Реферат: Вплив емоційного стресу на церебральну нейродинаміку та варіабельність серцевого ритму щурів
Вчений секретар спеціалізованої ради В.M. Дзюба
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Найменш вивченим аспектом проблеми емоційного стресу є його церебральні механізми, які знаходять висвітлення в біоелектричній активності мозку [Ведяев Ф.П., Воробьёва, 1983; Майоров О.Ю., 1989; Судаков К.В., 1994]. Не викликає сумніву, що в основі нейрофізіологічних механізмів, які обумовлюють розвиток якісно нового стану мозку в умовах емоційного стресу, лежать зміни його системної діяльності [Майоров О.Ю., 1989]. У той же час, дослідження ЕЕГ корелятів формування стійких змін функціонального стану, системної нейродинаміки в умовах емоційного стресу одиничні.
Процеси самоорганізації, які лежать в основі адаптації до емоційного стресу, знаходять відображення на ЕЕГ [Jensen B.H., 1996]. На сьогодні результати досліджень свідчать про те, що здоровий мозок має хаотичну динаміку функціонування, яка властива інтеграційній діяльності мозку [Elbert T., 1994; Jensen B.H., 1996; Palus M., 1999; Майоров.О.Ю. и др., 2006]. Однак, дослідження ЕЕГ методами детерміністського хаосу небагаточисельні.
В даній роботі проведені дослідження параметру, який характеризує динаміку систем мозку в часі, на основі оцінки ентропії Колмогорова-Сіная (еКС) по ЕЕГ в умовах спокійного неспання, гострого і хронічного емоційного стресу.
Для об'єктивної оцінки напруги систем регуляції й рівня емоційного стресу випробуваних тварин проводилася кількісна оцінка нейроетологічних показників у тесті “відкрите поле” [Майоров О.Ю., 1989], а також реєстрація варіабельності серцевого ритму (ВСР) [Mayorov O.Yu., Baevsky R.M., 1999; Баевский Р.М., 2004] на різних етапах формування емоційно-стресового стану. Це було необхідно для адекватної фізіологічної інтерпретації нового нелінійного параметру ЕЕГ – ентропії Колмогорова-Сіная.
Численні літературні джерела вказують на залучення нервових механізмів, що модулюють серцевий ритм. Сучасні методи аналізу варіабельності серцевого ритму дозволяють оцінити міру і механізми адаптації або збій у системах регуляції, використовуючи методи часового аналізу (статистичні і геометричні) та аналізу хвильової структури ритму серця на етапах формування емоційного стресу. У той же час, результати дослідження впливу стресу на варіабельність серцевого ритму, особливо на хвильову структуру ритму, залишаються суперечливими. У зв'язку з цим, є важливим і актуальним вивчення особливостей регуляції серцевого ритму в умовах гострого й хронічного емоційного стресу.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до планів науково-дослідних робіт НДІ біології Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна в рамках цільової програми “Дослідження механізмів накопичення епігенетичної інформації у процесі старіння та способи збільшення середньої тривалості життя” (№ держреєстрації 0103U004280) в співробітництві з НДІ охорони здоров’я дітей та підлітків АМН України.
Мета і завдання дослідження. Метою цього дослідження було вивчення стану церебральної нейродинаміки на основі оцінки ентропії Колмогорова-Сіная по ЕЕГ та кількісна оцінка напруження систем регуляції серцевого ритму в умовах гострого та хронічного емоційного стресу на основі оцінки варіабельності серцевого ритму щурів-самців лінії Вістар.
Відповідно до цілей дослідження вирішувалися наступні завдання:
Виявити значення еКС по ЕЕГ статевозрілих щурів-самців лінії Вістар характерні для вихідного стану та в умовах гострого і хронічного емоційного стресу.
Виявити регіональні і міжкульові відмінності ентропії Колмогорова-Сіная в умовах гострого і хронічного емоційного стресу.
Оцінити асиметрію еКС в умовах спокійного неспання, короткочасової іммобілізації і хронічного емоційного стресу в умовах вільної поведінки та у стані іммобілізації.
Оцінити напруження систем регуляції серцевого ритму в умовах емоційного стресу.
Визначити особливості поведінки в тесті “відкрите поле” до початку моделювання стресу та у стані хронічного стресу.
Об’єкт дослідження: церебральна нейродинаміка та стан систем регуляції серцевого ритму в умовах вільної поведінки та в умовах гострого і хронічного емоційного стресу, викликаного іммобілізацією, у статевозрілих щурів-самців лінії Вістар.
Предмет дослідження: визначення показників нелінійної нейродинаміки та показників варіабельності серцевого ритму в умовах вільної поведінки та в умовах гострого і хронічного емоційного стресу у статевозрілих щурів-самців лінії Вістар.
Методи дослідження: д ля моделювання стійкого емоційно-стресового стану використовувалась модель іммобілізаційного стресу. Нейроетологічні показники визначали у тесті “відкрите поле”. Реєструвались ЕЕГ і ЕКГ. Електроди для реєстрації ЕЕГ імплантували стереотаксичним методом; верифікацію положення електродів здійснювали на фронтальних гістологічних срізах мозку. Проводили нелінійний багаторозмірний аналіз ЕЕГ і аналіз варіабельності серцевого ритму в стані спокійного неспання та в умовах гострого і хронічного емоційного стресу.
Наукова новизна одержаних результатів. Встановлені діапазони значень ентропії Колмогорова-Сіная ЕЕГ в симетричних ділянках півкуль головного мозку і структурах лімбіко-ретикулярного комплексу статевозрілих щурів-самців лінії Вістар у стані спокійного неспання в умовах вільної поведінки.
Досліджена динаміка еКС в умовах гострого емоційного стресу. Виявлено збільшення еКС у фронтальній, парієтальній та окципітальній коркових ділянках лівої півкулі. У структурах лімбіко-ретикулярного комплексу найбільш виражене збільшення еКС відбувалось в обох ретикулярних ядрах покришки. При цьому відсутність рухомої активності відображується значним зниженням еКС в правій сенсомоторній корковій ділянці.
В умовах вільної поведінки після тривалої іммобілізації значно підвищується рівень еКС. Найбільш виражене збільшення еКС відбувається в правій парієтальній та в обох фронтальних коркових ділянках відносно вихідного рівня, а в лімбіко-ретикулярних структурах – в ретикулярних ядрах покришки і в лівому дорсальному гіпокампі та лівій мигдалині.
Іммобілізація на тлі хронічного емоційного стресу викликає зниження еКС у досліджуваних коркових і лімбіко-ретикулярних утвореннях головного мозку; значення еКС у цих умовах значно нижче вихідного рівня, визначеного у інтактних тварин. Тільки у правій мигдалині рівень еКС збільшується.
Оцінка Колмогорова-Сіная по ЕЕГ у стані спокійного неспання та її зміна в умовах моделювання емоційних стресів дозволяє виявити структури, які залучаються при формуванні стійкого емоційно-стресового стану.
В стані іммобілізації в умовах гострого та хронічного стресу відбувається зміщення вегетативного балансу в бік переваги симпатичної активності, зменшується варіабельність серцевого ритму, знижується загальна спектральна потужність і потужність в усіх частотних діапазонах. В умовах гострого й хронічного стресу підвищується роль центрального контуру управління у порівнянні з автономним, підсилюється стабілізуючий вплив вищих відділів мозку.
Тривала іммобілізація супроводжується стійкими змінами систем регуляції серцевого ритму, що може свідчити про емоційно-стресовий стан досліджуваних тварин.
Практичне значення одержаних результатів. Результати, одержані в цій роботі, поглиблюють фундаментальні знання церебральної нейродинаміки і напруження систем регуляції роботи серця в умовах вільної поведінки у стані спокійного неспання, в умовах гострого і хронічного емоційного стресу та можуть бути використані при розробці критеріїв оцінки функціонального стану досліджуваних систем в нейрофізіологічних, нейрофармакологічних та психофізіологічних дослідженнях.
Особистий внесок здобувача. Вибір теми дисертаційної роботи, постановка мети і задач, вибір об'єкта досліджень, методів досліджень адекватних рішенню задач та інтерпретація отриманих даних проведені разом з науковим керівником.
Автор провів патентно-інформаційний пошук і аналіз наукової літератури по даній проблемі, виконав експериментальні дослідження: стереотаксичні операції, реєстрацію ЕЕГ, ЕКГ, морфологічну верифікацію локалізації електродів у структурах мозку. Аналіз отриманих даних проведено автором самостійно за допомогою новітніх математичних та інформаційних технологій.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації висвітлювалися на міжнародній конференції “Комп’ютерна медицина’2004” (Харків, 2004), 8-th Multidisciplinary International Conference of Biological Psychiatry "Stress and Behavior" (St-Peterburg, 2004), 9-th Multidisciplinary International Conference of Biological Psychiatry "Stress and Behavior" (St-Peterburg, 2005), міжнародній конференції “Комп’ютерна медицина’2005” (Харків, 2005), 1-му З’їзді Фізіологів СНД (Сочі, 2005), другій всеукраїнській науково-технічній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених “Актуальні питання теоретичної та прикладної фізики та біофізики. Фізика. Біофізика-2006” (Севастополь, 2006), 1-й міжнародній конференції молодих вчених “Біологія: від молекули до біосфери” (Харків, 2006), IV Всероссийской с международным участием школы-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности “Инновационные направления в физиологии двигательной системы и мышечной деятельности” (Москва, 2007), міжнародній конференції “Комп’ютерна медицина’2007” (Харків, 2007).