|
Механизмы старения системы функциональной межполушарной асимметрии
Ким Т.К.*, Карантыш Г.В.*, Менджерицкий А.М.*, Рыжак Г.А.**
Южный федеральный университет Педагогический институт, кафедра
анатомии и физиологии человека, г. Ростов-на-Дону*,
Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии СОЗ
Российской академии медицинских наук**
Известно, что наиболее жизненно значимые изменения в стареющем
организме происходят в головном мозге. Становятся
многочисленными повреждения структуры ДНК, в результате чего в
клетках нервной ткани нарушается синтез и обмен нейромедиаторов
[1].
С целью выявления особенностей геронтологических изменений
распределения моноаминов в гемисферах коры мозга старых
левополушарных крыс был проведен анализ содержания
норадреналина, дофамина и серотонина по сравнению с молодыми
животными.
В настоящей работе исследовано влияние окклюзии сонных артерий
(ОСА) разной продолжительности на медиаторный баланс в
структурах мозга молодых (3-4 месяца) и старых крыс (18 месяцев,
n=26)
с леволатеральным профилем. Установление латерального профиля
проводилось путем определения побежек и ротаций крыс в
Y-образном
лабиринте [2]. Поскольку ранее нами было установлено, что
хроническое лигирование сонной артерии со стороны доминирующего
полушария способствует меньшей выживаемости крыс по сравнению с
переходящим [3], моделирование процессов ишемии/реперфузии мозга
проводилось путем перевязки левой сонной артерии на 24 часа и
правой сонной артерии (ПСА) на 3 минуты (2-я группа). В
гемисферах коры и стволовых структурах правой и левой половины
мозга исследовали содержание норадреналина (НА), дофамина (ДА),
серотонина и моноаминооксидазы А (МАО-А) [4, 5]. Полученные
результаты сравнивали с контрольной группой ложнооперированных
молодых и старых крыс с ЛЛП (n=8)
(1-я группа).
При исследовании баланса медиаторов у ложнооперированных старых
крыс были поучены следующие результаты. Во-первых, необходимо
отметить, что в правой гемисфере коры наблюдалось низкое
содержание адренергических нейромедиаторов по сравнению с левой.
В том числе, в правой коре больших полушарий уровни
норадреналина и дофамина были ниже, соответственно, в 12 и 9,3
раза по сравнению с ипсилатеральными структурами. В тоже время,
столь значительной асимметрии в содержании серотонина в
гемисферах не отмечалось. Следовательно, при старении происходит
нарушение соотношения адренергических нейротрансмиттеров между
полушариями, а также между адренергической и серотонинергической
системами. В левых стволовых структурах содержание НА и
серотонина было ниже, соответственно, на -74% (р<0,05) и -24%
(р<0,05), тогда как уровень ДА, напротив, превышал
соответствующее значение в правых стволовых структурах на +37%
(р<0,05) (табл. 1).
При сравнении с молодыми животными было отмечено, что при
старении в правой гемисфере коры (ПГК) происходит понижение
содержания НА (-96%; р<0,05) и дофамина (-97%; р<0,05), но
накапливается серотонин (+65%; р<0,05). В левой гемисфере коры
(ЛГК) больших полушарий также снижен уровень дофамина (-62%;
р<0,05) и повышено содержание серотонина (+26%; р<0,05). Кроме
того, наблюдалось увеличение уровня НА (+26%; р<0,05). В правых
стволовых структурах (ПСС) обнаружены сходные изменения:
увеличены уровни НА (+34%; р<0,05) и серотонина (+29%; р<0,05)
при снижении содержания ДА (-70%; р<0,05). Тогда как в левых
стволовых структурах (ЛСС) накопление серотонина (+100%; р<0,01)
сопровождается истощением содержания ДА (-53%; р<0,05)
относительно молодых животных. Следовательно, наиболее значимыми
нарушениями состояния баланса нейромедиаторов при старении
является понижение уровня дофамина и накопление серотонина
(табл. 1).
По сравнению с молодыми животными у старых отмечались более
высокие значения НА/ДА в стволовых структурах и правой гемисфере
коры, а в левой коре больших полушарий этот показатель,
напротив, был ниже на -58% (р<0,05). Индекс НА/серотонин
снижался при старении в ПГК (-98%; р<0,05) и ЛСС (-60%; р<0,05).
При 3-минутной окклюзии ПСА и 24-часовой окклюзии ЛСА в ПГК
старых крыс происходило значительное накопление НА и ДА и
уменьшение уровня серотонина. Согласно результатам анализа
изменения соотношений нейромедиаторов в данной структуре мозга
произошло перераспределение медиаторов в строну большей
активации адренергической системы по сравнению с
ложнооперированными крысами того же возраста. В ЛГК понижение
содержания НА (-33%; р<0,05) сопровождалось возрастанием уровня
ДА (+171%; р<0,01). За счет этого смещение баланса медиаторов
было направлено в строну большей активации ДАергической системы,
как и в правой гемисфере коры. В ПСС происходило истощение
адренергических медиаторов (уровень НА понизился на -67%;
р<0,05, а ДА – на -34%; р<0,05) и относительно
ложнооперированных старых крыс. Поэтому баланс нейромедиаторов
сместился в строну большей активации серотонинергической
системы, о чем также свидетельствует изменение индекса
НА/серотонин. В тоже время, в ЛСС наблюдалось возрастание НА
(+86%; р<0,05) на фоне снижения ДА (-85%; р<0,05). Таким
образом, смещение баланса нейромедиаторов происходило в сторону
большей активности НАергической системы (табл. 1).
При сравнении с молодыми крысами, которые находились в условиях
3-минутной окклюзии ПСА и 24-часовой окклюзии ЛСА в ПГК старых
крыс обнаружено истощение НА (-82%; р<0,05) и ДА (-26%; р<0,05)
одновременно с повышением уровня серотонина (+65%; р<0,05). В
ЛГК старых животных изменялось содержание НА (-61%; р<0,05) и
серотонина (+129%; р<0,01) относительно молодых крыс 2-й группы.
В ЛГК отмечалось снижение содержания НА, а уровень серотонина
был значительно выше показателя молодых животных 2-й группы. В
ПСС старых животных наблюдалось повышение уровней моноаминов (НА
- на +35%; р<0,05, ДА – на +257%; р<0,01, серотонина на +183%;
р<0,01). А в ЛСС происходило возрастание уровней НА (+95%;
р<0,05) и серотонина (+147%; р<0,01) одновременно с истощением
ДА (-88%; р<0,05) относительно молодых крыс 2-й группы. Таким
образом, в ПГК и стволовых структурах происходит значительное
снижение показателей НА/ДА (р<0,01), тогда как в левой половине
мозга обнаружены обратные изменения (р<0,001). Соотношение
НА/серотонин повышалось в ПГК и ЛСС, соответственно, на +800%
(р<0,001) и +75% (р<0,05). Напротив, в ЛГК и ПСС обнаружено
снижение данного показателя, соответственно, на -31% (р<0,05) и
-62% (р<0,05).
Эти изменения нейромедиаторного баланса у старых животных 2-й
группы в условиях ОСА происходили на фоне повышения активности
МАО-А. В ПГК возрастание активности фермента составило +165%
(р<0,01), в ЛГК - +155% (р<0,01), в ПСС - +77% (р<0,05), в ЛСС -
+27% (р<0,05), а в крови - +332% (р<0,01) (табл. 2). Такое
увеличение активности МАО-А в мозге является отражением
нарушения баланса нейромедиаторов в условиях НМК.
Относительно молодых животных, которым проводили 3-минутную
окклюзию ПСА и 24-часовую окклюзию ЛСА, у старых стрессированных
крыс соотношение НА/ДА было снижено в правой (-77%; р<0,05) и
левой гемисферах коры (-63%; р<0,05), а также ПСС (-61%;
р<0,05), тогда как в ЛСС наблюдалось резкое повышение данного
индекса. Кроме того, во всех структурах мозга старых крыс
обнаружено значительное понижение соотношения НА/серотонин.
Следовательно, в ответ на 3-минутную окклюзию ПСА и 24-часовую
окклюзию ЛСА у старых животных происходит большая активация
серотонинергической системы, в то время, как снижается
НАергическая медиация по сравнению с молодыми крысами.
Таблица
1
Содержание норадреналниа (НА), дофамина (ДА) и серотонина в
структурах мозга (мкг/г) молодых и старых крыс 1-й и 2-й
групп, (M
+
m)
Содержание моноаминов
|
НА
|
ДА
|
серотонин
|
Молодые (ложнооперированные)
|
Правая гемисфера коры
|
0,54+0,02
|
1,19+0,05
|
0,49+0,02
|
Левая гемисфера коры
|
0,19+0,01
|
0,74+0,03
|
0,54+0,01
|
Правые стволовые структуры
|
0,61+0,02
|
1,26+0,04
|
0,76+0,03
|
Левые стволовые структуры
|
0,26+0,01
|
1,11+0,06
|
0,37+0,01
|
Молодые (3-минутная окклюзия ПСА и 24-часовая окклюзия
ЛСА)
|
Правая гемисфера коры
|
0,61+0,04
|
1,09+0,04
|
0,37+0,01*
|
Левая гемисфера коры
|
0,41+0,02*
|
0,73+0,02*
|
0,28+0,007*
|
Правые стволовые
структуры
|
0,20+0,01*
|
0,35+0,004*
|
0,30+0,01*
|
Левые стволовые структуры
|
0,20+0,009*
|
0,67+0,02*
|
0,32+0,007
|
Старые (ложнооперированные)
|
Правая гемисфера
|
0,02 +0,001**
|
0,03 +0,001**
|
0,81 +0,04**
|
Левая гемисфера
|
0,24 +0,02
|
0,28 +0,01**
|
0,68 +0,03**
|
Правые стволовые структуры
|
0,82 +0,04**
|
0,38 +0,02**
|
0,98 +0,04**
|
Левые стволовые структуры
|
0,21 +0,01
|
0,52 +0,03**
|
0,74 +0,03**
|
Старые (3-минутная окклюзия ПСА и 24-часовая окклюзия
ЛСА)
|
Правая гемисфера
|
0,11 +0,01*,**
|
0,82 +0,04*,**
|
0,61+0,02*,**
|
Левая гемисфера
|
0,16 +0,01*,**
|
0,76 +0,03*
|
0,64 +0,03**
|
Правые стволовые структуры
|
0,27 +0,02*,**
|
0,25 +0,01*,**
|
0,85 +0,04**
|
Левые стволовые структуры
|
0,39 +0,02*,**
|
0,08+0,003*,**
|
0,74 +0,02**
|
Таблица
2
Активность МАО-А (пмоль/мин./мг белка) в мозге крыс 1-2-й
групп, (M+
m)
Структуры мозга
|
1-я группа
|
2-я группа
|
молодые
|
старые
|
молодые
|
старые
|
Правая гемисфера коры
|
0,97 + 0,02
|
0,31+0,01**
|
1,30+0,04*
|
0,82+0,03*,**
|
Левая гемисфера коры
|
0,72 + 0,03
|
0,33+0,009**
|
1,05+0,02*
|
0,84+0,04*,**
|
Правые стволовые структуры
|
0,45 + 0,01
|
0,97+ 0,04**
|
1,45+0,06*
|
1,72+0,05*
|
Левые стволовые структуры
|
1,07 + 0,04
|
1,03+ 0,05
|
1,13+0,05
|
1,36+0,04*
|
* - достоверные отличия показателей от уровня ложнооперированных
крыс того же возраста
** - достоверные отличия показателей старых крыс по сравнению с
молодыми
Список
литературы
1.
Федотова Ю.О., Сапронов Н.С. Нейрохимические механизмы
антидепрессивного эффекта антагониста
D2-подтипа
дофаминовых рецепторов у овариоэктомированных самок крыс. //
Нейрохимия, 2006. – Т. 23. - № 1. – С. 35-41.
2.
Ефимов В.М., Акимова И.А., Галактионова Ю.К. Формальная
иерархическая классификация типов билатеральных асимметричных
объектов. // Сер. геологические, химические и биологические
науки. – 1987, № 3. – С. 64-66.
3.
Менджерицкий А.М., Карантыш Г.В., Кайгородов С.П. Роль
латерализации полушарий головного мозга в адаптационных реакциях
организма. // Наука и образование. - 2005. - № 3. – С. 237-241.
4.
Камышников В.С. Справочник по клинико-биохимической лабораторной
диагностике. – 2000. - Т.2. – С. 442-444.
5.
Krstulovic A.M., Povwell A.M. Use of native fluorescence
measurements and stopped-flow scanning technique in the
high-performance liquid chromatographic analysis of
catecholamines and related compounds.// J. of Chromatography,
1979. - Vol. 171. – P. 345.
|
|
|