Влияние гипергликемии на поведение крыс в открытом поле и на условный рефлекс пассивного избегания

ФИЗИОЛОГИЯ

УДК 612.821

ВЛИЯНИЕ ГИПЕРГЛИКЕМИИ НА ПОВЕДЕНИЕ КРЫС В ОТКРЫТОМ ПОЛЕ И НА УСЛОВНЫЙ РЕФЛЕКС ПАССИВНОГО ИЗБЕГАНИЯ

JI.JI. Прагина, H.A. Тушмалова, O.A. Назаренко,

С.Ю. Штрыгаль, Е.Б. Воеводина, Н.В. Целкова

(лаборатория "Эволюция механизмов памяти "

кафедры высшей нервной деятельности)

Приобретенная память, экспериментальной моделью которой служат различные условные рефлексы, раньше других форм поведения "откликается" на различные неблагоприятные факторы, включая эндокринные нарушения.

Известно, что диабет в разной степени нарушает поведение людей, в том числе и память (Прихожан, 1973). Обнаружена взаимосвязь развития диабета и атеросклероза (Давиденкова, Либер-ман, 1988). Не случайно возникло понятие "диабетическая неврастения", включающее все неврологические осложнения диабета, в том числе и эпилепсиформные припадки (Прихожан, 1973).

Цель данной работы — изучение влияния ал-локсановой гипергликемии (аллоксановой модели диабета) на поведение крыс в открытом поле и на динамику формирования условного рефлекса пассивного избегания как модели памяти.

Задача начального этапа работы состояла в получении феномена гипергликемии как модели диабетического состояния. На втором этапе работы исследовали влияние гипергликемии на поведение крыс в открытом поле. И в третьей части работы изучалось влияние гипергликемии на условный рефлекс пассивного избегания (как модели памяти).

Методика

Были проведены 2 серии опытов на 42 крысах-самцах линии Вистар с начальным весом 180—200 г. Животных содержали при естественном освещении и комнатной температуре в пластиковых клетках по 6—8 крыс в каждой. Экспериментальную модель сахарного диабета получали путем введения свежего 10%-го раствора аллоксангидрата (0,1 мл на 100 г подкожно, после 18-часового голодания крыс). Детально этот методический прием, выраженный математической формулой, описан нами ранее (Прагина и др., 2004). Функционально биохимические показатели аллоксановой модели диабета были изучены O.A. Назаренко (2001). Ею

были исследованы такие показатели, как углеводный обмен, содержание холестерина, малонового альдегида, выделительная функция почек. Уровень гликемии определяли экспресс-методом с помощью аналитических систем для измерения концентрации глюкозы в крови на мультислойной цветной пластинке (Test Stripes, Betache, Sydney, Australia). Концентрацию глюкозы оценивали визуально, сравнивали с цветной шкалой для концентрации от 0 до 55 ммоль (при комнатной температуре). Этот метод был нами ранее использован для определения содержания глюкозы в опытах с изучением механизмов стресса (Прагина и др., 1990). Двигательную ориентировочно-исследователь-скую активность крыс изучали с помощью автоматического прибора (РАДЕО).

Вторая часть исследований проводилась в камере, разделенной перегородкой с отверстием, одна половина которой была темная, а другая освещена лампой (100 Вт). Животное помещалось в светлую половину камеры. Крысы — сумеречные животные, поэтому они уходят из освещенной части камеры в темную. Как только животное заходило в темную часть камеры, оно получало удар током величиной 0,8 миллиампер (через сетку металлического пола) и выбегало в светлую часть камеры. Время входа в темную часть камеры и выхода из нее фиксировалось.

Для более детального анализа влияния аллоксановой гипергликемии (аллоксанового диабета) на память нами был специально разработан новый прием количественной оценки глубины памятного следа. Этот метод получил наименование — коэффициент консолидации памятного следа. Количество заглядываний животных в электрооборонительный отсек камеры (реакция напоминания) при тестировании после обучения является одним из визуальных критериев консолидации памятного следа. Для измерения коэффициента вводили ряд функций, характеризующих поведение крыс. Конкретные первичные цифровые данные были получены в результате анализа протоколов

опытов. Поведенческим показателем прочности памятного следа служили так называемые реакции напоминания животных. Сравнение этой формы поведения у опытных и контрольных крыс свидетельствовало о влиянии аллоксановой гипергликемии (аллоксанового диабета) на глубину памятного следа. Детально этот методический прием, выраженный математической формулой, описан нами ранее (Прагина и др., 2004).

Введем функции, характеризующие поведение 1-й крысы в Т-тестировании.

Обозначим через N0 множество крыс в опытной группе, через 14^ — множество крыс в контрольной группе;

I — тестирование через 24 ч;

II — тестирование через 6 дней (отдаленный Т = \ эффект);

III — тестирование через 21 день (отдаленный эффект);

Х| (Т) = г (с) — время, затраченное 1-й крысой на пребывание в светлой части камеры в Т-тестиро-вании; Ъ^ (Т) = п — количество реакций напоминания (п = 0, 1, 2, 3, ...) 1-й крысы в Т-тести-ровании; (Т) = {1 — если 1-я крыса вошла в темную часть камеры в Т-тестировании, 0 — если не вошла}.

Обозначим | N¡1 количество крыс в ¡-й группе, где } = {о — опыт; к — контроль}. Вводится коэффициент, характеризующий средний показатель в группе степени консолидации памятного следа (группы: опытная и контрольная):

О = (21(Т)-Х1(Т))/180]/|М]|;

где | = {о — опыт; к — контроль}.

Вводятся также дополнительные коэффициенты, позволяющие более полно описать сходство или различие в поведении крыс из различных групп:

К = (1 -У,(Т)). Зд]/!^. (1 "^(Т)).

Новая функция, введенная в формулу, (Т) обозначает наличие реакций напоминания (=1) или отсутствие таковых (= 0).

Полученные данные представлены в табл. 1—3.

Б-коэффициент показывает, по сути, процент крыс (Б х 100%), "помнящих" электрическое воздействие, полученное в затемненном отсеке клет-

Таблица 1

Таблица 2

F-коэффициент 24 часа 3—5 дней 14 дней

Контроль 0,29 0,43 0,50

Опыт 0,61 0,61 0,44

Таблица 3

К-коэффициент 24 часа 3—5 дней 14 дней

Контроль 0 0,16 0,43

Опыт 0,36 0,27 0,375

G-коэффициент 24 часа 3—5 дней 14 дней 1 месяц

Контроль 0,267 0,285 0,356 0,8

Опыт 0,336 0,33 0,264 0,975

ки. Через 24 ч после воздействия в опытной группе этот процент вдвое выше, чем в контрольной, а через 3—5 дней — в полтора раза выше. Но через 14 дней после полученного воздействия коэффициенты контрольной и опытной групп примерно одинаковы (0,50 и 0,44).

G-коэффициент показывает значимость загля-дываний в темную часть камеры как факта ситуативного напоминания об опасности для всей группы в целом. В опытной группе через 24 ч и 3—5 дней ценность заглядываний выше, чем в контроле. Но через 14 дней ситуация обратная.

К-коэффициент показывает долю крыс, заглядывавших в темную часть камеры и не вошедших в нее среди всех, не вошедших туда. В опытной группе через 24 ч и 3—5 дней эта доля значительно выше, чем в контрольной. Через 14 дней доли примерно одинаковы (0,43 и 0,38).

Статистический анализ проводили по непараметрическому критерию Вилкоксона на основе компьютерной программы STADIA.

Результаты

Через три дня после введения аллоксана определяли уровень глюкозы в крови с помощью глю-костиксов.

Как видно из табл. 4, через 3 дня после введения аллоксана в первой серии опытов статистически достоверно (р < 0,001) была получена гипергликемия у 10 крыс из 12. В норме количество глюкозы в крови от 2 до 4 мМ/л, а у опытных животных от 10 до 12 мМ/л. Во второй серии было взято 12 опытных животных и 6 контрольных. Из табл. 4 видно, что гипергликемия была получена у 11 животных (уровень глюкозы в крови от 12 до 25 мМ/л по сравнению с контролем от 2 до 4 мМ/л). Погибла 1 крыса. Полученная модель экспериментальной гипергликемии была апробирована на двух формах поведения животных. Первая — влияние на поведение крыс в открытом поле. Открытым полем служил электрооптический прибор РАДЕО, автоматически регистрирующий двигательную ориентировочно-исследо-

Таблица 4

Уровень глюкозы в крови крыс через три дня после введения аллоксана

I Серия II Серия

опыт контроль опыт контроль

№ глюкоза, мМ/л № глюкоза, мМ/л № глюкоза, мМ/л № глюкоза, мМ/л

1 18 1 3 13 погибла 13 4

2 17 2 2 14 15 14 4

3 9 3 3 15 25 15 2

4 10 4 4 16 25 16 4

5 20 5 2 17 25 17 2

6 12 6 3 18 15 18 2

7 погибла 7 3 19 18 - -

8 погибла 8 3 20 12 - -

9 19 9 3 21 18 - -

10 5 10 4 22 18 - -

11 погибла 11 2 23 15 - -

12 5 12 4 24 15 - -

вательскую активность крыс. Было обнаружено, что уровень горизонтальной активности опытных животных достоверно ниже (р < 0,01) по сравнению с контрольными животными (Прагина и др., 2003).

Таблица 5

Влияние аллоксана на вес крыс в начале и конце опыта

Опыт Контроль

№ вес перед нач. опытов, г вес в конце опытов, г № вес перед нач. опытов, г вес в конце опытов, г

1 175 115 1 180 250

2 200 145 2 195 245

3 180 погибла 3 180 250

4 180 100 4 180 240

5 185 125 5 190 245

6 200 погибла 6 180 230

7 190 погибла 7 200 245

8 180 погибла 8 175 240

9 180 160 9 180 240

10 195 280 (уровень глюкозы не повысился) 10 190 250

11 180 135 11 200 245

12 180 210 уровень глюкозы не повысился 12 190 240

Как видно из табл. 5, вес животных в конце опыта (через 2 недели) сильно уменьшился, кроме того, погибла еще 1 крыса.

На следующем этапе эксперимента изучалась динамика формирования условного рефлекса пассивного избегания как экспериментальная модель памяти.

Было обнаружено, что у животных с аллокса-новым диабетом латентный период выхода из темной половины камеры больше (р < 0,05) по сравнению с контролем (табл. 6).

Таблица 6

Латентный период выхода животных из темного отсека камеры при обучении. I серия

1 2 3 4 5 6 7 8

Контроль 6 5 10 12 13 12 3 3

Опыт 6 30 24 53 180 6 3 13

При тестировании через 24 ч фиксировался латентный период захода животных в электрооборонительную часть камеры (показатель формирования памятного следа). Статистически достоверных различий между опытными и контрольными животными не было. Намечалась только тенденция более медленного захода в темный отсек камеры у опытных животных (средний латентный период у опытных 58,1 с; а у контрольных — 30,8 с).

При тестировании через 3 дня наблюдается та же картина. Средняя величина латентного периода при заходе в темный отсек — 69 с у опытных и 39 с у контрольных. Тестирование через 2 недели, как было принято раньше в наших опытах, заменили на тестирование через 10 дней, поскольку крысы стали мало есть, много пить и быстро худеть. Но достоверных отличий не получили, так как две опытные крысы не вошли в темную часть камеры не потому, что помнили о токе в темной части камеры, а потому, что у них не было сил это сделать: они были в коматозном состоянии. Их вес упал до 110 и 115 г, животные практически не двигались.

Во второй серии было 18 животных (12 опытных и 6 контрольных). Через 3 дня после введения аллоксана 2 крысы погибли. При изучении поведения в открытом поле отличия были только в уровне горизонтальной активности. При обучении, тестировании через 24 ч, 3 дня и 14 дней статистических различий выявлено не было. Было проведено тестирование оставшихся в живых животных (6 опытных и 6 контрольных) через 2 мес. Процентное соотношение опыта к контролю по критерию времени захода в оборонительный отсек камеры выявило динамику консолидации памят-

Таблица 7

Влияние гипергликемии на динамику консолидации памятного следа по критерию времени захода в оборонительную камеру

24 ч 3 суток 12 суток 60 суток

Контроль (п = 6) 120,5 137,5 154,8 180

Опыт(п = 6 ) 159 128,5 130,2 98

Процентное соотношение опыта к контролю 131,9% 93,4% 84,1% 54,4%

ного следа (табл. 7). Через 2 мес. память у опытных животных ухудшилась почти вдвое. Это указывает на ухудшение памяти в связи с более глубоким развитием диабета (см. табл.).

Заключение

Анализ полученных результатов показал, что феномен гипергликемии, достигнутый с помощью инъекций аллокеана, изменяет поведение крыс. Было установлено, что гипергликемия снижает уровень горизонтальной составляющей спонтанной двигательной активности крыс, определяемой при анализе поведения в "открытом поле". Влияние гипергликемии на условнорефлекторную память крыс статистически достоверно было выявлено лишь спустя 60 дней после инъекций ал-локсана. Эффект гипергликемии был выражен в снижении критериев прочности памятного следа. Отдаленность эффекта демонстрирует необходимость длительного наблюдения за результатами используемой аллоксановой модели диабета в экспериментах на животных. В настоящее время трудно окончательно судить о механизмах нарушения поведения животных при экспериментальном диабете. Одним из предположений может быть изменение в сфере белково-нуклеинового синтеза. Такое представление основано на экспериментальных данных, полученных при изучении эволюцион-но-молекулярных основ памяти (Тушмалова, 1978;

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Давиденкова Е.Ф., Либерман И.С. 1988. Генетика сахарного диабета. Л.

Данилова Н.С. 1969. Некоторые изменения высшей нервной деятельности и реактивности вегетативной нервной системы у больных сахарным диабетом: Автореф. канд. дис. М.

Назаренко O.A. 2001. Сравнительный анализ влияния солевых режимов на обмен глюкозы и эффективность противодиабетических препаратов: Автореф. канд. дис. М.

Прагина Л.Л., Кокаева Ф.Ф., Иноземцев А.Н., Лебедева И.Е., Тушмалова H.A. 1990. Изменение уровня глюкозы в крови

Тушмалова, Маракуева, 1986). Известно, что при сахарном диабете снижается активность таких соединений белковой природы, как ключевые фрагменты метаболизма глюкозы. К другим осложнениям сахарного диабета относится ангиопатия. Ранее (Назаренко, 2001) было выявлено снижение скорости церебральной и почечной перфузии под влиянием экспериментального (аллоксанового) диабета у крыс. Известно, что при сахарном диабете определенную роль играет полипептид ангио-тензин II, его содержание при сахарном диабете повышается, что приводит к нарушениям внут-риклубочковой гипертензии и как следствие — к повышению артериального кровяного давления. Перечисление только некоторых негативных последствий сахарного диабета позволяет судить о комплексности факторов, что затрудняет суждение о механизмах влияния гипергликемии на поведение крыс в нашем исследовании.

Несмотря на сложность расшифровки поведенческих последствий экспериментального диабета, можно искать рациональные пути фармакологической коррекции этих нарушений.

Следует подчеркнуть, что изучение влияния аллоксановой гипергликемии на память крыс (как экспериментальной модели диабета) — только первая и необходимая часть исследований, проводимых нами с целью поиска путей коррекции этих нарушений. Так, в работе O.A. Назаренко (2001) были получены данные о положительном влиянии заменителя поваренной соли — гипосоле на некоторые биохимические показатели, включая глюко-зурию при аллоксановом диабете крыс.

В наших дальнейших исследованиях для коррекции поведенческих нарушений у крыс при диабете планируется использование биологически активных соединений природного происхождения. Положительный эффект при использовании биологически активных соединений различной природы для регуляции процессов памяти был обоснован и экспериментально апробирован нами ранее (Тушмалова, 1994; Тушмалова, Прагина, 2000).

под влиянием "сбоя" реакции избегания // Журн. высш. нервн. деятельности. 40. № 4.

Прагина Л.Л., Тушмалова H.A., Целко-ва Н.В., Воеводина Е.Б. 2004. Влияние аллоксановой гипергликемии на поведение крыс и на условный рефлекс пассивного избегания // Тез. докл. XI Рос. нац. конгр. "Человек и лекарство", 19—23 апр. М.

Прагина Л.Л., Тушмалова H.A., Цел-кова Н.В., Воеводина Е.Б. 2004. Формирование и сохранение условного рефлекса пассивного избегания у крыс под влиянием пантогама: отдаленный эффект // Вестн. Моск. ун-та. Сер. Биология. № 2. 3—6.

Прагина Л.Л., Тушмалова H.A., Н а -заренко O.A., Штрыгаль С.Ю., Целко-в а Н . В . 2003. Влияние аллоксановой модели сахарного диабета на поведение крыс // Междунар. междисциплинарный семинар "Новые технологии в медицине и экологии, интегративная медицина". 13—25 янв., Высокие Татры, Словакия.

Прагина Л.Л., Тушмалова H.A. 2000. Регуляция и коррекция условнорефлекгорной памяти крыс с помощью препаратов природного происхождения — регуляторов генной активности // XXX Всерос. совещ. по проблемам высшей нервной деятельности. СПб. Т. 2.

Прихожан В.М. 1973. Поражение нервной системы при сахарном диабете. (Клиника, патогенез, лечение). М.

Тушмалова H.A. 1994. Общебиологическая гипотеза механизмов влияния различных психотропных средств, оптимизирующих память // Журн. высш. нерв, деятельности. 44. № 1. 3—7.

Тушмалова H.A. 1986. Исследование некоторых механизмов памяти у животных разного уровня филогенеза: Автореф. докт. дис. М.

Тушмалова H.A., Маракуева И.В. 1986. Сравнительно-физиологическое исследование ультра-структурных аспектов памяти. М.

Поступила в редакцию 23.01.05

THE HYPERGLYCEMIA EFFECT ON RAT'S

OPEN FIELD BEHAVIOR AND THE PASSIVE AVOIDANCE REFLEX

L.L. Pragina, N.A. Tushmalova, O.A. Nazarenko,

C.J. Shtrygal, E.B. Voevodina, N. V. Tselkova

The effect of alloxan hyperglycemia (alloxan diabetic model) on rat's open field behavior and the passive avoidance reflex formation as a memory model was studied. Hyperglycemia decreases the level of horizontal component in spontaneous motion open field behavior in rats. The statistically significant hyperglycemia effect on conditioned reflex memory in rats was found only 60 days later after alloxan administration. To thoroughly analyze the effect of alloxan hyperglycemia the special method of quantitative evaluation was developed to access the depth of memory trace (the consolidation index).

УДК 612.111

ХРОНИЗАЦИЯ ВОСПАЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА

И НАРУШЕНИЯ В СИСТЕМАХ ГЕМОСТАЗА У КРЫС

ПОСЛЕ ОПЕРАЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОСКАЛЬПЕЛЕЙ

JI.B. Лютова, М.А. Карабасова, Т.А. Шубина, O.A. Мынбаев, Г.В. Андреенко

Послеоперационные осложнения в виде тромбозов, кровотечений, спайкообразования обусловлены в значительной степени воспалительным процессом и связанным с ним нарушением функций многих систем организма (Савельев, 1999; Ковеп-<1а11, 1999). В последние годы ведется поиск новых подходов к проведению операций с целью ограничения очага воспаления и уменьшения трав-матизации. Уже разработаны и применяются лазерные, ультразвуковые и электрохирургические скальпели, значительно ее снижающие ^рег&ет е! а1., 2002).

Задачей настоящего исследования является изучение характера воспалительного процесса и состояния систем гемостаза у крыс после хирургического вмешательства на маточных рогах с применением электроскальпелей с коагулирующим эффектом.

Материалы и методы

Работа была выполнена на половозрелых самках крыс линии Вистар весом 180—200 г. Всего в работе было использовано 170 животных. Опе-

4 ВМУ, биология, № 2