Влияние агонистов ГАМК на обучение

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Актуальность проблемы.

Обучение является одним из оптимальных способов социальной адаптации человека к современной жизни. Активная работа мозга позволяет человеку посредством обучения получать и передавать большой объем информации. В то же время выбор наиболее адекватных форм выученного поведения, а также отказ от форм поведения, не соответствующих данной ситуации, ненужных для текущего образа действия и мышления, осуществляется с помощью торможения. Значительную роль в этом процессе играет явление внутреннего торможения, открытое и описанное И.П. Павловым. Именно внутреннее торможение определяет способность человека усваивать нормы и законы общества, управлять своими страстями и склонностями, адаптироваться к условиям среды, главным образом социальной. Однако исследованию роли и механизмов реализации внутреннего торможения в поведении животных и человека уделяется явно недостаточно внимания. В настоящее время механизмы внутреннего торможения особенно нуждаются в изучении в связи с все возрастающим числом случаев асоциального поведения людей, особенно молодежи, с все возрастающим числом жалоб педагогов на гипервозбудимость детей и подростков, на трудности в обучении и усвоении школьниками норм и правил поведения.

На основе многолетнего систематического исследования нейрофизиологических механизмов обучения в лаборатории академика М.Н. Ливанова было разработано представление о том, что выработка активных форм поведения сопровождается относительным усилением деполяризационных и ослаблением гиперполяризационных процессов, а выработка внутреннего торможения, напротив, - относительным усилением тормозных гиперполяризационных процессов. Было показано, что при выработке всех форм внутреннего торможения в новой коре и других структурах головного мозга возникают усиление фазности, чередования активации и торможения импульсации нейронов и соответствующих ей медленных колебаний потенциала, обусловленные относительным усилением тормозных гиперполяризационных процессов [Livanov M.N., Shulgina G.I., 1983; Шульгина Г.И., 1976, 1987; Shulgina G.I., 2005]. Исследования нейромедиаторного обеспечения выработки внутреннего торможения показали, что системное введение фенибута -- фенильного производного ГАМК -- бодрствующим необездвиженным кроликам приводит к постепенному усилению высокоамплитудных колебаний потенциала и соответствующих им тормозных пауз и послетормозной активации нейронов коры головного мозга. Указанные изменения активности были аналогичны наблюдаемым при выработке внутреннего торможения [Шульгина Г.И. и соавт., 1985]. Полученные авторами данные подтверждают предположение об участии ГАМКергической тормозной системы в механизмах выработки внутреннего торможения. Однако в указанной работе не была прослежена динамика влияния фенибута на процесс обучения. Следовательно, были получены данные об участии ГАМКергической системы в реализации ответов на стимул, имеющий тормозное значение, но оставался нерешенным вопрос об участии ГАМКергической системы в процессе выработки тормозных условных рефлексов.

Фенибут по психофармакологическим свойствам принадлежит к классу ноотропов [Машковский Д.М., 2000]. Нужно отметить, что большинство препаратов, входящих в эту группу лекарственных средств, по химической структуре сходны с ГАМК. Тем не менее специальных исследований влияния ноотропов на внутреннее торможение почти нет. Ноотропы - особый класс веществ, которые влияют преимущественно на когнитивные способности мозга [Giurgea, 1973, 1982]. Поэтому можно предполагать, что влияние фенибута может проявиться не только в динамике выработки тормозных, но и в динамике выработки активных условных рефлексов.

К настоящему времени получены данные, показывающие гетерогенность ГАМКергической нейромедиаторной системы. Рецепторы, взаимодействующие с ГАМК, принято делить на ионотропные (ГАМКА и ГАМКС) и метаботропные (ГАМКБ) рецепторы [Eccles J.C., McGreer P.L.; 1979, Hill D.R., Bowery N.G., 1981; Bormann J., Feigenspan A., 1995; Johnston G., 1996]. При взаимодействии медиатора с ионотропными ГАМКА- и ГАМКС-рецепторами открываются каналы для ионов хлора, что ведет к развитию гиперполяризации клетки. Постсинаптическое гиперполяризационное действие медиатора через метаботропные рецепторы связано с ионными каналами для калия и кальция через G-белки, а также с активацией аденилат-циклазы (цАМФ) Базян А.С. 2001; Eccles J.C., McGreer P.L., 1979; Dutar P., Nicoll R.A., 1988; Johnston G.A.R., 1996. Вещества, взаимодействующие с рецепторами, принято делить на агонисты, вызывающие биологический ответ, и антагонисты, уменьшающие биологический ответ. Агонистами ГАМКА-рецепторов являются мусцимол, изовацин, дельта-аминовалериановая кислота, 4_PIOL, 4-Naphtyl-Me-4-PIOL. К агонистам ГАМКБ-рецептора относят баклофен [Раевский К.С., Георгиев В.П, 1986; Тараканов И.А., Сафонов В.А., 1998; Johnston G.A.R., 2005]. Известно, что фенибут является одним из неспецифицеских агонистов ГАМК-рецепторов, т.е. взаимодействует как с ГАМКА-, так и с ГАМКБ-рецепторами [Алликметс Л.Х., Ряго Л.К., 1983], а габоксадол - специфическим агонистом ГАМКА-рецепторов [Brown N. et al., 2002; Mortensen\M. et al., 2003]. И фенибут, и габоксадол проникают через гемато-энцефалический барьер при системном введении [Перекалин В.В., Зобачева М.М., 1959; Moroni F. et al., 1982].

Цели и задачи исследования.

Целью данной работы является изучение участия агонистов ГАМКергической нейромедиаторной системы в процессе выработки и реализации оборонительных и тормозных условных рефлексов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

Провести выработку оборонительных и тормозных условных рефлексов у бодрствующих необездвиженных кроликов в контроле, без введения фенибута и на фоне его введения перед каждым сеансом выработки рефлексов; сопоставить скорость и стабильность выработки этих рефлексов в контроле и на фоне введения фенибута.

Сопоставить динамику показателей состояния вегетативной нервной системы (дыхания, сердцебиений) и двигательного анализатора (по параметрам межсигнальных движений) в тех и других условиях.

Провести серию экспериментов для выявления влияния фенибута на двигательную активность при свободном поведении животных.

Провести серию экспериментов с целью получения данных об изменении параметров фоновой активности нейронов новой коры под влиянием фенибута.

Провести серию экспериментов по изучению влияния габоксадола как специфического агониста ГАМКА-рецептора на выработку оборонительных и тормозных условных рефлексов.

Сопоставить влияние фенибута и габоксадола на обучение с тем, чтобы получить данные о возможном различии вклада в процессе обучения ГАМКА- и ГАМКБ-рецепторов.

Положения, выносимые на защиту

Результаты проведенных экспериментов подтверждают гипотезу о существенной роли ГАМКергической нейромедиаторной системы в процессе обучения и особенно ее участии в процессе выработки внутреннего торможения.

На основе сравнения действия фенибута - неселективного агониста ГАМКА- и ГАМКБ-рецепторов и габоксадола - селективного агониста ГАМКА-рецепторов можно предположить, что на ранних стадиях обучения ведущая роль в выработке внутреннего торможения принадлежит ГАМКБ-рецепторам. ГАМКА-рецепторы участвуют в выработке внутреннего торможения, но проявляется это на более поздних стадиях обучения.

При использовании ноотропов необходимо учитывать их влияние не только на возбуждение, но и на торможение в ЦНС, а также не только на когнитивные процессы, но и на соматический статус.

Научная новизна работы.

Впервые был проведен анализ влияния фенибута на поведение кроликов, различающихся по уровню двигательной активности, в тесте «открытое поле». Выявлено, что фенибут оказывает влияние только на двигательную активность животных, отличающихся по поведению от средней группы. У кроликов активной и пассивной групп под влиянием фенибута обнаружено достоверное снижение параметров горизонтальной двигательной активности.

Был проведен статистический анализ активности нейронов новой коры в контроле и на фоне введения фенибута. Судя по периодичности на гистограммах автокорреляции импульсации нейронов, под влиянием фенибута происходит усиление дельта-частот, наиболее отчетливое в теменной области коры.

Показано, что под влиянием фенибута происходит существенное изменение процессов обучения. На ранней стадии выработки оборонительного условного рефлекса на фоне действия фенибута обнаружено увеличение числа двигательных реакций на условный сигнал. На фоне введения фенибута ускоряется и стабилизируется выработка условного тормоза - одного из видов внутреннего торможения - по сравнению с контрольной группой. Под влиянием габоксадола также происходит ускорение выработки внутреннего торможения по сравнению с контролем. Однако положительное влияние габоксадола на выработку условного тормоза проявлялось на более поздних этапах обучения, чем на фоне введения фенибута. На основе сопоставления действия фенибута - неселективного агониста ГАМК-рецепторов и габоксадола - селективного агониста ГАМКА-рецепторов на скорость выработки условного тормоза в работе впервые выявлена различная степень участия ГАМКА- и ГАМКБ-рецепторов в процессе выработки внутреннего торможения. Полученные данные дают основание предполагать, что на ранних стадиях обучения ведущая роль в выработке внутреннего торможения, вероятно, принадлежит ГАМКБ-рецепторам. ГАМКА-рецепторы участвуют в выработке внутреннего торможения на более поздних стадиях обучения. Таким образом, получены данные о большем вкладе метаботропных рецепторов в процесс обучения.

Теоретическая и практическая значимость

Выполненная работа подтверждает гипотезу о существенной роли ГАМКергической нейромедиаторной системы в выработке внутреннего торможения.

В литературе имеются данные о том, что при шизофрении происходит нарушение внутреннего торможения - угашения [Lubow R.E., Gewirtz J.C., 1995; Vaitl D.I., et al., 2002; Lawrence N.S., et al., 2003; Lubow R.E., 2005] и дифференцировки [Weisbrod M. et al., 2000]. Нельзя отрицать роль торможения и в патогенезе других психических заболеваний, таких как депрессии, тревога, эпилепсия [Lloyd K.G., 1986; Lloyd K.G. et al., 1989; Kalkman H.O., Loetscher E., 2003; Rupprecht R., Zwanader P., 2003]. Результаты проведенного исследования нейрофизиологического и нейрофармакологического обеспечения механизмов выработки и реализации внутреннего торможения могут быть использованы для понимания этиологии и разработки способов лечения этих заболеваний.

В работе получены данные о специфике ноотропного действия фенибута, а также об особенностях действия фенибута на поведение кроликов разных типологических групп. Эти данные могут помочь врачам учитывать индивидуальные особенности пациентов при проведении терапии.

Апробация диссертации.

Основные результаты работы были доложены на научных конференциях молодых ученых Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии (Москва, 2003, 2004, 2005, 2006), 2-й и 3-й международных школах, конференциях: «Сон - окно в мир бодрствования» (Москва, 2003, Ростов-на-Дону, 2005), XVI зимней молодежной научной школе «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» (Москва, 2004), 8-й мультидисцилинарной международной конференции “Stress and Behavior” (Санкт-Петербург, 2004), ХIХ съезде физиологического общества им И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004), конференции «Нейрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты» (Москва, 2005), Всероссийской конференции молодых исследователей (Санкт-Петербург, 2005), I Съезде физиологов СНГ (Сочи, 2005), Второй международной конференции по когнитивной науке (Санкт-Петербург, 2006), конференции «Нейроспецифические метаболиты и энзимологические основы деятельности центральной нервной системы» (Пенза, 2006), I Всесоюзной научно-практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека» (Ростов-на-Дону, 2006) и апробированы на совместном заседании группы ультраструктурных и цитохимических основ условного рефлекса, лаборатории функциональной нейроморфологии, группы экспериментальной патологии и терапии ВНД, группы общей физиологии временных связей ИВНД и НФ РАН (Москва, 2006).

1. Методы исследования

В работе использованы самцы кроликов породы шиншилла массой 2,6-3,4 кг.

Особенности влияния фенибута на поведение 28 кроликов оценивали в тесте «открытое поле». Открытое поле представляло собой круглую арену диаметром 131 см с высотой стенок 37 см. Пол арены был разделен на 32 квадрата (сторона 21 см). В начале опыта животное помещалось в центр открытого поля. Время наблюдения составляло 10 мин. При обработке результатов подсчитывали показатели горизонтальной и вертикальной двигательной активности. Пассивно-оборонительную двигательную активность оценивали по времени замирания кроликов. Отдельно подсчитывали число попыток погрызть стены или пол камеры, число умываний, отряхиваний, чесаний (акты грумминга), число меток камеры - кролики терлись о пол и стены камеры влажной передней нижней частью морды (социальное поведение). Эксперименты проводили в два этапа. Первая посадка в открытое поле проводилась для определения особенностей двигательного поведения кроликов и осуществлялась без фармакологического воздействия. Разделение кроликов на группы было произведено на основании ранее проведенной работы И.В. Павловой [Павлова И.В. и соавт., 2005]. Вторая посадка в открытое поле производилась через 7-14 дней. При второй посадке группе контрольных кроликов либо вводили физраствор (3 мл, 9 животных, за 2 ч до опыта), либо брали интактных животных (4 кролика), а экспериментальным кроликам делали инъекцию фенибута (40 мг/кг в 3 мл физиологического раствора за 2 ч до опыта). Выбор времени введения препарата для всех серий эксперимента был основан на результатах, полученных при разовом введении фенибута кроликам с предварительно выработанными условными рефлексами. Через 2 ч после введения препарата у кроликов наблюдалось более эффективное различение подкрепляемых и неподкрепляемых вспышек, чем до его введения [Шульгина Г.И. и соавт., 1985]. Действие фенибута оценивали на основании сравнения показателей поведения кроликов контрольной и экспериментальной групп при второй посадке в открытое поле. При обработке влияние факторов «введения фенибута» и «номера посадки» выявляли с помощью дисперсионного анализа (ANOVA-MANOVA) по F-критерию по стандартной программе STATISTICA5.5, поведение различных групп кроликов сопоставляли по критерию наименьшей значимой разности. Эксперименты и обработка результатов были проведены совместно с И.В. Павловой.

Исследование влияния фенибута на нейронную активность головного мозга было выполнено в условиях хронического эксперимента на трех взрослых кроликах. Регистрацию активности нейронов проводили в симметричных отведениях от двух теменных и сенсомоторной областей коры правого и левого полушарий, а также от поля СА1 правого и левого гиппокампа. Во время опытов животные находились в условиях свободного поведения в цилиндрической камере. Регистрацию активности нейронов проводили до введения препарата и через 2 ч после введения фенибута (40 мг/кг подкожно). Для отведения активности нейронов использовали пластинки из семи склеенных нихромовых полумикроэлектродов диаметром 50 мкм (ширина пластинки около 350 мк). Статистическая обработка импульсации нейронов была проведена по программе «Neuron» (автор Павлов Ю.В.). Из записи мультиклеточной активности по форме спайков выделяли активность отдельных нейронов (обычно их было 2-5), рассчитывали среднюю частоту импульсации клеток и строили гистограммы автокорреляции. При вторичной обработке результатов и при построении графиков пользовались стандартным пакетом программ STATISTICA5.5. При сравнении процентных отношений использовали таблицы сопряженности 2Х2, применяли критерий ??, различия считали достоверными при р<0.05, отмечали наличие тенденции к изменению числа при 0.05<р<0.15. Частоту импульсации нейронов сравнивали с помощью критерия Манна-Уитни. Различия считали достоверными при р<0.05.

Изучение участия ГАМКергической нейромедиаторной системы в процессе обучения было выполнено в двух экспериментальных сериях. В первой серии опыты проведены на десяти бодрствующих необездвиженных кроликах - пяти контрольных и пяти подопытных. Кроликам экспериментальной группы за 2 ч до начала эксперимента вводили фенибут, подкожно, в дозе 40 мг/кг, в 3 мл физиологического раствора. Во второй серии эксперименты проведены на четырех кроликах: двух контрольных и двух подопытных. Кроликам экспериментальной группы за 2 ч до начала эксперимента вводили габоксадол (THIP), подкожно, в дозе 3 мг/кг, в 3 мл физиологического раствора. Кроликам контрольных групп вводили только 3 мл физиологического раствора также за 2 ч до начала эксперимента. В процессе обучения у всех кроликов вырабатывали условный рефлекс и условный тормоз. В качестве условного стимула применяли две вспышки света с интервалом 1 с, в качестве безусловного - электрокожное раздражение конечности (ЭКР). ЭКР наносили через накладные электроды на поверхность кожи над икроножной мышцей задней конечности кролика. В каждом сочетании применяли два удара током длительностью 100 мкс с интервалом 1 с. Первый удар тока совпадал со второй вспышкой условного стимула. Тормозным стимулом были те же две вспышки, но включаемые на фоне непрерывного света - условного тормоза (УТ), включаемого за 1 с до включения вспышек без подкрепления. Таким образом, тормозной стимул был сходен с условным, но интенсивнее по физическим параметрам. Следовательно, особенностью методики является трудность в различении активирующих и тормозных условных раздражителей. Сочетания раздражителей применяли с интервалом 1,5-2 мин. Опыты проводили через день. За один опыт кролики получали шесть сочетаний вспышек с ЭКР и шесть сочетаний вспышек на фоне непрерывного света, применяемых поочередно по три. Во время экспериментов регистрировали пневмограмму, электрокардиограмму и миограмму икроножной мышцы задней конечности, на которую наносили ЭКР. При статистической обработке данных в случае активирующего стимула подсчитывали вероятности двигательных реакций на первую вспышку света - условного стимула. В случае тормозного стимула подсчитывали вероятности двигательных реакций на первую и на вторую вспышки света на фоне действия условного тормоза, а также вероятности двигательных реакций на собственно условный тормоз - непрерывный свет. Для межсигнальных периодов в начале, в середине и в конце опыта вычисляли средние показатели частоты дыхания, частоты сердечных сокращений, числа межсигнальных движений за 1 мин и продолжительность одного движения. Достоверность различий перечисленных показателей работы мозга в контроле и на фоне введения фармакологических препаратов оценивали по критерию Вилкоксона для зависимых выборок и по критерию Манна-Уитни для независимых выборок с помощью программы STATISTICA5.5.

2. Результаты исследований

ноотроп фенибут рефлекс когнитивный

Анализ влияния фенибута на поведение кроликов в тесте «открытое поле». Анализ двигательной активности кроликов при первой посадке в открытое поле позволил разделить кроликов на три группы. Критерием для классификации служил параметр «число пересеченных квадратов». Если за 10 мин наблюдения кролики пресекали менее 50 квадратов, их относили к группе пассивных. Если число пересеченных квадратов превышало 100, то кроликов относили к группе активных. Среднюю группу составили кролики, число пересеченных квадратов для которых находилось в диапазоне от 50 до 100. Из 28 кроликов, исследованных при первой посадке, к пассивным было отнесено 11 животных, к средним - 10 и к активным - 7. Кролики были разделены на две группы. Одна - контрольная, вторая - опытная. Из них в группе контрольных кроликов было 7 пассивных, 3 средних и 3 активных. В экспериментальную группу вошли 4 пассивных кролика, 5 средних и 3 активных.

Показатели двигательной активности контрольных кроликов при второй посадке в открытое поле по сравнению с первой посадкой достоверно изменялись только у животных пассивной группы. При второй посадке у этих животных наблюдалось достоверное увеличение двигательной активности: числа пересеченных квадратов (р=0.011), числа побежек (р=0.008) и уменьшение времени затаивания (р=0.006). В группе подопытных «пассивных» животных такого увеличения показателей двигательной активности не обнаружено. Следовательно, под влиянием фенибута не происходит активации движений у пассивных кроликов. Сравнение поведения кроликов при второй посадке в контроле и на фоне действия фенибута были проведены с учетом типа их двигательной активности. В группе активных кроликов под влиянием фенибута по сравнению с контролем наблюдалось достоверное снижение числа пересеченных квадратов (р=0.003), числа побежек (р=0.001), общего числа поворотов (р=0.016) и числа актов грумминга (р=0.009). В группе пассивных кроликов также наблюдалось достоверное уменьшение числа пересеченных квадратов (р=0.027) и числа побежек (р=0.017) по сравнению с второй посадкой контрольных животных. У кроликов средней группы под влиянием фенибута не происходило достоверных изменений двигательной активности. Таким образом, фенибут действует в основном на кроликов «активной» группы и в меньшей степени - «пассивных» кроликов.

Анализ влияния фенибута на нейронную активность коры головного мозга кроликов. В опытах до введения препарата было зарегистрировано 215 нейронов теменной коры, 143 нейрона сенсомоторной коры и 93 нейрона гиппокампа. В опытах с введением фенибута было зарегистрировано 193 нейрона теменной коры, 135 нейронов сенсомоторной коры и 100 нейронов гиппокампа. Статистическая обработка импульсации нейронов была проведена по программе «Neuron» (автор Павлов Ю.В.). Из записи мультиклеточной активности по форме спайков выделяли активность отдельных нейронов (обычно их было 2-5), рассчитывали среднюю частоту импульсации клеток и строили гистограммы автокорреляции. При обработке данных по критерию Манна-Уитни было обнаружено, что до и после введения фенибута во всех регистрируемых областях частота импульсации нейронов различалась незначительно. По одному и тому же отрезку записи нейронной активности строили гистограммы с бином 1, 2, 5, 10, 20 и 30 мс, и эпохами анализа - 100, 200, 500, 1000, 2000, 3000 мс. Рассчитывали доверительные интервалы с уровнем значимости 0.99. Доверительные интервалы строили отдельно для одно-, двух-, трех-, четырех- и пятибинных экстремумов. При расчете доверительного интервала также учитывали число спайков в бине. Рассматривали гистограммы, у которых среднее число спайков в бине превышало девять. По форме гистограмм автокорреляции выделяли четыре типа активности нейронов. Первый тип - плоские гистограммы без достоверных отклонений от среднего свидетельствовали о равновероятном распределении разрядов. Второй тип - гистограммы с пиком около нуля с задержкой до 60 мс рассматривали как свидетельство группировки разрядов. Третий тип - гистограммы, имеющие, кроме пика около нуля, еще дополнительные пики, повторяющиеся с постоянным интервалом. Такие гистограммы свидетельствовали о наличии группировки и периодичности разрядов. Четвертый тип - гистограммы с несколькими пиками, повторяющимися через одинаковые интервалы времени, начиная от нуля, рассматривали как признак наличия периодичности разрядов.

Было проведено сравнение соотношения разных форм ГАК до и после введения фенибута. В сенсомоторной и теменной коре на фоне фенибута были обнаружены сходные закономерности в распределении ГАК, поэтому полученные данные по этим областям мозга были объединены. В сенсомоторной и теменной коре наблюдали уменьшение случаев гистограмм с равновероятным распределением разрядов (р=0.013), увеличение случаев гистограмм, имеющих, кроме пика около нуля, еще дополнительные пики, повторяющиеся с постоянным интервалом (р=0.001), а также уменьшение случаев гистограмм с несколькими пиками, повторяющимися через одинаковые интервалы времени, начиная от нуля (р=0.007). Т.е. в неокортексе под влиянием фенибута происходило увеличение сгруппированности и периодичности импульсации в работе нейронов. В сенсомоторной и теменной коре наблюдали также уменьшение среднего интервала внутри групп разрядов (р=0.0001).

Для анализа частоты периодики разрядов определяли усредненный интервал между пиками Тср., частоту рассчитывали по формуле 1000:Тср. При построении гистограмм распределения нейронов по частоте периодики их разрядов брали следующие границы для диапазонов частот: дельта - до 4 Гц, тета - от 4 включительно до 9 Гц, альфа - от 9 до 13 Гц, бета - от 13 до 20 Гц, гамма 1 - от 20 до 40 Гц, гамма 2 - от 40 до 60 Гц.

Анализ полученных данных показал, что в теменной коре на фоне действия фенибута происходило увеличение периодики в диапазоне дельта частот (р=0.031) и уменьшение в диапазоне тета (р=0.008) (рис 1). Изменения в дельта-диапазоне происходили за счет усиления низких частот (0-2 Гц) (р=0.027). Уменьшение периодичности работы нейронов в тета-диапазоне происходила, по видимому, за счет ослабления низкочастотного тета (4-6 Гц) (р=0.059).

В гиппокампе под влиянием фенибута имела место подобная тенденция к снижению периодичности работы нейронов в тета-диапазоне. Однако в этом случае изменения происходили за счет уменьшения доли высокочастотного тета (7-9 Гц) (р=0.039).

В сенсомоторной коре не было обнаружено достоверных изменений частоты периодики разрядов нейронов.

Рис 1. Частоты периодики разрядов. По оси ОХ - границы для диапазона частот: дельта - до 4 Гц, тета - от 4 включительно до 9 Гц, альфа - от 9 до 13 Гц, бета - от 13 до 20 Гц, гамма свыше 20 Гц. По оси ОУ - процентное соотношение нейронов, разряжающихся на данной частоте, А - в норме, Б - на фоне фенибута. 1 - теменная кора, 2 - гиппокамп

Влияние фенибута на выработку оборонительного условного рефлекса.

В процессе применения сочетаний вспышек света с электрокожным раздражением конечности (ЭРК) происходило постепенное увеличение числа общих движений и движений задней конечности кролика на вспышки света, при этом на первых этапах выработки оборонительных условных рефлексов (первые 10 опытов, 60 сочетаний) у кроликов экспериментальной группы на фоне введения фенибута наблюдали более отчетливое увеличение числа двигательных ответов на условный стимул по сравнению с контрольными (рис. 2А). В последующих опытах существенных различий в проявлении двигательного компонента рефлекса в экспериментальной и контрольной группах кроликов не наблюдали.

Рис. 2. Сопоставление выработки оборонительного рефлекса и условного тормоза в контроле и на фоне введения фенибута (40 мг/кг подкожно, за 2 ч до опыта), данные, усредненные по 10 опытам (сумма по 5 парам). А - вероятности движений кроликов на первые вспышки света - сигнал оборонительного рефлекса, Б - на первые вспышки на фоне условного тормоза - непрерывного света. По вертикали - вероятности движений на вспышки (х±3m), по горизонтали - номера десятков опытов. * - р<0.05, ** - р<0.01, к соответствующим данным контроля

Влияние фенибута на выработку внутреннего торможения.

И в экспериментальной, и в контрольной группах кроликов по мере обучения происходила специализация оборонительного условного рефлекса, при этом относительно стабильное различение активирующих и тормозных вспышек света в группе контрольных кроликов возникало после 17-18 опытов, т.е. примерно после 110 сочетаний вспышек с ЭКР и вспышек на фоне УТ (р<0.05). В группе подопытных кроликов различение активирующих и тормозных вспышек света на фоне фенибута происходило уже после 4 опытов (24 сочетания). Более отчетливое различение вспышек наблюдалось после 9-10 опытов, т.е. примерно после 60 сочетаний. Эти закономерность особенно отчетливо видна при суммировании результатов экспериментов за 10 опытов. Достоверное различие вероятностей условно-рефлекторных двигательных ответов на вспышку света - условный стимул и вспышку света на фоне условного тормоза в контрольной группе животных - было достигнуто на втором десятке опытов (60-120 сочетаний), а на фоне введения фенибута - на первом десятке опытов (1-60 сочетаний). При сравнении вероятностей двигательных ответов на неподкрепляемые вспышки света между двумя группами кроликов было обнаружено, что, начиная с 9-го опытного дня (56 сочетаний), у кроликов экспериментальной группы наблюдалось уменьшение вероятностей двигательных ответов на неподкрепляемые вспышки света по сравнению с контрольными животными. При усреднении данных по 10 опытам было получено достоверное различие (р<0.01) вероятностей двигательных реакций на тормозные вспышки света у кроликов на фоне введения фенибута, по сравнению с контрольными животными после 10 опытных дней (60 сочетаний) (рис. 2Б).

Межсигнальные движения. Число межсигнальных движений в ходе эксперимента у контрольной и у экспериментальной групп кроликов достоверно не отличалось, но средняя продолжительность межсигнальных движений у контрольных кроликов была больше, и длительность движений варьировала в более широких пределах, чем у подопытных животных. Иначе говоря, под действием фенибута не изменяется число межсигнальных движений, но уменьшается и стабилизируется их продолжительность.

Изменения показателей работы вегетативной нервной системы (частота дыхания и сердцебиения). И у контрольных, и у подопытных кроликов к концу опыта в равной мере наблюдалась тенденция к снижению частоты дыхания (рис. 3А), но при этом у подопытных кроликов, в отличие от контрольных, частота дыхания была достоверно ниже, чем в начале (р<0.05). Для подтверждения этого различия были построены регрессионные кривые для обеих групп кроликов. Отрицательный коэффициент регрессии и для контрольной (-11,044), и для опытной (-19,78) групп свидетельствует о наличии снижения частоты дыхания в ходе эксперимента у всех животных, при этом коэффициент регрессии для опытной группы кроликов больше, чем для контрольной. Сравнение этих коэффициентов регрессии по t-критерию Стьюдента показало достоверное различие между ними (р<0,001). Следовательно, на фоне действия фенибута кролики в течение опыта успокаивались быстрее.

Частота сердечных сокращений у экспериментальной группы кроликов на протяжении всего опыта была значимо выше (р<0.01), чем у контрольной (рис. 3Б).

Рис. 3. Показатели работы вегетативной нервной системы в контроле (первый столбик в паре) и на фоне действия фенибута (второй столбик в паре). А -частота дыхания, Б - частота сердечных сокращений. * - р<0.05, ** - р<0.01

Влияние габоксадола на выработку оборонительного условного рефлекса.

Так же как и в серии опытов с введением фенибута, в опытах с введением агониста ГАМКА-рецепторов - габоксадола в процессе применения сочетаний происходило постепенное увеличение числа общих движений и движений задней конечности кролика на вспышки света, подкрепляемые ЭКР. В отличие от действия фенибута, существенных различий в выработке двигательного компонента рефлекса в экспериментальной и контрольной группах кроликов при введении габоксадола не наблюдали на протяжении всей серии эксперимента. В связи с обнаруженной ранее активацией движений в первом десятке опытов под влиянием фенибута этот же показатель был проанализирован и на фоне введения габоксадола. При суммировании данных по двум парам кроликов на первых этапах выработки оборонительных условных рефлексов (первые 10 опытов) не было выявлено увеличения числа двигательных ответов на условный стимул на фоне введения габоксадола по сравнению с контрольной группой (рис. 4А). Однако при рассмотрении результатов по каждой паре кроликов отдельно была обнаружена тенденция к подобному увеличению оборонительных двигательных ответов на первом этапе выработке условного рефлекса у одного животного экспериментальной группы (вторая пара).

Рис. 4. Сопоставление выработки оборонительного рефлекса и условного тормоза в контроле и на фоне введения габоксадола (3 мг/кг подкожно за 2 ч до опыта), данные, усредненные по 10 опытам. А - вероятности движений кроликов на первые вспышки света - сигнал \ оборонительного рефлекса, Б - на первые вспышки на фоне условного тормоза - непрерывного света. По вертикали - вероятности движений на вспышки (х±3m), по горизонтали - номера десятков опытов. * - р<0.05, к соответствующим данным контроля.

Влияние габоксадола на выработку внутреннего торможения.

В опытах с введением габоксадола и в экспериментальной, и в контрольной группах кроликов по мере обучения происходила специализация оборонительного условного рефлекса, при этом относительно стабильное различение активирующих и тормозных вспышек света в группе контрольных кроликов, как и в предыдущей серии, возникало после 16-17 опытов, т.е. примерно после 100 сочетаний вспышек с ЭКР и вспышек на фоне УТ (р<0.05). В группе подопытных кроликов под влиянием габоксадола различение активирующих и тормозных вспышек света происходило после 13-14 опытов (р<0.01), т.е. примерно после 80 сочетаний. При усреднении показателей по 10 опытам достоверное различие подкрепляемых и неподкрепляемых вспышек света и в контрольной группе, и на фоне введения габоксадола происходило на втором десятке опытов (60-120 сочетаний) (рис. 4Б). Т.е. под влиянием габоксадола также происходит ускорение выработки внутреннего торможения, но на более поздних этапах обучения. Таким образом, различение активирующих и тормозных вспышек света на фоне введения габоксадола происходило позднее, чем на фоне введения фенибута.

Изменения показателей работы вегетативной нервной системы (частота дыхания и сердцебиения). В контрольной группе, в отличие от предыдущей серии, в течение опыта наблюдалась тенденция к увеличению частоты дыхания. Вероятно, это явление было связано с более высокой температурой воздуха, при которой проводились эксперименты (летнее время). В экспериментальной группе кроликов на фоне действия габоксадола от начала к концу опыта изменений частоты дыхания не было отмечено. Сравнение частоты дыхания между группами показало, что в середине и в конце опыта частоты дыхания у кроликов экспериментальной группы достоверно ниже, чем у контрольной (рис. 5А). Возможно, в данных температурных условиях эксперимента габоксадол сдерживает увеличение частоты дыхания.

Частота сердечных сокращений у экспериментальной группы кроликов была значимо ниже, чем у контрольной, в середине и в конце опыта. В конце опыта различий в частоте сердцебиений между контрольной и экспериментальной группами не наблюдалось (рис. 5Б).

Рис. 5. Показатели работы вегетативной нервной системы в контроле (первые столбики в паре) и на фоне действия габоксадола (вторые столбики в паре). А - частота дыхания, Б - частота сердечных сокращений. * - р<0.05 к соответствующим данным контроля, n = 60

Обсуждение результатов.

Результаты наших экспериментов, проведенных с использованием теста «открытое поле», показали, что изменение двигательной активности кроликов на фоне введения фенибута происходили в зависимости от индивидуальных особенностей поведения животных. Под влиянием фенибута отмечено уменьшение горизонтальной двигательной активности пассивных и активных кроликов. У кроликов средней группы достоверных изменений двигательной активности в открытом поле под влиянием фенибута выявлено не было. Иначе говоря, фенибут оказывает влияние только на двигательную активность животных, отличающихся по поведению от средней группы. Эти данные согласуются с представлением о нормализующем действии ноотропов на поведение при отклонении его от нормы.

В то же время в характеристике ноотропных средств специально указывается, что они не изменяют двигательную активность [Харкевич Д.А., 1993]. Действительно, под влиянием фенибута в наших экспериментах с выработкой условного рефлекса и внутреннего торможения не происходило изменения числа межсигнальных двигательных реакций. Вместе с тем продолжительность движений уменьшалась и стабилизировалась. В то же время результаты экспериментов с тестом «открытое поле» показывают, что фенибут, который относят к классу ноотропов, снижает двигательную активность животных. Таким образом, некоторые ноотропные препараты оказывают определенное влияние на двигательную активность животных.

Отсутствие достоверных различий средней частоты импульсации нейронов до и после введения фенибута можно объяснить тем, что фенибут усиливает не только тормозные, но и возбудительные процессы в коре головного мозга кроликов. Показано, что при разовом введении фенибута, наряду с усилением тормозных компонентов на вспышки света, происходит некоторое усиление и возбудительных компонентов активности нейронов [Шульгина Г.И. и соавт., 1985]. Полученные результаты согласуются с клиническими данными. Наряду с седативным эффектом, фенибут оказывает благоприятное терапевтическое действие, улучшая тонус и общее самочувствие [Ковалев В.Г., 1979; Козловская М.М., 1979], внимание и слухо-речевую память [Заваденко Н.Н. и соавт., 2000].

В ряде исследований было показано, что тормозная пауза в работе нейронов по времени совпадает с медленной поверхностно-негативной волной ЭЭГ и вторичных вызванных потенциалов [Кондратьева И.Н., 1964; Гусельников В.И., Супин А.Я., 1968; Скребицкий В.Г., 1977; Гусельников В.И., Изнак А.Ф., 1983; Шульгина Г.И., 1987; Jasper H.H., Stefanis C., 1965; Morrell F., 1967; Andersen P., Andersson S.A., 1968; Creutzfeld O. et al., 1966; Creutzfeld O., Ito M, 1968; Steriade M., 1999]. На основании экспериментальных исследований был сделан вывод, что суммарные колебания медленных потенциалов обусловлены теми же токами, которые вызывают колебания внутриклеточного потенциала [Скребицкий В.Г., Воронин Л.Л., 1966; Скребицкий В.Г., 1967; Гусельников В.И., Супин А.Я., 1968]. Следовательно, изменения медленных колебаний потенциалов, совпадающие с тормозной паузой в работе нейронов, вызваны ТПСП. Анализ изменений частоты периодичности разрядов нейронов кроликов в свободном поведении под влиянием производного ГАМК - фенибута, проведенный в нашей работе, показал, что в теменной области коры больших полушарий на фоне введения фенибута происходило увеличение периодики в диапазоне дельта и уменьшение в диапазоне тета, т.е. под влиянием фенибута происходило усиление медленно-волновой активности, вызванное относительным усилением гиперполяризации. Таким образом, можно предполагать, что под действием фенибута в новой коре происходит усиление гиперполяризационных процессов. Усиление амплитуды медленных потенциалов, фоновых и вызванных, и фазности в работе нейронов, чередования активации и торможения импульсации, обусловленное, судя по данным литературы, усилением тормозных гиперполяризационных процессов было обнаружено при выработке всех форм внутреннего торможения [Шульгина Г.И. 1976, 1987].

Обработка результатов, полученных при выработке условного рефлекса и условного тормоза, показала, что и фенибут, и габоксадол, являясь агонистами ГАМК-рецепторов, изменяют процесс обучения кроликов, особенно выработку внутреннего торможения.

На ранней стадии выработки оборонительного условного рефлекса в наших экспериментах на фоне действия фенибута у всех кроликов экспериментальной группы по сравнению с контрольной наблюдалось увеличение числа двигательных реакций на условный сигнал. Следовательно, повышение активации на положительный условный сигнал еще раз подтверждает, что фенибут может оказывать влияние не только на тормозные, но и на возбудительные процессы в ЦНС.

Существенное изменение процесса выработки условного тормоза, которое происходило под влиянием фенибута, подтверждает гипотезу о ГАМКергической природе внутреннего торможения. Под влиянием фенибута не просто изменяется состояние животного в сторону снижения уровня активации, т.к. в этом случае наблюдалось бы снижение движений и на условный, и на тормозной стимулы. Однако у кроликов экспериментальной группы на ранних этапах выработки условного рефлекса наблюдали даже увеличение вероятности двигательных ответов на условный стимул. Кроме того, не было выявлено достоверных различий числа межсигнальных движений между контрольной и экспериментальной группами животных в процессе обучения. Следовательно, фенибут - агонист ГАМК имеет специфическое отношение к процессу выработки внутреннего торможения.

Под влиянием габоксадола также происходит ускорение выработки внутреннего торможения, но на более поздних этапах, чем на фоне введения фенибута. По данным литературы, известно, что фенибут и габоксадол взаимодействуют с разными рецепторами ГАМКергической нейромедиаторной системы. Фенибут может связываться как с ГАМКА, так и с ГАМКБ-рецепторами [Алликметс Л.Х., Ряго Л.К., 1983], а габоксадол является специфическим агонистом ГАМКА-рецепторов [Brown N. et al., 2002; Mortensen M. et al., 2003]. Судя по полученным результатам, можно предположить, что на ранних стадиях обучения ведущая роль в выработке внутреннего торможения принадлежит ГАМКБ-рецепторам. Повышение уровня активности ГАМКА-рецепторов под влиянием их агониста - габоксадола также облегчает выработку внутреннего торможения по сравнению с контролем, но проявляется это на более поздних стадиях обучения. Данные о большем вкладе метаботропных рецепторов в процесс обучения подтверждают предположение Eccles J.C., McGreer P.L. [1979] о важной роли метаботропных рецепторов в динамике пластичности нервных элементов.

По фармакологическим характеристикам фенибут относят к ноотропным препаратам. Особо подчеркивается, что эти вещества активируют высшие интегративные функции головного мозга, оказывают благоприятное влияние на обучение. Однако в большинстве экспериментальных работ отмечено улучшение обучения под влиянием ноотропов в случае нарушения нормальных условий работы мозга [Гиургея К. 1976; Рахманкулова И.Х. и соавт., 1985; Маркина И.В. и соавт., 1986; Воронина Т.А., 1991; Машковский М.Д., 2000; Островская Р.У. и соавт., 2002; и др.]. В отличие от этих работ в наших экспериментах фенибут оказывал положительное влияние на обучение (первый этап выработки условного рефлекса и выработку условного торможения) без применения воздействий, нарушающих работу мозга.

И фенибут, и габоксадол оказывают определенное влияние и на работу вегетативной нервной системы. Действие и фенибута, и габоксадола на частоту дыхания является однонаправленным: под влиянием этих препаратов происходит снижение частоты дыхания. Полученные результаты согласуются с данными об использовании ГАМК и ее дериватов в клинике в качестве веществ, снижающих напряжение, страх и тревогу [Машковский М.Д., 2000; Lapin I., 2001], а также с аналогичными сведениями из других экспериментальных работ [Белозерцева И.В., Андреев Б.В., 1997; Талалаенко А.Н. и соавт., 1994; Dalvi A., Rodgers R.J., 1996]. В наших опытах было выявлено, что используемые в работе препараты оказывают неоднозначное влияние на работу сердечно-сосудистой системы: под влиянием фенибута происходит увеличение частоты сердечных сокращений, а под влиянием габоксадола - снижение. Причины отличия действия габоксадола и фенибута на частоту сердцебиений не ясны.

Заключение

1. Изучено влияние агониста ГАМК, фенибута (40 мг/кг подкожно) на свободное поведение кроликов (в тесте «открытое поле»), на активность нейронов новой коры и гиппокампа при свободном поведении и процесс выработки оборонительного условного рефлекса и условного тормоза. Проведено сравнение действия фенибута - неселективного агониста ГАМКА- и ГАМКБ-рецепторов с действием габоксадола - селективного агониста ГАМКА-рецепторов (3 мг/кг подкожно) на процесс обучения.

2. В тесте «открытое поле» показано, что под действием фенибута происходит снижение горизонтальной двигательной активности кроликов пассивной и активной групп.

3. После введения фенибута в теменной коре кроликов наблюдали повышение групповой импульсации нейронов в дельта-диапазоне и снижение в диапазоне тета.

4. На ранней стадии выработки оборонительного условного рефлекса под влиянием используемой дозы фенибута наблюдали увеличение числа движений на условный сигнал по сравнению с контролем.

5. На фоне введения фенибута происходило ускорение и стабилизация выработки условного тормоза. На фоне введение габоксадола (3 мг/кг подкожно), улучшение выработки условного тормоза по сравнению с контролем наступало на более поздних этапах обучения, чем на фоне введения фенибута.

6. Введение фенибута и габоксадола действовало на изменения частоты дыхания кроликов в процессе опыта однонаправленно в сторону ее снижения. Под влиянием фенибута частота сердечных сокращений повышалась, а под влиянием габоксадола - снижалась. Под действием фенибута при обучении наблюдали сокращение длительности межсигнальных движений и ее стабилизацию.

7. Полученные данные подтверждают гипотезу о существенной роли ГАМКергической нейромедиаторной системы в процессе обучения, и прежде всего о ее участии в процессе выработки внутреннего торможения.

8. Судя по полученным результатам, можно предположить, что на ранних стадиях обучения ведущая роль в выработке внутреннего торможения принадлежит ГАМКБ-рецепторам. ГАМКА-рецепторы участвуют в выработке внутреннего торможения, но, очевидно, на более поздних стадиях обучения.

9. При использовании ноотропов необходимо учитывать их влияние не только на возбуждение, но и на торможение в ЦНС, а также не только на когнитивные процессы, но и на соматический статус.

Литература

Шульгина Г.И., Зяблицева Е.А. Влияние производного ГАМК фенибута на обучение // Вестник Российской академии медицинских наук. 2005. № 2. с. 35-40.

Павлова И.В., Левшина И.П., Ванециан Г.Л., Шуйкин Н.Н., Зяблицева Е.А. Поведение и особенности дыхания у кроликов, различающихся по двигательной активности в открытом поле // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2005. Т. 91. № 9. с. 1021-1032.

Зяблицева Е.А. Влияние производного ГАМК - фенибута на выработку оборонительного условного рефлекса и внутреннего торможения // Журнал высшей нервной деятельности. 2006. Т. 56. № 2. с. 236-241.

Зяблицева Е.А, Шульгина Г.И. Особенности ноотропного действия фенибута // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2006. Т. 106. № 9. с. 57-58.

Зяблицева Е.А., Шульгина Г.И. Фенибут улучшает сон и усиливает внутреннее торможение, повышая уровень ГАМКергической передачи // Сон - окно в мир бодрствования. Москва, 1-3 октября 2003 г. с. 42-43.

Зяблицева Е.А. Участие ГАМКергической нейромедиаторной системы во взаимодействии нейронов при обучении // XVI зимняя молодежная научная школа «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии». Москва, 9-12 февраля 2004. с. 72.

Shulgina G.I., Zyablitzeva E.A. Possible role of GABA-Derivate phenibut in therapy of schizophrenia // 8-Th multidisciplinary international Conference of Biological Psychiatry “Stress and Behavior” // Психофармакология и биологическая наркология, 2004, № 2-3, с. 678-679.

Зяблицева Е.А., Шульгина Г.И. Влияние производного ГАМК - фенибута на выработку внутреннего торможения // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2004. Т. 90. № 8. Ч.1 . с. 14.

Шульгина Г.И., Зяблицева Е.А. Дефицит «латентного торможения» при шизофрении как дефицит угасательного торможения по И.П. Павлову, возможная роль ГАМК и ее дериватов для лечения этого дефицита // Бехтеревские чтения на Вятке. Актуальные вопросы психиатрии и наркологии. Часть 1, Москва-Киров 2004 г. с. 339-344.

Зяблицева Е.А., Шульгина Г.И. Участие гамма-аминомасляной кислоты в процессе обучения // Нейрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты. Научная конференция 14-16 марта 2005 г. Москва. с. 17.

Зяблицева Е.А. Влияние производного ГАМК - фенибута на выработку оборонительного условного рефлекса и условного тормоза // Вестник молодых ученых. Физиология и медицина. Всероссийская конференция молодых исследователей 14-16 апреля 2005 г. СПб. Сборник материалов. с. 45.

Шульгина Г.И., Зяблицева Е.А. Нейрофизиологические основы медленноволнового сна и внутреннего торможения. // Сон - окно в мир бодрствования. Ростов-на-Дону, 26-27 сентября 2005 г. с. 112-113.

Зяблицева Е.А., Шульгина Г.И. Влияние производного ГАМК - фенибута на взаимодействие возбуждения и торможения в ЦНС при обучении // Бехтеревские чтения на Вятке. Актуальные вопросы психиатрии и наркологии. Часть 2, Москва-Киров 2005 г. с. 134-137.

Зяблицева Е.А., Шульгина Г.И. ГАМК и реализация внутреннего торможения // Научные труды I Съезда физиологов СНГ. Сочи. Дагомыс. 19-23 сентября 2005 г. Т. 2. Москва: Медицина-Здоровье. с. 46.

Зяблицева Е.А., Шульгина Г.И. Анализ влияния фенибута на поведение в сопоставлении с другими ноотропами // Вторая международная конференция по когнитивной науке. - 9-13 июня 2006 г, СПб., с. 283-284.

Зяблицева Е.А., Шульгина Г.И. Производное ГАМК фенибут усиливает как тормозные, так возбудительные процессы в ЦНС // Материалы конференции «Нейроспецифические метаболиты и энзимологические основы деятельности центральной нервной системы». 25-27 сентября 2006 г., Пенза, с. 61-62.

Зяблицева Е.А., Косицын Н.С., Шульгина Г.И. Нейрофизиологический анализ действия ноотропов на обучение // Материалы I Всесоюзной научно-практической конференции «Функциональное состояние и здоровье человека», Ростов-на-Дону, 2006, с. 49-51.

Размещено на Allbest.ru