Автореферат и диссертация по медицине (14.00.25) на тему:Экспериментальные нарушения функций развивающегося мозга и разработка основных направлений их коррекции

(Г? 7

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФАРМАКОЛОГИИ

На правах рукописи

ТРОФИМОВ СЕРГЕЙ СЕРГЕЕВИЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИЙ РАЗВИВАЮЩЕГОСЯ МОЗГА И РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ИХ КОРРЕКЦИИ

14.00.25 - фармакология

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научный консультант:

профессор, доктор мед. наук Т.А.Воронина

Москва - 1997

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений .................................... 4

Глава 1. Введение ....................................... 5-12

Глава 2, Обзор литературы .............................. 13-17

2.1. Нарушения, связанные с перинатальным гипоксическим воздействием ........................................... 17-35

2.2. Нарушения., связанные с перинатальным изменением метаболизма белков .............................. ....... 36-46

2.3. Нарушения, вызываемые перинатальным воздействием этилового спирта ........................................ 47-80

2.4. Принципы и методы лечения нарушений функций центральной нервной системы, вызванных перинатальными патогенными

факторами .............................................. 80-93

Глава 3. Материалы и методы исследования.

3.1. Животные ......................................... 34

3.2. Соединения' ................................... 94-100

3.3. Моделирование перинатальной патологии ....... 100-108

3.4. Тестирование ................................ 103-108

3.4.1. Физическое развитие .................... 109-110

3.4.2. Развитие нервной системы .................. 110

3.4.3. Поведение животных .................... 110-119

3.4.4. Электрофизиологические исследования ... 110-122

3.4.5. Биохимические исследования ............ 123-125

Глава 4. Влияние краткосрочной внутриутробной гипобаричес-кой гипоксии на развитие функций центральной нервной

системы ........................., .................... 126-140

Глава 5. Коррекция нарушений, вызванных краткосрочной внутриутробной гипобарической гипоксией, ноотропными средствами,

примененными в ранний постнаталъный период ........... 150-184

Глава 6. Влияние хронической внутриутробной гипоксии на развитие функций центральной нервной системы .............. 185-196

Глава 7. Коррекция натрия оксибутиратом нарушений, вызываемых

внутриутробной хронической гемической гипоксией ...... 187-219

Глава 8. Влияние подавления белкового синтеза в критический период раннего постнатального онтогенеза на развитие функций

центральной нервной системы .......................... 220-231

Глава 3. Коррекция соединениями с коотропной активностью нарушений, вызванных торможением белкового синтеза в критический период раннего постнатального онтогенеза ........ 232-252

Глава 10.Влияние пренатальной алкоголизации на развитие функций центральной нервной системы .......................... 253

10.1. Влияние пренатальной алкоголизации на физическое развитие, поведение, электрофизиологические и биохимические показатели состояния мозга ........................... 253-273

10.2. Влияние стрессирования в ранний постнатальный период развития на когнитивные функции у половозрелых крыс .. 273-277

10.3. Значение резкой отмены алкоголя в перинатальный период развития для проявления когнитивных нарушений у половозрелых крыс ........................................ 277-286

Глава 11. Коррекция ноотропными средствами нарушений, вызванных пренатальной алкоголизацией .......................... 287

11.1. Коррекция нарушений, вызванных пренатальной алкоголизацией, ноотропными средствами, примененными с 8-го по 20-й день постнатального развития ......................... 287-330

11.2. Сравнение эффективности раннего постнатального лечения и лечения половозрелых внутриутробно алкоголизировав-кых животных пирацетамом на примере коррекции нарушений условного рефлекса двустороннего избегания ................ 330-339

Заключение ........................................... 340-357

Выводы ............................................... 358-359.

Литература .......................................... 360-416

Список сокращений. АМФ - аденозинмонофосфат АСП - алкогольный синдром плода АТФ - аденозинтрифосфат АТФаза - аденозинтрифосфатаза БС - быстрый сон

ВПСП - возбуждающий постсинаптический потенциал ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография ГАМК - гамма-аминомасляная кислота ГОМК - гамма-оксимасляная кислота ДА - дофамин

ДГП - длительная гиппокампальная потенциация

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота

ДОФУК - диоксифенилуксусная кислота

МАО - моноаминоксидаза

НМД - минимальная мозговая дисфункция

МС - медленный сон

НА - норадреналин

5-ОИУК - 5-оксииндолуксусная кислота РНК - рибонуклеиновая кислота СТ - серотонин

тРНК - транспортная рибонуклеиновая кислота

ТСХ - тонкослойная хроматография

ТЭИ - тест экстраполяционного избавления

УРДИ - условный рефлекс двустороннего избегания

УРПИ - условный рефлекс пассивного избегания

ЦГС - циклогексимид

ЦНС - центральная нервная система

ЭДТА - этилдиаминтетраацетат

ЭКГ - электрокардиограмма

ЭЭГ - электроэнцефалограмма

Введение

Актуальность проблемы. Детская заболеваемость всегда была острым вопросом, В начале XX века основная смертность приходилась на ранний детский возраст. В первый же год жизни умирало 25% рожденных (И.М.Мечников, 1988). В России эти цифры были еще больше: смертность новорожденных составляла 34%, а смертность детей до 5 лет - около 55% (Ф.Ф.Эрисман, 1959).

Хотя сейчас смертность значительно меньше, детская заболеваемость по прежнему высока, а за последние годы выросла еще больше. Так, из "Доклада о состоянии здоровья населения Москвы в 1993 г." (1994), направленного в РАМН, следует, что только 27,7% детей в столице рождается без отклонений здоровья. При этом заболеваемость новорожденных к 1993 г. по сравнению с 1989 г. выросла на 32,9%. По мнению И.Овчинниковой (1993) цифры еще больше: из каждых 100 новорожденных 98 нуждается в медицинском вмешательстве.

Однако, если в начале века основную опасность представляли инфекции, то сейчас ведущее место в детской заболеваемости заняли болезни органов дыхания, второе - болезни нервной системы и психические расстройства (В.Ю.Альбицкий и др., 1993, 1994; Гос. доклад.., 1995). Среди заболевших второй группы явные нарушения развития, прежде всего морфологические, встречаются довольно редко. Основную массу составляют трудно выявляемые функциональные расстройства. Поэтому углубленный осмотр выводит заболевания нервной системы на первое место (В.Ю.Альбицкий и др., 1994; И.А.Кириллова и др., 1991). Ведущая роль этой категории расстройств становится особенно выраженной с возрастом (И.А.Козлова и др., 1993; И.И.Пуртов, 1994; В.Cooper, 1990;

H . С . Mof enson et al., 1974; Т.Н. Schepard , J.L.Miller-, 1976), когда созревают системы реализации психических процессов. Так, из-за незрелости мозга новорожденного первый осмотр на умственное развитие, понимание речи возможен не раньше 1-3-летнего возраста <Неонатология, 1995). Из-за этого и требования к не-рвнопсихическим функциям, - регуляции движений, вниманию, памяти и др., - вырастают только к моменту их зрелости (J.G. Young et al., 1987). Иногда отставания развития выявляются лишь в школе, да и то не всегда в первых классах.

В то же время по мнению исследователей самых различных направлений перинатальный период развития и момент рождения являются ключевыми для состояния здоровья организма, в частности психики, в течение не только детства и полового созревания, но и всей жизни <Ю.И.Барашнев, 1993; И.И.Евсюкова, 1994; Н.Гладкович, 1985; В.И.Кулаков, Ю.И.Барашнев, 1994; А.Э.Лицев, 1994; Е.В.Максимова, 1979; И.М.Сеченов, 1943; К.В.Шулейкина, 1985; О.Benesova, A.Pavlik, 1983; S.Freud, 1978; Р.D.Gluckman, C.W.Williams, 1992a; O.Rank, 1909, 1924). О.Бенешова и соавторы (0.Benesova et al., 1992, 1994) считают, что перинатальные патогенные факторы искажают реализацию генетической программы, что проявляется на клеточном, субклеточном, биохимическом и молекулярном уровнях. Конечным результатом перинатальной патологии является общее ухудшение здоровья, повышенная заболеваемость в течение всей жизни и ускоренное старение. Люди трудоспособного возраста выводятся из созидательного процесса, требуют ухода, медицинской и социальной помощи. Следовательно проблема перинатальной заболеваемости имеет еще и экономический аспект. Прагматичные американцы подсчитали, что лечение только

алкогольного синдрома плода требует 321 миллиона долларов в год в одних Соединенных Штатах (E.L.Abel, R.J.Sokol, 1987). Сюда включены расходы на госпитализацию новорожденных, лечение органических и нейросенсорных нарушений, воспитание, уход и лечение отставания умственного развития.

Какие же факторы являются основными причинами перинатальной патологии? Прежде всего это то или иное нарушение окислительно-восстановительных процессов вследствие кислородной недостаточности различной природы или нарушения утилизации кислорода (Л.Н.Василевская, 1974; И.А.Михайлова, 1971; Г.М.Савельева и др., 1991; И.А.Скворцов и др., 1986; М.Я.Студеникин, 1985; М.Ф.Федорова, 1982; Р.D.Gluckman, С.Е.Williams, 1992а,b и др.). Подобные нарушения могут быть как при непосредственно гипокси-ческих состояниях плода, таких как асфиксия при родах, так и при сердечно-сосудистой, легочной недостаточности беременной, инфекциях, травмах, интоксикациях и наркоманиях, заболеваниях матки, плацентарных поражениях, нарушениях питания, стрессах. Практически каждое заболевание имеет гипоксический компонент.

Нарушение окислительно-восстановительных процессов - это нарушение биоэнергетики, с которой довольно жестко связан биосинтез нуклеиновых кислот и белков (М.Я.Студеникин, 1985; Е.Г.Сорокина, 1984 и др.). Нарушение метаболизма информационных макромолекул также в той или иной степени сопровождает большинство заболеваний (O.Benesova et al., 1984), может быть побочным эффектом действия некоторых препаратов (K.Brendel et al. , 1985), т.е.возникать при лечении заболеваний, а также быть результатом просто белковой алиментарной недостаточности (O.Benesova, A.Pavlik, 1983; S.К.Bhattaeharya, 1994 и др.).

Особое место в перинатальной патологии занимает проблема алкоголизма (Р.И.Кругликов, M.Я.Майзелис, 19 8 7 ; A.M.Скосырева и др., 1393; C.D.Coles, 1992 и др.). Этанол - эндогенный метаболит и обладает широким спектром фармакологических эффектов. Помимо непосредственного токсического действия он и продукты его обмена проявляют также гипоксическую активность и подавляют белковый синтез ( Ю. В. Буров, H.H. Ведерникова1985).

Возникает вопрос о способах оказания помощи в таких случаях. Практически все системы лечения направлены на ликвидацию уже развившегося патологического состояния (Ю.И.Барашнев, Л.П.Суханова, 1993; Г.М.Савельева, 1981.; М.В.Федорова, 1982; J.G.Young et al., 1987). Достаточно высокая оценка по шкале Апгар при рождении снимает тревогу и дети, даже при наличии перинатального патогенного фактора, в дальнейшем выпадают из зоны повышенного внимания, хотя, как уже говорилось, отставленные нарушения - часто результат перинатальной патологии. И тем не менее, несмотря на то, что церебральной катастрофе предшествует довольно продолжительный период обратимых нарушений (В.И.Кулаков, Ю.И.Барашнев, 1994; Р.D.Gluckman, C.E.Williams, 1992а) и что необходимость профилактических мероприятий теперь осознается неонатологами и педиатрами (Ю.И.Барашнев, 1993; Ю.И.Барашнев, Л.П.Суханова, 1993; P.D.Gluckman, С.Е.Williams, 1992b), такие мероприятия, тем более медикаментозные, мало популярны (О.В.Баженова, Г.В.Козловская, 1993).

При выборе превентивных средств коррекции отдаленных нервнопсихических, в частности интеллектуальных нарушений различного характера, в первую очередь внимание привлекают препараты и соединения из группы ноотропов. Это вещества

усиливающие высшие интегративные функции мозга., - память, обучаемость, высшие ассоциативные процессы, рассудочную деятельность. В норме высшую нервную деятельность могут активировать соединения и других фармакологических классов и групп. Ноотропы отличаются от них тем, что эфферстивны и при нарушениях познавательных функций (Т.А.Воронина, 1989, 1991). Обычно помимо этого основного качества ноотропы обладают также антиги-поксической активностью и способностью улучшать мозговое кровообращение, что, возможно, лежит в основе их ноотропной активности.

Исходя из вышесказанного, целью данного исследования является изучение эффективности раннего постнатального применения известных препаратов и вновь синтезированных соединений с ноотропной активностью как возможных корректоров отдаленных нарушений функций ЦНС на разработанных моделях внутриутробной гипоксии, перинатальной алкоголизации и раннего постнатального угнетения белкового синтеза с помощью созданной системы оценки функций мозга потомства.

Задачи исследования:

разработка моделей отставленных нарушений когнитивных функций, не сопровождаемых грубой морфологической патологией и возникающих при действии внутриутробной гипобарической гипоксии, внутриутробной гемической гипоксии, перинатальной алкоголизации и угнетения белкового синтеза в один из ранних постна-тальных периодов развития;

- изучение в плане сравнения влияния стандартного ноотропа пирацетама и оригинальных соединений с ноотропной активностью на возможные изменения функций мозга потомства, подвергшегося

перинатальному воздействию вышеперечисленных факторов;

сравнение действия эталонного ноотропа пирацетама в ранний постнатальный период развития и у половозрелых животных на модели алкогольной эмбриоэнцефалопатии;

- выяснение роли фактора отмены при внутриутробной алкоголизации в генезе отставленных изменений когнитивных функций потомства;

- изучение чувствительности организма в ранний постнатальный период онтогенеза к стрессирующим воздействиям и резкой отмене этанола и их возможный вклад в формирование нарушений когнитивных функций половозрелых крыс на модели алкогольной эмбриоэнцефалопатии.

Научная новизна. Как однократная гипобарическая, так и хроническая гемическая внутриутробная гипоксия, алкоголизация в течение всего пренатального развития и угнетение белкового синтеза в критический период раннего постнатального онтогенеза вызывают сходные отдаленные поведенческие нарушения у половозрелых крыс, ухудшая обучаемость и память в различных экспериментальных тестах (УРПИ, УРДИ, Т-образный лабиринт, угашение исследовательского поведения в открытом поле, обследование крестообразного лабиринта), изменяя исходную двигательную активность, поведение экстраполяционного избавления, изменяют деятельность ЦНС, оцененную по спектру мощности ЭЭГ и по циклу восстановления корковых вызванных потенциалов, ухудшают синап-тическую пластичность, вызывают биохимические изменения в мозге. Спектр нарушений в каждом конкретном случае может меняться и., по-видимому, зависит не только от характера и тяжести патогенного фактора, но и от исходного состояния

животного.

Нарушения, по крайней мере в случае пренатальной алкоголизации, могут усугубляться стрессорами в раннем постнатальном онтогенезе, в норме даже обогащающими окружающую среду и способствующими развитию высших интегративных функций мозга.

В случае пренатальной алкоголизации фактором, усугубляющим отдаленные нарушения обучаемости и памяти может быть резкая отмена алкоголя после родов, тогда как постепенное снижение дозы этанола в течение первой недели жизни крысы или его отмена за 1-3 дня до родов смягчает когнитивный дефицит.

Профилактическое применение соединений с ноотропной активностью в раннем постнатальном онтогенезе уменьшает или полностью предотвращает развитие отдаленных когнитивных нарушений. Конкретная картина корригирующего эффекта ноотропа зависит от индивидуального характера нарушения в большей степени., чем от химической структуры корректора.

Профилактическое использование ноотропов в раннем онтогенезе (на примере пирацетама с алкоголизированным потомством) дает лучший терапевтический эффект, чем при введении половозрелым животным.

Научно-практическая значимость. Апробирована система оценки эффективности возможных корректоров высших интегративных функций мозга у потомства, подвергшегося воздействию повреждающих агентов в перинатальный период.

Показана принципиальная целесообразность профилактического применения ноотропных средств для предотвращения или уменьшения отдаленных интеллектуальных и нервнопсихических нарушений в группах риска, т.е. среди детей, перенесших внутриутробную

гипоксию, пренатальное воздействие алкоголя, белковую недостаточность различной природы, даже в тех случаях, когда сразу после родов каких-либо отклонений развития не наблюдается.

Нормализующий эффект ноотропов можно ожидать при самых разнообразных, часто противоположных поведенческих отклонениях у потомства.

Действие ноотропных средств тем эффективнее, чем раньше они применены, вплоть до неонатального периода развития, когда нарушения высших психических функций еще не видны.

Следует принимать во внимание, что эмоционально негативные нервнопсихические нагрузки в раннем постнатальном онтогенезе, не опасные и даже необходимые для интеллектуального развития здорового потомства, могут играть роль стрессора, усугубляющего расстройства, вызываемые перинатальными патогенными факторами.

Резкое прекращение приема этанола более опасно для ко