Гипоксия является одним из ключевых факторов развития патогенеза заболеваний головного мозга. Чувствительность нервной системы к гипоксии обусловлена высоким уровнем энергетического обмена, а также малой устойчивостью, в особенности центральных её отделов, к кислородному голоданию. Гипоксия влияет на нормальный баланс нейромедиаторов в чувствительных структурах мозга, активирует процессы перекисного окисления липидов и является определяющим фактором в развитии многих заболеваний [3, 8, 12, 13, 17]. Гипоксия является ключевым звеном многочисленных расстройств функций организма, в том числе и поведенческих [2, 3, 4, 5].
На последствия гипоксии головного мозга оказывают влияние вещества с антиоксидантным типом действия [9]. Коменат калия – биологически активное соединение, полученное замещением атома водорода в коменовой кислоте на атом калия. Коменовая кислота проявляет антиоксидантные свойства, является одним из основных действующих веществ препарата Бализ-2 [14]. Калий участвует в поддержании ионного гомеостаза, без которого невозможно нормальное поступление кислорода в нервную клетку [1, с. 15].
Ранее в исследованиях было показано, что коменат калия обладает нейропротекторным действии при эксайтотоксическом воздействии глутамата [16], а также антиоксидантным действием в головном мозге стрессированных животных [6, 15]. В связи с этим актуальным представляется исследование влияния комената калия на функциональное состояние ЦНС при гипоксическом воздействии.
Целью настоящего исследования являлось определение влияния комената калия на процесс обучения крыс в тесте «Т-образный лабиринт» в условиях нормоксии и при воздействии острой гипоксии.
Исследования проводились на 143 крысах-самцах линии Вистар возрастом 3 месяца и массой 190-220 г. Опыты проводили с соблюдением принципов гуманности в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приказ Минздравсоцразвития РФ от 23.08.2010 N 708н «Об утверждении правил лабораторной практики»). Животные содержались при естественном световом режиме. Контрольные и опытные животные содержались в одном виварии при одинаковых условиях. Эксперименты проводились в первой половине светового дня.
Экспериментальные животные были разделены на группы: группа контроль (интактные животные, получавшие воду очищенную в эквивалентном объёме); группа крыс, получавшие коменат калия (дозировки 2 мг/кг, 4 мг/кг, 8 мг/кг) без стрессового воздействия; группа крыс, получавшие воду в эквивалентном объеме и подвергшиеся стрессовому воздействию; группа крыс, получавшие коменат калия (дозировки 2 мг/кг, 4 мг/кг, 8 мг/кг) и подвергшиеся стрессовому воздействию. Вещества вводили внутрижелудочно с помощью зонда ежедневно в течение трех дней. В работе был использован коменат калия, синтезированный в отделе биологически активных веществ им. проф. А.Я. Шурыгина ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет» [7].
Нормобарическую острую гипоксию с гиперкапнией реализовывали с помощью метода «баночной гипоксии» [10]. В исследовании процесса обучения крыс использовали установку «Т-образный лабиринт» (T-maze test) по методике, описанной Т.П. Семеновой [11].
Длительность пищевой депривации перед началом эксперимента составляла 48 ч. Крыс приучали к лабиринту в течение 3 дней, используя пищевое подкрепление. Обучение в форме выработки пищедобывательного навыка осуществлялось 4 дней в условиях свободного выбора, ежедневно животные совершали по 20 побежек. Регистрировали время достижения пищевого подкрепления (ВВР) в сек. Данные по каждым 10 побежкам усреднялись.
Статистическую обработку данных проводили параметрическим методом. Для оценки достоверности различий выборок применяли t-критерий Стьюдента.
При исследовании влияния различных концентраций комената калия в отсутствии гипоксии были выявлены следующие тенденции (рис 1). Кривая животных группы «контроль» распределялась плавно и без скачков. Из рисунка 1 видно, что обучение крыс происходило наиболее интенсивно в течение первых пяти десятков побежек (от 21,8 до 5,7 сек), с пятого десятка побежек время до нахождения подкрепления практически не изменялось (от 5,7 до 5,2 сек) и выполнялось стереотипно.
Рисунок 1. Влияние комената калия на время выполнения реакции у крыс в тесте «Т-образный лабиринт». * — p < 0,05 по отношению к группе «контроль».
Несколько иная картина отмечалась при воздействии комената калия: кривые ломаные, что, по-видимому, объясняется влиянием вещества на процессы обучения и запоминания. Поведение животных в группе «коменат калия 2 мг/кг» показала сходную с группой «контроль» тенденцию, достоверных отличий ни в одной из точек не наблюдалось. Поведение крыс группы «коменат калия 4 мг/кг» во второй точке показали существенно меньшее ВВР (9,5 сек против 14,2 сек в группе «контроль»). Далее отличия в действиях экспериментальных животных от группы «контроль» минимальны, хотя и носят некоторый скачкообразный характер. Это может объясняться биохимической адаптацией нервной системы к исследуемому веществу на фоне обучения.
Гораздо более ломанной является кривая поведения группы крыс «коменат калия 8 мг/кг», которая демонстрирует существенно большее ВВР в более, чем половине точек (p<0,05). Также обращает на себя внимание гораздо большее ВВР в начале обучения (33,4 сек против 21,8 сек в группе «контроль», p<0,05). В связи с этим, можно предположить доминирование тормозных процессов, что определенным образом нарушает процесс обучения в лабиринте.
При проверке сохранения навыка у крыс было обнаружено, что группы «контроль», «коменат калия 2 мг/кг», «коменат калия 4 мг/кг» показывают мало отличный результат с незначительной тенденцией к уменьшению ВВР (5,2 сек, 4,9 сек, 4,7 сек соответственно). У группы крыс «коменат калия 8 мг/кг» данный показатель, значительно больше — 9,7 сек (достоверно не отличается от контрольного). Такой результат указывает на возможное угнетающее действие комената калия в дозе 8 мг/кг на функциональную активность ЦНС в процессе обучения.
Исследование влияния комената калия на ВВР крыс при воздействии гипоксии продемонстрировало следующие результаты (рис 2). Исследуемый показатель в группе крыс «гипоксия» во всех точках существенно превышал контрольные значения (p<0,05), хотя демонстрировал аналогичную с группой «контроль» тенденцию: кривая группы «гипоксия» не содержала выраженных перепадов в измерениях, от начала обучения до пятого десятка побежек показывала максимальную интенсивность обучения, демонстрируя выраженное сокращение ВВР (от 28,0 до 10,3 сек). С пятого десятка побежек до конца обучения отмечался узкий коридор значений (от 10,3 до 9,1 сек), что свидетельствует о выработке навыка чередования побежек к этому сроку и демонстрировала усовершенствование навыка. Таким образом, гипоксическое воздействие привело к существенному увеличению ВВР у крыс в тесте «Т-образный лабиринт». Данный факт, на наш взгляд, свидетельствует, что гипоксическая нагрузка значительно влияет на ЦНС, усложняя ориентировочные и мнестические процессы в сложном и скоординированном процессе обучения.
Рисунок 2. Влияние комената калия на время выполнения реакции у крыс в тесте «Т-образный лабиринт» при воздействии гипоксии. * — p < 0,05 по отношению к контролю; отдельно показана достоверность отличий от гипоксии (p < 0,05) для групп: @ — гипоксия, коменат калия 2 мг/кг, # — гипоксия, коменат калия 4 мг/кг, § — гипоксия, коменат калия 8 мг/кг
Кривая действий крыс группы «гипоксия, коменат калия 2 мг/кг» показывала резкий перепад в активности крыс с начала обучения и до пятого десятка побежек. При этом сложней всего крысам давался первый десяток (среднее время 23,6 сек). Далее крысы быстрей справлялись с заданием и к пятому десятку их время сокращалось до 7,3 сек. Позже, когда навык уже выработан, коридор значений оставался достаточно узким (с 7,3 до 5,6 сек). Хотя кривая поведения крыс группы «гипоксия, коменат калия 2 мг/кг» находилась ниже уровня кривой группы крыс «гипоксия», достоверные различия не наблюдались. Таким образом, не смотря на отсутствие достоверных различий от контрольных значений, очевидно, что нормализация функции ЦНС происходит в меньшей степени.
При рассмотрении кривой значений для группы крыс «гипоксия, коменат калия 8 мг/кг» нами было отмечено, что выраженность двухстадийности процесса обучения, которая наблюдалось в предыдущих группах, имеет менее четкий характер. Обращает внимание начальная точка графика обучения – это максимальное ВВР, отмеченное в исследовании — 29 сек. С пятого десятка побежек можно отметить широкий диапазон в разбросе значений. Такая хаотичная динамика может трактоваться, как приспособительная реакция организма крыс к действию и гипоксии, и комената калия в дозировке 8 мг/кг. Причиной может быть разнонаправленность тормозных и активационных процессов в ЦНС под действием комената калия. Достоверные различия ВВР у группы крыс «гипоксия, коменат калия 8 мг/кг» по отношению к группе «контроль» отсутствуют, а по отношению к группе крыс «гипоксия» отмечены лишь для седьмого десятка побежек. Как и в случае дозы 2 мг/кг, нормализация функции ЦНС не имеет ярко выраженного характера.
Значения группы крыс «гипоксия, коменат калия 4 мг/кг» практически не отличались от значений группы «контроль», а в большинстве точек в динамике поведения животных этой группы показаны достоверные различия от значений в группе «гипоксия». Последний факт заслуживает особого внимания, поскольку эти результаты могут свидетельствовать о нормализации коменатом калия в дозе 4 мг/кг мнестической и ориентировочной функции ЦНС при острой гипоксии. Проверка сохранения навыка чередования право- и левосторонних побежек крыс показала, что различия в поведении животных группы «контроль» и группы «гипоксия» достоверны, p < 0,05 (4,4 и 8,4 сек соответственно).
Таким образом, при оценке влияния разных концентраций комената калия на процесс обучения в тесте «Т-образный лабиринт» как функцию ЦНС у крыс при воздействии острой гипоксии наибольшая эффективность была отмечена при применении дозы 4 мг/кг.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки в рамках базовой части государственного задания вузам в сфере научной деятельности (код проекта № 847).
Список литературы:
- Бурчинский С.Г. Ишемия головного мозга: возможности комплексной фармакологической коррекции // Украинский вестник психоневрологии. 2006. Т. 14. Вып. 1(46). С. 15-18.
- Вокина В.А. Влияние пренатальной гипоксии на функциональное состояние ЦНС белых крыс при воздействии толуола : автореф. дис. … канд. биол. наук. Санкт-Петербург. 2013. 24 с.
- Граф А.В., Маслова М.В., Маклакова А.С., Соколова Н.А., Гончаренко Е.Н., Байжуманов А.А., Крушинская Я.В. Антенатальная острая гипоксия на разных стадиях эмбриогенеза изменяет паттерны поведения и уровень биоаминов у потомства // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2005. Т. № 2. С. 152–157.
- Дубровская Н.М. Развитие двигательного поведения в онтогенезе крыс, перенесших гипоксию на ранних стадиях эмбриогенеза : автореф. дис. … канд. биол. наук. Санкт-Петербург. 2007. 24 с.
- Заморский И.И., Сопова И.Ю. Влияние острой гипоксии на интенсивность свободнорадикальных процессов в базальных ядрах мозга и поведение крыс в тесте «открытое поле» в условиях изменённого фотопериода // Российский физиологический журнал. № 3. С. 283-291.
- Патент Российской Федерации на изобретение №2514632 МПК A61K 31/351 (2006.01) A61P25/20 (2006.01). Антиоксидантное, стресс- и нейропротекторное фармакологическое средство — коменат калия / Шурыгина Л.В., Злищева Э.И., Кравцов А.А., Андросова Т.В., Злищева Л.И., Полещук Л.А., Скороход Н.С. Патентообладатель ФГБОУ ВПО «КубГУ». Опубл. 27.04.2014. Бюл. № 12.
- Патент Российской Федерации на изобретение №2528914 МПК A61K31/351 (2006.01) A61K33/06 (2006.01) A61P25/00 (2006.01). Нейропротекторное фармакологическое средство / Шурыгина Л.В., Злищева Э.И., Кравцов А.А., Андросова Т.В., Злищева Л.И., Полещук Л.А., Скороход Н.С. Патентообладатель ФГБОУ ВПО «КубГУ». Опубл. 20.09.2015. Бюл. № 26.
- Проблемы гипоксии: молекулярные, физиологические и медицинские аспекты: сб. ст. / под ред. Л.Д. Лукьяновой, И.Б. Ушакова. М. Воронеж: Изд-во «Истоки», 2004. С. 268-296.
- Путилина М.В. Нейропептидная терапия хронической ишемии мозга у пациентов пожилого возраста // Эффективная терапия. Неврология. 2015. №4 (39). С. 44-48.
- Руководство по физиологии. Адаптация человека к экстремальным условиям среды / Под ред. О.Г. Газенко. М., «Наука», 1979. с. 333–336.
- Семенова Т.П. Методика изучения памяти у крыс, основанная на врожденной реакции чередования право- и левосторонних набежек // Журнал высшей нервной деятельности. 1976. №26(6). С. 1322-1324.
- Худякова Н.П., Понукалина Е.В., Бизенкова М.Н. Молекулярно-клеточные механизмы цитотоксического действия гипоксии. Патогенез гипоксического некробиоза // Современные наукоемкие технологии. 2006. №7. С.31-38.
- Чеснокова Н.П., Понукалина Е.В., Бизенкова М.Н. Современные представления о патогенезе гипоксий. Классификация гипоксий и пусковые механизмы развития // Современные наукоемкие технологии. 2006. № 5. С. 23-27.
- Шурыгин А.Я. Препарат бализ. Краснодар: «Периодика Кубани», 2002. 416 с.
- Шурыгина Л.В., Злищева Э.И., Хаблюк В.В., Кравцова А.Н., Абрамова Н.О., Злищева Л.И., Кравцов А.А. Сравнительное исследование антиоксидантных свойств коменовой кислоты и комената калия на модели иммобилизационного стрессового воздействия // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015. Т. 159. № 4. С. 457-459.
- Шурыгина Л.В., Кравцов А.А., Злищева Э.И., Немчинова Е.А., Букин Д.Ю. Нейропротекторный эффект комената калия при глутаматной токсичности на модели культивируемых нейронов мозжечка крыс // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. Т. 158. № 7. С. 56-59.
- Salminen A., Jouhten P., Sarajärvi T., Haapasalo A., Hiltunen M. Hypoxia and GABA shunt activation in the pathogenesis of Alzheimer’s disease // Neurochem. Int. 2015. pii: S0197-0186(15)30068-1. doi: 10.1016/j.neuint.2015.11.005. [Epub ahead of print].[schema type=»book» name=»ВЛИЯНИЕ КОМЕНАТА КАЛИЯ НА ПРОЦЕСС ОБУЧЕНИЯ КАК ФУНКЦИЮ ЦНС У КРЫС В ТЕСТЕ «Т-ОБРАЗНЫЙ ЛАБИРИНТ» ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ОСТРОЙ ГИПОКСИИ» description=»Показаны результаты влияния комената калия в дозах 2, 4 и 8 мг/кг на время выполнения реакции (ВВР) крыс в тесте «Т-образный лабиринт» при воздействии острой нормобарической гипоксии, а также в условиях нормоксии. В условиях нормоксии коменат калия в дозах 2 и 4 мг/кг не оказал существенного влияния на ВВР, тогда как при дозе 8 мг/кг произошло возрастание ВВР. Воздействие гипоксии привело к существенному увеличению ВВР, тогда как применение комената калия способствовало поддержанию этого показателя на уровне близком к контрольному. Наибольшую эффективность воздействия на поведенческие реакции крыс при гипоксии показала доза 4 мг/кг, при которой динамика процесса обучения практически не отличалась от группы «контроль» и в большинстве точек достоверно отличалась от группы «гипоксия».» author=»Кравцова Анна Николаевна, Золотавина Марина Леонидовна, Шурыгина Людмила Васильевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-09″ edition=»euroasia-science.ru_29-30.12.2015_12(21)» ebook=»yes» ]