WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Возрастные особенности синаптической активации клеток пуркинье мозжечка системой лазящих и мшистых волокон

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Карелина Татьяна Викторовна

Возрастные особенности синаптической активации клеток Пуркинье мозжечка системой лазящих и мшистых волокон

Специальность 03.03.01 физиология

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Санкт-Петербург

2010

Работа выполнена в лаборатории сравнительной физиологии мозжечка (заведующий – член-корреспондент РАЕН, д.б.н., профессор Григорьян Роман Ашотович) Учреждения Российской академии наук Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Научный руководитель: Член-корр. РАЕН,

доктор биологических наук, профессор

Григорьян Роман Ашотович

Официальные оппоненты: Доктор медицинских наук, профессор

Толкунов Борис Федорович

Доктор биологических наук, профессор заслуженный работник высшей школы РФ

Лапицкий Виктор Петрович

Ведущее учреждение: Санкт-Петербургская Государственная Педиатрическая Медицинская Академия

Защита диссертации состоится «8» июня 2010 г. в 11 часов на заседании Диссертационного совета (Д 002.127.01) при Учреждении Российской академии наук Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН по адресу: 194223, Санкт-Петербург, пр. М.Тореза, д. 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Автореферат разослан «_______» _______________2010 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета

доктор биологических наук,профессор М.Н.Маслова

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Одной из актуальных проблем нейрофизиологии, и эволюционной нейрофизиологии в частности является изучение контроля, регуляции и координации движений. Мозжечок вовлечен в общий контроль движений вместе пирамидной и экстрапирамидной системами в отношении таких важных функций как плавность, точность и быстрота движений (Карамян, 1976; Разумеев, Григорьян, 1976, Толкунов Б.Ф. 1978). Он также участвует в механизмах предварительного программирования движений (Фанарджан, Григорьян, 1983; Ito, 1984). Между тем, своеобразие анатомической иннервации клеток Пуркинье и цитоархитектоники коры мозжечка, сходное у всех представителей позвоночных, делают мозжечок весьма удобным и привлекательным объектом для функционального изучения. Двойственный характер иннервации клеток Пуркинье системами мшистых и лазящих волокон (Ramon y Cajal, 1888; Eccles et all, 1967; Андреева, Обухов, 1999) позволяет успешно идентифицировать клетки Пуркинье в ходе проведения электрофизиологических исследований и оценивать эффективность синаптического действия, оказываемого этими афферентными системами на клетки Пуркинье.

Гармалин широко используется в исследованиях, связанных с физиологией клеток Пуркинье мозжечка. Это основано на том, что он является специфическим активатором нейронов ядер нижней оливы, аксоны которых формируют одну из важных афферентных систем мозжечка – систему лазящих волокон (Eccles et all, 1967; Ito, 1984; Miwa, 2000). Другим важным инструментом воздействия на афферентный вход к клеткам Пуркинье является этанол, который оказывает растормаживающий эффект на активность клеток Пуркинье мозжечка, активируемых системой мшистых волокон (Григорьян, Исмаилов, 1984). В то же время этанол вызывает подавление тремора, вызванного введением гармалина (Rappaport et all, 1984). Эти данные подтверждены тем, что при поступлении этанола в организм его наибольшая концентрация в пределах ЦНС обнаруживается именно в мозжечке и гиппокампе (Сытинский, 1980).

Наиболее адекватным в изучении механизмов контроля и регуляции движения является исследования в онтогенетическом плане, так как одним из путей решения задач эволюционной физиологии является сравнительно-онтогенетический метод (Орбели, 1961). Следует отметить, что роль мозжечка и его главного элемента – клеток Пуркинье – в контроле и регуляции движений в онтогенезе является одной из слабо разработанных разделов физиологии двигательного аппарата. Экспериментальный материал, выполненный на взрослых животных, довольно широко представлен в периодической литературе (Armstrong, Edgley,1988; McDevitt, 1982; Свенсон, 2005), а возрастной аспект физиологии клеток Пуркинье с параллельным изучением двигательных реакций на незрелорождающихся животных освещен крайне скудно. Научный интерес к этой теме диктуется еще и тем соображением, что незрелорождающиеся крысы значительно отличаются по темпам постнатального развития электрофизиологической картины разряда клеток Пуркинье от зрелорождающихся, в частности морских свинок, на различных стадиях развития (Тарасова, Григорьян, 1984; Григорьянн и др. 2003). Старение, являясь заключительным этапом онтогенетического развития, так же как и ранний период постнатальной жизни, включает изменения функциональной активности всех систем организма (Анисимов, 2003; McKay, Turner R, 2005).

С учетом сказанного, систематическое изучение эффективности синаптического действия двух основных афферентных входов к клеткам Пуркинье мозжечка, вовлеченных в контроль и регуляцию движений, представляется актуальным. Сочетание электрофизиологического метода исследования функционального состояния клеток Пуркинье мозжечка, активируемых системой лазящих и мшистых волокон у животных, находящихся на разных этапах онтогенеза, а именно на стадии морфо-функционального созревания клеточных элементов коры мозжечка (двухнедельные крысята), зрелой стадии развития (3-6 мес) и в процессе старения (25-36 мес) с изучением уровня двигательной активности является наиболее адекватным подходом в решении данной проблемы, который углубит наше понимание сложных механизмов контроля, координации и регуляции движений.



Цель работы

Изучить особенности синаптической активации клеток Пуркинье мозжечка афферентами лазящих и мшистых волокон и ее связь с развитием моторной активности крыс на разных стадиях постнатального онтогенеза.

Задачи исследования

  1. Определить исходные численные показатели частотного спектра активности клеток Пуркинье, активируемых системами лазящих и мшистых волокон, параметров сложного спайка и длительности депрессии простых спайков после сложного разряда у крыс, находящихся на разных этапах онтогенеза.
  2. Сравнить возрастные изменения частотного спектра клеток Пуркинье мозжечка, формы сложного спайка и длительности депрессии простых спайков с уровнем моторной активности крыс под влиянием гармалина.
  3. Сравнить возрастные изменения частотного спектра клеток Пуркинье мозжечка, формы

сложного спайка и длительности депрессии простых спайков с уровнем моторной активности крыс под влиянием этанола.

Научная новизна работы

Новизна работы заключается в том, что в ней впервые дан сравнительный анализ паттерна активности клеток Пуркинье мозжечка у представителя незрелорождающихся животных - крыс линии Вистар на разных стадиях онтогенеза, отражающих незрелый уровень развития клеточных элементов и синаптических связей в коре мозжечка, взрослую половозрелую стадию и старческие изменения. В работе впервые продемонстрирована различная чувствительность клеток Пуркинье мозжечка животных, находящихся на разных стадиях онтогенетического развития к введению гармалина и этанола.

В работе впервые установлено, что форма сложного спайка в разряде клеток Пуркинье мозжечка двухнедельных крыс уже соответствует взрослой стадии развития, а на поздней стадии онтогенеза наблюдаются ее инволюционные изменения. Кроме того, впервые показано, изменения формы сложного спайка под влиянием гармалина и этанола коррелируют с длительностью депрессией простых спайков.

Наконец, новым в работе является сопоставление полученных изменений паттерна активности клеток Пуркинье мозжечка и формы сложного спайка с уровнем развития двигательной активности в соответствующих возрастных группах у интактных животных и под влиянием гармалина и этанола.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. В процессе созревания и старения у представителей незрелорождающихся животных – крыс линии Вистар наблюдаются изменения частотного спектра активности клеток Пуркинье мозжечка, которые сопровождаются изменением уровня моторной активности как интактных животных, так и в условиях действия гармалина и этанола.
  2. Форма сложного спайка у двухнедельных крысят соответствует взрослой, половозрелой стадии развития, в то время как у старых животных она существенно отличается от взрослых особей. Введение как гармалина, так и этанола изменяет форму сложного спайка, которое сопровождается изменением длительности депрессии у животных всех возрастных групп.

Научное и практическое значение работы.

В работе проведен анализ функционального состояния клеток Пуркинье мозжечка крыс, активируемых афферентами лазящих и мшистых волокон, показывающий разную степень зрелости возбудительно-тормозных процессов в коре мозжечка. Полученные данные расширяют теоретические представления о механизмах управления двигательной активностью животных на разных этапах онтогенеза. Полученные в работе экспериментальные данные о влиянии гармалина на активность клеток Пуркинье могут быть использованы в качестве теоретического обоснования для объяснения механизмов возникновения и развития эссенциального тремора у людей. Материалы с влиянием этанола на афферентную систему мшистых волокон послужат углублению понимания механизмов нарушения позы и походки в начальных стадиях алкогольной интоксикации.

Кроме того, полученные результаты могут быть использованы в курсах лекций по физиологии центральной нервной системы для студентов биологических факультетов высших учебных заведений и медицинских педиатрических академий и университетов. Материалы диссертации могут также войти в руководства по общей физиологии ЦНС.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались на международном симпозиуме, посвященном позе и походке (Япония, Матсумото, 1994); на заседании лаборатории физиологии движений Рокфелеровского университета США (1996); на семинаре лаборатории физиологии ЦНС неврологического института Р.С. Дау (США, Портленд, 1996); на XXXIII международном Конгрессе физиологических наук (С-Петербург, 1997); на ежегодных собраниях Американского общества нейронаук: 30th Annual Meeting of American for Neurocsience (New Orleans, 2000), 31th Annual Meeting of American for Neurocsience (San Diego, 2001), 32th Annual Meeting of American for Neurocsience (Orlando, 2002); на заседания Санкт-Петербургского общества физиологов в 2000 и 2001 годах, на Совещаниях и школах по эволюционной физиологии (1996, 2001, 2006); на конференции «Научное наследие академика Л. А.Орбели. Структурные и функциональные основы эволюции функций, физиологии экстремальных состояний» (2008); на VII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 160-летию со дня рождения И.П.Павлова «Механизмы функционирования висцеральных систем» (2009).





Публикации. По материалам диссертации опубликовано 26 печатных работ, из них 8 статей, из них 4 в реферируемых журналах и 18 тезисов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методики и объектов исследования, изложения экспериментальных данных, обсуждения полученных результатов, выводов и списка литературы, содержащего 207 источников. Материал диссертации изложен на 125 страницах, иллюстрирован 22 рисунками и 5 таблицами.

Материалы и методы исследования

Работа выполнена на 197 крысах, самцах линии Вистар. Все экспериментальные животные были разделены на три возрастные группы. В первую группу входили двухнедельные крысята (13-14 суток), во вторую группу - взрослые животные (3-6 месяцев) и в третью группу – старые животные (25-36 мес.).

Анестезия и хирургические процедуры. Крыс внутрибрюшинно наркотизировали уретаном в дозе 1000-1400 мг/кг массы тела. С целью уменьшения пульсации поверхности мозжечка во время дыхания в Т-образный разрез на трахее вводили трахеотомическую трубку, которую закрепляли с помощью лигатуры. Трепанационное отверстие на затылочной кости черепа находилось в 1-2 мм от среднесагиттальной линии черепа, над зоной HV-HVI долек по классификации Ларселла (Larsell, 1934). После проведения операции животное закреплялось в стереотаксическом аппарате, где голова жестко фиксировалась с помощью ушных держателей. В течение всего времени проведения операционных процедур, а также во время опыта животные находились на термостатическом столике, где поддерживалась постоянная температура 38С. После того как микроэлектрод касался коры мозжечка, отверстие в затылочной кости черепа заливалось 6% раствором агар-агара для предотвращения пульсации, связанной с дыхательной и сердечной деятельностью, а также, во избежание подсыхания коры мозжечка. Все опыты проведены в соответствии с принципами Европейской конвенции (Страсбург, 1986) и Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации о гуманном обращении с животными (1996).

Метод регистрации и идентификации клеток Пуркинье. Внеклеточное отведение активности клеток Пуркинье осуществляли стеклянными микроэлектродами, заполненными 2,5М раствором NaCl с сопротивлением кончика от 2 до 10 мОм. Индифферентный электрод вкалывался в черепную кость. Усиленный сигнал подавался на экран осциллографа для визуального контроля. В серии экспериментов, связанных с оценкой влияния гармалина на паттерн активности клеток Пуркинье мозжечка, сигнал от усилителя регистрировался на магнитофон. Записи на магнитной ленте через преобразователь импульсов вводились в электронно-вычислительную машину «Электроника Д3-28» с целью получения цифровых характеристик импульсной активности клеток Пуркинье. В других сериях экспериментов, связанных с оценкой формы сложного спайка и влияния этанола на импульсную активность клеток Пуркинье, сигнал от усилителя нейронной активности подавался на аналогово-цифровую плату L-791, где он оцифровывался с частотой дискретизации 10 КГц. Идентификация клеток Пуркинье осуществлялась по одновременному наличию простых и сложных спайков в разряде регистрируемой клетки, отражающих синаптическую активацию клеток Пуркинье системами мшистых и лазящих волокон соответственно, а также по наличию депрессии простых спайков после сложного разряда. В серии опытов с введением гармалина и этанола после 10-ти минутной регистрации фоновой активности проводилось медленное внутрибрюшинное введение гармалина (фирма Sigma) из расчета 15 мг/кг или этанола в дозе 2г/кг в виде 30% раствора во всех возрастных группах, после чего продолжалась регистрация активности той же клетки Пуркинье в течение 60 мин.

Для оценки двигательной активности подсчитывалось число квадратов, пересеченных животным всеми четырьмя лапами в «открытом поле», которое для взрослых животных представляло собой коробку размером 1м х 1м с высотой бортиков 20 см. Для крысят размер коробки был равен 50 х 50 см с высотой бортиков 10 см. Дно коробки было расчерчено на 25 квадратов в обоих случаях крыса помещалась в центральный квадрат. Наблюдение велось в течение 5 мин.

Обработка данных. В ходе обработки данных, связанных с характеристикой импульсной активности клеток Пуркинье, оценивали среднюю частоту простых и сложных спайков, а также длительность депрессии простых спайков, возникающую вслед за активацией клеток Пуркинье афферентной системой лазящих волокон. Средняя частота простых и сложных спайков вычисляли раздельно за одни и те же промежутки времени, которые составляли от 30 секунд до 1 минуты.

В серии экспериментов, посвященных изучению формы сложного спайка оцифрованный сигнал анализировался в программе «Bioactivity Recorder v. 5.3» (Сибаров, 2007). С помощью данной программы для каждого отдельно взятого сложного спайка вычислялись его длительность, частота и число составляющих его потенциалов действия, а также среднее значение вышеперечисленных показателей для каждой конкретной записи.

В ходе окончательной статистической обработки с помощью программы MS Excel 2002 высчитывалось среднее значение и статистическая ошибка среднего для всех исследованных показателей в пределах каждой возрастной группы животных. Для проверки достоверности различий средних значений использовали парный и двухвыборочный критерии Стьюдента. Различия считались достоверными при р0,05. (Ивантер, Коросов, 1992).



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.