Возрастные и половые особенности поведения и уровня стероидных гормонов в мозге у крыс в неонатальном и раннем постнатальном периоде развития.

ВОЗРАСТНЫЕ И ПОЛОВЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ И УРОВНЯ СТЕРОИДНЫХ ГОРМОНОВ В МОЗГЕ У КРЫС В НЕОНАТАЛЬНОМ И РАННЕМ ПОСТНАТАЛЬНОМ ПЕРИОДЕ РАЗВИТИЯ

В.А. Сашков, Н.Б. Сельверова, И.В. Ермакова Институт возрастной физиологии РАО, г. Москва;

Изучена динамика нейроактивных стероидов в мозге и осуществление элементарных поведенческих актов у самцов и самок крыс в неонатальном и раннем пост-натальном периоде развития. Выявлены половые особенности поведения и содержания кортикостерона, тестостерона и эстрадиола в плазме крови, гипоталамусе, гиппокампе, миндалине, поясной извилине и лобной коре у крыс в возрасте 1—2, 5—7, 14 и 21 дня после рождения. Полученные данные подтверждают представления о модуляции стероидными гормонами процессов высшей нервной деятельности и поведения у крыс в раннем постнатальном периоде развития.

В последнее время большой интерес привлекает проблема полового диморфизма в организации процессов высшей нервной деятельности и поведения. На это указывает растущее число публикаций по данной проблематике [2]. В них приводятся факты, свидетельствующие о половых различиях в структурно-функциональной организации мозга, поведения, обучения и памяти. Однако современные данные литературы также свидетельствуют о влиянии стероидных гормонов на рост и развитие нервных клеток [14], метаболизм нейротрансмиттеров и плотность синаптических контактов в мозге [12]. Известно, что нейро-активные стероиды не только присутствуют в нейронах различных отделов мозга, но также вовлекаются в формирование поведения и осуществление условнорефлекторной деятельности [6]. Однако их роль в реализации адаптивного поведения выяснена недостаточно. Поэтому для выяснения значения нейроактивных стероидов в процессах морфофункционального созревания мозга требуется изучение динамики их уровня в различных структурах мозга на ранних стадиях пост-натального развития, когда собственные надпочечные и половые железы не продуцируют достаточного количества стероидных гормонов. Кроме того, именно в этом возрасте происходит окончательное формирование физиологической архитектуры функциональных систем, обеспечивающих приспособительное поведение и когнитивные функции организма [4]. В связи с этим целью настоящего исследования явилось изучение возрастных особенностей реализации элементарных поведенческих реакций и уровня кортикостерона, тестостерона и эстра-диола в мозге и плазме крови у самцов и самок крыс в неонатальном и раннем постнатальном периоде развития.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования выполнены на 120 белых лабораторных крысах линии Вистар, полученных из питомника «Столбовая». Были использованы самцы и самки крыс в возрасте 1—2, 5—7, 14 и 21 дня после рождения. При выборе возраста животных для

проведения исследований мы ориентировались на данные о критических периодах развития, на которые можно разделить ранний постнатальный онтогенез [5].

Поведение крыс было изучено с использованием батареи развитийных поведенческих тестов онтогенез [3], позволяющих оценить соматическое, сенсорное и моторное обеспечение созревающих функциональных систем мозга. Подход основан на тестировании широкого спектра врожденных функциональных систем поведенческих актов, реализуемых в определенные периоды раннего постнатального онтогенеза: сгибание пальцев передних конечностей (1—2 день и 1 неделя); рутинг (1—2 день); переворачивание на горизонтальной плоскости (1—2 день и 1 неделя); избегание наклонной плоскости (1—3 недели); избегание края плоскости (1 неделя); разгибание задних конечностей (1 неделя); сгибание пальцев задних конечностей (1—2 недели); координация передних и задних конечностей (2—3 недели); вибриссный плейсинг (2 неделя); удерживание на канате с помощью передних и задних конечностей (2—3 недели); подъем и спуск по вертикальному канату (3 неделя); зрительный плейсинг (3 неделя); движение вокруг своей оси при удержании за хвост (1—3 недели).

Содержание кортикостерона, тестостерона и эстрадиола определяли в плазме крови и в гомогенате тканей гипоталамуса, гиппокампа, миндалины, поясной извилины и лобной коры с помощью иммуноферментного анализа. Для этого использовались наборы фирмы DRG (США).

Полученные данные были подвергнуты статистическому анализу с использованием ^критерия Стьюдента и программы SPSS, версия 13.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что новорожденные самки крыс имеют достоверно более высокие значения рутинга (поведение, имитирующее поиск матери в ответ на поглаживание мордочки), уменьшение латентных периодов сгибания пальцев передних конечностей и переворачивания на горизонтальной поверхности по сравнению с самцами (рис. 1).

В возрасте 5—7 дней после рождения величина латентного периода сгибания пальцев передних конечностей и переворачивания на горизонтальной поверхности значительно уменьшается у крыс обоего пола. При этом самки крыс в этом возрасте превосходят самцов по числу движений вокруг своей оси при удержании за хвост (это позволяет судить о двигательной активности животных), однако уступают им в выполнении теста на разгибание задних конечностей при потере контакта с поверхностью (рис. 1).

На второй неделе постнатальной жизни количество совершаемых движений при удержании за хвост у самок и самцов крыс достоверно уменьшается, но направленность полового диморфизма при выполнении этого поведенческого теста остается прежней (рис. 1). В тесте избегания наклонной плоскости время разворота животного достоверно уменьшается у крыс обоего пола по сравнению с недельными животными. Кроме того, двухнедельные самки крыс имеют достоверно более низкие значения латентных периодов сгибания пальцев задних конечностей, уменьшение времени проявления вибриссного плейсинга (захват и удержание ко-

нечностями предмета, которого касается вибриссами крысенок, поднятый над поверхностью) по сравнению с самцами (рис. 1). Самцы крыс в возрасте 2 недель после рождения, напротив, превосходят самок при выполнении теста с удержанием на канате с помощью конечностей.

К третьей неделе после рождения у крысят обоего пола выявлено достоверное уменьшение латентных периодов избегания наклонной плоскости, координации передних и задних конечностей, а также увеличение времени удержания на канате с помощью конечностей и числа движений вокруг своей оси по сравнению с двухнедельными животными (рис. 1). При этом самки превосходят самцов при выполнении теста с избеганием наклонной плоскости, во времени удержания на канате с помощью конечностей и количестве движений вокруг своей оси при удержании за хвост (рис. 1). Однако самцы превосходят самок при осуществлении подъема и спуска на канате и уступают им в проявлении времени зрительного плейсинга (захват и удержание передними лапами предмета, который находится в поле зрения крысенка) (рис 1).

Переворачивание на горизонтальной поверхности

Рутинг

12т

Сгибание пальцев задних конечностей 12т

Сгибание пальцев передних конечностей

Избегание наклонной плоскости

Движения вокруг оси при удержании за хвост

Координация передних и задних конечностей

Вибриссный

плейсинг

Удерживание на канате с помощью конечностей

1-2 день

2 недели

Сгибание пальцев передних конечностей 12т

Сгибание пальцев задних конечностей

Движения вокруг оси при удержании за хвост

Разгибание задних^ конечностей

Переворачивание на горизонтальной поверхности

Избегание края плоскости

Удерживание на канате с помощью конечностей

Избегание

наклонной

плоскости

40 Т 30

Движения вокруг Координация

оси при удержании V передних и задних

за хвост конечностей

Подъем и спуск на канате

Зрительный

плейсинг

1 неделя

3 недели

Рис. 1. Половые особенности поведения крысят в раннем постнатальном онтогенезе

Примечание: Сплошной линией обозначены показатели самцов крыс, пунктиром — самок.

Изучение половых особенностей уровня кортикостерона у крыс в первые дни после рождения позволило выявить его закономерное снижение в гипоталамусе, гиппокампе и плазме крови у самцов крыс на протяжении первых двух недель постнатального онтогенеза (рис. 2). К 21 дню его содержание в этих структурах мозга повышается при одновременном снижении в плазме крови. В миндалине, поясной извилине и лобной коре уровень кортикостерона достигает максимальных значений в первые дни жизни, падает к концу второй недели после рождения и повышается у 3-недельных животных (рис. 2). У самок крыс, как и у самцов, наиболее высокий уровень кортикостерона во всех возрастных группах крыс выявлен в плазме крови, гипоталамусе и миндалине (рис. 2). Так, в течение первых двух недель жизни содержание кортикостерона в миндалине и поясной извилине снижается и начинает повышаться только в возрасте 3 недель. В гиппокампе самок выявлено достоверное повышение уровня кортикостерона на первой неделе жизни. К концу второй недели постнатального онтогенеза его содержание в гиппокампе падает и практически не изменяется у животных в возрасте 21 дня. В гипоталамусе и лобной коре самок уровень кортикостерона достигает максимальных значений в течение первой недели жизни, снижается в возрасте 2 недель после рождения и закономерно повышается у 3-недельных животных (рис. 2).

Содержание тестостерона имеет наиболее высокие значения в плазме крови, а также во всех изученных отделах мозга у самцов крыс сразу после рождения. На протяжении первых двух недель жизни плазменный уровень тестостерона и его содержание в мозге закономерно снижается, повышаясь у 3-недельных самцов в гипоталамусе, миндалине, поясной извилине и лобной коре (рис. 3). У новорожденных самок уровень тестостерона в плазме крови, в гипоталамусе, гиппокампе, поясной извилине и лобной коре значительно ниже по сравнению с самцами, снижается в первые дни после рождения и не испытывает существенных колебаний до конца 3 недели постнатального онтогенеза (рис. 3).

Уровень эстрадиола у крыс обоего пола имеет наиболее высокие значения, как в плазме крови, так и во всех изученных структурах мозга сразу после рождения. При этом у самок содержание эстрадиола в плазме крови, гиппокампе и поясной извилине достоверно выше, чем у самцов (рис. 4). В течение первой неделе жизни уровень эстрадиола в мозге снижается и остается низким в последующие периоды постнатальной жизни. Однако его содержание в плазме крови, так же как и в мозге, снижается сразу после рождения, но прогрессивно повышается у 2- и 3-недельных животных (рис. 4).

Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что самки крыс превосходят самцов в выполнении большинства развитийных поведенческих тестов как в неонатальном, так и в раннем постнатальном периоде развития. Это указывает на более быстрые темпы созревания функциональных систем мозга в первые дни после рождения у самок крыс по сравнению с самцами. Нейрохимической основой полового диморфизма в реализации поведенческих реакций у крыс могут являться многочисленные влияния андрогенов, эстрогенов и кортикостероидов на развивающийся мозг в эмбриональном и постнатальном периоде развития [13, 1].

i

I

га

2 надели 3 надет

1-2 двнь 1 неделя 2 недели

Гиппокамп

Миндалина

ГШ гИ ¿ш rL

ГП т гл

1-2 день 1 недели

Поясная извилина

eLü

, а

Лобная кора

I I .

Рис. 2. Особенности уровня кортикостерона в плазме крови и в различных структурах мозга у самцов и самок крыс в процессе развития.

Примечание: по оси абсцисс — возраст животных, по оси ординат — уровень кортикостерона в плазме крови (нг/мл) и в различных структурах мозга (мкг/г); столбцами белого цвета обозначен уровень кортикостерона у самцов, серыми — у самок; * — р<0,05 по сравнению с самцами, ** — р<0,05 по сравнению со следующим периодом онтогенеза.

Гиппокамп

1,51 1.2 -

0,6

0,3 -

Миндалина

**г

а

1-2 день 1 неделя 2 недели

Поясная извилина Лобная кора

1,5 1,5

1,2 1,2

0,9 0,9 **

0,6 0,6

0,3 ГЕ - ** *7* ** **/* 0,3 *Т I СИ “ **Г гха

0 1-2 день 1 неделя 2 недели 3 недели 0 1-2 день 1 неделя 2 недели 3 недели

Рж. 3. Особенности уровня тестостерона в плазме крови и в различных структурах мозга у самцов и самок крыс в процессе развития.

Примечание: по оси абсцисс — возраст животных, по оси ординат — уровень тестостерона в плазме крови (нг/мл) и в различных структурах мозга (мкг/г); столбцами белого цвета обозначен уровень тестостерона у самцов, серыми — у самок; * — р<0,05 по сравнению с самцами, ** — р<0,05 по сравнению со следующим периодом онтогенеза.

Гиппокамп Миндалина

Поясная извилина

Лобная кора

0,4

0,2

"Г

Л

1Ж

Рис. 4. Особенности уровня эстрадиола в плазме крови и в различных структурах мозга у самцов и самок крыс в процессе развития.

Примечание: по оси абсцисс — возраст животных, по оси ординат — уровень эстрадиола в плазме крови (пг/мл) и в различных структурах мозга (мкг/г); столбцами белого цвета обозначен уровень эстрадиола у самцов, серыми — у самок; * — р<0,05 по сравнению с самцами, ** — р<0,05 по сравнению со следующим периодом онтогенеза.

Доказательством этого являются высокие величины стероидных гормонов в мозге и в плазме крови у новорожденных крыс обоего пола. По-видимому, они создают нейрохимическую среду, необходимую для роста и развития нейронов, формирования медиаторных систем мозга и, как следствие, являются одними из определяющих звеньев в осуществлении поведения и полового диморфизма в его реализации. Высокий уровень нейроактив-ных стероидов в плазме крови, гипоталамусе, гиппокампе, миндалине, поясной извилине и лобной коре у новорожденных самцов и самок крыс связан также с развитием рецепторов для кортикостероидов, эстрогенов и андрогенов в нейронах и глиальных клетках мозга [8]. При этом рецепторы андрогенов [7] и эстрогенов [9] в мозге присутствует уже в пренатальном периоде развития, их количество увеличивается в течение последних двух дней эмбриональной жизни [10] и достигают наибольшего количества к 6 дню после рождения [11].

Начиная с первых дней жизни и до конца третьей недели постнатального онтогенеза содержание половых стероидов как в плазме крови, так и во всех исследованных структурах мозга у крыс обоего пола закономерно снижается. Вероятно, это может являться также следствием дезактивации и ферментативного расщепления материнских гормонов, проникших в организм плода через плацентарный барьер. При этом самцы крыс имеют достоверно более высокий уровень тестостерона в плазме крови, гипоталамусе, гиппокампе, поясной извилине и лобной коре сразу после рождения по сравнению с самками, а содержание эстрадиола у самок выше, чем у самцов в плазме крови и поясной извилине. Уровень кортикостерона, так же как и содержание половых стероидов, закономерно снижается от момента рождения до конца третьей недели жизни у самцов крыс в плазме крови, гипоталамусе, гиппокампе и миндалине, а у самок — в миндалине и поясной извилине. Параллельно выявлено достоверное повышение содержания кортикостерона у 5—7 дневных самцов крыс в поясной извилине и лобной коре, а у самок этого возраста — в плазме крови, гипоталамусе, гиппокампе и лобной коре. Высокие значения кортикостерона в мозге и плазме крови у крыс обоего пола сразу после рождения можно рассматривать как следствие родового стресса, нивелируемое в возрасте 2—3 недель постна-тальной жизни.

Описанные выше изменения поведения и уровня стероидных гормонов в мозге и в плазме крови у самцов и самок крыс в неонатальном и раннем постнатальном периоде развития подтверждают представления о модулирующем влиянии корти-костерона, тестостерона и эстрадиола на осуществление адаптивного поведения и реализацию процессов высшей нервной деятельности.

ВЫВОДЫ

1. Самки крыс превосходят самцов в выполнении большинства поведенческих тестов в неонатальном и раннем постнатальном периоде развития. Это указывает на более быстрые темпы созревания функциональных систем мозга в первые дни после рождения у самок крыс по сравнению с самцами.

2. У новорожденных самцов и самок крыс выявлен высокий уровень кортикостерона, тестостерона и эстрадиола во всех исследованных структурах мозга. Вероятно, они создают необходимую нейрохимическую среду для дальнейшего полового дифференцирования и морфофункционального созревания мозга.

3. Высокий уровень кортикостерона в плазме крови, в гипоталамусе, гиппокампе, миндалине, поясной извилине и лобной коре у крыс обоего пола в первые дни после рождения можно рассматривать как следствие родового стресса, нивелируемое в возрасте 2—3 недель постнатальной жизни.

4. Параллельные изменения в поведении и содержании нейроактивных стероидов в мозге подтверждает представления о их модулирующем влиянии на осуществление адаптивного поведения и реализацию высших функций мозга.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ахмадеев А.В. Функциональная гормон-зависимая реверсия в нейронах миндалевидного комплекса мозга. // Мат. ХХ съезда физиол. общества им. И.П. Павлова М. -2007. —C. 131.

2. Вольф Н.В. Половые различия в функциональной организации процессов полшарной обработки речевой информации. -Ростов на Дону. -Изд-во ООО УВВ. — 2000.

3. Зарайская И.Ю., Александрова Е.А., Анохин С.В. Поведенческие равитий-ные тесты. // Мат. отдела системогенеза НИИ им. П.К. Анохина РАМН. -2000.

4. Раевский В.В. Онтогенез медиаторных систем мозга. // Автореф. д-ра биол. наук. —М. -1988. -35 с.

5. Ямщикова Н.Н. Хроническая изоляция медиобазального гипоталамуса и становление реакции избегания у крыс. // Автореф. канд. биол. наук. —М. -1979. -17 с.

6. Janowsky J.S. The role of androgens in cognition and brain aging in men. // Neuroscience. -2006. -V. 138. -N. 3. -P. 1015—1020.

7. McEwen B. Gonadal Steroids and Brain Development. // Biology of reproduction. -1980. -V. 22. -P. 43—48.

8. McEwen B.S. Steroid Hormones and Brain Development: Some Guidelines for Understanding Actions of Pseudohormones and Other Toxic Agents // Environmental Health Perspectives. -1987. —V. 74. —P. 177—184.

9. McEwen B.S., Alves S.E. Estrogen Actions in the Central Nervous System. // Endocrine Reviews. -1999. -V. 20. -N. 3. -P. 279—307.

10. MacLusky N.J., Lieberburg I., McEwen B.S. The development of estrogen receptor systems in the rat brain: perinatal development. // Brain Res. -1979. -V. 178. -N. 1. -P. 129—142.

11. MacLusky N.J., Chaptal C., McEwen B.S. The development of estrogen receptor systems in the rat brain and pituitary: postnatal development. // Brain Res. -1979. -V. 178. -N. 1. -P. 143—160.

12. Matsumoto A. Synaptogenic action of sex steroids in developing and adult neuroendocrine brain. // Psychoneuroendocrinology. -1991. -V. 16. -N. 1—3. -P. 25—40.

13. Parducz A., Hajszan T., Maclusky N.J., Hoyk Z., Csakvari E., Kurunczi A., Prange-Kiel J., Leranth C. Synaptic remodeling induced by gonadal hormones: neuronal plasticity as a mediator of neuroendocrine and behavioral responses to steroids. // Neuroscience. -2006. -V. 138. -N. 3. -P. 977—985.

14. Rupprecht R. Neuroactive steroids: mechanisms of action and neuropsy-chopharmacological properties. // Psychoneuroendocrinology. -2003. -V. 28. -N. 2. -P. 139—168.