Экспериментальный анализ нарушений кратковременной памяти, вызванных блокадой NMDA - рецепторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 14.00.25, кандидат медицинских наук Новицкая, Юлия Анатольевна

• Новицкая, Юлия Анатольевна
• кандидат медицинских наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат медицинских наук Новицкая, Юлия Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Классификация глутаматных рецепторов.

1.2 Общая характеристика NMDA-peцeптopнoгo комплекса.

1.2.1 Строение КМОА-рецепторного комплекса.

1.2.2 Классификация антагонистов КМОА-рецепторного комплекса.

1.2.3 Распределение КМЕ)А-рецепторов в ЦНС.

1.3 Роль глутаматсргической системы в патогенезе шизофрении.

1.3.1 Изменения глутаматергической системы у пациентов с 1 шизофренией.

1.3.2 Генетические изменения глутаматергической системы при шизофрении.

1.4 Когнитивные нарушения при-шизофрении.

1.5 Проактивная интерференция как характеристика? патологии кратковременной памяти.

1.6 Эффекты блокады NMDA-peцeптopoв.

1.6.1 Психотические симптомы, наблюдаемые при введении антагонистов ЫМБА-рецепторов.

1.6.2 Эффекты блокады КМБА-рецепторов у лабораторных животных.

1.6.2.1 Нейрохимические инейроанатомические изменения.

1.6.2.2 Когнитивные нарушения.

1.7 Предполагаемые способы корректировки когнитивных нарушений при блокаде NMDA-peцeптopoв.

1.7.1 Применение агонистов метаботропных глутаматных рецепторов II группы в экспериментальных исследованиях.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1 Экспериментальные животные и условия их содержания.

2.2 Вещества.

2.3 Хирургические манипуляции.

2.4 Задача отсроченного выбора.

2.4.1 Оборудование.

2.4.2 Описание задачи.

2.4.3 Анализ проактивной интерференции.

2.4.4 Фармакологический анализ.

2.5 Задача отсроченных чередований.

2.6 Оценка двигательной активности.

2.7 Методы статистической обработки результатов.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1 Моделирование нарушений кратковременной памяти.

3.1.1 Подбор эффективной дозы МК801.

3.1.2 Анализ проактивной интерференции.

3.1.3 Опыты с повторным введением МК801.

3.1.4 Предпочтение стороны и проактивная интерференция.

3.1.5 Опыты с кетамином, мемантином и кокаином.

3.1.6 Проактивная интерференция при локальном внутримозговом введении МК80Г в прилежащее ядро перегородки.

3.1.7 Влияние интервала между попытками на проявление проактивной интерференции.

3.1.8 Задача отсроченных чередований.

3.1.8.1 Опыты с МК801.

3.1.8.2 Опыты с кокаином.

Обсуждение.

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

3.2.1 Опыты с атипичными нейролептиками.

Обсуждение.

3.2.2 Опыты с агонистами метаботропных глутаматных рецепторов II группы.

3.2.2.1 Опыты с ЬУЗ54740.

3.2.2.2 Опыты с ЬУ404039.

3.2.3 Опыты с позитивным аллостерическим модулятором 2-го подтипа метаботропных глутаматных рецепторов ЬУ487379.

3.2.4 Опыты с антагонистом метаботропных глутаматных рецепторов II группы ЬУ341495.

Обсуждение.

3.2.5 Опыты с антагонистом серотониновых рецепторов 3-го подтипа МЕ)Ь7222.

3.2.6 Опыты с антагонистом метаботропных глутаматных рецепторов 5-го подтипа МТЕР.

3.2.7 Опыты с антагонистом АМРА-рецепторов ОУК152466.

3.2.8 Опыты с агонистом ГАМК А рецепторов мидазоламом.

Обсуждение.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальный анализ нарушений кратковременной памяти, вызванных блокадой NMDA - рецепторов»

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

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

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

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

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

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

Цель исследования.

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

Основные задачи исследования.

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

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

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

Научная новизна.

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

Научно-практическое значение работы.

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

Положения, выносимые па защиту.

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

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

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

Реализация результатов исследования.

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

Апробация работы.

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

Структура и объем диссертации.

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

Заключение диссертации по теме «Фармакология, клиническая фармакология», Новицкая, Юлия Анатольевна

Выводы

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

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

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

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

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

Научно-практические рекомендации

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

Заключение.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Список литературы диссертационного исследования кандидат медицинских наук Новицкая, Юлия Анатольевна, 2009 год

1. Краткий психологический словарь. Под ред. Петровского A.B. М.: Политиздат. 1985.- 431 с.

2. Словарь практического психолога / Сост. С.Ю. Головин Электронный ресурс.: -Минск: Харвест, 1998. Режим доступа: http://www.syntone.rU/library/books/content/l 707.html?currentbookpage=20. 14.01.09

3. Аведисова A.C., Вериго H.H. Шизофрения и когнитивный дефицит. // Психиатрия и психофармакотерапия. 2001. - Т.З — № 6. - с.21-24.

4. Александров Ю.И., Созинов A.A., Аверкин Р.Г., Лаукка С. Феномен проактивной интерференции: связь с эмоциями и возможные мозговые основы. // Труды научного совета по экспериментальной и прикладной физиологии. 2007.- Т. 14 - с. 150-165.

5. Беспалов А.Ю., Звартау Э.Э. Нейропсихофармакология антагонистов NMDA-рецепторов. СПб.: Невский диалект. - 2000. - 297с.

6. Критская В.П., Мелешко Т.К., Поляков Ю.Ф. Патология психической деятельности при шизофрении: мотивация, общение, познание. -М.: Изд-во МГУ.- 1991.-256 с.

7. Скребицкий В.Г. Синаптическая пластичность как проблема нейрофизиологии. // Вестник РФФИ. 2004.- № 4. - с.65-81.

8. Харкевич Д. А. Фармакология. Учебник для ВУЗов -М.:Гэотар-мед. 2007. -728 с.

9. Шеперд Г. Нейробиология. -М.: Мир. 1987. - Т.2. -368 с.

10. Abdul-Monim Z., Reynolds G.P., Neill J.C. The atypical antipsychotic ziprasidone, but not haloperidol, improves phencyclidine-induced cognitive deficits in a reversal learning task in the rat. // J. Psychopharmacol. -2003. —Vol. 17. -P.57-66.

11. Abdul-Monim Z., Reynolds G.P., Neill J.C. The effect of atypical and classical antipsychotics on sub-chronic PCP-induced cognitive defecits in a reversal-learning paradigm. // Behav. Brain. Res. -2006. Vol. 169. -P.263-273.

12. Adriani W.5 Felici A., Sargolini F., Roullet P., Usiello A., Oliverio A., Mele A. N-methyl-D-aspartate and dopamine receptor involvement in the modulation of locomotor activity and memory processes. // Exp. Brain Res. — 1998. Vol.123. -P.52-59.

13. AghajanianG.K., Marek G.J. Serotonin model of schizophrenia: emerging role of glutamate mechanisms. // Brain Res. Rev. 2000. - Vol. 31.- P.302-312.

14. Alber S.A., Strupp BJ. An in-depth analysis of lead effects in a delayed spatial alternation task: Assessment of mnemonic effects, side bias, and proactive interference. // Neurotoxicology and Teratology. — 1996. — Vol.18. — P.3-15.

15. Amitai N., Semenova S., Markou A. Cognitive-disruptive effects of the psychotomimetic phencyclidine and attenuation by atypical antipsychotic medication*in rats. // Psychopharmacology. 2007. - Vol.193. - P.521-537.

16. Anscombe R. The disorder of consciousness in schizophrenia. // Schizophr. Bull. -1987. -Vol.13. —P.241-260.

17. Bachus S.E., Kleinman J.E. The neuropathology of schizophrenia. // J. Clin. Psychiatry. 1996. - Vol.57. - P.72-83.

18. Baddeley A. Working memory. // Science. -1992. Vol.255. -P.556-559.

19. Bakshi V.P., Geyer M.A. Antagonism of phencyclidine-induced deficits in prepulse inhibition by the putative atypical antipsychotic olanzapine. // Psychopharmacology. 1995. - Vol.122. -P.198-201.

20. Barch D.M., Smith E. The cognitive neuroscience of working memory: revelance to CNTRICS and schizophrenia. // Biol. Psychiatry. -2008. -Vol. 64. -P.ll-17.

21. Baron S.P., Wenger G.R. Effects of drugs of abuse on response accuracy and i bias under a delayed matching-to-sample procedure in squirrel monkeys. //

22. Behav. journal Pharmacology. 2001. - Vol.12. - P.247-256.i