Главная » 2014 » Июль » 18 » Скачать Развитие двигательного поведения в онтогенезе крыс, перенесших гипоксию на разных этапах эмбриогенеза. Дубровская, Надежда бесплатно
10:16 PM
Скачать Развитие двигательного поведения в онтогенезе крыс, перенесших гипоксию на разных этапах эмбриогенеза. Дубровская, Надежда бесплатно
Развитие двигательного поведения в онтогенезе крыс, перенесших гипоксию на разных этапах эмбриогенеза
Диссертация
Автор: Дубровская, Надежда Михайловна
Название: Развитие двигательного поведения в онтогенезе крыс, перенесших гипоксию на разных этапах эмбриогенеза
Справка: Дубровская, Надежда Михайловна. Развитие двигательного поведения в онтогенезе крыс, перенесших гипоксию на разных этапах эмбриогенеза : диссертация кандидата биологических наук : 03.00.13 Санкт-Петербург, 2007 179 c. : 61 07-3/844
Объем: 179 стр.
Информация: Санкт-Петербург, 2007
Содержание:
Список условных сокращений
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
11 Общие представления об онтогенезе крыс
111 Основные принципы развития нервной системы Критические периоды чувствительности организма к пагубным воздействиям внешней среды
112 Развитие двигательного поведения в онтогенезе крыс
113 Некоторые аспекты участия сенсомоторной коры и стриатума в организации двигательного поведения
12 Влияние гипоксического воздействия на организм
121 Виды гипоксии и возможный физиологический ответ организма на гипоксическое воздействие
122 Молекулярно-клеточные механизмы развития гипоксического состояния в головном мозге
123 Гипоксия, как фактор, повышающий риск возникновения нейродегенеративных заболеваний
124 Влияние гипоксии на поведение животных
ГЛАВА 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
21 Объект исследования
22 Модель гипоксического воздействия на животных
23 Методы экспериментальных исследований
231 Исследование физиологического развития крыс во время раннего постнатального онтогенеза
232 Исследование позно-тонических реакций в раннем постнатальном онтогенезе крыс
233 Локомоция в "открытом поле"
234 Обучение инструментальным пищедобывающим движениям
235 Ориентация в 8-лучевом радиальном лабиринте
24 Операция по вживлению направляющих канюль в мозг животным
25 Порядок проведения инъекций тестируемых веществ в структуры мозга
26 Статистическая обработка результатов
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
31 Развитие двигательного поведения в онтогенезе крыс
311 Особенности развития двигательных и позно-тонических реакций в первый месяц постнатального развития
312 Двигательные и позно-тонические реакции взрослых животных
313 Формирование обучения и памяти
3131 Обучение пищедобывающим движениям молодых (3-4-недельных) и взрослых (3-4-месячных) крыс
3132 Анализ кратковременной памяти в радиальном лабиринте у взрослых (3-4-месячных) крыс
32 Влияние гипоксии на поведение крыс в онтогенезе
321 Особенности двигательного поведения животных, перенесших гипоксию на разных сроках эмбриогенеза
3211 Влияние гипоксии на 13,5-е сутки эмбриогенеза на развитие двигательных и позно-тонических реакций в первый месяц постнатального развития
3212 Влияние гипоксии 18,5-е сутки эмбриогенеза на развитие двигательных и позно-тонических реакций в первый месяц постнатального развития
322 Двигательные и позно-тонические реакции взрослых животных, перенесших гипоксию на разных сроках эмбриогенеза
3231 Обучение пищедобывающим движениям молодых (3-4-недельных) и взрослых (3-4-месячных) крыс, перенесших пренатальную гипоксию на разных сроках эмбриогенеза
3232 Анализ кратковременной памяти в радиальном лабиринте у взрослых (3-4-месячных) крыс, перенесших пренатальную гипоксию на разных сроках эмбриогенеза
33 Участие холинергических систем сенсомоторной коры и стриатума в регуляции двигательного поведения крыс
331 Эффекты введения агониста (карбахола) и антагониста холинергической передачи (скополамина) в сенсомоторную кору на выполнение выученных движений и локомоции
332 Эффекты введения агониста (карбахола) и антагониста холинергической передачи (скополамина) в разные отделы неостриатума на выполнение выученных движений и локомоции
34 Эффекты введения игибиторов а-секретазы и нейропептидаз (неприлизина и эндотелин-конвертирующего фермента) в кору мозга на поведение взрослых крыс
341 Эффекты введения батимастата в кору мозга на поведение взрослых крыс в радиальном лабиринте
342 Эффекты введения фосфорамидона в кору мозга на поведение взрослых крыс в радиальном лабиринте
Введение:
Актуальность проблемы.
Несмотря на обширный литературный материал (Tilney, 1933; Bolles Woods, 1964; Fox, 1964, 1965; Altman, Sudarshan, 1975; Massion, 1994; Muir, 2000; и др.), посвященный развитию двигательного поведения человека и животных, вопрос о роли наиболее важных возрастных периодов в формировании и развитии центральных механизмов двигательной активности остается весьма актуальным. Значение таких периодов для индивидуального развития организмов в целом было изучено и описано П.Г.Светловым (1978). Он отмечал наиболее частую гибель зародышей после действия неблагоприятных факторов в период, предшествующий имплантации зародыша в стенку матки, а также возникновение различных патологий при воздействиях во время формирования зачатков органов. Дж. Доббингом (Dobbing, 1968) была высказана гипотеза о существовании повышенной чувствительности мозга к действию неблагоприятных факторов в периоды его наиболее интенсивного роста. В литературе описаны критические периоды влияния внешних факторов на мозг, как в пренатальном, так и в постнатальном онтогенезе (Dickerson & Walmsley, 1967; Dobbing, Sands, 1973; Клоссовский, 1966; Дмитриева, 1971; Кассиль и др., 2000; Отеллин и др., 2007). Однако механизмы возникновения патологии развития, без знания которых невозможна разработка профилактики и коррекции соматических и ментальных нарушений, пока еще недостаточно изучены.
В медицинской практике отклонения в развитии нервной системы детей наиболее часто сопряжены с недостатком кислорода во время внутриутробного развития. Пренатальная гипоксия может быть вызвана нарушением плодно-плацентарного потока, заболеваниями беременной женщины или плода, а также внешними условиями, зависящими от состояния окружающей среды (Nyakas et al., 1996). Гипоксические повреждения эмбрионального мозга могут приводить к гибели или увеличивать риск возникновения психических и нейродегенеративных заболеваний с возрастом (Пальчик, Шабалов, 2001).
Механизмы действия гипоксии на клетки организма изучены достаточно хорошо. В результате гипоксического воздействия изменяется нормальный баланс нейромедиаторов (глутамата, дофамина, серотонина, ацетилхолина и др.) и продуктов их обмена в особо чувствительных структурах мозга (Nyakas et al., 1996; Lipton 1999; Самойлов, 1999) или нарушаются структурно-функциональные свойства клеточных мембран, что само по себе может приводить к гибели клеток (Наливаева и др., 1998; Самойлов, 1999; Mishra, Delivoria-Papadopoulos, 1999). Кроме того, гипоксия изменяет работу генетического аппарата клетки (Gleadle, Ratcliffe, 1998; Саго, 2001; Semenza, 2001; Рыбникова и др., 2004) и может инициировать транскрипцию специфических генов, ответственных за программируемую гибель клетки (Mishra, Delivoria-Papadopoulos, 1999; Mu et al., 1999). При этом патологические изменения в ЦНС зависят от длительности гипоксического воздействия и от этапа онтогенетического развития ЦНС, на котором это воздействие применялось (Кассиль и др., 2000; Журавин, 2002).
В нашем исследовании были выбраны два срока воздействия острой гипоксии на самок крыс во время беременности: 13,5-й день, относящийся к предплодному (эмбриональному) периоду, когда в головном мозге активно протекают основные гистогенетические процессы (деление клеток и их миграция), и 18,5-й день, относящийся к плодному (постимплантационному) периоду, когда уровень пролиферации клеток в мозге снижается и ускоряются процессы их созревания и дифференцировки (Волохов, 1968; Резников, 1981).
Центральные механизмы регуляции двигательной активности животных в значительной степени определяются функциональными свойствами сенсомоторных структур мозга, к которым относятся кора больших полушарий и стриатум (Иоффе, 1975; 1991; Батуев, Таиров, 1978; Толкунов 1978, 2002; Шаповалова, 1996; Шуваев, Суворов, 2001). Именно эти структуры страдают в первую очередь при недостатке кислорода в крови как развивающихся, так и взрослых животных (Самойлов, 1985; Burke, Baimbridge, 1993; Nyakas et al., 1996; Jansen, Low, 1996; Schwab et al., 1997; Piantadosi et al., 1997; Журавин и др., 2002-2007). В проведенном в нашей лаборатории комплексном исследовании с применением поведенческих, морфологических и биохимических методов было обнаружено, что пренатальная гипоксия приводит к значительным деструктивным изменениям нервной ткани сенсомотроной коры и стриатума, а также к изменению функциональных свойств холинергической системы этих структур в онтогенезе крыс. Эти морфо-функциональные нарушения развития ЦНС могут являться ключевым звеном в формировании поведенческих реакций, обучения и памяти в процессе взросления животных и человека, а также приводить к развитию различных нейродегенеративных заболеваний. О степени этих нарушений можно судить на основании изучения особенностей развития поведенческих реакций у животных.
Таким образом, представляется важным исследовать последствия нарушений нормального эмбриогенеза в развитии двигательного поведения крыс на разных этапах онтогенеза.
Цели и задачи исследования.
Целью настоящей работы является изучение особенностей развития врожденных и приобретенных движений на разных этапах онтогенеза крыс в условиях их нормального и нарушенного в результате действия гипоксии эмбриогенеза.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать развитие двигательных и позно-тонических реакций крыс линии Вистар в первый месяц постнатального онтогенеза.
2. Охарактеризовать процессы обучения инструментальному рефлексу и формирования разных видов памяти у молодых (3-4-недельных) и взрослых (3-4-месячных) контрольных самцов крыс.
3. Выявить особенности развития двигательного поведения в первый месяц постнатального развития у животных, перенесших пренатальную гипоксию на 13,5-е (Е13,5) или 18,5-е сутки (Е18,5) эмбриогенеза.
4. Выявить особенности формирования разных видов памяти у молодых (3-4-недельных) и взрослых (3-4-месячных) самцов крыс, перенесших гипоксию на разных этапах эмбриогенеза (Е13,5 и Е18,5).
5. Изучить влияние инъекций агониста (карбахола) и антагониста (скополамина) холинергической системы в сенсомоторную кору и различные области неостриатума мозга на локомоцию и выполнение инструментального рефлекса взрослыми животными.
6. Провести анализ влияния инъекций ингибиторов а-секретазы (фермента, вовлеченного в непатогенный процессинг предшественника амилоидного пептида) и нейропептидаз (неприлизина и эндотелин-конвертирующего фермента, обладающих амилоид-деградирующими свойствами) на кратковременную память у крыс.
Научная новизна.
На применявшейся в нашей работе модели пренатального нарушения развития головного мозга (трехчасовая нормобарическая гипоксическая гипоксия при 7% О2) показано, что наиболее значительные изменения в физиологическом развитии и формировании двигательного поведения в раннем постнатальном онтогенезе возникают в результате гипоксического воздействия на Е 13,5, но не на Е18,5.
Впервые показано, что гипоксия на Е13,5 или на Е18,5 приводит к обратимым изменениям врожденных форм двигательного поведения и необратимому нарушению механизмов кратковременной и долговременной памяти.
На оригинальной модели выработки инструментального рефлекса впервые обнаружено, что холинергическая система сенсомоторной коры участвует в разнонаправленной регуляции врожденной двигательной активности (локомоция) и выполнения инструментальных движений разной степени сложности (быстрых врожденных и выученных медленных).
Показано, что холинергическая система стриатума участвует в регуляции медленных манипуляторных движений, имеющих дополнительные тактильную и тоническую компоненты.
Впервые в экспериментах с интракортикальным (i.e.) введением батимастата, ингибитора а-секретазы, показана важная роль этого фермента в процессах запоминания экспериментальной задачи у взрослых крыс, а также у молодых животных при развитии нейронных сетей неокортекса, необходимых для формирования памяти на более поздних сроках развития.
В экспериментах с i.e. введением фосфорамидона выявлено участие в процессах запоминания у взрослых крыс таких амилоид-деградирующих ферментов, как нейропептидазы неприлизин и эндотелин-конвертирующий фермент.
Впервые выявлена взаимосвязь между снижением активности а-секретазы и амилоид-деградирующих ферментов и нарушением процесса запоминания.
Положения, выносимые на защиту:
1. Пренатальная гипоксия приводит к задержке физиологического развития и становления двигательного поведения в первый месяц постнатального развития. Обнаруженные различия в выполнении движений животными контрольной и экспериментальных групп нивелируются по мере их взросления, тогда как нарушения обучения и памяти, обнаруженные в раннем онтогенезе, сохраняются у взрослых животных.
2. 13,5-е сутки эмбрионального развития, соответствуя периоду, когда в мозге преобладают процессы пролиферации и миграции, являются значимыми как для физиологического развития и становления в раннем онтогенезе врожденных форм двигательного поведения животных, так и для нормального развития когнитивных процессов мозга.
3. 18,5-е сутки эмбрионального развития, соответствуя периоду, когда в мозге преобладают процессы созревания и дифференцировки, являются важными для развития когнитивных процессов и менее значимыми для развития врожденных форм двигательного поведения.
4. Холинергическая система сенсомоторной коры участвует в регуляции как врожденных, так и выученных движений (быстрых и медленных), а в стриатуме она регулирует преимущественно медленные инструментальные движения, имеющие дополнительные тактильную и тоническую компоненты.
5. Когнитивные нарушения, наблюдаемые после пренатальной гипоксии, могут возникать в результате снижения активности фермента а-секретазы предшественника амилоидного пептида и нейропептидаз -неприлизина и эндотелин-конвертирующего фермента.
Теоретическая и практическая значимость.
Результаты работы свидетельствуют о том, что на более поздних сроках эмбрионального развития уменьшается восприимчивость организма к повреждающему влиянию гипоксии. Подтверждается предположение, что воздействие патогенного фактора в период преимущественной генерации и миграции нейробластов формирующихся структур головного мозга приводит к более существенным нарушениям двигательных реакций, зависящих от их нормального развития. Полученные данные важны для понимания процессов формирования мозга и могут найти свое применение в медицинской практике, поскольку пренатальная гипоксия является одним из главных патогенных факторов, нарушающих развитие у детей.
Выявленные в работе нарушения физиологического развития, двигательного поведения и когнитивных функций, вызываемые гипоксическим воздействием в определенные периоды эмбриогенеза, позволяют обосновать и найти новые подходы к разработке методов диагностики и профилактики болезней, связанных с пренатальной патологией.
Обнаруженное нарушение когнитивных функций после пренатальной гипоксии должно учитываться в дошкольных и школьных учреждениях при обучении и работе с детьми.
Результаты исследования и вытекающие из них выводы дополняют существующие представления о механизмах формирования процессов обучения и памяти и могут быть использованы в лекциях по нейробиологии развития и психофизиологии в биологических и медицинских ВУЗах.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: XI-XIII Международных совещаниях и школах по эволюционной физиологии. С.-Петербург, 1996, 2001 и 2006; XXXIII международном конгрессе физиологических наук. С.-Петербург, 1997; Meeting of the British Royal Physiological Society. Bristol, 1997; XVII и XVIII съездах Всероссийского физиологического общества им. И.П.Павлова. Ростов-на-Дону, 1998 и Екатеринбург, 2001; конференции «Механизмы адаптивного поведения». С.Петербург, 1999; XXX Всероссийском совещании по проблемам высшей нервной деятельности, посвященном 150-летию И.П.Павлова. С.-Петербург, 2000; International Workshop: "Basal Ganglia and Thalamus in Health and Movement Disorders." Moscow, 2000; XIV International Congress of Neuropathology «Brain Pathology», Birmingham, 2000; IV и V международных конференциях по функциональной нейроморфологии. С.-Петербург, 2002 и 2006; International Symposium Neuron Differentiation and Plasticity - Regulation by Intercellular Signals. 2003; на конференции «Биологические аспекты экологии человека». Архангельск, 2004; конференции «Нейрохимия: Фундаментальные и прикладные аспекты». Москва, 2005; Четвертой Российской конференции «Гипоксия: Механизмы, адаптация, коррекция». Москва, 2005; I съезде физиологов СНГ. Сочи, 2005; Международном симпозиуме «Механизмы адаптивного поведения». Санкт-Петербург, 2005; 11th meeting of Czech and Slovak Neurochemical Society, «Molecular basis of neurological and psychiatric disorders». Martin, 2006.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методики исследования, изложения экспериментальных данных, обсуждения полученных результатов, выводов и списка литературы, содержащего 359 источников. Работа, изложенная на 179 страницах машинописного текста, включает 49 рисунков и 3 таблицы.