КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ІлЮхА Лідія Михайлівна

УДК 612.821.6

Порівняльний аналіз механізмів формування та роль різних компонентів
електричної активності риненцефальних структур лабораторних тварин
(щурів, мишей, морських свинок)

03.00.13 – фізіологія людини і тварин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Черкаському національному університеті імені Богдана
Хмельницького

на кафедрі анатомії та фізіології людини і тварин

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

Макарчук Микола Юхимович

Київського національного університету імені Тараса Шевченка

завідувач кафедри фізіології людини і тварин біологічного факультету

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор

Сторожук Віктор Максимович

Інститут фізіології НАН України ім. О.О.Богомольця,

завідувач відділу фізіології кори головного мозку;

доктор медичних наук, професор

Плиска Олександр Іванович

Національний педагогічний університет ім. М.П.Драгоманова,

завідувач кафедри анатомії, фізіології та шкільної гігієни

Провідна установа:

Національний медичний університет імені академіка О.О.Богомольця,

Міністерство охорони здоров’я України

Захист відбудеться “28 ” березня 2007 року о “14 ” годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 26.001.38 Київського національного
університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03022, Київ, пр. акад.
Глушкова, 2, біологічний факультет, ауд. 218.

Поштова адреса: 01033, Київ – 33, вул. Володимирська, 64,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, біологічний
факультет

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного
університету імені Тараса Шевченка (01033, Київ – 33, вул.
Володимирська,58).

Автореферат розісланий “27” лютого 2007р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.001.38
Цимбалюк О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Рецепторний рівень кодування запахової інформації
натепер вивчений детально, але механізми генерації та функціональне
значення електрофізіологічних феноменів центральних структур нюхового
аналізатора залишаються остаточно не з’ясованими.

Сприйняття та аналіз запахових чинників тваринами, як правило,
супроводжується появою або змінами параметрів “викликаних хвиль”
[Adrian, 1950], які, виходячи з анатомо-морфологічного підходу до місця
їхнього формування і найкращої вираженості, визначають як
ольфакто-амигдалярний ритм [Ганжа, 2000].

Спектральні характеристики спалахової високочастотної активності
(“40Гц-ова активність” за Bressler, Freeman, 1980; Gray, Skinner, 1989)
досліджені у значного числа видів, починаючи від риб і амфібій [Anders,
77, Каплан, 1988] до різноманітних видів ссавців [Freeman, 1992,
Bressler, 1988, Макарчук, Калуєв, 2000, Ганжа, 2000, Ілюха В.О.,2002,
Ravel, Chabaut et al., 2003] та людини [Rawson, 2002, Zatorre, 2001].
Разом з тим, наявні порівняльні дані щодо потужнісно-частотних
характеристик цього феномену у різних видів тварин, а також оцінки
можливого зв’язку різних його складових з тими або іншими поведінковими
реакціями та станами, носять переважно фрагментарний характер і не
охоплюють всіх видів макросматичних тварин, які використовуються в
лабораторних умовах. Крім того нагальною є потреба значного уточнення
раніше отриманих даних та тверджень щодо функціонального значення
окремих складових електричної активності різних ланок нюхової системи.

З огляду на вищевикладене та виходячи з особливої ролі нюхового
аналізатора, не лише в поточному забезпеченні життєдіяльності
тварин-макросматиків, але й у самому формуванні переднього мозку в
філогенезі хребетних, а також зважаючи на недостатню вивченість
нейрофізіологічних механізмів його функціонування і участі в
регуляторних та інтегративних процесах, доцільним було простежити прояви
основних компонентів електричної активності риненцефальних структур та
їх динаміку за різних умов поведінкової активності та при специфічній
для них стимуляції у близьких видів лабораторних тварин, які мають
різнорівнево ускладнений неокортекс.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалась згідно з науковою темою кафедри фізіології людини і
тварин біологічного факультету Київського національного університету
імені Тараса Шевченка № держреєстрації 01БФ033-01 “Дослідити системні
і молекулярні механізми регуляції моторної діяльності м’язів,
секреторних процесів у травному тракті та лімбічні механізми регуляції
функціонального стану організму людини і тварин”.

Мета і завдання дослідження. Метою даної роботи було з’ясувати
нейрофізіологічні механізми формування і прояву різних складових
електричної активності риненцефальних структур у макросматичних
лабораторних тварин за різних рівнів поведінкової активності, при дії
запахів та за умов аносмії.

Для досягнення даної мети були поставлені наступні завдання:

вивчити закономірності зміни спектральних характеристик сумарної
електричної активності нюхових структур досліджуваних видів тварин за
різних рівнів поведінкової активності;

проаналізувати часові межі відновлення характеристичних феноменів
електричної активності нюхових структур в період аносмії та після
регенерації нюхового епітелію;

визначити вплив запахової стимуляції на динаміку спектральних
характеристик сумарної електричної активності нюхових структур.

Об’єкт дослідження – нейрофізіологічні механізми функціонування нюхової
системи мозку макросматичних тварин.

Предмет дослідження – електроенцефалографічні характеристики діяльності
нюхової системи тварин за умов спонтанної поведінки, при запаховій
стимуляції та аносмії.

Методи дослідження – стереотаксичний, електроенцефалографічний методи,
поведінкове тестування, спектральний і когерентний аналіз електричної
активності структур головного мозку.

Наукова новизна одержаних результатів. В роботі вперше використано
розроблену автором оригінальну методику вживлення хронічних електродів
для реєстрації та аналізу електричної активності НЦ лабораторних мишей
(Mus muskulus, L), що дозволило вперше визначити спектральні
характеристики основних паттернів ЕА НЛ та її потужнісно-частотні
параметри за різних рівнів поведінкової активності тварин даного виду.

Виявлені нові спектральні характеристичні паттерни ЕА НЛ щурів, детально
вивчено їхні зміни в процесі та після регенерації нюхової слизової, при
запаховій стимуляції та виключенні центрифугальних впливів.

На основі детального аналізу спектральних характеристик основних
паттернів ЕА НЛ морських свинок за різних рівнів поведінкової
активності, вперше виділено четвертий характеристичний компонент
високочастотної синхронізованої активності (ВСА), яка за своїми
потужнісно-частотними характеристиками суттєво відрізняється від ОАР, що
дозволяє розглядати його як один із механізмів кодування та передачі
запахової інформації.

Виявлено, що у макросматичних тварин з різним рівнем складності
неокортексу загальні паттерни ЕА нюхових структур хоча і схожі, але
суттєво відрізняються за своїми компонентними характеристиками.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані дані дозволяють на
основі реєстрації характеристичних паттернів риненцефальних структур
достовірно визначити функціональний стан досліджуваних лабораторних
тварин і можуть бути підґрунтям для проведення подібного аналізу
електричної активності структур нюхової системи у людини за умов норми і
патології.

Отримані результати розширюють і конкретизують існуючі уявлення про
фізіологічні механізми функціонування первинних центральних структур
нюхового аналізатора та визначають їхню роль в регуляції поточного
функціонального стану мозку в цілому.

Результати є важливими для медичної практики оскільки дозволяють
зрозуміти механізми формування деяких форм патології при дисфункціях
нюху у людини та пошуку адекватних методів корекції і профілактики такої
патології. Розроблені в роботі методичні прийоми і методики вживлення
хронічних електродів, нейрохірургічних втручань можуть бути використані
в експериментальній нейрофізіології для дослідження інших сенсорних
систем та глибоких структур головного мозку.

Результати дисертаційної роботи впроваджено в навчальний процес
біологічного факультету Київського і Черкаського національних
університетів при читанні курсів “Фізіологія ВНД”, “Фізіологія сенсорних
систем”, “Еволюційна фізіологія”, “Електрофізіологія” , ”Зоопсихологія”.

Особистий внесок здобувача полягає у підборі і аналізі наукової
літератури за темою дисертації, проведенні експериментальних досліджень,
комп’ютерній математичній обробці зареєстрованих ЕА, статистичному
аналізі одержаних результатів. Планування напрямків досліджень,
обговорення їх результатів та формулювання висновків здійснено за участю
наукового керівника.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації були представлені
і апробовані на XVII з’їзді Українського фізіологічного товариства
(Чернівці, 2006), на Всеукраїнській науково-практичній конференції
“Проблеми вікової фізіології” (Луцьк – Шацькі озера, 2005), на VIII
Міжнародній науково-практичній конференції “Наука і освіта ’2005”
(Дніпропетровськ, 2005), ІІ Міжрегіональній конференції молодих вчених:
студентів, магістрантів, аспірантів, докторантів (Луганськ, 2004).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 6 наукових робіт, з
яких 3 статті у фахових виданнях та 3 тез у матеріалах вітчизняних та
міжнародних конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, огляду
літератури, чотирьох розділів, присвячених власним дослідженням,
висновків, списку використаних джерел з 201 найменувань. Роботу
викладено на 130 сторінках, вона містить 22 рисунки та 8 таблиць.

Основний зміст

Матеріали і методи досліджень. В роботі аналізуються експериментальні
дані хронічних електрофізіологічних експериментів, отриманих на 16
морських свинках, 25 щурах і 11 лабораторних мишах із вживленими
ніхромовими глибинними електродами в нюхові луковиці (НЛ) і піриформну
кору (ПК) та поверхневими в області неокортексу за описаною нижче
методикою.

Такий вибір об’єктів дослідження був зумовлений необхідністю співставити
динаміку електричної активності ольфакто-амигдалярних структур з
вегетативними показниками і поведінковими реакціями, які дозволяють
об’єктивно оцінювати поточний функціональний стан тварин. З одного боку
обрані види лабораторних тварин є макросматиками з добре розвинутими
нюховими структурами мозку, а з іншого боку, як істоти з достатньо
високоорганізованим мозком, володіють розвинутою вищою нервовою
діяльністю, а їхня поведінка характеризується значною різноманітністю
поведінкових і позних реакцій.

Експериментальні тварини утримувались у віварії в стандартних умовах, на
звичайному харчовому раціоні. Для дослідів підбирали спокійних,
зрівноважених тварин.

У передопераційний період на протязі тижня тварин привчали до
перебування в плексигласовому боксі, встановленому в екранованій камері
(0.5х0.8х1 м). У камері розміщувався комутаційний пристрій та прилади
для нанесення різноманітних подразнень (больових (електрошкірних),
запахових). Вентиляційна система забезпечувала подання в бокс частково
очищеного (дренажування, барботування) надвірного повітря. Під час
дослідів тварини перебували в камері за цих умов протягом 45-60 хв.

Для реєстрації електричної активності коркових областей головного мозку
від твердої мозкової оболонки скальпованим тваринам вживляли через
отвори у кістках монополярні ніхромові електроди, виготовлені з дроту
ПЕВНХ діаметром 0.15 мм в заводській ізоляції і додатково ізольовані по
всій довжині, крім кінчика (0.5 мм), бакелітовим лаком. Такі ж електроди
застосовувалися для реєстрації електричної активності підкоркових
структур.

Провідники всіх електродів виводили на розроблений нами контактний
пристрій або ж фіксували кожний електрод окремо акрил оксидом з
послідуючим формуванням контактної колодки з пластмаси. Відповідно
конструкції роз’єму був виготовлений розбірний штирьковий комутаційний
пристрій. Така комутація забезпечувала можливість вживлення в мозок
тварини близько 20 електродів у різні мозкові структури.

Операції вживлення хронічних електродів здійснювали за дотримання умов
асептики, у спеціально обладнаній операційній. Для наркозу застосовували
премедикаційний коктейль [Шалімов] та каліпсол із розрахунку 25 мг/кг
ваги тварини. Iмплантацію електродів у глибинні структури проводили за
допомогою модифікованого стереотаксичного апарату СЕЖ-1. Координати
розраховували за відповідними атласами мозку, вводячи поправки за
допомогою коефіцієнтів, для врахування індивідуальних розмірів мозку.
Контроль точності вживлення електродів до риненцефальних структур
здійснювали електроенцефалографічно під час операції за проявами
специфічних паттернів електричної активності.

В експеримент тварин брали не раніше 5-6 днів після операції. Аналіз
біоелектрики здійснювали за умов спонтанної поведінки тварин у боксі
експериментальної установки (в нормі) та за умов ольфакторної
стимуляції. Запахову стимуляцію здійснювали шляхом тривалого (10-30 хв)
переведення тварин за умов бадьорості на дихання повітрям, насиченим
одорантом. При цьому, аналізу піддавались як усереднені спектральні
оцінки ольфакторних реакцій, так і вибіркові їхні реалізації на подання
перших порцій одоранту. В якості запахових чинників використовували
лавандову олію та ванілін.

Біоелектричну активність головного мозку кожної тварини вивчали протягом
10-70 діб залежно від мети конкретної серії досліджень, опісля чого
здійснювали морфологічний контроль розміщення кінчиків електродів у
досліджуваних структурах, використовуючи відповідні атласи мозку.

Електричну активність мозку реєстрували за допомогою 16-тиканальної
плати АЦП/ЦАП TADC 004.01/02 на базі ЕТ1042, розміщеної в слоті
материнської плати комп’ютера IBM PC/AT 386/387 з тактовою частотою 8/25
МГц. Попереднє підсилення потенціалів проводили за допомогою
підсилювачів біопотенціалів з активними RC-фільтрами УБФ 4-03 (150 Гц,
0.15 с).

Оцифровані відрізки біоелектричної активності підлягали візуальному
контролю на присутність артефактів та вибраковці, після чого формували
файли даних, що накопичувались для послідуючої “off lіne” обробки, або ж
вона проводилась безпосередньо під час експерименту — “on lіne”.

При проведенні спектрального аналізу виділяли традиційні частотні
діапазони та високочастотніші смуги складових, а саме: 25-90, 25-48 та
52-150 Гц, проводячи паралельний аналіз цільних динамічних спектрів без
виділення із них окремих діапазонів.

Аналіз спектрального складу ЕЕГ проводили з використанням швидкого
перетворення Фур’є. Достовірність відмінностей усереднених спектральних
характеристик для різних станів тварин та окремих складових ЕА НЛ
оцінювали за t-критерієм Стьдента.

Результати досліджень та їх обговорення

Спектральні компоненти електричної активності нюхових цибулин.
Результати хронічних експериментів по вивченню спонтанної та
пролонгованої ЕА вузлових риненцефальних структур (НЛ, амигдалярного
комплексу ядер (АМ) та піриформної кори (ПК)) дозволяють стверджувати
про можливість її адекватної характеристики проявами
(наявністю/відсутністю), амплітудно-часовими та потужнісно-частотними
характеристиками специфічних для неї електрофізіологічних феноменів.
Серед останніх, як основні компоненти ЕА РС доцільно виділяти
високочастотну синхронізовану електричну активність (ВСА),
ольфакто-амигдалярний ритм (ОАР), респіраторні хвилі (РХ) та поліморфну
активність (ПА). Перелічені феномени достатньо легко візуально, апаратно
чи програмно виділяються на сумарних записах ЕА риненцефальних структур
(Рис. 1), а їхні прояви доволі жорстко корелюють із рівнем поведінкової
активності, серед яких доцільно виділити поведінкове збудження, спокійне
неспання (бадьорість), спокій і специфічну реакцію активації нюхового
аналізатора — принюхування. Вказані стани легко розмежовуються за
змінами ЕКГ і респірограми, а також за різним ступенем прояву окремих
компонентів ЕА РС.

Pис. 1. Характеристичні феномени електричної активності нюхових структур
морських свинок

* а — збудження, б — поведінкове збудження (arousal), в — спокій, г —
принюхування

Суттєво, що усереднені (n>100-300) і динамічні спектри цілісних масивів
оцифрованих векторів ЕА НЛ (2-3 с тривалості) у досліджуваних видів
тварин, отримані за розглядуваних станів відзначалися найвищою
варіабельністю значень СГП в діапазонах 0.5-10 Гц та 25-150 Гц.

Такі особливості 25-150 Гц-ого діапазону трактуються нами як
відображення нерегулярності генерації та нестабільності
потужнісно-частотних характеристик окремих “веретен” ОАР, оскільки саме
він відіграє вирішальну роль у формуванні спектральних екстремумів
високочастотних діапазонів ЕА РС. З огляду на таку широку частотну
різноманітність, а також на вибіркове домінування лише окремих складових
цього діапазону, при проведенні спектрального аналізу нами виділялися
високо- і низькочастотні компоненти його складових (тотожно “веретен”
ОАР) у специфічних для кожного виду межах. На користь такого підходу
свідчать суттєва (у деяких випадках 2-3-кратна) частотна різнорідність,
яка відмічалася в межах окремого веретена у щурів, а також простежені у
стані поведінкового збудження в ЕА НЛ морських свинок більш
високочастотні, але суттєво нижчі за амплітудою характеристичні
спалахові компоненти (ВСА), які на відміну від ОАР були переважно
представлені достатньо потужними частотними компонентами у діапазоні
75-125 Гц (Рис. 2), на відміну від типового діапазону ОАР у цих тварин
(56-61 Гц).

Pис. 2. Вибіркова (б) та усереднена (в) спектральні оцінки фрагментів
електричної активності нюхової луковиці морської свинки (а) за умов
поведінкового збудження і проявів ВСА.

Нерегулярність окремих складових ВСА призводила до нівелювання
характеристичних його вибіркових екстремумів на усереднених
спектрограмах. Характерно, що в ЕА НЛ морських свинок цей феномен
достатньо чітко простежувався навіть візуально, а в ЕА ПК носив
переважно спорадичний характер. Спостерігалося явище одночасової
реєстрації спалахів ВСА з іншими феноменами ЕА НЛ, або швидка їхня зміна
протягом короткого проміжку часу, коли чітке проявлення одного із
розглядуваних феноменів виражено змінювалось проявами іншого, який до
цього часу не спостерігався. А також ізольоване проявлення специфічних
веретеновидних коливань ОАР та “пачкової” ВСА.

Суттєво, що феномен ВСА не був відмічений при вивченні ЕА РС у інших
досліджених видів тварин: щурів та мишей, хоча за певних поведінкових
станів у них було виявлене зростання вираженості високочастотної частини
спектру.

Тотожна суттєва варіабельність показників СГП, але відносно стійкі
частотні характеристики для кожного виду, простежена і для діапазону
повільно хвильових компонентів. Інтегральний його екстремум на
вибіркових та усереднених кривих СГП проявлявся у досліджуваних видів,
як правило, в діапазоні 0.5-10 Гц, що, на нашу думку, переважно
віддзеркалювало якісні зміни параметрів респіраторних хвиль. Висока
скорельованість останніх із глибиною і частотою дихання відображала
таким чином допустимий діапазон коливань ЧД кожного виду тварин. Однак,
передуюче відновлення останніх, порівняно зі спалаховими компонентами
ОАР, опісля аносмії у щурів свідчить про можливість їхнього
безпосереднього відношення також і до реалізації власне нюхової функції.
Співвідношення проявів веретен ОАР із фазами дихального циклу в
досліджуваних видів тварин не мало жорсткої обумовленості.

Особливості ольфакто-амигдалярного ритму та високочастотної
синхронізованої активності у ссавців за різних функціональних станів.
ОАР, як основний електрофізіологічний феномен ЕА РС усіх досліджуваних
видів тварин, чітко виявлявся переважно у стані поведінкового збудження
на фоні низькоамплітудної ДПА та вираженої РХ-активності, лише при
певних поведінкових реакціях, а саме: при дослідженні нової
експериментальної обстановки, реакціях на привнесення нового подразника
тощо. Хоча виражені орієнтаційні реакції тварин переважно спричиняли
часткове амплітудне пригнічення або ж повну блокаду проявів оформлених
веретен ОАР подібно до стану спокійного неспання. Це проявлялося у
загальному зниженні вираженності піку СГП в діапазоні ОАР (25-90 Гц,
р<0.01), та істотному зменшенні його індексу. Відмітною особливістю для щурів та морських свинок за цих умов була поява на ЕЕГ НЛ високочастотної синхронізованої активності не оформленої в характеристичний спалах, що зумовлювало різке зростання індексу ОАР на вибіркових спектрограмах, яке супроводжувалося збільшеням потужності високочастотних компонентів (52-150 Гц), однак не досягаючим рівня виражених проявів ОАР (P<0.01). Слід також відмітити, що у тварин усіх досліджених видів спектральні компоненти веретен ОАР формувалися у тій же спектральній смузі, складові якої були помітно вираженi і в фоновій полiморфній активностi за вiдсутностi ритму. Результати спектрального аналізу сегментів ЕА НЛ щурів, мишей та морських свинок, отримані у стані поведінкового збудження, що містили чітко візуально виділені веретена ОАР, вказують на доцільність розгляду останніх як комплексного спектрального феномену з сукупністю домінантних чітко виражених піків у значно ширшому частотному діапазоні, ніж за наявними літературними даними. Суттєві відмінності потужнісно-частотних параметрів цього феномену у різних видів (Табл. 1), а також виявлені топографічні відмінності веретен ОАР у різних видів, вірогідні зміни топограм протягом експерименту навіть у окремо взятої тварини певного виду, особливо стосовно амплітуди і форми прояву окремих веретен ОАР, та їхнє відмінне співвідношення із фазами дихального циклу зумовили необхідність проведення аналізу наявних експериментальних даних у цьому аспекті. Табл. 1 Спектральні характеристики показників викликаних хвиль (ОАР) лівої та правої нюхових луковиць у щурів, морських свинок, мишей Права НЛ Ліва НЛ стат. Показник Частота, Гц Індекс, % Частота, Гц Індекс, % щурі ОАР максимум 86.66±12.64 75.48±5.80 86.66±5.91 63.79±5.67 мінімум 41.09±0.98 26.18±0.63 39.58±0.41 24.51±0.02 середнє значення 63.63±3.03 42.94±1.93 66.09±2.28 38.03±1.87 морські свинки максимум 58,48±1,97 61,54±4,25 68,68±2,95 44,72±4,58 мінімум 52,50±1,35 40,49±1,07 57,81±0,90 32,55±1,64 середнє значення 55,79±1,65 52,91±2,39 61,28±1,86 39,85±2,77 миші середнє значення 58.64±0.65 50.28±1.89 51.57±2.43 24.37±1.49 У переважній більшості випадків у дослідних тварин при виражених “спалахах”, що мали чітко окреслену веретеноподібну форму, індекс ОАР перевищував 25% і за цим показником спостерігалося вірогідне домінування правої НЛ (Р<0.05). За усередненим спектральним екстремумом такого домінування не відмічалося (Р>0.05). Поряд із цим у щурів
виявлена специфічна частотна різнорідність веретен, а саме: початок
веретена містив найбільш високочастотні компоненти, основна частина —
складові нижчої частоти, а “хвостова” частина була представлена
складовими, що мали майже подвійний декремент частоти порівняно із
початком веретена (Рис. 3а). Спектральні прояви цих трьох компонентів
ОАР полягали у значному зростанні потужності спектральних смуг
високочастотних складових. На вибіркових спектрограмах ЕА НЛ і ПК це
проявлялося в представленні високочастотних коливань ОАР сукупністю
домінантних піків (5-7), що були суттєво відмежовані за спектральними
екстремумами (Рис. 3в). Характерно, що діапазон спектральних максимумів
низькочастотних складових веретен (25-50 Гц) у деяких випадках суттєво
домінував над екстремумами високочастотного діапазону, а регулярність
прояву екстремумів діапазону ОАР та їхня множинність спричиняла
розширення площі під усередненою кривою СГП в області домінантних частот
ОАР. Однак, така специфічна топограма прояву веретен зустрічалася
достатньо рідко, переважно ж вони були представлені сукупністю вище
названих компонентів компресованих в одне “веретено” без супроводжуючого
його низькочастотного “хвоста”.

Рис. 3. Абсолютні вибіркові (б, в) спектральні оцінки фрагментів
електричної активності НЛ (а, б) та ПК (в) щура із вираженими спалахами
ОАР.

8

@

T

¦

’ 1/4

2

$

$

&

(

*

,

.

0

2

4

6

8

P

R

T

?

. ’ ” –

2

?

F Спектрограми ОАР в ЕА РС мишей, як правило, вирізнялися суттєвою
моночастотністю. Спектральний аналіз записів ЕА НЛ, що містили оформлені
спалахи ОАР, вказує на його представлення домінантним спектральним піком
в області 37-87 Гц, який лише на окремих вибіркових спектрограмах
досягав 2/3 потужності піку РХ.

Усереднені спектральні екстремуми високочастотного діапазону у гризунів
були представлені достатньо пологою кривою, хоча вибіркові спектри, як
правило, мали один-два виражені домінантні піки, чи переважно сукупність
спектральних складових, близьких за потужнісними характеристиками, у той
же час вони були широко відставлені на частотній осі, що вказує на
відсутність жорстко обумовленого спектрального максимуму. Відмітно
також, що веретена ОАР простежувалися переважно ізольовано відповідно до
кожного дихального циклу.

Оперативне втручання по перерізці нюхових трактів у щурів призводило до
виражених змін форми, збільшення загальної тривалості спалахів (до
1.2-1.5 с в НЛ) та амплітуди ОАР; зсуву усереднених пікових компонентів
ЕА НЛ у більш низькочастотну область 52-85 Гц при значному зростанні
потужності і звуженні діапазону їхнього представлення (Рис.4).

Рис. 4. Вибіркова (б) та усереднені (в) спектральні оцінки ЕА НЛ (а)
щурів за умов перерізки нюхових трактів.

Поліморфна активність. Переважно на перших хвилинах, опісля поміщення
тварин у бокс експериментальної установки, відмічалося часткове
пригнічення амплітудно-часових показників веретен ОАР із наступним їхнім
відновленням до характеристичних показників кожної тварини через 2-5 хв.
Тривале перебування тварин у боксі відображувалося в ЕА НЛ усіх
досліджених видів пригніченням спалахів ОАР, збереженням вираженості ПА
і в ряді випадків незначним пригніченням проявів РХ. Вибіркові спектри
за цих умов не містили чітко відособлених спектральних максимумів і
наближалися за частотними характеристиками до показників стану
спокійного неспання. Однак, високочастотні складові виділялися в ЕА НЛ у
лабораторних тварин при спектральному аналізові, що стосується як
спалахових компонентів ОАР (25-90 Гц), так і більш високочастотного
діапазону ВСА (52-150 Гц). Загальне зменшення потужності спектральних
екстремумів ОАР на вибіркових та усереднених спектрограмах відбувалося
на фоні пригнічення останніх спектральними компонентами РХ та домінуючої
ДПА (Р<0.01). За цих умов ДПА не мала чітко виражених спектральних максимумів і була представлена малопотужними домінантними коливаннями у морських свинок в діапазоні 1-95 Гц, а у дрібних лабораторних тварин у значно ширшій частотній смузі - 10-150 Гц, із переважанням спектральних складових у більш високочастотному діапазоні, ніж специфічному для характеристичних пікових компонентів ОАР певного виду. Усереднені спектрограми ЕА РС усіх видів, окрім низькочастотного спектрального максимуму РХ, не містили чітко окреслених спектральних піків у високочастотній області. Відмітною особливістю біоелектрики НЛ морських свинок було те, що у випадку домінування ДПА навіть при візуальному аналізі вдавалося вирізнити залишкові явища як високочастотної ВСА, так і більш низькочастотних компонентів ОАР, але внаслідок нерегулярності проявів окремих частотних складових ДПА на усереднених спектрах високочастотні її коливання мали низькі значення СГП і переважно обмежувалися діапазоном до 80 Гц. На противагу цьому у вибіркових спектрограмах ЕА НЛ щурів чітко виділялися екстремуми високочастотної області представлення ОАР, але суттєво (р<0.001) меншої потужності, порівняно зі станом поведінкового збудження, що на усереднених спектрограмах проявлялося незначним збільшенням їхньої потужності. Рис. 5. Часова динаміка проявів веретен ОАР в ЕА НЛ щурів. а, б - початок експерименту - виражене зростання проявів веретен, г,д,є,ж - їхня спорадична поява опісля адаптації і відсутність проявів надалі. Пред’явлення тваринам за цих умов специфічних ольфактивних, чи застосування іншого роду неольфактивних подразників, спричиняло миттєву генерацію топографічно подібних до стану arousal веретен ОАР (чи суттєве зростання СГП високочастотної області) із наступним їхнім швидким затуханням при однократному впливі подразника. Відмітно, що амплітудно-часові характеристики пролонгованих веретен наближалися до тотожних показників стану поведінкового збудження, але за їхніми потужнісно-частотними характеристиками спектральні максимуми чітко проявлялися в діапазонах РХ, високо- та низькочастотних компонентів веретен, при цьому в межах окремого веретена переважно виявляли домінування більш високочастотних компонентів із майже дворазовим пригніченням СГП низькочастотних їхніх складових. Таким чином, навіть довготривала адаптація тварин до експериментальних умов не гарантує повного “вилучення” спектральних компонентів ОАР з ЕА НЛ. Відновлення електричної активності нюхових цибулин після периферичної аносмії. Серія експериментів по периферичній деольфактації щурів шляхом зрошення назального епітелію розчином сульфату цинку з метою повного пригнічення РХ і ОАР дозволила встановити факт первинного візуального виділення ОАР в ЕА НЛ близько 40 доби після процедури аносмії, але за абсолютними показниками СПГ цього діапазону та амплітудними характеристиками, ОАР закономірно був значно менший фонових значень. Відновлення низько амплітудної високочастотної синхронізованої активності (ВСА), оформленої у “веретена”, в НЛ відмічався за 4-6 тижнів після процедури аносмії. Відновлення ж власне нюхової функції (здатність до відтворення нюхових УР) простежувалося через 10-14 днів. Згідно результатів цитологічних досліджень, саме в цей період відбувається регенерація нюхового епітелію. Ольфактометричні дослідження аносмованих тварин показали, що вказаний час достатній для відновлення лише грубої детекції досить концентрованих запахів, тоді як нормальна нюхова чутливість поступово відновлюється впродовж четвертого тижня після деольфактації. У наших дослідах загальний індекс ОАР, оцінюваний за ділянками виражених проявів ОАР, у цей період різко переважав вихідні показники фону (Р<0.01) за рахунок зростання індексів як високочастотної, так і низькочастотної частини спалахів протягом наступних 15-20 діб (не дивлячись на те, що у процесі експерименту відбувається звикання тварини до експериментальних умов, а рівноцінно — зниження вираженості спалахів). У цей період відбувалося повне відновлення за показниками частоти домінантних максимумів як діапазону ОАР, так і його високочастотних складових. Низькочастотна частина ОАР на цей час мала значно зрослі показники спектральних максимумів. Повернення показників індексу ОАР до рівня вихідного фону, тобто повне відновлення ОАР за цим показником простежувалося близько 62-64 доби, що супроводжувалося поверненням до вихідного рівня індексів як високо-, так і низькочастотної частини ОАР. Показники домінантних частотних максимумів для діапазону ОАР характеризувалися плавними, не достовірними змінами (Р>0.05) відносно показників фону. Однак, і за показниками
домінантної частоти до цього часу відбувалось повне відновлення як для
самого діапазону ОАР, так і його високочастотних компонентів з їх
стабілізацією на відносно постійному рівні фонових значень. Характерно,
що ці процеси супроводжувались незначним зростанням значень домінантного
максимуму низькочастотних компонентів. Надалі, на 73 добу, знову
відбувалося різке збільшення загального індексу ОАР за рахунок зростання
індексів обох його частотних компонентів, що, очевидно, є вже
результатом впливу на проявлення ОАР різного рівня поведінкового
збудження тварин.

Дана специфічна динаміка відновлення окремих частотних діапазонів ОАР,
на наш погляд, може бути пов’язана зі специфікою відновлення нюхового
епітелію та різним характером нюхових відповідей: від первинних on-off
(наявність/відсутність, початок дії запаху/припинення) відповідей до
тонкого розрізнення кількісних та якісних характеристик окремих
сигналів, з яким може бути пов’язаний ОАР. Ці факти, очевидно, можуть
служити побіжним доказом різного функціонального значення окремих
частотних компонентів у кожному спаласі ОАР.

Характерно, що відмінності у процесах відновлення ВСА та ОАР в правій та
лівій НЛ у переважній більшості випадків не досягали необхідного рівня
достовірності (Р>0.05), хоча і мали місце, особливо в момент відновлення
ОАР або ж при різких змінах його характеристик опісля первинного
відновлення.

Електрична активність риненцефальних структур тварин за умов запахової
стимуляції. Застосування запахових подразників з метою провокування
спалахової активності спричиняло виражені зміни (Р<0.05) не лише динаміки топограм ЕА РС, а й їхніх вибіркових і усереднених спектрограм (Рис. 5) як на поодиноку стимуляцію, так і на довготривале пред’явлення запахових чинникiв. Перебудова електрогенезу стосувалася не лише безпосередніх проекцій із первинних нюхових центрів, а функціонально і топографічно віддалених коркових областей. Різноманітність реакцій на запахову стимуляцію у досліджуваних видів охоплювала весь можливий діапазон змін електрогенезу - від різкої активації до повного пригнічення ОАР. Серед відмітних реакцій, на наш погляд, слід виділити специфічний тип відповіді на запахову стимуляцію у мишей при пред’явленні ваніліну і лавандової олії. При незначних відмінностях у характері реагування на кожний запаховий агент у цих тварин, в цілому, спостерігалося істотне пригнічення амплітудно-часових показників “веретен” ЕА НЛ і зростання проявів РХ. Такі реакції в разі пред’явлення лавандової олії були інтенсивнішими. Спектрограми ЕА НЛ за цих умов, порiвняно iз фоновими сумарними спектрами, вiдзначались різким значним (майже повним) послідовним пригніченням спалахів ОАР, зниженням показників СГП високочастотної області протягом усього часу стимуляцiї. Pис. 6. Вибіркові спектральні оцінки (б, в) фрагментів електричної активності нюхової цибулин миші (а) за умов принюхування. * на початку фрагмента ЕА фонове “веретено” Така перебудова електрогенезу в НЛ стосувалася не лише пікових компонентів спектрограм, а й потужності частотних діапазонів. Найбільш виражена перебудова відбувалася в гамма діапазоні для усіх його складових. Співвідношення низько- та високочастотних складових залишалося незмінним, порівняно зі станом поведінкового збудження. Подібні реакції були відмічені в дослідах у морських свинок та щурів. Однак, виходячи зі специфiки сумарних спектрограм цих двох одорантiв, при переведенні тварин на дихання їх запаховою сумішшю двох згаданих одорантів на сумарних спектрограмах не вдалося видiлити характеристичнi пiки окремих компонентiв сумiшi (Р>0.05). Вірогідно, iдентифiкацiя
запахового чинника та його параметрiв проходить достатньо швидко. Якщо
вона й знаходить вiдображення у амплiтудно-частотному паттернi ЕА НЛ,
тоді, можливо, вона втрачається при усередненні .

Висновки

Огляд літератури показав, що механізми перцепції запахових стимулів
хемосенсорною нюховою системою та центральна обробка їх структурами
головного мозку ссавців вивчена недостатньо. Тому доцільно було
встановити специфічні характеристики сумарної біоелектричної активності
центральних ланок нюхової системи лабораторних тварин (щури, морські
свинки, миші) за різних рівнів їх поведінкової активності та з’ясувати
можливі нейрофізіологічні механізми електрогенезу на рівні
макроструктур нюхового мозку за умов запахової стимуляції та блокади
нюхової слизової.

1. В сумарній електричній активності нюхових структур макросматичних
тварин виділяються характеристичні амплітудно-часові паттерни такі, як
поліморфна десинхронізована активність, респіраторні хвилі,
ольфакто-амигдалярний ритм і специфічні спалахи високочастотної
синхронізованої активності, а спектральний аналіз у діапазонах
представлення цих феноменів навіть за неможливості їхнього візуального
чи апаратного виділення є необхідною умовою для повноти характеристики
рівня поведінкової активності тварини та визначення її функціонального
стану.

2. У щурів веретеноподібна спалахова активність співпадає із піком
інспіраторної фази та початком експіраторної фази, у морських свинок
спалахи виникають на експіраторній, а у мишей – на інспіраторній фазі,
тоді як при значному зростанні частоти дихання за умов теплової одишки
чи принюхуванні (спонтанному чи викликаному подачею запаху) у всіх
досліджених видів тварин спостерігається значне скорочення тривалості
кожного окремого спалаху веретеноподібної активності і такі спалахи
втрачають чітку узгодженість з певною фазою дихального циклу та можуть
проявлятися у дихальній паузі.

3. При дії запахових подразників зміни спектральних характеристик
електричної активності риненцефальних структур сильніше проявляються у
тварин з нижчим рівнем диференціації неокортексу, що дозволяє
стверджувати про “чутливість” пейсмекерів нюхових луковиць до коливання
функціональної активності церебральних структур, зокрема неокортексу.

4. Пейсмекер (чи пейсмекери) високочастотних феноменів електричної
активності риненцефальних структур локалізований в межах нюхової
луковиці, а спалахи ольфакто-амигдалярного ритму та високочастотної
синхронізованої активності, що виникають при його активації, є
результатом інтеграції на його рівні центрифугального та периферичного
збудження, а дискретні зміни амплітуди електричної активності нюхових
луковиць та інших структур мозку можуть трактуватись як наявність певних
мікростанів, які відображають різні режими переробки інформації, та
здатні справляти модулюючі впливи на центральніше розташовані структури.

5. У щурів відновлення характеристичних паттернів електричної активності
нюхових луковиць, опісля білатеральної периферичної деольфактації
простежується починаючи з 10-11 доби після втручання для респіраторних
хвиль і після 28-30 доби – для високочастотних складових електричної
активності. Повне відновлення частки ольфакто-амигдалярного ритму, але
не його амплітудно-часових показників, відбувається приблизно через 40
діб після деольфактації.

6. Суттєві відмінності проявів та динаміка спектральних екстремумів
високочастотних діапазонів ольфакто-амигдалярного ритму і
високочастотної синхронізованої активності в нормі та при
експериментальних впливах у макросматичних тварин одного і того ж ряду
гризунів може свідчити про їхнє різне функціональне значення. Отримані
дані також дають підстави розглядати веретеновидну спалахову активність
як таку, що не пов’язана лише з сенсорними функціями, а розглядати його
як одне із джерел церебральної модуляції при організації цілісних
поведінкових актів тварин макросматиків.

Список опублікованих за темою дисертації робіт

1. Ілюха В.О., Ганжа Б.Л., Ілюха Л.М., Синюта О.М. Спектральний аналіз
біоелектричної активності нюхових луковиць мишей Mus Musculus L. за умов
вільної поведінки // Вісник Київського університету. Проблеми регуляцiї
фiзiологiчних функцiй. – Вип. 8. К.: ВПЦ “Київський університет”. 2002.
– С. 48-54. (особистий внесок здобувача полягає в проведенні
експериментальних досліджень, узагальненні результатів та висновків).

2. Ілюха В.О., Синюта О.М., Ілюха Л.М., Оверченко Т.І. Спектральний
аналіз біоелектричної активності нюхових луковиць мишей Mus Musculus L.
за умов запахової стимуляції // Вісник Черкаського університету. Серія
біологічні науки. Вип. 32.- Черкаси.- 2002.- С. 58-67. (особистий внесок
здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень,
узагальненні результатів та висновків).

3. Ілюха В.О., Ілюха Л.М. Дослідження електрогенезу риненцефальних
структур ссавців у нормі та при одоровпливах // Актуальні питання
біології та медицини: наук. праці ІІ Міжрегіон. конф. молодих вчених.
Луганськ. -2004. С.32-33. (особистий внесок здобувача полягає в
проведенні експериментальних досліджень, узагальненні результатів та
висновків).

4. Ілюха В.О., Ілюха Л.М. Одоропролонговані зміни спектрограм
електричної активності риненцефальних структур // Проблеми вікової
фізіології: Матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції / За
ред. проф. Коцана І.Я., Макаренка М.В. – Луцьк: РВВ ВДУ “Вежа”, 2005. –
С.44-45. (особистий внесок здобувача полягає в проведенні
експериментальних досліджень, узагальненні результатів та висновків).

5. Ілюха В.О., Ілюха Л.М. Особливості електрогенезу риненцефальних
структур ссавців // Матеріали VІІ Міжнародної наук.-практ. конференції
“Наука і освіта 2005” Том 11.- Дніпропетровськ.- 2005. С.27-28.
(особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних
досліджень, узагальненні результатів та висновків).

6. Ілюха В.О., Ілюха Л.М., Синюта О.М. Електрофізіологічне дослідження
запахпролонгованих реакцій морських свинок (Cavia) // Вісник Луганського
націон. педагогічного університету. Серія біол. науки.- Вип. 6 (86).-
Луганськ.- 2005. С.68-73. (особистий внесок здобувача полягає в
проведенні експериментальних досліджень, узагальненні результатів та
висновків).

7. В.О.Ілюха, М.Ю.Макарчук, Л.М.Ілюха Спектральний аналіз електричної
активності риненцефальних структур ссавців // Матеріали XVII з’їзду
Українського фізіологічного товариства з міжнародною участю, Чернівці,
18-20 травня 2006р. – т. 52, №2 – с. 34-35. (особистий внесок здобувача
полягає в проведенні експериментальних досліджень, узагальненні
результатів ).

Анотація

Ілюха Л.М. Порівняльний аналіз механізмів формування та роль різних
компонентів електричної активності риненцефальних структур лабораторних
тварин (щурів, мишей, морських свинок). – Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за
спеціальністю 03.00.13 – фізіологія людини і тварин. – Київський
національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2007.

Проведено порівняльний аналіз механізмів формування та досліджено
характер і динаміку окремих компонентів електричної активності нюхових
цибулин і піриформної кори (спалахових компонентів
ольфакто-амигдалярного ритму, високочастотної синхронізованої
активності, респіраторних хвиль та поліморфної активності) у
лабораторних макросматичних тварин з різним рівнем складності
неокортексу за умов різного рівня поведінкової активності, а саме:
щурів, мишей, морських свинок.

Виявлені суттєві відмінності топографічних особливостей веретен ОАР,
значимі потужнісно-частотні різниці усереднених спектрів високочастотних
їхніх складових і різний частотний розподіл окремих компонентів у межах
характеристичних веретен кожного виду (р<0.05). Експериментальні дані стосовно динаміки змін спектральних характеристик ЕА НЛ та ПК при пред’явленні запахових подразників дозволяють стверджувати, що ольфактивна стимуляція зумовлює вірогідну перебудову проявів спалахових компонентів високочастотних діапазонів поряд із зростанням проявів РХ (р<0.01) у первинних нюхових центрах і зрушення в спектральному складі ЕА кори суттєвіші в гладенькомозкових тварин. Отримані дані обговорюються з позиції можливого відособлення ОАР від виконання суто сенсорної функції й розгляду його як не специфічного джерела церебральної активації в організації цілісних поведінкових актів тварин-макросматиків. Ключові слова: риненцефальні структури, нюхові цибулини, ольфакто-амигдалярний ритм, високочастотна синхронізована активність, поліморфна активність, респіраторні хвилі. Аннотация Илюха Л.М. Сравнительный анализ механизмов образования и роль разных компонентов электрической активности риненцефальних структур лабораторных животных (крыс, мышей, морских свинок). – Рукопись Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 – физиология человека и животных. – Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев 2007. Проведен сравнительный анализ механизмов образования и исследование характера и динамики отдельных компонентов электрической активности обонятельных луковиц, пириформной коры в условиях различного уровня поведенческой активности крыс, мышей, морских свинок, а именно: вспышки высокоамплитудных ритмических колебаний (ОАР), высокочастотной синхронизованной активности (ВСА), респираторных волн и полиморфной активности. В работе анализируются экспериментальные данные хронических электрофизиологических экспериментов, полученных на 16 морских свинках, 25 крысах, 11 лабораторных мышах из вживленными электродами в обонятельные луковицы и пириформную кору. Выявлены существенные отличия топографических особенностей колебаний ОАР, потужностно-частотные отличия усредненных спектров высокочастотных их слагаемых и разное частотное распределение отдельных компонентов в пределах характеристических колебаний каждого вида (р<0.05). Экспериментальные данные касательно динамики изменений спектральных характеристик ЭА ОЛ и ПК при предъявлении запаховых раздражителей позволяют утверждать, что ольфактивная стимуляция обуславливает достоверное преобразование проявлений компонентов высокочастотных диапазонов вспышек сравнительно с возрастанием проявлений РВ (р<0.01) в первичных обонятельных центрах и изменения в спектральном составе ЭА коры гладкомозковых животных. Полученные данные обсуждаются с позиции возможного отделения ОАР от исполнения только сенсорной функции и рассмотрения его как не специфического источника церебральной активации в организации целостных поведенческих актов животных-макросматиков. Ключевые слова: риненцефальные структуры, обонятельные луковицы, ольфакто-амигдалярный ритм, высокочастотная синхронизованная активность, полиморфная активность, респираторные волны. ANNOTATION Ilyuha L.M. The Comparative Analysis of the Formation Mechanisms and the Role of Different Components of the Rhinencephal Structures Electrical Activity of the Laboratorial Animals (Rats, Mice, Guinea-Pigs). – Manuscript. Thesis on Acquiring the Candidate of Biological Sciences Degree in Speciality 03.00.13. – Physiology of a Man and an Animal. – Kyiv National Taras Shevchenko University, Kyiv, 2007. The comparative analysis of the formation mechanisms was carried out and the character and dynamics of the definite components of olfactory bulbs and piriform cortex electrical activity (flash components of the olfacto-amygdalar rhythm, high wave synchronised activity, respiratory waves and polymorphic activity) among laboratorial macrosmatic animals with the different level of neocortex complication in the conditions of different behaviour activity level, viz. rats, mice, guinea-pigs were investigated. The essential differences of the spindles OAR topographical peculiarities, considerable power-frequency differences of the average spectrums of their high wave components and different frequency distribution of the definite components in the measures of characteristic spindles of each kind (p<0.05) were discovered. The experimental data as to the dynamics of the spectrum characteristics changes EA BO and PC presenting smell irritants allow to prove that olfactory stimulation stipulate reliable reconstruction of the development of the high wave range flash components with increase of the RW development (p<0.01) in the primary olfactory centres and violation in the spectrum staff EA cortex more considerable in the smooth-brain animals. The obtained data are discussed from the position of possible separation of OAR from only sensor function and its consideration as non-specific source of the cerebral activation in the organisation of the integral behaviour acts of the animals-macrosmatics. Key words: rhinencephal structures, olfactory bulbs, olfacto-amygdalar rhythm, high wave synchronised activity, polymorphic activity, respiratory waves. Підписано до друку 07.02.2007р. Формат 60х90/16. Папір офсетний. Друк офсетний. Умовн. арк. 1.1. Тираж 100 прим. Замовлення №-56 Видавництво та друк – ПП ”Видавництво САН” Свідоцтво про внесення суб’єкта видавничої справи до державного реєстру видавців, виготівників і розповсюджувачів видавничої продукції ДК №1895 від 10.08.2004.

Похожие записи