Роль нейромедиаторных систем мозга в механизмах фармакологических и электромагнитных воздействий: Электроэнцефалографическое исследование

Необходимость поиска адекватных показателей, характеризующих функциональное состояние нейромедиаторных систем мозга, определяется общей задачей анализа нейрохимических механизмов его деятельности. Особую актуальность приобретает эта проблема в связи с нарастающим применением в последнее время фармакологических препаратов и с необходимостью целенаправленного создания новых соединений, а также с интенсивным антропогенным загрязнением окружающей среды. Наряду с основными — химическими загрязнителями, в основном промышленного происхождения, в настоящее время чрезвычайно быстро нарастает доля электромагнитного излучения из-за широкого использования на производстве и в быту электронной техники (компьютеры, радиотелефоны, микроволновые приборы и т. д.). Получен обширный экспериментальный материал, указывающий на вовлечение нейрохимических систем мозга в реализацию эффектов как фармакологических препаратов, так и химических токсикантов (Boakes, Candy, 1978; Feudis, 1983; Bunney, 1984; Ogren et al., 1985; Майсов Н. И. и др., 1985; Раевский К. С., Георгиев В. П., 1986; Nishikawa, Scatton, 1986; Syvalahti, 1987; Vanderwolf, 1987; Pitts, Marwah, 1988; Eccles, 1988; Kiyatkin E.A., 1989; Zivk-ovic et al., 1991; Shih, McDonough, 1997; Lukatch, Maciver, 1997). С другой стороны нарастает число данных о модифицирующем влиянии электромагнитного излучения на эффекты некоторых препаратов и активность нейрохимических систем мозга (Lai et al., 1992; Крылова И. Н. и др., 1992; Pina-Garza et al., 1995). Поскольку его работа определяется координированной деятельностью этих систем, то, естественно, от их состояния в значительной степени будет зависеть характер реагирования мозга на интервенцию в организм как химических, так и физических факторов.

Следует отметить, что большинство указанных выше результатов получено либо на биохимическом уровне, либо в опытах с регистрацией поведения животных. Особенностью первого подхода является сложность прижизненного определения динамических характеристик при исследуемом воздействии, а второго — трудность интерпретации данных из-за высокого уровня интеграции процессов, обеспечивающих анализируемую форму поведения. Как известно, широко распространенным подходом при изучении функционального состояния мозга является регистрация его суммарной электрической активности — электроэнцефалограммы (ЭЭГ), один из основных методов обработки которой представляет анализ ее частотного состава. Данный подход использовался при исследовании влияния на мозг как фармакологических препаратов различного спектра действия (Itil, 1982; Santucci et al., 1986; Воробьев B.B., Гальченко А. А., 1988; Eccles, 1988; Омельченко В. П. и др., 1989; Bemad, 1989; Каминка М. Э. и др., 1990; Крапивин С. В. и др., 1992; Богданов.

Н.Н., 1994; Бочкарев В. К., Незнамов Г. Г., 1995; Knott et al., 1996; Munte, Flaten et al., 1996; Skrajny et al., 1996; Knehans, 1997; Feshchenko et al., 1997), так и электромагнитных полей различного типа (Bise, 1978; Bell et al., 1992; Lyskov E.V. et al., 1993; Vorobyov V.V. et al., 1997). Кроме того, получен обширный материал по отражению в ЭЭГ изменений в активности многих нейрохимических систем мозга (Young, Khazan, 1984; Ongini et al., 1985; Abercrombie et al., 1986; Santucci et al., 1986; Emilien, 1990; Yarkov A.V. et al., 1991; Курова H.C., Панюшкина C.B., 1992; Kabuto et al., 1994; Dringenberg, Vanderwolf, 1996; Воробьев B.B. и др., 1997). Методологическую основу данного направления исследований составляют: 1) определяющая роль мембранных потенциалов в генезе ЭЭГ (Goldensohn, 1979) и 2) их тесная связь (Petsche, 1989) с нейромедиаторными процессами в мозге. Однако, несмотря на наличие большого числа работ, целый ряд причин вызывает необходимость продолжения анализа участия нейромедиаторных систем в формировании частотного состава ЭЭГ.

Во-первых, большинство исследований по изучению ЭЭГ эффектов препаратов медиаторного ряда существенно отличаются по методическим подходам (вид животного, дозы препаратов и способы их введения, интервалы наблюдения и способы сравнения). Это может объяснить причину несоответствия данных, полученных разными авторами, однако затрудняет или делает невозможным их использование при анализе нейрохимических механизмов функционирования мозга и эффектов различных воздействий.

Во-вторых, нельзя считать корректно и полностью доказанным участие медиатор-рецепторного взаимодействия в ЭЭГ эффектах, наблюдаемых при воздействии на медиаторные системы, поскольку большинство работ не содержат полного протокола опытов по анализу дозовых зависимостей, влиянию агонистов и антагонистов отдельно и, что особенно важно, в условиях их совместного применения.

В-третьих, в рамках единого методического подхода не было проведено сравнительного изучения вовлечения разных медиаторных систем мозга в формирование частотного состава ЭЭГ, что существенно ограничивает возможности полного анализа нейрохимических механизмов функционирования мозга и действия исследуемых препаратов, большинство из которых имеет комплексный характер.

Наконец, следует отметить, что результаты в этой области получены преимущественно в условиях определения частотного спектра ЭЭГ на основе преобразования Фурье или его разновидности — быстрого преобразования Фурье, для которых необходимым является выполнение требования стационарности анализируемого процесса. Однако известно, что исходно ЭЭГ не является строго стационарной, и тем более неопределенным становится это свойство в условиях дополнительных воздействий на мозг. Более корректным представляется использование периодограммного подхода, не связанного с условием стационарности исследуемого процесса. Первые конкретные его реализации на современном уровне успешно применяются при анализе ЭЭГ эффектов психотропных препаратов (Дяденко А.И. и др., 1994). Из других проблем следует отметить качественный характер оценки многих изменений в спектрах ЭЭГ, а также то, что в большинстве исследований с количественным их анализом производилось усреднение в традиционных широких частотных диапазонах, тогда как показано (Панюшкина С.В. и др., 1992), что тонкие отличия в ЭЭГ эффектах различных препаратов дифференцируются лишь при использовании узкополосного частотного анализа.

Исходя из этого, цель настоящей работы заключалась в доказательстве участия медиатор-рецепторного взаимодействия основных медиаторных систем в формировании частотного состава ЭЭГ, а также анализа с применением данного подхода их вовлечения в механизмы влияния на мозг некоторых видов фармакологических препаратов и электромагнитных полей.

В соответствии с поставленной целью в настоящем исследовании решались следующие задачи:

1. Разработать комплексный статистический подход к анализу спектра ЭЭГ на основе модифицированного амплитудно-интервального алгоритма с повышенным частотным разрешением.

2. Исследовать характер и динамику спектральных профилей ЭЭГ в условиях применения агонистов и антагонистов рецепторов основных нейромедиатор-ных систем мозга при различных дозах этих веществ и совместном их введении.

3. Произвести сравнительный анализ вовлечения некоторых нейромедиатор-ных систем мозга в ЭЭГ эффекты классического ноотропа пирацетама и нового соединения этого типа — дипептида ГВС-111 (синтезирован в НИИ Фармакологии РАМН).

4. Исследовать ЭЭГ эффекты анализаторов некоторых медиаторных систем мозга в условиях применения электромагнитных полей.

Полученные в настоящей работе результаты указывают на необходимость развития выбранного направления исследований, основу которого составляет представление об общем звене, связанном с вовлечением медиаторных систем мозга в реализацию эффектов различных воздействий. Перспективность этого подхода определяется открывающимися возможностями, с одной стороны, для анализа путей нефармакологического влияния на нервнопсихический и эмоциональный статус, умственную деятельность (Крылова.

9 .

И.Н. и др., 1992), а с другой — для целенаправленного поиска решения акту альной обратной задачи — фармакологической коррекции нарушений в дан ной сфере (Яснецов В.В. и др., 1994), вызванных электромагнитным загряз нением окружающей среды.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Открытие более века назад В. Я. Данилевским и Кэтоном биопотенциалов мозга у животных, а затем Бергером у людей, не только продемонстрировало новую форму проявления его деятельности, но и предоставило объективный и чрезвычайно чувствительный метод ее исследования. Последующее изучение электроэнцефалограммы (ЭЭГ), представляющей собой суммацию мембранных потенциалов громадного числа клеток мозга (ОоМешоИп, 1979), показало, что ЭЭГ отражает прежде всего его общее функциональное состояние: различные уровни бодрствования, стадии сна, нарушения метаболизма. В клинической практике ЭЭГ нашла свое применение как неинвазивное средство для обнаружения эпилепсии и многих других неврологических нарушений, для ранней диагностики и локализации опухолей мозга, для оценки глубины комы при интенсивной терапии и наркоза при оперативных вмешательствах. И хотя в последующем для исследования мозга появилась возможность применять методы компьютерной томографии, магниторезонансного изображения и магнитоэнцефалографии, ЭЭГ подход не только сохраняет свою актуальность, но и интенсивно развивается в настоящее время. Это прежде всего связано с интересом к его уникальному разрешению по времени, возможностью регистрации динамических изменений в функциональном состоянии мозга и, что немаловажно, низкой стоимостью проведения процедуры обследования по сравнению с указанными методами. С другой стороны, ЭЭГ подход интересен в качестве средства, с помощью которого изучаются процессы такого уровня интеграции, который находится между формами организации поведения и нейрофизиологическими явлениями, происходящими на уровне отдельных клеток или их локальных констелляций. Наконец, единый подход на основе применения ЭЭГ на людях и в экспериментах на животных существенно упрощает взаимную экстраполяцию полученных результатов.

Проблемы, связанные со сложностью, разнообразием и вариабельностью.

ЭЭГ, трудностью ее интерпретации и количественного анализа, к настоящему времени в значительной степени устранены благодаря широкому применению в этой области достижений в развитии компьютерной техники. К достоинствам самого ЭЭГ метода (адекватность отражения как органических поражений мозга, так и динамических изменений в его функциональном состоянии, объективность и безболезненность регистрации, высокое разрешение по времени) добавились быстрота, точность и объективность анализа, а также возможность получения как временных, так и пространственных детальных характеристик исследуемых явлений. Сохранение оригинального изображения ЭЭГ в цифровом виде позволило производить последующий анализ с нужной степенью разрешения и с использованием различных статистических подходов в зависимости от исследуемых задач. Все это дало возможность существенно расширить применение ЭЭГ при изучении ментальных функций мозга в норме (Gevins et al., 1997; Krause et al., 1997) и их нарушений в практической психиатрии (Herrmann, Winterer, 1996). Детальный анализ ЭЭГ оказался эффективным средством дифференцировки подтипов шизофрении (John et al., 1994), изучения проявлений деменции (Donofrio et al., 1996) и депрессии (Brnder et al., 1997), а также исследований механизмов аутоиммунной нарушений (Saphier et al., 1993) и других видов патологии (Partanen et al., 1996) центральной нервной системы (ЦНС). Существенное развитие получил ЭЭГ поход в анестезиологической практике (Thomsen, Prior, 1996) и в исследованиях фармакологической зависимости (Drake,.

1996). Именно с компьютерным анализом ЭЭГ эффектов фармакологических воздействий на ЦНС связывается перспектива использования данного подхода при исследовании их нейрохимических механизмов (Панюшкина С.В. и др., 1992).

Следует отметить, что в норме ЭЭГ представляет собой достаточно организованный колебательный процесс, в котором отчетливо выделяются регулярные ритмические составляющие (Гусельников В.И., Супин, А .Я., 1968), отражающие синхронизованную активность множества элементов мозга. Различного рода воздействия могут влиять на выраженность межклеточной синхронизации, что немедленно проявляется в изменении частотного состава ЭЭГ. Именно это, а также высокая функциональная значимость электрической активности мозга, составляют концептульную основу применения частотного спектрального анализа в ЭЭГ исследованиях. Наиболее распространенный подход при оценке мощности спектральных составляющих ЭЭГ включает преобразование Фурье или быстрое преобразование Фурье (БПФ) (Ferdjallah, Barr, 1993). Этот метод производит математическое представление ЭЭГ в виде суперпозиции гармонических синусоидальных сигналов и, таким образом, создает более благоприятные условия для выделения ритмических составляющих ЭЭГ по сравнению с неритмическими ее компонентами. На основе данного подхода получены многочисленные данные об отражении в эволюции частотного спектра ЭЭГ функционального состояния мозга людей и животных при различных условиях (Petsche, 1997; Mason et al., 1997; Knott et al., 1996; Endo et al., 1997; Gambelunghe et al., 1996). Особенно отчетливо проявляется эффективность частотного анализа ЭЭГ при исследовании эффектов фармакологических препаратов, часть из результатов которого представлены в следующем разделе.

Г лава I. Количественная фармако-электроэнцефалография.

В первых экспериментах по применению спектрального анализа ЭЭГ с целью сравнения эффектов различных видов психотропных препаратов (Gibbs, Maltby, 1943) было показано, что барбитураты и морфин вызывали сдвиг в кортикальной ЭЭГ к медленным частотам, тогда как кофеин, амфетамин и адреналин — к быстрым ритмам. Позже была разработана классификационная система по дифференцировке различных препаратов в зависимости от их влияния на кортикальную ЭЭГ (Fink et al., 1958). В дальнейшем (Itil, 1982; Herrmann, Schaerer, 1986) данная система приобрела завершенный вид и с успехом применялась для классификационного разделения препаратов по их принадлежности к различным типам психотропных веществ: нейролептикам, антидепрессантам, анксиолитикам и психостимуляторам. Концептуальную основу этого подхода составляло представление о том, что терапевтически эквивалентные психотропные препараты должны вызывать и сходные ЭЭГ эффекты. При этом предполагалось соответствие выявленного клинического типа действия вещества и обобщенных эффектов в пределах классических (дельта, тета, альфа, бета) поддиапазонов частотного спектра ЭЭГ. Дальнейшее развитие этого положения применительно к особенностям действия препаратов привело к выводу об отражении их специфики в изменениях определенных дискретных параметров спектра ЭЭГ (Панюшкина С.В., Аведисова А. С., 1992). Так, на примере целого ряда ноотропов было показано характерное усиление активности в диапазоне — 8.8−10.6 Гц. С другой стороны, у некоторых препаратов были выявлены противоположные изменения в одних и тех же узких частотных поддиапазонах. Обосновывая этот подход, авторы подчеркивают возросшую актульность вопроса о функциональной неоднородности ритмов ЭЭГ и приводят результаты некоторых исследований, подтверждающих возможность отражения эффектов препаратов в узких поддиапазонах частотных спектров ЭЭГ. Действительно, уже в относительно ранних работах (Yamamoto, 1985) отмечается проявление в коре ЭЭГ эффекта пентобарбитала на частотах 2−3 и 10−13 Гц, морфина — 6−8 Гц, диазепама — в области 13−16 Гц. Следует однако подчеркнуть, что в гиппокампе закономерности действия этих же препаратов имели несколько иной характер. Более простые изменения в ЭЭГ отмечены в экспериментах на свободнодвижущихся крысах с нейролептиками, относящимися к различным классам (Bagetta et al., 1987). Показано, что хлорпромазин и галоперидол, вводимые как системно, так и центрально, вызывали медленноволновой сон с соответствующим усилением ритмов низкой частоты в ЭЭГ коры, при этом отмечается более высокая эффективность галоперидола.

Однако инъекции 1-сульпирида в эквимолярных концентрациях не сопровождались какими-либо существенными изменениями как в поведении животных, так и в их ЭЭГ. Нейролептик — этаперазин и антидепрессант — ими-зин вызывали в ЭЭГ коры усиление мощности ритмов в диапазоне 1−2 Гц и снижение — в тета- (4−6 Гц) полосе (Омельченко В.П. и др., 1989). При этом отмечаются некоторая специфика проявления эффектов исследуемых препаратов в различных областях мозга животных. Было выявлено также, что синхронизизация в ЭЭГ и седативное действие нейролептиков определяются преимущественно блокадой дофаминовых рецепторов (Во et al., 1988). В условиях угнетения бензодиазепиновых рецепторов флумазепилом наблюдались достоверное усиление ритмов в высокочастотной (16−32 Гц) области спектра ЭЭГ коры мозга крыс (Santucci et ol., 1989), тогда как диазепам и пентобарбитал усиливали колебания 16−20 Гц и ослабляли — 4−8 Гц. При применении имипрамина и хлорпромазина выявлено нарастание мощности медленных (1−4 Гц) волн с одновременным снижением быстрых (16−20 и 2832 Гц, соответственно) колебаний. В противоположность этому, психостимуляторы амфетамин и кофеин вызывали достоверное усиление ритмов 20−32 Гц и ослабление — 12−16 Гц (для кофеина 8−16 Гц). Эффект угнетения колебаний в полосе 8−16 Гц был характерен и для амфетамина, а в опытах с кофеином к нему добавлялся эффект усиления тета-ритма. У обезьян применение диазепама (Ehlers, Reed, 1987) сопровождалось угнетением мощности частотных составляющих ЭЭГ в широком диапазоне от 2 до 16 Гц и усилением — в полосе 16−32 Гц. В этих же опытах низкие дозы этанола вызывали наиболее выраженное усиление колебаний в полосе 8−16 Гц, тогда как средние дозы — достоверное ослабление 2−4 Гц, а после применения морфина наблюдалось значительное усиление быстрых (16−32 Гц) колебаний. Фенциклидиноподобные соединения и сигма-опиоидные лиганды вызывали в ЭЭГ коры крыс удлинение периодов десинхронизации, усиление высокочастотной (20−30 Гц) активности и появление типичных пик-волновых комплексов (Sagratella et al., 1989). Конкурентный антагонист NMDA рецепторов инициировал десинхронизацию в ЭЭГ, но без судорожной активности, тогда как неселективный антагонист был неэффективен.

На основании детального анализа различных частотных составляющих спектра ЭЭГ пересматривается распространенное представление об отражении анксиолитического действия транквилизаторов в усилении бета-активности (Крапивин С.В., Хафизьянова Р. Х., 1992; Богданов Н. Н., 1994). Данное свойство, по мнению авторов, более специфично связано со снижением частоты тета-ритма. При этом поднимается вопрос о проявлении в эффекте усиления бета-ритмов в условиях применения транквилизаторов (реализующих свои эффекты преимущественно через бензодиазепиновые рецепторы) общей защитной реакции организма на фармакологическое воздействие. Показано, в частности, что в ЭЭГ людей лоразепам вызывает угнетение ритмов в диапазоне 8−12 Гц и одновременно с этим усиление — в низко- (1−7 Гц) и высоко (13−20 Гц) частотной областях (Link et al., 1993). Детальный анализ клинических и ЭЭГ эффектов бензодиазепиновых транквилизаторов (Бочкарев В.К., Незнамов Г. Г., 1994) показал, что характерным их действием является усиление мощности ритмов в диапазоне 14.5−19 Гц. Одновременное с этим эффектом усиление ритмов 3−5.5, 7.2−9.8 Гц и ослабление — 10.2−12.5 Гц отражало клинические проявления седатации, а ослабление колебаний с частотами в области 0.8−2 и 5−5.8 Гц — активации. Делается заключение об общем механизме реализации седативного и анксиолитического эффектов транквилизаторов. В связи с этим интересно отметить, что сомногенные свойства прогестерона также проявляются на фоне усиления быстрой и угнетения медленной (от 7 Гц и ниже) активности в ЭЭГ крыс (Lancel et al., 1996). Авторы указывают не только на сходство выявленных изменений с эффектами бензодиазепинов, но и подчеркивают их скореллированность с изменениями в уровне метаболитов ГАМК. Анализ механизмов действия препарата позволил выявить ведущую роль в ЭЭГ эффектах его нейроактивного метаболита — аллопрегнанолона (Ьапсе1 е1 а1., 1997), результаты применения которого полностью повторяли те, что наблюдались в экспериментах с прогестероном. Применение общего анестетикагалотана сопровождается появлением высокочастотных веретен в ЭЭГ коры кошек (Keifer et а1., 1996), причем отмечается, что этот эффект находится под контролем некоторых областей среднего мозга, через которые осуществляется холинергическая регуляция неокортекса со стороны ретикулярной формации. Центральное введение нейропептида У, оказывающего модулирующее действие на ряд функций мозга и являющегося потенциальным анксиолити-ком, вызывало замедление дельта- (1−2 Гц) и высокочастотного (6−8 Гц) тета-ритмов в коре одновременно с ускорением низкочастотной (4−6 Гц) тета-активности в коре, гиппокампе и амигдале (ЕЫегэ е1 а1., 1997). В модельной ситуации с анализом гиппокампального тета-ритма, вызванного электрическим раздражением ретикулярной формации, было также подтверждено (21ш, МсЫаг^Ыоп, 1994) специфическое его замедление в условиях применения анксиолитиков: хлордиазэпоксида, буспирона и имипрамина. При этом было выявлено, что буспирон реализует свое действие с вовлечением преи пост-синаптических серотониновых рецепторов, имипрамин — повышая доступность серотонина к его рецепторам, а хлордиазэпоксид — с вовлечением бензодиазепиновых рецепторов, но без прямого участия серотониновой системы.

С другой стороны, показано, что такой антидепрессант и психостимулятор как номифензин (ингибирующий обратный захват катехоламинов) оказывает потенциирующий эффект на тетаи бета-активность при одновременном угнетении всех других составляющих спектра ЭЭГ (Крапивин С.В., Сергеева С. А., 1992), тогда как фенамин вызывал усиление лишь тета-ритма (Дяденко А.И. и др., 1994). Другой отечественный психостимулятор — сиднокарб усиливал у крыс быструю активность как в коре, так и глубинных структурах при одновременном угнетении других частотных составляющих спектра ЭЭГ.

Крапивин С.В. и др., 1992). Один из распространеных аналептиков — фента-нил оказывает активирующее влияние на ЭЭГ с вовлечением холинерги-ческой системы (Horita et al., 1989). Отмечается, что усиление бета-ритмов у людей проявляется в качестве характерного показателя при употреблении кокаина (ингибирующего обратный захват моноаминов) и развившейся зависимости к нему (Heming et al., 1997). Применение специфического бло-катора обратного захвата серотонина — литоксетина дозозависимо приводило к усилению быстрой активности в ЭЭГ людей преимущественно в бета-2 диапазоне, причем без каких-либо существенных изменений в других областях спектра ЭЭГ (Patat et al., 1994). Лишь при повторных приемах этого препарата наблюдалось незначительное снижение альфа-активности. В экспериментах на крысах показано дозозависимое изменение в коре мощности быстрых колебаний в условиях острого внутривенного введения кокаина: при меньшей дозе (1.5 мг/кг) — угнетение, а при большей (3 мг/кг) — усиление (Chang et al., 1995). При этом отмечается, что угнетение ритмов всех остальных частотных диапазонов (дельта, тета и альфа) под влиянием кокаина не зависело от используемой дозы. Применение блокаторов рецепторов к но-радреналину показало, что данная медиаторная система вовлекается в эффекты кокаина, причем в дозозависимых изменениях участвует прежде всего альфа-2 подтип этих рецепторов. Другой блокатор обратного поглощения моноаминов — потенциальный антидепресант дюлоксетин также усиливал активационные явления в мозге крйс и мышей (Katoh et al., 1997). На особое положение быстрой активности ЭЭГ при фармакологических воздействиях указывают и данные комплексного исследования с системным применением кокаина, амфетамина, морфина, никотина и SKF-38 393 -агониста дофаминовых рецепторов (Ferger, Kuschinsky, 1994). Все указанные препараты вызывали угнетение ритмов в диапазонах от дельта до бета-1, однако не затрагивали высокочастотный бета-ритм. Использование блокатора дофаминовых рецепторов — SCH-23 390 позволило выявить наличие данного медиаторного компонента в ЭЭГ эффектах этих соединений. Рапространенный анестетиккетамин вызывал в ЭЭГ людей характерное усиление тета-ритма и ослаблением колебаний в альфа-диапазоне (Engelhardt et al., 1994). У животных применение этого препарата в дозах до 10 мг/кг сопровождалось усилением ритмов с частотами 3−9 Гц (Frey et al., 1994), причем этот эффект устранялся антагонистами опиатных рецепторов. При большей дозе (20 мг/кг) кетамина наблюдалось усиление медленных и угнетение быстрых (13−30 Гц) колебаний. Применение в этих условиях указанных антагонистов сопровождалось инверсией эффектов в бета-диапазоне и значительным снижением — в низкочастотной области спектра ЭЭГ.

Особую группу соединений представляют препараты с нейротоксически ми свойствами, при исследовании которых применение частотного анализа ЭЭГ позволило произвести функциональную дифференцировку различных типов их нейротоксичности: острые эффекты, влияние низких доз на развитие ЦНС, общие и локальние эффекты на мозг (Eccles, 1988). В частности, показано дозозависимое влияние толуола на вызванные потенциалы и ЭЭГ в различных областях коры мозга крыс (Rebert et al., 1989). При вдыхании паров этого вещества отмечаются усиление высокочастотных осцилляций, особенно после вспышек света, а также возрастание мощности тета-ритма. Однако наиболее известными из загрязнителей окружающей среды являются фосфорорганические соединения, нейротоксическое действие которых клинически выражется в нарушениях памяти, движений и сенсорного анализа, нейропатии, депрессии, снижении внимания и психотических симптомах (см. Bemad, 1989). При этом в ЭЭГ исследованиях отмечается неспецифическое усиление медленной и судорожной активности. Основным механизмом проявления нейротоксичности в этих условиях считается значительное повышение уровня ацетилхолина в синапсах в результате необратимого связывания ацетилхолинэстеразы (элиминирующей выделяющийся в синаптической щели ацетилхолин) данными соединениями. Менее изучен механизм нейротоксичности хлорированных углеводородов, действие которых проявляется в гипервозбудимости, треморе конечностей, атаксии, головокружении, оцепенении и конвульсиях. Однако, в отличие от фосфорорга-нических токсикантов, удалось обнаружить более характерные симптомы в ЭЭГ людей, подвегшихся воздействию этих веществ, которые выражались в билатеральной синхронизации тета-волн и судорожных разрядов наряду с появлением медленной активности. Уже в ранних работах отмечается высокая информативность и незаменимость количественной ЭЭГ при выявлении начальных, слабовыраженных эффектов низких доз подобных соединений (Dezi, 1984). В исследованиях, проведенных в последнее время, анализ развития судорожных разрядов в мозге крыс при их интоксикации зоманом позволил не только подтвердить антихолинэстеразное действие этого соединения, но и выявить вторичные изменения в обмене дофамина и выделении норадреналина, а также поздние изменения в процессах, связанных с медиацией возбуждающих аминокислот (аспартата и глутамата) и ГАМК (Shih, McDonough, 1997). При аналогичном подходе была доказана перспективность применения блокатора мускариновых холинорецепторовскополамина и агониста бензодиазепиновых ГАМК рецепторов — диазепама в качестве антидотов в условиях интоксикации зоманом (Anderson et al., 1997).

В целом представленный краткий обзор ЭЭГ эффектов различных препаратов психотропного действия указывает, с одной стороны, на возможность применения данного подхода для предварительной их классификации, а, с другой — на широкое его использование при исследовании их нейрохимических (медиаторных) механизмов. Последнее, естественно, вызывает необходимость анализа данных, характеризующих непосредственное участие медиаторных систем мозга в формировании частотного состава ЭЭГ. Однако предварительно представляется целесообразным рассмотреть вопрос о классификации рецепторов этих систем и их распределении в головном мозге.

Глава И. Нейромедиаторные системы мозга и их рецепторы.

II. 1. Моноаминергические системы.

Моноаминергические системы, представленные серотонинин-, дофамини норадренергическими системами, имеют довольно четкую анатомическую организацию в мозге (см. Ungerstedt, 1971; Буданцев А. Ю., 1976 и др.). Тела моноаминсодержащих нейронов расположены в продолговатом и среднем мозге, а аксоны формируют компактные пучки, оканчивающиеся в разных отделах головного и спинного мозга. Восходящие аксоны нейронов ростральных ядер направляются к структурам промежуточного и переднего мозга, нисходящие аксоны от каудальных ядер — к различным уровням спинного мозга в составе передних и боковых канатиков и оставляют терминали в его вентральных и дорсальных рогах.

II. 1.1. Серототтовая (5-НТ) система.

Скопления тел нейронов, содержащих серотонин, обнаружены в медиальной части продолговатого, среднего мозга и на уровне моста. Восходящий путь сначала проходит вентрально, поднимается к интерпедункулярным ядрам и включается в состав медиального пучка переднего мозга (МППМ), занимая его наиболее вентральную часть. Здесь пучок разделяется на медиальные и латеральные составляющие. Медиальный пучок аксонов проходит в септальную область, затем поворачивает в каудальном направлении и вступает в лимбическую кору, в цингулярную ее область. Латеральный пучок, проходя через гипоталамус, направляется в область амигдалярного комплекса. Среди рострально расположенных ядер выделяются дорсальное и медиальное ядра шва, дающих начало, соответственно, мезостриатному и мезо-лимбическому восходящим пучкам. С помощью метода радиолигандного связывания меченых соединений в головном мозге млекопитающих выявлено (Peroutka et al., 1990) два основных подтипа серотониновых (5-НТ) рецепторов: первый характеризуется связыванием меченного по водороду 5-НТ в наномолярных концентрациях (5-HTi) а второй (5-НТ2) — высокоаффинным связыванием антагонистов 5-НТ. Агонистами 5-НТ рецепторов являются триптамин, 4-окситриптамин, 5-метокситриптамин, тогда как свойствами антагонистов обладают кетансерин, метиотипин, ципрогептадин и др. Специфическим агонистом 5-HTi подтипа рецепторов является 8-OH-DPAT (8-hydroxydipropylaminotetralin), а антагонистом — пиндолол, тогда как для 5-НТ2 подтипа рецепторов к таким соединениям относятся 2,5-dimethoxi-4-iodoamphetamine (DOI) и, соответственно, кетансерин, ритансерин. В последнее время выделяется и довольно интенсивно изучается еще один подтип рецепторов — 5-НТз (Glennon, 1986), одним из специфических агонистов которого является 2-methyl-5-HT, а антагонистом — ондансетрон. Наиболее высокая плотность мест связывания для 5-HTi рецепторов имеется в гиппокампе, базальных ганглиях, черной субстанции, центральном сером веществе, ядрах шва и неокортексе (Waeber et al., 1990), тогда как наиболее выраженное присутствие 5-НТ2 подтипа отмечается в стриатуме и неокортексе крыс (Palacios et al., 1990). 5-НТз подтип преимущественно представлен в желатинозной субстанции спинного мозга и лишь небольшое его количество отмечается в гиппокампе, септуме и амигдале.

Нейроны, содержащие катехоламины (норадреналин и дофамин), образуют группы, занимающие в основном латеральные области продолговатого и среднего мозга и моста. Несколько катехоламинергических ядер расположено в вентро-медиальной области среднего и промежуточного мозга.

II. 1.2. Дофаминовая (ДА) система.

В пределах дофаминергической системы выделяются мезолимбическая и нигростриатная подсистемы. Первая берет свое начало в группе ядер, расположенных в области интерпедункулярного ядра, аксоны которой, распространяясь рострально, включаются в состав МППМ на уровне заднего гипоталамуса. Дойдя до среднего гипоталамуса, они отклоняются в сторону, попадают в медиальный кончик внутренней капсулы и оканчиваются рострально в п. accumbens и обонятельном тракте. Тела нейронов нигростриатной системы, находящиеся в компактной зоне черного вещества, дают начало ростромедиальному пучку, который попадает в МППМ, проходит медиальный кончик внутренней капсулы и оканчивается в скорлупе хвостатого тела и амигдале. Наиболее распространенной классификацией дофаминергиче-ских рецепторов считается разделение их на Di, D2 и D3 подтипы (Snyder, 1990). К Di подтипу относят рецепторы, стимуляция которых приводит к повышению активности аденилатциклазы, тогда как при активации D2 подтипа эта реакция не запускается или даже ингибируется. Лигандное связывание D3 подтипа не подвержено влиянию ГТФ дериватов. К смешанным агонистам дофаминовых рецепторов относятся дофамин, апоморфин, бромо-криптин. Специфическими агонистами являются SKF 38 393 для Di подтипа и лизурид для D2 рецепторов. В качестве высокоизбирательных антагонистов используются соединение SCH 23 390 для D] подтипа и раклоприд — для D2, к высокоэффективным антагонистам которого относятся сульпирид и спиро-перидол (последний чаще применяется как лиганд для D2 подтипа). Высокоэффективными агонистами D3 подтипа являются перголид и квинпирол, тогда как антагонистические свойства к данному подтипу проявляют домпе-ридон и этиклоприд, являющиеся’также антагонистами и D2 рецепторов. Максимальная концентрация меченного лиганда Di подтипа определяется в черной субстации, хвостатом ядре, скорлупе, прилежащем ядревысокое содержание метки обнаружено в зубчатой извилине, в n. subthalamicus, а умеренное количество — в молекулярном слое zona incerta мозга крыс. Применение меченных лигандов D2 подтипа позволило выявить его локализацию в обонятельных бугорках, прилежащем и хвостатом ядрах, в мозжечке и различных зонах коры, а также небольшое их содержание — в черной субстанции и гиппокампе. В отличие от других подтипов, D3 более широко представлен в лимбической системе.

II. 1.3. Норадреиалиновая (НА) система.

В пределах норадренергической системы выделяется дорсальная и вентральная подсистемы. Первая, берущая начало в ядре locus coeruleus, которое находится рядом с дном четвертого желудочка, распространяясь рострально, захватывает вентральную область и входит в МППМ на уровне заднего гипоталамуса. Пройдя гипоталамус и базальную часть переднего мозга, волокна этой системы поднимаются вверх до мозолистого тела и направляются каудально в составе супракаллозапьного пучка. Терминали дорсальной норадренергической системы обнаружены в перивентрикулярной части гипоталамуса, гиппокампе, амигдале, медиальном коленчатом теле и различных областях коры. Волокна вентральной норадренергической системы проходят через области, занятые группами дофаминсодержащих нейронов, и попадают в МППМ на уровне заднего гипоталамуса. Проходя в составе этого пучка до переднего мозга, аксоны оставляют терминали в базолатеральной области гипоталамуса и в конечной пластинке. Терминали этой системы наблюдаются также в центральном сером веществе и ретикулярной формации среднего мозга. На основе распространенных фармакологических критериев было произведено разделение адренергических рецепторов на альфаи бета-типы, из которых в последующем были выделены (см. Ланге, 1982) соответственно альфа-1, альфа-2, бета-1 и бета-2 подтипы. Наиболее широко используемыми селективными агонистами альфа-рецепторов.

1-го и 2-го подтипов являются метоксамин и клонидин, соответственно, а антагонистами — празоцин и йохимбин. Неселективными антагонистами бета-рецепторов проявляют себя пропранолол и пиндололнорадреналин вызывает более выраженные бета-1, а не бета-2 адренергические реакции, тогда как селективную блокаду соответствующих рецепторов производят атеноло-лом и ICI 118,551. Альфа-2 рецепторы широко представлены в головном мозге, причем для высокоаффинного связывания меченного по водороду клонидина характерна значительная топографическая вариабельность, что отмечается и для бета-2 подтипа. В неокортексе, лимбической области и стриатуме у крыс преобладают бета-1 рецепторы, тогда как в мозжечке содержится только бета-2 подтип. Определенные региональные отличия в распределении различных подтипов адренергических рецепторов существует и в пределах неокортекса (Reader et al., 1988).

II. 2. Система' гам. ш-аминомасляной кислоты (ГАМЕ).

Рецепторы в ЦНС млекопитающих, чувствительные к ГАМК, подразделяются на два основных подтипа: ГАМКа, для которых конкурентным блока-тором является бикукуллин, и ГАМКб, не связывающие данное соединение (Bowery et al., 1984), однако обладающие высоким сродством к баклофену (парахлорфенил-ГАМК), который является специфическим агонистом этого подтипа рецепторов. Подобным свойством для ГАМКа рецепторов обладают мусцимол и изогувацин. В качестве неспецифического антагониста ГАМК рецепторов традиционно используют пикротоксин, угнетающий функцию хлорного ионофора, сопряженного с участком связывания медиатора. Рецепторный комплекс ГАМКа подтипа имеет подобный участок для связывания производных бензодиазепина, через который реализуется модуляция эффектов прямых ГАМК агонистов (Farrant et al., 1990). Конкурентный антагонист безодиазепинового участка ГАМКа рецептора — соединение Ro 15−1788 нивелирует модулирующий эффект бензодиазепинов, но не само действие медиатора. ГАМКб рецептор регулирует каналы для ионов кальция и калия и не связан с хлорной проводимостью, управляемой ГАМКа рецепторным комплексом. Исследования распределения обоих подтипов ГАМК рецепторов в мозге крыс (Bowery et al., 1987; Chu et al., 1990) указывают на сходство концентраций их мест связывания в некоторых областях, однако при этом отмечается, что в среднем этот показатель для ГАМКа рецепторов выше, чем для ГАМКб подтипа. Самая высокая плотность первого подтипа выявляется во фронтальной коре, гранулярном слое мозжечка, обонятельных луковицах и медиальном коленчатом теле таламуса. Для ГАМКб рецепторов максимальное содержание наблюдается в молекулярном слое мозжечка, во фронтальной коре, и таких ядрах как таламические, интерпедункулярное и переднее обонятельное. Этот подтип преобладает над ГАМКа подтипом в бледном шаре, височной коре, латеральной части заднего таламуса, superior colliculus, ядре моста, п. raphe magnus, тригеминальном тракте и желатинозной субстанции спинного мозга. В белом веществе и в области желудочков мозга практически не наблюдалось мест связывания меченой ГАМК. 5. Глутамат/аатртатная система.

По фармакологической классификации различают три подтипа рецепторов возбуждающих аминокислот (ВАК) (Collingridge, Lester, 1989) — глутаминовой/аспарагиновой: 1Ч-метш1−0-аспартатный (NMDA), квисквалатный.

АМРА) и кайнатный. Первый подтип, селективным агонистом которого является NMDA, составляет более 80% от всех рецепторов ВАК в головном мозге крыс (Monahan, Cotman, 1985) и блокируется 2-амино-5-фосфонова-лериановой и альфа-аминоадипиновой кислотами. Для второго подтипа рецепторов основные агонисты представлены квисвалатом и АМРА, а селективный антагонист — диэтиловым эфиром глутаминовой кислоты. Агонистом третьего подтипа является кайнатная кислота, тогда как антагонистическое воздействие чаще всего осуществляется с помощью CNQX и DNQX — производных nitroquinoxaline -2,3-dione. L-изоформы глутамата и аспартата проявляют стимулирующую активность различной степени выраженности по отношению ко всем указанным подтипам рецепторов. К блокаторам ионных каналов NMDA подтипа рецепторов относятся фенциклидины и соединение МК-801. Максимальная концентрация NMDA рецепторов отмечается в дендритных слоях коры и гиппокампа, высокое содержание — в хвостатом ядре/скорлупе и в прилежащем ядре, а умеренное — в таламусе, перегородке и мозжечке (Fonnurn, 1988; Miyoshi et al., 1990). Отмечается, что квисквалатные рецепторы также представлены в коре (хотя и в меньшей степени) и гиппокампе, но в области пирамид, тогда как кайнатные — преимущественно связаны с мшистыми волокнами и глиальными структурами. Эти подтипы рецепторов практически отсутствуют в стволе мозга, однако указывается.

Clements et al., 1987) на наличие активности глутамат/аспартатной системы в околопроводном сером веществе.

II. 4. Ацетилхолииовая (АЦХ) система.

С использованием гистохимических методов и моноклональных антител было показано наличие нескольких восходящих холинергических путей в головном мозге крыс (Mesulam et al., 1983; см. Kasa, 1986). Неокортекс, амигдалярный комплекс, гиппокамп, обонятельные луковицы и таламические ядра получают холинергическую иннервацию от нейронов, расположенных в базальной области переднего мозга и верхней части его ствола. При этом выделяется несколько основных ядер, от каждого из которых формируется холинергический путь к определенным структурам мозга. Так аксоны нейронов наиболее рострально расположенных ядер оканчиваются в медиальной перегородке гиппокампаот находящегося вентральнее ядра начинается путь к обонятельной луковицескопление холинергических нейронов, занимающее более каудальное положение, иннервирует амигдалу, базальные структуры и неокортекс. От холинергических ядер, расположенных в ретикулярной формации среднего мозга на уровне моста и сером веществе дорсолатеральной покрышки в перивентрикулярной области, формируются два кортикопетальных пути: один — прямой моносинаптический и другой — через таламус. Различают два основных подтипа холинорецепторов — мускариновый и никотиновый в зависимости от того, какой из агонистовмускарин или никотин воспроизводят эффект ацетилхолина. При этом среди мускариновых холинорецепторов, В СВОЮ очередь, выделяют Ml, М2 и Мз основные подтипы (Mutschler et al., 1990). Рецепторы первого подтипа, не связаны с циклическими нуклеотидами и не реагируют на N-этиленмалеимид, тогда как М2 подтип чувствителен к этому соединению, причем активация данного подтипа вызывает блокаду аденилатциклазы. Действие медиатора на Мз рецептор запускает процессы внутриклеточной сигнализации с вовлечением инозитолтрифосфата и диацилглицерола, но без участия цАМФ. Специфически активируют м-холинорецепторы мускарин, оксотреморин, метоклопрамид, пилокарпин, а блокируют их действие атропин, скополамин, тогда как для никотиновых рецепторов в качестве агонистов используются никотин и триметиламмоний, а с целью блокирования их действия — панкуроний и гексаметоний. Пилокарпин применяется также в качестве специфического агониста Mi подтипа, поскольку в этом случае он значительно эффективнее, чем при его действии на другие подтипы холино-рецепторов. На этом же основании считается специфическим антагонистом М| подтипа и пирензепин. Для М2 и Мз рецепторов селективные агонисты представлены бетанехолом (по относительной эффективности) и L-689,660, соответственно, а антагонисты — галамином и 4-DAMP. Специфическим лигандом н-холинорецепторов является альфа-бунгаротоксин. Высокая плотность м-холинорецепторов обнаружена в неокортексе, стриатуме, миндалине, таламусе и спинном мозге, при этом отмечается низкое их содержание в стволе мозга (Sokolovsky, 1984), тогда как в сомато-сенсорной коре этот показатель выше среднего значения в мозге (McKinney, Coyle, 1982). Интересно, что Мз подтип практически не обнаруживается в коре, но значительно выражен в обонятельных бугорках, стриатуме, прилежащем ядре, поле СА1 гиппокампа и умеренно представлен в поле САЗ, зубчатой извилине, таламусе, миндалине и на уровне моста мозга (Zubieta, Frey, 1993). При сопоставлении распределения мускариновых и никотиновых (Clarke et al., 1984) холи-норецепторов можно отметить определенное их совпадение в хвостатом ядре, п. accumbens, гиппокампе, стриатуме и обонятельных бугорках.

11.5. Опиатная система.

Большое число фармакологических и биохимических исследований, а также применение меченых лигандов опиатных рецепторов позволили выделить три основных их подтипа: мю, дельта и каппа (Hughes et al., 1980; Wood et al., 1981). Считается, что морфин, дигидроморфин и бета-эндорфин являются агонистами мю-рецепторов, тогда как энкефалины и бета-эндорфин дельта-подтипа, а кетоциклазоцин и динорфин-А — каппа опиатных рецепторов. Синтетический опиоидный пептид DAGO обладает большей, чем морфин селективностью к мю-рецепторам, a DPDPEотличной специфичностью к дельта-подтипу. Однако чаще вместо DPDPE используется производное лейцин-энкефалина — DADLE, который хотя и обладает всего лишь в 2−10 раз большим сродством к дельта-подтипу по сравнению с мю-рецепторами, однако не подвержен воздействию пептидаз. Отмечается отсутствие лигандов опиатных рецепторов с абсолютной специфичностью. Основной антагонист этих рецепторов — налоксон лишь относительно специфичен к мю-подтипу, поскольку не лишен сродства к другим подтипам. Другим универсальным антагонистом опиатных рецепторов является налтрексон. Самая высокая плотность мюи дельта-рецепторов обнаружена во фронтальной коре и стриатуме, в которых они содержатся приблизительно в равных количествах (см. Oliverio et al., 1984). В лимбической системе, гиппокампе и стволе мозга плотность мю-подтипа в два раза выше, чем дельта-рецепторов, тогда как в гипоталамусе и таламусе это соотношение становится 4−5-кратным. Отмечается, что мю-рецепторы в высоких концентрациях присутствуют в тех областях головного мозга (околоводопроводное серое вещество, медиальная часть ядер шва, дорсомедиальный гипоталамус, IV слой коры), которые связаны с восприятием или угнетением ноцицептивных стимулов, тогда как дельта-подтип представлен в основном в лимбической системе. Последняя, как известно, участвует в регуляции эмоционального состояния. Выделяется еще один подтип опиатных рецепторов — сигма, через который реализуются психотомиметические эффекты бензоморфановых опиатов, однако он существенно отличается от рассмотренных подтипов как своеобразным фармакологическим профилем, так и анатомическим распределением (Senders et al., 1988).

Как следует из данного краткого описания основных медиаторных систем, их можно прежде всего разделить на две основные категории: имеющих довольно строгую анатомическую организацию в мозге (серотониновая, дофаминовая, норадреналиновая, ацетилхолиновая) и менее выраженную (глутаматная, ГАМК и опиатная системы). В определенной степени с этим связывается и функциональная роль нейронов этих систем в формировании внутримозговых процессов. Общим для всех систем является, с одной стороны, широкая представленность их рецепторов в мозге, а с другой — существование определенной специфики распределения в разных его областях. Если при этом учесть наличие среди них нескольких подтипов в пределах каждой отдельной системы, а также возможность их вовлечения в преи постсинаптические механизмы регулирования активности клеток мозга (Sarkar et al., 1983; Tepper et al., 1985; Heepe, Starke, 1985; Peet McLennan, 1986; Forsythe, Clements, 1990; Berretta, Jones, 1996), то представляется очевидной необходимость корректного и детального анализа при исследовании роли медиаторных систем в формировании нейрофизиологических явлений.

ВЫВОДЫ.

1. Разработан новый комплексный подход к анализу частотного состава электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с повышенным частотным разрешением на основе модифицированного амплитудно-интервального алгоритма.

2. Экспериментально доказано вовлечение медиатор-рецепторного взаимодействия в модификацию частотного состава ЭЭГ основными нейрохимическими системами головного мозга (серотониновой, ГАМК, дофаминовой, норадреналиновой, ацетилхолиновой, глутаматной).

3. Показано общее активирующее влияние (усиление быстрых колебаний в ЭЭГ) каждой из исследованных нейромедиаторных систем (за исключением ГАМК) на функциональное состояние мозга в условиях применения умеренных доз агонистов соответствующих рецепторов. При повышении дозы наблюдалась последовательная эволю! ция эффекта усиления от высоких к средним и низким частотам спектра ЭЭГ.

4. При сравнении эффектов эквимолярных доз агонистов рецепторов нейромедиаторных систем выявлена специфичность отражения их активности в частотном составе ЭЭГ.

5. Впервые показано участие холинергической системы (мускариновых хо-линорецепторов) в формировании межполушарной асимметрии в тетаи бета-диапазонах частотного спектра ЭЭГ.

6. Повышение активности холинергической системы при увеличении дозы физостигмина сопровождалось нивелированием существующего между корой и гиппокампом различия в выраженности ритмов тета-диапазона и инверсией отличий в высокочастотной области спектра ЭЭГ.

7. Доказано сходство как в проявлении (усиление альфа-ритма), так и в некоторых нейромедиаторных механизмах действия (вовлечение ЫМОА и кви-сквалатных рецепторов) нового препарата — дипептида ГВС-111 и классического ноотропа — пирацетама. Отмечены особенности в формировании эффектов ГВС-111 и новые аспекты в нейромедиаторной природе влияния пирацетама на ЭЭГ.

8. Впервые показано модифицирующее влияние низкоинтенсивных комбинированных магнитных полей и модулированного СВЧ-излучения на ЭЭГ эффекты фармакологических воздействий на опиатную, дофаминовую и холинергическую системы.

9. Впервые выявлены идентичные комплексные изменения в частотных спектрах ЭЭГ в условиях применения рекомбинантного интерлейкина-2, ультрафиолетового излучения и низкоинтенсивного миллиметрового облучения зоны акупунктуры. Эффекты проявлялись преимущественно в тета-области спектра ЭЭГ в виде достоверных отличий противоположного знака в соседних узких частотных поддиапазонах.

10. Применение предлагаемого ЭЭГ подхода для анализа механизмов фармакологических и электромагнитных воздействий на основе представления о вовлечении в них нейромедиаторных систем мозга является новым и перспективным направлением исследований в данной области.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Необходимость анализа механизмов действия экзогенных факторов на организм и, прежде всего, на центральную нервную систему с неизбежностью ведет к поиску адекватных, неинвазивных и эффективных методов оценки активности эндогенных нейрохимических систем мозга, поскольку именно их сбалансированная деятельность определяет адаптивную реакцию организма на внешнее воздействие. Использование для этой цели электроэнцефалограммы (ЭЭГ) предоставляет уникальную возможность исследования интимных механизмов деятельности мозга как в норме, так в условиях интервенции в организм различных факторов, практически не оказывая никакого влияния на анализируемые процессы.

Несмотря на наличие большого числа ЭЭГ исследований в этой области, полученные данные практически невозможно применить для анализа участия медиаторных систем мозга в механизмах реализации указанных воздействий, поскольку для большинства из этих систем сохраняется проблема строгого доказательства участия медиатор-рецепторного взаимодействия в формировании ЭЭГ, в частности, ее частотного состава. Это связано прежде всего с существенными отличиями в методических подходах (вид животного, дозы препаратов и способы их введения, интервалы наблюдения и способы сравнения) в различных исследованиях, что может объяснить причину несоответствия в данных, однако затрудняет или делает невозможным их использование при анализе механизмов реализации различных воздействий. Кроме того, большинство работ не содержат полного протокола опытов (дозовые характеристики, действие агонистов и антагонистов отдельно и в условиях их совместного применения) по корректному анализу и строгому доказательству участия медиатор-рецепторного взаимодействия в выявленных эффектах. В рамках единого методического подхода не было проведено также сравнительного изучения вовлечения разных медиаторных систем мозга в формирование частотного состава ЭЭГ, что существенно ограничивает возможности полного исследования нейрохимических механизмов действия фармакологических препаратов, многие из которых имеет комплексный характер. Наконец, большинство результатов получено в условиях определения частотного спектра ЭЭГ на основе преобразования Фурье, для которого необходимым является выполнение требования стационарности анализируемого процесса. Однако известно, что исходно ЭЭГ не является строго стационарной, и тем более неопределенным становится это свойство при дополнительных воздействиях на мозг. Более корректным представляется использование не связанного с условием стационарности периодограммного подхода, конкретные реализации которого на современном уровне успешно применяются при анализе ЭЭГ эффектов психотропных препаратов (Дяденко А.И. и др., 1994). Следует отметить также качественный характер оценки многих изменений в спектрах ЭЭГ, а в большинстве исследований с количественным их анализомусреднение в традиционных широких частотных диапазонах, тогда как указывается (Панюшкина С.В. и др., 1992), что тонкие отличия в ЭЭГ эффектах препаратов дифференцируются лишь при использовании узкополосного частотного анализа.

Исходя из этого, цель настоящей работы заключалась в доказательстве участия медиатор-рецепторного взаимодействия основных медиаторных систем в формировании частотного состава ЭЭГ, а также анализа с применением данного подхода их вовлечения в механизмы влияния на мозг некоторых видов фармакологических препаратов и электромагнитных полей. В связи с поставленной целью в настоящем исследовании необходимо было решить ряд задач. Во-первых, разработать корректный статистический подход к анализу спектра ЭЭГ на основе модифицированного амплитудноинтервального алгоритма с повышенным частотным разрешением и адекватный условиям воздействий фармакологических препаратов и электромагнитных полей. Во-вторых, исследовать характер и динамику спектральных профилей ЭЭГ в условиях применения агонистов и антагонистов рецепторов основных медиаторных систем мозга при различных дозах этих веществ и совместном их введении. В-третьих, произвести сравнительный ЭЭГ анализ некоторых медиаторных механизмов действия классического ноотропа пира-цетама и нового препарата этого типа — дипептида ГВС-111. И, наконец, изучить ЭЭГ эффекты фармакологических воздействий на отдельные медиа-торные системы мозга при применении электромагнитных полей.

В соответствии с указанными задачами в настоящем исследовании был разработан новый комплексный подход к анализу ЭЭГ с использованием модифицированного амплитудно-интервального алгоритма, а на его основе и с применением комбинированного воздействия на различные медиаторные системы мозга корректно продемонстрировано участие медиатор-рецептор-ного взаимодействия в формировании частотного состава ЭЭГ. При этом были даны количественные характеристики, описывающие изменения в частотном спектре ЭЭГ при воздействии на каждую из исследованных медиаторных систем: ГАМК, серотониновую, дофаминовую, норадреналино-вую, глутаматную (отдельно для ее ИМОА и квисквалатных (АМРА) подтипов рецепторов), ацетилхолиновую и опиатную.

При анализе спектральных профилей ЭЭГ, полученных в опытах с агонистами рецепторов этих систем головного мозга, выявлено дозозависимое усиление быстрых ритмов с единственным исключением — ГАМК-ергичес-кой системой, для которой было характерным их ослабление. Сопутствующим этому эффекту оказалось одновременное ослабление в спектре ЭЭГ мощности колебаний соседнего альфа-диапазона. По-видимому, существуют пороговые дозы агонистов, при превышении которых наблюдается угнетающий эффект на быстрые ритмы, как было выявлено при воздействии на рецепторы глутамата и норадреналина. Определенная дозозависимая эволюция при применении агонистов наблюдалась и в других областях спектра ЭЭГ, выражавшейся в появлении пика в тета-диапазоне, который при дальнейшем повышении дозы трансформировался в пик в дельта-полосе. Наиболее наглядно эта эволюция в спектре ЭЭГ проявилась при активации глутамати холинергичесгшх систем. Таким образом, общая тенденция при повышении дозы агониста выражается в возрастании мощности низкочастотных колебаний с сохранением или инвертированием в некоторых случаях эффекта усиления высокочастотных ритмов. Визуальный контроль ЭЭГ во время экспериментов и спектральный анализ соответствующих фрагментов ЭЭГ указывают, что подобная эволюция частотного спектра часто отражает появление высокоамплитудных спайков с последующим развитием судорожной (пик-волновой) активности.

Анализ высокочастотных составляющих в спектре ЭЭГ позволяет сделать заключение об общем активирующем влиянии каждой из исследованных медиаторных систем на функциональное состояние мозга при умеренном воздействии агонистов на соответствующие рецепторы. Выявленное угнетение быстрых ритмов и усиление медленных колебаний при повышении активности ГАМК-системы лишний раз подчеркивает ее тормозную роль в головном мозге (Roberts, 1981).

В соответствии с ЭЭГ эффектами антагонисты можно разделить на две группы: а) снижающие мощность высокочастотных колебаний с одновременным усилением медленных ритмов и б) усиливающие быструю активность без проявления эффекта в низкочастотной области. К первой группе относятся ципрогептадин, GDEE, SCH-23 390, пикротоксин и скополамин, тогда как к другой — СРР, йохимбин, ритансерин, налоксон, бикукуллин и метиотепин. В целом ЭЭГ эффекты антагонистов были менее выраженными по сравнению с теми, которые вызывались агонистами в сходных дозах. Следует отметить отсутствие какой-либо четко выраженной эволюции эффектов в экспериментах с различными дозами антагонистов. Таким образом на основании данных, полученных в рамках настоящего исследования, не находит однозначного подтверждения представление об обязательном реци-прокном проявлении в частотных спектрах ЭЭГ эффектов агонистов и соответствующих им антагонистов (Панюшкина С.В. и др., 1992). Это вполне естественно, по крайней мере для условий физиологической нормы, поскольку применение антагониста в умеренной дозе может привести к снижению эффективности действия медиатора, выделяющегося лишь спонтаннона относительно низком уровне. С учетом того, что эндогенные медиаторы менее эф-фективны, чем их синтетические аналоги (см., например, наши данные по ГАМК и глутамату), можно ожидать, во-первых, отсутствие значительной выраженности в эффектах антагонистов в этих условиях и, во-вторых, отсутствие четко выраженной дозовой зависимости в эффекте антагониста в связи с существованием в норме определенного лимита в уровне эндогенного медиатора. Результаты настоящего исследования находятся в полном соответствии с этим представлением.

Совместное применение агонистов и антагонистов медиаторной системы позволяет дает более прямой ответ на вопрос о вовлечении ее рецепторного аппарата в наблюдаемые изменения в ЭЭГ. В настоящей работе показано, что при подобном воздействии на каждую из исследуемых систем наблюдалось модифицирующее влияние предварительно введенного антагониста на ЭЭГ эффекты агониста, проявляющееся в подавляющем большинстве случаев в снижении их выраженности. Противоположный эффект, выявленный в опытах с норадренергической системой, вполне объясним с позиций вовлечения в его реализацию пресинаптического компонента (Washburn, Moises, 1989), что может служить дополнительным подтверждением адекватности предлагаемого подхода для анализа роли медиаторных систем в механизмах формирования эффектов различных воздействий на головной мозг. Полученные результаты имеют особое значение и для исследований участия медиа-тор-рецепторных взаимоотношений этих систем непосредственно в генезе ЭЭГ в условиях in vitro (Lukatch, Maciver, 1997), поскольку составляют основу для них и несут дополнительную информацию о роли в этом процессе топографической организации мозга.

Выявленные спектральные профили ЭЭГ при действии агонистов исследуемых систем, их эволюция во времени и зависимость от дозы могут иметь важное значение для предварительной оценки возможности вовлечения тех или иных медиаторных систем в механизмы действия анализируемых препаратов. Однако наличие выраженных общих (неспецифических) черт в спектральных профилях ЭЭГ при активации данных систем предполагает необходимость привлечения препаратов из арсенала соответствующих антагонистов для окончательного заключения о справедливости предварительно сделанных оценок. Кроме того, на примере холинергической системы в настоящей работе наглядно показана возможность получения дополнительной информации об участии медиаторной системы в реализации эффекта препарата при анализе межполушарных и межструктурных различий в реагировании отдельных ритмов ЭЭГ на фармакологическое воздействие.

Значимость полученных данных определяется тем, что холинергическая система тесно связана с процессами, лежащими в основе обучения и памяти (Blokland, 1996), при исследовании которых особое внимание уделяется гиппокампу и коре (Eichelbaum, 1997), а также их взаимодействию. ЭЭГ подход позволил выявить связь с этими процессами тета-ритма в гиппокампе и бета-ритмов в коре, что легло в основу представления (Klimesch, 1996) о вовлечении передней части лимбической системы в формированиие кратковременной памяти и об участии таламо-кортикальной системы в долговременной памяти. Однако в последнее время отмечается интерес, с одной стороны, к отражению этих процессов в кортикальном тета-ритме (Klimesch et al., 1996; Burgess, Gruzelier, 1997), а с другой — в особой значимости быстрой электрической активности гиппокампа (Leung, 1992) для его функционирования. Более того, именно на высоких частотах отмечается постепенное нарастание когерентности ритмов в ЭЭГ энторинальной коры и гиппокампа при обработке информации о параметрах внешней стимуляции (Haykin et al., 1996). Таким образом, комплексный анализ соотношения частотных составляющих биопотенциалов коры и гиппокампа предоставляет уникальную возможность получения данных о взаимных перестройках в функциональном состоянии последних и приобретает особую актуальность при изучении механизмов памяти. Известно, что в связанных с ними изменениях электрической активности мозга особая роль принадлежит холинергической системе (Iga et al., 1996). В последнее время возрос интерес к выяснению нейрохимической природы различных ритмов этой активности. Считается, что колебания как тета-, так и бета-диапазонов в гиппокампе тесно связаны с холинергической медиацией (Leung, 1992; Stewart et al., 1992), однако с другой стороны (Boddeke et al., 1997) — поднимается вопрос об участии в их генезе различных систем. Полученные в настоящей работе данные согласуются с представлением о холинергической природе ритмов обеих частотных полос в ЭЭГ гиппокампа.

Известно также, что даже небольшие отличия в балансе активационных процессов между полушариями мозга могут оказаться более существенными для его функционирования, чем общий уровень активации (Davidson, 1988). Отмечается проявление и сходство латеральной специализации мозга у животных и человека (Crowne et al., 1987; Бианки B.JI., 1989) и отражение его функционального состояния в характере межполушарных соотношений в ЭЭГ (Болдырева Г. Р. и др., 1990). Указывается на лабильность феномена асимметрии на разных стадиях осуществления нервно-психических функций (Костандов Э.А., 1994) и его проявление уже в процессе регулирования афферентных потоков к коре (Shin et al., 1997). Подход с использованием показателя ЭЭГ асимметрии был успешно применен на человеке при изучении депрессивных и маниакальных состояний, эпилепсии, шизофрении и в исследованиях с биологической обратной связью (Bruder et al., 1997; Dean et al., 1997; Hardman et al., 1997; Merrin, Floyd, 1997). Предполагается существенная роль в подобных явлениях межполушарных нейрохимических процессов (Flor-Henry, 1986; Doty 1989). Показано нормализующее влияние антидепрессайтов на асимметрию, вызванную патологическим состоянием у больных (Saletu et al., 1996) и латерализация свойств некоторых медиаторных систем (Glick, 1983; Кругликов Р. И. и др., 1991), в частности, холинергической. В настоящей работе выявлены более высокий уровень высокочастотных колебаний в коре левого полушария у крыс в норме и его модификация в условиях повышения активности холинергической системы с одновременным усилением асимметрии в выраженности ритмов тета-диапазона. Последний эффект имел мускариновую природу, поскольку нивелировался на фоне действия блокатора этого типа холинорецепторов — скополамина.

На примерах сравнительного исследования ЭЭГ эффектов дельта-сон индуцирующего пептида и его аналогов, а также различных пептидов, выделенных из фракции мозга гибернирующего суслика наглядно демонстрируются возможности данного подхода по выявлению общих и специфических свойств этих препаратов. Однако для следующей стадии — анализа нейрохимических механизмов формирования выявленных эффектов, явно недостаточным является их сопоставление только с полученными данными по воздействию на отдельные медиаторные системы. Попытка моделирования процессов, сопровождающих действие исследуемого препарата (кетам ина), хотя и представляет следующий этап в решении данной проблемы, тем не менее является пассивной его формой. В этом плане относительно простые эксперименты с перфторуглеродной эмульсией по изучению ее возможного влияния на медиаторные процессы в мозге представляются более перспективными, поскольку позволяют дать ответ не только относительно отдельных систем, но и на этой основе сделать некоторые обобщения. Действительно, факты угнетения в данных условиях ЭЭГ-эффектов ГАМК и кетамина, действие которого связано с активностью многих медиаторных систем (Detsch, Kochs, 1997), а также потенциации эффекта клонидина (аналогичной действию антагониста — йохимбина) указывают на общее ингибирующее влияние центрального применения подобной эмульсии на нейрохимический статус мозга.

В этой связи в настоящей работе наиболее комплексное исследование представлено по анализу механизмов действия ноотропов. На примере классического препарата этого типа — пирацетама не только подтверждено возможное вовлечение NMDA рецепторов в его ЭЭГ эффекты (Hamelin, Lehmann, 1995), но и показано наличие фаз в действии препарата, причем имеющих, по-видимому, различную нейрохимическую природу. На основе полученных данных не исключается, что при многократном применении препарата происходит изменение соотношения в выраженности этих фаз. Проведенный в настоящей работе детальный анализ ЭЭГ эффектов нового препарата — дипептида ГВС-111 (Ostrovskaya R.U. et al., 1994) указывает на их сходство с эффектами пирацетама, а в целом — с характерными проявлениями свойств ноотропных соединений. Действительно, основные изменения в частотном спектре ЭЭГ после введения ГВС-111 наблюдаются ввиде усиления ритмов альфа-диапазона (а), в реализацию данного эффекта вовлекается NMDA подтип глутаматных рецепторов (б), наблюдается эволюция ЭЭГ эффекта при многократном применении препарата, причем в сторону высоких частот (в), что также ассоциируется с действием ноотропов (см. Воронина Т. А. и др., 1987) и, наконец, г) эффекты ГВС-111 проявляются не только в коре, но также как и в опытах с пирацетамом — в гиппокампе. Следует отметить однако, что общепринятое представление о сглаживании межполушар-ной ЭЭГ-асимметрии в условиях применения ноотропов (см. Воронина Т. А., 1991) не нашло однозначного отражения в материалах настоящего исследования. Лишь в первых опытах с пирацетамом отмечается достоверного проявления данного эффекта в тета-диапазоне, однако одновременно с этим отмечается усиление асимметрии в бета-полосе.

В условиях применения дипептида ГВС-111 не выявлено каких-либо изменений в показателе ЭЭГ асимметрии. Обнаружено, что в эффекты многократного применения обоих препаратов вовлекается квисквалатный подтип глутаматных рецепторов, причем в' своеобразной форме — их блокада с помощью СОЕЕ сопровождается потенциацией изменений в ЭЭГ, вызываемых как пирадетамом, так и дипептидом ГВС-111. Кроме того, было показано, что в условиях многократного введения ГВС-111 его эффекты снимаются на фоне действия скополамина. Данный факт вполне согласуется с представлением о наличии холинергического компонента в механизмах действия но-отропов (см. Воронина Т. А. и др., 1987). Получены также предварительные и, на первый взгляд, парадоксальные данные о снижениии ЭЭГ эффекта скополамина при повышении его дозы в условиях применения фиксированной дозы дипептида ГВС-111. По-вйдимому, в этом находит свое конкретное отражение известное специфическое свойство ноотропов — проявлять в большей степени свою эффективность не в рамках физиологической нормы, а преимущественно при патологии.

Таким образом, на примере довольно сложного по механизмам действия вида препаратов продемонстрированы корректность и эффективность применения данного ЭЭГ подхода к анализу участия отдельных медиаторных систем мозга в реализации влияния на него исследуемых фармакологических веществ.

Результаты, полученные в настоящей работе, указывают также на особые перспективы, открывающиеся в условиях применения данного подхода в области анализа нейрохимических механизмов влияния электромагнитных полей как на мозг, так и на эффективность действия психотропных препаратов. Демонстрация в наших опытах модифицирующего эффекта низкоинтенсивных комбинированных магнитных полей (КМП) и модулированного СВЧ-излучения на различные медиаторные системы (опиатную, дофаминовую, ацетилхолиновую), а также имеющиеся литературные данные позволяют рассматривать полученные в настоящей работе результаты как согласующиеся с представлением о вовлечении процессов внутриклеточной сигнализации в эффекты электромагнитных воздействий. Действительно, нами показано, что на фоне действия морфина КМП вызывает общее снижение его.

ЭЭГ эффекта без изменения характерного спектрального профиля данного препарата. Не исключено, что при применении КМП, настроенного на резонансные условия для ионов кальция, лишь более наглядно отражается общее свойство магнитных полей угнетать реализацию эффектов воздействия на рецепторный аппарат клеток, поскольку сходные результаты отмечены при использовании МП, модулированного частотой 60 Гц (Lai et al., 1995) и даже постоянного МП (Pina-Garza et al., 1995). Полученные нами данные о снижении в условиях применения КМП ЭЭГ эффекта агониста ДА рецепторов, проявляющегося в усилении быстрых ритмов в коре по сравнению с их выраженностью в гиппокампе, с одной стороны подчеркивают универсальность эффектов МП по отношению к различным медиаторным системам, а с другой — отражают специфичность их проявления в различных структурах мозга. Постепенное усиление данного эффекта на протяжении нескольких дней, а также отсутствие и затем постепенное восстановление эффекта повторного применения КМП в этот период указывают на вовлечение в их реализацию некоторого универсального базисного механизма, возможно связанного с пластическими перестройками в головном мозге. Сходство эффектов низкоинтенсивного СВЧ-поля и физостигмина в наших опытах согласуется с ингибирующим влиянием данного воздействия на активность ацетилхолинэсте-разы (см. Lai, 1992) в мозге и возрастанием при этом числа специфических участков связывания лиганда мускариновых холинорецепторов (Крылова И.Н. и др., 1992). Однако выявленная нами потенциация скополамином ЭЭГ эффектов поля заставляет предположить вовлечении внутриклеточных механизмов сигнализации и усиления (Enna, Karbon, 1987; Cooper et al., 1995) в процессе возможного взаимодействия между различными подтипами холинорецепторов. На это указывают данные о влиянии СВЧ-излучения на содержание ионов кальция в синаптосомах (Крылова И.Н. и др., 1992) и каль-модулина в различных структурах мозга (Катков В.Ф. и др., 1992).

Выявленные в настоящем исследовании практически идентичные комплексные изменения в частотных спектрах ЭЭГ в опытах с применением УФ света, КВЧ-излучения и синтетического фрагмента молекулы ИЛ-2 инициируют анализ тех явлений, которые могли бы быть общим звеном в реализации данных эффектов. В связи с этим, следует отметить, что многими авторами облучение живого организма электромагнитными полями рассматривается как воздействие на него стрессогенного фактора (Lai et al., 1992; Lyskov E.V., 1995; Теппоне М. В., 1997), что, в свою очередь, согласно теории общего адаптационного синдрома (Селье, 1960) должно вызывать общую или неспецифическую реакцию. По мере формирования у организма специфической резистентности должно происходить ослабление этой реакции, что наиболее наглядно представлено в наших опытах с КВЧ облучением точки акупунктуры у кроликов. Не противоречат данному положению и результаты экспериментов с УФ светом, поскольку проявление ЭЭГ-эффекта лишь на четвертый день экспозиции вполне объясняется развитием кумулятивных эффектов, связанных со спецификой реагирования клеток колеи на исследуемое слабое излучение и гипоталамо-гипофизарных отношений (Hanisch et al., 1996). Однако уже на следующий день после первого проявления характерного ЭЭГ эффекта, в полном соответствии с указанной теорией, наблюдалось его явное ослабление, несмотря на продолжение экспозиции. С другой стороны, известно выраженное влияние стресса на иммунный статус организма и тесные взаимоотношения между мозгом и иммунной системой (Dantzer, Kelley, 1989; Акмаев И. Г., 1996). Отмечается, что последняя получает сигналы из мозга и нейроэндокринной системы через автономную нервную систему гормонально, тогда как посылает информацию в мозг с помощью цитокинов (Luheshi et al., 1996). Результаты наших экспериментов с одним из цитокинов — рекомбинантным ИЛ-2 человека согласуются с представлением о возможном его вовлечении в указанные выше характерные ЭЭГ эффекты электромагнитных воздействий. Таким образом, выявленные специфические комплексные изменения в частотном спектре ЭЭГ в условиях электромагнитных воздействий и отражающие, по-видимому, их стрессогенные свойст-ва позволяют рассматривать полученные результаты как инициирующие применение нового подхода в исследованиях взаимоотношений нервной, гуморальной и иммунной систем.

В целом, перспективность развития этого направления исследований определяется открывающимися возможностями не только нефармакологического воздействия на нервно-психический и эмоциональный статус, умственную деятельность, но и целенаправленного поиска решения актуальной обратной задачи (Яснецов В.В. и др., 1994) — фармакологической коррекции нарушений в этих сферах, вызванных электромагнитным загрязнением окружающей среды.

В заключение следует отметить, что объединение таких ранее обособленных направлений как исследование эффектов фармакологических препаратов и электромагнитных воздействий на основе представления об участии ме-диаторных систем мозга в проявлении данных эффектов, а также применение при этом предлагаемого электроэнцефалографического подхода может составить перспективу развития принципиально нового направления исследований в этой области.

Выражаю глубокую благодарность А. А. Гальченко — моему соавтору и коллеге, за активное участие в разработке подхода, на основе которого были получены все экспериментальные данные и А. В. Грозному за совершенствование программного обеспечения и техническое содействие при оформлении данной работы.

Искренне благодарю д.м.н. Г. И. Ковалева за инициирование исследований роли медиаторных систем мозга в формировании ЭЭГ, постоянный интерес к этой работе, участие в обсуждении полученных данных и формирование арсенала фармакологических анализаторов, без которого выполнение данной работы оказалось бы невозможным.

Чрезвычайно благодарен профессорам И. Г. Акоеву и В. В. Ледневу, а также д.б.н. Н. И. Кукушкину за инициирование исследований ЭЭГ эффектов электромагнитных полей.

Искренне благодарю моего соавтора и коллегу м.н.с. Е. Р. Ахметову за участие в проведение большинства экспериментов по анализу роли медиаторных систем мозга в формировании частотного состава ЭЭГ.

Благодарю Л. Ф. Куньеву за техническую помощь при оформлении работы. Выражаю благодарность всем сотрудникам лаборатории медицинской биофизики Института биофизики клетки РАН за доброжелательное отношение к данной работе и помощь в ней.