниже нормы в тех же последовательностях. В нейронах АМ на ВЧС ЭК через 12 нед ситуация оказалась обратной - с незначительным превышением и намного выше нормы. В нейронах Ам и ЯМ на ВЧС Г, в целом, изменения определялись в незначительных пределах. В АМ на ВЧС Г ТП в возбудительной последовательности, будучи ниже нормы к 12, 13 и 16 нед испытаний, несколько превысила ее к 18 нед, а в смешанной - на все время испытаний так и не
достигла нормы. Наконец, в нейронах ЯМ на ВЧС Г от 12 до 28 нед, наоборот, превышение не достигало нормы в возбудительной последовательности, а в смешанной - исчислялось в пределах нормы. В заключение, естественным механизмом противодействия нейродегенерации выступает депрессия, которая вначале углубляется, затем спадает. Создается необходимость ее протекторной поддержки с удлинением действия вплоть до восстановления возбудительных эффектов. Представляет интерес тормозный механизм протекции, опосредованный, в частности ГАМК, содействующий восстановлению исходного соотношения синаптических процессов. Углубление депрессорных реакций, очевидно, является
следствием выдвижения их в качестве протекторных в начальной стадиивосстановления. Согласно собственным данным, депрессорные реакции интенсивнее вовлекаются как при неспецифической, так и специфической нейродегенерации [3, 4, 10 и др.]. Более того, изучения на клеточном и сетевом уровнях доказывают, что синаптическое торможение не может оцениваться лишь в качестве противостоящего возбуждению, а обслуживает высоко специфические функции в нервной системе млекопитающих [1]. Отсутствие выраженной депрессии в настоящем исследовании полагает необходимость привлечения фармакологической интервенции с целью ее усиления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Birke G., Draguhn A. No Simple Brake - the Complex Functions of Inhibitory // Pharmacopsychiatry. - 2010. - vol.43. - Р. 21-31.
2 Earnheart JC, Schweizer C, Crestani F, Iwasato T, Itohara S, Mohler H, Lüscher B. GABAergic control of adult hippocampal neurogenesis in relation to behavior indicative of trait anxiety and depression states // J Neurosci. - 2007. - vol.27. - № 14. - Р. 3845-3854.
3 Galoyan A.A., Khalaj N., Hambardzumyan L.E, Manukyan L.P., Meliksetyan I.B., Chavushyan V.A., Sarkisian V.H., Sarkissian J.S. Protective effects of hypothalamic proline-rich peptide and cobra venom Naja Naja Oxiana on dynamics of vestibular compensationfollowing unilateral labyrinthectomy // Neurochem. Res. - 2010. - vol.35. - Р. 1747-1760.
4 Galoyan A.A., Sarkissian J.S., Chavushyan V.A., Meliksetyan I.B, Avagyan Z.E., Poghosyan M.V., Vahradyan H.G., Mkrtchian H.H., Abrahamyan D.O.Neuroprotection by hypothalamic peptide proline-rich peptide-1 in Abeta 25-35 model of Alzheimer's disease // Alzheimer's & Dement. 2008. - Vol.4. - № 5 . - Р. 332-344.
5 Galvan V., Bredesen D.E. Neurogenesis in the Adult Brain: Implications for Alzheimer's Disease // CNS & Neurological Disorders - Drug Targets. - 2007. - vol. 6. - Р. 303-310.
6 Hardy J., Selkoe D.J. The amyloid hypothesis of Alzheimer's disease: progress and problems on the road to therapeutics // Science. - 2002. - vol. 297. - Р. 353-356.
7 Lacor, P. N., Buniel, M. C., Furlow, P. W. et al. Abeta oligomer-induced aberrations in synapse composition, shape, and density provide a molecular basis for loss of connectivity in Alzheimer's disease // Journal of Neuroscience. - 2007. - vol. 27. - Р. 796-807.
8 Lu B., Chang J.H. Regulation of neurogenesis by neurotrophins: implications inhippocampus-dependent memory // Neuron Glia Biology. - 2005. - vol. 1. - Р. 1-8.
9 Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. Elsevier, Academic Press. - 2005. - 367 p.
10 Shankar G., Li S, Mehta TH, Garcia-Munoz A, Shepardson NE, Smith I, Brett FM, Farrell MA, Rowan mJ, Lemere CA, Regan CM, Walsh DM, Sabatini BL, Selkoe DJ. Amyloid-beta protein dimers isolated directly from Alzheimer's brains impair synaptic plasticity and memory // Nature Medicine. - 2008. - vol. 14. - Р. 837-842.
11 Small D.H. Network dysfunction in Alzheimer's disease: Does synaptic scaling drive disease progression? // Trends in Molecular Medicine. - 2008. - vol. 14. - Р. 103-108.
12 Tsunashima K, Schwarzer C, Kirchmair E, Sieghart W, Sperk G.GABA(A) receptor subunits in the rat hippocampus III: altered messenger RNA expression in kainic acid-induced epilepsy // Neuroscience. - 1997. - vol.80. - № 4. - Р. 10191032.
13 Wossink J., Karst H., Mayboroda O., Joels M. Morphological and functional properties ofrat dentate granule cells after adrenalectomy // Neuroscience. - 2001. - vol. 108. - № 2. - Р. 263-272.
А.В. ВАРДАНЯН, Б.С. САРИБАЕВА, Б.Н. РАИМКУЛОВ
КРЗДЬ^ЫШ ЖЭНЕ ДЕПРЕССОРЛЫК; СИНАПС ПРОЦЕССТЕРШЩ КАТЫНАСЫ ГИППОКАМП НЕЙРОНДАРЫНДА, АМИГДАЛАР ЖЭНЕ МЕЙНЕРТ 6ЗЕПНДЕ АЛЬЦГЕЙМЕР АУРЫНЫН МОДЕЛ1НЩ ДАМУЫ, АВ 25-35
Тушн: Мак;алада зерттеулер непзшде, синаптикалык; интеграция редукциясынын, жeтeкшiсi Aß олигомер1 жасушашшж еритш нейротрансмиттер сигналдардын, улы зиянды эсерлершен темендеуше экелетш дэледемелер усынылады. Гипокамп (Г) нейронын белсендшпн аньщтау, амигдалар (Ам) жэне Мейнерт езеп (Мб) жогары жишктеп стимуляциялык; (ЖЖС) энторинальщ ми к;ыртысы (ЭМК) жэне Гипокамп. Альцгеймер ауруы моделынщ калыптасуына билатерал^Щ интрацеребровентрикулырлы токсикалык; олигомер Аß 25-35 стереотаксикалык; атлас (АР-1, L±1.5, DV+3.5 мм) 3 мкл 10-9 М фрагмент Аß 25-35 (1 мг/мл t 37°С бойынша, 4 кун бойы агрегатталган) енпзшген 12-28 апта аралыгында жедел зерттеуге дешн устаган.
ТYЙiндi сездер: Альцгеймер ауруы, гиппокамп, амигдала, Мейнерттщ езеп, бeлсeндi дэнeкeрлi бiрлiк.
AV. VARDANYAN, B.S. SARIBAEVA., B.N. RAIMKULOV
CORRELATION OF EXCITATORY AND DEPRESSOR SYNAPTIC PROCESSES IN HIPPOCAMPAL, AMYGDALAR AND MEYNERT NUCLEUS NEURONS IN DYNAMICS OF DEVELOPMENT OF ALZHEIMER'S DISEASE
INDUCED BY AB 25-35
Resume: In semichronic experiments in intact Albino rats (n=8) on amyloid model of Alzheimer's disease (AD) (n=15) after 12 -28 weeks activity registration of single neurons of hippocampus (H) and amygdala (Am) to high frequency stimulation (HFS) of entorhinal cortex (EC), neurons of Am and Meynert nucleus (NM) to HFS of H, by mean of on-line selection and software mathematical analysis based on depressor and excitatory tetanic (TD and TP) and post tetanic (TD PTD and TD PTP) effects, the comparartive analysis of impulse activity of neurons H, Am and NM in norm (n=200) and on the model of AD after 12-28 weeks (n=676) were conducted.
Keywords: Alzheimer disease, hippocampus, amygdale, Meynerfs, single spike activity.
Г.М. ДУСЕКЕЕВА, Н.Т. КОЖАКАНОВА, А.Б. ИСАХАНОВА, Г.С. БИМАГАМБЕТОВА
Научно-исследовательский институт кардиологии и внутренних болезней МЗСР РК
УДК 616.06: 616-009.86.
РОЛЬ ДИСБАЛАНСА ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ В РАЗВИТИИ И ПРОГРЕССИРОВАНИИ ХРОНИЧЕСКОЙ
БОЛЕЗНИ ПОЧЕК У КАРДИОЛОГИЧЕСКИХ ПАЦИЕНТОВ С ПРИЗНАКАМИ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО СИНДРОМА
Метаболический синдром (МС) - «пандемия XXI века». Хроническая болезнь почек (ХБП) нередко определяет качество жизни и прогноз кардиологических больных МС. Раннее выявление маркеров ХБП у больных МС может предупредить прогрессирование ХБП. В данной статье описываются результаты исследования по выявлению наличия дисбаланса вегетативной нервной системы (ВНС)у кардиологических пациентов с МС, определяется роль гиперсимпатикотонии в развитии и прогрессировании ХБП.
Ключевые слова: гиперсимпатикотония, метаболический синдром, хроническая болезнь почек.
Актуальность. Метаболический синдром (МС) ассоциируется с субклиническим поражением жизненно важных органов. В то же время эти изменения являются обратимыми при соответствующем лечении. Поэтому столь важным является выявление субклинического поражения органов мишеней. Хроническая болезнь почек (ХБП) нередко определяет качество жизни и прогноз кардиологических больных МС. Раннее выявление маркеров ХБП у больных МС может предупредить прогрессирование ХБП.
Цель исследования: Оценить наличие дисбаланса вегетативной нервной системы (ВНС) у кардиологических пациентов с МС и его влияние на развитие поражения почек.
Материалы и методы: Был проведен ретроспективный анализ историй болезни 35 пациентов, соответствовавших диагнозу МС согласно критериям консенсуса Международной федерации диабета 2005г, находившемся на стационарном лечении в НИИ кардиологии и внутренних болезней, г. Алматы с 2009 по 2015 год. Всем пациентам проводились обследования, позволяющие
диагностировать МС: антропометрия, физикальное обследование, общеклинические исследования, расчет стандартизированной СКФ, определение гликемического профиля, анализ мочи на микроальбуминурию (МАУ). Всем пациентам проводилось суточное мониторирование ЭКГ по Холтеру.
Результаты и обсуждение: Все пациенты были разделены на 4 группы: 1) пациенты с нормофильтрацией (НФ) без МАУ 2) пациенты с НФ с МАУ 3) пациенты с гиперфильрацией (ГФ) 4) пациенты с гипофильтрацией (ГПФ). В 1 группу (средняя СКФ 90 [87;91] мл/мин/1,73м2) вошли 9 человек (5 мужчин и 4 женщины, средний возраст 55 [47;63] лет). Группу с ГФ составили 11 больных (6 мужчин и 4 женщины, средний возраст 57 [50; 64] лет, средняя СКФ - 120 [114; 135] мл/мин/1,73м2); в группу НФ (средняя СКФ 84 [81; 93] мл/мин/1,73м2) и МАУ (средний показатель 47,5 [35,4; 57]) вошли 11 пациентов (6 мужчин и 5 женщин, средний возраст 54 [49; 57] лет и в группу ГПФ (средняя СКФ 57 [51; 60]мл/мин/1,73м2) составили 4 больных (3 мужчин и 1 женщина, средний возраст 64 [61; 70] лет.) (рис.1).
