Ответная реакция антиноцицептивной системы мозга животных при различных режимах транскраниальной электростимуляции

ОТВЕТНАЯ РЕАКЦИЯ АНТИНОЦИЦЕПТИВНОЙ СИСТЕМЫ МОЗГА ЖИВОТНЫХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ТРАНСКРАНИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ

О.Б. Сеин, Д.А. Григорьев, Д.О. Сеин, А.В. Найденков, М.А. Соловьева

Аннотация. Приводятся результаты поведенческих реакций и интерьерных показателей у собак при различных режимах транскраниальной электростимуляции. Отмечается, что электростимуляция защитных механизмов мозга постоянным и импульсным токами вызывает у животных ответные реакции с элементами стресса, а применение одного только импульсного тока оказывает более «мягкое» воздействие на антиноцицеп-тивные структуры мозга.

Ключевые слова: адреналин, антиноцицептивная система, Р-эндорфин, глюкоза, гемоглобин, лейкоциты, опиоидные пептиды, собаки, транскраниальная электростимуляция, эндорфины.

Метод транскраниальной электростимуляции (ТЭС) является одним из перспективных методов, который в последние годы находит широкое применение в медицине и ветеринарии. Перспективность ТЭС подтверждается тем, что она относится к неинвазивным методам, действует комплексно и имеет гомеостатическую направленность.

В настоящее время большинство эффектов ТЭС хорошо изучены. Установлено, что при ТЭС избирательно активизируются защитные механизмы мозга, что сопровождается выбросом в кровь и ликвор эндогенных опиоидных пептидов, в частности эндорфинов, энкефа-линов и серотонина. При этом выделение эндогенных опиоидов происходит в физиологически оптимальных концентрациях. Использование же экзогенных опиоид-ных пептидов как фармакологических веществ зависит от индивидуальных и видовых особенностей животного, что затрудняет их точную дозировку для получения наилучшего эффекта. Экспериментально подтверждено, что после ТЭС концентрация эндорфинов в крови и ликворе подтверждается в течение нескольких часов, тогда как экзогенный эндорфин разрушается эндопептидазами за несколько минут. Выделяемые после ТЭС эндорфины и энкефалины не вызывают аллергических реакций, в отличие от синтетических аналогов (В. В. Лебедев и др., 2003;2005).

Однако, несмотря на достигнутые успехи в области изучения ТЭС, многие вопросы остаются еще не достаточно выясненными. Если в медицинской практике ТЭС проводят примерно в одинаковых режимах, то в ветеринарии такой стабильности в выборе режима нет. Так, Д.Ф. Давлетбердин и др. (2002) и Ю.В. Храмов и др. (2001) при проведении ТЭС у молодняка мелкого рогатого скота использовали импульсный ток прямоугольной формы, длительностью импульсов 0,1 мс, частотой 300Гц, силой тока от 10 до 15 мА. Подачу тока проводили плавно и постепенно доводили до рабочих параметров. Источником импульсного тока был прибор ГИ-1. Электроды фиксировали биаурикулярно

(ухо-ухо). Между электродами и кожей ушной раковины предварительно помещали марлевые салфетки, пропитанные 1 % раствором натрия хлорида. Продолжительность сеанса электростимуляции составила 5-10 мин.

М.В. Беседин (2000), С.А. Кизилов (2004) ТЭС у телят и свиней проводили с использованием прибора «Трансаир-2», при этом применяли следующий режим: на электроды с гидрофильными прокладками области лобной и затылочной костей сначала подавался постоянный ток, плавно нарастающий в течение 2 мин от 0 до 6,5 мА. Затем на электроды в той же полярности подавались прямоугольные импульсы с частотой 70-80 Гц и длительностью 3-4 мс, амплитуду которых медленно увеличивали в течение 2 мин до 3 мА, что в соотношении с постоянным током составило 2:1. Продолжительность одного сеанса электростимуляции составила 30 мин.

Б.С. Сеин (2009) и А. А. Аксенов (2009) проводили ТЭС у кроликов и собак с использованием прибора «Трансаир-2». При этом вначале на электроды подавался постоянный ток, который медленно в течение 2 мин увеличивался от 0 до 3,0 мА, подавались прямоугольные импульсы с частотой 70 Гц и длительностью 3,5 мс, амплитуду которых затем увеличивали до 3,0мА. Электростимуляцию осуществляли три раза через день. Продолжительность сеанса составляла 30 мин.

Среди ученых нет единого мнения о фиксации электродов на голове животных при проведении ТЭС. Исследования, проведенные В.П.Лебедевым и др. (2003) совместно с сотрудниками Торонтского университета с использованием ядерно-магнитно-резонансной томографии, определили пути тока при ТЭС. Было установлено, что только при расположении электродов «лоб-затылок» или при «лоб-сосцевидные отростки» и саггитальном направлении тока, он может достигать структур антиноцицептивных механизмов мозга. Именно при таком расположении электродов ток поступает по цистернальному и внутрижелудочковому путям к защитным механизмам мозга: вертикальным ядрам гипоталамуса, околоводопроводному серому веществу, ядрам шва.

При билатеральном расположении электродов «сосцевидный отросток - сосцевидный отросток» или «ухо-ухо» ток к антиноцицептивным структурам мозга практически не поступает, поэтому защитные системы мозга не срабатывают.

Учитывая вышеизложенное, нами была проведена «ревизия» ранее использованных режимов ТЭС. В частности, были проведены эксперименты с использованием постоянного тока в сочетании с импульсным и одного импульсного тока.

Опыты проводили на беспородных собаках. Источником постоянного и импульсного токов был прибор «Трансаир-2». Электровоздействие осуществляли через

электроды, расположенные на лобной (катод) и затылочной (анод) областях черепа. Под электроды помещали прокладки, пропитанные водой.

При использовании первого режима на электроды вначале подавался постоянный ток, плавно нарастающий в течение двух минут от 0 до 6,0 мА, затем в той же полярности подавались прямоугольные импульсы с частотой 77 Гц и длительностью 3,0 мс, амплитуду которых медленно увеличивали в течение двух минут до 3,5 мА, продолжительность одного сеанса электростимуляции составляла 30 мин.

После уравнительного периода через 10 дней на тех же собаках применяли другой режим ТЭС. В этом случае исключали постоянный ток, подавали на электроды только импульсный ток при тех же параметрах.

До, во время и после ТЭС проводили наблюдение за подопытными животными, учитывали поведенческие реакции, клинические параметры, определяли общие гематологические показатели (СОЭ, гематокрит, эритроциты, лейкоциты, гемоглобин) общепринятыми методами. Содержание адреналина, норадреналина, кортизола и бета-эндорфина устанавливали иммунофер-ментным и радиоиммунным методами с использованием соответствующих наборов реагентов (CIS International и INCSTAR Corporation).

Биометрическую обработку материалов проводили с вычислением средней арифметической величины показателей (М), ее средней ошибки (±m), а также с использованием критериев t Стьюдента для определения достоверности различий показателей в сравниваемых режимах ТЭС. Концентрацию в крови глюкозы определяли с использованием наборов «Био-Ла-Тест» фирмы «Лахема».

Наблюдения показали, что при исследовании первого режима в первые минуты ТЭС у собак наблюдалось кратковременное возбуждение. Собаки становились беспокойными, постоянно делали перемежающие движения конечностями, выгибали спину, мотали голо-

вой, пытались освободиться от фиксатора. Некоторые животные ложились на пол, а затем вставали. Через 2-3 мин собаки успокаивались, многие из них ложились на пол, изредка издавали негромкие звуки. У некоторых животных наступало сонливое состояние, однако реакция на внешние раздражители у них была сохранена. Такое состояние в период ТЭС наблюдалось у большинства подопытных собак. Однако были животные, у которых поведенческие реакции имели неадекватный характер, заторможенное состояние у них сменялось кратковременным возбуждением и даже агрессивностью, затем они вновь успокаивались.

При использовании второго режима ТЭС, когда на электроды подавался только импульсный ток, поведение собак отличалось от поведения во время применения первого режима. У большинства подопытных собак общее состояние во время и после ТЭС было спокойным. Одни животные в течение всего сеанса лежали, другие находились в стоячем положении, однако во всех случаях признаков возбуждения у них не наблюдалось. В то же время у 3 собак регистрировалось ярко выраженное беспокойство. У них была повышенная двигательная активность, они пытались освободиться от фиксации, издавали протяжные и лающие звуки. При этом данное поведение у подопытных животных, в отличие от применения только постоянного тока, продолжалось в течение всего периода электростимуляции.

На применение сочетанного воздействия постоянного и импульсного тока (третий режим) собаки реагировали более спокойно, чем при использовании отдельно постоянного и импульсного электровоздействия. Большинство животных до и после ТЭС вели себя спокойно. У 2 собак отмечалась повышенная двигательная активность, они делали перемежающие движения ногами, ложились на пол, затем вставали, издавали негромкие протяжные звуки. В период эксперимента температура тела у всех подопытных собак находилась в

Рисунок 1 - Проведение транскраниальной электростимуляции у собак

пределах физиологической нормы (38,4-38,0 С). Частота пульса во время электростимуляции у большинства животных увеличивалась до 110,5± 5,5 уд/ мин. Однако это увеличение отмечалось только в первые минуты стимуляции, а в конце сеанса частота пульса возвращалась к исходным данным (72,4-78,5 уд/ мин).

При исследовании крови было установлено, что показатели СОЭ и гематокрита у собак при всех режимах ТЭС существенных различий не имели. До электростимуляции СОЭ и гематокрит находились соответственно в пределах 2,3-2,4мм/ч и 38,5-40,0%. После проведении сеанса стимуляции СОЭ несколько уменьшилось (2,02,2 мм/час), а гематокритная величина, наоборот, увеличилась (39,7-43,0%).

Содержание эритроцитов до ТЭС было минимальным (5,8-6,4-1012/л), затем оно постепенно возрастало и через сутки после стимуляции составляло 7,0-7,7-1012/л. Количество лейкоцитов в крови подопытных животных изменялось в пределах 8,7-9,1-10 /л. При этом минимальное их содержание регистрировалось непосредственно после окончания ТЭС, а максимальное через 24 часа.

Концентрация гемоглобина в крови собак изменялась параллельно динамике содержания эритроцитов и характеризовалась низким ее уровнем до сеанса ТЭС (125,0-134,0 г/л) и увеличением через 24 часа после окончания сеанса (145,0-154,0 г/л).

Содержание глюкозы до начала электростимуляции и непосредственно после ее окончания в крови собак составляло (3,0-3-3,6 ммоль/л). Через 30 мин после стимуляции концентрация глюкозы увеличивалась до 4,0-4,3 ммоль/л, однако затем она понизилась и через сутки равнялась 3,5-3,7 ммоль/л.

Уровень общего белка в крови подопытных собак в период эксперимента колебался в небольших пределах (6,0-6,4 г/л). При этом ТЭС существенного влияния на содержание белка в крови подопытных животных не оказывала.

Исследования адреналина показали, что у собак, которым проводили ТЭС в первом режиме, его содержание в крови да начала сеанса составляло 1,28±0,15 нг/мл, при втором режиме - 1,21±0,17 нг/мл, при третьем режиме - 1,30±0,11 нг/мл. Через 30 мин после сеанса содержание адреналина в крови собак соответственно составляло - 2,09±0,16 нг/мл; 1,98±0,12 нг/мл и

1,77±0,18нг/мл. Через 12 часов после окончания ТЭС содержание адреналина в крови собак практически возвратилось к исходным данным и соответственно достигало 1,30±0,17; 1,24 ±0,19; 1,20± 0,10 нг/мл.

Динамика содержания норадреналина имела характер аналогичный динамике адреналина. При использовании первого режима ТЭС его содержание колебалось в пределах 0,15 ±0,09 - 0,19± 0,08 нг/ мл, при втором режиме- 0,15 ±0,12 - 0,16± 0,07 нг/ мл, при третьем режиме- 0,12 ±0,11 - 0,14± 0,08 нг/ мл.

Исследование кортизола позволило выявить, что до начала ТЭС его уровень у собак всех групп достоверных различий не имел и находился в пределах 57,7±4,4-59,4±5,6 нмоль/л. После ТЭС уровень кортизола в крови подопытных собак повысился, достигая максимума через 60 мин после электростимуляции: при первом режиме он составлял 68,6±3,7 нмоль/л; при втором режиме - 67,9±3,2 нмоль/л, при третьем - 60,4±2,4 нмоль/л.

Как известно, специфическим показателем влияния ТЭС на антиноцицептивную систему мозга является содержание Р-эндорфинов в крови и ликворе животного. Поэтому данный показатель был включен в комплекс наших исследований. Результаты иммунофер-ментного анализа позволили выявить динамику содер-

жания этого опиоидного пептида в крови собак до и после ТЭС (рисунок 2).

30

25

.ч 20

-Q

§ 15

а 10 5

0

до ТЭС через 30 через 60 через 12 мин после мин после часов ТЭС ТЭС после ТЭС

1 режим ТЭС; Н2 режим ТЭС; Н3 режим ТЭС

Рисунок 2 - Динамика содержания бета-эндорфина в крови собак до и после ТЭС

Так, до ТЭС содержание ß-эндорфина в крови собак находилось на минимальном уровне и колебалось в пределах 5,0±0,09-5,2±0,11 пмоль/л. Через 30 мин после электростимуляции его уровень в крови изменился и при первом режиме составлял 5,2±0,12 пмоль/л, при втором режиме- 10,0±0,15 пмоль/л и при третьем режиме- 11,5±0,26 пмоль/л.

Через 60 мин при первом режиме ТЭС содержание ß-эндорфина практически не изменилось и достигло 5,2±0,08 пмоль/л. В то же время при втором и третьем режимах его уровень резко увеличился( Р<0,05) и соответственно составлял 18,7±1,05- 24,5±2,11 пмоль/л. Через 12 часов после ТЭС содержание ß-эндорфина в крови подопытных собак возвратилось к фоновым показателям и колебалось в границах 5,2±0,14- 6,0±0,24 пмоль/л.

Таким образом, результаты наших исследований свидетельствуют о том, что наиболее выраженный стимулирующий эффект на антиноцицептивную систему мозга был при использовании третьего режима ТЭС. При этом поведенческие реакции и клинические параметры у большинства животных после комплексного применения постоянного и импульсного токов не имели существенных отклонений от фоновых значений. Напротив, раздельное применение постоянного (1 режим ТЭС) и импульсного (2 режим) тока вызывало у многих собак неадекватную ответную реакцию: повышенную двигательную активность, вокализацию, попытки освободиться от фиксации и электродов.

Положительный эффект ТЭС при комплексном применении ТЭС у собак можно объяснить тем, что постоянный ток способствует и предотвращает развитие негативных явлений при ТЭС (возбуждение, судорожный синдром) вызываемых импульсным током. Помимо этого, по данным Кацнельсона Я.С. (1985), значительно уменьшает сопротивление кожи, что позволяет увеличивать силу импульсного тока без повышения напряжения и тем самым повысить эффект ТЭС.

Список использованных источников

1 Аксенов, А.А. О применении транскраниальной электростимуляции при острой интоксикации / А.А.Аксенов // Дис. канд. биол. наук.- Курск, 2009.-150с.

2 Беседин, М.В. Применение транскраниальной электростимуляции для лечения телят, больных диспепсией / М.В. Беседин // Дисс. канд. биол. наук.- Курск, 2000.-145с.

3 Кацнельсон, Я.С. Транскраниальная электростимуляция как компонент анестезиологического пособия и средство ку-

пирования болевых синдромов / Я.С. Кацнельсон // Автореф. дис... канд.мед.наук.-Л., 1985.-18с.

4 Кизилов, С.А. Влияние транскраниальной электростимуляции на морфофункциональные особенности желудка у свиней/ С.А. Кизилов, О.Б. Сеин, М.В. Беседин // Научные проблемы производства продукции животноводства и улучшение ее качеств: сб. науч. работ.- Брянск,2004.-С.249-300.

5 Лебедев, В.П. Разработка и обоснование лечебного при-

менения ТЭС защитных механизмов мозга с использованием доказательной медицины / В.П. Лебедев, В.И. Сергиенко// Транскраниальная электростимуляция: экспериментально

клинические исследования: сборник науч. статей. - СПб., 2005.-С.11-69.

Информация об авторах Сеин Олег Борисович, доктор биологических наук, профессор, декан факультета ветеринарной медицины ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», тел.(4712)53-14-04, email: academy@kgsha.ru

Григорьев Денис Александрович, аспирант кафедры терапии и акушерства ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».

Сеин Дмитрий Олегович, кандидат биологических наук. Найденков Андрей Владимирович, ассистент кафедры терапии и акушерства ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».

Соловьева Марина Александровна, аспирант кафедры терапии и акушерства ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».