Автореферат и диссертация по медицине (14.00.25) на тему:Экспериментальный анализ нарушений кратковременной памяти, вызванных блокадой NMDA - рецепторов



На правах рукописи

2 7 АВ| 2009

НОВИЦКАЯ Юлия Анатольевна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НАРУШЕНИЙ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПАМЯТИ, ВЫЗВАННЫХ БЛОКАДОЙ тБА-

РЕЦЕПТОРОВ

14.00.25 - фармакология, клиническая фармакология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Санкт-Петербург 2009

003475750

Работа выполнена в отделе психофармакологии Института фармакологии им. A.B. Вальдмана ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова» Федерального Агентства по здравоохранению и социальному развитию.

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор Беспалов Антон Юрьевич

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Андреев Борис Владимирович доктор медицинских наук, профессор Лосев Николай Андреевич

Ведущее учреяадение:

Санкт-Петербургский научно-исследовательский психоневрологический институт им.В .М.Бехтерева

Защита диссертации состоится_2009 года в_часов на заседании

диссертационного совета Д 208.090.03 при Санкт-Петербургском государственном медицинском университете им. акад. И.П. Павлова (Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, 6/8).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова.

Автореферат разослан "_"_2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

Митрейкин Владимир Филиппович

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Атипичные нейролептики широко используют в клинической практике для лечения психотических расстройств, таких как шизофрения. Согласно клиническим исследованиям, атипичные нейролептики по своей эффективности в устранении когнитивных нарушений не отличаются от галоперидола и лишь умеренно улучшают выполнение тестовых задач у пациентов с шизофренией (Davidson M. et al. 2009). Подобные данные подчеркивают необходимость поиска новых средств лечения когнитивного нарушений при шизофрении, а также совершенствования доклинических этапов исследований.

За последние годы накоплен значительный экспериментальный и клинический материал, свидетельствующий об участии глутаматергической системы в патогенезе шизофрении (Paz R.D. et al. 2008). Одним из основных патогенетических механизмов, лежащих в основе психотической симптоматики, принято считать изменение глутаматергической нейропередачи в ряде структур мозга, объединенных кортико-стриато-таламо-кортикальными проекциями (Glenthoj В.Y., Hemmingsen R., 1997).

Нейрохимические изменения, ассоциированные со снижением активности NMDA-рецепторов при шизофрении, могут быть воспроизведены при введении антагонистов NMDA-рецепторов лабораторным животным. Например, блокада NMDA-рецепторов приводит к повышению содержания глутамата и дофамина в коре (Moghaddam В, et al. 1997), а также усилению выброса дофамина в мезолимбических проекциях (Mathe J.M. et al. 1998).

Системное введение антагонистов NMDA-рецепторов лабораторным животным вызывает также различные изменения в поведении - повышение двигательной активности, нарушение социального взаимодействия, сенсомоторного сопряжения, когнитивных функций (Mouri A. et al. 2007). Доклиническое применение методов, включающих острое и (суб)хроническое введение антагонистов NMDA-рецепторов, основано на способности нейролептиков (особенно атипичных) подавлять поведенческие, нейрохимические и иные проявления блокады NMDA-рецепторов (Svensson Т.Н., 2000).

Блокада NMDA-подтипа глутаматных рецепторов влечет за собой изменения во многих нейромедиаторных системах помимо глутаматергической дофаминергической, серотонинергической, холинергической, адренергической (Gunduz-Bruce H., 2009), что создает перспективы для исследования фармакологических веществ с различными механизмами действия с целью нормализации нейрохимического баланса и восстановления нарушенных функций.

Настоящая работа выполнена в рамках отраслевой научно-исследовательской программы «Разработка эффективных методов и средств профилактики, диагностики и лечения наркологических заболеваний на основе медико-биологических, клинических и медико-социальных исследований» (тема: «Изыскание и изучение средств фармакотерапии наркотоксикоманий и

алкоголизма в ряду веществ, влияющих на ионные каналы и нейрональные рецепторы»).

Цель исследования.

Фармакологический анализ нарушений кратковременной памяти, вызываемых введением антагонистов ИМБА-рецепторов.

Основные задачи исследования.

1. Изучить характер и механизм нарушений кратковременной памяти, вызванных блокадой 1ЧМОА-рецепторов.

2. Оценить вклад вызываемых антагонистами ММБА-рецепторов персеверативного поведения и двигательной активации в снижении точности выполнения задачи отсроченного выбора.

3. Провести сравнительный фармакологический анализ нарушений кратковременной памяти, вызванных блокадой №уША-рецепторов, с помощью веществ, способных модулировать глутаматергическую нейропередачу (лиганды АМРА-рецепторов, метаботропных глутаматных рецепторов I и II группы, ГАМКд-рецепторов, дофаминовых рецепторов и серотониновых рецепторов).

Научная новизна.

Новизна проведенного исследования заключается в том, что впервые приведены экспериментальные характеристики специфических нарушений кратковременной памяти, развивающиеся при введении антагонистов ИМОА-рецепторов и установлена зависимость проявления данных нарушений от повторного введения веществ указанной фармакологической группы. Впервые показана роль прилежащего ядра перегородки в развитии нарушений кратковременной памяти. Новым является сравнительный анализ действия веществ, способных модулировать глутаматергическую нейропередачу, на выраженность нарушений кратковременной памяти, вызванных блокадой >МОА-рецелторов. Оригинальными являются данные о возможности устранения нарушений кратковременной памяти, вызванных введением антагониста ЫМБА-рецепторов, с помощью агонистов метаботропных глутаматных рецепторов II группы.

Научно-практическое значение работы.

Разработан протокол многократного введения антагониста №/ГОА-рецепторов МК801, позволяющий выявление специфических нарушений кратковременной памяти. Дано экспериментальное обоснование применения агонистов метаботропных глутаматных рецепторов II группы в качестве средств терапии когнитивных нарушений. Показана целесообразность использования задачи отсроченного выбора и разработанного протокола введения антагонистов М1УГОА-рецепторов для доклинического исследования веществ антипсихотического или прокогнитивного типа действия.

Положения, выносимые на защиту.

1. Нарушения кратковременной памяти при блокаде глутаматных рецепторов NMDA-подтипа возникают в результате развития проактивной интерференции (ухудшения запоминания текущей информации из-за влияния ранее запомненного материала).

2. Модель и предложенный протокол оценки нарушений кратковременной памяти при блокаде NMDA-рецепторов могут быть использованы для изыскания и изучения новых фармакологических средств коррекции когнитивных нарушений.

3. Агонисты метаботропных глутаматных рецепторов II группы могут быть рекомендованы для клинического исследования в качестве средств терапии когнитивных нарушений.

Реализация результатов исследования.

Результаты исследования внедрены в практику учебной и исследовательской работы кафедры фармакологии и НИЦ СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы представлены на совместном заседании проблемной комиссии по фармакологии и отдела психофармакологии Института фармакологии им. A.B. Вальдмана СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова. Материалы диссертации были представлены на II международном молодежном медицинском конгрессе «Санкт-Петербургские научные чтения - 2007», LXIX и LXX научно-практических конференциях «Актуальные вопросы экспериментальной и клинической медицины - 2008, 2009» (С.-Петербург, Россия, 2007, 2008, 2009), на 46-ом ежегодном съезде Американской Коллегии нейропсихофармакологии (Бока Ратон, США, 2007). По результатам исследования опубликовано 4 работы.

Структура и объем диссертации.

Диссертация изложена на 129 страницах и состоит из введения, обзора литературных источников, описания материалов и методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа проиллюстрирована 20 таблицами и 29 рисунками. Литературный указатель содержит ссылки на 187 научных публикаций.

Содержание работы

Работа выполнена на 64 самцах крыс линии Вистар массой 200-250 г (питомник РАН «Рапполово», Ленинградская область). В табл. 1 представлены вещества, использованные в работе. Результаты экспериментов обрабатывали с помощью пакета статистических программ SPSS (SPSS 14.0, SPSS Inc., США). Статистическую достоверность действия веществ и дозозависимость

Таблица 1. Вещества, использованные в работе.

Фармакологическая группа Название Диапазон доз*

Блокаторы канала, ассоциированного с ^МБА-рецептором МК8011 Кетамин2 Мемантин3 0,03-3 мг/кг 30-56 мг/кг 10-20 мг/кг

Агонисты метаботропных глутаматных рецепторов II группы LY354740" LY4040395 3-10 мг/кг 1-3 мг/кг

Позитивный аллостерический модулятор метаботропных глутаматных рецепторов 2-го подтипа LY4873796 30 мг/кг

Антагонист метаботропных глутаматных рецепторов II группы LY3414957 1-3 мг/кг

Антагонист метаботропных глутаматных рецепторов 5-го подтипа МТЕР8 5 мг/кг

Антагонист АМРА рецепторов GYKI524669 10 мг/кг

Антагонисты дофаминовых и серотониновых рецепторов Рисперидон10 Оланзапин11 Арипипразол12 0,1-0,3 мг/кг 0,3-3 мг/кг 0,3-3 мг/кг

Агонист дофаминовых рецепторов Кокаина гидрохлорид15 20 мг/кг

Антагонист серотониновых рецепторов 3-го подтипа MDL72222U 3 мг/кг

Агонист бензодиазепиновых рецепторов Мидазолам14 1,25-10 мг/кг

5Н-дибензо-[а,<1]-циклогептен-5,10-имин малеат (Sigma-Aldrich, Германия); - 2-(2-хлорфенил)-2-(метиламин)циклогексанона гидрохлорид (Московский эндокринный завод, Россия);3 ' 1-амино-3,5-диметил-адамантана гидрохлорид (Merz Pharmaceuticals, Германия); 4 - (18,28,5К,68)-2-аминобицикло[3.1.0]гексан-2,6-дикарбоксиловая кислота (Abbott GmbH & Co. KG, Германия); 5 - (-)-(lR,4S,5S,6S)-4 -амино-2-сульфонилбицикло[3.1,0]гексан-4,6-дикарбоксиловая кислота (Abbott GmbH & Co. KG, Германия); 6 - N-(4-(2-мстоксифенокси)фенил)-Ъ1-(2,2,2- трифлуороэтилсульфонил)пирид-3-илметиламин (Abbott GmbH & Co. KG, Германия);7 - 28-2-амтго-2-(18,28-2-карбоксициклопропан-1-ил)-3-(ксант-9-ил)пропионовая кислота (Abbott GmbH & Co. KG, Германия);8 - (3-[(2-метил-1,3-тиазол-4-ил)этинил]пиридин (Merz Pharmaceuticals, Германия); 5 - 4-(8-метил-9Н-1,3-диоксоло[4,5-Ь][2,3]бензодиазепин-5-ил)-бензенамина гидрохлорид (Tocris Bioscience, США); 10 - 3-[2-[4-(6-флюоро-1,2-бензисоксазол-3-ил)-1-пиперидинш1]этал]-6,7,8,9-тетрагвдро-2-метил-4Н-пиридо[1,2-а]пиримидин-4-он (Merz Pharmaceuticals, Германия); 11 - 2-Метил-4-(4-метил-1-пиперазинил)-10Н-тиено[2,3-Ь][1,5]бензодиазешш (MERZ Pharmaceuticals, Германия); 12 - 7-[4-[4-(2,3-дихлорофенил)пиперазин-1-ил]бутокси]-3,4-дигидро-1Н-хинолин-2-он (MERZ Pharmaceuticals, Германия); 13 - тропанил 3,5-дихлоробензоат (Tocris Bioscience, США); 14 -8-Хлор-6-(2-фторфенил)-1-метил-4Н-имидазо[1,5-а][1,4]бензодиазепина гидрохлорид

(F.Hoffmann-La Roche Ltd, Швейцария); 15 - метил 3-(бензоилокси)-8-метил-8-азабицикло[3.2.1]октан-2-карбоксилат (Центральная фармацевтическая база, С-Петербург, Россия).

оценивали с помощью одно- и двухфакторного дисперсионного анализа, адаптированного для ситуаций с повторивши измерениями и с разным размером групп. Межгрупповые сравнения (тест Бонферрони) проводили при условии, что достоверный эффект был выявлен процедурой дисперсионного анализа.

1. Нарушения кратковременной памяти, вызываемые блокадой NMDA-

рецепторов.

Для изучения нарушений кратковременной памяти, развивающихся под влиянием антагонистов ЫМБА-рецепторов, была использована задача «отсроченного выбора по несходству с образцом». Эксперименты проводили в камерах Скиннера, оборудованных двумя педалями для нажатия и устройством для подачи гранул корма. По условиям задачи отсроченного выбора по несходству с образцом для получения пищевого подкрепления животному при выполнении каждой попытки было необходимо запоминать сторону предъявления педали-образца и после задержки различной длительности выбирать для нажатия педаль, противоположную образцу (рис. 1).

В предварительном эксперименте для выявления дозы МК801, способной вызывать специфические нарушения выполнения задачи отсроченного выбора, было установлено, что доза 0,3 мг/кг вызывает выраженное нарушение координации движений и стереотипии, что делает невозможным выполнение задания животными. Доза 0,03 мг/кг наоборот слишком мала и не оказывает какого-либо значимого действия на выполнение задачи. Умеренное снижение общей точности выполнения задания было обнаружено при введении МК801 в дозе 0,1 мг/кг, которую и использовали в дальнейшей работе.

Интервал

между попытками

образец задержка выбор

Интервал

между попытками

образец

попытка

Рис. 1. Схема событий задачи отсроченного выбора.

Особенностью задачи «отсроченного выбора» является возможность оценить влияние информации, полученной животным в предыдущей попытке, на точность выполнения последующей попытки. Поэтому помимо подсчета

общей точности выполнения задачи анализ экспериментальных данных был направлен на выявление точности выполнения задачи при двух типах попыток:

- попыток типа «повтор», в которых сторона предъявления педали-образца оставалась той же, что и в предыдущей попытке,

- попыток типа «смена», сторона предъявления педали-образца в которых, была противоположна стороне предъявления педали-образца в предыдущей попытке.

Различия в точности выполнения задания в случае «повторов» и «смен» рассматривали в качестве проявления проактивной интерференции - ухудшения запоминания текущей информации из-за влияния ранее запомненного (интерферирующего) материала (Давыдов В.В. и др., 1983).

Для выявления специфических нарушений кратковременной памяти вследствие блокады ИМБА-рецепторов ключевым фактором оказалось повторное введение антагониста Ы1уГОА-рецепторов МК801 в дозе 0,1 мг/кг в течение пяти недель с семидневным интервалом (рис. 2). В основе способности МК801 вызывать проактивную интерференцию только после повторного введения может лежать как развитие сенснтизации к влиянию этого вещества на кратковременную память, так и развитие толерантности к моторным эффектам блокады №уЮА-рецепторов.

Способность вызывать специфические нарушения кратковременной памяти по типу проактивной интерференции присуща всему классу антагонистов ММОА-рецепторов, поскольку аналогичные результаты были получены при введении других веществ этой фармакологической группы, кетамина и мемантина (рис. 3).

Растворитель

Кетамин 56,0 мг/кг

Мемантин 20,0 мг/кг

в о £

0

5

X 2 х а

V

в

5«

1

о

X У

о

16

32

8 16

32

Задержка, с

Рис. 3. Влияние кетамина или мемантина на выполнение задачи отсроченного выбора. Данные представлены как процент верных ответов (М±т) при предъявлении педалей-выбора с задержкой 0, 8, 16 и 32 с. Повтор, сторона предъявления педали-образца оставалась той же, что и в предыдущей попытке. Смена, сторона предъявления педали-образца была противоположна стороне предъявления педали-образца в предыдущей попытке. * - р < 0,05 (тест Бонферрони) по сравнению с условиями смены стороны предъявления педали-образца. N=9-12.

Помимо нарушений памяти снижение точности выполнения задачи отсроченного выбора может иметь в своей основе также двигательную активацию, развивающуюся под влиянием блокады NMDA-рецепторов. Известно, что введение антагонистов NMDA-рецепторов приводит к развитию двигательных нарушений, повышая уровень двигательной активности и вызывая стереотипии (Adriani W. et al. 1998). Однако точность выполнения оперантной задачи не зависит от двигательной активации (Bruno P.J. et al. 1999), что подтверждается результатами настоящей работы, в которой не было обнаружено влияния МК801 на другие параметры выполнения задачи отсроченного выбора, которые бы свидетельствовали об увеличении двигательной активности (латентные периоды нажатия на педаль-образец и подхода к кормушке, число подходов к отверстию для выглядываний и кормушке).

Проактивная интерференция - явление, обладающее набором специфических характеристик. Показано, что длительность отсрочки между запоминанием и воспроизведением материала оказывает влияние на степень выраженности проактивной интерференции (Lechner H.A. et al. 1999). С помощью задачи отсроченного выбора с переменными интервалами между попытками было выявлено, что более длинные временные промежутки между двумя последовательными попытками (15 и 30 с вместо 5 с) полностью устраняют вмешательство информации предыдущей попытки и препятствуют развитию проактивной интерференции (рис. 4). Полученные результаты свидетельствуют о том, что наблюдаемые различия в точности выполнения задания при различных интервалах между попытками действительно указывают скорее на дефицит кратковременной памяти, чем на иные причины нарушения выполнения задания, например, вследствие изменения уровня двигательной активности в результате блокады NMDA-рецепторов.

о 80

I 60

40

20 •

5 с

Растворитель

Повтор Смена

100 80 60 • 40 ■ 20 0

15с

Растворитель

100 80 60 40 20 0

30 С Растворитель

8 16

32

8 16

32

8 16

32

МК801 0,1 мг/кг

МК801 0,1 мг/кг

МК801 0,1 мг/кг

Задержка, с

Рис. 4. Влияние МК801 на выполнение задачи отсроченного выбора при интервалах между попытками различной длительности: 5, 15 и 30 секунд. Остальные обозначения как для рис. 3.№=9.

Персеверативное поведение, вызываемое блокадой NMDA-рецепторов, также могло оказать влияние на точность выполнения животными оперантной задачи. Вклад персеверативного поведения оценивали с помощью задачи отсроченных чередований - оперантной методики, по условиям которой педаль выбора текущей попытки всегда являлась педалью-образцом для следующей попытки. Анализ персеверативного поведения показал, что введение МК801 не увеличивало число персеверативных ответов.

Таким образом, изменение выполнения задачи отсроченного выбора под влиянием блокады NMDA-рецепторов является следствием нарушений кратковременной памяти, в основе которых находится проактивная интерференция, но не проявлениями персеверативного поведения или двигательной активации.

Кратковременная память - функция коры головного мозга (Goldman-Rakic P.S., Selemon L.D., 1997), активность которой тем не менее зависит от структур лимбической системы. Кора объединена с нижележащими структурами посредством кортико-стриато-таламо-кортикальных

глутаматергических проекций. Стриатум, а точнее его вентральные отделы (прилежащее ядро перегородки), является одним из наиболее важных звеньев

указанных проекций, поскольку через таламус иннервирует префронтальную кору и тем самым, как полагают, регулирует ее активность (Grace А.А., 2000). Было показано, что как системное, так и локальное введение антагонистов NMDA-рецепторов в область прилежащего ядра перегородки (McCullough L.D., Salamone J.D., 1992; Moghaddam В. et al. 1997; Cory-Slechta D.A. et al. 1999) повышает содержание глутамата в коре.

Введение МК801 в прилежащее ядро перегородки1 осуществляли через внутримозговые канюли, имплантированные билатерально. Было выявлено, что локальное введение МК801 в указанную область вызвало нарушения кратковременной памяти, проявляющиеся в виде проактивной интерференции (рис. 5). Полученные данные свидельствуют о том, что прерывание кортико-стриато-таламо-кортикальной цепи может лежать в основе эффектов, наблюдаемых вследствие системного введения антагонистов NMDA-рецепторов.

Растворитель МК801 4,0 мкг МК801 8,0 ми-

Задержка, с

Рис. 5. Влияние МК801 на выполнение задачи отсроченного выбора при внутримозговом билатеральном введении в прилежащее ядро перегородки. Используемые дозы указаны как микрограммы вещества в 0,5 микролитрах растворителя, вводимого на одну сторону. Остальные обозначения как для рис. 3. N=8.

2. Фармакологическая коррекция нарушений кратковременной памяти, вызванных блокадой NMDA-peцeптopoв.

Известно, что блокада МуГОА подтипа глутаматных рецепторов влечет за собой изменения во многих нейромедиаторных системах помимо глутаматергической - дофаминергической, серотонинергической, холинергической, адренергической (Ошккк-Вгасе Н., 2009). Это создает предпосылки для исследования фармакологических веществ с различными механизмами действия с целью нормализации нейрохимического баланса и

1 Гистологические исследования головного мозга крыс проводили в лаборатории патологической морфологии отдела патологии НИЦ СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова под руководством д.м.н., профессора Томсона В.В.

восстановления нарушенных функций. На разработанной модели нарушений кратковременной памяти были протестированы вещества, способные модулировать глутаматергическую нейропередачу, измененную под действием блокады К1\ЮА-рецепторов (лиганды АМРА-рецепторов, метаботропных глутаматных рецепторов I и II группы, ГАМКд-рецепторов, дофаминовых рецепторов и серотониновых рецепторов; табл. 1).

Методики с использованием блокады ЫМБА-рецепторов широко применяют для разработки новых средств антипсихотической терапии. Например, классические и атипичные нейролептики эффективно устраняют моторные нарушения, вызванные блокадой ЫМОА-рецепторов (БуемБОп Т.Н., 2000). Однако в настоящей модели когнитивных нарушений нейролептики не оказали влияния на нарушения кратковременной памяти, вызванные введением МК801 (рис. 6).

т о

Растворитель + Растворитель

Растворитель + МК801 0,1 мг/кг

о о

X У

о

0

О

О 8 16

32

О в 16

32

т о

Оланзапин 1,0 мг/кг + МК801 0,1 мг/кг

Рисперидон 0,3 мг/кг + МК801 0,1 мг/кг

у о

О

20 • О -

0 8 16

32

0 8 16

32

Задержка, с

Рис. 6. Влияние сочетанного введения МК801 и оланзалина или рисперидона на выполнение задачи отсроченного выбора. Остальные обозначения как для рис. 3. N=10.

Из всего списка протестированных веществ только агонисты метаботропных глутаматных рецепторов II группы (ЬУЗ 54740 и ЬУ404039) устраняли нарушения кратковременной памяти, вызванные введением МК801 (рис. 7).

Согласно полученным данным, агонисты метаботропных глутаматных рецепторов П группы устраняют когнитивные нарушения, вызванные блокадой ИМИА-рецепторов, что позволяет рекомендовать эту группу веществ для клинического исследования в качестве средств терапии когнитивных нарушений у пациентов с шизофренией.

Для подтверждения антипсихотических свойств агонистов метаботропных глутаматных рецепторов II группы был проведен тест двигательной активности. Атипичные нейролептики были использованы для сравнения как вещества с доказанной эффективностью в устранении двигательных нарушений, вызванных веществами с психотомиметической активностью (Зуепвзоп Т.Н., 2000).

Растворитель н § Растворитель

ш 100 -1

80 -

40 ■

Повтор Смена

100 во 60 40 20 • о

растворитель + МК801 0,1 мг/кг

32

5 60

20 0

1_У354740 10,0 тд/кд + МК801 0,1 мг/кг

ЬУ 404039 1,0 мг/кг + МК801 0,1 мг/кг

100 80 ■ 60 -40 -20 О

16 32

Задержка, с

Рис. 7. Влияние сочетанного введения МК801 и ЬУЗ 54740 или ЬУ404039 на точность выполнения задачи отсроченного выбора. Остальные обозначения как для рис. 3. N=9.

350

300

250

200

150 -

100 ■

с; о ье

50 -

I

I

я

м.

Оланзапин: 0 0 0,3 0,3 1,0 1,0

МК801:

О 0,1 0 0,1 0 0,1

3,0 3,0 О 0,1

800 -1

600 -

400

200

* 1

1

1.У404039: О 0 1,0 1,0 3,0 3,0 МК801: 0 0,1 0 0,1 0 0,1

Рис. 8. Влияние оланзапина (слева) или ЬУ404039 (справа) на двигательную активацию, вызванную введением МК801. N=9-10.

Данные представлены в виде среднего количества пересечений животными лучей инфракрасных датчиков (М ± т).

* - р < 0,05 (тест Бонферрони) по сравнению с растворитель + растворитель;

* - р < 0,05 (тест Бонферрони) по сравнению с растворитель + МК801 0,1 мг/кг.

В проведенном исследовании атипичные нейролептики (на примере оланзалина) эффективно снижали уровень двигательной активности, повышенный вследствие введения МК801 (рис. 8). Введение агониста метаботропных глутаматных рецепторов II группы ЬУ404039 также устранило моторные нарушения, вызванные блокадой ИМОА-рецепторов, что указывает на возможную антипсихотическую активность этой группы веществ. При этом выявленные различия во влиянии атипичных нейролептиков и агонистов метаботропных глутаматных рецепторов II группы на нарушения кратковременной памяти при сочетанном введении с МК801 позволяют сделать вывод о различных нейрофармакологических механизмах, лежащих в основе психомоторной активации и нарушений памяти, вызываемых блокадой МУГОА-рецепторов.

***

Таким образом, введение антагонистов ЫМЛА-рецепторов приводит к развитию нарушений кратковременной памяти, проявляющихся в виде проактивной интерференции, выраженность которой зависит от условий экспериментальной задачи, но не является следствием персеверативного поведения или двигательной активации. Способность антагонистов МуГОА-рецепторов вызывать указанные изменения согласуется с современными представлениями об участии глутаматергической нейропередачи в патогенезе когнитивных нарушений, поскольку блокада КМБА-рецепторов приводит к

относительному повышению уровня глутамата в синаптической щели. Активация пресинаптических метаботропных глутаматных рецепторов II группы ограничивает выброс глутамата в синаптическую щель, что приводит к устранению когнитивных нарушений, развивающихся вследствие блокады ЫМОА-рецепторов.

Выводы

1. Блокада ЫМПА-рецепторов вызывает нарушение кратковременной памяти, проявляющееся в виде проактивной интерференции (ухудшения запоминания текущей информации из-за влияния ранее запомненного (интерферирующего) материала), о чем свидетельствует снижение точности выполнения задачи отсроченного выбора после введения МК801, кетамина и мемантина.

2. Выраженность проактивной интерференции зависит от требуемого времени удержания информации в памяти, на что указывают результаты задачи отсроченного выбора в условиях переменной длительности интервалов между последовательными попытками.

3. Активация метаботропных глутаматных рецепторов II группы устраняет нарушения кратковременной памяти вследствие блокады рецепторов, на что указывают результаты опытов по сочетанному введению МК801 с агонистами и антагонистами метаботропных глутаматных рецепторов II типа.

4. Психомоторная активация и нарушения памяти, вызываемые блокадой КМОА-рецепторов, имеют различные нейрофармакологические механизмы, что проявляется способностью атипичных нейролептиков устранять ЫМЕ>А-зависимую психомоторную активацию, но не нарушения памяти, тогда как агонисты метаботропных глутаматных рецепторов II типа эффективны как корректоры нарушений памяти и влияют на психомоторные эффекты.

5. Прилежащее ядро перегородки участвует в механизмах нарушения кратковременной памяти под влиянием антагонистов ММОА-рецепторов, что доказывается снижением точности выполнения и развитием проактивной интерференции в тесте отсроченной выбора под влиянием локального внутримозгового введения МК801.

Научно-практические рекомендации

Задачу отсроченного выбора и разработанный протокол введения антагонистов ЫМГ)А-рецепторов целесообразно использовать в качестве методики для доклинического исследования веществ антипсихотического или прокогнитивного типа действия с целью выявления новых средств лечения когнитивных нарушений при психотических расстройствах. Следует рекомендовать проведение клинических исследований агонистов

метаботропных глутаматных рецепторов II типа в качестве средств терапии

когнитивных нарушений у пациентов с психотическими расстройствами.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Новицкая Ю.А., Драволина O.A., Звартау Э.Э., Даниш В., Беспалов А.Ю. Взаимодействие блокаторов ионотропных NMDA-рецепторов и метаботропных глутаматных рецепторов в тесте рабочей памяти у крыс. // Журнал высшей нервной деятельности. - 2009. - Т.59. - №4. - С. 477-483.

2. Sukhotina I.A., Dravolina O.A., Novitskaya Y., Zvartau E.E., Danysz W., Bespalov A.Y. Effects of mGlul receptor blockade on working memory, time estimation, and impulsivity in rats. // Psychopharmacology (Berl). - 2008. - Vol. 196.-P. 211-220.

3. Новицкая Ю.А. Влияние агониста mGlu2/3 рецепторов на проактивную интерференцию в тесте краткосрочной памяти, вызванную блокадой NMDA-рецепторов у крыс. // Материалы II международного молодежного медицинского конгресса «Санкт-Петербургские научные чтения - 2007». -2007.-С. 182.

4. Новицкая Ю.А. Влияние блокады NMDA-рецепторов и потенциал-чувствительных кальциевых каналов на краткосрочную память у крыс. // Материалы LXX научно-практической конференции «Актуальные вопросы экспериментальной и клинической медицины - 2009». - 2009. - С. 141.

Формат бумаги 60*90 1/16. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Тираж 100 Отпечатано в ПК «Объединение Вента» с оригинал-макета заказчика. 197198, Санкт-Петербург, Большой пр. П. С., д. 29а, гел.718-46-36.

Актуальность проблемы. Атипичные нейролептики широко используют в клинической практике для лечения психотических расстройств, таких как шизофрения. Согласно клиническим исследованиям, атипичные нейролептики по своей эффективности в устранении когнитивных нарушений не отличаются, от галоперидола и лишь умеренно улучшают выполнение тестовых задач у пациентов с шизофренией (Davidson M. et al. 2009). Подобные данные подчеркивают необходимость поиска новых средств лечения когнитивного нарушений при шизофрении, а также совершенствования доклинических этапов исследований.

За последние годы накоплен значительный экспериментальный и клинический материал, свидетельствующий об участии глутаматергической* системы в патогенезе шизофрении (Paz R.Di et al. 2008). Одним из основных патогенетических механизмов, лежащих в основе психотической симптоматики, принято считать изменение глутаматергической нейропередачи, в ряде структур мозга, объединенных кортико-стриато-таламо-кортикальными проекциями (Glenth0j B.Y., Hemmingsen R., 1997).

Нейрохимические изменения, ассоциированные со сннжением активности NMDA-рецепторов при шизофрении, могут быть воспроизведены при введении антагонистов NMDA-рецепторов лабораторным животным. Например, блокада NMDA-рецепторов приводит к повышению содержания глутамата и дофамина в коре (MoghaddanvB. et al. 1997), а также усилению выброса дофамина в мезолимбических проекциях (Mathe J.M. et al. 1998).

Системное введение антагонистов NMDA-рецепторов лабораторным животным вызывает таюке различные изменения в поведении - повышение двигательной активности, нарушение социального взаимодействия, сенсомоторного сопряжения, когнитивных функций (Mouri A. et al. 2007). Доклиническое применение методов, включающих острое и (суб)хроническое введение антагонистов NMDA-рецепторов, основано на способности нейролептиков (особенно атипичных) подавлять поведенческие, нейрохимические и иные проявления блокады >1МОА-рецепторов (8уепззоп Т.Н., 2000).

Блокада МУГОА-подтипа глутаматных рецепторов влечет за собой изменения во многих нейромедиаторных системах помимо глутаматергической - дофаминергической, серотонинергической, холинергической, адренергической (Оипёиг-Вгисе Н., 2009), что создает перспективы для исследования фармакологических веществ с различными механизмами действия с целью нормализации нейрохимического баланса' и восстановления нарушенных функций.

Настоящая работа выполнена* в рамках отраслевой научно-исследовательской программы «Разработка эффективных методов и средств профилактики, диагностики и лечения наркологических заболеваний' на основе медико-биологических, клинических и медико-социальных исследований» (тема: «Изыскание и изучение средств фармакотерапии*, наркотоксикоманий и алкоголизма в ряду веществ, влияющих на ионные каналы и нейрональные рецепторы»).

Цель исследования.

Фармакологический анализ нарушений кратковременной памяти, вызываемых введением антагонистов ЫМОА-рецепторов.

Основные задачи исследования.

1. Изучить характер и механизм нарушений кратковременной памяти, вызванных блокадой ММЗЗА-рецепторов.

2. Оценить вклад вызываемых антагонистами ЫМБА-рецепторов персеверативного поведения и двигательной активации в снижении точности выполнения задачи отсроченного выбора.

3. Провести сравнительный фармакологический анализ нарушений кратковременной памяти, вызванных блокадой ЫМБА-рецепторов, с помощью веществ, способных модулировать глутаматергическую

Научная новизна.

Новизна проведенного исследования заключается в том, что впервые приведены экспериментальные характеристики специфических нарушений кратковременной памяти, развивающиеся при введении антагонистов МУЮА-рецепторов и^ установлена зависимость проявления данных нарушений от повторного введения веществ указанной- фармакологической группы. Впервые показана роль прилежащего I ядра перегородки в развитии нарушений кратковременной» памяти. Новым является сравнительный анализ действия веществ, способных модулировать глутаматергическую нейропередачу, на выраженность нарушений кратковременной памяти, вызванных блокадой ЫМ1ЭА-рецепторов. Оригинальными являются данные о возможности устранения нарушений кратковременной' памяти, вызванных введением антагониста- МУГОА-рецепторов, с помощью агонистов метаботропных глутаматных рецепторов II группы.

Научно-практическое значение работы.

Разработан протокол многократного введения антагониста ММЕ)А-рецепторов МК801, позволяющий выявление специфических нарушений кратковременной памяти. Дано экспериментальное обоснование применения агонистов метаботропных глутаматных рецепторов II группы в качестве средств терапии когнитивных нарушений. Показана целесообразность использования задачи отсроченного выбора и разработанного протокола введения антагонистов МуГОА-рецепторов для доклинического исследования; веществ антипсихотического или прокогнитивного типа действия.

Положения, выносимые па защиту.

1. Нарушения кратковременной памяти при блокаде глутаматных рецепторов NMDA-подтипа возникают в результате развития проактивной интерференции (ухудшения запоминания текущей информации из-за влияния ранее запомненного материала).

2. Модель и предложенный протокол оценки нарушений кратковременной памяти при блокаде NMDA-рецепторов могут быть использованы для изыскания и изучения новых фармакологических средств коррекции когнитивных нарушений.

3. Агонисты метаботропных глутаматных рецепторов II группы могут быть рекомендованы для клинического исследования в качестве средств терапии когнитивных нарушений.

Реализация результатов исследования.

Результаты исследования внедрены1 в практику учебной и исследовательской работы кафедры фармакологии и НИЦ СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы представлены на совместном заседании проблемной комиссии по фармакологии и отдела психофармакологии Института фармакологии им. A.B. Вальдмана СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова. Материалы диссертации были представлены на II международном молодежном медицинском конгрессе «Санкт-Петербургские научные чтения - 2007», LXIX и LXX научно-практических конференциях «Актуальные вопросы экспериментальной и клинической медицины - 2008, 2009» (С.-Петербург, Россия, 2007, 2008, 2009), на 46-ом ежегодном съезде Американской Коллегии нейропсихофармакологии (Бока Ратон, США, 2007). По результатам исследования опубликовано 4 работы.

Структура и объем диссертации.

Диссертация изложена на 129 страницах и состоит из введения, обзора литературных источников, описания материалов и методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа проиллюстрирована 20 таблицами и 29 рисунками. Литературный указатель содержит ссылки на 187 научных публикаций.

Выводы

1. Блокада NMDA-рецепторов вызывает нарушение кратковременной памяти, проявляющееся в виде проактивной интерференции (ухудшения запоминания текущей информации из-за влияния ранее запомненного (интерферирующего) материала), о чем свидетельствует снижение точности выполнения задачи отсроченного выбора после введения МК801, кетамина и мемантина.

2. Выраженность проактивной интерференции зависит от требуемого времени удержания, информации в памяти, на что указывают результаты задачи отсроченного выбора в условиях переменной длительности интервалов между последовательными попытками.

3. Активация' метаботропных глутаматных рецепторов II группы устраняет нарушения, кратковременной памяти вследствие блокады NMDA-рецепторов, на что указывают результаты опытов по сочетанному введению МК80Г с агонистами и антагонистами метаботропньпс глутаматных рецепторов II типа.

4. Психомоторная активация и нарушения памяти, вызываемые блокадой NMDA-рецепторов, имеют различные- нейрофармакологические механизмы; что проявляется способностью атипичных нейролептиков устранять NMDA-зависимую психомоторную активацию, но не нарушения памяти, тогда как агонисты метаботропных глутаматных рецепторов II типа эффективны как корректоры нарушений памяти и влияют на психомоторные эффекты.

5. Прилежащее ядро перегородки участвует в механизмах нарушения кратковременной памяти под влиянием антагонистов NMDA-рецепторов, что доказывается снижением точности выполнения и развитием проактивной интерференции в тесте отсроченного выбора1 под влиянием локального внутримозгового введения МК801.

Научно-практические рекомендации

Задачу отсроченного выбора и разработанный протокол введения антагонистов ЫМГОА-рецепторов целесообразно использовать в качестве методики для доклинического исследования веществ антипсихотического или прокогнитивного типа действия с целью выявления новых средств лечения когнитивных нарушений при психотических расстройствах. Следует рекомендовать проведение клинических исследований агонистов метаботропных глутаматных рецепторов II типа в качестве средств терапии когнитивных нарушений у пациентов с психотическими расстройствами.

Заключение.

Блокаду NMDA-рецепторов широко используют для моделирования на животных когнитивных, мотивационных и двигательных нарушений (Morris B.J. et al. 2005). В' основе данных нарушений лежат нейрохимические изменения в областях мозга, объединенных кортико-стриато-таламо-кортикальными проекциями, во многих, отношениях аналогичные тем, которые вовлечены в патологический процесс при шизофрении (Glenthßfj B.Y., Hemmingsen R., 1997). Эти аналогии наиболее ярко подчеркиваются свидетельствами о нарушениях, имеющих «выраженное сходство с основными симптомами шизофренического процесса», при введении блокатора NMDA-рецепторов» фенциклидина здоровым добровольцам (Luby E.D: et al. 1959).

Одним из наиболее характерных эффектов антагонистов NMDA-рецепторов является нарушение когнитивных функций (Jentsch DJ., Roth R.H., 1999). Изучение механизмов этих когнитивных нарушений представляет особый интерес в связи" с. отсутствием эффективных средств* прокогнитивной терапии (Davidson М. et al. 2009).

В' настоящем исследовании антагонисты- NMDA-рецепторов были использованы для моделирования нарушений кратковременной памяти. Было обнаружено, что введение МК801 вызывает стабильно воспроизводящееся нарушение кратковременной памяти, в основе которого лежит проактивная интерференция. Проактивная интерференция — это> специфическое нарушение кратковременной памяти, заключающееся в ухудшении способности запоминать» текущую информацию из-за влияния ранее запомненного (интерферирующего) материала (Давыдов В .В . и др., 1983).

Для< изучения нарушений кратковременной памяти, развивающихся под влиянием антагонистов NMDA-рецепторов; была использована оперантная. задача «отсроченного выбора по несходству с образцом», по условиям которой для^ получения пищевого подкрепления животному при выполнении каждой попытки было необходимо запоминать сторону предъявления одной педали-образца и после отсрочки различной длительности выбирать для нажатия педаль, противоположную образцу. Особенностью задачи отсроченного выбора является возможность оценить влияние информации, полученной животным в предыдущей попытке, на точность выполнения последующей попытки. Поэтому помимо подсчета общей точности выполнения задачи анализ экспериментальных данных был направлен на выявление точности выполнения задачи при двух типах попыток:

- попыток типа «повтор», в которых сторона предъявления педали-образца оставалась той же, что и в предыдущей попытке,

- попыток типа «смена», сторона предъявления педали-образца в-которых, была противоположна стороне1 предъявления* педали-образца в^ предыдущей попытке.

Различия в точности выполнения задания в случаечшовторов» и «смен» рассматривали в качестве проявления проактивной интерференции.

Для выявления специфических нарушений кратковременной памяти вследствие блокады NMDA-рецепторов- ключевым фактором оказалось повторное введение антагониста NMDA-рецепторов МК801 в-дозе 0,1 мг/кг в течение пяти1 недель с семидневным интервалом. Способность вызывать специфические нарушения кратковременной памяти по типу проактивной интерференции присуща всему классу антагонистов NMDA-рецепторов, поскольку аналогичные результаты были, получены при введении других веществ этой фармакологической группы, кетамина и мемантина.

Помимо нарушений памяти снижение^ точности выполнения задачи отсроченного выбора может иметь в своей основе также двигательную активацию, развивающуюся под влиянием блокады NMDA-рецепторов. Известно, введение антагонистов NMDA-рецепторов приводит к развитию двигательных нарушений, повышая уровень двигательной активности и вызывая стереотипии1 (Adriani W. et al. 1998). Однако точность выполнения оперантной задачи не зависит от двигательной активации (Bruno P.J. et al. 1999), что подтверждается результатами настоящей работы, в которой не было обнаружено влияния МК801 на другие параметры выполнения задачи отсроченного выбора, которые бы свидетельствовали об увеличении двигательной активности.

Проактивная интерференция - явление, обладающее набором специфических характеристик. Показано, что длительность отсрочки между запоминанием и воспроизведением материала оказывает влияние на степень выраженности проактивной интерференции (Lechner H.A. et al. 1999). С помощью задачи отсроченного выбора с переменными интервалами между пробами было выявлено, что более длинные временные промежутки между двумя последовательными попытками (15 и 30 с вместо 5 с) полностью устраняют вмешательство информации предыдущей попытки и препятствуют развитию проактивной интерференции. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наблюдаемые различия в точности выполнения задания при различных интервалах между попытками действительно указывают скорее на дефицит кратковременной памяти, чем на иные причины нарушения выполнения задания, например, вследствие изменения уровня двигательной активности в результате блокады NMDA-рецепторов.

Персеверативное поведение, вызываемое блокадой NMDA-рецепторов, также могло оказать влияние на точность выполнения животными оперантной задачи. Вклад персеверативного поведения оценивали с помощью задачи отсроченных чередований - методики, по условиям которой педаль выбора текущей попытки всегда является педалью-образцом для следующей попытки. Анализ персеверативного поведения показал, что однократное или повторное введение МК801 не увеличивало число персеверативных ответов.

Таким образом, изменение выполнения задачи отсроченного выбора под влиянием блокады NMDA-рецепторов является следствием нарушений кратковременной памяти, в основе которых находится проактивная интерференция, но не проявлениями персеверативного поведения или двигательной активации.

Кратковременная память - функция коры головного мозга (Goldman-Ralcic P.S., Selemon L.D., 1997), активность которой тем не менее зависит от структур лимбической системы. Кора объединена с нижележащими структурами посредством кортико-стриато-таламо-кортикальных глутаматергических проекций. Стриатум, а точнее его вентральные отделы (прилежащее ядро перегородки), является одним из наиболее важных звеньев указанных проекций, поскольку через таламус иннервирует префронтальную кору и тем самым, как полагают, регулирует ее активность (Grace A.A., 2000). Было показано, что как системное, так и локальное введение антагонистов NMDA-рецепторов в область прилежащего ядра перегородки (McCullough L.D., Salamone J.D., 1992; Moghaddam В. et al. 1997; Cory-Slechta D.A. et al. 1999) повышает содержание глутамата в коре.

В настоящей работе локальное двустороннее введение МК801 в область прилежащего ядра перегородки вызвало нарушения кратковременной памяти, проявляющиеся в виде проактивной интерференции. Полученные данные свидельствуют о том, что прерывание кортико-стриато-таламо-кортикальной цепи может лежать в основе эффектов, наблюдаемых вследствие системного введения блокаторов NMDA-рецепторов.

Известно, что блокада NMDA подтипа глутаматных рецепторов влечет за собой изменения во многих нейромедиаторных системах помимо глутаматергической - дофаминергической, серотонинергической, холинергической, адренергической (Gunduz-Bruce Н., 2009). Это создает предпосылки для исследования фармакологических веществ с различными механизмами действия с целью нормализации нейрохимического баланса и восстановления нарушенных функций. На модели нарушений кратковременной памяти были протестированы вещества, способные моделировать глутаматергическую нейропередачу, измененную под действием блокады ММБА-рецепторов (лиганды АМРА-рецепторов, метаботропных глутаматных рецепторов I и II группы, ГАМКд-рецепторов, дофаминовых рецепторов и серотониновых рецепторов). Использованные вещества и их эффективность представлены в табл. 4.