ВЛИЯНИЕ РАЗРУШЕНИЯ ДОРСАЛЬНОГО АМИГДАЛОФУГАЛЬНОГО ПУТИ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОДКОРКОВЫХ СТРУКТУР МОЗГА

ВЛИЯНИЕ РАЗРУШЕНИЯ ДОРСАЛЬНОГО АМИГДАЛОФУГАЛЬНОГО ПУТИ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ПОДКОРКОВЫХ СТРУКТУР МОЗГА

Научная статья

Багирова Р.М. *

ORCİD İD: 0000-0003-1129-1547,

Азербайджанская Государственная Академия Физической Культуры и  Спорта, кафедра «Медицинские и биологические науки», Баку, Азербайджан

* Корреспондирующий автор (rafiga_bagirova1[at]mail.ru)

Аннотация

С целью выяснения причин необратимых изменений в ЭЭГ гиппокампа после разрушения дорсального амигдалофугального пути, а также участия лимбических структур мозга (амигдала, гипоталамус, ретикулярная формация) в формировании гиппокампального тета-ритма производилась регистрация электрической активности различных ядер гипоталамуса, амигдалы и ретикулярной формации в условиях стимуляции и разрушения дорсального амигдалофугального пути.

Полученные данные свидетельствуют о том, что необходимым условием в механизмах регуляции возбудимости нейронов в различных ядрах гипоталамуса, амигдалы и ретикулярной формации является функциональная целостность дорсального амигдалофугального пути.

Ключевые слова: дорсальный амигдалофугальный путь, разрушение, подкорковые структуры мозга.

IMPACT OF DESTRUCTION OF THE DORSAL AMYGDALOFUGAL PATHWAY TO THE ELECTRICAL ACTIVITY OF THE SUBCORTICAL STRUCTURES OF THE BRAIN

Research article

Baghirova R.M. *

ORCİD İD: 0000-0003-1129-1547 Doctor of Biological Sciences, professor

Azerbaijan State Academy of Physical Education and Sport, Department of “Medical and Biological Sciences",

Baku, Azerbaijan Republic

* Corresponding author (rafiga_bagirova1[at]mail.ru)

Abstract

With the purpose of elucidating the couise of irreversible changes in the hippocampal EEG after the destruction of dorsal amygdalofugal pathway and also involvement of limbic brain structures (amygdale, hypothalamus, reticular formation) in the formation of hippocampal theta0rhythm registration of electrical activity from different nuclei of hypothalamus, amygdale and reticular formation during stimulation and destruction of dorsal amygdalofugal pathway was carried out.

The data obtained testify that the functional integrity of dorsal amygdalofugal pathway is the necessary term in the mechanisms of regulation of excitability of neurons of different nuclei of hypothalamus, amygdale and reticular formation.

Keywords: dorsal amygdalofugal pathway, destruction, subcortical brain structures.

Лимбическая система мозга является интегральной функциональной системой и включает структуры принципиально различные по плану своего строения. Одной из ведущей структурой лимбической системы является гиппокамп, для которого характерна своеобразная форма боэлектрической активности – тета-ритм. По имеющимся в литературе данным необходимый афферентный поток обеспечивается восходящими системами, его преобразование в ритмическую активность происходит на специальном реле гиппокампа, который считается пейсмекером гиппокампального тета-ритма. Восходящие волокна в составе медиального переднемозгового пучка поступает в медиальное ядро септума из подкорковых структур мозга, играющих немаловажное значение в механизмах формирования ритмической активности гиппокампа.

Нашими предыдущими исследованиями показано, что разрушение дорсального амигдалофугального пути, в отличие от вентрального, приводит к полной и необратимой блокаде гиппокампального тета-ритма [2]. Электро- и хемостимуляция различных ядер гипоталамуса, амигдалы и ретикулярной формации не приводили к восстановлению электрограммы гиппокампа в условиях повреждения дорсального амигдалофугального пути.

Для выяснения причин необратимы изменений в ЭЭГ гиппокампа после разрушения дорсального амгдалофугального пути, а также участия лимбических структур мозга (амигдала, гипоталамус, ретикулярная формация) в формировании ритмических колебаний гиппокампа нами производилась регистрация электрической активности супраоптического, вентромедиального и медиально-мамиллярного ядер гипоталамуса, базолатерального ядра амигдалы, а также ретикулярной формации до и после электростимуляции и разрушения дорсального амигдалофугального пути.

Методика

Эксперимента проводились на 18 кроликах породы «Шиншилла», массой

2,5-3 кг в условиях хронического эксперимента.

Регистрация ЭЭГ осуществлялась из супраоптического – СОЯ (A-3; L2,2; H15,8), вентромедиального ВМЯ (P1; LO,5; H17) и медиально-мамиллярного – MMЯ (A-3; L0,5; H18,5) ядер гипоталамуса, базолатерального ядра амигдалы – AБ (A-1; L5; H18) и ретикулярной формации - РФ (P9; L2,5; H18,2). Электростимуляция и электролитическое разрушение прекомиссуральной области дорсального амгдалофугального пути – ДАП (A-1; L3,2; H11,5) производилась биполярными электродами. Запись биоэлектрической активности СОЯ, ВМЯ, ММЯ, АБ и РФ осуществлялась на 16-ти канальном электроэнцефалографе фирмы «Медикор».

Электростимуляция ДАП проводилась с помощью универсального электростимулятора ЭСУ-1. Для раздражения использовалась непрерывная стимуляция прямоугольными импульсами интенсивностью 60-300 мкА при межэлектродном сопротивлении равном 25-30 ком, частота следования импульса составляла 5-100 Гц в течение 15-30 сек. Длительность каждого импульса – 0,5 мсек. Электролитическое разрушение ДАП производилось действием постоянного тока силой 1,0 мА, в течение 15-25 сек.

Результаты исследований и их обсуждение

Регистрация фоновой электрической активности СОЯ, ВМЯ, ММЯ, АБ и РФ выявила наличие полиморфной, нерегулярной, низкоамплитудной активности, сочетающая в себе как быстрочастотные бета-колебания, отдельные тета-частоты, так и медленные волны (рис.1-I).

С первой минуты электрической стимуляции ДАП (50-80 мкА, частота 10 имп/с, при длительности стимула 0,5 мсек) в электрограммах СОЯ, ВМЯ, ММЯ, АБ и РФ как ипси-, так и контрлатеральной стороны регистрируются стойкие упорядоченные ритмы, отмечается появление пикообразных выбросов и непрерывных эпилептиформных разрядов. При дальнейшем повышении параметров стимуляции (100-200 мкА, частота 20 имп/с, длительность стимула 0,5 мсек) в электрической активности всех регистрируемых структур одновременно синхронизированная активность на 1-2 секундах стимуляции переходит в эпилептиформную. Вспышки судорожных разрядов возникают синхронно во всех исследуемых областях мозга и сохраняются на протяжении 5-10 секунд после прекращения электрического стимула (рис. 1-II). Последующая регистрация активности СОЯ, ВМЯ, ММЯ, АБ и РФ выявила наличие полиморфной деформированной, низкоамплитудной активности, которая регистрировалась на протяжении 1-2 минут, после чего отмечалось полное восстановление ЭЭГ активности до фонового уровня.

 

Рис.1 – Влияние стимуляции и разрушения ДАП на электричекскую активность подкорковых структур мозга:

1 – фон; II - момент стимуляции; III - после разрушения ДАП

1, 2 – ЭЭГ СОЯ гипоталамуса, ипси- и контрлатеральная сторона;

3, 4 – ЭЭГ ВМЯ гипоталамуса, ипси- и контрлатеральная сторона;

5, 6 – ЭЭГ ММЯ гипоталамуса, ипси- и контрлатеральная сторона;

7, 8 – ЭЭГ АБ ядра амигдалы, ипси- и контрлатеральная сторона;

9, 10 – ЭЭГ РФ среднего мозга, ипси- и контрлатеральная сторона

 

Одностороннее электролитическое разрушение ДАП с первых минут вызывало резкие изменения в электрической активности СОЯ, ВМЯ, ММЯ, АБ и РФ. С первых минут разрушения во всех исследуемых структурах мозга регистрируется судорожная  активность, которая сохраняется на протяжении 2-3 часов после произведенной коагуляции. На протяжении указанного времени иногда отмечается чередование эпиразрядов с уплощенной, низкоамплитудной, медленноволновой активностью. С течением времени эпилептиформная активность полностью исчезает и в исследуемых структурах мозга регистрируется медленноволновая, уплощенная, низкоамплитудная активность, хорошо выраженная на ипсилатеральной разрушению стороне. На 2-5 сутки после произведенного разрушения ДАП подавление активности охватывает как ипси-, так и контрлатеральную сторону. Следует отметить, что эффект подавления активности подкорковых структур мозга в результате повреждения ДАП был необратим: ее восстановление не наблюдалось даже через 6 месяцев после произведенной коагуляции (рис.1-III).

Известно, что моносинаптические связи миндалины с гипоталамусом и другими структурами ствола осуществляются двумя системами волокон миндалины: дорсальный и вентральный амигдалофугальные пути. Главная часть афферентных волокон ДАП проходит через центральное и базолатеральное ядра амигдалы и поступает в передний гипоталамус [7].

Крупноклеточные нейросекреторные элементы СОЯ способны синтезировать октапептид вазопрессин, участвующий в секреции тропных гормонов аденогипофиза [6], [11]. В передней доле гипофиза вазопрессин вместе с кортиколиберином является одним из стимуляторов выхода АКТГ из кортикотропов [9]. Все вышеизложенное позволяет предположить, что, по-видимому,стимуляция ДАП приводит к активации гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы, в результате чего повышается концентрация кортикостероидных гормонов в крови, которые влияют на возбудимость нейронов гипоталамуса, миндалины и РФ.

Сопоставляя имеющиеся в литературе данные по влиянию кортикостероидов на биоэлектрическую активность гипоталамуса, миндалевидного комплекса и РФ было выявлено, что их действие является однонаправленным вне зависимости от способа введения гормона. Так внутримышечное введение гидрокортизона способствует повышению активности заднего, латерального [8], переднемедиального и аркуатного гипоталамических ядер [5]. В первые минуты после микроиньекции гидрокортизона в латеральное гипоталамическое ядро в нем наблюдается повышение тета-активности [5]. Следует отметить, что большинство исследователей обнаружило активацию процесса возбуждения в гипоталамусе под влиянием глюкокортикоидов, что проявлялось усилением тета- и альфа-активности и возникновением судорожной активности [9].

При введении АКТГ и глюкокортикоидов изменяется фоновая электрическая активность среднего мозга [5]. Внутрибрюшинное,  внутривенное, а также непосредственное введение гидрокортизона в РФ повышает амплитуду электрических волн в ней [9]. Поэтому вполне закономерно предположить,что один из механизмов активирующего влияния гидрокортизона связан с непосредственным его влиянием на РФ среднего мозга [1].

В миндалине также отмечаются изменения электрической активности при аппликации гидрокортизона, кортизон-ацетата и дезоксикортикостерона в АБ и АК ядра миндалевидного комплекса [5]. Микроиньекция кортикостерона в амигдалу приводит к возрастанию амплитуды электрической активности основного ее ритма, а введение дезоксикортикостерона приводит к снижению активности этой структуры.

Сопоставляя все вышеизложенное с полученными нами данными можно предположить, что стимуляция ДАП, как низкими, так и повышенными параметрами стимулирующего  тока, приводит к увеличению различных концентраций кортикостероидных гормонов в крови, которые приводят к повышению возбудимости нейронов различных ядер гипоталамуса, миндалины и ретикулярной формации, и регистрации в их активности синхронизированных тета-волн при низких значениях стимулирующего тока и эпилептиформной активности при увеличении параметров раздражения. Наше предположение подтверждается имеющими в литературе данными, свидетельствующие об увеличении АКТГ в кровь яремной вены и 17-оксикортикостероидов в кровь почечной вены при стимуляции терминальной полоски [14].

 Повреждение ДАП приводит к необратимым изменениям в электрической активности различных ядер гипоталамуса, амигдалы и РФ. Учитывая регуляторное влияние миндалины на функциональное состояние гипоталамических нейронов [10], [13], а также наличие прямых связей с нейросекреторными клетками гипоталамуса можно предположить, что после разрушения ДАП гипоталамус выходит из под контроля амигдалы, нарушается деятельность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, что приводит к повышению количества АКТГ и стероидных гормонов, которые на протяжении 2-3 часов приводят к регистрации эпилептиформной активности в различных ядрах гипоталамуса, амигдалы и РФ, с последующей гибелью клеток этих структур, что отражается в блокаде их электрической активности. Правомерность нашего исследования согласуется с имеющимися в литературе данными, свидетельствующие о том, что в условиях деафферентации гипоталамуса нарушается функциональная активность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы – она снижается перимерно в два раза [7].

Все вышеизложенное свидетельствует о том, что необходимым условием в механизмах регуляции возбудимости нейронов в различных ядрах гипоталамуса, амигдалы и ретикулярной формации является функциональная целостность дорсального амигдалофугального пути.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Больших В.А. О механизме действия гормонов системы гипофиз-надпочечники / Больших В.А., Грибанов А.А., Пшоник А.Т. // В кн.: Тр.Х1 съезда физиологического общества. Л., 1970, с. 312-320.
2. Гасанов Г.Г. Вклад миндалины и гипоталамуса в формирование тета-активности гиппокампа / Гасанов Г.Г., Касимов А.Е., Багирова Р.М. // J. Biological Sciences, 1989, v.3, pp. 51-53.
3. Кичигина В.Ф. Модуляция тета-активности в септо-гиппокампальной системе агонистом альфа-2адренорецепторов клонидином / Кичигина В.Ф., Кутырева Е.И. // Ж.Высшей нервной деят-ти, 2002, 52 (№2), 195-204.
4. Кичигина В.Ф. Нарушения септo-гиппокампальных тета-колебаний в эпилептическом мозге: Причины и последствия. / Кичигина В.Ф., Попова И., Синельникова В., и др. // Экспериментальная неврология, 2013, 247, 314-327.(DOI:10.1016/j.expneurol.2013.01.029).
5. Малышенко Н.М. Влияние гидрокортизона на гипоталамо-гиппокам-пальные взаимоотношения / Малышенко Н.М. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 1973, т. XXVI, № 7, с. 58-64.
6. Сапронов Н.С. Фармакология гипофизарно-наддпочечниковой системы / Сапронов Н.С.. Изд-во «Специальная лит-ра», Санкт-Петербург, 1998, 336с.
7. Чепурнов С.А. Миндалевидный комплекс мозга / Чепурнов С.А., Чепурнова Н.Е.. М.: Изд-во Московского Университета, 1981, 256 с.
8. Berridge C.W. Contrasting effects of noadrenergic β-receptor blockade within the medial septal area on forebrain electroencephalographic and behavioral activity state in anesthetized and unanesthetized rat / Berridge C.W., Wifler R. // Neurosciences, 2000, v.97, № 3, р. 543-552.
9. Feldman S. Effect of adrenocitrical hormones on evoked potentials in the brain stem / Feldman S., Todt J., R.W.// Neurology, 1961, v. 11, p, 109-115.
10. Leonard C.M. Origin and distribution of the amygdalofugal pathways in the rat: and the experimental neoroanatomical study / Leonard C.M., Scott J.W. // Journ. Comp.neurol., 1971, v.141, p.313-329.
11. Linton E.A. Ovine corticotrophin-releasing factor and vasopressin:Antobody-quenching studies on hypothalamic extracts of norm al and Brattleboro rats / Linton E.A., Gilles G., Lowry P.J.// Endocrinology, 1983, v. 113, p, 1878-1883.
12. Mysin IE. Modeling synchronous theta activity in the medial septum: key role of local communications between different cell populations / Mysin IE, Kitchigina VF, Kazanovich Y. // J. Comput. Neurosci., 2015, 39(1):1-16. (DOI 10.1007/s10827-015-0564-6)
13. Olmos J.S. de Ingram V.R. The projection field of the stria gterminalis in the rat brain. An experimental study / Olmos J.S. de Ingram V.R. // J.Compar. neurol., 1972, v.146, p. 303-315.
14. Salkman M. Effect of acute and prolonged electrical stimulation of the amygdale of the dog upon peripheral plazma concentration of corticosteroids / Salkman M., Peck L., Egdahl R.H. // J.Neuroendocrinoloji, 1970, v. 6, p. 361-367.
15. Steriade M. Arousal: revisiting the reticular activating system / Steriade M. // J. Science, 1996, v. 272, p.225-226.
16. Vertes R.P. Brainstem-diencephalo-septo-hippocampal system controlling the theta rhythm of the hippocampus / Vertes R.P., Kocsis B. // J. Neuroscience, 1997, v. 81, № 4, p. 893-926.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Bolshikh V.A. O mekhanizme deystviya gormonov sistemy gipofiz-nadpochechniki [About mechanism of hormones action in pituitary-adrenal gland system] / Bolshikh V.A., Gribanov A.A., Pshonik A.T. // In the book: Tr. X1 of the Congress of the Physiological Society. L., 1970, p. 312-320. [in Russian]
2. Gasanov G.G. Vklad mindaliny i gipotalamusa v formirovaniye teta-aktivnosti gippokampa [Contribution of tonsils and hypothalamus in formation of theta activity of hippocampus] / Gasanov G.G., Kasimov A.E., Bagirova R.M. // J. Biological Sciences, 1989, v.3, pp. 51-53. [in Russian]
3. Kichigina V.F. Modulyatsiya teta-aktivnosti v septo- gippokampal'noy sisteme agonistom al'fa-2adrenoretseptorov klonidinom [Modulation of theta activity in septohippocampal system with alpha-2-adrenergic receptor agonist clonidine] / Kichigina V.F., Kutyreva E.I. // J. Higher Nervous Activity, 2002, 52 (No. 2), 195-204. [in Russian]
4. Kichigina V.F. Narusheniya septo-gippokampal'nykh teta-kolebaniy v epilepticheskom mozge: Prichiny i posledstviya. Eksperimental'naya nevrologiya [Violations of septo-hippocampal theta oscillations in the epileptic brain: Causes and consequences. Experimental Neurology] / Kichigina V.F., Popova I., Sinelnikova V., 2013, 247, 314-327. (DOI: 10.1016 / j.expneurol.2013.01.029). [in Russian]
5. Malyshenko N.M. Vliyaniye gidrokortizona na gipotalamo-gippokam- pal'nyye vzaimootnosheniya [Effect of hydrocortisone on hypothalamic-hippocampus burning relationships] / Malyshenko N.M. // Byulleten' eksperimental'noy biologii i meditsiny [Bulletin of experimental biology and medicine], 1973, t. XXVI, No. 7, p. 58-64. [In Russian]
6. Sapronov N.S. Farmakologiya gipofizarno-naddpochechnikovoy sistemy [Pharmacology of pituitary-adrenal gland system]. / Sapronov N.S. Special Literature Publishing House, St. Petersburg, 1998, 336 p. [in Russian]
7. Chepurnov S.A. Mindalevidnyy kompleks mozga [Amygdala complex of the brain] / Chepurnov S.A., Chepurnova N.E. : Publishing House of Moscow University, 1981, 256 pp. [in Russian]
8. Berridge C.W. Contrasting effects of noadrenergic β-receptor blockade within the medial septal area on forebrain electroencephalographic and behavioral activity state in anesthetized and unanesthetized rat / Berridge C.W., Wifler R. // Neurosciences, 2000, v.97, № 3, р. 543-552.
9. Feldman S. Effect of adrenocitrical hormones on evoked potentials in the brain stem / Feldman S., Todt J., R.W.// Neurology, 1961, v. 11, p, 109-115.
10. Leonard C.M. Origin and distribution of the amygdalofugal pathways in the rat: and the experimental neoroanatomical study / Leonard C.M., Scott J.W. // Journ. Comp.neurol., 1971, v.141, p.313-329.
11. Linton E.A. Ovine corticotrophin-releasing factor and vasopressin:Antobody-quenching studies on hypothalamic extracts of norm al and Brattleboro rats / Linton E.A., Gilles G., Lowry P.J.// Endocrinology, 1983, v. 113, p, 1878-1883.
12. Mysin IE. Modeling synchronous theta activity in the medial septum: key role of local communications between different cell populations / Mysin IE, Kitchigina VF, Kazanovich Y. // J. Comput. Neurosci., 2015, 39(1):1-16. (DOI 10.1007/s10827-015-0564-6)
13. Olmos J.S. de Ingram V.R. The projection field of the stria gterminalis in the rat brain. An experimental study / Olmos J.S. de Ingram V.R. // J.Compar. neurol., 1972, v.146, p. 303-315.
14. Salkman M. Effect of acute and prolonged electrical stimulation of the amygdale of the dog upon peripheral plazma concentration of corticosteroids / Salkman M., Peck L., Egdahl R.H. // J.Neuroendocrinoloji, 1970, v. 6, p. 361-367.
15. Steriade M. Arousal: revisiting the reticular activating system / Steriade M. // J. Science, 1996, v. 272, p.225-226.
16. Vertes R.P. Brainstem-diencephalo-septo-hippocampal system controlling the theta rhythm of the hippocampus / Vertes R.P., Kocsis B. // J. Neuroscience, 1997, v. 81, №  4, p. 893-926.