ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ім. В.Н. КАРАЗІНА

Шляхова Анна Володимирівна

УДК 616.12 – 008.331.1 – 092.9 : 615.831

НЕЙРОФІЗІОЛОГІЧНІ МЕХАНІЗМИ ЕФЕКТІВ

ФОТОСТИМУЛЯЦІЇ ПРИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІЙ ЕМОЦІЙНІЙ

ГІПЕРТЕНЗІЇ

03.00.13 - фізіологія людини і тварин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Харків – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті неврології, психіатрії та наркології АМН України.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

Воробйова Тамара Михайлівна,

Інститут неврології, психіатрії та наркології АМН України,

завідувач лабораторії нейрофізіології та імунології

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Гладкова Алла Іванівна,

Інститут проблем ендокринної патології

ім. В.Я. Данілевського АМН України,

завідувач лабораторії репродуктивної ендокринології

кандидат біологічних наук, доцент

Чернобай Лариса Володимирівна,

Харківський державний медичний університет,

МОЗ України,

доцент кафедри нормальної фізіології

Провідна установа: Київський національний університет ім. Тараса Шевченка

(кафедра фізіології людини і тварин), м. Київ.

Захист відбудеться “ 19 “ червня 2002 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.17 Харківського національного університету ім. В. Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України (61077, м. Харків, пл. Свободи, 4, ауд. III-15).

З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України (61077, м. Харків, пл. Свободи, 4).

Автореферат розісланий “ 16 “ травня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук Падалко В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Адаптація організму до емоційного стресу продовжує залишатися одною з самих актуальних проблем біології та медицини [Судаков К.В. 1981, 2000; Умрюхин П.Е., 2000; Айрапетянц М.Г. и соавт., 2001; Свидерская Н.Е. и соавт., 2001]. Результати численних досліджень свідчать про те, що внаслідок тривалих стресів знижуються здібності організму до саморегуляції та пристосовної діяльності [Анохин П.К., 1980; Симонов П.В., 1993; Сторожук В.М., 1998; Гладкова А.И. и соавт., 2001]. Відомо, що при стресі відбувається неузгодженість між ендогенно зумовленими адаптивними ритмами фізіологічних функцій організму [Василевский Н.Н., 1979; Судаков К.В., 1997]. Це призводить до порушення сполученості періодичних осциляцій функціонально взаємозалежних систем, і, як наслідок, формування стійкого патологічного стану, що характеризується розладом ряду нейрогуморальних та вегетативних функцій, у першу чергу - структурно-функціональної організації лімбіко-неокортикальної системи мозку та серцево-судинної реактивності [Федоров Б.М. и соавт., 1990; Чернобай Л.В., 1982; Ульянинский Л.С., 1994, 1995; Гладкова А.И., и соавт., 1998; Майоров О.Ю., 1999].

В основі природної активації процесів саморегуляції функцій організму лежать позитивні емоціогенні механізми мозку [Воробьева Т.М., 1978]. Беручи до уваги інтегративну функцію емоцій у забезпеченні процесів життєдіяльності та адаптації організму до умов навколишнього середовища [Чайченко Г.М., Макарчук Н.Е., 1982; Воробьева Т.М., Берченко О.Г., 1986; Самохвалов В.Г., 1993, 1998], становить інтерес можливість модулювати активність системи позитивного підкріплення та через цей механізм керувати психофізіологічним станом.

З літератури відомо, що вплив ритмічним сенсорним, зокрема світловим, подразником на основі резонансного механізму формує у мозку динамічну систему відносин з утворенням артифіциальних зв'язків між емоціогенними структурами лімбічної системи та новою корою [Данилов И.В., Кудрявцева Н.И., 1971; Бондарь А.Т. и соавт., 1989; Смирнов В.М. и соавт., 1989]. Наявні дані свідчать не тільки про перебудову фонової електричної активності мозку під впливом фотостимуляції [Уолтер Г., 1966; Ливанов М.Н., 1989; Федотчев А.И. и соавт., 2001], а також про зміни вегетативних показників, таких, як артеріальний тиск, частота серцевих скорочень, напруженість серцевого ритму, кровонаповнення церебральних судин [Майорова Н.Ф., 1975; Fox P.T., Raichle M.E., 1984], поліпшення самопочуття, настрою, підвищення розумової працездатності [Drumen W.T., O`Reilly B.K., 1986; Roberts L.E., 1989; Федотчев А.И. и соавт., 1995, 1996]. Ці відомості про оптимізацію емоційної сфери людини під впливом ритмічної світлової стимуляції також дозволяють припустити залучення емоціогенних механізмів мозку у формування реакції центральної нервової системи на переривчастий фотовплив. Але, дані про поглиблені експериментальні дослідження впливу ритмічного світла на зміни функціонального стану системи емоційного реагування в літературі відсутні.

Разом з тим, аналіз і порівняння ефектів впливу ритмічної фотостимуляції та самофотостимуляції, розробка на підставі отриманих результатів терапевтичних режимів світлового впливу необхідні для пошуку нових шляхів корекції порушень психоемоційного стану при нейрогенних захворюваннях і створення безмедикаментозних методів адаптивного біорегулювання через емоційний фонд.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана в межах комплексних тем наукових досліджень Інституту неврології, психіатрії та наркології АМН України: “Вивчити механізми та розробити комплекс технічних засобів адаптивного біорегулювання для лікування хворих серцево-судинними і неврологічними захворюванням” (№ державної реєстрації 0191.0030906), “Експериментальне дослідження механізмів формування адиктивної поведінки, факторів ризику і обґрунтування підходів її корекції” (№ державної реєстрації 0198U007888).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи з'явилося встановлення основних нейрофізіологічних механізмів впливу фотостимуляції та самофотостимуляції на функціональну активність структур емоціогенної лімбіко-неокортикальної системи мозку щурів при моделюванні експериментальної емоційної гіпертензії.

Об'єкт дослідження: адаптивне біорегулювання.

Предмет дослідження: реакція самофотостимуляції, електрогенез неокортексу, гіпоталамусу, гіпокампу, мигдалеподібного комплексу мозку, позитивні та негативні емоційні реакції, артеріальний тиск, напруженість серцевого ритму, частота серцевих скорочень при фотовпливі у нормі та при моделюванні емоційної гіпертензії.

Згідно мети дослідження, а також зважаючи на те, що зміни гемодинаміки є обов'язковим компонентом виникнення стрес-реакції, у роботі вирішувалися наступні задачі:

1.

2.

3.

4.

Наукова новизна отриманих результатів. За допомогою оригінальної методики вперше досліджена реакція самофотостимуляції ритмічним світлом у щурів. Проведено порівняльний аналіз ефектів впливу ритмічної фотостимуляції та самофотостимуляциї, а також особливостей реакції самофотостимуляції у інтактних щурів та щурів з емоційною гіпертензією.

Вперше показано, що вплив ритмічним світлом в діапазоні біопотенціалів мозку спрямовано змінює функціональну активність структур лімбіко-неокортикальної системи мозку та гемодинаміку щурів.

Вперше описано характер електрогенезу неокортексу, гіпоталамусу, гіпокампу, мигдалеподібного комплексу мозку щурів під примусовим і саморегульованим імпульсним фотовпливом в ритмі біопотенціалів мозку (4, 6 і 9 Гц).

Вперше виявлено вплив ритмічної фотостимуляції на формування позитивних і негативних емоційних реакцій, а також рівень артеріального тиску та електрокардіографічні показники.

Показано, що диференційовані ефекти даних впливів залежать від методу фотодії (ритмічна фотостимуляція та самофотостимуляція), частоти ритмічного світла й вихідного стану емоціогенних структур мозку контрольних щурів та щурів з емоційною гіпертензією.

Експериментально доведено, що в процесі самофотостимуляції відбувається регулююча активація структурно-функціональних резервів мозку, яка спрямована на подолання стійкого патологічного стану, що призводить до відновлення фізіологічної активності з нормалізацією гемодинаміки.

Теоретичне і практичне значення роботи. Результати досліджень сприяють розумінню глибинних нейрофізіологічних механізмів саморегулювання функцій, у тому числі психоемоційного стану, на основі біологічного зворотного зв'язку, що інформує про еферентні ланки цілеспрямованої поведінки. Отримані дані являються експериментальним обґрунтуванням застосування методу самофотостимуляції в клініці та основою для розробки схем корекції порушень емоційної сфери при лікуванні серцево-судинних і неврологічних захворювань.

Особистий внесок здобувача. Патентно-інформаційний пошук, аналіз наукової літератури, експериментальні дослідження, якісний аналіз і кількісна обробка да-них проведені дисертантом особисто. Інтерпретація результатів і літературне оформлення дисертації здійснені автором самостійно, теоретичне узагальнення - за участю керівника.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень повідомлено на I Національному конгресі невропатологів, психіатрів і наркологів (Харків, 1997), ХV з'їзді Українського фізіологічного товариства (Донецьк, 1998), I Конференції Українського товариства нейронаук (Київ, 1998), науковій конференції молодих вчених біологічного факультету ХДУ (Харків, 1995), конференції молодих вчених ХДМУ “Медицина третього тисячоліття” (Харків, 2001), конференції “Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих вчених” (Харків, 2001).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 10 наукових робіт (з них 5 статей у фахових виданнях).

Структура і обсяг роботи. Матеріали викладено на 146 сторінках друкованого тексту. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури, методичної частини, трьох розділів результатів досліджень, аналізу результатів та їх узагальнення, висновків і списку літературних посилань (251 найменування). Результати досліджень проілюстровані 33 рисунками.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження виконано на 65-ти нелінійних білих щурах-самцях віком від 6-ти до 8-ми місяців в умовах хронічного експерименту.

Для з'ясування характеру змін функціонального стану лімбіко-неокортикальних структур мозку та серцево-судинної системи щурів під фотовпливом було здійснено три серії експериментів. У першій з них досліджували вплив ритмічної фотостимуляції на контрольних щурах, у другій - на щурах з емоційною гіпертензією. У третій серії експериментів вивчали вплив самофотостимуляції при моделюванні емоційної гіпертензії.

Щурам під загальним наркозом (етамінал натрію) стереотаксичним методом вводили ніхромові електроди діаметром 100 мкм у скляній ізоляції в структури лімбічної системи мозку. Коркові ніхромові електроди вживлювали епідурально у лобово-тім'яну область [Буреш Я. и соавт., 1991].

Електричну активність мозку реєстрували біполярно на електроенцефалографах ЕЕГП 4-02 і ЕЕ8Ч-2-05 до та протягом 30 хв після кожного впливу.

Реєстрацію електрокардіограми проводили на електрокардіографі ЕК-2Т-02 у трьох стандартних відведеннях із застосуванням сталевих електродів. Амплітудні та частотні показники розраховували за даними другого відведення.

Систолічний артеріальний тиск вимірювали електроплетизмографічним методом на хвостовій артерії щурів за допомогою графітового датчика, використовуючи манометр та осцилограф [Пинелис В.Г. и соавт., 1982].

Пороги виникнення негативних емоційних реакцій фіксували при подразненні структур лімбічної системи мозку струмом прямокутної форми, частотою 50 Гц, силою 20-130 мкА, напругою 1 В, тривалістю 0,5 с.

Самостимуляцію позитивних емоціогенних зон латерального гіпоталамусу щури здійснювали протягом години струмом прямокутної форми, частотою 50 Гц, силою до 250 мкА при тривалості посилання імпульсів 0,5 с; її частоту за 5-ти хвилинні інтервали реєстрували за допомогою автоматичного лічильника [Olds J.A., Milner P., 1954]. У перший день визначали вихідну частоту самостимуляції. Потім протягом трьох днів послідовно за допомогою фотостимулятора ФС – 03 проводили ритмічний фотовплив частотами 4, 6 чи 9 Гц на фоні другої півгодини самостимуляції. Енергія, що віддавалася приладом в освітлювач, дорівнювала 0,035±0,007 Дж.

Самофотостимуляція відбувалася протягом 10-ти днів у затемненій кімнаті у другу половину дня. Для цього щурів на одну годину розміщували у клітці з вмонтованими трьома педалями для самофотостимуляції. Одне натискання педалі визначало посилку фотостимуляції тривалістю 1 с і частотою 4, 6 або 9 Гц відповідно. Тварини переміщувалися по клітці та довільно обирали педаль, а отже, і найбільш “прийнятну” для себе частоту світлових миготінь. Число натискань кожної педалі реєструвалося на автоматичному лічильнику.

Для отримання експериментальної моделі емоційної гіпертензії створювали “конфліктну зоосоціальну ситуацію”, для чого тварин попарно щоденно на 1 годину розміщували в камері, до підлоги якої у заданому режимі подавався електричний струм порогової інтенсивності (для виникнення ноцицептивних реакцій). Стрес-вплив продовжувався протягом 3-х тижнів і проходив під контролем артеріального тиску [Ведяев Ф.П., Воробьева Т.М., 1983].

Аналіз електроенцефалограм проводили візуально, у частини щурів – на основі визначення частотно-амплітудного спектру за допомогою гістографічного методу Фора [Кожевников В.А., Мещерский Р.М., 1963].

Для оцінки функціонального стану серцево-судинної системи використовували показник напруженості серцевого ритму як критерій кількісної оцінки процесів регуляції серцево-судинної діяльності [Лившиц М.Е., 1987].

Статистичну обробку даних проводили за допомогою непараметричного Т-критерію Вілкоксона і концептуального аналога даного методу - статистики Ансарі-Бредлі та Клотца [Кулаичев А.П., 1992] з використанням програми Statistica.

По закінченні досліджень здійснювали макроморфологічний контроль локаліза-ції електродів з використанням електрокоагуляційного маркірування і фотоконтактного методу [Воробьева Т.М., 1969].

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ УЗАГАЛЬНЕННЯ

Особливості функціонального стану емоціогенних структур мозку і серцево-судинної системи щурів контрольної групи під впливом ритмічної фотостимуляції. Результати аналізу електричної активності структур лімбіко-неокортикаль-ної системи мозку щурів, зареєстрованої після самостимуляції, свідчать про високу чутливість неокортексу до подразнення електричним струмом емоціогенних “цент-рів” латерального гіпоталамусу. Цей процес виражався в активації альфа-ритму, який у більшості щурів ставав домінуючим. Поряд зі збільшенням альфа-коливань, у неокортексі відбувалося зниження представленості тета-хвиль. Подібну спрямованість мали процеси і у гіпоталамусі, однак вони виявлялися не настільки яскраво. Вплив ритмічного світла частотою 4 Гц на фоні самостимуляції істотно не змінював електричну активність неокортексу. У структурах лімбічної системи відзначалося зрушення убік повільних ритмів, збільшення представленості тета-хвиль. Характер електрогенезу після фотостимуляції частотою 6 Гц та самостимуляції мав подібні риси з електрогенезом у досліджуваних структурах мозку після звичайної самостимуляції латерального гіпоталамусу. На електроенцефалограмах неокортексу переважала поліритмічна альфа-активність. У гіпокампі та гіпоталамусі реєструвалася змішана повільнохвильова активність. У мигдалеподібному комплексі відзначалися процеси десинхронізації потенціалів. Після фотовпливу частотою 9 Гц на фоні самостимуляції зміни електрогенезу структур лімбіко-неокортикальної системи мозку були односпрямованими та виражалися у зниженні представленості альфа- і підвищенні тета-активності на електроенцефалограмах усіх досліджуваних структур мозку.

Аналіз порогових значень виникнення негативних емоційних реакцій при подразнені електричним струмом лімбічних структур мозку щурів контрольної групи показав, що найнижчі пороги негативної емоційної збудливості має мигдалеподібний комплекс: 25,71±5,42 ліворуч і 30,63±4,11 мкА праворуч, а найвищі – гіпоталамус: 88,71±10,12 та 73,00±15,27 мкА ліворуч та праворуч відповідно. У гіпокампі пороги судомних реакцій складали 34,82±6,27 ліворуч та 51,82±8,35 мкА праворуч. У цілому, у всіх досліджуваних структурах лімбічної системи мозку спостерігалося достовірне (p0,05) підвищення порогів виникнення негативних емоційних реакцій як після самостимуляції, так і після поєднаного впливу самостимуляції та фотостимуляції. Цей факт можна розцінювати як зменшення рівня збудливості емоціогенних та судомних механізмів мозку [Воробьева Т.М., 1978].

Початкова частота самостимуляції латерального гіпоталамусу дорівнювала 232,16±24,73 натискань за 5 хв. (нат./5хв), причому інтенсивність реакції протягом другої півгодини знижувалася до 216,93±32,81 нат./5хв у порівнянні з частотою за перші півгодини, що складала 247,38±28,15 нат./5хв (p0,05).

Ритмічна фотостимуляція частотою 4 Гц не впливала на активність щурів під час оперантної поведінки: 248,38±26,05 нат./5хв впродовж першої півгодини та 251,02±23,17 нат./5хв - протягом другої півгодини.

За результатами частоти реакції самостимуляції, що проходила протягом другої півгодини на фоні фотостимуляції частотою 6 Гц, тварин розділили на дві групи. У щурів з високою частотою самостимуляції (398,50±26,33 нат./5хв протягом першої півгодини) частота даної реакції ще більш зростала (463,86±30,95 нат./5хв протягом другої півгодини; p0,01). У тварин з низькою частотою самостимуляції, котра складала в середньому по групі 180,79±27,88 нат./5хв, число посилань імпульсів знижувалося до 168,45±24,29 (р0,05).

При проведенні самостимуляції протягом другої півгодини на фоні ритмічного світла частотою 9 Гц число посилань імпульсів у середньому по групі незначно зменшилося: з 273,15±36,21 протягом першої півгодини до 257,02±31,50 нат./5хв протягом другої півгодини. Зниження частоти самостимуляції позитивних емоціогенних зон латерального гипоталамусу впродовж другої півгодини може свідчити про насичення позитивних емоціогенних механізмів мозку й зниження їх функціональної активності [Гарбузова С.Н., 1999].

Показники серцево-судинної діяльності тварин контрольної групи коливалися у ході експерименту в межах норми, іноді мали різноспрямований характер, що відбиває індивідуальні адаптивні можливості організму щурів (рис. 1). Слід зазначити підвищення напруженості серцевого ритму, особливо виражене після самостимуляції латерального гіпоталамусу (з 24,441,73 у.о. до 52,207,77 у.о.), що узгоджується з літературними даними [Лившиц М.Е., 1987], та менш значне - при поєднанні самостимуляції та ритмічного фотовпливу. Оскільки показник напруженості серцевого ритму є кількісною оцінкою співвідношень різноманітних периферійних ланок регуляції серцевої діяльності, то його підвищення можна пояснити активацією симпатичного відділу вегетативної нервової системи після самостимуляції латерального гіпоталамусу [Жемайтите Д.И., 1982]. З цим механізмом можливо пов'язано й підвищення артеріального тиску після самостимуляції та фотовпливу частотами 4 і 6 Гц.

Електрофізіологічні особливості стану емоціогенних структур мозку і серцево-судинної системи щурів з експериментальною емоційною гіпертензією під впливом ритмічної фотостимуляції. Аналіз електроенцефалограм показав, що після стрес-впливу в гіпокампі та мигдалеподібному комплексі мозку щурів відбувалося уповільнення електрогенезу, збільшення представленості тета-коливань і зниження альфа-. На ЕЕГ нової кори і гіпоталамусу також спостерігалося зростання тета-, але при цьому збільшувалося і число альфа-хвиль. Після самостимуляції у неокортексі та гіпоталамусі спостерігалося пригнічення тета-активності, ініційованої хронічним стресом. При цьому у гіпоталамусі реєструвалося також значне зниження представленості альфа-хвиль, переважали процеси десинхронізації біопотенціалів. Електрогенез гіпокампу мав той самий характер, що і після стрес-впливу: відбувалося подальше збільшення виразності тета-ритму та зниження представленості альфа-активності. Для мигдалеподібного комплексу, навпаки, була характерна активація альфа-ритму, який у більшості щурів ставав домінуючим. Поєднання самостимуляції латерального гіпоталамусу та фотостимуляції частотою 4 Гц істотно не змінювало електрогенез неокортексу і мигдалеподібного комплексу, викликаючи активацію альфа-ритму у гіпокампі та гіпоталамусі. Для гіпокампу було характерним також зниження представленості тета-коливань. Фотостимуляція частотою 6 Гц на фоні самостимуляції впливала на електричну активність гіпокампу. Процес мав ту ж спрямованість, що і після впливу ритмічним світлом з частотою 4 Гц і виявлявся у ще більшої активації альфа-ритму і зниженні тета-. Подібні явища спостерігалися і у мигдалеподібному комплексі, однак у цій структурі вони виявлялися не на стільки яскраво. Після фотостимуляції частотою 9 Гц і самостимуляції латерального гіпоталамусу відбувалося уповільнення електрогенезу у лімбіко-неокортикальній системі мозку. Цей процес виражався у збільшенні представленості тета-активності у всіх досліджуваних структурах. При цьому на електроенцефалограмах гіпокампу та нової кори також спостерігалося зниження альфа-активності.

У щурів, які знаходилися у стані хронічного стресу, також, як і у контрольних, найнижчі пороги появи негативних емоційних реакцій мав мигдалеподібний комплекс (8,21±2,15 мкА ліворуч та 14,35±4,78 мкА праворуч), а найвищі - гіпоталамус (78,50±11,15 та 62,31±12,77 мкА ліворуч і праворуч відповідно). У гіпокампі у початковому фоні відзначалася функціональна асиметрія, яка виражалася у фіксуванні більш високих граничних значень праворуч – 67,5 6±8,98 мкА, тоді як ліворуч пороги негативних емоційних реакцій складали 21,77±5,41 мкА. Після одногодинної самостимуляції це співвідношення збереглося. У наступні дні експерименту відбувалося нівелювання функціональних асиметрій судомних реакцій правого та лівого гіпокампів. У цілому по групі спостерігалося достовірне (р0,05) підвищення граничних значень виникнення негативних емоційних реакцій при стимуляції усіх досліджуваних структур лімбічної системи як після звичайної самостимуляції, так і після поєднання впливу самостимуляції та фотостимуляції.

Зміни гемодинамічних показників після стрес-впливу виражалися у збільшенні напруженості серцевого ритму з 24,15±2,45 до 36,66±3,66 у.о (р0,01) (рис. 2).

Після самостимуляції латерального гіпоталамусу даний показник повернувся до вихідного значення та складав 22,34±3,18 у.о. Після стресу, а потім і після самостимуляції знижувалася частота серцевих скорочень до 453,58±12,35 уд/хв (p0,01). Си-столічний артеріальний тиск у щурів з емоційною гіпертензією зростав до 132,50±2,83 мм рт. ст. (р0,01) у порівнянні з інтактними, у яких він складав 106,36±3,32 мм рт. ст. Самостимуляція так само, як і поєднання її з фотостимуляцією, істотно не змінювали артеріальний тиск, за винятком фотовпливу частотою 6 Гц, що знижував даний показник до 118,33±16,04 мм рт. ст.

Особливості впливу самофотостимуляції на електрогенез лімбіко-неокор-тикальних структур мозку і гемодинаміку щурів з експериментальною емоційною гіпертензією. Аналіз особливостей реакції самостимуляції ритмічнім світлом показав, що ця реакція у інтактних щурів важко формується і носить, скоріше, орієнтовно-дослідницький характер. Це виражалося у низькій частоті натискань на педаль - 24,78±3,71 натискань у годину (нат./год), а також у швидкому вгасанні даної реакції: на перші півгодини приходилося 79,47 % посилань імпульсного світла і лише 20,53 % - на другі (рис. 3).

У щурів після стереотаксичної операції поведінкові реакції і загальне число натискань за годину у середньому по групі не змінилося. При цьому трохи збільшувалося число посилань імпульсного світла, які приходяться на другі півгодини (24,86 %), що може свідчити про тенденцію до стабілізації реакції.

Після стрес-впливу середнє число натискань педалі за годину зростало у порівнянні з фоном майже у 4 рази і складало 89,73±17,21 нат./год. Значно зростала кількість посилань за другі півгодини: якщо у інтактних щурів на другі півгодини приходилася 1/5 частина від загального числа натискань, то у щурів з емоційною гіпертензією - 1/3 частина (32,97 % від загального числа натискань педалей).

Результати дослідження інтенсивності використання різних частот ритмічного світла у діапазоні біопотенціалів мозку показали, що інтактні щури віддавали перевагу більш високій частоті світлових миготінь - 9 Гц, що узгоджується з даними Макаренка Ю.О. (1980).

Після стереотаксичної операції та стрес-впливу найбільша кількість натискань приходилася на педаль з частотою 6 Гц. Перевага цієї частоти особливо була виражена у групі щурів після стереотаксичної операції (половина від загального числа посилань).

Після стресу кількість посилань імпульсного світла з частотою 6 Гц знижується до 41 %. На другому місці за інтенсивністю використання для самофотостимуляції у групі щурів після стереотаксичної операції та стрес-впливу була частота 9 Гц (33 %), мінімальна кількість натискань у щурів обох груп виявилася на педаль з частотою 4 Гц – 21 та 26 % від загального числа посилань.

Після стрес-впливу у щурів значно зростали напруженість серцевого ритму – до 36,05±4,09 у.о. (у вихідному стані даний показник складав 23,32±8,09 у.о.) і систолічний артеріальний тиск – до 133,33±5,09 мм рт. ст. (рис. 4).

Дослідження електричної активності структур лімбіко-неокортикальної системи мозку щурів даної групи показало, що після стрес-впливу відбувалася десинхронізація електричної активності нової кори та уповільнення ритміки у гіпоталамусі. Тенденція до синхронізації спостерігалася також і у мигдалеподібному комплексі. При цьому електрогенез гіпокампу не мав значних змін.

Після впливу самофотостимуляції протягом трьох днів, навпаки, електрична ак-тивність гіпокампу значно змінилася. Ці зміни виражалися в активації альфа-ритму, що у більшості щурів ставав домінуючим. Поряд зі збільшенням альфа-коливань, на електроенцефалограмах гіпокампу відбувалося зниження представленості тета-коли-вань. Активація альфа-ритму спостерігалася також і у гіпоталамусі.

Продовження самофотостимуляції у щурів призводило до синхронізації у тета-діапазоні у неокортексі та десинхронізації у гіпокампі, до збільшення представленості тета-коливань на електроенцефалограмах нової кори і зниження на електроенцефалограмах гіпокампу (у порівнянні з даними, що були отримані після триденного впливу). Порівнюючи електричну активність досліджуваних структур мозку по закінченні здійснення щурами самофотостимуляції з її показниками, що були зареєстровані після стрес-впливу, слід зазначити зниження тета-активності на електроенцефалограмах гіпоталамусу.

Після самофотостимуляции у щурів достовірно знизилися частота серцевих скорочень – до 393,83±33,14 уд/хв (р0,05) та артеріальний тиск – до 93,33±44,57 мм рт. ст. Напруженість серцевого ритму практично повернулася до вихідного рівня і складала 23,00±2,94 у.о (р0,05) (рис.4).

Отже, вплив самофотостимуляції на електрогенез неокортексу і структур лімбічної системи мозку призводив до формування повільнохвильової активності у новій корі та синхронізації альфа- у структурах лімбічної системи мозку, що сполучалося з нормалізацією гемодинаміки у тварин з експериментальною емоційною гіпертензією.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення актуальної наукової проблеми, що виявляється у визначенні ролі позитивної емоціогенної системи мозку в реалізації відповіді організму на ритмічний сенсорний вплив. Це наукове завдання вирішене шляхом експериментального дослідження функціонального стану емоціогенних структур лімбіко-неокортикальної системи мозку під впливом ритмічної фотостимуляції та самофотостимуляції у нормі та при моделюванні емоційної гіпертензії, а також дослідження змін гемодинамічних показників як критерію емоційної напруги при цих впливах. За отриманими даними дається експериментальне обгрунтування та порівняльний аналіз механізмів регуляції емоційної сфери під впливом ритмічної фотостимуляції та самофотостимуляції. У результаті вирішення наукової проблеми зроблено такі висновки:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

АНОТАЦІЯ

Шляхова А.В. Нейрофізіологічні механізми ефектів фотостимуляції при експериментальній емоційній гіпертензії. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.13 – фізіологія людини і тварин. – Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2002.

Дисертація присвячена вивченню основних нейрофізіологічних механізмів впливу фотостимуляції та самофотостимуляції ритмічним світлом у діапазоні біо-потенціалів мозку (4, 6 і 9 Гц) на функціональний стан структур емоціогенної лімбіко-неокортикальної системи мозку щурів (електрогенез, позитивні та негативні емоційні реакції) у нормі та при моделюванні емоційної гіпертензії, а також дослідженню змін гемодинамічних показників (електрокардіограми та артеріального тиску) як критерію емоційного напруження при цих впливах.

Отримані результати свідчать про те, що самофотостимуляція відновлює електрогенез структур лімбіко-неокортикальної системи мозку, змінений хронічним стрес-впливом. Регулююча активація функціональних резервів мозку, яка відбувається при цьому, спрямована на подолання стійкого патологічного стану та призводить до нормалізації гемодинаміки.

Ключові слова: емоційна гіпертензія, фотостимуляція, самофотостимуляція, лімбіко-неокортикальна система, позитивні та негативні емоційні реакції, електрогенез мозку, електрокардіограма, артеріальний тиск.

АННОТАЦИЯ

Шляхова А.В. Нейрофизиологические механизмы эффектов фотостимуляции при экспериментальной эмоциональной гипертензии. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 – физиология человека и животных. – Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, 2002.

Диссертация посвящена выяснению основных механизмов влияния ритмической фотостимуляции и самофотостимуляции мелькающим светом в диапазоне биопотенциалов мозга (4, 6 и 9 Гц) на функциональное состояние лимбико-неокор-тикальных структур мозга крыс в норме и при моделировании эмоциональной гипертензии, а также исследованию изменений гемодинамических показателей как критерия эмоционального напряжения при этих воздействиях.

Известно, что ритмические процессы играют важную роль в обеспечении приспособления жизнедеятельности и поведенческих реакций организма к изменениям условий окружающей среды. Имеющиеся в литературе сведения позволяют допустить вовлеченность эмоциогенных механизмов мозга в формирование реакции центральной нервной системы на ритмический сенсорный, в частности световой, раздражитель. Поэтому представляло интерес исследование эффектов импульсных фотовоздействий в ритме собственных биопотенциалов мозга на активность эмоциогенных структур мозга, лежащих в основе процессов саморегуляции и приспособительной деятельности. В настоящей работе исследованы эффекты принудительной ритмической фотостимуляции, происходившей на фоне второго получаса самостимуляции эмоциогенных зон латерального гипоталамуса, и самофотостимуляции мелькающим светом.

Были выявлены особенности влияния ритмического фотовоздействия частотами 4, 6 и 9 Гц на электрогенез неокортекса, гипоталамуса, гиппокампа, миндалевидного комплекса, на формирование положительных и отрицательных эмоциональных реакций, а также уровень артериального давления и электрокардиографические показатели. Обнаружены различия эффектов ритмической фотостимуляции у крыс с эмоциональной гипертензией и у животных контрольной группы.

Показано, что фотостимуляция частотой 6 Гц дифференцированно влияет на динамику реакции самостимуляции латерального гипоталамуса крыс контрольной группы, ее эффект зависит от уровня активности позитивных эмоциогенных механизмов мозга: у животных с высоким уровнем влечения к положительной эмоции повышается частота самостимуляции, а у крыс с низким уровнем – происходит дальнейшее снижение этого влечения. У контрольных животных после самостимуляции латерального гипоталамуса и сочетания ее с фотостимуляцией частотой 6 Гц изменения электрогенеза проявляются в активации альфа-ритма в неокортексе и гипоталамусе. Такая самостимуляция на фоне ритмичного света частотой 4 Гц замедляет электрическую активность структур лимбической системы, а частотой 9 Гц – и неокортекса.

Установлено, что у крыс с эмоциональной гипертензией как самостимуляция латерального гипоталамуса, так и ее сочетания с ритмическими фотовоздействиями частотами 4, 6 и 9 Гц модулируют высокую функциональную активность позитивных эмоциогенных структур мозга, что восполняет дефицит положительных эмоций, возникший вследствие стресс-воздействия. В группе животных с эмоциональной гипертензией самостимуляция латерального гипоталамуса нормализует электрогенез мозга: снижается уровень тета-активности, вызванной хроническим стресс-воздействием; в гипоталамусе преобладает десинхронизация биопотенциалов, в миндалевидном комплексе – альфа-ритм. При этом отмечается снижение напряженности сердечного ритма. Сочетание самостимуляции и фотостимуляции частотами 4 и 6 Гц вызывает активацию альфа-ритма в структурах лимбической системы. Фото-воздействие частотой 9 Гц замедляет электрогенез исследуемых структур мозга.

Наблюдается повышение порогов возникновения отрицательных эмоциональных реакций при стимуляции исследуемых структур лимбической системы мозга после самостимуляции и после сочетания самостимуляции и фотостимуляции как у контрольных, так и у опытных животных.

Впервые с помощью оригинальной методики были экспериментально исследованы особенности реакции самостимуляции мелькающим светом у крыс. Показано, что при самофотостимуляции у интактных крыс проявляется ориентировочно-исследовательское поведение с познавательной деятельностью и слабо выраженной мотивацией получения положительной эмоции. У крыс с эмоциональной гипертензией значительно повышается уровень влечения к положительной эмоции: среднее число посылок импульсного света возрастает по сравнению с фоновыми значениями почти в 4 раза, при этом реакция самофотостимуляции приобретает устойчивый целенаправленный характер – достижение эмоционального гомеостаза. Исследования показали, что интактные крысы предпочитали для самостимуляции более высокую частоту световых мельканий – 9 Гц. После стереотаксической операции и стресс-воздействий наибольшее количество нажатий приходилось на педаль с частотой 6 Гц. На втором месте по интенсивности использования для самофотостимуляции в группе животных после стереотаксической операции и стресс-воздействий была частота 9 Гц , и наименьшее количество нажатий у крыс обеих групп оказалось на педаль с частотой 4 Гц. После самофотостимуляции у крыс восстанавливался измененный хроническим стрессом электрогенез мозга с последующим доминированием тета- и альфа-активности в новой коре и синхронизации альфа-ритма в структурах лимбической системы, значимо снижались частота сердечных сокращений, артериальное давление и напряженность сердечного ритма.

Результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод о том, что в процессе самофотостимуляции происходит регулирующая активация структурно-функциональных резервов мозга, направленная на преодоление устойчивого патологического состояния и приводящая к восстановлению физиологической активности с нормализацией гемодинамики.

Ключевые слова: эмоциональная гипертензия, фотостимуляция, самофотостимуляция, положительные и отрицательные эмоциональные реакции, лимбико-неокортикальная система, электрогенез мозга, электрокардиограмма, артериальное давление.

SUMMARY

Shlyakhova A.V. Neurophysiological mechanisms of photo-stimulation effects at experimental emotional hypertension. – Manuscript.

The thesis for the scientific degree of candidate of biological sciences by speciality 03.00.13 – physiology of human and animals. - Kharkov National University, Kharkov, 2002.

The thesis is devoted to investigation of the basic neurophysiological mechanisms of the effects of photo-stimulation and self-photo-stimulation with flickering illumination in the range of potentials of the brain (4, 6 and 9 Hz) on the functional state of the structures of the cerebral limbic-neocortical system of the rat (electrogenesis, positive and negative emotional reactions) in the norm and in the emotional hypertension model and to investigation of the hemodynamic indices (electrocardiogram and arterial pressure) changes under that influences as well.

The results to be obtained testify that self-photo-stimulation restores electrogenesis of the brain changed by chronical stress. The regulative activation of the cerebral functional reserves, which takes place at this time, is directed to overcome the steady pathological state and leads to normalization of the hemodynamics.

Key words: emotional tension, photo-stimulation, self-photo-stimulation, positive and negative emotions, limbic-neocortical system, electrogenesis of the brain, electrocardiogram, arterial pressure.