Экспериментальное изучение нейрофизиологических механизмов процессов компенсации в случае острого повреждения стволовых структур головного мозга - Диссертация

Классические работы данного направления были посвящены, в основном, анализу общих принципов адаптивно-компенсаторной деятельности мозга (Павлов, 1951; Асратян, 1959; Анохин, 1954, 1958; Карамян, 1956). К числу наиболее сложных вопросов в изучении процессов компенсации при остром стволовом повреждении относятся, например, специфика нейродинамических перестроек при разной степени стволового поражения, последовательность включения в процесс восстановления других мозговых систем и образований и т.д. Результаты нейрофизиологических исследований у больных с опухолевым поражением мозга в послеоперационном периоде указывают на а) неоднозначность механизмов послеоперационного восстановления при разной степени поражения ствола, б) последовательное включение в эти процессы гиппокампа и лобных отделов полушарий (Шарова, 1999; Шарова с соавт., 1991, 1993, 1995). Целью настоящей работы было экспериментальное изучение нейрофизиологических механизмов процессов компенсации в случае острого повреждения стволовых структур головного мозга, с уточнением особенностей участия в послеоперационном восстановлении гиппокампа и орбитофронтальной коры как составляющих лимбической системы. Разработанные экспериментальные модели а) локального электролитического разрушения ствола на уровне латерального вестибулярного ядра Дейтерса, б) сочетанного стволово-гиппокампального и стволово-орбитофронального повреждения мозга крыс могут быть использованы для изучения нейрофизиологических механизмов восстановления при острой локальной (опухоль) и множественной (черепно-мозговая травма) патологии мозга человека.Настоящая работа посвящена изучению динамических системных компенсаторных реакций мозга крысы, развивающихся в ответ на локальное повреждение ствола мозга. Для создания экспериментальной модели проводили электролитическое разрушение ствола мозга крыс на уровне латерального вестибулярного ядра Дейтерса (ВЯД). Для выяснения роли орбитофронтальной коры (ОФК) и гиппокампа (Гип) в компенсации функций при повреждении ствола были разработаны модели сочетанного повреждения ствола и исследуемых структур (рис.2.1). Проводилось одностороннее электролитическое повреждение ствола на уровне ядра Дейтерса (как модели послеоперационной стволовой патологии), в сочетании с билатеральным повреждением (рис.2.1А, В) поля СА1 гиппокампа (15 животных) или (рис.2.1А, Б) орбитофронтальной коры (16 животных). У группы из 7 животных билатеральное разрушение орбитофронтальной коры или гиппокампа следовало через 6 часов или через сутки после одностороннего повреждения ствола мозга.Первую группу составляли 12 крыс, у которых изменения в позе и характере двигательной активности при отсутствии специальных тестов вообще не выявлялись (подгруппа А - 7 животных), либо имели быстро обратимый характер (подгруппа Б). Крыса №30 с неосложненным течением послеоперационного периода Ко второй группе (с осложненным течением) были отнесены 9 крыс, у которых локальное электролитическое повреждение ствола сопровождалось стойкими изменениями позы и двигательной активности. Одновременно у пяти животных данной группы имели место более тяжелые характерные нарушения движения в виде винтообразного перемещения влево (рис. В подгруппе А, у крыс, с отсутствовавшими после операции видимыми изменениям позы и двигательной активности, в 5 случаях имело место попадание коагулирующего электрода в область вентрального и дорсального кохлеарного ядер (рис. Причем, легкие и кратковременные нарушения позы в виде наклона головы к туловищу под углом 30 градусов, отмечаемые у животных первой группы при попадании коагулирующего электрода в область кохлеарных ядер, ножку мозжечка и др. структуры ствола, могут быть объяснены тоническими влияниями от разрушенных ядер моста, имеющих афферентные связи с ядром Дейтерса (Лиманский, 1987), затеканием тока в структуры ядра Дейтерса (Егоров, Кузнецова, 1972), а также вторичными реакциями на механическую и электрическую травму ствола (локальная зона отека мозговой ткани, локальное нарушение микроциркуляции) (Смирнов, 1949), которые не обнаруживаются при используемом методе окрашивания срезов мозга.Цель настоящего раздела работы - динамический анализ пространственно-временной организации электрической активности мозга крыс при остром локальном повреждении ствола для изучения развивающихся при этом церебральных процессов компенсации (либо декомпенсации), с уточнением характера включения в них ОФК и гиппокампа. На спектрах мощности десинхронной составляющей ЭА выявлялись, как правило, два пика: в дельта-диапазоне и в тета-полосе, на частоте 6-7 Гц (рис. Электрическая активность и спектры мощности симметричных областей ОФК (Fd; Fs), поля СА1 гиппокампа (Hd; Hs) и ствола (St) мозга c неосложненным послеоперационным течением до (А), в первые (Б) и тридцатые (В) сутки после электролитической коагуляции латерального вестибулярного ядра Дейтерса слева: I - десинхронная составляющая; II - синхронная составляющая При этом в парах со стволом "лидирующей" (особенно на частот

Исследование адаптивно-компенсаторных реакций поврежденного мозга относится к числу фундаментальных научных проблем, актуальность которых с течением времени постоянно возрастает. Классические работы данного направления были посвящены, в основном, анализу общих принципов адаптивно-компенсаторной деятельности мозга (Павлов, 1951; Асратян, 1959; Анохин, 1954, 1958; Карамян, 1956). Эти представления были существенно дополнены данными о неспецифической (стрессорной) составляющей адаптивного процесса, обеспечивающейся активацией лимбико-ретикулярного комплекса (Вальдман, Цирлин, 1981; Фурдуй, 1986). В ряде работ исследовалась роль лимбических образований в формировании приспособительного поведения (Гращенков, 1964; Латаш, 1968; Ониани, 1980); обсуждались разные варианты развития последующих фаз восстановления нарушенных функций (Бехтерева, 1988; Подачин, Сидоров, 1983; Брагина с соавт.,1988).

В последние годы на первый план выступает изучение "частных" нейрофизиологических механизмов компенсации, обусловленных особенностями топографии церебрального поражения. Эта направленность исследований определяется потребностями клиники. Причем, успех работ данного направления все чаще связывается с разработкой адекватных клинике экспериментальных моделей, максимально полно воспроизводящих особенности той или иной патологии человека (Айрапетянц, Вейн, 1982; Айрапетянц, 1985; Айрапетянц с соавт., 1986; Jenkins et al., 1989; Kolb, 1990; Hiroshi et al.,1991; Matsumoto et al., 1991; Дупин с соавт., 1994; Плотников с соавт., 1994; Романова с соавт., 1994; Опитц; Саркисова, 1996; Айрапетянц, 1997; Саркисова, Куликов, 2000; Хаспеков с соавт., 2000; Gulyaeva et al., 2003; Uys et al., 2003). Экспериментальные исследования на животных позволяют выяснить общие принципы компенсации, определить материальную основу восстановительных процессов, а также проверить предположения, возникающие в ходе клинического наблюдения.

Особый интерес и большую медико-социальную значимость в этом плане представляет изучение нейрофизиологических механизмов восстановления при остром поражении стволовых структур мозга. Это связано с увеличением числа больных с сосудистым и травматическим стволовым поражением; кроме того, большее распространение получает оперативное лечение ранее неоперабельных опухолей стволовой локализации (Смирнова, 1986; Баркалая, 1991; Брагина с соавт., 1997).

К числу наиболее сложных вопросов в изучении процессов компенсации при остром стволовом повреждении относятся, например, специфика нейродинамических перестроек при разной степени стволового поражения, последовательность включения в процесс восстановления других мозговых систем и образований и т.д.

Многочисленные факты свидетельствуют о высокой значимости лимбической системы в формировании приспособительных реакций организма на изменения внешней и внутренней среды (Брагина 1966; Латаш, 1968; Ониани, 1980; Чепурнов, Чепурнова, 1981; Болдырева с соавт., 1995; Соллертинская с соавт., 2005). Однако, роль и специфика участия отдельных образований лимбической системы в экстремальных для организма ситуациях, изучена недостаточно. В свете данной проблемы чрезвычайно важны вопросы межполушарной асимметрии различных лимбических структур (Левшина с соавт., 1977; Glick et al., 1980; Квирквелия, 1987; Бианки с соавт., 1988; Ванециан, 1990; Чилингарян, Богданов, 1998; Sullivan, Gratton, 1999; Болдырева, 2000б; Павлова, 2001).

Результаты нейрофизиологических исследований у больных с опухолевым поражением мозга в послеоперационном периоде указывают на а) неоднозначность механизмов послеоперационного восстановления при разной степени поражения ствола, б) последовательное включение в эти процессы гиппокампа и лобных отделов полушарий (Шарова, 1999; Шарова с соавт., 1991, 1993, 1995). Дальнейшему развитию этих и других вопросов компенсации при остром повреждении ствола головного мозга, имеющих как теоретическое, так и практическое значение (связь с тактикой лечения) могут способствовать адекватные экспериментальные исследования на животных.

Целью настоящей работы было экспериментальное изучение нейрофизиологических механизмов процессов компенсации в случае острого повреждения стволовых структур головного мозга, с уточнением особенностей участия в послеоперационном восстановлении гиппокампа и орбитофронтальной коры как составляющих лимбической системы.

В рамках основной проблематики специальный интерес для нас представлял также анализ эмоциональных реакций оперированных животных. Это обусловлено тем, что по представлениям П.В.Симонова (2001) эмоциональном напряжении происходит естественная мобилизация энергетических ресурсов, что может сказывается, как на скорости компенсаторных процессов, так и на их течении. Хотя известно, что лимбическая система является основным регулятором мотивационно-эмоционального поведения млекопитающих (Нуцубидзе, 1969; Козловская, Вальдман, 1972; Хананашвили, 1972; Гасанов, 1974; Симонов, 1993, 2001), вопрос о степени участия отдельных ее структур в появлении эмоциональных реакций разной интенсивности и их знака до сих пор окончательно не выяснен. Поиск особенностей протекания эмоциональных реакций при повреждении стволовых структур и структур лимбической системы представляется важным для определения степени участия разных частей лимбической системы в компенсаторных процессах.

Для достижения поставленной цели решались следующие конкретные задачи: 1) Создать экспериментальную модель органического поражения ствола мозга крысы, максимально приближенную к клинике послеоперационной стволовой патологии человека.

Проследить (по широкому спектру неврологических, соматических и поведенческих показателей) динамику функционального состояния при разных исходах острого локального стволового повреждения мозга крыс.

Проанализировать изменения пространственно-временной организации электрической активности мозга крыс, сопровождающие процессы церебральной компенсации (или декомпенсации) при остром локальном повреждении ствола.

4) Сопоставить особенности развития острой локальной стволовой патологии мозга крыс с вариантами сочетанного стволово-гиппокампального и стволово- орбитофронтального церебрального повреждения, включая и разную латерализацию деструкции лимбических структур.

5) Провести сравнительный анализ эмоциональных реакций животных, сопровождающих локальное стволовое, а также варианты сочетанного стволово-гиппокампального и стволово-орбитофронтального повреждения мозга крыс.

Основные положения, выносимые на защиту

Разработанные экспериментальные модели а) локального электролитического разрушения ствола на уровне латерального вестибулярного ядра Дейтерса, б) сочетанного стволово-гиппокампального и стволово-орбитофронального повреждения мозга крыс могут быть использованы для изучения нейрофизиологических механизмов восстановления при острой локальной (опухоль) и множественной (черепно-мозговая травма) патологии мозга человека.

Системные компенсаторно-приспособительные реакции мозга крыс при одностороннем локальном стволовом повреждении находят наиболее яркое отражение в изменениях пространственно-временной организации тета-активности орбитофронтальной коры (ОФК), гиппокампа и интактного ствола: а) ранняя стволово-гиппокампальная синхронизация биопотенциалов на частоте 6-7 Гц с последующим вовлечением в этот процесс передних отделов коры характерна для выживших животных;

б) Формирование автономной гиппокампально-кортикальной системы возбуждения на частоте 4-5 Гц предшествует летальному исходу.

3. На основе морфофункциональных сопоставлений у животных с идентичным по объему электролитическим стволовым, стволово- гиппокампальным и стволово-орбитофронтальным разрушением установлено, что гиппокамп и ОФК играют важную и специфическую роль в адаптивно- компенсаторных процессах ЦНС при повреждении ствола мозга: а) функциональное состояние гиппокампа влияет на скорость обратного развития стволового патологического очага подкрепляя его в случае деструкции поля СА1;

б) ОФК участвует в послеоперационной гомеостатической регуляции, в частности, регуляции мозгового кровообращения, обеспечивая выживаемость животных в первые две недели после стволового повреждения.

4. Выявлена "прямая" и "обратная" связь между эмоциональностью животных и исследуемыми вариантами повреждения головного мозга. а) Установлена зависимость исхода локального стволового повреждения от уровня эмоциональности животных в дооперационном периоде: крысы с исходно повышенной эмоциональностью наиболее склонны к осложненному течению послеоперационного периода и летальному исходу;

б) При общей неспецифической тенденции к послеоперационному усилению эмоциональности животных, максимальные сдвиги имеют место при повреждениях "ствол - левая ОФК" и "ствол - правый гиппокамп".

Научная новизна. Создана устойчивая модель локальной стволовой патологии с воспроизводимыми, адекватными клинике стволового поражения человека, нарушениями состояния. Показана специфика участия гиппокампа и ОФК, а также их асимметричность в восстановительных реакциях мозга при остром стволовом повреждении. Выявлены особенности пространственно-временной организации биоэлектрической активности мозга крыс (интактных и со стволовой патологией) на основе внедрения приемов и показателей анализа ЭЭГ, используемых в исследованиях на человеке.

Научно- практическое значение

Разработанные модели для изучения острой стволовой, а также стволово-гиппокампальной и стволово-орбитофронтальной патологии могут быть использованы для решения теоретических и практических (лечение) проблем неврологической и нейрохирургической клиники.

Установлено, что исходный уровень эмоциональности, а также ее изменения при патологии есть важное звено восстановления при остром стволовом повреждении.

Выявленные в работе качественные и количественные показатели пространственно-временной организации ЭА мозга интактных крыс могут использоваться в качестве опорных в электрофизиологичских исследованиях разного направления: экспериментальная патология ЦНС, фарм- ЭЭГ и др.