Патогенетическая коррекция металл-индуцированных когнитивных дисфункции в эксперименте

Широко известно нейротоксическое влияние тяжелых металлов [1].Показано, что при увеличении концентрации свинца в крови на каждые 10 мкг/дл выше 25 мкг/дл снижается IQ на 1-5 пунктов. [2].

Между тем, способы коррекции нейротоксического влияния тяжелых металлов остаются все еще несовершенными. Многие препараты, применяемые при интоксикациях тяжелыми металлами оказывают ряд серьезных побочных действий [3] и могут быть использованы лишь при явно выраженных отравлениях.

Установлено, что в патогенезе нейротоксического эффекта солей тяжелых металлов важное значение имеет оксидативный стресс и индукция пероксидации липидов, приводящая к повреждению мембран нейронов [4]. При этом доказано, что предварительная тренировка животных к воздействию слабых и кратковременных стрессорных раздражителей может стимулировать многие адаптивные механизмы организма [5].

В свете изложенных данных, исследования с адаптацией к повторным слабым стрессорным раздражителям могут быть важными в поисках способов повышения резистентности организма к болезнетворным факторам. Таким стрессорным раздражителем может служить адаптация организма к прерывистой гипоксии.

Показано, что умеренная гипоксия повышает устойчивость нейронов в культуре клеток коры головного мозга крыс к повреждению при ишемии, реперфузии и эксайтотоксичности [6].

Поскольку гипоксия является ключевым механизмом развития большинства патологических процессов и болезней, тренировка гипоксией с целью увеличения функциональных резервов компенсаторных антигипоксических реакций рассматривается как один из основных немедикаментозных способов адаптационной медицины [7]. Показано, что предварительная адаптация крыс к гипоксии приводит к меньшим нарушениям процессов памяти и когнитивных функций мозга при интоксикации нейротоксическим препаратом Abeta [8].

В нашей лаборатории установлено, что адаптация к прерывистой нормобарической гипоксии животных, получавших пероральноацетат свинца и бихромат калия, существенно улучшает психоэмоциональное состояние и процессы научения, запоминания вновь приобретенных навыков в условных реакциях активного и пассивного избегания, а также пространственную память по внешним ориентирам в водном лабиринте[9].

Однако влияние гипокситерапии при нейротоксическом действии хрома и ванадия не исследовано.

Цель исследования. Выяснение возможностей патогенетической коррекции металлиндуцированных когнитивных дисфункций экспериментальных животных при помощи адаптации к прерывистой гипоксии.

Материалы и методы исследования. Исследования проводили на 30 белых крысах-самцах, м.т. 180-270 г, содержавшихся в условиях вивария со свободным доступом к пище и воде. Животные подразделены на 3 серии опытов по 10 особей в каждой: 1-серия контрольные крысы; 2- серия животные, получавшие перорально бихромат калия (БК) и ванадат аммония (ВА) по 5 мг/кг м.т. в течении 6 сут; контрольные крысы получали физиолгический раствор NaCl. 3-серия - особи, подверженные адаптации к нормобарической гипоксии по 60 мин ежедневно, начиная с четвертых суток после начала введения соединений металлов в течении 6 суток. Затем исследовали способности животных к навигационному научению в водном лабиринте. После этого крыс дополнительно подвергали гипокситерапии в течении 3дней, с последущими повторными исследованиями закрепления энграмм памяти в водном лабиринте. Адаптацию к гипоксии проводили при помощи гипоксикатора, дозирующего поступление атмосферного воздуха с 10% содержанием О2в подключенную пластиковую камеру, размерами 150х100х40см, куда были помещены животные.

Тест водного лабиринта Морриса проводили в бассейне 1,5м х 1,5м, глубиной 0,5 м. Вода в бассейне, температурой 24-26°С, была замутнена добавлением сухого молока. В воде устанавливали безопасную платформу, поверхность которой была скрыта на 0,5 см под уровнем воды. Крысу опускали в воду и засекали вермя поиска платформы в 6 попытках. Находя платформу крыса выбиралась из воды, где она находилась в течении 15 с. После этого животного вытаскивали из бассейна и через 60 с повторяли опыт. В первых 3 попытках исследовали пространственную память по внешним ориентирам. Через 30-40 мин поменяли место расположения платформы. В этих условиях повторно исследовали продолжительность поиска платформы в 3попытках. Через 3 сут после первого опытного сеанса проверяли сохранение энграмм памяти после дополнительной 3-дневной адаптации животных к гипоксии.

Полученные данные статистически обработаны при помощи ППП Statistica 7.0 непараметрическим методом. Опыты проводили с соблюдением всех этических норм обращения с животными, утвержденными в ЛЭК КазНМУ им С. Асфендиярова (Регистрационный №149. Протокол №2 от 04.03.2015).

Результаты и обсуждение. Если контрольные особи в первом опытном сеансе тратили время на поиск безопасной платформы22,5;12,5 и 12,0 с.соответственнов первых 3^х попытках, тогда каку животных подверженных воздействию соединений металлов время потраченное на поиск

В работе исследовано влияние гипокситерапии на животных, затравленных бихроматом калия и ванадатом аммония. Установлено, что влияние соединений тяжелых металлов нарушало высшую нервную деятельность, в частности пространственную память по внешним ориентирам и формирование «навигационной (мысленной) карты», тогда как адаптация к прерывистой нормобарической гипокситерапии коррегировала металлиндуцированное снижение показателей у затравленных животных. Адаптацияк прерывистой гипоксии животных, получавших по 5 мг/кг массы тела бихромата калия и ванадата аммония в течение шести дней, существенно улучшает пространственную память по внешним ориентирам и формирование «навигационной (мысленной) карты».

платформыпревышало на 33,3; 84,0 и 191,7%% больше, чем контроле (табл.1). Эти данные позволяют заключить, что под влиянием соединений металлов у опытных особей ухудшается способность к навигационному научению и пространственная память по внешним ориентирам. Проверка сохранения энграмм памяти во втором опытном

сеансе через 3-сут после первого опытного сеанса показала, что контрольные крысы улучшили показатели к 3-попытке до 9 с, тогда как особи, получавшие соединения металлов лишь до 20 с. (Таблица 2). Таким образом, введение БК и ВА у животных существенно ухудшало процессы запоминания вновь приобретенных навыков.

Таблица 1 -Время продолжительности поиска безопасной платформы в тесте водный лабиринт Морриса [Ме в сек, (25%-75% интерквартильный интервал)] в первом опытном сеансе

Известно, что после смены места безопасной платформы у животных формируется «мысленная когнитивная карта», с помощью которой они находят цель [10]. Полученные данные показали, что после изменения места расположения платформы контрольные крысы на ее поиск тратили время 16,0; 13,0 и10,5 с. соответственно в первых трех попытках, тогда как опытные животные, получавшие соединения металлов, ее находили на 59,4; 100,0 и 138,0%позже, чем в контроле (Р<0,05) (табл.1). Таким образом, под влиянием металлов у животных было существенно нарушено формирование «когнитивной карты», т.е. мысленного навигационного плана.

Шестидневная тренировка опытных особей гипоксией заметно улучшала по сравнению с нелеченными животными пространственную память по внешним ориентирам, особенно значимо к 3-попытке поиска безопасной платформы. У этих животных отмечалось также значительное улучшение формирования «когнитивной карты» (Таблица 1).

Проверка сохранения приобреттенных навигационных навыков через 3 сут после первого опытного сеанса и 9дневной гипокситерапии показала, что у опытных особей, получавших соединения металлов, закрепление энграмм пространственной памяти и формирование «когнитивной карты» после перестановки платформы были статистически значимо в меньшей степени, чем в контроле (Таблица 2). Тогда как гипокситерапия животных, подверженных к воздействию БК и ВА, существенно улучшала эти показатели, приближая к величинам контрольного уровня (Таблица 2).

Примечания: *Р<0,05 по отношению к данным контроля, **Р<0,05 по сравнению с нелеченными животными.

Таблица 2 - Время продолжительности поиска безопасной платформы в тесте водный лабиринт Морриса [Ме сек, (25%-75% интерквартильный интервал)] во втором опытном сеансе

Таким образом, адаптация к прерывистой гипоксии улучшает пространственную память по внешним животных, получавших по 5 мг/кг м.т. бихромата калия и ориентирам и формирование «навигационной (мысленной)v ванадата аммония в течение шести дней, существенно карты».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Liu L, Xu X, Yekeen TA et al Assessment of association between the dopamine D2 receptor (DRD2) polymorphism and neurodevelopment of children exposed to lead. // Environ Sci Pollut Res Int. - 2014. - №2. - С. 512-536.
2. Andrade V., Mateus M.L., Santos D et al. Arsenic and manganese alter lead deposition in the rat // Biol Trace Elem Res. - 2014. - №3. - С. 384-391.
3. Применение полигексаметиленгуанидинфосфата в качестве антидотного средства при интоксикациях тяжелыми металлами у экспериментальных животных // freepatent.ru URL: http://www.freepatent.ru/patents/2234923 (дата обращения: 10.06.2015).
4. Carpenter D.O., Nevin R. Environmental causes of violence // Physiology and Behavior. - 2010. - №2. - С. 260-268.
5. Нурмухамбетов А.Н. Патогенетические основы техногенных поражений систем организма // Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы патофизиологии». - Алматы: 2008. - С. 10-19.
6. Tapia P.C. Sublethal mitochondrial stress with an attendants toichiometric augmentation of reactive oxygen species may precipitate many of the beneficial alterations in cellular physiology produced by caloric restriction, intermittent fasting, exercise and dietary phytonutrients:“Mitohormesis” for healt hand vitality // MedHypotheses. - 2006. - №6. - С. 832-843.
7. Dongdong Li, Tao Baj, James R. Brorson. Adaptation to moderate hypoxia protects cortical neurons against ischemia-reperfusion injury and excitotoxicity independently of HIF-1α // Experimental Neurology. - 2011. - №2. - С. 302-310.
8. Солкин А.А., Белявский Н.Н., Кузнецов И.И., Николаева А.Г. Основные механизмы формирования защиты головного мозга при адаптации к гипоксии // Вестник ВГМУ. - 2012. - №11. - С. 6-14.
9. Пшенникова M. Г,. Попкова Е.В,. Покидышев Д.А и др. Влияние адаптации к гипоксии на устойчивость к нейродегенеративному повреждению мозга у крыс разных генетических линий // Вестник Российской Академии медицинских наук. - 2007. - №2. - С. 50-55.
10. Навигационное научение и формирование долговременной пространственной памяти // refdb.ru URL: http://refdb.ru/look/1079753.html (дата обращения: 18.10.2015).