Материалы медицинских конференций

Главная / Материалы медицинских конференций / 2003 / VII Междисциплинарная конференция по биологической психиатрии «Cтресс и поведение»

Сравнительный анализ эффектов депривации сна и фотостимуляции на цикл бодрствование-сон травяной лягушки

В суточном цикле жизнедеятельности рыб и амфибий кроме бодрствования существует три формы пассивно-оборонительного поведения. Каждая из них имеет четкие поведенческие (позно-тонические), сомато-вегетативные, нейрофизиологические и нейрохимические характеристики и проявляется в определенное время суток: обездвиженность типа каталепсии (П-1) только в дневное время суток, типа кататонии (П-2) в сумеречное и ночное время и типа катаплексии (П-3)- ночью и в ранние утренние часы. Отличие этих форм обездвиженности от бодрствования по таким важнейшим критериям как неподвижность, отсутствие ответной реакции на внешние стимулы за счет повышения порогов поведенческого пробуждения, диаметрально противоположная направленность нейрофизиологических и ряда нейрохимических показателей, происходящих в ЦНС, позволила объединить три формы обездвиженности единым понятием «протосон позвоночных» (Карманова, 1982; 1996). Сравнительный анализ каждой из вышеназванных форм проявления протосна, проведенный у представителей пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, позволил автору сформулировать положение об эволюционном развитии сна в восходящем ряду позвоночных, согласно которому три формы покоя рыб и амфибий являются функциональными предшественниками сна рептилий, птиц и млекопитающих, а также животного гипноза и зимней спячки. Целью настоящей работы было оценить, как влияет стресс на цикл бодрствование-протосон (ЦБС) лягушки.

МЕТОДИКА. Эксперименты проводились на 4-х группах (А, Б, В, Г) самцах травяных лягушек Rana temporaria в осенний сезон года, в дневное время суток в условиях постоянной температуры воздуха 18-20⁰С и воды 14-16⁰С. Животные по 4-6 особей находились в отдельных аквариумах размером 45х30х35см с небольшим количеством воды. Лягушкам группы А (n=12) и Б (n=18) электродов не вживляли и осуществляли только визуальную оценку фоновых поведенческих, соматовегетативных показателей ЦБС в течение 3-х дней. Время наблюдения – с 11.00 до 14.00. Животных группы А подвергали процедуре 6-часовой депривации протосна (ДС) прикосновением к лапкам стеклянной палочкой. После ДС проводилось наблюдение за поведением лягушек в течение 9 ч. непрерывно. У лягушек группы Б проводили ежедневную фотостимуляцию (ФС) по методике (Карманова, 1964): от 5 до 7 ФС по 30 мин каждая, режим - 10с свет:10с пауза. ФС проводили только в условиях дневного освещения с 12.00 до 12.30. Источником света служили 2 лампы накаливания мощностью 40Вт, установленные с двух сторон аквариумов. Поведение животных группы Б наблюдали в течение 3 ч. до и 3 ч. после ФС. Лягушек А и Б групп сразу после ДС, а также после 1, 3, 5, 7 процедур ФС лягушек забивали, выделяли гипоталамический отдел головного мозга и фиксировали его в жидкости Буена. Срезы мозга толщиной 5-6 мкм окрашивали паральдегид-фуксином по Гомори-Габу и докрашивали азаном по Гейденгайну. Кроме того, выделяли и взвешивали надпочечники и тимус. Контроль составляли лягушки (n=15), которые находились в идентичных условиях, но не подвергались ДС и ФС.

Лягушкам В (n=6) и Г (n=6) групп предварительно под легким эфирным наркозом в область переднего мозга (примордиальный гиппокамп) вживляли парные электроды из нержавеющей стали (Æ=0.1мм). Пару нихромовых электродов вживляли в длиннейшие мышцы спины. Регистрацию ЭЭГ и ЭМГ осуществляли на 5-6 день после операции на электроэнцефалографе «Медикор». После чего проводили ДС у лягушек группы В, а у лягушек группы Г – ФС (5 дней фотостимуляции и шестой запись ЦБС без стимуляции). Время записи составляло 3 час после каждого из воздействий. Параллельно с записью ЭЭГ осуществляли частотно-амплитудный анализ ЭЭГ сигнала и получали нормированные значения мощности сигнала в d, q-, a-, b₁-, b₂ -диапазонов частот через каждые 8 сек. Все количественные результаты оценивались с использованием стандартных статистических методик, включенные в пакет программ «STATISTIKA» (средние значения, среднеквадратичные отклонения, отличия средних по парному t–критерию Стьюдента на уровне значимости p<0.05).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. В естественном цикле поведения травяных лягушек в осенний период года бодрствование составляет 13.8+7.8%, П-1 23.4+13.1%, П-2 53.3+13.3%, а П-3 11.1+8.6%. Первые 3-4 час ДС сопровождались повышением двигательной активности, после чего развивалось снижение активности животного и лягушки впадали в состояние обездвиженности типа каталепсии П-1. Ей можно было придать любое даже неестественное положение и она сохраняла его 10 и более 120с в зависимости от времени ДС. Если мы не выводили ее из этого состояния оцепенения, то животное переходило в П-2, далее быстро в П-3 – расслаблялось, закрывало веки и уходило под воду. В первые часы постдепривацион-ного периода продолжительность П-3 составляла более 70%. При этом бодрствование и П-1 были резко подавлены. Только после 4ч временные характеристики начинали постепенно восстанавливаться. При этом восстановление ЦБС в постдепривационном периоде происходило преимущественно за счет ночной формы протосна (П-3). В ЭЭГ переднего мозга лягушки в этот период наблюдалось первоначальное двукратное увеличение мощности d- волн и угнетение быстрых волн. В течение 2-3 часа сна уровень d-волн снижался на 15-20% и появлялся дополнительный пик в области a- диапазона, после чего ЭЭГ картина П-3 протосна восстанавливались до уровня фоновых показателей (p<0.001).

ФС также вызывала двигательное возбуждение в течение 15-20 мин., однако к концу опыта они успокаивались и замирали в позе П-1 и П-2. Состояние П-1 характеризовалось высокой позой животного, исчезновением дыхательных движений подбородка, пластическим тонусом скелетных мышц. При придании животному любой позы (поднимание или опускание подбородка, вытягивание лапок) она сохраняла ее в течение 10-20с. В состоянии П-2 лягушка собиралась в комочек, прикрывало глаза, тонус скелетных мышц резко повышался, в силу чего попытки придать голове и конечностям то или иное положение оказывались безрезультатными, животное пружинисто возвращалось в исходную позу плотного комочка. В следующие опытные дни продолжительность и интенсивность первоначального двигательного возбуждения сокращалась, а концу 4-5 фотостимуляций животные практически переставали реагировать на световые вспышки. Большинство из них находилось в состоянии П-1 и только 10-13% - в П-2 и П-3. Доля П-1 в ЦБС достоверно увеличивалась (p<0.05). После 3 ФС она составляла 84.6+4.6%, тогда как количество П-2 и П-3 снижалось втрое (11.11+2.3% и 2.21+0.39% соответственно). Суммарная продолжительность бодрствования уменьшалась до 4.86+1.8% от всего времени наблюдения (p<.1). Подобная структура ЦБС сохранялась только до 3-4 ФС, после чего в ЦБС резко увеличивалось количество П-3 (p<0.005), несмотря на продолжение ФС. К 5 опыту доля П-3 составляла 19.4+6.7%, а П-1 62.2+8.4%. После окончания опытов суммарная доля П-1 в ЦБС лягушки резко сокращалась почти до фоновых величин. Пониженный уровень бодрствования и П-2 сохранялся в ЦБС лягушки даже после полного прекращения фотостимуляций. В этот период количество П-3 в ЦБС составляло 43.2+7.8%, несмотря на наличие яркого дневного света. Данные факт был обнаружен впервые, и мы считаем его проявлением восстановительных процессов в ЦНС, подобных реакции «отдачи сна» лягушки сразу после ДС. Хорошо известно, только при этой форме протосна, также как и на фоне медленноволнового сна теплокровных, имеет место усиление репаративных процессов в виде увеличения концентрации белков и РНК в прептических ядрах гипоталамуса (Карманова 1996). В П-1 эти показатели недостоверно отличаются от бодрствования, а в П-2 процессы синтеза угнетены.

Изменения в распределении мощности ЭЭГ переднего мозга лягушек были обнаружены только на протяжении первого часа после первой и второй ФС. Так, в состоянии П-1 резко, но довольно кратковременно возрастала мощность a-волн (p<0.05) и уменьшалась мощность волн q-диапазона (p>0.1). Однако уже к концу 2 часа записи волновые характеристики ЭЭГ практически возвращались к исходным показателям. При этом, так же как и естественном П-1, более всего в спектрах ЭЭГ выделялись волны d- и a-диапазонов. Следует заметить, что процедура ФС мало изменяла ЭЭГ характеристики П-2 и П-3.

Для ответа на вопрос, являются ли примененные нами воздействия стрессорными, мы провели изучение относительного веса тимуса и надпочечников и они показали постепенное снижение относительного веса этих органов на фоне ФС уже на 3 день опыта и тенденцию к восстановлению веса к 5-6 сут., когда прекращали ФС. На фоне ДС вес вышеназванных эндокринных органов резко снижался.

Морфофункциональные изменения в нейросекреторных ядрах гипоталамуса также отражали реакцию лягушки на стресс. Так, на фоне ежедневных ФС наблюдалась картина нарастающей «стресс-реакции», в виде постепенного увеличения выведения из нейросекреторных клеток нейросекреторного материала, увеличения числа дендровентральных контактов, что свидетельствует о выведении нейрогормонов древним трансвентрикулярным путем. В последующие дни (5-6 сут) на фоне восстановительных процессов в структуре ЦБС наблюдалось умеренное восстановление морфологической картины нейросекреторных ядер гипоталамуса. На фоне же ДС изменения в нейросекреторных ядрах гипоталамуса оказались более значительными. Выведение нейросекреторного материала из клеток было более резким и быстрым и свидетельствовало о крайней степени стрессорной реакции на внешнее воздействие. Все это свидетельствует о том, что и ФС и ДС вызывают у лягушки «стресс-реакцию». При этом ответная реакция на ФС более растянута во времени, и организм успевает постепенно адаптироваться и частично компенсировать наступающие изменения. Реакция же на ДС протекает интенсивнее и резче, поэтому организму лягушки для ее компенсации требуется, по-видимому, более длительный период восстановления. Характер изменений ЦБС лягушки действительно подтверждает это.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Изменения ЦБС и морфофункционального состояния нейросекреторных клеток гипоталамуса лягушки в ответ на ДС и ФС соответствуют стресс-реакциям теплокровных и это указывает на единство принципов эволюционной преемственности стресс-реакций у позвоночных.