Нейрохимия, 2019, T. 36, № 2, стр. 149-154

Участие базолатеральных отделов миндалины мозга в механизмах устойчивости крыс к эмоциональному стрессу: роль олигопептидов

Е. В. Коплик 1, А. А. Бахмет 2, Л. А. Клюева 2, С. В. Клочкова 2

1 ФГБУ НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН
Москва, Россия

2 Кафедра анатомии человека ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России
Москва, Россия

Поступила в редакцию 06.07.2018
После доработки 02.10.2018
Принята к публикации 26.10.2018

Полный текст (PDF)

Аннотация

С целью изучения роли структур латеральной миндалины мозга в пептидергических механизмах устойчивости крыс к стрессу определили содержание бета-эндорфина и вещества П в крови и гипоталамусе крыс, устойчивых и неустойчивых к стрессовому воздействию, в условиях эмоционального стресса на фоне функционального выключения базолатеральных отделов миндалины мозга методом анодической поляризации. Эмоциональный стресс моделировали путем иммобилизации крыс в тесном домике с дополнительным апериодическим электрокожным раздражением. Определили, что латеральные области миндалины принимают значительное участие в механизме устойчивости крыс к стрессу. Их двухстороннее выключение снижает устойчивость к стрессу. Также в эксперименте выявлены реципроктные отношения в содержании пептидов (вещества П и бета-эндорфинов) в гипоталамусе и плазме крови, как у устойчивых и у неустойчивых к стрессу особей. Таким образом, пептидергические механизмы устойчивости к стрессу связаны с функцией миндалевидного тела.

Ключевые слова: поведенческая активность, латеральная миндалина, бета-эндорфин, вещество П, эмоциональный стресс, устойчивость к стрессу

ВВЕДЕНИЕ

Предшествующие исследования [14] показали, что в однотипных экспериментальных конфликтных ситуациях отчетливо выявляются животные устойчивые и предрасположенные к эмоциональному стрессу. Установлена различная генетическая и индивидуальная устойчивость различных функциональных систем животных к однотипному эмоциональному стрессу, а также принципиальная возможность модулируемости стресс-реакции [5]. Однако центральные механизмы формирования устойчивости организма к стрессорному воздействию во многих отношениях все еще остаются не изученными. В последние годы все больший интерес вызывает изучение участия эндогенных олигопептидов в нейрохимических механизмах отрицательных эмоциональных состояний. В работах [2, 6, 7 ] показано, что синтезирующиеся в мозгу эндогенные пептиды: субстанция П, и бета-эндорфин могут быть факторами, определяющими устойчивость организма к эмоциональному стрессу.

Исходя из этого, целью настоящей работы мы определили изучение роли структур латеральной миндалины мозга в пептидергических механизмах устойчивости к стрессу крыс Вистар. С этой целью был проведен сравнительный анализ содержания указанных эндогенных пептидов в гипоталамусе и плазме крови у крыс Вистар с различной прогностической устойчивостью к эмоциональному стрессу до и после выключения латеральной миндалины мозга.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальная работа проведена на крысах-самцах Вистар в весенне-летний период. При работе с животными руководствовались “Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных”, утвержденными на заседании этической комиссии НИИ нормальной физиологии имени П.К. Анохина РАМН (протокол № 1, 3 сентября 2009 г.), требованиями Всемирного общества защиты животных (WSPA) и Европейской конвенции по защите экспериментальных животных. Документация по исследованию рассмотрена на заседании Локального Комитета по этике (протокол № 02-17 от 15.03.2017). Эксперименты проведены на 158 крысах-самцах Вистар с массой тела 250–300 г. Предварительное тестирование животных по поведенческим реакциям в тесте “Открытое поле” с помощью специальной компьютерной программы [1] позволило выделить 2 группы крыс: высоко активные (ВА) – 80 особей (прогностически устойчивые к стрессу с индексом активности ИА 2.25–5.8) и низко активные (НА) – 78 особей (прогностически предрасположенные к стрессу с ИА 0.25–0.79) [1]. ВА и НА крыс разделили на группы: 1 – контрольная (ложная операция); 2 – стрессовое воздействие; 3 – двухстороннее функциональное выключение методом анодической поляризации базолатеральной миндалины; 4 – двухстороннее выключение базолатеральной миндалины в сочетании со стрессовым воздействием (по 10 особей в каждой группе). В качестве модели острого эмоционального стресса применяли одночасовую иммобилизацию крыс в плексигласовом пенале с раздражением области спинки животного по стохастической схеме пороговыми значениями переменного тока, напряжением 4–6 В, частотой 50 Гц, длительностью импульса 1 мс продолжительность каждой стимуляции составляла 30 с или 1 мин.

Функциональное выключение латеральных отделов миндалины (ЛМ) проводили под внутрибрюшинным наркозом (раствор хлоралгидрата, 4 мг/100 г массы тела) методом анодической поляризации. Электроды вживлялись согласно координатам стереотаксического атласа мозга крыс. Индифферентный электрод помещали на спинке животного. Для выключения миндалины использовали ток 50 мкА в течение 30 с. Область выключения захватывала латеральное ядро миндалины, латеральную часть базального ядра миндалины и наружную капсулу [810].

Крыс брали в эксперимент на третьи сутки после двухстороннего выключения миндалины. После эксперимента опытных крыс декапитировали одновременно с крысами контрольной группы. Контрольной группой служили ложно оперированные крысы, которым проводилось только вживление электрода без использования тока. С результатами предварительного поведенческого тестирования сопоставляли с данные радиоиммунологического исследования содержания олигопептидов в крови и гипоталамусе у животных. У всех крыс определяли весовые показатели органов стресс-маркеров (надпочечников и тимуса) [6]. У всех крыс проводили забор крови, быстро извлекали мозг, выделяли гипоталамус и немедленно замораживали в жидком азоте для последующего определения вещества П (ВП) и бета-эндорфина (БЭ). Кровь центрифугировали в присутствии ЭДТА и получали плазму. Определение ВП и БЭ-ой иммунореактивности в пробах гипоталамуса и плазме проводили радиоиммунологическими исследованиями с использованием стандартных наборов фирмы Amerchair T. Концентрации определяемых веществ рассчитывали методом преобразований. Анализ результатов проведен непараметрическим методом Mann–Whitney U-тест.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование изменения относительной массы органов-маркеров стресса у крыс с разными параметрами поведения в тесте “Открытое поле” после стрессорных нагрузок дополняют сведения о наличии индивидуальных особенностей периферических и центральных механизмов реализации стрессорного ответа у млекопитающих. Это иллюстрирует важность индивидуального подхода к анализу системной организации физиологических функций как в нормальных условиях, так и при отрицательных эмоциогенных воздействиях [11].

У ВА крыс контрольной группы вес органов стресс маркеров: надпочечников в среднем составлял 17 ± 3.4 мг/100 г веса, а тимуса 102 + 21.4 мг/100 г веса. После стрессового воздействия вес надпочечников достоверно не изменялся, а тимуса – увеличивался по сравнению с контрольной группой ВА крыс в 2.55 раза (табл. 1). На 3 сут после выключения ЛМ у ВА крыс вес надпочечников составлял 15.4 ± 1.3 мг/100 г веса, а тимуса 85.6 ± ± 14 мг/100 г веса, достоверных отличий от контрольной группы не выявлено (табл. 1). В условиях эмоционального стресса в группе ВА животных с двухсторонним выключением ЛМ из 10 взятых в эксперимент погибли 2 крысы. Достоверных изменений веса надпочечников и тимуса у животных этой группы по сравнению с не стрессированными крысами с выключением латеральной миндалины не отмечено. При этом отмечается достоверное уменьшение весового показателя тимуса по сравнению с контрольной группой крыс в 1.76 раза (табл. 1).

Таблица 1.  

Вес надпочечников и тимуса в контроле и в условиях стресса на фоне двухстороннего выключения латеральной миндалины у ВА и НА крыс

Группа Надпочечники Тимус
Контроль
ВА (n = 10) 17 ± 3.4 102 ± 21
НА (n = 9) 19 ± 4.6 75.3 ± 17.4
Стресс
ВА (n = 10) 17 ± 3.4* 40 ± 5.8*
НА (n = 13) 22 ± 2.8* 43.2 ± 8.2*
Выключение латеральной миндалины
ВА (n = 10) 15 ± 1.3 85.6 ± 13
НА (n = 10) 23.2 ± 3.6 46.0 ± 7.6*
Выключение латеральной миндалины + стресс
ВА (n = 10) 17 ± 2.6* 58 ± 11.4*#
НА (n = 10) 25 ± 2.3 38 ± 4.2*

* p < 0.05 по отношению к контролю, #р < 0.05 по отношению к животным с выключенными миндалевидными телами.

У НА крыс контрольной группы после декапитации вес надпочечников в среднем составлял 19 ± 4.6 мг/100 г веса, а тимуса 75 ± 17.4 мг/100 г веса (табл. 1). В условиях эмоционального стресса в группе животных с двухсторонним выключением ЛМ из 10 НА крыс, взятых в эксперимент, погибли 4 крысы. Достоверных изменений веса надпочечников у животных этой группы по сравнению с не стрессированными крысами с выключением ЛМ не отмечено. При этом в 1.98 уменьшается весовой показатель тимуса по сравнению с контрольной группой крыс.

Таким образом, результаты проведенной работы свидетельствуют о том, что выключение ЛМ вызывает существенное снижение устойчивости животных к эмоциональному стрессу. При этом наблюдается снижение выживаемости животных в условиях острого стресса и реакция органов стресс-маркеров (тимуса) на стрессорную нагрузку.

Выявлено также различное содержание указанных олигопептидов в крови и гипоталамусе ВА и НА крыс.

Содержание ВП в гипоталамусе в контрольной группе ВА крыс было в 1.41 раза выше по сравнению с НА крысами (табл. 2). Содержание БЭ в крови у ВА крыс контрольной группы меньше в 2.06 раза по сравнению с НА особями (табл. 3). В условиях острого эмоционального стресса у ВА крыс содержание ВП и БЭ в гипоталамусе снижалось в 1.56 и в 2.1 раза, а у НА крыс – в 1.17 и в 1.4 раза соответственно, по отношению к контролю. В плазме крови в условиях острого эмоционального стресса у ВА крыс содержание ВП и БЭ снижалось соответственно в 1.86 и в 4.01 раза, а у НА – в 2.19 и в 1.4 раза соответственно, по отношению к контролю. Функциональное выключение латеральной миндалины вызвало повышение исходного содержания ВП в гипоталамусе ВА крыс в 3.49 раза и снижение содержания БЭ в 2.46 раза по сравнению с контролем. В плазме крови ВА крыс в условиях двухстороннего выключения латеральной миндалины содержание ВП достоверно не изменялось, в то время как содержание БЭ было снижено в 4.55 раза по сравнению с контролем (табл. 2 и 3).

Таблица 2.  

Содержание вещества П в гипоталамусе (нмоль/г) и плазме крови (нг/мл) на фоне двухстороннего выключения латеральной миндалины у ВА и НА крыс

Группа Гипоталамус Плазма крови
Контроль
ВА (n = 10) 231.6 ± 17.8 32.5 ± 5.7
НА (n = 10) 164.0 ± 8.2 24.3 ± 5.0
Стресс
ВА (n = 10) 170.6 ± 13.3* 17.5 ± 3.2*
НА (n = 9) 140.2 ± 15.6 11.1 ± 3.4*
Выключение латеральной миндалины
ВА (n = 9) 808 ± 90.4* 31.7 ± 8.3
НА (n = 10) 442.5 ± 58.9* 46.0 ± 7.6*
Выключение латеральной миндалины + стресс
ВА (n = 10) 540 ± 20.1*# 53.3 ± 8.3*#
НА (n = 9) 310 ± 43.6*# 37.0 ± 1.7*#

* р < 0.05 по отношению к контролю, #р < 0.05 по отношению к животным с разрушенными структурами миндалины.

Таблица 3.  

Содержание бета-эндорфина в гипоталамусе (нмоль/г ) и плазме крови (нг/мл) на фоне двухстороннего выключения латеральной миндалины у ВА и НА крыс

Группа Гипоталамус Плазма крови
Контроль
ВА (n = 10) 622 ± 43.5 33.7 ± 7.4
НА (n = 9) 571.3 ± 33.2 69.3 ± 0.9
Стресс
ВА (n = 10) 295.4 ± 14.2* 8.4 ± 2.4*
НА (n = 10) 408 ± 22.8 49.5 ± 7.1
Выключение латеральной миндалины
ВА (n = 9) 252.5 ± 10.3* 16 ± 1.3*
НА (n = 10) 434 ± 15 25.9 ± 0.9*
Выключение латеральной миндалины + стресс
ВА (n = 10) 540 ± 20.1*# 53.3 ± 8.3*#
НА (n = 9) 292.5 ± 14.9*# 27.2 ± 1.2

* р < 0.05 по отношению к контролю, #р < 0.05 по отношению к животным с разрушенными структурами миндалины.

У НА крыс, выключение ЛМ приводило к повышению содержания в гипоталамусе ВП в 2.67 раза, а содержание БЭ снижалось в 1.32 раза по сравнению с контролем. БЭ в плазме крови у НА в условиях выключения миндалины снижался в 2.67 раза, в то время как уровень ВП при этом увеличивался в 1.89 раза (табл. 2 и 3). В условиях эмоционального стресса и двухстороннего выключения латеральной миндалины у ВА крыс при сравнении с нестрессированными ВА животными с выключением миндалины отмечено снижение содержания ВП и повышение уровня БЭ в гипоталамусе в 1.5 и 2.14 раза соответственно. В плазме крови у этих крыс в условиях стресса содержание ВП и БЭ увеличивалось в 3.82 и в 3.33 раза соответственно. У НА крыс с двухсторонним выключением ЛМ в условиях эмоционального стресса в гипоталамусе отмечали снижение содержания ВП и БЭ по сравнению с не стрессированными крысами в 1.43 и в 1.48 раза соответственно. Содержание БЭ и ВП в плазме крови у этой группы крыс в условиях эмоционального стресса на фоне выключения миндалины практически не изменялось.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Миндалевидный комплекс (миндалина) относится к лимбической системе мозга. Миндалина участвует в различных интегративных механизмах мозга благодаря ее двусторонним связям с корой головного мозга Она осуществляет фазное надгипоталамическое управление и оказывает тоническое влияние на нейросекреторные клетки гипоталамуса [7]. Благодаря двухсторонним связям со стволовыми структурами мозга миндалина участвует и в интеграции вегетативных функций. Т. Бэн [10] классифицировал амигдаларные ядра по их эффекторным связям на медиальную часть (куда входят базальное ядро, медиальное ядро миндалины и кортикальное ядро), посылающую аксоны через супракомиссуральную часть конечной полоски к вентромедиальному гипоталамусу, и на латеральную часть (куда входят крупноклеточные части базального ядра и латерального ядра), посылающие аксоны в перегородку, латеральный гипоталамус и к обонятельным структурам. Латеральная часть миндалины является источником волокон преоптической компоненты конечной полоски, вентро-амигдало-фугального пути (продольного ассоциативного пучка) и компоненты передней комиссуры. Структуры височной доли, в том числе и миндалина, регулируют эмоциональное поведение и повышают эмоциональную реактивность. Миндалина и поясная извилина принимают участие в осуществлении сдерживающих влияний на стволовые механизмы агрессивных реакций [9]. Показано, что эмоциональные поведенческие реакции страха, ярости и внимания связаны с филогенетически более молодой базолатеральной частью миндалины. Однако реакции агрессии и защиты осуществляются только с участием гипоталамических структур (или опосредуются через них), поскольку после разрушения соответствующих областей гипоталамуса, эти реакции при раздражении миндалины не возникают [7, 8].

Проведенные нами исследования показали, что в условиях эмоционального стресса содержание ВП и БЭ в гипоталамусе и крови у ВА и НА крыс уменьшается, что вполне объяснимо учитывая их участие в регуляции возбуждения и сдерживании симпат-адреналовой составляющей стресс-реакции. [12]. Особенно резко снижается содержание БЭ в крови у ВА крыс (в 4.01 раза). По-видимому, у этих животных нейропептид активно связывается с рецепторами, приводя к полезному приспособительному результату.

Выключение латеральной миндалины вызывает повышение содержания ВП в гипоталамусе крыс с различной устойчивостью к эмоциональному стрессу (ВА и НА крыс), причем наиболее это выражено у ВА крыс (в 3.49 раза). Кроме того, у ПС крыс выключение латеральной миндалины повышает содержание ВП в плазме крови в 1.89 раза. Содержание БЭ меняется иным образом – уменьшается у ВА и НА животных в гипоталамусе и плазме крови (особенно в крови у ВА крыс – в 4.55 раза).

В целом, согласно нашим данным, выключение латеральной миндалины вызывает изменения уровня содержания нейропептидов, типичные для стрессового воздействия. По данным научной литературы психогенный стресс повышает содержание субстанции P в ЦНС [13]. Эмоциональный стресс на фоне двухстороннего разрушения латеральной миндалины у ВА и НА крыс вызывает уменьшение содержания ВП в гипоталамусе соответственно 1.5 раза и в 1.43 раза, тогда как в условиях стресса без отключения ЛМ содержание ВП снижается менее значительно – в 1.36 и в 1.17 раз. В то же время содержание ВП в крови у ВА крыс резко увеличивается в 3.82 раза, а у НА крыс не изменяется (при стрессе содержание ВП в крови у ВА и НА крыс уменьшается). Содержание БЭ в гипоталамусе и плазме крови у ВА крыс значительно возрастает (соответственно, в 2.14 и в 3.33 раза), тогда как при стрессе без выключения ЛМ оно снижается. У НА крыс содержание БЭ снижается в гипоталамусе и не изменяется в плазме крови по сравнению с нестрессированными животными с функционально выключенной миндалиной (при стрессе содержание БЭ у НА снижается в крови и гипоталамусе).

Анализируя уровни содержания ВП и БЭ в гипоталамусе и плазме крови можно говорить о реципрокных отношениях: в отношении ВП это больше выражено у устойчивых к эмоциональному стрессу крыс (УС), а в отношении БЭ – у предрасположенных к эмоциональному стрессу ПС). Латеральная миндалина вместе с задней цингулярной корой и конечной полоской составляют так называемую “тормозную систему, активация которой помогает в сдерживании стрессорных стимулов” [9, 12].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, проведенные нами исследования показали, что структуры латеральной области миндалины принимают значительное участие в механизме устойчивости животных к эмоциональному стрессу. Двухстороннее выключение этих структур мозга снижает устойчивость животных к стрессорным воздействиям. Это проявляется изменением содержания олигопептидов в гипоталамусе и плазме крови, являющихся медиаторами стресс-лимитирующей системы, а также увеличением смертности животных в условиях острого стресса в сочетании с функциональным выключением латеральной миндалины.

Список литературы

  1. Коплик Е.В. // Вестник новых медицинских технологий. 2002. Т. 9. С. 16–18.

  2. Судаков К.В. Избранные труды. Т. 3. Эмоции и эмоциональный стресс. М.: НИИ нормальной физиологии, 2012. 534 с.

  3. Судаков К.В., Умрюхин П.Е. Системные основы эмоционального стресса. М.: Гэотар-Медиа, 2010. 105 с.

  4. Strekalova T., Markova N., Shevtsova E., Zubareva O., Bakhmet A., Harry M. Steinbusch H.M., Bachurin S., Lesch K.P. // Neural Plasticity. 2016. V. 2016. P. 5098591.

  5. Couch Y., Trofimov A., Markova N., Nicolenko V., Steinbusch H.W., Chechonin V., Schroeter C., Lesch K.R., Anthony D.C., Strekalova T. // J. Neuroinflammation. 2016. V. 13. № 1. P. 108.

  6. Салиева Р.М, Яновский К., Ратсак Р., Трофимова Я.И. // Журн. высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1991. Т. 41. № 3. С. 558–563.

  7. Zhao Z., Yang Y., Walker D.L., Devis M. // Neuropsychopharmacology. 2009. V. 34. P. 331–340.

  8. Ахмадеев И.Г., Калимуллина Л.Б. // Успехи современного естествознания. 2007. № 11. С. 11–14.

  9. Чепурнов С.А., Чепурнова H.Е. Миндалевидный комплекс мозга. М.: МГУ, 1981. 254 с.

  10. Ban T. // Med. J. Osaco University. 1964. V. 15. № 1. P. 1–83.

  11. Перцов С.С., Григорчук О.С., Коплик Е.В., Абрамова А.Ю., Чекмарева Н.Ю., Чехлов В.В. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015. Т. 160. № 7. С. 25–29.

  12. Кукушкин М.Л., Табеева Г.Р., Подчуфарова Е.В. // Болевой синдром: клиника, патогенез, лечение. / Под ред. Яхно Н.Н. М.: ИМА-ПРЕСС, 2011. 72 с.

  13. Geracioti T.D., Jr, Carpenter L.L., Owens M.J., Baker D.G., Ekhator N.N., Horn P.S., Strawn J.R., Sanacora G., Kinkead B., Price L.H., Nemeroff C.B. // Am. J. Psychiatry. 2006. V. 163. № 4. P. 637–643.

Дополнительные материалы отсутствуют.