Э.Д. Моренков, В.С. Кудрин РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОНОАМИНОВ И ИХ МЕТАБОЛИТОВ В ПАРНЫХ СТРУКТУРАХ МОЗГА И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОТОРНАЯ АСИММЕТРИЯ У КРЫС (C. 12-21)

Э.Д. Моренков *, В.С. Кудрин **

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОНОАМИНОВ И ИХ МЕТАБОЛИТОВ В ПАРНЫХ СТРУКТУРАХ МОЗГА И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОТОРНАЯ АСИММЕТРИЯ У КРЫС

*Биологический факультет МГУ, Москва, Россия

**ФГБУ НИИ фармакологии РАМН, Москва, Россия

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОНОАМИНОВ И ИХ МЕТАБОЛИТОВ В ПАРНЫХ СТРУКТУРАХ МОЗГА И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОТОРНАЯ АСИММЕТРИЯ У КРЫС
Э.Д. Моренков, В.С. Кудрин
Задача данной работы количественный нейрохимический анализ распределения у крыс моноаминов мозга (дофамин, серотонин, норадреналин) и их метаболитов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии высокого давления с электрохимической детекцией (ВЭЖХ ЭД) в ряде парных структур (фронтомедиальная кора, гипоталамус, амигдала, гиппокамп, стриатум, стволовой тегментум), включающихся в нейронные механизмы латерализованных проявлений моторного поведения. Показано, что имеются существенные различия уровней моноаминов (МА) и интенсивности их оборота между изученными отделами и идентичными образованиями правой и левой сторон, возможно, связанные с двигательными асимметриями. Концентрации дофамина (DA) в пробах ткани из обоих стриатумов во много раз превышают его уровни в других структурах. В амигдалах выявлены наиболее высокие концентрации серотонина (5-гидрокситриптамина, 5НТ) и норадреналина (норэпинефрина, NE). На гиппокамп и стриатум с правой стороны, соответственно, приходятся относительно повышенные уровни DA и 5НТ, концентрации которых в левом гипоталамусе выше, чем в правом. Полученные данные обсуждаются с позиций функциональных отношений между предпочтительным направлением поворотов и уровнями моноаминового метаболизма в структурах обеих сторон мозга.
Ключевые слова: мозг, крысы, моноамины, моторная асимметрия
Введение.
Дифференцированное определение уровней нейромедиаторов моноаминового ряда и их метаболитов в разных отделах с обеих сторон мозга в норме и после воздействия соответствующих нейротоксинов представляет большой интерес для выяснения нейрохимических механизмов развития психических и моторных расстройств.До настоящего времени существует лишь несколько противоречивых указаний на связь функциональной асимметрии полушарий с высвобождением или связыванием моноаминов с рецепторами в отдельных стриатных и лимбических образованиях мозга, что существенно ограничивает возможности трактовки феноменов латерализации функций в норме, при патологии, а также после локальных повреждений ядерных и проводниковых систем.Установлено, что в ночные часы, при стрессе и после инъекций стимуляторов выброса дофамина, типа амфетамина, самцы крыс чаще поворачивают вправо в открытом поле, Т-образном, водном и приподнятом крестообразном лабиринтах (Alonso M. et al., 1991; Castellano А. et al., 1987; Glick S.D. et al., 1985; Sherman J.F. et al., 1980; Thiel C.M. et al., 2001). Помимо этого, правостороннее предпочтение обнаруживалось в тестах утягивания хвоста и использования одной из передних конечностей для доставания корма из трубки. Эксперименты с избирательной блокадой проведения сигналов по различным путям показали, что вращение происходит, преимущественно, в ипсиверсивном направлении по отношению к полушарию с пониженной активностью дофаминергической и, возможно, серотонинергической систем (Andersen S.L. et al., 1999; Jackson E.A. et al., 1985). Вместе с тем, оказалось, что нейрохимические и функциональные асимметрии могут существенно модулироваться под влиянием не только фармакологических воздействий, но и средовых сенсорных, социальных, а также генетических факторов, стресса и обучения.Поэтому очевидно, что для правильной оценки относительного влияния моноаминов и их метаболитов на пространственное поведение необходимо учитывать определенную степень участия в его механизмах не только нигро-стриатной, мезолимбической и мезокортикальной DА, но и серотониновой (5-гидрокситриптамин, 5НТ) и норадреналиновой (норэпинефрин, NE) медиации.Литературные данные по этой проблеме крайне ограничены и включают анализ лишь отдельных МА в некоторых нейронных структурах (Diaz-Palarea M.D. et al., 1987; Glick S.D. et al., 1985; Thiel C.M. et al., 2001). В предыдущих публикациях по данной тематике (Моренков Э.Д. и соавт., 2009; Моренков Э.Д. и соавт., 2010) нами были представлены предварительные данные о возможности коррелятивных связей между преобладающим направлением поворотов крыс в арене открытого поля и соотношением уровней метаболизма МА в некоторых отделах мозга крыс справа и слева.Задачей настоящего исследования являлось определение концентрации в ряде парных отделов мозга крыс моноаминов, а также метаболитов DA-дигидроксифенилуксусной кислоты (DOPAC), гомованилиновой кислоты (HVA) и основного метаболита 5НТ 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5HIAA), с последующим расчетом интенсивности оборота указанных МА.
Методы.
В исследовании использовались 12 взрослых крыс-самцов Вистар, не подвергавшихся предварительно каким-либо экспериментальным воздействиям или поведенческому тестированию и содержавшихся в стандартных условиях вивария двумя равными группами. Одна из групп предназначалась для совместного, а другая для раздельного определения концентраций исследуемых соединений в парных структурах мозга справа и слева. Условия проведения экспериментов соответствовали правилам биоэтики. Все аналитические процедуры удовлетворяли методическим требованиям высокоэффективной жидкостной хроматографии высокого давления с электрохимической детекцией (ВЭЖХ ЭД). Через 12-14 часов после обезглавливания крыс гильотиной парные структуры фронтомедиальной коры (1), гипоталамуса (2), амигдалы (3), гиппокампа (4), стриатума (5) и тегментальных образований ствола мозга (6) извлекали на льду, замораживали в жидком азоте и хранили при -70◦ в рефрижераторе до использования. После гомогенизации навесок ткани (10 мин при 10000 об/мин в 20 обьемах среды выделения (0,1Н перхлорная к-та)) супернатант вносили в инжектор (Rheodyne 7125, Berkeley, USA). Для анализа проб использовали хроматограф (LC-304T, BAS, USA). Анализируемые вещества разделяли на обращенно-фазной колонке (Repro-Syl-Pur, ODS 3,4х100мл) и элюировали мобильную фазу с 1,1 мМ октансульфоновой кислоты, 0,1М этилендиаминтетраацетата и 9% ацетонитрила в 0,1 М цитратно-фосфатном буфере, РН 3,0 с помощью насоса РМ 80 со скоростью 1,0 мл/мин. Измерения проводили стеклоугольными активными электродами (+0,85В) против Ag/AgCl индифферентного электрода. Величины концентрации рассчитывали в нмоль/г св. ткани методом т.н. внутреннего стандарта, исходя из отношений пиков в стандартной смеси и в образце. Полученные данные подвергали компьютерной статистической обработке по программе Statistica c использованием критерия Стьюдента. Достоверными считали различия при p<0,05. Расчеты соотношений между концентрациями медиаторов и их метаболитов давали возможность судить об интенсивности их оборота.
Результаты и их обсуждение. Представленные на рис. 1-4 данные свидетельствуют о наличии существенных различий в концентрациях исследуемых медиаторов и их метаболитов в пробах нервной ткани, взятых из разных отделов мозга. На рис. 1 видно, что из шести взятых для изучения отделов наибольшая концентрация DA, HVA и DOPAC выявлена в стриатуме (5), что свидетельствует о высокой скорости образования и метаболизации в нем этого медиатора.Амигдала (3) существенно уступает базальным ядрам по этим показателям, низкие значения которых свойственны всем остальным структурам (1, 2, 4, 6).

Morenkov_4_2013_1

Рис. 1. Концентрация медиаторов и их метаболитов (нмоль/г), а также отношения между ними в разных отделах мозга (1-6).

На рис. 1 также видно, что концентрация 5HT выше всего в миндалинах и ниже всего в коре больших полушарий. Концентрация NE также достигает максимальных величин в обеих амигдалах. За ними следуют стволовые структуры и, далее, с почти одинаковыми показателями, располагаются гиппокамп и гипоталамус, затем следует фронтальная кора и, наконец, в стриатуме отмечены наименьшие уровни NЕ.

Из представленных на рис. 1 данных можно сделать заключение, что наиболее высокие концентрации метаболитов DA, DOPAC и HVA так же, как и их предшественника, приходятся на стриатум. В миндалине они значительно ниже. Еще больше снижается этот показатель в гипоталамусе и стволе, а наименьшие концентрации DOPAC приходятся на гиппокамп и кору. Уровни HVA в последних четырех отделах достоверно ниже, чем в базальных и амигдалярных ядрах и существенно не различаются.

Morenkov_4_2013_2

Рис. 2. Распределение моноаминов и метаболитов в изученных отделах с правой стороны мозга крыс и отношения между их концентрациями.

Концентрация 5HIAA также достигает пика в стриатуме, далее идут миндалина и ствол, затем гипоталамус, гиппокамп и кора.Отношение DOPAC/DA выше всего для гиппокампа, далее располагаются миндалина и ствол мозга, затем гипоталамус, стриатум и кора. Величина HVA/DA снижается в несколько ином порядке: гиппокамп-ствол-гипоталамус-кора-миндалина-стриатум. Отношения 5HIAA/5HT для стриатума, ствола и гиппокампа достоверно выше, чем для остальных отделов, но не достигают критерия различий внутри обеих выборок.Результаты раздельного определения концентраций МА в мозге справа (рис. 2) и слева (рис. 3) показали наличие разнонаправленных тенденций к проявлению асимметрии в некоторых отделах. Так, уровень DA заметно выше в правом гиппокампе, но в гипоталамусе слева. В то же время концентрация серотонина оказалась значительно большей в левом гиппокампе, но в амигдале справа. В правом стриатуме отмечена также тенденция к повышенному содержанию NE. Различия между базальными ядрами обеих сторон по уровням 5HT и DA, а также изученным метаболитам MA отсутствуют.

Morenkov_4_2013_3

Рис. 3. Распределение моноаминов и метаболитов в изученных отделах левой стороны мозга крыс и отношения между их концентрациями.

Из приведенных на рис. 4 графиков процентного содержания всех трех МА с правой стороны относительно левой следует, что для некоторых структур в норме характерны статистически достоверные различия. По уровням DA можно отметить достоверное (р<0,05) превышение показателей правого гиппокампа, а также гипоталамуса слева. Уровень 5НТ существенно выше (на 81,3%) в правой миндалине, тогда как гиппокамп одноименной стороны характеризуется относительно пониженным уровнем этого медиатора. Справа концентрации NЕ ниже (почти на 20%) в гиппокампе, но выше (на 25%) в стриатуме. В миндалине и коре с этой стороны превышения также имели место, но они не были достаточно значимыми (р>0,05).Концентрация DOPAC справа была в среднем достоверно более высокой в гиппокампе и стволе мозга и значимо меньшей в миндалине. Уровни HVA оказались существенно сниженными (на 40%) справа в коре, при достоверном превышении этого показателя в гиппокампе.При сравнении уровней 5HIAA резкие различия обнаружены в гипоталамусе, где его концентрация справа оказалась более чем вдвое больше, чем слева.Процентные соотношения концентраций МА и соответствующих метаболитов с обеих сторон существенно не различались для большинства исследованных структур. Исключение составляют большие величины отношения 5HIAA/5HT для гипоталамуса, при низких его значениях для амигдалы правой стороны относительно левой.

Morenkov_4_2013_4

Рис. 4. Распределение (в процентах) уровней моноаминов и метаболитов в шести изученных структурах мозга с правой стороны относительно левой (полученные значения концентраций с левой стороны приняты за 100%).

Результаты настоящего исследования подтверждают наличие закономерных различий между определенными нейронными образованиями в распределении основных МА медиаторов и их метаболитов и позволяют судить об уровнях этих соединений и скорости их обновления на разных уровнях центральной нервной системы. Кроме того, они указывают на необходимость учета фактора латеральной асимметрии при изучении нейрохимической организации мозга.

На основании полученных методом ВЭЖХ ЭД результатов можно утверждать, что имеются существенные различия в концентрациях МА и их метаболитов между отдельными структурами. Установлено, что средний уровень DА в стриатуме приблизительно в двадцать раз выше, чем в амигдале, которая, в свою очередь, превосходит остальные отделы в несколько раз. В амигдале концентрация 5НТ находится на максимальном уровне, хотя и близком к значениям, определенным для стволовых отделов мозга. Уровни NE несколько выше в амигдале и стволе, чем в коре, гипоталамусе и гиппокампе, и приблизительно в 10 раз превышают показатели стриатума.

Эти данные хорошо согласуются с современными представлениями о медиаторном обеспечении деятельности указанного ряда стволовых и полушарных образований, но расходятся с более ранними сообщениями о максимумах концентраций 5НТ в стриатуме (Kostowski W. et al., 2003), DA в гиппокампе или амигдале (Koprowska M. et al., 2004). Максимумы DА и его метаболитов были обнаружены в стриатуме (Vataeva L.A. et al., 2007), что соответствует нашим результатам, тогда как пики 5НТ и NE, в отличие от приведенных выше данных, пришлись на стриатум и гипоталамус, соответственно, при минимальных значениях отношений DOPAC/DA и 5HIAA/5HT стриатума.

Согласно полученным нами результатам, вследствие сходства в распределении DOPAC и DA, значения их отношений, служащие показателями интенсивности оборота этого МА, ниже для стриатума, коры и гипоталамуса, чем для гиппокампа. На повышенную скорость обновления пула ДА в гиппокампе указывает также сравнительно большая величина HVA/DA отношения. Уровни продукта окислительного дезаминирования 5НТ 5HIAA выше в стриатуме, стволе и амигдале, чем в гиппокампе, гипоталамусе и коре. При этом интенсивность метаболической утилизации серотонина в этих структурах различается не значительно, как показал расчет отношений между концентраций метаболита и медиатора.

Однозначная трактовка полученных данных затруднительна, поскольку в литературе отсутствуют определенные мнения о влиянии распределения моноаминов и их метаболитов в парных структурах мозга на функциональную моторную асимметрию. Принято считать, что спонтанные ночные и индуцированные амфетамином односторонние ротации обусловлены повышенным уровнем DA в контралатеральной к предпочтительному направлению ротации нигро-стриатной системе (Diaz-Palarea M.D. et al., 1987; Glick S.D. et al., 1985; Thiel C.M. et al., 2001). Вместе с тем, к правостороннему вращению может вести как относительно повышенное содержание DA слева, так и более высокий уровень 5НТ в амигдале с правой стороны (Andersen S.L. et al., 1999; Yamamoto D.C. et al., 1982). Это может быть связано с тем, что мезолимбические 5НТ и DA системы мозга справа в большей мере ответственны за эмоциональную реактивность, тогда как нигро-стриатная DA система за моторику и ориентацию в пространстве по отношению к сенсорным раздражителям.

Полученные данные, отчасти, согласуются с различиями в базальных уровнях DA, которые отмечались ранее в стриатуме и гиппокампе (Diaz-Palarea M.D. et al., 1987) крыс с преобладанием поворотов в сторону правого или левого плеча Т-образного лабиринта. При этом интенсивность оборота DA, измеряемого по отношению DOPAC/DA в стриатуме, фронтальной коре и амигдале правого полушария, также была повышенной. На основании сопоставления имеющихся данных следует признать, что в состоянии покоя стабильный межполушарный дисбаланс этих величин отсутствует. В отличие от этого, при обусловленном обучением вращении крыс по часовой стрелке для получения питьевого подкрепления, высвобождение DA и DOPAC усиливалось в левом хвостатом ядре (Yamamoto D.C. et al., 1982). У спонтанно вращающихся (ci) мутантных крыс также проявляются асимметрии в уровнях ДА в нигро-стриатной системе (Richter A. et al., 1999).

Из представленных нами ранее материалов (Моренков Э.Д. и соавт., 2010) следовало, что в правой амигдале уровень DA и 5НТ несколько выше у крыс с правосторонним предпочтением направления движения. Вместе с тем, на данном экспериментальном материале не удалось обнаружить существенных билатеральных различий в других исследованных структурах, в том числе стриатных, которые могут играть определяющую роль в проявлении моторной асимметрии. Поэтому было бы преждевременным утверждение о наличии четких соответствий между двигательными и нейрохимическими показателями функциональной латерализации мозга. Очевидно, что для правильной трактовки полученных результатов с общих позиций межполушарной асимметрии необходимо проведение дополнительных исследований.

Выводы

1. Проведенное с использованием метода ВЭЖХ ЭД сравнительное определение концентраций трех МА-медиаторов, а также метаболитов DA и 5HT в шести нейронных структурах крыс позволило выявить существенные различия между всеми изученными отделами и некоторыми идентичными образованиями правой и левой половин мозга.

2. Выявлено значительное превышение уровней содержания DA в обоих стриатумах и 5НТ в амигдалах, а NE в амигдалах и стволе мозга.

3. Раздельное измерение концентраций МА в парных образованиях мозга показало, что относительно более высокие уровни DA приходятся на правый гиппокамп и на гипоталамус слева, а концентрации 5HT больше в гипоталамусе слева, а в стриатуме справа.

4. Определенные различия в содержании МА, уровнях их метаболитов и скорости оборота в отдельных парных структурах мозга крыс также свидетельствуют о наличии нейрохимических асимметрий, оказывающих влияние на направление движений.

Список литературы
  1. Моренков Э.Д., Петрова Л.П. Нейроактивные стероиды и формирование полового диморфизма латеральной организации мозга. – Руков. по функц. межполуш. асимм. под ред. Фокина В.Ф. – М. – 2009. – С.207-253.
  2. Моренков Э.Д., Кудрин В.С. Поведенческая асимметрия и распределение моноаминов, а также их метаболитов в структурах правой и левой сторон мозга крыс. – Совр. напр. иссл. функц. межполуш. асимм. и пластичн. мозга. – М.: Научный Мир. – 2010. – С.33-37.
  3. Alonso M., Castellano A., Rodriguez M. Behavioral lateralization in rats: prenatal stress effect on sex difference // Brain Res. – 1991. – V.539. – P.45-50.
  4. Andersen S.L., Teicher M.H. Serotonin laterality in amygdalа predicts performance in the elevated plus maze in rats // Neuroreport. – 1999. – V.10, no.17. – P.497-500.
  5. Castellano А., Diaz-Palarea M.D., Barroso G. Lateralization in male rats and dopaminergic system: evidences of right-side population bias // Physiol. Behav. – 1987. – V.40, iss.5. – P.607-612.
  6. Diaz-Palarea M.D., Gonzalez M.C., Rodriguez M. Behavioral lateralization in the T-maze and monoaminergic brain asymmetries // Physiol. Behav. – 1987. – V.40, iss.6. – P.785-789.
  7. GlickS.D., Shapiro R.M. Functional and neurochemical mechanisms of cerebral lateralization in nonhuman species // Acad. Press. – 1985. – V.53. – P.57-183.
  8. Jackson E.A., Kelly P.H., Schultz I. Effects of serotoninergic activity in nucleus accumbens septi on drug-induced circling // Neuropharmacol. – 1985. – V.8. – P.721-727.
  9. Koprowska M., Krotiewich M., Romaniuk A. et al. Age-related changes in fear behavior and regional brain monoamines distributions in rats // Acta neurobiol. Exp. – 2004. – V.64. – P.131-142.
  10. Kostowski W., Krascik P. Neonatal 6-hydroxytryptamine depletion induces depressive-like behavior in adult rats // Pol. J. Pharmacol. – 2003. – V.55. – P.957-963.
  11. Richter A., Ebert U., Nobrega J.N. Immunohistochemical and neurochemical studies on nigral and striatal functions in the circling rat, a genetic animal model with spontaneous rotational behavior // Neuroscience. – 1999. – V.89, no.2. – P.461-471.
  12. Sherman J.F., Garbanati J.A., Rosen G.D. Brain and behavioral asymmetries for spatial preferences in rats // Brain Res. – 1980. – V.192. – P.61-67.
  13. Vataeva L.A., Kudrin V.S. et al. Maternal para-chlorophenylalanine exposure modifies central monoamines and behavior in the adult offspring // Brain Res. – 2007. – V.1169. – P.9-16.
  14. Thiel C.M., Schwarting R.K. Dopaminergic lateralization in the forebrain // Neuropsychobiol. – 2001. – V.43, no.3. – P.192-199.
  15. YamamotoD.C., Lane R.F., Freed C.R. Normal rats trained to circle show asymmetric caudate dopamine release // Life Sci. – 1982. – V.30, no.5. – P.21-32.
Комментарии и пинги к записи запрещены.

Комментарии закрыты.

Дизайн: Polepin