В.В. Михеев, В.В. Марышева, П.Д. Шабанов «Межполушарная асимметрия устойчивости к гипоксии самцов мышей линии SHR» (С.3-11)

В.В. Михеев, В.В. Марышева, П.Д. Шабанов

МЕЖПОЛУШАРНАЯ АСИММЕТРИЯ УСТОЙЧИВОСТИ К ГИПОКСИИ САМЦОВ МЫШЕЙ ЛИНИИ SHR

Военно-медицинская академия имени С.М.Кирова, Санкт-Петербург, Россия

Исследовано влияние односторонней корковой распространяющейся депрессии на устойчивость самцов мышей линии SHR к острой гипоксии с гиперкапнией. При активном правом полушарии продолжительность жизни животных была достоверно выше по сравнению с интактными, но не ложнооперированными особями. При активном левом полушарии были обнаружены достоверные различия по сравнению не только с интактными, но и с ложнооперированными мышами. Предполагается, что правое полушарие поддерживает оптимальный уровень устойчивости к гипоксии с гиперкапнией, тогда как левая гемисфера выполняет «антигипоксическую» функцию. Дополнительный анализ показал, что у низкоустойчивых к гипоксии мышей межполушарные различия отсутствуют. С повышением устойчивости к гипоксии с гиперкапнией возрастает и степень выраженности межполушарных различий.

Ключевые слова: межполушарная асимметрия, устойчивость, гипоксия, гиперкапния, SHR мыши.

Введение. Широко известно, что многие патологические процессы в живом организме (инсульты, синдром длительного сдавливания, ишемия, отёк-набухание головного мозга и др.) имеют в своей основе гипоксию [1, 7, 11]. Поэтому изучение механизмов устойчивости к различным видам гипоксии по прежнему остаётся актуальной задачей. Из гипоксических состояний, возникающих в процессе трудовой деятельности, гипоксия с гиперкапнией встречается наиболее часто, так как это практически все работы в замкнутом пространстве – на подводных лодках, в трюмах кораблей, в шахтах, на космических орбитальных станциях и т. д. [19]. При таком виде гипоксии речь чаще всего идёт не только и не столько о поддержании работоспособности, сколько о сохранении самой жизни человека. В этих случаях смерть наступает от угнетения дыхательного центра и прекращения его деятельности.

В некоторых работах, посвящённых исследованию билатеральной организации головного мозга, показана функциональная асимметрия дыхательного центра у лягушек, крыс и морских свинок [23]. Кроме того, оказалось, что на дыхательный центр оказывает значительное влияние обонятельные доли [20-22], которые сами по себе организованы асимметрично [29]. Исследования, проведённые в Саратовском государственном университете, показали, что особая роль в формировании функциональной асимметрии дыхательного центра принадлежит D1 и D2 рецепторам дофамина [5, 13]. В то же время роль коры мозга в регуляции устойчивости к гипоксическим состояниям остаётся по-прежнему не изученной. Цель работы состояла в изучении влияния инактивации коры левого или правого полушария на устойчивость самцов беспородных мышей к острой гипоксии с гиперкапнией.

Материалы и методы. Эксперименты выполнены на 100 половозрелых самцах мышей линии SHR массой 20-22 г. Гипоксию с гиперкапнией моделировали в стеклянных банках объёмом 200 мл с герметичными крышками [24]. После завинчивания крышки банки переворачивали вверх дном и, чтобы избежать подсоса воздуха, опускали в кювету с водой. Регистрировали продолжительность жизни животных.

В опытах использовали четыре группы животных: интактные – 1 группа, ложнооперированные (контрольные) – 2 группа, мыши с выключением левого полушария – 3 группа и выключением правого полушария – 4 группа. В каждой группе было по 25 мышей.

Эксперименты выполняли сериями по 16-20 животных в каждой. В каждой серии все четыре группы животных были представлены в равной степени. Все опыты выполнены в зимний период в одно и то же время с 13.00 до 15.00, так как имеются обоснованные указания на суточные колебания устойчивости к гипоксии белых крыс и мышей [2], а также устойчивости к болевому стрессу [10].

Временное выключение коры одного из полушарий достигали путём эпидуральной аппликации фильтровальной бумажки, смоченной 25% раствором хлорида калия [4, 16].

Для этого, за двое суток до эксперимента у животных под эфирным наркозом над одной из гемисфер в кости черепа высверливали по отверстию диаметром около 1 мм. Аппликацию производили за 15 минут до тестирования. У ложнооперированных мышей, которые служили контролем, проделывали все те же подготовительные операции, но без трепанации черепа.

Полученные данные обрабатывали статистически с использованием непараметрического критерия Вилкоксона-Манна-Уитни.

Минимальный уровень значимости принимался при p<0,01.

Результаты экспериментов. Влияние односторонней корковой распространяющейся депрессии на устойчивость к гипоксии с гиперкапнией для всех исследованных животных. Основные результаты проведённых экспериментов представлены в табл. 1. В первой строке приведены статистически обработанные данные, касающиеся всей исследованной выборки мышей. Ложная операция приводила к некоторому, пусть и недостоверному увеличению продолжительности жизни мышей в среднем на 2,2 минуты. Возможно, что это связано с феноменом прекондиционирования, которому в последнее время уделяется достаточно много внимания [25, 26, 33]. В наших опытах при аппликации фильтровальной бумажки животное в течение нескольких секунд фиксировалось большим и указательным пальцами левой руки, что неизбежно приводило к пережатию сонных артерий и, соответственно, к кратковременной двусторонней ишемии головного мозга. Такое воздействие как раз и является прекондиционированием для мозга, что могло повысить его устойчивость к гипоксии.

Таблица 1. Влияние односторонней корковой распространяющейся депрессии на выживаемость самцов мышей линии SHR в условиях гипоксии с гиперкапнией

п/п

Группа

животных

1-я группа 2-я группа 3-я группа 4-я группа
Интактные

животные

Ложноопе-

рированные

(контроль)

Активно

правое

полушарие

Активно

левое

полушарие

1. Вся

выборка

17,4±4,47

n=25

19,6±3,65

n=25

21,4±4,83 *(1)

n=25

25,4±6,81 *(1,2)

n=25

2. Низко-

устойчивые

13,7±0,73

n=8

15,8±1,09

n=8

17,6±1,85 *(1)

n=8

19,0±1,21*(1)

n=8

3. Средне-

устойчивые

16,7±1,12

n=9

19,1±0,77

n=9

20,9±1,26 *(1)

n=9

24,5±2,47*(1,2,3)

n=9

4. Высоко-

устойчивые

22,7±3,93

n=8

24,1±1,87

n=8

27,3±3,86 *(1)

n=8

33,0±6,10*(1,2,3)

n=8

Примечание: Данные представлены в минутах. Цифрами в скобках указано, по сравнению с какой группой имеются достоверные различия (с * p<0,01).

Выключение левого полушария (то есть в условиях изолированного функционирования правой гемисферы) приводило к ещё большему увеличению продолжительности жизни – достоверно на 4,0 мин по отношению к интактным животным. Однако по сравнению с ложнооперированными особями увеличение на 1,8 мин было недостоверно. Аналогичные изменения в устойчивости мышей к гипоксии наблюдались и при выключении правого (то есть при активной левой гемисфере) полушария, однако они были значительно сильнее. Отличия от контрольных особей составили 5,8 мин, а от интактных – 8,0 мин, причём в обоих случаях они были достоверны. Прирост продолжительности жизни, выраженный в процентах, между мышами с активным правым полушарием (10%) и активным левым (33%) и контролем различался более чем в 3 раза (табл. 2). На наш взгляд, эти данные свидетельствуют о том, что правое полушарие является доминирующим в обеспечении исходной устойчивости к гипоксии, тогда как левая гемисфера выполняет антигипоксическую функцию.

По традиции доминирующим мы считаем то полушарие, при активном состоянии которого исследуемый показатель ближе к таковому у интактных и/или ложнооперированных животных [17, 18]. В данном конкретном случае это правая гемисфера. В то же самое время левое полушарие можно считать выполняющим антигипоксическую функцию, поскольку при его изолированном функционировании продолжительность жизни мышей достоверно увеличивается по сравнению с интактными, а самое главое – по сравнению с контрольными особями. Таким образом, мы считаем, что нами обнаружена видовая, как её определил В.Л. Бианки [3], функциональная межполушарная асимметрия головного мозга в устойчивости белых мышей к гипоксии с гиперкапнией.

Таблица 2. Изменение продолжительности жизни мышей в различных экспериментальных условиях под воздействием гипоксии с гиперкапнией (в %)

п/п

Группа

животных

1-я группа 2-я группа 3-я группа 4-я группа
Интактные

животные

Ложноопе-

рированные

(контроль)

Активно

правое

полушарие

Активно

левое

полушарие

1. Вся выборка 100 113,0 123,0 146,0
2. Низко-

устойчивые

100 115,3 128,5 138,7
3. Средне-

устойчивые

100 114,4 125,1 146,7
4. Высоко-

устойчивые

100 106,2 120,3 145,4

Анализ степени выраженности межполушарных различий в зависимости от степени устойчивости мышей к гипоксии с гиперкапнией. Поскольку вся выборка животных была очень неоднородна, нами был проведён дополнительный анализ степени выраженности межполушарных различий в зависимости от устойчивости мышей к гипоксии. Это было тем более необходимо сделать, что ранее было показано, что высокоустойчивые и низкоустойчивые особи по-разному откликаются на экстремальные внешние воздействия различной природы [8, 12].

Данные были выстроены в 4 параллельных ряда по увеличению продолжительности жизни, начиная с наименьшей величины. Первые 8 значений для каждой из групп мы считали принадлежащими особям с низкой устойчивостью к гипоксии, следующие 9 значений – для мышей со средней устойчивостью к гипоксии, а последние 8 значений – для высокоустойчивых животных. Следует учитывать, что возможны и другие способы разделения животных по устойчивости к острой гипоксии [8, 9]. Данные, учитывающие устойчивость мышей к гипоксии, представлены в табл. 1 и 2.

По данным табл. 1, у интактных низкоустойчивых животных исследуемый показатель был меньше на 3,7 мин, чем у всей выборки в целом. Ложная операция оказывала своё прекондиционирующее влияние, так же как и у всей выборки животных в целом, увеличивая продолжительность жизни на 2,1 мин по отношению к интактным особям. При активном правом полушарии прирост по отношению к ложнооперированным мышам составил 13,2%, а по отношению к интактным – 28,5%. При активном левом полушарии соответствующие показатели составили 23,4% и 38,7%.

Различия между «правополушарными» и «левополушарными» животными были недостоверны и равнялись 10,2% (табл. 2). На наш взгляд, это свидетельствует о том, что у мышей с низкой устойчивостью к гипоксии межполушарная асимметрия отсутствует.

У среднеустойчивых к гипоксии мышей во всех группах продолжительность жизни практически не отличалась от таковой для всей выборки. У мышей с интактным мозгом разница составила всего 0,7 мин, у ложнооперированных – 0,5 мин; при активном правом полушарии – 0,5 мин; при активном левом полушарии – 0,9 мин. При активном правом полушарии достоверные различия наблюдались по сравнению с интактными, но не ложнооперированными особями. При

активной левой гемисфере достоверные различия обнаруживались по сравнению со всеми остальными группами животных. Особо cледует отметить, что в сравнении со всей выборкой выявились достоверные различия между животными с активной правой и с активной левой гемисферами (табл. 1). На наш взгляд, это свидетельствует о более высокой степени выраженности функциональной межполушарной асимметрии, чем в целом для всей выборки животных. Различия в приросте продолжительности жизни между животными с активным правым и активным левым полушарием составили уже 21,6% против 10,2% у низкоустойчивых мышей (табл. 2).

У животных высокоустойчивых к гипоксии во всех группах показатели были выше на 5-7 мин, чем в среднем для всей выборки мышей. При активном правом полушарии достоверные различия наблюдались по сравнению с интактными особями, а от контрольных особей достоверных отличий не было. При активной левой гемисфере достоверные различия обнаруживались по сравнению со всеми остальными группами животных, то есть картина очень напоминала таковую для мышей со средней устойчивостью к гипоксии. Тем не менее, различия в продолжительности жизни между 3-й и 4-й группами мышей возросли уже до 25,1% (табл. 2).

Таким образом, можно сделать вывод, что с повышением устойчивости к гипоксии повышается и степень выраженности функциональной межполушарной асимметрии головного мозга.

Обсуждение полученных результатов. С чем могут быть связаны выявленные межполушарные различия в устойчивости мышей к острой гипоксии с гиперкапнией? Логично предположить, что они могут быть связаны с асимметричным распределением дофамина в больших полушариях головного мозга. С одной стороны, надо отметить, что показана асимметричная организация самого дыхательного центра, причём, на основании фармакологического анализа с использованием апоморфина, авторы особо подчёркивают роль D1 и D2 рецепторов дофамина в формировании этих межполушарных различий [5, 13]. С другой стороны, опубликовано много работ, доказывающих асимметричное распределение дофамина и его рецепторов в различных структурах левого и правого полушарий головного мозга [27, 28]. Кроме того, неоднократно показана различная чувствительность гемисфер к дофаминергическим средствам, как при введении в структуры мозга, так и при системном применении [16, 27]. Имеются многочисленные свидетельства об асимметричном влиянии симметричных повреждений коры головного мозга [30-32]. Ради справедливости следует отметить, что большинство из такого рода работ связывает асимметричное распределение дофамина и норадреналина с моторными асимметриями и лишь немногие с другими, более сложными видами поведения [16].

В приложении к нашим опытам ближе всего лежат данные, касающиеся асимметричного истощения катехоламинов при симметричных повреждениях коры головного мозга [30-32]. В частности, было показано, что вакуум экстракция коры лобной доли правого полушария приводит к гиперактивности животных и понижению концентрации катехоламинов в коре обоих полушарий и голубом пятне.

Аналогичная операция на левом неокортеке подобных эффектов не вызывала. Именно понижением уровня дофамина (причём асимметричным!) в больших полушариях головного мозга можно легко объяснить наши данные. Как было показано ранее, активация дофаминергических структур дыхательного центра приводит к его угнетению [5]. Логично предположить, что снижение уровня дофамина будет приводить к увеличению функциональных возможностей дыхательного центра и, соответственно, к увеличению продолжительности жизни животных.

Подводя общий итог, следует отметить, что исследование, несомненно, требует продолжения со значительно большей детализацией. В первую очередь необходимо использовать инбредные линии животных. Так, нами в предыдущих работах было неоднократно показано, что по одной и той же функции у животных различных инбредных линий может наблюдаться совершенно различная латерализация мозга [14, 15, 18]. Во-вторых, в таких опытах необходимо использовать самок мышей, так как известно, что межполушарная асимметрия у самцов и самок также различается и зависит от стадии эстрального цикла [34]. В- третьих, надо провести подробный биохимический анализ структур левого и правого полушарий, имеющих отношение к дыхательной функции. И, наконец, в-четвёртых, обязательно следует провести подробный фармакологический анализ устойчивости к гипоксии в условиях изолированного функционирования левого или правого полушария с использованием антигипоксантов, как это было сделано ранее при интактном мозге [6].

Выводы

1. У самцов мышей линии SHR устойчивость к острой гипоксии с гиперкапнией выше в условиях изолированного функционирования левого полушария.

2. С повышением устойчивости к гипоксии у мышей повышается и степень выраженности функциональной межполушарной асимметрии головного мозга.

Список литературы:

1. Айрапетянц М.Г. Об участии церебральной гипоксии в патогенезе экспериментального невроза // Тез. докл. Всес. конф., посв. 50-летию Ин-та физиологии им. И.С. Бериташвили. – Тбилиси: Мецниереба, 1986. – С.15-16.

2. Алликметс Л.Х., Оттер М.Я., Ээпик Т.Э. Суточные и сезонные колебания резистентности интактных белых мышей и крыс в трёх моделях гипоксии // Тез. докл. Всес. конф., посв. 50-летию Ин-та физиологии им. И.С. Бериташвили. – Тбилиси: Мецниереба, 1986. – С. 18-19.

3. Бианки В.Л. Асимметрия мозга животных. – Л.: Наука, 1985. – 295 с.

4. Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Д.П. Методики и эксперименты по изучению мозга и поведения. – М.: Высшая школа, 1991. – 400 с.

5. Ведясова О.А. Респираторные реакции при локальном введении дофамина и апоморфина в ядро солитарного тракта// Механизмы функционирования висцеральных систем: III Всерос. конф., посв. 175- летию Ф.В.Овсянникова. – СПб., 2003. – С. 53-54.

6. Гаврев А.И., Марышева В.В., Михеев В.В. Изучение влияния новых антигипоксантов на нервную систему крыс // Инновационная деятельность в Вооруженных силах Российской Федерации. Тр. Всеарм. науч.-практ. конф. – СПб.: ВАС, 2006. – С. 167.

7. Евсеев А.В., Шабанов П.Д., Парфёнов Э.А., Правдивцев В.А. Острая гипоксия: механизмы развития и коррекции антиоксидантами. – СПб.: Элби-СПб,

2008. – 224 с.

8. Зарубина И.В. Фармакологическая коррекция пептидами функционально- метаболических нарушений головного мозга в постишемическом периоде у крыс // Пептидная нейропротекция. – СПб.: Наука, 2009. – С. 126-185 с.

9. Зарубина И.В., Курицына Н.А., Шабанов П.Д. Поведенческие и метаболические изменения в мозге различных по устойчивости к гипоксии крыс после перенесённой черепно-мозговой травмы // Механизмы функционирования висцеральных систем: III Всерос. конф., посв. 175-летию Ф.В.Овсянникова. – СПб., 2003. – С. 117-118.

10. Кубынин А.Н., Катинас Г.С., Михеев В.В., Игнатов Ю.Д. Анализ роли левого и правого полушарий большого мозга в регуляции биоритмов болевой чувствительности мышей при стрессе// Рос. физиол. журн. им. И.М.Сеченова. – 1998. – Т. 84, № 12. – С. 1339-1349.

11. Лукьянова Л.Д. Митохондриальная дисфункция – типовой патологический процесс, молекулярный механизм гипоксии / Л.Д.Лукьянова // Проблемы гипоксии: молекулярные, физиологические и медицинские аспекты. – М.; Воронеж: Истоки, 2004. – С. 8-51.

12. Марышева В.В., Лукк М.В., Шабанов П.Д. Индивидуальная чувствительность мышей к актопротекторам тиазолоиндольного ряда // Механизмы функционирования висцеральных систем: VII Всерос. конф. – СПб., 2009. – С. 279-280.

13. Меркулова Н.А., Сергеева Л.И., Кузьмина В.Е. и др. Причины и особенности функциональной асимметрии дыхательного центра // Проблемы нейрокибернетики. – Ростов- на-Дону, 1992. – С. 71-72.

14. Михеев В.В., Кулигина Е.Ш. Сравнительно-генетический анализ роли левого и правого полушарий в регуляции болевой чувствительности у мышей // Экспериментальная и клиническая фармакология болеутоляющих средств. – СПб.: СПбГМУ, 1998. – С. 69-74.

15. Михеев В.В., Шабанов П.Д. Нейрофармакологический анализ межполушарной асимметрии мозга в регуляции поведения, болевой чувствительности и аналгезии у мышей разных генетических линий // Психофармакол. и биол. наркол. – 2007. – Т. 7, № 3-4. – С.2131-2140.

16. Михеев В.В., Шабанов П.Д. Фармакологическая асимметрия мозга. – СПб.: Элби-СПб, 2007. – 384 с.

17. Михеев В.В., Шабанов П.Д. Межполушарная асимметрия индивидуального поведения мышей // Асимметрия. – 2009. – Т.3, №2. – С.32-40.

18. Михеев В.В., Шабанов П.Д. Межполушарная асимметрия соматической болевой чувствительности аналгезии у мышей линий DBA/2 и C57Bl/6 // Асимметрия. – 2009. – Т. 3, №. 4. – С. 42-55.

19. Новиков В.С., Шустов Е.Б., Горанчук В.В. Коррекция функциональных состояний при экстремальных воздействиях. – СПб.: Наука, 1998. – 544 с.

20. Ноздрачев А.Д., Осипова Н..С., Чернышева М.П. Об асимметрии нисходящих влияний обонятельных долей на функции висцеральных систем // Проблемы нейрокибернетики. – Росто-на-Дону: РГУ, 1989. – С. 244.

21. Ноздрачев А.Д., Чернышева М.П., Осипова Н..С. Роль обонятельных долей в функциональной асимметрии центрального контроля висцеральных систем // Центральная регуляция вегетативных функций: VIII научн. конф. ЦНИИЛ ТБИУВ. – Тбилиси, 1989. – С.69.

22. Ноздрачев А.Д., Осипова Н.С., Чернышева М.П. Функциональная асимметрия ольфакторного контроля висцеральных функций // Физиол. журн. СССР. – 1992. – Т. 78, № 1. – С. 3 – 11.

23. Осипова Н.С. К вопросу о явлениях функциональной асимметрии в вегетативной нервной системе // Тез. докл. V Всес. конф. по физиологии вегетативной нервной системы, посв. 100-летию со дня рожд. акад. Л.О. Орбели. – Л., 1982. – С.244.

24. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологичеких веществ / Под ред. В.П.Фесенко. – М., 2000. – С. 153-158.

25. Самойленкова Н.С., Гурченко И.Л., Гаврилова С.А. и др. Защитное действие гипоксического прекондиционирования при фокальной ишемии мозга у крыс // Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция. Матер. IV Рос. конф. – М., 2005. – С. 99- 100.

26. Abete P., Ferrara N., Cacciatore F. et al. Angina-induced protection against myocardial infarction in adult and elderly patients: a loss of preconditioning mechanism in the aging heart? // J. Amer. Coll. Cardiol. – 1997. – Vol. 30. – P.947–954.

27. Glick S.D., Carlson J.N., Baird J.L. et al. Basal and amphetamine-induced asymmetries in striatal dopamine release and metabolism: bilateral in vivo microdialysis in normal rats // Brain Res. – 1988. – Vol. 473, № 1. – P. 161-164.

28. Glick S.D., Ross D.A., Hough L.S. Lateral asymmetry of neurotransmitters in human brain // Brain Res. – 1982. – Vol. 234. – P. 53 – 64.

29. Heine O., Galaburda A.M. Olfactory asymmetry in the rat brain // Exp. Neurol.– 1986. – Vol. 91, №. 2. – P. 392-398.

30. Kubos K.L., Moran T.H., Robinson R.G. Differential and asymmetrical behavioral effects of electrolytic or 6- hydroxydopamine lesions in the nucleus accumbens // Brain Res. – 1987. – Vol. 401, № 1. – P.147-151.

31. Kubos K.L., Robinson R.G. Cortical undercuts in the rat produce asymmetrical behavioral response without altering catecholamine concentrations // Exp. Neurol. – 1984. – Vol. 83, № 3. – P. 646- 653.

32. Kubos K.L., Robinson R.G. Asymmetrical effects of cortical island lesions in the rat // Behav. Brain Res. – 1984. – Vol.11, № 1. – P.89-93.

33. Rezkalla S.H., Kloner R.A. Preconditioning in humans // Heart Fail. Rev. – 2007. – Vol. 12. – P. 201-206.

34. Shekunova E.V., Mikheiev V.V. Estrus cycle stage influence on hemispheric control of mice pain sensitivity // Abstr. ISPNE Reg. Congr. St.-Petersburg // Psychopharmacol. Biol. Narcol. – 2001. – Vol. 2, №.2. – P.166.

Информация об авторах:

Михеев Владимир Владимирович, доктор биологических наук, старший преподаватель кафедры фармакологии Военно-медицинской академии им. С.М.Кирова. Санкт-Петербург, 194044, ул. акад. Лебедева, 6; тел. (812)542-4397; 8-911-028-8460

Марышева Вера Васильевна, доктор биологических наук, старший научный сотрудник кафедры фармакологии Военно-медицинской академии им. С.М.Кирова. Санкт-Петербург, 194044, ул. акад. Лебедева, 6; тел. (812)542-4397; 8-921-338-9611

Шабанов Петр Дмитриевич, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой фармакологии Военно-медицинской академии имени С.М.Кирова. Санкт-Петербург, 194044, ул. акад. Лебедева, 6; тел. (812)542-4397; 8-921-900-1951; 8-905-236-2958; pdshabanov@mail.ru

Комментарии и пинги к записи запрещены.

Комментарии закрыты.

Дизайн: Polepin