EFFECT OF NONSPECIFIC BLOCKADE OF HISTAMINE RECEPTORS ON BEHAVIOR BEFORE AND UNDER STRESS IN RATS

Full Text

К настоящему времени сложилось представление о включении в сложный меха- низм контроля отдельных компонентов пове- дения химических веществ различного класса (нейромедиаторов, нейромодуляторов, цито- кинов и др.). Относительно мало изученной системой в данной регуляции остаётся гиста- минергическая. Между тем, в исследованиях показано, что гистамин активно проявляет нейромодуляторные эффекты и участвует в центральной регуляции таких функций как энергетический метаболизм, потребление пищи, водный баланс, поддержание на опти- мальном уровне температуры тела, парамет- ров системы кровообращения и дыхания [1-5]. В зависимости от уровня поведенче- ской активности меняется скорость высвобо- ждения гистамина в мозге, также как и им- пульсная активность нейронов гистаминерги- ческой системы, что, вероятно, отражает уча- стие гистамина в регуляции циркадианных ритмов двигательной активности [6]. Также image © Батянина О. В., Беляков В. И., 2016. Батянина Ольга Владимировна, (veris1303@ya.ru), магистрант биологического факультета; Беляков Владимир Иванович, (vladbelakov@mail.ru), доцент кафедры физиологии человека и животных Самарского университета, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе,34. существуют данные о том, что гистамин ре- гулирует уровень нейронной активности в коре мозга. Эта регуляция может осуществ- ляться как за счёт восходящих проекций гис- таминовых нейронов в кору мозга, таламус или преоптическую область гипоталамуса, так и за счёт нисходящих проекций в стволо- вую область мозга, где располагаются тела нейронов ацетилхолин-, серотонин- и норад- ренергической систем [2; 7]. В последнее время была показана роль гистамина в патогенезе некоторых патологи- ческих состояний: болезни Паркинсона и Альцгеймера, эпилепсии, различного рода наркотических зависимостей и др. [8; 9]. В настоящем исследовании поставлена цель по изучению особенностей поведения крыс в условиях функциональной недоста- точности гистаминовых рецепторов мозга. Условия и методы исследования Исследования проведены на 18 нели- нейных крысах-самцах массой 180-220 граммов в летний период. Условия содержа- ния лабораторных животных и методика исследования соответствовали общепринятым нормам гуманного отношения к лабораторным животным. Протокол эксперимента ут- верждён на заседании комиссии по биоэтике Самарского университета. На первом этапе изучались поведенче- ские эффекты функциональной блокады гис- таминовых рецепторов мозга. С этой целью формировались две группы крыс. Крысам опытной группы ежедневно на протяжении пяти недель per os вводили 1 мл раствора дифенгидрамина гидрохлорида (0,1 мг/мл; ОАО «Дальхимфарм», Россия), проникаю- щего через гематоэнцефалический барьер и эффективно блокирующего центральные Н-1 и Н-3 рецепторы [10]. Крысы контрольной группы по аналогичной схеме получали фи- зиологический раствор. Тестирование жи- вотных осуществляли в исходном состоянии и через 7, 14, 21, 28, и 35 дней от начала вве- дения веществ. На втором этапе с целью моделирования стрессорной реакции животным опытной группы после пятинедельного введения бло- катора гистаминовых рецепторов произво- дилась внутримышечная инъекция 2,5 % гидрокортизона в объеме 0,02 мл (ОАО «Дальхимфарм», Россия). Животным контрольной группы в аналогичном объёме внутримышечно вводилось персиковое масло. Изучение особенностей поведения крыс проводилось при помощи классических поведенческих тестов: «Открытое поле», «Чёрно-белая камера» и «Приподнятый крестообразный лабиринт». В тесте «Открытое поле» поведенческие реакции животных регистрировали в течение трёх минут по следующим парамет- рам: горизонтальная активность (количество пересечённых секторов), вертикальная ак- тивность (число стоек на задних лапах с опорой на стенки и самостоятельно), иссле- довательская активность (число обследован- ных отверстий), уровень тревожности (число актов незавершённого, короткого груминга). В тесте «Чёрно-белая камера» изучали пове- дение животных в условиях переменной стрессогенности (при свободном выборе комфортных условий). Для этого оценивали время пребывания крыс в чёрном и белом отсеках камеры. В тесте «Приподнятый кре- стообразный лабиринт» отмечали время на- хождения крыс в открытых и закрытых ру- кавах лабиринта, установленного на высоте одного метра от пола. Предпочтение живот- ными открытых рукавов в данном тесте и белой камеры в тесте «Черно-белая камера» расценивали как показатель низкого уровня тревожности и активного проявления ориен- тировочно-исследовательского поведения. Полученные экспериментальные дан- ные статистически обрабатывали с помощью пакетов анализа данных программы SigmaP- lot 12.0 с использованием t-теста Стьюдента. Различия считались статистически значимы- ми при p < 0,05. Результаты исследования представлены как среднее значение ± стан- дартная ошибка среднего. Результаты и их обсуждение Тестирование в исходном состоянии по- казало отсутствие значимых отличий в поведении контрольных и опытных животных в различных тестовых заданиях. Функциональная блокада гистаминовых рецепторов мозга обеспечивала формирование особого поведенческого статуса крыс. Так, в тесте «Открытое поле» исходная горизонтальная двигательная активность составляла за 3 минуты наблюде- ния в среднем 42 ± 5,7 акта. На 7-й, 14-й и 21-й день эксперимента данный показатель сни- жался, соответственно, до 27 ± 6,5 (р < 0,01), 30 ± 5,8 (р < 0,01) и 28 ± 3,4 (р < 0,05) актов пересечений отсеков тестового задания. Таким образом, максимальное снижение перемеще- ния животных по горизонтали отмечалось на 7-й день и составило 36 % (рис. 1). На после- дующих сроках значения данного поведенче- ского показателя несколько повышались, но не достигали исходного уровня. У крыс кон- трольной группы изменения уровня горизон- тальной двигательной активности наблюда- лось в те же сроки наблюдения. На 7-е сутки зарегистрировано статистически значимый более низкий уровень данного показателя в группе крыс, получавших дифенгидрамин. Что касается другого варианта двигатель- ной активности - вертикальных стоек, то отме- чалась тенденция к их снижению у животных обеих групп, начиная с 14 дня наблюдений. В контрольной группе данный показатель к 21 дню снижался на 31 % (р < 0,05) от исходного уровня. У крыс в опыте максимальное сниже- ние вертикальных стоек отмечалось на 14-е су- тки (уменьшение на 62 % от исходного уровня; р < 0,01). Дефицит в проявлении вертикальной двигательной активности у крыс с блокадой гистаминовых рецепторов мозга поддерживал- ся до конца 5-й недели эксперимента. image Рис. 1. Влияние функциональной блокады гистаминовых рецепторов на особенности гори- зонтальной (а) и вертикальной (б) двигательной активности в тесте «Открытое поле» Примечание: светлые столбики - крысы из контрольной группы, чёрные - крысы из опытной группы; * - статистически значимые различия с исходными значениями при р < 0,05; ** - стати- стически значимые различия с исходными значениями при р < 0,01; х - статистически значимые различия между группами при р < 0,05. Анализ полученных данных показал статистически значимые отличия в проявле- нии двигательной активности «по вертика- ли» между группами животных на 14-й и 21-й дни наблюдения. Показатель исследовательской актив- ности у животных обеих групп менялся не- однозначным образом, при этом его значе- ние поддерживалось на более высоком уров- не в случае крыс, подвергавшихся функцио- нальной блокаде гистаминовых рецепторов. На 5-й неделе наблюдения исследование от- верстий площадки теста у опытных крыс превышало таковое поведение контрольных особей более чем на 10 % (р < 0,05). Изучение динамики уровня тревожно- сти крыс в тесте «Открытое поле» не показа- ло значимых его изменений у крыс обеих групп. Единственной отличительной особен- ностью явилось некоторое возрастание тре- вожности у контрольных крыс к 28-му дню наблюдения на фоне волнообразного харак- тера изменения изучаемого показателя у опытных особей. Весьма неоднозначные перестройки уровня тревожно-фобического состояния отмечены в условиях наблюдения поведения животных в тестах «Чёрно-белая камера» и «Приподнятый крестообразный лабиринт» (рис. 2). В первом тесте крысы из контроль- ной группы на 21-й, 28-й и 35-й дни наблю- дения предпочитали белый отсек камеры. Подобное предпочтение регистрировалось и у крыс с блокадой гистаминовых рецепто- ров, начиная с 7-го дня. На 35-й день отме- чалось максимальное время пребывания опытных крыс в белом отсеке (увеличение на 71 % от исходного уровня; р < 0,01). В этот же срок отмечалось статистически значимое различие по времени пребывания крыс из обеих групп в белой камере тестового зада- ния. В тесте «Приподнятый крестообразный лабиринт», являющемся более стрессоген- ным для грызунов, исходная продолжитель- ность нахождения в открытом рукаве со- ставляла в среднем 155 с у контрольных и 135 с у опытных крыс. Введение дифенгид- рамина обеспечивало отчётливую тенденцию к сокращению времени пребывания в откры- том рукаве. На 28-й и 35-й день наблюдения данный показатель снизился до 79 с (р < 0,05) и 83 с (р < 0,01), то есть уменьше- ние составило 49 % и 38 % соответственно. Контрольные особи также демонстрировали тенденцию к снижению наблюдаемого показателя, которое к 14-му дню сократилось со 155 с до 96 с (р < 0,05). К 28-му дню иссле- дования время нахождения в открытых рука- вах составило 98 с (р < 0,01), а к 42-му дню - 79 с (р < 0,01). Таким образом, уменьшение данного поведенческого показателя от ис- ходного значения на последних сроках на- блюдения составило 37 % и 49 % соответст- венно. На основании результатов первой части исследования можно заключить, что приме- няемая блокада гистаминовых рецепторов оказывает выраженное влияние на особенно- сти поведенческого статуса крыс в различ- ных тестовых заданиях. Во второй части исследования изучено влияние блокады гистаминовых рецепторов мозга на особенности поведения крыс в ус- ловиях фармакологически вызванного стрес- са. Последнее обеспечивалось процедурой внутримышечный инъекции гидрокортизона животным обеих групп. При этом отмечены различные стратегии поведения животных без и с функциональной блокадой гистами- новых рецепторов (табл.). У крыс контроль- ной группы установлены сравнительно вы- раженные изменения горизонтальной двига- тельной активности (увеличение на 32%, р < 0,05), исследовательского поведения (увеличение на 96 %, р < 0,01) в сочетании с усилением реакций тревожного груминга в «Открытом поле» (увеличение на 72 %, р < 0,05) и избеганием открытых рукавов в «Приподнятом крестообразном лабиринте» (снижение времени нахождения на 31 %, р < 0,05). Используемый в исследовании блокатор гистаминовых рецепторов - дифен- гидрамин обладает относительно высокой проходимостью через гемато-энцефали- ческий барьер и способностью эффектив- но блокировать центральные Н-1 и Н-3 ре- цепторы [10]. Как известно, основное ско- пление гистаминергических нейронов ло- кализовано в туберомаммилярном ядре ги- поталамуса. Наиболее мощные гистами- нергические проекции направляются в нейрогипофиз, в близлежащие дофамин- содержащие области компактной части чёрной субстанции и вентральной по- крышки среднего мозга, в базальную об- ласть переднего мозга, в неокортекс, стриатум, миндалину, гиппокамп, талами- ческие ядра и в другие структуры цен- тральной нервной системы [2-5; 11; 12]. Физиологические эффекты гистамина реализуются за счёт активации различных гистаминовых рецепторов: H-1, H-2, Н-3 и H-4 рецепторов. Все они относятся к чис- лу G-сопряжённых рецепторов [2; 4]. В связи с тем, что используемый в настоя- щем исследовании дифенгидрамин обла- дает способностью блокировать Н-1 и Н-3 рецепторы мозга, следует коротко остано- вится на физиологической характеристике именного данных классов гистаминовых рецепторов. image Рис. 2. Влияние функциональной блокады гистаминовых рецепторов на время нахождения в белом отсеке «Чёрно-белой камеры» (а) и открытых рукавах «Приподнятого крестообразного лабиринта» (б) Примечание: обозначения те же, что и на рис. 1. Таблица Особенности поведения крыс с различным уровнем функциональной активности гистаминовых рецепторов в условиях фармакологической модели стресса Показатели поведения Контрольная группа Опытная группа исходный уровень при стрессе исходный уровень при стрессе Горизонтальная двигательная активность в «Открытом поле», число актов 32,3 ± 4,6 *41,1 ± 6,2 39,5 ± 4,1 30,2 ± 5,6 Вертикальная двигательная ак- тивность в «Открытом поле», число актов 14,0 ± 3,8 12 ± 2,7 13,5 ± 3,2 17,4 ± 3,6 Исследовательская активность в «Открытом поле», число ак- тов 3,8 ± 0,9 **6,1 ± 1,1 7,8 ± 0,9 6,0 ± 1,2 Тревожный груминг в «Открытом поле», число актов 2,2 ± 0,5 *3,8 ± 0,6 1,3 ± 0,3 2,0 ± 0,5 Время нахождения в белом отсеке «Чёрно-белой камеры», с 49,1 ± 7,2 *34,0 ± 9,1 78,4 ± 10,2 70,6 ± 9,4 Время нахождения в открытом рукаве «Приподнятого крестообразного лабиринта», с 79,7 ± 12,4 105,8 ± 11,4 81,3 ± 6,8 94,2 ± 7,3 Примечание: * - статистически значимые различия с исходными значениями при р < 0,05; ** - статистически значимые различия с исходными значениями при р < 0,01. H-1 рецепторы представляют собой гликопротеины из 490 аминокислотных ос- татков. Они расположены на мембране пост- синаптических клеток. Наибольшая плот- ность H-1 рецепторов отмечена в таламусе, пирамидальном слое гиппокапма, а также в слое клеток Пуркинье в мозжечке. Актива- ция данных рецепторов обеспечивает увели- чение внутринейрональной продукции цАМФ и концентрации внутриклеточного кальция, а также деполяризацию мембраны нейронов. Н-1 рецепторы являются наиболее распространёнными в мозге. Отсутствие Н-1 рецепторов у мышей ассоциируется с агрес- сией, двигательными нарушениями, рас- стройствами памяти и другими неврологиче- скими симптомами [3; 4]. Н-3 рецепторы имеют пресинаптическую локализацию и участвуют в регуляции синтеза и экскреции гистамина, то есть пред- ставляют собой популяцию ауторецепторов. В то же время, их активация приводит к тор- можению секреции других нейромедиаторов (ацетилхолина, серотонина, дофамина и но- радреналина). Н-3 рецепторы обнаружены в участках лобной доли коры, substantia nigra среднего мозга и в базальных ядрах. Блокада H-3 рецепторов способствует активации внимания и краткосрочной памяти у грызу- нов. Нейрональные эффекты обусловлены активацией Gi-белков, снижением продукции цАМФ и гиперполяризацией мембраны [3; 13; 14]. Одной из первых работ по изучению влияния гистаминергической системы на по- ведение стала работа M. C. Gerald и R. P. Maicel (1972), авторы которой пришли к заключению о том, что гистамин выражен- но влияет на некоторые поведенческие реак- ции крыс [15]. Позднее L. J. Bristow и W. Bennett обнаружили активизацию спонтанной двигательной активности у крыс под действием инъекций гистамина в приле- гающее ядро [16]. Гистамин участвует в ре- гуляции цикла сон-бодрствование, влияя на активность нейронов вентролатерального преоптического ядра. Перфузия гистамина в это ядро повышает двигательную активность крыс, что свидетельствует о повышении уровня бодрствования [6; 7]. Гистаминерги- ческая система является одной из систем восходящей активации мозга. Она участвует в возникновении и поддержании кортикаль- ной активации не только напрямую, но и пу- тём возбуждения кортикопетальных холи- нергических нейронов базальной области переднего мозга, а также возбудительного взаимодействия с холинергическими тала- мическими и гипоталамическими проекция- ми, исходящими из мезопонтинной покрыш- ки [2; 3]. Заключение Таким образом, с учётом данных лите- ратуры допустимо предполагать, что введе- ние блокатора Н-1 и Н-3 рецепторов дифен- гидрамина обеспечивает снижение уровня возбудимости нейронов мозга (через блокаду Н-1 рецепторов), а также нарушение регуля- ции экскреции различных нейромедиаторов (через блокаду Н-3 рецепторов), включённых в сложный механизм организации паттерна поведения. Кроме того, угнетение должного уровня активности гистаминовых рецепторов влечет за собой «сбой» в функционировании всей системы подержания структур головного мозга в бодрствующем состоянии. Подобные проявления функциональной недостаточно- сти рецепторного уровня гистаминергической нейротрансмиссии способны вызвать дефи- цит ориентировочно-исследовательской ак- тивности, а также слабую выраженность мо- билизующей функции тревоги в условиях развития стресса.

About the authors

Olga Vladimirovna Batyanina

Samara University

Email: veris1303@ya.ru
443086, Russia, Samara, Moskovskoye Shosse, 34

Vladimir Ivanovich Belyakov

Samara University

Email: vladbelakov@mail.ru
443086, Russia, Samara, Moskovskoye Shosse, 34

References

Supplementary files