Изменение моторной и нейрофизиологической асимметрии мышей в возрасте 26 месяцев до и после облучения
| Контроль, возраст 26 месяцев. | Облучение, возраст 26 месяцев | |
| Побежки в Т-образном лабиринте | 5±0,4 | 2,8±0,3 |
| УППd, мВ | 7,1±1,0 | -8,07±1,05 |
| УППs, мВ | 7,7±1,1 | -5,5±1,03 |
| УПП(d-s) ,мВ | -0,26±0,6 | -2,5±0,4 |
Подобное полевение популяции облученных мышей наблюдали мы и в предыдущем эксперименте. Снижение средних значений УПП наблюдается при облучении как в возрасте 14, так и 26 месяцев, что можно объяснить радиационным усилением свободнорадикального окисления и связанным с ним увеличением проницаемости мембран и падением мембранных потенциалов, интегральной характеристикой которых является УПП. Аналогичное снижение УПП в позднем онтогенезе наблюдали мы ранее при физиологическом старении крыс. Как видно из таблицы 2, при облучении наблюдается увеличение отрицательного значения межполушарной разности потенциалов, которая, как известно, является нейрофизиологической характеристикой ФМА: таким образом, УПП в правом полушарии снижается гораздо больше, чем в левом, по нейрофизиологическому критерию это полушарие стало доминантным, что повлекло за собой выявленную инверсию моторной асимметрии – полевение популяции.
Средние значения концентрации микроэлементов. Сравнение всей контрольной группы со всей экспериментальной, без деления на подгруппы, отличающиеся по возрасту и латерализации, выявило достоверные концентрационные различия как в правом, так и в левом полушарии: концентрация Al, Cu, Mg, Mn и Zn в контроле выше, чем у облученных животных.
В различных возрастных контрольных и экспериментальных группах также выявлены достоверные концентрационные различия. В 14 месяцев у ускоренно стареющих мышей в обоих полушариях наблюдается снижение концентрации Al и Zn. В 26 месяцев в левом полушарии у облученных мышей снижаются концентрации Al и Mn, а в правом полушарии кроме снижения концентрации этих же микроэлементов, выявлено также снижение концентрации Cu и Mg (рис. 11).
Рис. 11. Изменение концентрации микроэлементов в правом полушарии головного мозга мышей при ускоренном старении (контроль – серого цвета, ускоренное
Подобное возрастное снижение микроэлементов в различных отделах мозга наблюдали ранее N. Nakagava (1998) и A. Takeda (1999); таким образом, в связи с жизненно важной биологической ролью микроэлементов, их участие в возрастном изменении метаболизма является ключом к пониманию механизма старения мозга.
Сравнение концентрации микроэлементов в правом и левом полушариях у контрольных и экспериментальных мышей было проведено после предварительного разделения групп в возрасте 26 месяцев на правшей и левшей по моторной асимметрии. Сравнение концентраций микроэлементов проводили между идентичными полушариями правшей и левшей. В контрольных группах не было выявлено достоверных концентрационных различий между сравниваемыми полушариями, однако в группе облученных существует достоверное различие в концентрации Zn – в правом (доминантном) полушарии левшей концентрация Zn меньше, чем в правом (субдоминантном) полушарии правшей: (18,7±0,07) мкг/100 мг у левшей и (23,6±0,03) мкг/100 мг у правшей; таким образом, можно говорить о различном слдержании МЭ в функционально неравнозначных полушариях.
Между показателями различных уровней существуют многочисленные достоверные корреляционные связи, что ассоциируется с объединением рассматриваемого нами в данном исследовании элементоорганического уровня в единую систему функциональной межполушарной асимметрии с характерными для понятия "система" причинно-следственными и иеррархическими отношениями между уровнями. Однако общее количество корреляционных связей, которое можно рассматривать в качестве оценки степени согласованности изменений сравниваемых величин, различается в полушариях головного мозга у контрольных и экспериментальных животных.
После облучения происходит перераспределение связей, заключающееся в частичном распаде связей между всеми исследованными показателями и выравнивании количества связей в правом и левом полушариях. Так, в левом полушарии в контроле выявлены достоверные связи между Zn и Fe; Zn и Al, а при облучении эти связи отсутствуют, но возникает связь между Zn и Cu, Zn и Mg. Корреляционная связь между Cu и Mg остается неизменной в контроле и в экспериментальной группе, а связь между Mn и Cu возникает лишь при облучении. Аналогичная картина наблюдается и в правом полушарии. Уменьшение числа (или распад) достоверных корреляционных связей между микроэлементами при ускоренном старении соответствует ранее полученным данным о распаде корреляционных связей при нормальном старении системы межполушарной асимметрии (Л.Л. Клименко с соавт., 1994). Выравнивание же количества связей в полушариях при облучении свидетельствует об изменении степени согласованности различных показателей метаболизма в ЦНС, следствием которого может явиться нарушение пластических, энергетических и информационных составляющих системы ФМА.
Итак, исследование динамики уровня постоянного потенциала и микроэлементов в полушариях головного мозга мышей при нормальном и ускоренном старении показало, что облучение приводит к появлению в популяции большого количества животных с левой поворотной тенденцией; к снижению УПП и инверсии межполушарной разности потенциалов; к снижению концентрации микроэлементов в полушариях облученных животных; к перераспределению корреляционных связей между микроэлементами и выравниванию количества связей в полушариях головного мозга.
Отвечая на вопрос об устойчивости системы ФМА к неблагоприятным экстремальным воздействиям, необходимо отметить, что физиологически неравнозначные полушария обнаруживают различную чувствительность к радиационному повреждению: более чувствительным во всех экспериментах оказывалось доминантное полушарие, что приводило к нейрофизиологической, биохимической, а затем и к поведенческой инверсии ФМА.
Проблема устойчивости ФМА к неблагоприятному экстремальному воздействию, примером которого явилось радиационное повреждение ЦНС, также получила определенное разрешение: благодаря различной чувствительности к радиации физиологически неравнозначных полушарий, ФМА при радиационном воздействии претерпевает инверсию. Однако экстремальные неблагоприятные воздействия на организм имеют не только внешнее, техногенное, происхождение, но и внутренний, стрессогенный, генез. К таким воздействиям относятся патологические процессы, в частности, аутоиммунного генеза благодаря их системному характеру, вовлекающему в патологический процесс все жизненно важные системы, включая нервную и иммунную.
Изменению структурно-функциональной организации ФМА при развитии аутоиммунных системных ревматических заболеваний и ее роли в формировании иммунного ответа посвящена клиническая часть исследования.
Клинические исследования
Развитие нейроиммунологии в настоящее время привело к пониманию глубокой связи между нервной и иммунной системами. Изучению механизмов нейро-иммунной интеграции посвящены многочисленные исследования последних лет. Комплекс полученных результатов позволяет теперь рассматривать нервную и иммунную систему как единый структурно-функциональный блок, обладающий всеми признаками понятия "система" (включающего в себя три основных признака: структура, информация, управление). По определению фон Берталанфи, живая система представляет собой иерархически организованную открытую систему, сохраняющую себя или развивающуюся в направлении достижения состояния подвижного равновесия. Таким образом, нейро-иммунные взаимодействия в рамках единой системы выполняют в организме основные функции по адаптации к изменяющимся внешним (и внутренним) воздействиям (Н.Н. Брагина, Т.А. Доброхотова, 1981; В.В. Абрамов с соавт., 1991; 1996; А.В. Черноситов, 1995).
Многочисленные данные о сходстве фенотипических и функциональных параметров клеточных элементов иммунной и нервной систем, как и самих систем в целом, ставят вопрос об анализе закономерностей и основных принципов их взаимодействий. Поскольку ФМА является основным – интегрирующим – принципом организации ЦНС, ответ на поставленный вопрос невозможен без исследования роли ФМА в нейро-иммунных взаимодействиях. Существуют экспериментальные данные об изменении функциональной активности иммунокомпетентных клеток мышей в зависимости от повреждения того или иного полушария головного мозга.Р.Barneoud, (1990; 1993) показал, что мозговая кора модулирует иммунную систему асимметричным способом: экстирпация левосторонней коры влияет на иммунные параметры, в то время, как симметричная правая экстирпация или не влияет на иммунную систему или увеличивает ее активность. По мнению многих исследователей, нетникаких иммунных систем или гомеостатических механизмов защиты, которые в естественных условиях не подчинены взаимодействию между поведенческими и физиологическими событиями. В связи с этим традиционное представление о функциях иммунной системы, ограниченной клеточными взаимодействиями в пределах лимфоидных тканей, недостаточно, чтобы объяснить изменения в иммунитете, наблюдаемыми у животных и человека при реальных взаимодействиях организма и среды. Иммунная система может регулироваться, не только с помощью механизма обратной связи с нервными и эндокринными процессами, но с помощью механизмов прямой связи также. Результаты изучения механизма прямой связи иммунной системы свидетельствуют о том, что подобно прямым невральным и эндокринным воздействиям, поведение, при соответствующих обстоятельствах, может выполнять иммунорегуляторную функцию в естественных условиях.
В работеV.H. Denenberg (1991-а) крысы были подвергнуты двусторонним или односторонним токсическим повреждениям базальных ядер, в результате этого эксперимента было показано, что клетки базальных ядер включаются в комплексные взаимосвязи, существующие между ЦНС и иммунной системой.
Как известно, интерлейкины – естественно встречающиеся белки, которые регулируют и таким образом связывают иммунную систему и ЦНС, не проникая через гематоэнцефалический барьер. После инъекции меченого интерлейкина в мозг, в нем регистрировалась радиоактивность (с появлением меченого цитокина). Этот факт свидетельствует о наличии системы, которая переносит рекомбинант интерлейкина-альфа в неповрежденной форме от крови в ЦНС, осуществляя прямое соединение иммунной системы с ЦНС.
В работах С. Betancur (1991; 1992) показано, что мозг модулирует иммунную систему асимметричным способом. У мышей имеется зависимость между хиральностью и иммунной реакцией; также показано, что одностороннее удаление правого или левого полушария оказывает противоположное действие на некоторые параметры иммунной системы. Зависимость между продукцией аутоантител и предпочтением лапы наблюдалась у мышей-самцов, что ассоциировалось со связью между иммунной реактивностью, функциональной мозговой асимметрией и половой принадлежностью. У левшей обнаруживалось угнетение деятельности NK-клеток по сравнению с правшами. Левосторонние удаление коры подавляет действие NK-клеток, в то время как повреждения коры в правом полушарии не влияет на это показатель. P.J. Neveuи соавторами (1988; 1991; 1992) считают, что существует обратная связь между центральной нервной системой и иммунной системой. Активация иммунной системы приводит к выработке медиаторов; эти медиаторы активируют гипоталамус, который в свою очередь стимулирует выработку иммуносупрессивных молекул. В аутоиммунных процессах или других заболеваниях с чрезмерной активацией иммунной системы (например, рассматриваемые в этом разделе системные ревматические заболевания) в процессе стабилизации участвует гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось. Стресс является одной из причин снижения устойчивости к возбудителям инфекции и реактивации латентных вирусов. С другой стороны, стресс стимулирует продукцию цитокинов, которая в свою очередь может способствовать патогенезу воспалительных процессов неизвестной этиологии. Основываясь на том, что реакции иммунной системы включают ЦНС, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую ось и иммунную систему, авторы исследовали влияние поведенческой латерализации на реакцию нервной, нейроэндокринной и иммунной системы к введению полисахарида LPS. Оказалось, что введение LPS вызвало улучшение мозговой деятельности благодаря увеличению норадренэргического, серотонинэргического и дофаминэргического обмена. Однако увеличение обмена серотонина, наблюдаемое в гипоталамусе и гиппокампе, произошло только в левом полушарии; кроме того, увеличение обмена серотонина в среднем гипоталамусе, повышение в плазме адренокортикотропина и уменьшение роста Т-лимфоцитов наблюдалось у мышей-правшей, но не у левшей. Таким образом, реакции иммунной системы выражены асимметрично и зависят от поведенческой латерализации.
C. Betancur и соавторы(1991) показали, что иммунитет мышей связан с латерализацией поведения: мыши-левши имели более низкую концентрацию IgM и IgG, чем мыши-правши. Авторы утверждают, что иммунные реакции животных, не отличающихся по возрасту, полу и генетическому фону связаны с функциональной асимметрией головного мозга, а гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая (ГГН) ось и симпатическая нервная система включаются в устойчивое соединение после инфекционной агрессии, инициируя асимметричный иммунный ответ. В серии экспериментальных исследований, проведенных P. Neveu с соавторами, показано, что центральная нервная система может модулировать иммунную систему, при этом иммуномдуляция может быть латерализованной. После односторонней экстирпации коры левого полушария у грызунов снижалась функциональная активность Т и В лимфоцитов, хотя те же функции оставались неизменными или даже возросли после удаления коры правого полушария. Тот же автор отмечает, что у людей с левосторонней моторной асимметрией (левшей) замечены нарушения в деятельности иммунной системы. С другой стороны, иммунная система может посылать информацию в ЦНС, которая кодируется и декодируется асимметрично. Эксперименты, проведенные P. Neveu (1992)нагрызунах, показывают, что асимметричная мозговая модуляция может происходить также в подкорке с включением в нейроиммуномодуляцию дофамина. Таким образом, исследования, проводимые в течение многих лет этим автором, показали, что полушария мозга могут по-разному включаться в модуляцию иммунных реакций. Повреждения правой или левой стороны неокортекса приводит к противоположным изменениям различных иммунологических характеристик, таких, как пролиферация лимфоцитов, продукция интерлейкина-2, активация макрофагов или действие NK-клеток. Эти модели полезны для понимания иммуномодулирующих свойств мозга людей. Влияние межполушарной асимметрии на модуляцию иммунной системы можно наблюдать и на интактных животных: латерализация моторной асимметрии, то есть предпочтение лапы при пищевом подкреплении, коррелирует с реактивностью лимфоцитов, действием NK-клеток и продукцией аутоантител. Поэтому каждый биологический организм может быть охарактеризован типом латерализации вместе со специфическим типом иммунных и нейроэндокринных реакций. Эти межиндивидуальные различия могут быть ответственны за вариабельность среди членов популяции в реакциях на различные повреждающие воздействия, включая психологические стрессогенные факторы и инфекционные болезни. Кроме того, мозговая асимметрия проявляется в обмене веществ нейромедиатора и нейроэндокринной модуляции. Поскольку гиппокамп модулирует действие ГГН оси, авторы исследовали асимметрию распределения гиппокампально-кортикоидных рецепторов, предположив, что и эта асимметрия может различаться так же, как различается поведенческая латерализация животных. Результаты показывают, что независимо от поведенческой латерализации, имеется тенденция для правостороннего преобладания кортикоидных рецепторов в гиппокампе. Эти результаты свидетельствуют о том, что гиппокампальные рецепторы для кортикоидов могут играть важную роль в асимметричной мозговой модуляции иммунной системой.
Таковы теоретические предпосылки для исследования модулирующей роли функциональной межполушарной асимметрии при формировании иммунного ответа у людей, страдающих системными ревматическими заболеваниями.
По данным N. Geschwind (1984), заболевания иммунологической природы у леворуких людей встречаются в 2.5 раза чаще, чем у праворуких. Т.Я. Абрамова (1996) отмечает различия в иммунологических характеристиках у больных ревматоидным артритом с преимущественным повреждением суставов правой или левой стороны. Таким образом, данные разных авторов указывают на роль функциональной асимметрии полушарий головного мозга в патогенезе заболеваний, связанных с изменением функциональной активности иммунной системы. Однако, роль правого или левого полушария, как и всей системы межполушарной асимметрии в регуляции активности иммунных процессов нуждается в дальнейшем исследовании.
В клинических исследованиях на примере аутоиммунных заболеваний была проанализирована взаимосвязь между типом ФМА и иммунно-биохимическими показателями крови, характеризующими формирование иммунного ответа при ревматических заболеваниях. Сам факт наличия такой связи, как и достоверных различий в характеристиках иммунного ответа у больных с разным типом ФМА, является основанием для создания представления о модулирующей роли ФМА в формировании иммунного ответа при развитии системных ревматических заболеваний.
Поскольку инструментом для определения типа ФМА был УПП, т.е. его распределение в полушариях головного мозга, первый этап данного исследования был посвящен доказательству выдвинутого предположения о том, что постоянный потенциал является маркером аутоиммунного процесса. Исследования последних лет в области нейроиммунологии позволяют рассматривать аутоиммунные процессы как проявление дезинтеграции нервной и иммунной систем.
Одним из способов изучения взаимодействия центральной нервной и иммунной систем является анализ связей между иммунобиохимическими и нейрофизиологическими характеристиками. Аутоиммунные процессы сопровождаются явлениями энергодефицита и атрофии в ЦНС. В качестве показателя трофических и энергообменных процессов в ЦНС большой интерес вызывает изучение динамики УПП. Аутоиммунная агрессия сопровождается образованием иммунных комплексов, повреждающих эндотелий сосудов, и специфических антинейрональных антител. Таким образом, при развитии аутоиммунного процесса повреждаются все структуры, принимающие участие в формировании УПП. Системные ревматические заболевания в 80% случаев сопровождаются атрофическими процессами в ЦНС (В.А. Насонова, 1978;Р.Х. Кормейн с соавт., 1983; M. Bradbury, 1983; Bluestein H.G., 1988; Иванова М.М. с соавт., 1989; Я.А. Сигидин с соавт; 1994).
Клинические исследования были проведены на нескольких нозологических группах системных ревматических заболеваний, было обследовано 247 пациентов.
Больные находились на стационарном лечении в ревматологическом отделении КБ № 83, Москва, и получали одинаковую (гормональную) терапию. По нозологическим группам больные распределились следующим образом. Больных системной красной волчанкой (СКВ) было обследовано 109 человек, ревматоидным артритом (РА) – 102 человека, васкулитом (В) – 15, болезнью Бехтерева (ББ) – 11 и системной склеродермией (ССД) – 10 человек. Для статистической обработки результатов из всего контингента обследованных больных формировались группы по различным независимым критериям: нозологическим, нейрофизиологическим, по критерию остроты (активность), глубины и тяжести (стадия) патологического процесса и другим признакам. Возраст больных – от 15 до 64 лет. Группа сравнения была представлена 97 здоровыми донорами в возрасте от 18 до 60 лет. Для каждого больного был проведен общий клинический, биохимический и иммунологический анализ крови. Биохимические исследования касались трех видов обмена – белкового, липидного и углеводного, с широким спектром исследования ферментов. Электрофизиологические исследования (измерение и анализ УПП) были проведены у всех больных одновременно с клиническими, биохимическими и иммунологическими.
Кроме того, с целью исследования устойчивости структурно-функциональной организации межполушарной асимметрии при агрессивных экстремальных воздействиях на организм, было проведено электрофизиологическое обследование 13 человек – мужчин, участвовавших в 1986 г. в ликвидации аварии на ЧАЭС. Средний возраст обследованных составлял 50 ±1.2 лет. В качестве контроля были проведены измерения УПП у 13 доноров – мужчин такого же возраста, не имевших контакта с радиационным излучением.
Клинические методы определения диагноза, активности и стадии системных ревматических заболеваний проводилось на основе критериев Американской ревматологической ассоциации (1987), которые представляют собой список от 5 до 14 клинических признаков и данных инструментальных методов для каждого заболевания. Диагноз считается достоверным при наличии у больного определенного количества (от 3 до 7) этих критериев. Признак "активность" процесса был квалифицирован врачами-экспертами на основании как клинических, так и лабораторных проявлений заболевания с присвоением балла от 1 до 3 и основывался на совокупности биохимических и иммунологических показателей, свидетельствующих о тяжести заболевания.
Биохимические исследования были проведены по трем видам обмена – белковому, липидному и углеводному с широким спектром исследования ферментов. В основе всех исследований лежали унифицированные методики (Ф.И. Комаров с соавт., 1981). Всего было определено 32 клинических, биохимических и иммунологических показателя крови, представленных в таблице 3.
Таблица 3.