Автореферат: Возрастные особенности синаптической активации клеток Пуркинье мозжечка системой лазящих и мшистых волокон

Для оценки двигательной активности подсчитывалось число квадратов, пересеченных животным всеми четырьмя лапами в «открытом поле», которое для взрослых животных представляло собой коробку размером 1м х 1м с высотой бортиков 20 см. Для крысят размер коробки был равен 50 х 50 см с высотой бортиков 10 см. Дно коробки было расчерчено на 25 квадратов в обоих случаях крыса помещалась в центральный квадрат. Наблюдение велось в течение 5 мин.

Обработка данных. В ходе обработки данных, связанных с характеристикой импульсной активности клеток Пуркинье, оценивали среднюю частоту простых и сложных спайков, а также длительность депрессии простых спайков, возникающую вслед за активацией клеток Пуркинье афферентной системой лазящих волокон. Средняя частота простых и сложных спайков вычисляли раздельно за одни и те же промежутки времени, которые составляли от 30 секунд до 1 минуты.

В серии экспериментов, посвященных изучению формы сложного спайка оцифрованный сигнал анализировался в программе «Bioactivity Recorder v. 5.3» (Сибаров, 2007). С помощью данной программы для каждого отдельно взятого сложного спайка вычислялись его длительность, частота и число составляющих его потенциалов действия, а также среднее значение вышеперечисленных показателей для каждой конкретной записи.

В ходе окончательной статистической обработки с помощью программы MS Excel 2002 высчитывалось среднее значение и статистическая ошибка среднего для всех исследованных показателей в пределах каждой возрастной группы животных. Для проверки достоверности различий средних значений использовали парный и двухвыборочный критерии Стьюдента. Различия считались достоверными при р?0, 05. (Ивантер, Коросов, 1992).

Результаты исследования

Интактные животные. Проведенное сравнительное изучение функционального состояния клеток Пуркинье мозжечка крыс, находящихся на раннем, среднем и позднем сроках постнатального онтогенеза выявило существенные различия в частоте простых спайков и длительности их депрессии, следующей за сложным разрядом. В то же время частота сложных спайков мало отличалась друг от друга во всех трех возрастных группах животных. Было показано, что частота простых спайков с возрастом увеличивалась. Наибольшее значение этого показателя наблюдалось у старых крыс, а наименьшее - в младшей возрастной группе. Длительность депрессии простых спайков с возрастом, наоборот, уменьшалась и была наибольшей у крысят, а наименьшей - у старых крыс (табл. 1).

Таблица 1 Возрастные изменения паттерна активности, формы сложного спайка клеток Пуркинье мозжечка и уровня двигательной активности у интактных крыс

ПС - простые спайки, СС - сложные спайки, ДПС - депрессия простых спайков.

* - Достоверные отличия по сравнению с взрослыми животными (р?0, 05)

В результате анализа формы сложного спайка у крыс, находящихся на разных стадиях постнатального онтогенеза, обнаружено, что возрастные изменения наблюдаются в двух из трех исследуемых показателей. У старых крыс было установлено достоверное увеличение частоты и числа импульсов, входящих в состав сложного спайка, в то время как отличия исследуемых показателей между возрастными группами двухнедельных и взрослых животных были статистически недостоверны. Длительность сложного спайка оказалась достаточно стабильной величиной на всех исследованных этапах постнатальной жизни.

Изменение функционального состояния клеточных элементов коры мозжечка на разных стадиях постнатальной жизни, которое подтверждалось обнаруженными отличиями в паттерне активности основного элемента - клеток Пуркинье, а также обнаруженные отличия формы сложного спайка, сопровождались изменениями и в уровне моторной активности крыс исследованных возрастов. Этот показатель у двухнедельных крысят еще не достигает взрослого уровня развития, а у старых крыс претерпевает значительное снижение по сравнению с взрослыми животными. Кроме того, на незрелость моторной активности крысят указывает и тот факт, что их походка отличается шаткостью и неустойчивостью, и в ней все еще присутствуют элементы ползания, когда туловище не поддерживается над опорой, а опирается на нее. При этом у животных в этом возрасте еще не вполне сформирована антигравитационная поддержка головы, в результате чего голова периодически лежит на опоре.

Гармалин. Реакции клеток Пуркинье мозжечка на внутрибрюшинное введение гармалина во всех возрастных группах были представлены двумя типами (рис.1).

Рис. 1. Влияние гармалина на паттерн активности клеток Пуркинье мозжечка крыс разных возрастов. На А, Б, В - первый тип ответов; на Г, Д, Е - второй тип ответов. Черный цвет - крысята, серый - взрослые животные, белый цвет - старые крысы. Стрелкой указан момент введения гармалина. Звездочкой отмечены достоверные отличия от исходного значения (р?0, 05).

Отличительным критерием разделения служила степень блокирования синаптической передачи импульсации, поступающей по системе мшистых волокон, т.е. степень депрессии простых спайков.

Из 90 зарегистрированных клеток Пуркинье к первому типу ответов были отнесены реакции 42-х клеток. Их ответ на введение гармалина заключался, прежде всего, в значительном увеличении частоты сложных спайков в картине разряда. В результате этого, через некоторое время наступало блокирование передачи информации, поступающей по системе мшистых волокон, приводящее к полному исчезновению простых спайков из картины разряда. Время развития реакции было различным у животных всех возрастных групп. Так, у крысят исчезновение простых спайков происходило через 3-8 минут после введения гармалина, у взрослых крыс - через 15-20 минут, а у старых животных через 25-30 минут. Достоверные изменения частоты сложных спайков у крысят и взрослых животных наступали уже через 5 минут после введения гармалина, у старых крыс - через 20 мин. При этом максимальное увеличение у крысят, взрослых и старых крыс наблюдалось через 20, 30 и 40 мин соответственно. Длительность депрессии простых спайков, следующей за сложным спайком, в разряде клеток Пуркинье, отнесенных к первому типу реакций на введение гармалина, измерялась до момента исчезновения простых спайков из картины разряда клеток Пуркинье. При этом достоверное увеличение данного показателя у крысят было зарегистрировано через 5 мин после введения гармалина, у старых крыс - через 20 мин, а у взрослых крыс средняя величина данного показателя практически не изменялась.

У 48 клеток, по характеру реакций отнесенных ко второму типу ответов, наблюдалось гораздо меньшее, по сравнению с 1 типом ответов, увеличение частоты сложных спайков, а также увеличение длительности тормозной паузы, следующей за сложным разрядом. Полного исчезновения простых спайков из картины разряда клеток Пуркинье при этом не наблюдалось, хотя имелось достоверное снижение их частоты. Изменения всех показателей активности клеток Пуркинье наступали быстрее всего у крысят, затем у взрослых животных, и, наконец, у старых крыс латентный период был самым длительным. Так, достоверное снижение частоты простых спайков у крысят отмечалось с 10-ой минуты, у взрослых животных - с 20-ой минуты, а у старых крыс - с 40-ой минуты после введения гармалина. Наиболее выраженные изменения этого показателя наблюдались в младшей возрастной группе. У них наименьшее значение частоты простых спайков, которое отмечалось через 30 мин после введения гармалина, было в 4 раза ниже нормы. Самое слабое изменение частоты простых спайков наблюдалось в группе взрослых животных. Максимальное снижение, зафиксированное через 40 мин после введения гармалина, у животных этой возрастной группы было ниже нормы в 2 раза. В старшей возрастной группе исходный уровень частоты простых спайков был в 3 раза выше, чем через 50 мин после введения гармалина. Изменение частоты сложных спайков у клеток Пуркинье, отнесенных ко второму типу реакции были не столь выражены и наступали позднее, чем у клеток Пуркинье, отнесенных к первому типу реакций. Достоверные изменения данного показателя быстрее всего наступали у крысят и наблюдались через 30 мин после введения гармалина. У взрослых крыс - через 40 мин и у старых животных - через 50 мин. Увеличение длительности депрессии простых спайков в разряде клеток Пуркинье, отнесенных ко второму типу ответов, как и других показателей паттерна активности, быстрее всего наступало у крысят, а позже - у старых крыс. При этом превышение максимального значения данного показателя над нормой было сильнее выраженным у старых животных - в 6, 7 раза, чуть ниже у крысят - в5, 5 раза и самое маленькое превышение наблюдалось в группе взрослых крыс - в 3, 1 раза.

При детальном анализе изменений формы сложного спайка под влиянием гармалина было показано, что у крысят и старых животных наблюдалось увеличение всех исследуемых показателей. У взрослых крыс форма сложного спайка оказалась довольно устойчивой к воздействию гармалина. В этой возрастной группе животных хотя и наблюдалось увеличение всех трех исследуемых показателей, однако оно не достигало достоверного отличия от нормы. У крысят достоверные изменения всех трех показателей наблюдались через 10, 20 и 30 мин после введения гармалина. При этом длительность сложного спайка и число импульсов, входящих в его состав, и через 40 мин продолжали оставаться достоверно выше нормы. Следует отметить, что максимальное увеличение частоты импульсов в составе сложного спайка было выше нормы на 20%, числа импульсов - на 83%, а длительности сложного спайка - на 73%. У старых животных достоверные отличия наступали позднее, чем у крысят и были менее выраженными. Так максимальное увеличение частоты импульсов в составе сложного спайка составило 16%, длительности сложного спайка - 20%, а числа импульсов -37% (табл.2).

Таблица 2 Влияние гармалина на показатели, характеризующие форму сложного спайка в разряде клеток Пуркинье мозжечка крыс на разных стадиях онтогенеза.

*- достоверные отличия от исходного значения (р?0, 05)

Внутрибрюшинное введение гармалина вызывало появление мышечного тремора во всех возрастных группах животных. Следует отметить, что время между введением гармалина и появлением тремора отличалось друг от друга у животных разных возрастов. У крысят тремор появлялся уже через 3-5 мин после введения гармалина, у взрослых крыс - через 10-15 минут, а у старых животных через 20-30 минут. При оценке уровня моторной активности было обнаружено существенное снижение данной величины после введения гармалина. Среднее значение числа пересеченных квадратов после введения гармалина у крысят снижалось в 5, 5 раз, у старых крыс - в 4, 3 раза, а у взрослых животных - в 2, 4 раза. Т.о. наибольшая степень снижения уровня локомоции наблюдалось у крысят и старых животных, т.е. в тех возрастных группах, где отмечалось большее изменение паттерна активности клеток Пуркинье и формы сложного спайка.

Этанол. Характер изменений паттерна активности клеток Пуркинье под влиянием этанола имел общую направленность во всех трех возрастных группах животных и в целом был противоположен изменениям, полученным в серии экспериментов с введением гармалина.. Было установлено, что у животных всех исследованных возрастов введение этанола приводит к увеличению частоты и уменьшению длительности депрессии простых спайков, а также к уменьшению частоты сложных спайков (рис.2). Временная последовательность изменений была такой же, как и в случае с гармалином. Раньше всех на введение этанола реагировали крысята, затем взрослые животные и самыми последними - старые.

В младшей возрастной группе частота простых спайков в разряде клеток Пуркинье мозжечка была увеличенной через 5 и 10 минут после введения этанола. Превышение значения данного показателя над нормой составило около 60% - 70%. У взрослых животных увеличение среднего значения частоты простых спайков было зафиксировано через 10 - 30 мин после введения этанола. Максимальное увеличение среднего значения данного

параметра, которое наблюдалось через 10 мин после введения этанола, было выше нормы на 66%. У старых крыс частота простых спайков начинала увеличиваться только через 40 мин и продолжала достоверно отличаться от нормы и через 50 мин после введения этанола. При этом увеличение среднего значения данного показателя по сравнению с нормой составило 32%.

Снижение частоты сложных спайков во всех возрастных группах происходило позже, чем увеличение частоты простых спайков. У крысят достоверное изменение средней величины данного показателя было зарегистрировано только через 20 мин после введения этанола. Оно было ниже нормы на 40%. У взрослых крыс частота разряда клеток Пуркинье сложными спайками была ниже нормы, начиная с 20 мин и до конца периода регистрации, т.е. до 60 мин после введения этанола. Минимальная частота сложных спайков в этой возрастной группе была зарегистрирована через 30 мин после введения этанола и была ниже нормы на 68%. У старых животных изменение частоты сложных спайков было зафиксировано еще позже - только через 50 мин после введения этанола. В этот период среднее значение данного показателя было ниже нормы на 43%.