Нейрофізіологічний аналіз функціонування спинного мозку в умовах особливо високої збудливості та можливості її корекції

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство охорони здоров'я України

Донецький національний медичний університет ім. М. Горького

УДК 612.81.067:612.83.067:616.832.4-085.21.83]-092.9

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора медичних наук

Нейрофізіологічний аналіз функціонування спинного мозку в умовах особливо високої збудливості та можливості її корекції

14.03.03 - Нормальна фізіологія

Родинський Олександр Георгійович

Донецьк - 2007

Дисертацією є рукопис нейрофізіологічний мозок нервовий

Робота виконана в Дніпропетровській державній медичній академії МОЗ України

Науковий консультант:

Размещено на http://www.allbest.ru/

доктор медичних наук, професор, Дніпропетровська державна медична академія МОЗ України, професор кафедри фізіології

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Василенко Дмитро Артурович, Інститут фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України, провідний науковий співробітник відділу фізіології рухів;

доктор медичних наук, професор Шандра Олексій Антонович, Одеський державний медичний університет МОЗ України, завідувач кафедри нормальної фізіології;

доктор медичних наук, професор Івнєв Борис Борисович, Донецький національний медичний університет МОЗ України, професор кафедри фізіології.

Захист відбудеться "30" січня 2008 р. об 11.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.600.01 у Донецькому національному медичному університеті ім. М.Горького за адресою: 83003, Україна, м. Донецьк, пр. Ілліча, 16.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Донецького національного медичного університету ім. М.Горького за адресою: 83003, Україна, м. Донецьк, пр. Ілліча, 16.

Автореферат розісланий "28" грудня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради д.мед.н., професор Д.О.Ластков

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розкриття механізмів зростання збудливості ЦНС у нормальних та патологічних умовах являє собою актуальне питання для сучасної теоретичної та практичної медицини (Кеннон В., Розенблют А., 1951; Scharpless S.K., 1975; Stevens F., 1991; Крыжановский Г.Н., 2001; Dedek K. et al., 2001; Комиссаров.И.В., 2004). Цей феномен лежить у основі механізмів багатьох фізіологічних процесів: пам'яті (Wolpaw J.R. et al., 1989; Крыжановский Г.Н., 1997; Никитин В.П., Судаков К.В., 1997; Солнцева Е.И. и др., 2003), умовно-рефлекторної діяльності (Гурфинкель В.С., 1994; Вергун О.В. и др., 1995), компенсації порушених рухових функцій (Сердюченко И.Я., 1986), пластичності нервової системи (Экклс Дж., 1966; Костюк П.Г., 1973; Fujita Y. et al., 1989; Carp J.S., Wolpaw J.R., 1991; Dubner R., 1992; Wall P.D., 1992; Miletic G. et al., 2000). Не менш важливими є і патологічні процеси, які асоціюються з підвищеною збудливістю нейронів ЦНС - епілепсія (Шандра А.А., Годлевский Л.С., Семенюк Н.Д., 1983; Sloviter R.S., 1999; Hochman S. et al., 1994; Demir R. et al., 1998; Dudek F.E. et al., 1998; Семьянов А.В. и др., 2001), судомні стани (Вирозуб И.Д., Чипко С.С., 1981; Лопанцев В.Э., Тараненко.В.Д., 1989; Крыжановский Г.Н., 1997), нейропатичний біль (Asada H. et al., 1988; Wall P.D., 1991; Мазитов Б.К. и др., 1993; Крыжановский Г.Н. и др., 1995; Attal.N., 1999; Serra J., 1999; Лизун Д.В. и др., 2005), каузалгії (Крыжановский Г.Н., 1997, 2001), боковий аміотрофічний склероз (Show P.J., Ince P.J., 1997; Borras-Blasco.J., Plaza-Macias I. et al., 1998; Munch C., Ludolph A.C., 2001) тощо.

Раніше були досить детально вивчені нейрофізіологічні механізми підвищення збудливості нейронів спинного мозку в умовах постденерваційної (Макий Е.А., 1981-1991; Miyata Y., Yasuda H., 1988; Vejsada R. et al., 1991) та постхордотомічної (Макій.Є.А., 1989-1999; Taylor J. et al., 1997; Bennet D.J. et al., 2001; Gorassini M.A. et al., 2004) спінальної гіперрефлексії, в умовах дії речовин, які підвищують збудливість нейронів спинного мозку (Сердюченко И.Я. и др., 1986; Al-Zamil Z.M., Bagust J., Kerkut G.A., 1989; Макий Е.А. и др., 2000-2005; Jensen J.M., Shi R., 2003). Особливістю рефлекторних реакцій у випадках гіперрефлексії зазначеного ґенезу є суттєве підвищення збудливості мотонейронів. Так, амплітуда моносинаптичних рефлекторних розрядів вентрального корінця (МР ВК), яка відбиває ступінь підвищення збудливості мотонейронів, підвищувалася у два-три рази і в абсолютних значеннях складала близько (5-6) мВ (Макий Е.А., 1993, 2002).

Основною концепцією нашого дослідження є вивчення нейрофізіологічних механізмів функціонування спинного мозку в умовах інтенсивного зростання його збудливості та з'ясування тези про можливість отримання рефлекторних відповідей у декілька разів більшої амплітуди, ніж при постденерваційній або постхордотомічній гіперрефлексії. Виходячи з цього потребує з'ясування принципова можливість отримання такого ступеня підвищення збудливості нейронів спинного мозку, при якому амплітуда моносинаптичних рефлекторних розрядів вентральних корінців (МР ВК) буде дуже близька або навіть перевищувати поріг збудження волокон вентрального корінця, в яких і розповсюджуються біоелектричні розряди. Потребує з'ясування і питання про те, чи можна взагалі отримати таку високу амплітуду рефлекторних відповідей. Якщо ж це буде можливо, то потребують з'ясування механізми функціонування спинного мозку в цих умовах. Так, суттєвий інтерес має вивчення процесів збудження та гальмування мотонейронів при такій особливо високій збудливості спинного мозку, міжсегментарних процесів збудження, процесів збудження та гальмування окремих нейронних елементів спинного мозку. Потребує вивчення характер супраспінальних впливів в умовах суттєвого зростання рефлекторної активності спинного мозку. Нарешті, необхідно з'ясувати, чи можна коригувати такий високий ступінь збудливості нейронів.

Ми вважаємо, що в цьому стані функціонування нейронів та рефлекторних дуг спинного мозку може кардинально змінитися і відтворювати ефекти патологічного розповсюдження збудження в ЦНС як, наприклад, при епілептичному нападі.

Зокрема, в цих умовах, на нашу думку, не виключається порушення закону ізольованого проведення збудження в нервових стовбурах. Можливість взаємодії нервових волокон в умовах нормальної збудливості ЦНС відкидають багато дослідників (Тасаки И. 1957; Маркин В.С. и др., 1981; Виноградова И.М., Матюшкин.Д.П. и др., 1979). Ті ж експерименти, в яких на думку авторів, виникла взаємодія між волокнами в нервових стовбурах (Улькин С.В. и др., 1994; Makarenko.V., Llinas R., 1998; Svirskis G., Hounsgaard J., 2003), мали ту хибу, що ланцюг подразнення та відведення не був розділений. Звичайно, в цих умовах можлива взаємодія волокон, обумовлена, наприклад, електротонічними впливами. Ми ж плануємо розділити ланцюг подразнення та відведення синапсом у моносинаптичній рефлекторній дузі. При достатньо великій амплітуді рефлекторної відповіді в нервовому стовбурі можуть проходити взаємодії волокон, не пов'язані з ланцюгом подразнення. Це, на нашу думку, зменшує ймовірність появи артефакту, який може відображувати міжволоконні взаємодії у нервових стовбурах і дозволяє створити “справжню” модель цих взаємодій та об'єктивно оцінити такі прояви.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Обрана нами тематика наукових досліджень пов'язана з галузевими планами, і виконувалась як фрагмент науково-дослідницької роботи кафедри фізіології Дніпропетровської державної медичної академії "Вивчення механізмів компенсаторно-адаптивних реакцій нервової системи при дії екстремальних факторів" (№ держреєстрації 0100U000307, 2000-2008 рр.). Дисертант був співвиконавцем роботи і визначав механізми функціонування спинного мозку в умовах особливо високої збудливості.

Мета дослідження. З'ясувати нейрофізіологічні механізми функціонування спинного мозку в умовах особливо високої збудливості шляхом вивчення різних форм зростання збудливості його нейронів та нервових волокон із подальшим з'ясуванням характеру сегментарних та супраспінальних впливів на спинний мозок у цьому стані та можливостей корекції цього стану.

Завдання дослідження:

Дослідити механізми розвитку особливо високої збудливості спинного мозку шляхом вивчення ролі в її ґенезі зменшення імпульсного аферентного припливу до спинного мозку, блокади аксоплазматичного транспорту в аферентних волокнах нерва, надмірного аферентного припливу до спинного мозку.

Дослідити механізми зростання збудливості спинного мозку в умовах системного впливу блокатора потенціалзалежних калієвих каналів - 4-амінопіридину.

На основі отриманих даних відтворити стійкий стан особливо високої збудливості спинного мозку з можливістю супраспінальної активації нейронів спинного мозку.

Вивчити сегментарні впливи на нейрони спинного мозку в умовах його особливо високої збудливості, зокрема, особливості збудження та гальмування в сегментарних рефлекторних дугах, діяльності окремих нейронних елементів спинного мозку в цих умовах.

Вивчити супраспінальні впливи на активність сегментарних рефлекторних дуг та окремі нейрони спинного мозку з боку вестибуло-спінальних та екстрапірамідних шляхів в умовах особливо високої збудливості.

Оцінити можливості корекції станів високої збудливості спинного мозку за допомогою фармакологічних засобів, зокрема, блокатора глутаматних рецепторів - рилузолу.

Об'єкт дослідження: електрофізіологічна активність спинного мозку в умовах особливо високої збудливості.

Предмет дослідження: показники викликаної та фонової активності нейронів спинного мозку в умовах особливо високої збудливості.

Методи дослідження. У роботі використовували електрофізіологічні методи дослідження центральної та периферичної нервової системи, створення нової моделі стану надзвичайної збудливості нейронів спинного мозку. Вивчали показники викликаної активності еферентних та аферентних волоконець спинного мозку, скелетних м'язів, досліджували рефлекторну викликану активність моносинаптичних рефлекторних дуг спинного мозку в умовах його сегментарної та супраспінальної активації. Досліджували викликану та фонову імпульсну активність окремих інтер- та мотонейронів спинного мозку, його волоконець. Застосовували методи фармакологічного та статистичного аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше показано, що ефект деаферентації при денервації є найбільш ефективним при стимуляції дорсальних корінців, а не аферентних волокон центральної частини перерізаного нерва (патент UA 60906 А, МПК А61В5/00, Макій Є.А., Сердюченко І.Я., Родинський О.Г., 2003; патент UA 5652 А, МПК А61В5/00, Макій Є.А., Родинський О.Г., 2004). Новими є дані про вирішальну роль порушення аксоплазматичного транспорту в підвищенні збудження мотонейронів після денервації, про переважно постсинаптичні механізми зростання збудливості мотонейронів у цьому випадку. Встановлено, що надмірна аферентна імпульсація до мотонейронів викликає підвищення їх збудливості, але не до рівня виникнення ефаптичних взаємодій у нервових стовбурах. Доведено, що всі вищезазначені маніпуляції з аферентними волокнами самостійно не забезпечують рівень рефлекторних реакцій, достатній для таких взаємодій. Вперше з'ясовано, що дія блокатора потенціалзалежних калієвих каналів - 4-амінопіридину (4-АП) викликає підвищення збудливості практично всіх компонентів рефлекторної дуги. З'ясовано, що застосування блокатора потенціалзалежних калієвих каналів - 4-АП для збільшення збудливості мотонейронів та інтернейронів є основою для розвитку особливо високої збудливості спинного мозку у комбінації із іншими впливами.

Вперше розроблено засіб створення стану стійкої особливо високої збудливості спинного мозку з можливістю збереження супраспінальної активації мотонейронів (патент UA 5652 А, МПК А61В5/00, Макій Є.А., Родинський О.Г., 2004), описано критерії явища, яке ми назвали - суперрефлексією, яка була викликана шляхом поєднання денервації з дією блокатора потенціалзалежних калієвих каналів - 4-АП.

Наукову новизну мають дані про механізми збудження та гальмування в сегментарних рефлекторних дугах в умовах особливо високої збудливості спинного мозку, зокрема, про виникнення другого компонента моносинаптичної відповіді, відносної стійкості процесів гальмування в цих умовах. Продемонстровано підвищення збудливості окремих нейронів спинного мозку при сегментарних впливах, значне підвищення частоти фоново-імпульсної активності інтернейронів та аферентних волокон в умовах особливо високої збудливості спинного мозку.

Вперше показано зростання в декілька разів активності мотонейронів в умовах особливо високої збудливості спинного мозку у відповідь на вестибулярну та екстрапірамідну стимуляцію, гальмування сегментарних відповідей при вестибулярній та відсутність змін гальмування при екстрапірамідних впливах у цьому стані. Продемонстровано зростання в два-три рази ступеня конвергенції сегментарних та супраспінальних впливів на нейрони спинного мозку в умовах особливо високої збудливості спинного мозку. Новими є дані про коригуючий вплив блокатора глутаматних рецепторів - рилузолу на збільшену внаслідок виникнення суперрефлексії викликану активність спинного мозку. Вперше виявлено, що рилузол при системній дії найбільшою мірою блокує проведення збудження через синапси від волокон 1а, дещо меншою - по пресинаптичних терміналях, найменшою мірою - по периферичних аферентних і еферентних волокнах нерва; це стосується як інтактних тварин, так і тварин за умов особливо високої збудливості спинного мозку.

Вперше на основі отриманих даних сформульовано положення про можливість порушення закону ізольованого проведення збудження в нервовому стовбурі при надмірно підвищеній збудливості нервової системи, зокрема, спинного мозку.

Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення роботи полягає в розкритті механізмів надзвичайно підвищеної збудливості центральної та периферичної нервової системи в ґенезі розвитку патологічних станів в умовах особливо високої збудливості спинного мозку. Результати дослідження дозволять здійснити цілеспрямований пошук шляхів та засобів корекції рухових розладів, які виникають в умовах особливо високої збудливості спинного мозку, наприклад, нейропатичного болю, судомних станів при спінальній епілепсії.

Результати дослідження впроваджені в навчальні курси кафедр фармакології та технології лікарських засобів (23.03.2006 р.), нормальної фізіології (05.04.2006 р.), патологічної фізіології (06.04.2006 р.), неврології (20.04.2006 р.) Дніпропетровської державної медичної академії; кафедр нормальної фізіології Української державної медичної стоматологічної академії (06.04.2006 р.); Київського національного медичного університету ім. О.О.Богомольця (17.04.2006 р.); Львівського національного медичного університету ім. Данила Галицького (18.04.2006 р.); Тернопільського державного медичного університету ім. І.Я.Горбачевського (20.04.2006 р.); Вінницького національного університету ім. М.І.Пирогова (21.04.2006 р.); Запорізького державного медичного університету (26.04.2006 р.); Одеського державного медичного університету (26.04.2006 р.); Кримського державного медичного університету ім.С.І.Георгієвського (10.05.2006 р.); кафедри фізіології Донецького державного медичного університету ім. М.Горького (04.04.2006.р.); кафедри фізіології людини і тварин Дніпропетровського національного університету (10.04.2006 р.).

Особистий внесок здобувача. Автором особисто проведені електрофізіологічні експерименти зі створення стану надзвичайно високої збудливості спинного мозку та вивчені, на основі завдань роботи, характер сегментарних та супраспінальних впливів на спинний мозок в умовах суттєвого зростання його рефлекторної активності, з'ясовані можливості корекції цього стану, проведено аналіз і узагальнення отриманих результатів та сформульовані головні висновки дисертації. Особистий внесок дисертанта також полягає у написанні роботи, підготовці та впровадженні одержаних результатів. У дисертації не використані ідеї та розробки, що належать співавторам опублікованих наукових праць.

Апробація результатів дисертації. Головні положення дисертації викладені та обговорені на Міжнародній конференції “Центральні та периферичні механізми вегетативної нервової системи”, присвяченій пам'яті академіка О.Г.Баклаваджяна (Донецьк, 2003); І та ІІ-й науковій конференції “Эколого-физиологические проблемы адаптации” (Партеніт, 2003; 2006); IV та V Українській конференції молодих вчених, присвяченій пам'яті академіка В.В.Фролькіса (Київ, 2003; 2004); Міжнародних науково-практичних конференціях “Динаміка наукових досліджень 2003, 2004” (Дніпропетровськ, Луганськ, Чернівці, 2003; 2004); ІV Міжнародній конференції молодих вчених “Медицина-здоровґя ХХІ сторіччя” (Дніпропетровськ, 2003); IV Національному конгресі патофізіологів України (Чернівці, 2004); ХІХ Російському з'їзді фізіологічного товариства ім. І.П.Павлова (Катеринбург, 2004); VI науково-практичній конференції з міжнародною участю “Санкт-Петербургские научные чтения” (Санкт-Петербург, 2004); Науково-практичній конференції з міжнародною участю, присвяченій 175-річчю з дня народження І.М.Сеченова (Одеса, 2004); Першій Всеукраїнській науковій конференції “Карповські читання” - Фундаментальні питання сучасної медицини, морфологічні і фізіологічні аспекти теоретичної медицини (Дніпропетровськ, 2004); ІІІ конференції Українського товариства нейронаук, присвяченій 75-річчю Донецького державного медичного університету ім. М.Горького (Донецьк-Слов'янськ, 2005); IV Національному конгресі геронтологів і геріатрів України (Київ, 2005); Науковій конференції молодих вчених “Актуальні проблеми старіння”, присвяченій пам'яті академіка В.В.Фролькіса (Київ, 2005); VІІІ та IX Міжнародній науково-практичній конференції “Наука і освіта 2005; 2006” (Дніпропетровськ, 2005; 2006); Міжнародному молодіжному медичному Конгресі “Санкт-Петербургские научные чтения” (Санкт-Петербург, 2005); ІІ Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні наукові дослідження - 2006” (Дніпропетровськ, 2006); XVII з'їзді Українського фізіологічного товариства (Чернівці, 2006), IV з'їзді Українського біофізичного товариства (Донецьк, 2006); Міжнародній конференції “Центральні та периферичні механізми вегетативної нервової системи”, присвяченій 75-річчю кафедри фізіології Донецького державного медичного університету ім. М.Горького (Донецьк-Слов'янськ, 2007).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 27 статтях у наукових фахових виданнях, у 3 патентах, у 22 матеріалах і тезах конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на ___ сторінці машинописного тексту і складається з вступу, 9 розділів, висновків і додатків. Робота ілюстрована 52 рисунками на __ сторінках, 5 таблицями на _ сторінках. Список вітчизняних та іноземних використаних джерел містить 503 найменування і викладений на 68 сторінках. Додатки викладені на 34 сторінках.

Основний зміст

Матеріал та методи дослідження. Експерименти проведені на 564 статевозрілих білих щурах лабораторної лінії “Вістар” обох статей масою 190-240 г.

Застосовували наступні методи підвищення збудливості нейронів: 1) фізіологічні - тривалий вплив (до 10-30 хв) подразнення аферентних волокон різної частоти (1-500 сек -1); 2) хірургічні: а) пошкодження сідничного нерва (СН) шляхом перев'язування (профілактика ектопічної імпульсації) та наступного перерізу його нижче місця перев'язування. У гострий дослід тварину брали через 3-5 діб з моменту перерізу СН, оскільки у цей строк виникають найбільш виразні явища постденерваційної спінальної гіперрефлексії (ПДСГ), б) спіналізація тварини - її проводили після ламінектомії L1 хребця шляхом повного поперекового перерізу СМ на рівні цього ж сегмента. Тварину брали в гострий експеримент через 3-5 діб після хордотомії (в цей строк явища постхордотомічної спінальної гіперрефлексії (ПХСГ), як і у випадку ПДСГ, досить виразні). Усі хірургічні втручання проводили в умовах ефірного наркозу; дотримувалися правил асептики та антисептики. Це попереджало появу гнійних ускладнень; 3) хімічні - вплив речовин, які підвищують або коригують підвищену збудливість СМ. Використовували наступні препарати: а) тироксин (“Berlin-Chemie AG”, Німеччина). Для підвищення збудливості спинномозкових рефлекторних дуг проводили годування тварин протягом 2-х тижнів перемеленими таблетками L-тироксину зростаючими дозами (10-140 мкг/добу); б) 4-амінопіридин (4-АП) (“Reanal”, Угорщина). Його застосовували внутрішньоочеревинно, одномоментно дозою 0,075-0,15 мг/100 г (залежно від умов досліду); відведення біоелектричної активності починали через 45 хв після введення цього препарату; в) колхіцин (КЦ) (“Merck”, Німеччина). Його застосовували як блокатор аксотоку (АТ) шляхом аплікації на сідничний нерв 0,5% розчину КЦ; у ньому змочували ватний тампон, який прикладали до нерва на 10 хв. У гострий експеримент тварин брали через 3-5 діб після застосування КЦ; г) прозерин (ДНЦЛЗ, м. Харків). Його застосовували як блокатор ацетилхолінестерази та вводили внутрішньоочеревинно дозою 0,05мг/100 г, в гострому досліді, і через 45 хв вивчали характер антидромних відповідей вентральних корінців; д) рилузол (рилутек, “Aventis-Pharma”, Франція). Цю речовину застосовували в гострому досліді як блокатор глутаматних рецепторів та вводили в вигляді 0,5% розчину, дозою 5 мг/кг, внутрішньоочеревинно. Нею користувалися з метою зменшення стану підвищеної збудливості СМ.

В гострому досліді проводили хірургічні втручання та підготовку до реєстрації біоелектричної активності. Наркотизацію при оперативному втручанні проводили з використанням внутрішньочеревинного введення тіопенталу-натрію (5 мг / 100 г маси). Для збільшення глибини наркозу, за необхідності, використали ефір. Після цього тварині накладали трахеостому з метою з'єднання дихальних шляхів із апаратом штучного дихання. Далі виділяли СН або їх гілки в місцях входження у м'яз, проводили ламінектомію в сегментах L1-L6 СМ, розтинали тверду мозкову оболонку. За необхідності проводили хордотомію на рівні сегмента L1 СМ. Після цих маніпуляцій тварину фіксували в стереотаксичному пристрої СЕЖ-5. В такому стані вона знаходилася 3-4 години, доки не минали явища спінального або травматичного шоку. За годину до початку відведення біоелектричних відповідей щурів переводили на кероване дихання з використанням апарата штучного дихання оригінальної конструкції (Макій Є.А., Родинський О.Г., 2004). Для зменшення дихальних рухів при мікроелектродних відведеннях відтворювали пневмоторакс. Знерухомлення тварин проводили за допомогою міорелаксантів: деполяризуючого - йодистого сукцинілхоліну (1,5 мг/100 г маси, внутрішньоочеревинно) або недеполяризуючого типу - ардуану (0,5 мг/100 г маси, внутрішньоочеревинно).

Особливості виділення та перерізок дорсальних (ДК), вентральних корінців (ВК) та нервів варіювали в залежності від завдання експерименту. Звичайно використовували корінці L4-L5 сегментів СМ. Їх перерізали в місці входження у міжхребцевий отвір, а центральні ділянки укладали на подразнюючі та відводячі електроди; робилися відведення і від дистальних частин ДК та ВК. СН розташовували на подразнювальних електродах; у цьому разі ДК не перерізали.

Виходячи з того, що у щурів пірамідний тракт значною мірою заміщений екстрапірамідними кортико-стовбурово-спінальними проекціями, з метою вивчення тільки екстрапірамідних впливів здійснювали двобічну пірамідотомію.

З метою подразнення використовувався електростимулятор типу ЕСУ-2. У процесі гострого експерименту, в залежності від завдання дослідження, подразнювали ДК, ВК, СН, литковий м'яз, кругле вікно лабіринту, кору головного мозку (КГМ) в моторній зоні з проекцією на контралатеральну задню кінцівку. Абсолютну силу подразнення визначали як за струмом, так і за напругою. Визначали величини подразнення і в порогах (П), особливо при аферентних подразненнях.

Звичайно використовували поодинокі прямокутні стимули тривалістю 0,3 мс. При необхідності застосовували як подвійні подразнення, так і тривале подразнення пачкою імпульсів різної частоти (тетанізація). ДК, ВК, СН подразнювали через біполярні срібні хлоровані електроди з міжелектродною відстанню 0,5 см. Литкові м'язи подразнювали через голкові електроди. При подразненні КГМ використовували коаксіальні металеві електроди з зовнішнім діаметром 2 мм та центральним електродом, ізольованим по всій довжині, за винятком кінчика (діаметр 70-100 мкм). Кору подразнювали пачкою електричних імпульсів (3-5 стимулів) та частотою 300-500 с-1; такий залп стимулів забезпечує виразну відповідь мотонейронів. Тривалість кожного імпульсу складала 0,1 мс, сила подразнення КГМ - 100-150 мкА. Місце введення подразнюючого електрода визначали в зоні моторного представництва задньої кінцівки (Вольнова А.Б., 1982). Глибина занурення подразнюючого електроду становила 1,8-2,0 мм. Стимуляція круглого вікна вулитки здійснювалася за допомогою металевого коаксіального електрода з нержавіючої сталі із зовнішнім діаметром 2 мм. Діаметр кінчика центрального електрода не перевищував 70-100 мкм. Відомо, що електричне подразнення круглого вікна лабіринту викликає активацію ядра Дейтерса і, в свою чергу, вестибуло-спінального шляху. В наших експериментах ми проводили стимуляцію круглого вікна лабіринту пачкою стимулів (2-3 імпульси) з частотою 300.с-1; тривалість стимулу - 1,0 мс. Сила току стимуляції була в межах 150-200 мкА.

У наведеному дослідженні ми вивчали різноманітні відповіді при відведенні від структур периферичної та центральної нервової системи, серед яких головними були: а) відведення від вентральних корінців, яке здійснювалося звичайно від центральної частини перерізаного корінця сегмента L5 (RVL5) через біполярні срібні хлоровані електроди з міжелектродною відстанню 0,5 см. При необхідності відводили активність із периферичного відділу перерізаних RVL5 та RDL5 (антидромне подразнення, вивчення провідності окремо по аферентних та еферентних волокнах); б) відведення від дорсальної поверхні спинного мозку (ПДП СМ) проводили хлорованим кульковим електродом із срібної проволоки діаметром 0,3 мм. Відведення звичайно здійснювали у фокусі максимальної активності при подразненні RDL5. При подразненні ВК за допомогою цього електрода визначали розташування моторних ядер СМ із наступним дослідженням їх мотонейронів за допомогою мікроелектродів; в) потенціали дії м'язів вивчали за допомогою голкових м'язових електродів, ізольованих по всій довжині за винятком кінчика. Вивчалися відповіді на непряме подразнення; г) зовнішньоклітинні відведення активності нейронних елементів СМ здійснювали за допомогою скляних мікроелектродів із мікрокапіляром, який заповнювали розчином хлористого натрію з концентрацією 4,0 моль/л; опір мікроелектродів становив 10-30 МОм. Введення мікроелектрода здійснювали гідравлічним мікроманіпулятором до глибини 2 мм.

Досліджували декілька видів клітинної активності: 1) викликані відповіді мотонейронів (МН) (їх ідентифікували за наявністю відповіді на антидромне подразнення); 2) викликані відповіді окремих інтернейронів (ІН); 3) викликані відповіді окремих аферентних та моторних волоконець; 4) фонову імпульсну активність окремих ІН та аферентних волоконець.

Підсилення отриманих відповідей та узгодження опору об'єкта з опором ланцюга здійснювалося за допомогою біологічного модульного підсилювача УБМ. Після необхідного підсилення біоелектричні відповіді переводили в цифрову форму і фіксували на жорсткому диску ПК для наступного аналізу за допомогою ліцензійного програмного комплексу Windows 98 та програми SpectrLAB. У деяких експериментах ці відповіді додатково фотографували з екрана осцилографа С-1-83 за допомогою фотооптичного реєстратора типу ФОР-2 на фотоплівку.

Матеріали досліджень оброблені методами варіаційної статистики з розрахунком: відносних показників наочності (у відсотках відносно значень у інтактних тварин та ін.), середньої арифметичної варіаційного ряду (M), помилки середньої величини (m), середнього квадратичного відхилення середнього арифметичного (у). При оцінці кратності зміни величини під впливом фактора похибка розраховувалася з урахуванням відносної похибки чисельника та знаменника як похибки незалежних величин. Для оцінки кратності зміни показника наводився також 95% вірогідний інтервал (ВІ) цієї величини. Оцінка достовірності різниці досліджуваних величин проводилась за параметричним (критерій Стьюдента для незв'язаних вибірок), так і за непараметричним критерієм (Манна-Уітні). Перед застосуванням параметричних критеріїв проводилась перевірка гіпотези про нормальний закон розподілу випадкових величин. Для множинного порівняння декількох груп спостереження використовували однофакторний дисперсійний аналіз (із подальшим порівнянням за критерієм Даннета у випадку порівняння з контрольною групою або Шеффе у випадку порівняння всіх груп між собою) з оцінкою сили впливу різних факторів на результативну ознаку та непараметричний критерій Крускала-Уолліса (з подальшим порівнянням за критерієм Данна). За критичний рівень значущості наявності ефекту у всіх випадках вибрано рівень p=0,05. Порівняння змін показників у динаміці або при різній інтенсивності впливу проводилось з використанням регресійного аналізу з оцінкою достовірності (р) різниці двох ліній регресії за критерієм Фішера (F) та достовірностей (р) різниці кутів нахилу кривих і коефіцієнтів зрушення. Аналіз результатів дослідження проведено за допомогою ліцензійних пакетів програм Statistica 5.0, БИОСТАТ (Практика, 1998).

Дослідження проводилися у рамках етичних вимог Європейської конвенції з використання хребетних тварин для експериментів. Евтаназію тварин після гострого досліду проводили шляхом введення летальної дози тіопенталу-натрію.

Результати досліджень та їх обговорення. Першим великим блоком наших досліджень було вивчення ролі постденерваційної гіперрефлексії в механізмах розвитку особливо високої збудливості СМ. На першому етапі вивчали механізми підвищення збудливості рефлекторних дуг СМ після перерізу СН та визначали локалізацію змін, що обумовлюють гіперрефлексію. Ця серія досліджень була проведена через 5 діб після перерізки СН. При дослідженні особливостей викликаної активності СМ при стимуляції центрального відрізка СН за зазначених умов показники інтактних (без пошкодження СН) тварин в усіх випадках брали за 100%. У тварин без денервації (контроль) середня амплітуда МР ВК складала (2,02±0,05) мВ (n=13). Через 5 діб після денервації цей показник суттєво (p<0,001) зменшувався до (1,64±0,07) мВ (n=13) і склав (81,1±4,2) % від показника інтактних тварин. Амплітуда полісинаптичного компонента сегментарної відповіді складала в середньому (0,26±0,02) мВ (n=13); через 5 діб після денервації цей показник суттєво (p<0,001) зменшувався - до (50,0±6,9) % (0,13±0,01) мВ; n=13. Латентний період (ЛП) МР ВК суттєво (p<0,001) скорочувався: в контролі він складав (2,98±0,07) мс; за умов денервації - (73,8±3,6) % (2,20±0,08) мс цього показника (n=13). Зменшувалася і тривалість МР ВК, яка складала в контролі (1,93±0,08) мс (n=13), а у тварин із денервацією - (72,5±3,7) % (1,40±0,04) мс від показника інтактних тварин (p<0,001). Суттєво (p<0,001) зменшувався і поріг виникнення МР ВК: у контрольних тварин його величина складала (1,03±0,03) В; в умовах денервації кінцівки цей показник зменшувався до (64,0±2,7) % (0,66±0,02) В значення аналогічного показника (n=13). Таким чином, на перший погляд здається, що збудливість рефлекторних дуг в умовах стимуляції центрального відрізка СН зростає. Але головний показник кількості втягнутих у рефлекторний розряд мотонейронів - амплітуда моно- та полісинаптичних компонентів - не збільшується, а навпаки, досить суттєво (p<0,001) знижується. Разом із тим, в іншій модифікації експериментів в умовах подразнення RDL5 замість СН через 5 діб після денервації нами отримано майже трикратне збільшення амплітуди МР ВК. Саме тому детальне вивчення постденерваційних змін на сегментарному рівні, на нашу думку, доцільніше проводити в умовах активації ДК. В цих умовах проведено наступні експерименти. Нами було вивчено вплив блокатора потенціалзалежних калієвих каналів - 4-амінопіридину (4-АП) на викликані стимуляцією перерізаного за 5 діб до гострого досліду СН на розряди ВК. Встановлено, що в умовах дії 4-АП амплітуда МР ВК збільшувалася у п'ять разів і складала (470,0±15,0) % (9,50±0,20) мВ; n=13), відмінність статистично значуща на рівні p<0,001. В умовах дії 4-АП зафіксовані суттєві зміни і з боку інших параметрів МР ВК: збільшувався полісинаптичний компонент МР ВК (300,0±10,2) %; скорочувався його ЛП (67,4±5,4) %; зменшувався поріг виникнення МР ВК (80,3±5,1) %.

Також ми вивчали вікові особливості функціонування нервово-м'язової системи щурів у ранні строки після денервації м'яза. У попередньому блоці досліджень ми показали, що відсутність аферентного припливу після денервації кінцівки зменшує МР ВК. У зв'язку з цим ми припустили, що провідним фактором розвитку ПДСГ є порушення АТ в центральній ділянці перерізаного СН. Але перш за все ми вважали за потрібне з'ясувати роль порушення АТ в нерві у ґенезі гіперзбудливості скелетного м'яза як досить простої моделі усунення АТ. В основу цього розділу було покладено відомий факт (Фролькіс В.В. та ін., 1990, 1997) про меншу швидкість АТ у старих тварин. Отже, і постденерваційні зміни в них повинні з'являтися пізніше, ніж у дорослих. Через 24 години у дорослих тварин амплітуда ПД після денервації достовірно (p<0,001) зменшувалася і складала (72,1±7,2) % (34,90±3,07) мВ від величини контролю (n=8). У той же час у старих тварин цей показник не був достовірно змінений (p>0,05) у порівнянні з контролем. У дорослих тварин тривалість ПД суттєво (p<0,001) зменшувалася і складала (62,0±5,2) % (7,50±0,60) мс у порівнянні з контролем (n=8). У старих щурів вона достовірно не змінювалася. У дорослих тварин ЛП ПД істотно (p<0,001) зменшувався (48,2±3,1) %, n=8; в абсолютних величинах: контроль - (2,20±0,07) мс; денервація - (1,06±0,06) мс; у старих щурів не змінювався.

Через 12 год у дорослих щурів поріг виникнення ПД при непрямому подразненні м'яза у денервованому м'язі дещо зменшувався (p<0,001) - (75,5±6,9) % (в абсолютних значеннях: контроль - (16,30±0,70) мВ; тварини із денервацією - (12,30±1,00) мВ (n=8). Близькі за характером зміни (p<0,05) виникали і у старих щурів (90,5±3,1) %, n=8. В абсолютних значеннях показник порога складав у інтактних тварин - (20,10±0,40) мВ (n=8), а у тварин з денервацією - (18,20±0,50) мВ (n=8). Через 24 год спостерігалося суттєве (p<0,001) підвищення порога виникнення ПД як у дорослих (160,1±7,3) %, n=8, так і у старих тварин (128,4±3,1) %, n=7. В абсолютних величинах поріг збудження литкового м'яза в умовах його непрямої стимуляції складав: у дорослих тварин (20,80±0,50) мВ в контролі і (33,30±1,30) мВ з денервацією; у старих тварин - (22,20±0,90) мВ і (28,50±0,80) мВ. Через 12 год поріг виникнення ПД при прямому подразненні м'яза у денервованому м'язі дорослих тварин суттєво (p<0,001) зменшувався - (48,1±2,5) %, n=7 (в абсолютних значеннях: контроль - (2,43±0,07) В, денервація - (1,17±0,05) В. У цей же час у старих тварин він зростав (p<0,001) з (2,10±0,05) В до (2,32±0,06) В (110,5±3,9) %, n=8. Через 24 год після денервації і у дорослих, і у старих щурів вищеозначений показник зростав (p<0,001): у дорослих він становив (150,0±3,4) % (відповідно (2,20±0,05) В та (3,30±0,01) В (n=7), у старих - (128,5±5,0) % (відповідно (2,39±0,07) В та (3,07±0,08) В (n=8, p<0,001).

Таким чином, у наведеному фрагменті дослідження показані більш ранні постденерваційні зміни - підвищення збудливості м'яза у дорослих тварин. Очевидно, це зумовлено більш швидким виникненням порушення нейротрофічної регуляції м'яза у зв'язку з меншою швидкістю антероградного АТ в рухових волокнах СН. Отже, показаний зв'язок між порушенням АТ і збудливістю скелетного м'яза, і ми можемо застосовувати блокаду АТ в аферентних волокнах для отримання ПДСГ.

Вивчено стан моносинаптичних рефлекторних відповідей в умовах блокади аксонного транспорту в нерві за допомогою колхіцину (КЦ). Поріг виникнення МР ВК визначали шляхом вимірювання подразнюючого струму, який проходить через ДК. У цьому випадку абсолютна величина порогового струму у інтактних тварин складала (2,00±0,32) мкА; збільшення ж (p<0,001) порогу на боці впливу блокатора аксотоку - КЦ становило (335,0±7,4) % (6,70±0,50) мкА; n=8. Зростав (p<0,001) і поріг виникнення потенціалу дії ВК в умовах його прямої стимуляції. Так, якщо в контролі він складав (93,10±4,00) мВ, то на боці аплікації КЦ - (149,0±7,7) % (138,60±3,90) мВ; n=8. Амплітуда МР ВК на контрольному боці складала в середньому (1,90±0,08) мВ. На боці аплікації КЦ цей показник збільшувався (p<0,001) більше, ніж у два рази - (234,0±28,0) % (4,45±0,50) мВ; n=8. Латентний період МР ВК на боці аплікації КЦ достовірно (p<0,05) зменшувався. На контрольному боці цей показник становив (1,31±0,06) мс; на боці аплікації КЦ - (84,0±4,9) % (1,10±0,04) мс; n=8. Практично не змінювалася тривалість МР ВК. Отже, застосування КЦ призводить до підвищення збудливості МН. Це, очевидно, пов'язано з порушенням АТ; подібний процес є досить близьким до денервації. В майбутньому, однак, блокатор аксотоку - КЦ не може бути використаний як самостійний фактор для відтворення стану ще більшого зростання збудливості СМ, ніж за умов гіперрефлексії; для цього потрібні фактори (або їх поєднання), які в більшому ступені підвищують збудливість МН.

Вивчено також вплив тривалої аферентної активації на сегментарні рефлекторні відповіді у щурів та модифікація цих ефектів тироксином та блокатором потенціалзалежних калієвих каналів - 4-амінопіридином. Найбільше нас цікавили ефекти гомо- та гетеросинаптичної тетанізації високими частотами (100 та 300 с-1). Після подразнення ДК L5 (гомосинаптична тетанізація) з частотою 100 с-1 зявлялося істотне підвищення амплітуди тест-МР ВК. У випадку гетеросинаптичної тетанізації з частотою 100 с-1 виникала виразна депресія моносинаптичного розряду (МСР), яка зберігалася протягом 3-4 хв із моменту закінчення кондиціонуючої тетанізації. Особливий інтерес викликають зміни ПР ВК в умовах тетанізації з частотою 100 с-1. Так, після гомосинаптичної тетанізації спостерігалося виразне підвищення амплітуди полісинаптичного розряду ВК (ПР ВК), максимум якого спостерігався через 5-6 хв після ритмічного подразнення. Амплітуда ПР ВК досягала приблизно 250% вихідного значення амплітуди цього компонента рефлекторних тест-розрядів. Більше того, достатньо виразна потенціація полісинаптичного розряду (ПСР) спостерігалася і після гетеросинаптичної тетанізації з такою частотою. У певній мірі близька картина була і після тетанізації з частотою 300 с-1. Характер змін амплітуди ПР ВК після і гомо-, і гетеросинаптичної тетанізації був таким же, як і при тетанізації з частотою 100 с-1.

Зважаючи на те, що ступінь підвищення амплітуди МР ВК після тетанізації у найоптимальнішому випадку (100 та 300 с-1) не перевищує 250%, це підсилення МР ВК як самостійний фактор не призводить до зростання рефлекторної активності СМ до рівня, коли б виникали умови для розвитку ефаптичних взаємодій у ВК. Тому ми вирішили вплив тетанізації "підкріпити" дією речовин, які підвищують збудливість сегментарних рефлекторних дуг - блокатора потенціалзалежних калієвих каналів - 4-АП або тироксину. В умовах системної дії 4-АП та гіпертироксинемії напрям змін рефлекторних відповідей після кондиціонуючої тетанізації був однаковий - після гомосинаптичної кондиціонуючої стимуляції спостерігалася стійка депресія МР ВК, яка спостерігалася протягом не менш 5 хв. Як ми вже говорили, ступінь підсилення МР ВК навіть в умовах оптимальної тетанізації не відповідає виникненню ще більшої, ніж в умовах гіперрефлексії, рефлекторної активності СМ. На жаль, ефекти тривалої кондиціонуючої тетанізації в умовах дії 4-АП або стані гіпертироксинемії принесли негативні результати щодо більш максимального підвищення збудливості СМ. Тетанізація в цих випадках приводила не до підвищення, а до депресії МР ВК і ПР ВК.

Особливе значення мало дослідження механізмів підвищення збудливості нервової системи в умовах дії блокатора потенціалзалежних калієвих каналів - 4-амінопіридину (4-АП) та визначення ролі цих механізмів в розвитку особливо високої збудливості СМ. В цьому напрямку насамперед досліджували механізми підвищення збудливості нервових провідників за допомогою 4-АП. Спочатку ми проаналізували ПД, що відводилися від ВК при системній дії 4-АП. Потрібно зазначити, що у контрольних тварин, які не піддавалися дії 4-АП, середньогрупові значення параметрів ПД, викликаних у ВК стимуляцією СН, були такими: поріг - (17,58±1,31) мкА, хронаксія - (46,00±2,20) мкс, амплітуда ПД - (9,86±0,54) мВ, його тривалість - (1,70±0,07) мс (в усіх випадках n=20). Через 45 хв після введення 4-АП ряд параметрів викликаної активності ВК істотно змінювалися. Поріг виникнення ПД ВК зростав (р<0,01) до (250,0±40,0) %. В усіх випадках за 100% брали показники активності, яка відводилася від нервових стовбурів без дії 4-АП. Хронаксія при подразненні СН суттєво не змінювалася (p>0,05). Слід особливо зазначити, що більше ніж у половині дослідів (10 із 16), ми спостерігали появу другого компонента ПД при відведенні від ВК. Амплітуди першого і другого компонентів таких ПД були приблизно однакові; їх середнє значення майже вдвічі перевищувало (р<0,001) контроль, складаючи (190,0±40,0) % (18,73±3,74) мВ показника у ПД, зареєстрованих в умовах контролю. Характерною особливістю цих відповідей було те, що пороги виникнення і першого, і другого компонентів модифікованого ПД лишилися практично однаковими. Обидва компоненти звичайно добре розрізнялися вже при силі стимулу 1,1 П; з підвищенням сили подразнення амплітуда цих компонентів зростала паралельно, до значення стимуляції 2,0 П. В останніх же шести дослідах цієї серії ПД ВК були достовірно (р<0,01) більшими за амплітудою (145,0±22,0) % (14,30±2,10) мВ; n=6, але другий компонент не виникав. Достовірно (p<0,05) змінювалась і тривалість ПД, відведених від ВК. Так, у тих випадках, коли в складі ПД ВК додаткового компонента не було, тривалість ПД складала (74,1±6,6) % (1,26±0,10) мс, n=6. При двокомпонентному характері ПД тривалості першого і другого компонентів складали відповідно (24,7±1,6) % (0,42±0,02) мс та (55,3±2,9) % (0,94±0,03) мс (вірогідність статистично значуща p<0,001), а сумарна тривалість таких потенціалів (враховуючи обидва компоненти) все ж була достовірно (р<0,01) меншою (80,6±4,4) % (1,37±0,05) мс, n=10, ніж у тварин, що не підлягали дії 4-АП. Таким чином, характеристики ефектів, викликаних 4-АП в нервових провідниках - це підвищення амплітуди ПД, відведених від ВК та СН, скорочення тривалості зазначених ПД, підвищення збудливості СН.

Наступним етапом наших досліджень було вивчення характеру моносинаптичних рефлекторних реакцій (МРВ) СМ щурів в умовах системної дії субсудомних доз блокатора потенціалзалежних калієвих каналів - 4-АП. Результати дослідження параметрів МРВ у відповідь на поодиноке подразнення супрамаксимальної сили (2 П) наведені в табл.1. З неї видно, що в умовах системної дії 4-АП суттєво підвищується збудливість моносинаптичних рефлекторних дуг. Амплітуда МРВ збільшувалася (p<0,001) в 2,8±0,4 рази, ЛП зменшувався (p<0,001) на (36,6±6,6) %.

Таким чином, можна зробити висновок про те, що системна дія субсудомних доз 4-АП викликає суттєве збільшення збудливості моносинаптичних рефлекторних дуг. Точкою прикладання цієї речовин, очевидно, є синапси від волокон групи 1а, які стають більш ефективними. Встановлено також, що в умовах системної дії 4-АП в еферентних нервових волокнах виникає стійка високочастотна антидромна біоелектрична активність тривалістю в декілька мс, подібна до активності, що викликана блокатором ацетилхолінестерази - прозерином. Разом із тим, амплітуда цих відповідей (1-2 мВ) дуже мала у порівнянні з порогом виникнення ПД у аксонах МН. Отже, і антидромна активність у волокнах ВК не в змозі суттєво змінити збудливість рефлекторної дуги, зокрема аксонів МН, навіть при посиленому викиді медіатора внаслідок дії як прозерину, так і 4-АП.

Таблиця 1 Параметри моносинаптичних рефлекторних відповідей (МРВ) у інтактних щурів та у щурів в умовах системної дії блокатора потенціалзалежних калієвих каналів - 4-амінопіридину при стимуляції дорсальних корінців стимулами силою в 2 П