Вікові особливості емоційно-больового стресу та вмісту мікро-і макроелементів у щурів під впливом загального охолодження

Національна академія наук України

Інститут проблем кріобіології і кріомедицини

КУТІКОВ Олександр Євгенович УДК: 616.89−008.19−053

547.17.049:615.832.9

Вікові особливості емоційно-больового стресу та вмісту мікроі макроелементів у щурів під впливом загального охолодження

03.00.19 — кріобіологія і кріомедицина

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук Харків — 2000

Дисертацією є рукопис Робота виконана у Харківському національному університеті ім. В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України та Інституті проблем кріобіології і кріомедицини Національної Академії наук України Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор Бондаренко Валерій Антонович, Інститут проблем кріобіології

і кріомедицини НАН України, завідуючий відділом кріо;

фізіології клітини; Харківський національний університет, завідуючий кафедрою фізіології людини та тварин.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор Бабійчук Георгій Опанасович, Інститут проблем кріобіології

і кріомедицини НАН України, завідуючий відділом кріофізіології;

доктор біологічних наук, професор Гладкова Алла

Іванівна, Український НДІ фармакотерапії ендокринних захворювань ім. В. Я. Данилевського, завідуюча лабораторією репродуктивної ендокринології

Провідна установа: Харківський державний медичний університет Міністерства охорони здоров’я України, кафедра нормальної фізіології.

Захист відбудеться 19 вересня 2000 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 64.242.01 при Інституті проблем кріобіології і кріомедицини НАН України (61 015, м. Харків- 15, вул. Переяславська, 23).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, 61 015, м. Харків, вул. Переяславська, 23.

Автореферат розісланий 17 серпня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої Вченої ради, доктор медичних наук, професор А.М. Гольцев

Загальна характеристика роботи Актуальність теми. Дослідження гіпотермії в останні роки набувають все більшої актуальності у зв’язку із розвитком медицини екстремальних станів, для попередження стресів, негативних наслідків гіпоксії, для холодового наркозу, краніоцеребральної гіпотермії (Бабійчук Г. О. з співавт., 1990; Selden et all., 1994; Sessler, 1995, і ін.). Потужний імпульс у дослідженні різних її аспектів і перспективах застосування припадає на 70−80 рр. (Пушкарь М.С., Білоус А.М., 1975; Грищенко В.І, 1978, 1999, і ін.). Здійснено фундаментальні дослідження впливу гіпотермії на стан гормонів та медіаторів (Alexander G et al., 1972), мембранних (Білоус А.М., Бондаренко В. А. 1982), нейрохімічних (Г.О.Бабійчук, М.І. Шифман, 1989.)та нейрофізіологічних процесів охолодженого мозку (Г.О. Бабійчук, В. С. Марченко, І.І. Ломакін, А.В.Білостоцький, 1992), холодового стресу на біологічні (Цуцаєва А.А., Мікулинський Ю.Є. і ін., 1991), імунологічні системи (Гольцев А.М., Останкова Л. В., 2000) і ін. Запропоновано основи проектів використання гіпотермії у лікувально-профілактичній (праці Інституту проблем кріобіології і кріомедицини НАН України) та аварійно-рятувальній медицині (Тимофєєв М.М., Прокоп'єва Л.П., 1997 і ін.).

Однак, відомо, що значне зниження температури тіла супроводжується зрушеннями у церебральних функціях, з ультраструктурними змінюваннями тканин мозку, порушенням і дезорганізацією енергетичного апарату, білкового синтезу, синаптичної передачі (Павлов І.Ю., 1998). Повернення ж після цього до нормотермії не забезпечує повного відновлення діяльності центральної нервової системи і компенсації порушених функцій, і в першу чергу, компонентів нервової тканини, що відповідають за передачу і проведення нервових імпульсів. Тому гостро стоїть питання пошуку оптимальних методів охолодження з метою мінімізації пошкоджень холодом та винайдення таких, що забезпечували б підвищення та активізацію захисних функцій організму при дії різних шкідливих факторів та екстремальних обставин, особливо розповсюджених зараз емоційно-стресових станів. Відомо, що емоційно-стресові стани, особливо гострий вплив яких спостерігається у дитячому та пубертатному віці, в умовах нестабільності нейрорегуляторних систем, є патогенетичною основою багатьох тяжких захворювань, у тому числі і нервово-психічних; вони ускладнюють перебіг хвороб, викликаючи порушення в різних системах організму. Дослідження емоційного стресу торкаються здебільшого тих чи інших окремих, функцій, органів чи систем (Тепермен Дж., Теппермен Х., 1989; Меєрсон Ф.З., 1993; Судаков К. В. 1996; Гладкова А.І., 1997, Рочас С. В., Подвигіна Т.Т., 1998; Зарецький Д. В., Каленікова Е.І., Ліванова Л.М. і ін., 1999), що не дає достатньо узагальненого уявлення про цілісну реакцію організму на стресорний фактор. Інтегративна роль нервової системи у цих реакціях, у розвитку адаптаційних та компенсаторних процесів на молекулярному, клітинному, органному і системному рівнях при екстремальних (стресорних) станах є загальновизнаною (Судаков К.В., Юматов Е. А., 1995, Саркісов Д.С., 1993). Одним із пріоритетних у цій системі місць в підтримці на належному рівні гомеостазу, теплорегуляції і ін., належить емоціогенним структурам мозку, і в першу чергу, гіпоталамусу (Писарєв В.Б., Туманов В. П. і ін., 1996). Важливим у вивченні впливу загального охолодження та емоційного стресу на тварин є визначення рівня мікрота макроелементів, які, будучи активними центрами, активаторами ферментів, складовими гормонів, біологічно активних речовин, забезпечують нервову передачу, біоенергетичні метаболічні і ін. процеси. (Хенніг А., 1976, Райцес В. С., 1981 Авцин А. П. і ін., 1991).У доступній вітчизняній та зарубіжній літературі досліджень про дію загального охолодження та особливості емоційно-больового стресу під впливом такого охолодження тварин, що поєднували б етологічний, нейрофізіологічний, біохімічний та морфологічний аналіз, ми не зустріли. Такі дослідження важливі у віковому аспекті: для визначення особливостей реактивності тварин на помірне загальне охолодження, емоційно-стресових розладів і ролі в їх перебігу гіпотермії, залежно від функціонального стану, ступеня зрілості нейрорегуляторних систем організму та з метою диференційних адекватних підходів до корекції порушень, викликаних стресом. Перспективним з цього погляду виявляється вивчення фізіологічного ефекту гіпотермії у температурному діапазоні оптимальної життєдіяльності організму, при субнормальній температурі тіла, коли не виникають необоротні морфологічні пошкодження тканинних структур.

Зв’язок роботи з науковими напрямами, планами, темами. Роботу виконано за науковим напрямом кафедри фізіології людини та тварин Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна — віковою фізіологією, шифр НДР — 22.16.95, № держреєстрації - UA 1 008 704Р, де автор мав самостійний розділ, а також за проблемою 2. 28. 7. 4, шифр НДР — 2. 2. 6. 86, що розроблялась Інститутом проблем кріобіології і кріомедицини НАН України.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи — порівняльна оцінка у віковому аспекті нейробіологічних особливостей і вмісту біоелементів (БіЕ) — мікроі макроелементів — при загальному помірному охолодженні тварин, емоційно-больовому стресі, особливостей емоційно-больового стресу і вмісту БіЕ під впливом загального охолодження. Задачі роботи: 1) вивчення впливу загального охолодження на поведінку тварин, функціональний стан церебрального електрогенезу, рівень БіЕ у структурах мозку та внутрішніх органах і морфофункціональні особливості головного мозку і надниркових залоз щурів пубертатного та статевозрілого віку; 2) вивчення впливу емоційно-больового стресу на ці нейробіологічні показники у щурів різного віку; 3) дослідження вікових особливостей емоційно-больового стресу, вмісту БіЕ у органах і тканинах та морфофункціональних характеристик структур головного мозку і надниркових залоз під впливом превентивного загального охолодження щурів. Об'єкт дослідження — вплив помірного загального охолодження щурів на функціональний стан систем організму. Предмет дослідження — направленість впливу помірної гіпотермії у віковому аспекті на прояви емоційного стресу, вміст БіЕ.

Методи дослідження. Тест «відкритого поля», загальне періодичне охолодження, стереотаксична техніка, формування стресу, ЕЕГ, визначення БіЕ, пломенева і атомно-абсорбційна спектрофотометрія, нейрогістологія, статистичні методи.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше у віковому аспекті проведено комплексні системні дослідження впливу періодичного загального охолодження на тварин у помірному режимі. Вперше проведено дослідження впливу попереднього помірного загального охолодження на особливості реактивності тварин пубертатного та статевозрілого віку на емоційний стрес. Показано і спільні особливості, і відмінності реактивності щурів пубертатної і статевозрілої групи під впливом охолодження, стресу та проявів стресу на тлі попереднього охолодження (у поведінкових реакціях, функціональному стані структур церебральної регуляції функцій, у динаміці біоелементів, морфофункціональних показниках).

Вперше показано, що попередня помірна гіпотермія зменшує негативні прояви емоційного стресу, знижуючи внутрішню функціональну напруженість, викликану стресом, протидіючи порушенню балансу мікроі макроелементів, пошкодженню тканини мозку і надниркових залоз. Тобто, гіпертермія сприяє зниженню неспецифічної реактивності організму і підвищенню неспецифічної резистентності тварин, що з високим ступенем вірогідності більше притаманне щурам пубертатного віку, ніж дорослим.

Доповнено існуючі знання вперше проведеним у віковому аспекті комплексним дослідженням впливу емоційного стресу на рівнях формування різних систем цілісної реакції організму: поведінковому, нейрофізіологічному — з вивченням функціонального стану механізмів церебральної регуляції, нейрохімічному — з визначенням динаміки рівня біоелементів у структурах мозку, морфологічному — з виявленням морфофункціональних особливостей головного мозку і надниркових залоз, а також вивчення стану біоелементів у сироватці крові та деяких внутрішніх органах, які входять до різних фізіологічних систем організму і характеризують їх функціональний стан.

При дії стресогенних факторів у дорослих щурів переважають змінювання деструктивного характеру, що, можливо, пояснюється наявністю у них вже сформованих і усталених функціональних систем з жорсткими взаємозв'язками, низькою ентропією їх механізмів і важкістю або неможливістю швидкої реорганізації цих систем при дії різних подразників На основі аналізу одержаних на різних системних рівнях результатів представлено експериментальне обґрунтування з одного боку підвищеної чутливості і ураженості механізмів реакцій у тварин пубертатного віку до дії негативних, стресогенних факторів, а з другого — більш високого ступеня їх ентропії, що забезпечує їх функціональну пластичність і більш широку можливість у реалізації захисних чи адаптаційних процесів, порівняно із статевозрілими.

Практичне значення одержаних результатів. Виявлені вікові особливості реактивності щурів на дію стресу та гіпотермії є передумовою для розробки і використання методичних підходів до попередження або пом’якшення негативних впливів і наслідків, емоційного стресу, у тому числі і формування пароксизмальних реакцій у відповідь на дію екстремальних факторів і ситуацій. Одним із таких підходів може бути застосування загального охолодження як профілактичного засобу у зниженні неспецифічної реактивності та підвищенні загальної резистентності організму до стресогенних подразників, особливо у дитячому віці. Застосування таких підходів може мати високий медично-економічний ефект. Теоретичні аспекти результатів дослідження використовуються у навчальному процесі курсу фізіології людини та тварин на біологічному факультеті Харківського національного університету ім. В.Н.Каразіна, а також результати відносно високої неспецифічної реактивності на дію стресу у пубертатному віці використовуються у клініці дитячої психоневрології Українського НДІ клінічної та експериментальної неврології і психіатрії.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є самостійним дослідженням автора. Ним особисто сформульовано мету і визначено задачі роботи, розроблено (сумісно із Нікішковою І.М., аспірантом кафедри фізіології людини і тварин біологічного факультету ХНУ) і реалізовано оригінальну методику загального охолодження щурів у помірному режимі (ректальна tо = 37,0 ± 0,3 0 С при навколишній tо = 10±10С), самостійно проведено експерименти, здійснено аналіз спостережень і інструментальних досліджень, статистично опрацьовано результати, обговорення, інтерпретація, узагальнення і висновки, які ґрунтуються на власних результатах та на даних із літературних джерел.

У сумісних наукових публікаціях співавторам належить визначення вмісту біоелементів (методика) і морфологічні дослідження (методика, фотографування зрізів для ілюстрацій).

Апробація результатів дисертації. Результати роботи оприлюднені на Українському з'їзді неврологів, психіатрів і наркологів (1997 р., м. Харків), на Пленумі Науково-практичного товариства неврологів, психіатрів та наркологів України (1997 р., м. Харків), на 1 Конґресі Української протиепілептичної ліги, (1997, м. Одеса), на Міжнародній науково-практичній конференції «Розвиток ветеринарної науки в Україні: здобутки та проблеми», (1997, м. Харків), на науковій конференції студентів та аспірантів Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна (1999 р.).

Публікації. З матеріалами дисертації опубліковано 10 робіт, з них у фахових наукових біологічних та медичних журналах і збірнику — 8 статей. Три публікації самостійні.

Обсяг і структура дисертації. Дисертацію викладено на 193 сторінках машинопису, з яких ілюстрацій 53 сторінки, і складається із вступу, огляду літератури, чотирьох розділів власних досліджень, заключної частини, висновків. Список використаної літератури становить 265 джерел, із них 175 вітчизняних та країн ближнього зарубіжжя і 90 іноземних. Робота ілюстрована 18 таблицями, 35 рисунками.

Зміст роботи Матеріал і методи дослідження. В основу роботи покладено результати досліджень у хронічному експерименті на 123 щурах-самцях лінії Вістар, пубертатного та статевозрілого віку, що у щурів відповідає відповідно трьом (вагою 120−180 г) та шести місяцям (250−300 г). Проведено 4 серії експерименту на 8 групах (4 контрольні та 4 експериментальні).

Для вирішення поставлених задач застосовано комплекс методик: тест «відкритого поля «- для визначення ступеня емоційної реактивності тварин; формування емоційного стресу шляхом електричного больового подразнення кінцівок щурів; стереотаксичне вживляння електродів у різні структури мозку за координатами Є. Фіфкової та Д. Маршалла (Буреш Я. і ін., 1965), з урахуванням вікових особливостей (Гармаш Т.І., 1987); електроенцефалографія (8-канальний електроенцефалограф «Neurofax», фірми «Nihon Kohden) — для дослідження функціонального стану головного мозку; оригінальна методика загального періодичного охолодження тварин при t°=10±10С (Кутіков О.Е., Нікішкова І.М., 2000); пломенева фотометрія (фотометр ПАЖ-2), атомно-абсорбційна спектрофотометрія (спектрофотометри ААСФ «Сатурн» та СФ К-120.1) — для визначення вмісту біоелементів у структурах головного мозку, сироватці крові, внутрішніх органах і для виявлення змін в нервовій регуляції, енергетичних та обмінних процесах; нейрогістологічні методики: фарбуванням препаратів за методами Ніссля і Ван-Гізона — для оглядового аналізу морфофункціональних особливостей головного мозку та надниркових залоз і гістохімічний — для якісної характеристики стану загального білка за Мезіа і нуклеїнових кислот.

Обробку одержаних даних здійснювали на ПК, з визначенням спектральної потужності ЕЕГ за методом швидкої перебудови Фур'є; вірогідність відмінностей між порівнюваними групами визначали за методом Ст’юдента та точним методом Фішера (Кузнєцов В.К., 1978).

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Одержані результати комплексного дослідження дії на тварин помірного загального охолодження, емоційно-больового стресу, та впливу попередньої загальної гіпотермії на прояви стресу, виявили вікові особливості і ознаки неспецифічної чи специфічної реактивності організму на різних рівнях: цілісної поведінки, церебрального електрогенезу, процесів обміну, оцінюваних за рівнем біоелементів і морфофункціональних показників. Результати дослідження не виявили вірогідних відмінностей між групами тварин за емоційною реактивністю згідно з виконаним попередньо тестом «відкритого поля».

Загальне охолодження щурів обох вікових груп здійснювали у періодичному режимі у холодильній камері з індивідуальними клітками (з метою запобігання можливості групового зігрівання тварин) при t o = 10 ±10С по одній годині протягом трьох днів, у один і той же час доби. Вимірювання ректальної температури, яка у інтактних тварин 38,6о С, зафіксувало її зниження при гіпотермії у обох вікових групах у середньому: у пубертатній в перший день — на 1,80 С, другий — на 1,40 С, третій — на 0,80С; і у статевозрілих відповідно на 1,50 С, 1,60 С і 1,10 С. Причому, більш висока температурна реактивність і чутливість у перший день гіпотермії були виразнішими у щурів пубертатної групи, з меншою низпадаючою різницею між початковим і кінцевим значеннями при наступних охолодженнях. У статевозрілих щурів у перший день гіпотермії зниження температури було меншим, і при наступних охолодженнях різниця її була більшою, ніж у молодшій групі, що вказує на більшу інертність механізмів теплорегуляції і усталеність її функціональної системи у дорослих тварин.

За даними ЕЕГ у 3-місячних тварин гіпотермія супроводжувалася реорганізацією церебрального електрогенезу, і в першу чергу, гіпоталамо-лімбічних утворень з пригніченням пароксизмальної, епілептиформної активності, якщо вона була у вихідній ЕЕГ, уже після першої гіпотермії. Потужність спектру ЕЕГ зростала у діапазоні альфаі тета-ритму. Гіпотермія у молодих щурів викликала різноспрямовані зміни електрогенезу структур мозку, підвищуючи активність неокортексу (НК) і посилюючи гальмівні процеси у інших структурах, особливо у гіпоталамусі (ГПТ), пригнічуючи епілептиформну активність, якщо вона була у вихідній ЕЕГ, із проявами ЕЕГпаттерну пасивного неспання, уривків повільного сну, що корелювало із зростанням спектральної потужності у діапазонах альфа,-тета-, дельта-коливань. Різновекторною була в НК і динаміка більшості досліджуваних біоелементів (БіЕ), із вірогідним зниженням К і Na (р< 0,01) і підвищенням Mg, Cu (р< 0,01). У ГПТ спостерігалося зниження К, Ca, Mg, і зростання Cu (р< 0,001), що може свідчити про ослаблення активуючої дії К і Na на АТФ і, отже, уповільнення обмінних процесів, про порушення у КNa насосі, у передачі нервового імпульсу. Підвищення Mg та Cu у НК сприяло зростанню активності окислювальних ферментів та зниженню збудливості НК і ГПТ, що підтверджується і даними ЕЕГ-показників та поведінковими реакціями.

Гіпотермія сприяла підвищенню чи зниженню рівня окислювальних процесів, про що можна судити по різнонаправленим змінюванням вмісту певних БіЕ у внутрішніх органах щурів пубертатної групи. В найбільшому ступені це спостерігалося у легенях, з їх підвищенням і зниженням Cu (р< 0,001); у печінці, із зниженням макроелементів (МаЕ)і зростанням мікроелементів (МіЕ) (р< 0,001); декілька менше була динаміка БіЕ у нирках, де відзначалося зростанням Mg і зниження Cu та Zn (р< 0,05−0,01) та у серці із зниженням МаЕ і зростанням МіЕ. У сироватці крові зростали МаЕ — К і Са, та МіЕ — Cu і Mg (р< 0,001). А, як відомо, зростання Mg у сироватці крові у свою чергу посилює гіпотермію, отже і енергетичні витрати.

Морфологічні показники стану НК і ГПТ щурів пубертатної групи свідчили про високу функціональну активність нейронів, з їх поліморфізмом та гіперхромією, особливо у ГПТ, поряд із цим тут спостерігалися порушення чіткості вертикальної та горизонтальної упорядкованості клітин, подекуди нейрональні випадання. Тканини надниркових залоз характеризувалися також виразними ознаками високої функціональної активності, зокрема у мозковому шарі. У сітчастій зоні, поряд із показниками підвищеної діяльності клітин, спостерігалися явища пошкодження.

Загальне охолодження дорослих щурів, як і у тварин пубертатної групи, супроводжувалось реорганізацією церебрального електрогенеза такої ж спрямованості, але дещо у меншому ступені - переважанням гальмівних процесів, пригнічуванням епілептиформної активності, якщо вона була у вихідній ЕЕГ. На відміну від пубертатної групи знижувалося утримання всіх МаЕ і у НК, і у ГПТ (р< 0,05−0,01), а МіЕ — всіх у ГПТ і у НК тільки Mg. У віковому аспекті, у статевозрілих тварин відзначалися більшою динамікою балансу МаЕ і НК, і ГПТ, а зміни балансу МіЕ також були виразнішими у статевозрілих у ГПТ (р< 0,05−0,001). Із внутрішніх органів у старшій віковій групі вищою реактивністю, ніж у пубертатній групі, відзначалася печінка із високою вірогідністю зниження усіх МаЕ і зростанням вмісту МіЕ (р< 0,05−0,001), легені із зростанням К, Na, Cu, Zn та зниженням Ca і Mg (р< 0,001). Дещо нижчою, порівняно з печінкою та серцем, у дорослих була реакція селезінки: зниження Na і Mg та зростання Ca, Zn, Cu (р< 0,01). У сироватці крові змінювання, порівняно з пубертатною групою, були виражені слабше, причому у статевозрілих більше змінювалися К, Na, Cu, а у пубертатній — К, Ca, Mg і Cu (р< 0,05−0,001). А от активність церулоплазміну і у дорослих, і у молодих тварин під впливом загального охолодження майже не змінювалась.

Морфологічно дія холоду мало відбивалася на функціональному стані та структурних змінах НК дорослих щурів. У ГПТ спостерігалося помірне підвищення функціональної активності, виявлялися нейрони у різному функціональному стані - у стані спокою, або з підвищеною чи високою функціональною активністю; таких нейронів, що характеризувались би високим ступенем напруженості, було мало. У пубертатній групі спостерігалася більша кількість гіперхромних нейронів, що характеризує високу функціональну активність структури. На стані надниркових залоз дія охолодження позначилася значно виразніше: у обох групах були ознаки функціональної напруженості і ушкоджень, більше у сітчастому шарі, що свідчить про виражений процес голокринії.

Таким чином, гіпотермія у вищенаведеному температурному режимі за даними ЕЕГ сприяла активації сомногенних структур, зокрема гіпоталамічних, розвитку гальмівних процесів, що можна розцінювати як охоронне гальмування. Змінювання балансу БіЕ у НК та ГПТ, печінці та легенях і інших органах, свідчить про перерозподіл їх вмісту і акцентів у реорганізації окислювально-відновних, обмінних енергетичних процесів, з переважним пригніченням їх інтенсивності. Висока динаміка МаЕ і МіЕ у печінці, серці та легенях у статевозрілих щурів свідчить про більшу навантаженість у цьому віці на системи теплопродукції, судинну, дихальну, тобто про високу специфічну реактивність на дію холоду. Такий компенсаторний ефект може бути викликаним уповільненням енергетичних та обмінних процесів для реалізації адаптивного процесу. У пубертатній групі, незважаючи на зниження ступеню епілептиформних проявів під дією гіпотермії, все ж переважає активність механізмів неспецифічної реактивності.

Дія емоційно-больового стресу. При дослідженні враховували емоційну ре-активність тварин: активних та пасивних (вигляді голосових, неврозоподібних проявів) оборонних реакцій, рухової поведінки, реакції уникання больового подразнення, частоту мимовільних фізіологічних відправлень як вегетативного показника наявності емоційного стресу. Із загальної кількості поведінкових реакцій на електричне больове подразнення кінцівок у щурів пубертатної групи 30,8% становили епілептиформні.

При цьому, у емоціогенних структурах мозку, гіппокампі (ГППК) та мигдалевидному комплексі (МК), що до того ж мають низький поріг виникнення судорожної активності, особливо у пубертатному віці, коли існує нестійкість нейрогормональної регуляції, характерним було формування динамічного ЕЕГ паттерну з епілептиформною активності - електрографічним корелятом цих поведінкових реакцій. Така активність мала високий ступінь вираженості і складності структури частотно-амплітудних характеристик, з вірогідним зростанням спектральної потужності ЕЕГ. у ГПТ визначались нестабільність електрогенезу, чергування процесів активації і гальмування, поява або посилення ЕЕГ-корелятів поведінкової епілептиформної активності. Отже, стрес у 3-місячних щурів супроводжувався реорганізацію церебрального електрогенезу, із формуванням ЕЕГ-пароксизмів у системі НК-МК-ГПТ, яка відіграє важливу роль у особливостях поведінки тварин (Чепурнов С.А., Чепурнова Н. Е., 1981) і, за виразом А. А. Ухтомського, визначає своєрідність «вектора поведінки» в умовах негативного емоційного впливу. При цьому у НК спостерігалось з високою вірогідністю (р< 0,001) зниження вмісту всіх БіЕ, за виключенням цинку, а у ГПТ зростання К, і Zn та зниження Ca і Mg (р< 0,05−0,001) (табл. 1). Найвиразніші змінювання вмісту БіЕ у внутрішніх органах щурів пубертатної групи спостерігалися після стресу у серці, селезінці і нирках із високовірогідним (р< 0,001) зниженням і мікро-, і макроелементів; у сироватці ж крові, напроти, утримання усіх БіЕ зростало (р< 0,001), за виключенням стабільності Na, тобто відбувався перерозподіл БіЕ з посиленням змін у серцево-судинній та ендокринно-видільній системах. За морфологічними даними у структурах мозку, НК та ГПТ, що беруть участь у регуляції емоційної сфери, у НК переважали показники високої функціональної активності і напруженості, поліморфізм нейронів з переважанням гіперхромних, особливо у сенсомоторній корі, з порушенням їх орієнтації та упорядкованості, ділянки нейрональних випадань. Спостерігалися явища перицелюлярного та периваскулярного набряків. У м’якій мозковій оболонці - повнокров’я судин, розрихлення. Старіші утворення мозку — лімбічна кора — була більш схороною, але визначалася тенденція до дистрофічних процесів. У ГПТ щурів пубертатного віку переважали показники функціонального напруження, з чітко структурованими нейронами і вакуолізацією цитоплазми. Ядра нейронів мали хвилясту поверхню, що свідчить про зростання їх контакту з цитоплазмою і вказує на високу інтенсивність процесів синтезу, визначалося виразне зростання міжнейронних контактів. Ці показники є ознакою реорганізації і посилення функціональної активності ГПТ під впливом стресу, як структури, що має безпосереднє відношення до церебральної регуляції загальної активності, емоційної, вегетативної сфери. Для надниркових залоз були характерні і ознаки функціональної напруженості, і пошкодження і на тканинному, і на клітинному рівні: характерні ознаки постспазматичного стану судин у ендотелії капсули, порушення меж клубочкової і пучкової зон з клітинною інфільтрацією, гіпертрофія кори і мозкової речовини з крововиливами у глибоких шарах; спостерігалась деформація клітин з гіперхромією ядер, випаданням їх у просвіт судин, деліпідізація клітин коркового шару, вакуолізація цитоплазми клітин у мозковому шарі з гіперхромією ядер секреторних та гангліозних клітин, поряд із аутолізом інших. Таким чином, виявлені функціональні і деструктивні процеси у надниркових залозах, у сукупності з показниками порушення електрогенезу мозку та стану динаміки біоелементів у органах та тканинах тварин свідчили про стресогенну дію на тварин пубертатної групи емоційно-больового подразнення з напруженням і порушенням регуляції у різних системах організму, і в першу чергу — у нервовій регуляції.

На статевозрілих щурів вплив стресу позначався у меншому ступені і у поведінкових реакціях, де епілептиформна реактивність становила 20% (рис.1), і у електрографічних корелятах. Спостерігалися періодичні змінювання функціонального стану головного мозку, що супроводжувалося дифузною синхронізацією чи десинхронізацією, з відповідними змінами потужності спектру ЕЕГ. Більшою динамікою ЕЕГ-спектру у статевозрілих щурів відрізнявся НК. З’являлися або посилювалася, якщо були у вихідній ЕЕГ, пароксизмальна активність з акцентом генерації цієї активності більше у гіпоталамо-лімбічних структурах з залученням НК, з міграцією у часі фокусу її формування по церебральним утворенням.

Ступінь вираженості епілептиформної активності у статевозрілих щурів був значно вищим, порівняно із пубертатною групою. Таким чином, у старшій групі тварин стрес порушував корково-підкоркові взаємовідношення, змінюючи функціональний стан церебральних регуляторних механізмів; у пубертатній групі характер реактивності на стресогенний вплив визначала висока збудливість лімбічних структур мозку з судорожною реактивністю. Вміст БіЕ у структурах мозку дорослих щурів під впливом стресу (табл. 1) відзначався різноспрямованістю: у НК — високо-достовірне зростання МаЕ, К Na і Mg (відповідно р< -0,001; р< 0,05), зі зниженням Zn і Cu (р< 0,05), а у ГПТ — навпаки, зниження МаЕ Na і Ca, і також зниження МіЕ — Zn і Cu (відповідно р< 0,01 і 0,001); у порівнянні із змінами БіЕ у молодих тварин, процес був протилежної спрямованості і у НК, і У ГППК. Із внутрішніх органів у дорослих тварин вплив стресу найбільше позначився на динаміці БіЕ нирок, де спостерігалося зниження макрота мікроелементів (р< 0,01−0,001), і у серці, тільки з підвищенням утримання К (р< 0,001). У печінці дорослих спостерігалося падіння вмісту К і Na (р< 0,001) і МіЕ Mg і Cu (р< 0,05−0,001), а у сироватці крові Na і Са (р< 0,05−0,001) і Mg (р< 0,001) і збільшення Cu (р< 0,001). У легенях значно знижувались Ca, Mg, Zn (р< 0,01−0,001). Зовсім була інертною селезінка, яка у пубертатній групі, поряд із серцем та дещо менше, з нирками, навпаки, відзначалися найвищою реактивністю. У дорослих визначалась висока активність церулоплазміну (р< 0,001)), яка у щурів пубертатного віку була набагато нижчою.

Морфологічні показники структур головного мозку дорослих тварин, у порівнянні з щурами молодшої групи, в результаті дії стресу характеризувалися більш вираженою структурно-функціональною дезорганізацією і деструктивними змінами на тканинному і клітинному рівнях. У молекулярному шарі НК визначався білковий набряк, в медіальній корі - периваскулярний, перицеллюлярний та субпіальний набряки, спостерігалися дистрофічні та деструктивні явища у сенсомоторній корі, асоціативній зоні з порушенням осьових дендритів, з нейрональними випаданнями. У лімбічній корі були ознаки набряку, явища агрегації у судинному сплетінні, глобулярні утворення, що може свідчити про зміну реологічних властивостей крові, викликаних стресом. Для ГПТ було характерним переважання гіперхромних деформованих нейронів з вакуалізованою цитоплазмою, багато «клітин-тіней». У надниркових залозах також більші структурні зміни руйнівного характеру виявлялися у дорослих щурів. Таким чином, за даними ЕЕГ і динаміки БіЕ у пубертатній групі стрес більше позначався на функціональному стані коркових і гіпоталамічних механізмах церебральної регуляції активності, нейроендокринної, серцево-судинної, кровотворної та видільної систем з достатньо вираженими, за даними морфо-функціональних досліджень, компенсаторними можливостями.

Динаміка біоелементів у структурах головного мозку щурів

У статевозрілих більший вплив стресу за даними ЕЕГ, вмісту БіЕ, морфологічними показниками виявляється у неокортексі, і, в першу чергу видільної, а також серцево-судинної систем. Гіпотермія справляла також специфічну дію, викликаючи зміни у органах, прямо пов’язаних із теплопродукцією — у печінці, корі надниркових залоз, які неспецифічно реагують на різні стреси.

Попереднє загальне охолодження молодих щурів, судячи по поведінковим реакціям, полегшувала відповідну реакцію організму на дію стресу: знизилась епілептиформна реактивність від 30,8% (після стресу) до 12,1% (після стресу з попереднім охолодженням), натомість підвищились здатність до оборонної поведінки (рис. 1) і реакція запобігання стресогенного подразнення. У електричній активності головного мозку стрес з попередньою гіпотермією не провокував генез епілептиформної активності у такому ступені, як це спостерігалося без гіпотермії. Епілептиформна електрична активність не реєструвалася навіть на тлі дрімоти та сну тварини, тобто, у перехідних, нестабільних функціональних станах головного мозку, коли, як відомо, висока судорожна готовність церебральних структур виявляється електрографічно. Вірогідність таких змін відображають дані спектральної потужності ЕЕГ. Судячи з цих показників, гіпотермія в першу чергу впливала на лімбічні структури мозку — ГППК і МК, із підвищенням порогів виникнення в них епілептиформної активності, змінювала функціональний стан головного мозку, сприяючи нормалізації церебрального електрогенезу і регуляції функцій. На ЕЕГ це відповідало процесам активації у НК, більш чіткої організації електрогенезу у ГПТ, протидії генералізації епілептиформної активності, яка виникає при негативних подразненнях різної модальності. Спостерігалося формуванням паттерну ЕЕГ, характерного для інтактних тварин, процеси електрогенеза супроводжувалися нормалізацією показників спектральної потужності церебральних структур, у порівнянні з дезорганізацією їх при дії стресу. За даними аналізу рівня БіЕ у тварин пубертатної групи під впливом стресу при попередній гіпотермії (табл. 1) у НК відбувається високовірогідне зниження К і Na та МіЕ Mg і Cu (відповідно р<0,001, р<0,01), і у більшому ступені, ніж після стресу. Одночасно у ГПТ спостерігалося зниження вмісту всіх БіЕ — і МаЕ, і МіЕ (р< 0,001), які при дії стресу зазнавали різновекторних змін з вірогідним зростанням К і Na (р< 0,001), та зниженням вмісту Mg (р< 0,001) і зростанням Zn (р< 0,001).

Із внутрішніх органів молодих щурів найвищою реактивністю у цій постановці експерименту відзначалися легені і печінка. У легенях відбувалося високовірогідне тотальне зниження утримання усіх БіЕ (р< 0,05−0,001), вміст БіЕ у печінці зазнавав зниження К (р< 0,05−0,001) і зростання Na і Са (р< 0,001) та всіх МіЕ (р< 0,05−0,001). Дещо нижчою була динаміка досліджуваних БіЕ із зниженням К, Na та Mg і Zn у серці (р< 0,01−0,001) і Са, Mg, Zn у нирках (р< 0,001) і з підвищенням у нирках вмісту Na і Cu (р< 0,001). У селезінці зростали Са і Na, Mg і Zn (р< 0,001) (р< 0,05−0,001), а у сироватці крові - Са, Mg і Cu (р< 0,001), у той час як стрес провокував зниження і мікро-, і макроелементів у першу чергу у серці, селезінці і, слабше, у нирках (р< 0,05−0,001).

У тварин пубертатної групи при передуючій стресу гіпотермії деструктивних явищ, як і гіпертрофічних, у структурах мозку відмічено не було, спостерігались ознаки їх підвищеної функціональної активності. Переважали гіперхромні нейрони, відмічалася легка звивистість м’якої мозкової оболонки, межі шарів мозку були достатньо чіткими, вертикальна упорядкованість і колончастість шарів були непорушеними. У ГПТ нейрони характеризувалися крайнім поліморфізмом: поряд із «таючими» і різко гіперхромними, спостерігалися і нормохромні, із центрально розташованими, зміщеними, або ж подвоєними ядерцями. Відмічалися вакуолізація клітин, саттелітоз. Виразними і численними були міжклітинні контакти, дендрити багатьох нейронів простежувалися на великому протязі. Такі показники свідчать про високу функціональну активність мозкових структур, реорганізацію їх діяльності, з ознаками адаптивних процесів. У надниркових залозах після стресу на тлі попередньої гіпотермії відмічалися звивистість і невеликі розрихлювання капсули. Клубочкова зона чітко контурувала з сусідніми, в ній спостерігалися залозисті трубочки, зберігав вертикальну упорядкованість, визначалася помірна деліпідізація. Подекуди спостерігалися явища гемосидерозу — сліди крововиливів. Взагалі ж у тканинах надниркових залоз переважали зміни, характерні для функціональної напруженості, що було більш притаманним сітчастому та, менше, мозковому шарам.

У статевозрілих щурів превентивна гіпотермія відносно поведінки також сприяла трансформації характеру реактивності на стресогенний фактор: зниженню епілептиформних реакцій від 20,0% (після стресу) до 5,3% (після стресу з попереднім охолодженням) і підвищенню оборонних, тобто спостерігалося зростання ступеня активної протидії стресовому впливу (рис. 1). Були виявлені особливості характеру електрогенеза у щурів після стресу з превентивною гіпотермією: у гострому після стресу періоді на ЕЕГ спостерігалося деяке посилення елементів епілептиформної активності з подальшим її пригніченням. На відміну від високої активності гіпоталамо-лімбічних структур мозку, особливо ГПТ і ГППК, з формуванням високоамплітудних ЕЕГ-пароксизмів, гострої епілептиформної активності в умовах стресу, при превентивній гіпотермії вони були відсутні. Визначалися просторово-часова реорганізація електрогенезу, нормалізація паттерна ЕЕГ з переважанням коливань б-, вта и-діапазонів, підтверджені вірогідними змінюваннями спектральної потужності. У ГППК та ГПТ реєструвалася переважно бта и-активність, але активність МК була дещо підвищеною з генерацією поліморфних пароксизмів змішаної структури. Стресове подразнення у групі статевозрілих тварин при попередній гіпотермії (табл. 1) характеризувалося схожою з пубертатною групою динамікою БіЕ, з високовірогідним зниженням (p < 0,001) усіх макроі мікроелементів у ГПТ, а в НК тільки МіЕ та К. Це відрізнялося від змін БіЕ при стресі без попереднього охолодження, де у НК відбувалося зростання балансу К, Na і Mg та зниження Zn і Cu (p < 0,01 p < 0,001). Тобто, при попередній гіпотермії, під впливом стресу більш інтенсивні процеси метаболізму проявлялися у обох вікових групах на рівні ГПТ — головної структури, що в першу чергу забезпечує церебральну регуляцію вегетативної сфери. Із внутрішніх органів статевозрілих щурів після стресу на тлі гіпотермії змінювання балансу всіх БіЕ спостерігалися всюди, але найбільші, з одновекторною динамікою — зниженням (p < 0,001) — у селезінці та з різновекторною, підвищенням Zn і Cu (p < 0,001) — у нирках. У печінці і серці, поряд із зниженням вмісту БіЕ, та у легенях, де зростали К і Na і знижувалися Ca, Mg і Zn (p < 0,05 — 0,001) була відсутня динаміка відповідно Са, К та Cu. Порівняно з емоційним стресом, при якому найбільші зміни відбувалися у нирках і слабші у серці, попереднє загальне охолодження дорослих щурів супроводжувалося в основному зниженням БіЕ у всіх органах. У сироватці крові динаміка БіЕ при попередній гіпотермії була такою ж, як і під впливом стресу. Однак, зростанню активності церулоплазміну, що спостерігалася під впливом стресу, превентивна гіпотермія протидіяла. Для морфологічних особливостей структур мозку при стресі з превентивною гіпотермією характерними були тенденція до мономорфності у сенсомоторній корі, з розпливчастістю шарів і колончастості, збільшення питомої ваги гіперхромних нейронів. У ГПТ — поліморфізм нейронів із нечіткістю внутрішньої структури, визначався саттелітоз, перинейрональні і периваскулярні набряки. У надниркових залозах виявлялася нерівномірність капсули, у сітчастій та пучковій зонах помітні були явища геморагічного некрозу. У клубочковій зоні спостерігалися світлі клітини, в той час як у пучковій переважали темні клітини, визначалися клітини із стертими границями, але з гіперхромією ядер; вертикальна упорядкованість зони була порушеною. Мозковий шар був із чіткими контурами, з компактними залозистими, з повнокров’ям судин, подекуди помічались сладж-феномени; клітини шару відзначалися чіткими границями, помірно вакуолізованою цитоплазмою, з добре окресленою внутрішньою структурою, із переважно нормоабо гіперхромними ядрами. Таким чином, за сукупністю результатів поведінкових, електрографічних, показників біоелементного вмісту, за морфологічними даними, попереднє загальне охолодження статевозрілих щурів в певній мірі згладжувало шкідливий вплив емоційно-больового подразнення.

Холод сприяв запобіганню шкідливої дії емоційно-больового стресу — знижував ступінь функціональної напруженості та тенденції до деструктивних змін тканини у НК щурів пубертатної групи. Зростала функціональна активність ГПТ як церебральної терморегуляторної структури, а також відповідальної за регуляцію гомеостазу організму, вікові особливості у швидкості реакції на стрес, що підтверджується даними літератури (Бажанова Є.Д., Данилова О. А. і ін., 1996).

Таким чином, сукупність даних літератури свідчить про функціональну перебудову під впливом гіпотермії біоенергетичних процесів на мембранно-клітинному рівні (Білоус А.Г., Бондаренко В. А., 1982; Бабійчук Г. О. і ін., 1989), гомеостазу (Бабійчук Г. О., 1990), інших процесів і функцій (Тимофєєв М.С., Прокоп'єва Л.П., 1997 і ін.). Гіпотермія у різних умовах позитивно діє на адаптаційні та захисні процеси (Сумбатов Л.А. і ін., 1985; Бабійчук Г. О., Латогуз І.К., 1997; Орлова Н. В., Шпакова Н. М., 1998; Хайцев Н. В., 1998, Павлов І.Ю., 1998). Одержані нами в роботі на реалістичних моделях результати позитивного впливу превентивного загального охолодження тварин, у межах фізіологічних низьких температур, дозволяють говорити про його сприятливу дію у попередженні та пом’якшенні негативного впливу емоційно-больового стресу, про що свідчать і роботи з нейрохірургії (Юмашев Г. С., Черкашина З. А., 1995 і ін.). Застосування періодичного помірного охолодження у тварин різного віку приводило до полегшення наслідків стресу та адаптаційних процесів за рахунок ефектів катехоламінів, які ще називають термогенними гормонами (Тимофєєв М.М., Прокоп'єва Л.П., 1997) та гнучкості активності гіпофізарно-адреналової системи (Хайцев Н.В., 1998). Можна вважати, що періодична гіпотермія може сприяти гіпометаболізму і появі тенденції до гіпобіотичних процесів при нормотермії тіла, що забезпечує розвиток неспецифічної резистентності організму (Тимофєєв М. М., Прокоп'єва Л.П., 1997) до дії екстремальних чинників. З другого боку, сприяючи гальмівним процесам у церебральному електрогенезі, зокрема активуючи сомногенні гіпоталамічні структури, гіпотермія активує ДСІП (дельта-сон індикуючий пептид), що підвищує резистентність організму (Павлов І.Ю., 1998). Отже, можна припустити, що режим гіпотермії, застосований у даному дослідженні, сприяє збереженню адаптаційних резервів організму. Це позначається на корекції негативних реакцій, спровокованих стресовим впливом, у першу чергу корекції функціонального стану церебральних механізмів регуляції загальної активності, біоенергетичних процесів, що відбивається на діяльності різних систем організму — серцево-судинної, дихальної, видільної, кровотворної. Превентивне охолодження попереджає або знижує морфологічні пошкодження у структурах головного мозку та надниркових залоз, протидіє також виникненню функціональної напруженості та наднапруженості, у діяльності внутрішніх органів та фізіологічних систем. Всі ці системи, як відомо, у процесі онтогенезу беруть участь у формуванні, реалізації, реорганізації захисних, пристосувально-адаптаційних реакцій організму до динамічних умов внутрішнього і зовнішнього середовищ. Стани гіпометаболічної резистентності, а також гіпометаболічної зверхрезистентності відкривають великі перспективи для різних областей практичної медицини, а захисний ефект, що виникає, здатен не тільки купірувати екстремальне ураження практично будь-якої етіології (Тимофєєв М.М., Прокоп'єва Л.П., 1997).

Проведені дослідження впливу емоційного стресу та загального охолодження тварин двох вікових груп з одного боку свідчать про більшу чутливість і високу реактивність церебральних регуляторних механізмів у тварин пубертатного віку, порівняно із статевозрілими. З другого боку, це свідчить про наявність у них більш високої ентропії (Залічев М.М., 1995) цих механізмів, що визначає пластичність регулюючих структур і забезпечує більш широкі можливості організму у формуванні захисних та адаптаційних реакцій, в період статевого дозрівання при нестійкості функціональної організації систем організму. Таким чином, загальне охолодження організму можна розглядати як один із методичних підходів до профілактики або зниження негативних проявів дії емоційного стресу, а, можливо, і при стресогенних подразниках іншої модальності.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і підхід до нового вирішення наукової задачі відносно застосування помірної гіпотермії щурів для визначення у них вікових особливостей реактивності на її вплив і на дію емоційно больового стресу. При плюсовій температурі навколишнього середовища t = 10±1оС і ректальній t = 36,8 ± 1,3оС, коли не виникає необоротних морфологічних порушень тканин, періодичне помірне загальне охолодження тварин, змінюючи функціональний стан церебральних регулюючих структур, знижує його неспецифічну реактивність і підвищує неспецифічну резистентність.

Превентивна гіпотермія, особливо у пубертатному віці, сприяє зниженню неспецифічної реактивності тварин на стресогенний фактор, справляючи роль протектора.

2. Виявлено вікові особливості дії загального охолодження, емоційно-больового стресу, вмісту мікроі макроелементів у органах та тканинах щурів, та впливу превентивної гіпотермії на прояви стресу, які свідчать про більші адаптаційні можливості у тварин пубертатного віку і пластичність механізмів реактивності у період статевого дозрівання, за рахунок чого і відбувається адаптація. На відміну від тварин пубертатної групи, адаптація у дорослих здійснюється передусім за рахунок використання наявних ресурсів організму.

3. Помірне загальне охолодження за даними спектральної потужності ЕЕГ, сприяло розвитку церебральних гальмівних процесів. В структурах мозку виявлені різновекторні зміни рівня біоелементів, із переважним зниженням у більшому ступені у статевозрілих щурів; за морфологічними даними у надниркових залозах щурів обох груп переважали показники функціональної напруженості з явищами гіпертрофії, проте у пубертатній групі з дещо більшими явищами пошкоджень. Динаміка рівня біоелементів у внутрішніх органах тварин вірогідно свідчить про посилену навантаженість на системи терморегуляції у більшому ступені у статевозрілих щурів.

4. За поведінковими реакціями, динамікою потужності спектра церебрального електрогенеза і морфологічними показниками, тварини пубертатної групи виявилися більш уразливими до дії стресу на рівні ендокринної регуляції., про що свідчать зміни морфології надниркових залоз з ознаками високої функціональної напруженості, і вираженою тенденцією до тканинних пошкоджень, а також вищий на 10,8% ступінь епілептиформної реактивності.

5. Після превентивного помірного загального охолодження у тварин пубертатної групи епілептиформні реакції на стрес знизилися з 30,8% до 12,1%, на стільки ж відсотків підвищуючи оборонні реакції, і у статевозрілих відповідно — з 20,0% до 5,3%. За морфологічними даними, превентивне помірне загальне охолодження сприяло зниженню і у головному мозку, і у надниркових залозах обох вікових груп функціональної напруженості і пошкоджень, що виникали під впливом стресу.

6. Результати роботи та аналіз даних літератури, дозволяють вважати, що періодичне помірне охолодження тварин, виявляє протекторну дію щодо розвитку емоційно-больового стресу та його наслідків, підвищує неспецифічну опірність організму до екстремальних чинників зовнішнього середовища з більшим позитивним ефектом у пубертатному віці. Такий режим гіпотермії сприяє збереженню адаптаційних резервів організму.

7. Позитивна дія гіпотермії з пригніченням проявів емоційно-больового стресу у обох вікових групах тварин, хоч і виражена у різному ступені, є передумовою для розробки методичних підходів до використання її з метою попередження або пом’якшення порушень, спровокованих емоційним стресом, екстремальними факторами чи обставинами, в першу чергу, зниження неспецифічної реактивності, зокрема пароксизмальних реакцій, і підвищення неспецифічної резистентності. Застосування таких підходів може мати високий медико-соціальний ефект.

Перелік робіт, опублікованих за темою дисертації

Кутиков А. Е. Особенности биоадаптивного инструментального поведения в условиях экзои эндогенного стресса //Ж. Український вісник психоневрології. — 1995. — Т.3. — Вип. 1. — С. 171−172.

Воробьёва Т.М., Бакуменко Л. П., Никишкова И. Н., Кутиков А. Е. Поведенческие подходы к немедикаментозной коррекции эмоциональных реакций, вызванных стрессом // Ж. Український вісник психоневрології. — 1995. — Т.3. — Вип. 2. — С. 294−296.