Экспериментальное изучение нейрофизиологических механизмов процессов компенсации в случае острого повреждения стволовых структур головного мозга

Глава 2. Объект и методы исследования

Настоящая работа посвящена изучению динамических системных компенсаторных реакций мозга крысы, развивающихся в ответ на локальное повреждение ствола мозга. Решение этой задачи проводилось в следующих направлениях:

Создание адекватных экспериментальных физиологических моделей острого повреждения ствола мозга крысы.

Динамический анализ неврологических нарушений и поведенческих реакций при изолированном и сочетанном стволовом повреждении.

Электрофизиологический анализ системных нейродинамических перестроек ЦНС в ответ на локальное стволовое повреждение.

Все исследования выполнены на 117 (табл. 2.1) беспородных белых крысах-самцах и на 10 крысах линии Wistar весом 200-300 гр.

Таблица 2.1. Сводная таблица распределение беспородных крыс по группам

Изолированный ствол (в т.ч. с регистрацией ЭЭГ)	Ствол + ОФК	Ствол + гиппокамп
	Двустороннее	справа	слева	Двустороннее	справа	слева
28+8	16	11	10	25	9	10

Остановимся подробнее на методических аспектах каждого из направлений исследования.

2.1 Моделирование острого локального и сочетанного стволового повреждения

Работа состояла из нескольких этапов:

1). Создание экспериментальной модели изолированного повреждения ствола мозга крыс с воспроизводимыми позными и двигательными нарушениями, сопоставимыми с неврологической симптоматикой очагового поражения ствола мозга человека - для последующего длительного динамического наблюдения за состоянием животных. При этом мы руководствовались, в частности, данными Р. Магнуса (1962) о том, что перерезка ствола на уровне ядра Дейтерса сопровождается позными нарушениями, которые сходны с неврологическими симптомами у больных со стволовой патологией. Для создания экспериментальной модели проводили электролитическое разрушение ствола мозга крыс на уровне латерального вестибулярного ядра Дейтерса (ВЯД). Сложность выполнения этой работы определяется близостью IV-го желудочка с расположенными там дыхательным и прессорным центрами (Thompson, 1972; Вальдман, Цирлин, 1981), нарушение целостности которых вызывает высоковероятную гибель животных.

Сходная модель была использована Г.Н. Крыжановским (1980) при создании генератора патологического возбуждения в системе вестибулярных ядер. В ВЯД вводили столбнячный токсин - с последующим электролитическим разрушением этой зоны постоянным током 5 мА длительностью 10-80 сек, что приводило к гибели животного.

В наших исследованиях подбиралась такая сила тока, при которой повреждение ствола не влекло за собой немедленную гибель животных. 24 крысам, находящимся под нембуталовым наркозом (50 мг/кг внутрибрюшинно), в ствол мозга слева вводили стальной электрод диаметром 0,2 мм по координатам Р = -10.5; L = 3; H = 7 (согласно атласу Pavlovits,

Bronstein, 1988) и в течение 20 секунд пропускали постоянный ток силой 1,5 мА. Это приводило к локальному повреждению ствола на уровне латерального вестибулярного ядра Дейтерса (рис.2.1.В). Далее мы проводили детальный анализ последствий операции с изучением развивающихся в ЦНС адаптивно-компенсаторных реакций.



Рис.2.1 Схема стволового (А), а также сочетанного стволово-орбитофронтального (А, Б) и стволово-гиппокампального (А, В) разрушения мозга крыс.

Топография из атласа W.Krieg, 1946.

На схемах: цифрами отмечены номера полей, стрелками - ход коагулирующих электродов; заштрихованные участки - зона планируемого разрушения.

2). Для выяснения роли орбитофронтальной коры (ОФК) и гиппокампа (Гип) в компенсации функций при повреждении ствола были разработаны модели сочетанного повреждения ствола и исследуемых структур (рис.2.1).

Проводилось одностороннее электролитическое повреждение ствола на уровне ядра Дейтерса (как модели послеоперационной стволовой патологии), в сочетании с билатеральным повреждением (рис.2.1А, В) поля СА1 гиппокампа (15 животных) или (рис.2.1А, Б) орбитофронтальной коры (16 животных).

Выбор координат повреждения гиппокампа (P=3; L=1; H=3) обусловлен тем, что волокна этого отдела гиппокампа входят в систему дорсального свода, считающегося основным образованием, связывающим гиппокамп с мезодиэнцефальными структурами (Ониани, 1980). По-видимому, это обеспечивает ему роль модулятора эмоциональных, висцеро-вегетативных и биоэлектрических реакций (Болдырева с соавт., 1972; Хамильтон, 1984; Симонов 1993). Медиальный участок поля СА1 гиппокампа повреждался силой тока 0.5 мА и длительностью 20 сек.

Повреждаемые отделы ОФК (A=3; L=0.5) соответствуют префронтальной коре обезьян, которая определяется как проекционная зона медиодорсального ядра таламуса (Пигарева, 1984; Ongur, Price, 2000). Это является аналогом средних отделов поля 24 и рассматривается рядом авторов как лимбическая кора (Василевская, 1971; Divac, 1972; Замбржицкий, 1972; Беллер, 1977). Коагуляция ОФК осуществлялась силой тока 0.5 мА, действующего в течение 20 секунд.

При сочетании разрушения ствола с двусторонним повреждением исследуемых структур лимбической системы методика подвергалась определенной модификации. У группы из 7 животных билатеральное разрушение орбитофронтальной коры или гиппокампа следовало через 6 часов или через сутки после одностороннего повреждения ствола мозга. В дальнейшем для уменьшения вероятности гибели животных от суммарного объема одновременно поврежденного мозгового вещества (Thompson, 1972) у 21-й крысы второе разрушение отставлялось на 7 дней относительно первого. При этом изменяли и последовательность повреждения структур. То есть сначала производили коагуляцию исследуемых структур лимбической системы, а затем - ствола мозга.

Нами исследовались также особенности участия право- и левосторонних образований ОФК и Гип в восстановительных процессах при повреждении ствола. Для этого у 19 животных за 7 суток до электролитического повреждения ствола проводилась односторонняя (справа или слева) коагуляция ОФК током 0,5 мА, длительность коагуляции 20 сек по координатам, указанным выше. У 20 крыс в те же сроки и теми же параметрами тока производилась одностороннее повреждение поля СА1 гиппокампа.

2.2 Анализ функционального состояния животных до и после изолированного и сочетанного стволового повреждения

У всех оперированных животных проводилась динамическая клинико-поведенческая оценка функционального состояния в сопоставлении с дооперационным статусом.

Перед операцией все животные взвешивались, их эмоциональное состояние оценивали по шкале Кинга (King, 1958), определяли предпочитаемую конечность, исследовали направление движения и активность в открытом поле (Айрапетянц с соавт., 1980; Микляева, 1989; Буреш с соавт., 1991). При исследовании эмоциональных реакций по шестибальной шкале оценивали формализованные качественные показатели реакции на касание пинцетом спины и носа, взятие в руки (в частности, величину мышечного сопротивления), уровень вокализации. Кроме того, по числу болюсов и уринаций во время тестирования животного определяли величину эмоционального возбуждения (Левшина с соавт., 1997; Sullivan, Gratton, 1999).

Для выявления типологических особенностей высшей нервной деятельности экспериментальных крыс использовали тест открытого поля.

Площадка диаметром 1 м с высотой бортов 30 см была поделена на 36 квадратов. В центральной части были прочерчены еще две окружности с радиусами 25 и 40 см. Центры открытого поля и этих окружностей совпадали. Животных помещали внутрь площадки у одного из бортов. При этом голова крысы была направлена в центр поля. Общее время наблюдения три минуты. За это время регистрировали количество пересеченных квадратов, что служило характеристикой уровня горизонтальной активности. Проводилось ранжирование уровня горизонтальной активности: количество пересечений больше 50 - высокий уровень, от 50 до 30 - средний и ниже 30 - низкий уровень горизонтальной активности. Кроме того, регистрировали количество выходов за первый и второй круг, длительность и частоту груминговых реакций, количество принюхиваний, а также количество вертикальных стоек (вертикальная активность). Вертикальная активность была низкой, если количество вставания на задние лапы было меньше 10, средней - от 10 до 20 и высокой, если количество стоек было больше 20.

Определяли также наличие и характер моторной межполушарной асимметрии. Для этого выявляли предпочитаемую конечность и предпочитаемое направление движения крыс в открытом поле. Направление движения определяли по отношению общего количества пересеченных квадратов к количеству квадратов, пересеченных при движении в одном направлении.

Предпочитаемую конечность устанавливали по методике, описанной в работе Микляевой (1989) с небольшими изменениями, относящимися ко времени пищевой депривации. Животных, содержавшихся на ограниченном пищевом рационе в течение 24 часов, помещали в плексигласовую камеру с металлической крышкой в виде сетки. На торцевом конце камеры, на уровне 3 см от пола находилось отверстие с трубкой для подачи корма (рис.2.2).

Рис.2.2 Камера для определения предпочитаемой конечности

Приманка подавалась с помощью инъекционной иглы длиной 15 см. Корм в трубке располагался на расстоянии 1 см от края отверстия таким образом, чтобы животное могло его взять только лапой.

Для исключения элемента обучения опыты проводились в течение двух экспериментальных дней - по три предъявления пищи в каждый из них. Животных, которые брали приманку только левой лапой, квалифицировали как левшей. Если корм брался только правой лапой, то эти крысы рассматривались как правши. Амбидекстрами считали животных, у которых хотя бы в одной из шести проб менялось предпочтение используемой конечности (Микляева, 1989).

После операции проводили ежедневное наблюдение за общим состоянием животных, отмечая изменения в весе, характере двигательной активности и эмоциональной сфере, состоянии кожного покрова и шерсти.

Анализировали также послеоперационные изменения неврологического статуса: появление позных, мышечных и двигательных нарушений, а также степень и скорость восстановления нарушенных функций. Из-за тяжести состояния после операции коагуляции ствола мозга повторное тестирование в открытом поле было возможно не у всех особей.

Сопоставление состояния и поведения животных до и после повреждения головного мозга со статистическим анализом использованных признаков проводили совместно с к.б.н. М.А.Куликовым. Использовались методы статистической обработки из пакета программ STATISTICA. В основном - методы рангового (порядкового) анализа - для сравнения двух независимых групп критерии Манна-Уитни или Вилкоксона, для сравнения долей - критерий хи-квадрат, для сравнения нескольких групп -непараметрический дисперсионный анализ Крускалла-Уэллиса, для оценки связи двух показателей - критерий ранговой корреляции Спирмана. Параллельно с этим для наглядности и контроля результатов использовались и аналогичные параметрические критерии - Стьюдента, Пирсона, однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) с последующей проверкой различия средних по критерию Стьюдента-Ньюмена-Келлса. В подавляющем большинстве случаев статистические выводы при применении этих двух групп методов совпадали.

2.3 Нейрофизиологический анализ адаптивно-компенсаторных реакций ЦНС при локальном стволовом повреждении

У 8 животных в 27 опытах были проведены динамические электрофизиологические исследования до и после одностороннего электролитического повреждения латерального вестибулярного ядра Дейтерса. Они включали одновременную регистрацию электрической активности (ЭА) коры, гиппокампа, а также интактного ВЯД - с ее последующим спектрально-когерентным анализом. (Исследования выполнены совместно с д.б.н. Е.В.Шаровой).

Регистрацию ЭА проводили платиновыми электродами диаметром 0,2 мм, напаянными на штырьки. Место припоя и электрод по всей длине (за исключением кончика) изолировались тремя слоями винифлексового лака.

Регистрирующие электроды вживляли в симметричные лобные (А=3; L=0,5), соматосенсорные (А=2; L=3,5) области коры, симметричные области поля СА1 гиппокампа (Р=3; L=1; H=3) и интактное латеральное вестибулярное ядро Дейтерса (Р=10,5; L=3; H=7).

Запись биопотенциалов производили в экранированной установке. В плексигласовую камеру с заземленным металлическим полом помещали животное, предварительно адаптированное к обстановке. ЭА регистрировали на энцефалографе фирмы "Медикор" (Венгрия) монополярно. Индифферентный электрод, вживлялся в носовую кость. Регистрировался сигнал в диапазоне 0,5 -30 Гц. Запись осуществляли при состоянии спокойного бодрствования животного с открытыми глазами. Кроме того, исследовали реакции крыс на значимые для данного вида животных слуховые раздражители (шелест бумаги и громкий голос человека) до операции (запись фона) и после повреждения ствола на уровне ВЯД. Исследование ЭА проводили по следующей схеме. После вживления электродов ЭА записывали 2-3 раза в течение недели. На данном этапе эксперимента животные могут рассматриваться как ложнооперированные. Убедившись в отсутствии у крысы поведенческих и неврологических нарушений, а также в стабильности паттерна фоновой ЭА, осуществляли стволовую коагуляцию. После операции ЭА регистрировали в динамике: на 1-3, 5-7, 9-12-е сутки и далее с увеличивающимися интервалами. Длительность наблюдения (от первых суток до месяца) и число индивидуальных исследований (от 2 до 5) определялась как особенностями функционального состояния животного, так и плотностью примыкания колодки к кости черепа, которая уменьшалась при подрастании соединительной и мышечной ткани.

Одновременно с регистрацией ЭА на энцефалографе проводили запись ее на жестком диске персонального компьютера в программе "Нейрокартограф" отечественной фирмы МБН - для их последующего спектрального и когерентного анализа. Трехминутные реализации ЭА обрабатывали на вычислительном комплексе фирмы МБН (Россия). При этом спектры когерентности рассчитывались для симметричных областей полушарий и гиппокампа, для отведений внутри каждого полушария, а также для интактной стволовой области с упомянутыми выше отделами обоих полушарий. Рассматривали также фазовые спектры анализируемых пар отведений.

Методической особенностью нашего электрофизиологического исследования являлся раздельный качественный и количественный анализ двух паттернов, характерных для ЭА мозга крысы: синхронной и десинхронной составляющей. По мнению Буреша с соавторами (1991), эти две составляющие, отражают разное функциональное состояние животных: дремоту и бодрствование соответственно. Длительность отредактированных и готовых к математической обработке фрагментов ЭА составляла не менее одной минуты.

Спектры мощности синхронной и десинхронной составляющих ЭА вычисляли на основе быстрого преобразование Фурье. При спектральном анализе определялась энергия каждой частотной составляющей с разбивкой их по диапазонам физиологических ритмов (дельта, тета, альфа и бета). После обработки отрезков ЭА на выходе получали графики спектральной мощности, в которых на оси абсцисс отложены значения частоты биоэлектрической активности в Гц, по оси ординат - ее мощности в мкВ , вычисляемая для данной частоты за анализируемый отрезок времени.

Параметры и вид энергетических спектров позволяют судить о выраженности отдельных ритмов в определенных структурах мозга при разных функциональных состояниях, распределении ЭА внутри и между полушариями.

Кроме того, определяли уровень согласованности и, следовательно, взаимосвязанности определенных зон мозга, показателем чего является функция когерентности. Показано, что определенный (оптимальный) уровень сочетанности биопотенциалов является нейрофизиологическим базисом для реализации специфических функций ЦНС (Гриндель, 1980; Русинов с соавт., 1987; Ливанов, Думенко, 1987; Ливанов, 1989). Для количественной оценки использовали значения когерентности отдельных частотных диапазонов, а также средний уровень когерентности диапазона 0,5 - 20гц (Русинов с соавт., 1975). Величина когерентности равна 0 для полностью независимых процессов и 1 при их абсолютной идентичности, т.е. совпадению по частоте при одномоментности появления (Гриндель с соавт., 1973).

Временные отношения отдельных ритмов - опережение или отставание каждого ритма в двух отделах головного мозга, определяется посредством анализа фазового спектра. По мнению ряда авторов (Гриндель с соавт., 1973; Ливанов, 1989), сдвиг фаз характеризует разность последовательности вовлечения структур в интегративную деятельность. На графиках фазовых спектров выявлялись опережающие зоны регистрации по частотам относительно нулевой линии. При фазовом сдвиге вверх относительно нулевой линии "ведущим" являлось первое из пары отведений. Достоверность изменения спектрально-когерентных характеристик электрической активности до и после операции оценивалась по оригинальной программе В.Г. Воронова, О.М. Гриндель и И.Г. Скорятиной, которая основана на Т-критерии Стьюдента (Воронов, 2000, c.244-245).

Кроме регистрации биоэлектрической активности, для объективной оценки функционального состояния у части животных проводились исследования работы сердца до и после повреждения ствола. Для этого у 3 крыс регистрировалась частота сердечных сокращений (ЧСС) по модифицированной методике Н.Г. Михайловой (Михайлова, 1994). Регистрация производилась с помощью эластичного электрода в хлорвиниловой оболочке, со свободным от изоляции серебряным шариком на конце, вживленным под кожу в верхней части спины. С другой стороны электрод заканчивался штырьком, зафиксированным пластмассой на черепе животного. Регистрация ЧСС производилась на энцефалографе с параллельной регистрацией на жестком диске персонального компьютера. Обработка полученных данных производилась по программам спектрального анализа параллельно с обработкой записей биопотенциалов.

2.4 Морфологические и патоморфологические исследования мозга крыс

По истечении двух недель или полутора месяцев выживших животных с односторонней коагуляцией ствола мозга и/или через два - два с половиной месяца с сочетанными разрушениями усыпляли парами эфира, декапитировали; мозг фиксировали в 10 процентном растворе формалина. В формалине мозг выдерживался не менее недели, после чего изготовляли серийные срезы толщиной 30 мкм и окрашивали их по Нисслю. На препаратах определяли локализацию и размер разрушений и сопоставляли результаты морфологического анализа с данными поведенческих и электрофизиологических исследований. Работа проводилась совместно с Т.С.Михеевой и В.Н.Мац.

В случае гибели животного, помимо морфологических, проводились патологоанатомические исследования макроскопической оценки состояния оболочек мозга, самого нервного субстрата и состояния внутренних органов для установления причины гибели животных. Затем мозг заливался в целлоидин, срезы окрашивали гематоксилином и эозином и анализировали для выявления причин смерти и возможных расстройств кровообращения. Этот этап работы проводился на базе Института нейрохирургии им. Бурденко ст.н.сотр. этого Института Шишкиной Л.В.

2.5 Эффекты изолированного стволового повреждения мозга крыс

Данный раздел работы посвящен анализу системных реакций ЦНС, развивающихся в ответ на острое локальное повреждение ствола мозга крыс, имеющих, в целом, компенсаторную направленность.

Несмотря на многочисленные как клинические (Благовещенская 1957; Майорчик, 1973; Дубикайтис, Полякова, 1983; Rath, Klein, 1991), так и экспериментальные исследования (Незлина, 1957; Асратян, 1959; Подачин с соавт., 1983), адаптивно-компенсаторные механизмы, лежащие в основе восстановительных процессов мозга при остром повреждении его ствола, изучены недостаточно. Вместе с тем, их анализ сохраняет теоретическую и практическую значимость - в частности, в связи с большим числом больных, перенесших такое повреждение (сосудистого, травматического и др. генеза) и нуждающихся в реабилитации.

В нашей работе мы изучали внешние (неврологические, соматические, поведенческие), а также электрографические проявления церебральных реакций животных после острого поражения ствола головного мозга. Проведение экспериментальных исследований по этой проблематике представляется нам важным и целесообразным, т.к. они позволяют ответить на ряд вопросов, возникающих, но неразрешимых (по этическим и методологическим причинам) в клинических исследованиях на человеке.

Основной экспериментальный материал раздела получен на 28 животных с локальным электролитическим повреждением ствола на уровне латерального вестибулярного ядра Дейтерса (см. главу 2).

Так как задачи нашей работы в значительной степени определялись проблематикой нейрохирургической клиники человека (Шарова с соавт., 1991, 1993), важным представлялось сопоставление внешних последствий локального стволового повреждения у животных с клинической картиной у больных с острой и хронической стволовой патологией.

Глава 3. Клинико-поведенческие последствия локального электролитического стволового повреждения

3.1 Локальное электролитическое повреждение ствола мозга крыс как модель экспериментальной стволовой патологии

Изолированная электролитическая коагуляция ствола проведена у 28 животных. По характеру послеоперационного течения и исходам все они были разделены на три группы (таблица 3.1).

Таблица 3.1 (2) Распределение животных с изолированным стволовым повреждением по исходам.

Исход	Неосложненный	Осложненный	Летальный
Количество Животных	А	Б		На операционном столе
Всего! 28	7	5		3	4
	12 (43%)	9 (32%)	7 (25%)

Первую группу составляли 12 крыс, у которых изменения в позе и характере двигательной активности при отсутствии специальных тестов вообще не выявлялись (подгруппа А - 7 животных), либо имели быстро обратимый характер (подгруппа Б). Наиболее характерным неврологическим нарушением, отмечаемым у 4 крыс подгруппы Б, было изменение позы в форме незначительного наклона головы (не более 30 градусов) в ту сторону, на которой была проведена операция (рис. 3.1. А). У таких животных нормальное положение головы восстанавливалось в течение 1-3 суток (рис. 3.1.Б). У одного животного при этом наблюдалось также нарушение движений в виде возможности перемещаться лишь в одну, ипсилатеральную операции (левую), сторону. Это нарушение также регрессировало через трое суток после операции. Послеоперационное течение у животных первой группы было расценено как неосложненное.



Рис.3.1. Крыса №30 с неосложненным течением послеоперационного периода Ко второй группе (с осложненным течением) были отнесены 9 крыс, у которых локальное электролитическое повреждение ствола сопровождалось стойкими изменениями позы и двигательной активности. Нормализация неврологического статуса была более длительной (до 13 суток) по сравнению с первой группой, а нарушения были более тяжелыми.

Только у двух крыс из 9 послеоперационная симптоматика сводилась к незначительному (до 30 градусов) наклону головы, который, однако, регрессировал только к 13 суткам.

У двух особей угол наклона был более выраженным (до 90 градусов). Одновременно у пяти животных данной группы имели место более тяжелые характерные нарушения движения в виде винтообразного перемещения влево (рис. 3.2), которые могли развиваться не сразу. Эти винтообразные или бочкообразные вращения (barrel rotation) сходны с описанными M.L.Chon & M.Chon (1975) вращениями вдоль продольной оси тела, возникающими после введения соматостатина. Сходные явления наблюдал Г.Н.Крыжановский (1980) при создании генератора патологического возбуждения в системе вестибулярных ядер (см. главу 2). В двух наблюдениях данной группы отмечены колебания в степени выраженности описанных нарушений: к 4 и 10 суткам после операции винтообразные движения исчезали. В двух самых тяжелых случаях, в период с первых до четвертых суток, животные не могли самостоятельно, не цепляясь за прутья, удерживаться на гладкой поверхности; они лежали на полу и при потере опоры начинали вертеться вокруг своей оси. У одного животного неврологический дефект сопровождался также асимметричным повышением тонуса левых конечностей.

Рис 3.2 Крыс № 26 с осложненным течением послеоперационного периода А - третьи сутки после операции; Б - шестые сутки после операции; В -четырнадцатые сутки после операции

Описываемые неврологические нарушения проявлялись волнообразно: кратковременное улучшение могло чередоваться с нарастанием симптоматики (рис. 3.3).

Рис. 3.3. График, отражающий характер течения осложненного послеоперационного периода у крысы №18. По оси абсцисс - сутки после операции. По оси ординат - ранжированные показатели неврологических отклонений. Максимальные отклонения в виде винтообразных движений соответствуют 10 баллам.

Еще в четырех наблюдениях неврологический дефект не компенсировался полностью до усыпления животного. Указанные обстоятельства и позволили нам расценить послеоперационное течение у животных второй группы как осложненное.

В третью группу были включены семь крыс, для которых локальное электролитическое повреждение ствола закончилось летальным исходом. Они погибли либо на операционном столе (4 крысы), либо в разные сроки после операции (на 4, 6 и 14-е сутки).

В трех последних случаях у животных после повреждения ствола мозга выявлялись единообразные неврологические нарушения: наклон головы относительно туловища под углом 90 градусов в оперированную сторону; вытягивание правых задних конечностей; при попытке поступательного перемещения - "винтообразное" движение. Вокруг глаз появлялись сукровичные подтеки. Характер послеоперационного течения, как и в предыдущей группе, был волнообразным - без видимого улучшения состояния (рис. 3.4- фотография и график) либо с проградиентным нарастанием тяжести к моменту гибели.

Рис. 3.4 График течения послеоперационного периода у крысы №11, умершей на 13-е сутки после операции. Обозначения такие же, как на рис.3.3.

Следует отметить, что ни в одной из выделенных групп не было выявлено значимой потери веса животных в послеоперационном периоде. Хотя незначительное его снижение (на 10-20 граммов) в первые сутки после операции с последующим восстановлением имело место практически у всех крыс и является, по-видимому, частью неспецифической реакции организма на повреждение мозга.

3.2 Результаты морфологического контроля

Сопоставление внешних (неврологических и двигательных) эффектов повреждения с результатами морфологического контроля свидетельствуют об определенном соответствии между локализацией и степенью электролитического разрушения мозга, а также характером послеоперационных нарушений.

Так, морфологические исследования не выявили точного попадания коагулирующего электрода в левое вестибулярное ядро Дейтерса в первой группе ни у одной крысы. У животных подгруппы Б, с быстро регрессировавшими послеоперационными неврологическими нарушениями, в двух случаях очаг повреждения захватывал область моторного ядра лицевого нерва и гигантоклеточного ретикулярного ядра; еще в одном наблюдении этот очаг не был обнаружен вовсе. В подгруппе А, у крыс, с отсутствовавшими после операции видимыми изменениям позы и двигательной активности, в 5 случаях имело место попадание коагулирующего электрода в область вентрального и дорсального кохлеарного ядер (рис. 3.5,Б,2), в одном - в левую ножку мозжечка. У одной крысы очаг разрушения не определялся.

Во второй, «осложненной», группе у 8 из 9 крыс обнаружено точное попадание коагулирующего электрода в левое вестибулярное ядро Дейтерса. У одной крысы морфоконтроль не проводился. При этом объем и характер разрушения варьировал у разных животных. Отмечены случаи локального (рис. 3.5,Б,1) и довольно обширного разрушения вестибулярного ядра с большой протяженностью в рострокаудальном направлении (рис. 3.5,Б,3). У двух животных наблюдалось полное замещение области разрушения глиальным рубцом. Важным представляется тот факт, что течение послеоперационного периода по неврологическим показателям не зависело только от объема стволового разрушения. Так, у животного с самым обширным повреждением ядра Дейтерса (рис. 3.5,Б,3) обнаружена достаточно быстрая (через полторы недели) и полная компенсация нарушенных функций. Такими же были сроки редукции неврологических отклонений и в ряде наблюдений с ограниченными разрушениями. В то же время у некоторых крыс с аналогичным или даже меньшим объемом повреждения (рис. 3.5,Б,1) отмечались грубые, не компенсируемые в течение полутора месяцев, поведенческие нарушения. Судя по всему, последствия локального стволового повреждения определяются многими факторами, к числу которых относятся реакция ткани и сосудов мозга на электротравму, целостные церебральные реакции на повреждение и др.

Из семи крыс, погибших во время или в разные сроки после операции, патоморфологические исследования удалось провести лишь в двух случаях. Если в одном из них имело место довольно грубое повреждение ядра Дейтерса, то во втором точное локальное попадание коагулирующего электрода в левое ядро Дейтерса сопровождалось сравнительно небольшим объемом разрушения (рис.3.5,Б,2).

Сходство особенностей гистологической картины повреждения у этого животного и животных из второй группы является еще одним подтверждением нашего вывода о том, что тяжесть послеоперационного состояния не сводится только к локализации и объему разрушения, но определяется, по-видимому, вторичными дисгемическими нарушениями и особенностями протекания системных адаптивно-компенсаторных процессов, которые обусловлены, в частности, индивидуальными особенностями ЦНС.



Рис.3.5. Фронтальные срезы мозга крыс при стволовом повреждении: 1 -вариант с локальным разрушением ВЯД; 2 - повреждение ствола с деструкцией кохлеарных ядер; 3 - обширное разрушение ствола на этом же уровне (показано стрелками)

Сопоставление результатов наших экспериментальных исследований с данными литературы свидетельствует об определенном сходстве последствий повреждения ствола мозга у крыс с проявлениями стволовой патологии у человека, что обусловлено определенной универсальностью организации звена стволовой регуляции этих функций у млекопитающих. Известно, что латеральное вестибулярное ядро Дейтерса, наряду с красным ядром, является частью системы, регулирующей позу и двигательные рефлексы (Шмидт, Тевс, 1985; Лиманский, 1987; Baskai et al., 2002; Krutki et al., 2003). От ядра Дейтерса берет начало вестибулоспинальный тракт, оказывающий возбуждающее влияние на альфа- и гамма-мотонейроны разгибателей и тормозное - на мотонейроны сгибателей. Одностороннее разрушение ядра Дейтерса приводит к повышению тонуса мышц-сгибателей на ипсилатеральной стороне, в основном, на уровне шейного и грудного отделов. Поэтому специфическое изменение позы (наклон головы к туловищу), выявляемое у животных с точечным попаданием коагулирующего электрода в латеральное вестибулярное ядро Дейтерса, характерно и для клиники поражения стволовых вестибулярных ядер человека (Сепп c соавт., 1950). Причем, легкие и кратковременные нарушения позы в виде наклона головы к туловищу под углом 30 градусов, отмечаемые у животных первой группы при попадании коагулирующего электрода в область кохлеарных ядер, ножку мозжечка и др. структуры ствола, могут быть объяснены тоническими влияниями от разрушенных ядер моста, имеющих афферентные связи с ядром Дейтерса (Лиманский, 1987), затеканием тока в структуры ядра Дейтерса (Егоров, Кузнецова, 1972), а также вторичными реакциями на механическую и электрическую травму ствола (локальная зона отека мозговой ткани, локальное нарушение микроциркуляции) (Смирнов, 1949), которые не обнаруживаются при используемом методе окрашивания срезов мозга.

Причиной появления у животных винтообразных движений является, по-видимому, снятие фазного тонического контроля антигравитационной мускулатуры, который осуществляется через вестибулоспинальный тракт и нарушается при повреждении ствола на уровне ядра Дейтерса (Магнус, 1962; Котляр, Шульговский, 1979; Basso et al., 2002; Uno et al., 2003). Невозможность удержания на гладкой поверхности может быть объяснена возникновением системного головокружения, характерного для застойных очагов возбуждения в вестибулярном анализаторе (Благовещенская, 1990). Появление сукровичных подтеков, вероятно, можно объяснить наличием вестибулярных проекций к ядрам глазодвигательных мышц (McMasters et al., 1966)/

В клинике опухолей задней черепной ямки, равно как и при других формах поражения ствола мозга человека с вовлечением в патологический процесс вестибулярных образований, указанные неврологические нарушения также проявляются в качестве ведущих, хотя и в менее "чистом виде" по сравнению с животными. К числу характерных и аналогичных экспериментальным симптомов можно отнести частые головокружения с вынужденной позой головы и туловища, шейные тонические реакции с поворотом головы, гиперкинезы стволового происхождения. Разновидностью последних является спастическая кривошея. Отмечались также нарушения статики и походки (вестибулярная атаксия) (Сепп с соавт., 1950; Чернышев, 1983; Благовещенская, 1990).

Наблюдение за состоянием животных после электролитической стволовой коагуляции и распределение их по трем группам в зависимости от особенностей динамики их состояния и исходов также указывает на определенные аналогии с вариантами послеоперационного течения у нейрохирургических больных после удаления стволовой опухоли (Шарова, 1991, 1993).

Эти обстоятельства свидетельствуют о правомочности использования предложенной модели локального электролитического повреждения ствола мозга для изучения адаптивно-компенсаторных перестроек ЦНС при острых стволовых повреждениях - в том числе и для выяснения некоторых неясных аспектов формирования таких реакций у человека.

3.3 Анализ зависимости послеоперационного течения от дооперационных особенностей поведения животных

Уже предварительные морфо-функциональные сопоставления обследованных нами животных позволяют предположить значимость специфики протекания церебральных адаптивно-компенсаторных реакций и индивидуальных особенностей ЦНС в исходе рассматриваемой экспериментальной патологии. В исследованиях многих авторов показано, что устойчивость человека и животных к различного рода неблагоприятным воздействиям зависит от типа высшей нервной деятельности (Айрапетянц с соавт, 1980), эмоциональности и подвижности (Зухарь, 1985; Саркисова с соавт., 1992), а также доминантности полушарий (Брагина, Доброхотова, 1988). Широко известна активная роль лимбической системы в приспособительной деятельности мозга (Вейн, Соловьева, 1973; Ониани, 1980). Причем, электрографические признаки активизации отдельных ее составляющих на определенных этапах адаптивного процесса при остром стволовом повреждении выявлены у больных после удаления опухоли ствола (Шарова с соавт., 1991; 1993; 1995).

Все эти обстоятельства побудили нас к детальному сопоставлению дооперационных эмоционально-поведенческих особенностей животных с динамикой их функционального состояния и исходом в условиях локального стволового повреждения.

До коагуляции ствола мозга 26 из 28 крыс были протестированы в открытом поле. У животных каждой из выделенных послеоперационных групп была проведена целостная оценка исходной двигательной активности, а также отдельных ее составляющих: горизонтальной и вертикальной активности - с их последующим ранжированием (см. главу 2).

Согласно результатам статистических сопоставлений горизонтальной двигательной активности животных до операции и послеоперационного исхода, имеется тенденция (p = 0.07) к ухудшению исхода по мере возрастания фонового уровня этой активности (табл.3.2).

В группе с неосложненным послеоперационным течением приблизительно равномерно представлены все степени горизонтальной активности; среди особей с осложненным течением преобладали животные со средней и высокой активностью; в группе с летальным исходом самый большой, по сравнению с другими группами, процент животных с очень высокой горизонтальной активностью.

Таблица 3.2. Распределение животных с разным уровнем горизонтальной двигательной активности до операции по исходам после стволового повреждения

Исход горизонтальная	Неосложненный (11)	Осложненный (8)	Летальный (7)
Низкая	1 (10%)	-	1 (14%)
Средняя	3 (27%)	3 (28%)	-
Высокая	4 (36%)	4 (50%)	2 (29%)
Очень высокая	3 (27%)	1 (13%)	4 (57%)

Примечание: В скобках - процент от количества животных в группе.

Любопытные тенденции выявлены для показателей вертикальной активности. Наименьшее число вертикальных стоек в фоне присуще животным с неосложненным послеоперационным течением (50%). Оно значимо меньше, в частности, чем у крыс с осложненным послеоперационным течением, для которых характерен умеренно высокий уровень вертикальной активности (табл. 3.3). Но при этом низкая вертикальная активность в фоне преобладала и в группе с летальным исходом.

Рис. 3.6. График взаимоотношений вертикальной и горизонтальной активности

Интересно, что горизонтальная и вертикальная составляющие двигательной активности оказались связанными между собой линейно с К кор. = 0.58 (при Р < 0.002) по уравнению регрессии активность верт. = 0.197 акт. гор. - 1.14.

Таблица 3.3. Ранжированное распределение животных по исходам в зависимости от уровня вертикальной активности.

Исход Вертикальная	неосложненный	осложненный	летальный	Сумма по рядам
Нулевая	2 (50%)	1 (25%)	1 (25%)	4
Низкая	7 (44%)	4 (25%)	5 (31%)	16
Высокая	2 (33%)	3 (50%)	1 (17%)	6
Сумма по колонке	11 (42%)	8 (31%)	7 (27%)	26

Примечание: в скобках - процент от общего количества животных с данным видом активности

Нами были исследованы также соотношения между общей двигательной активностью животных до операции и исходом. Общая двигательная активность определялась как суммарное значение вертикальной, горизонтальной активности и количества вращений.

Рис.3.7. График, отражающий положительную корреляционную связь между суммарной активностью и исходом

Выявлено наличие положительной корреляции между этими показателями: коэффициент линейной корреляции равен 0.39 при р = 0.05, тогда как ранговый коэффициент корреляции Спирмана К = 0.34 при р = 0.09. Из графика, приведенного на рис. 3.7 следует, что ранг исхода животных (0, 1неосложненный, 2 - осложненный с выживанием, 3 - летальный) увеличивается по мере роста их дооперационной суммарной двигательной активности. Эти соотношения можно, по-видимому, рассматривать как отражение связи между исходным уровнем беспокойства животного (а не уровнем исследовательской активности) и возможностью компенсации: чем выше уровень беспокойства, тем менее благоприятен исход патологического процесса.

Не было выявлено убедительной связи между "рукостью" животных, обусловленной, скорее всего, асимметрией коркового конца двигательного анализатора, и послеоперационным исходом. Вместе с тем, отмечено определенное соответствие между предпочитаемым направлением движения крыс в открытом поле и исходом: 7 из 12 животных с неосложненным течением (т. е.64%) предпочитали до операции движение в открытом поле вправо, тогда как 6 из 7 погибших (89%) - влево (табл. 3.4).

Таблица 3.4. Распределение животных с изолированным стволовым повреждением по послеоперационным исходам в зависимости от предпочитаемого направления движения и эмоционального фона до операции

N Группы	Исход	Число оперированных животных	Число тестированных животных	Число животных с повышенной эмоциональностью	Предпочитаемое направление движения правое левое
1	Неосложненный	12	11	7 (64%)	7 (64%)	4 (36%)
II	Осложненный	9	8	6 (75%)	3 (38%)	5 (62%)
III	Летальный	7	7	6 (89%)	1 (11%)	6 (89%)
Всего:	28	26	19	11	15

В литературе этот вид моторной асимметрии связывают преимущественно с асимметрией в пределах нигростриарной системы, доказательством чего, по мнению авторов, служит изменение ротации животных под действием препаратов, влияющих на метаболизм дофамина (Бианки с соавт., 1982; Вартанян, Клементьев, 1991; Glick et al., 1977; Strauss et al., 1983). Таким образом, считается, что характер пространственно-моторного предпочтения определяется, в основном, дисбалансом между двумя нигростриарными системами и зависит от их взаимодействия с корковыми отделами обоих полушарий. Существует мнение, что в проявлении разных видов моторной активности ведущим является сенсорный компонент реакции (Удалова, Михеев, 1982). Не отмечено корреляции пространственно-моторного предпочтения с «рукостью» животных (Мельников с соавт., 2001), что может быть обусловлено разными механизмами формирования этих видов асимметрий (Бианки, 1980; Наливаева с соавт., 1993).

Даже самое общее сопоставление эмоционального фона животных до операции повреждения ствола с исходом указывало на наличие связи между этими характеристиками (табл.3.4): число крыс с исходно повышенной эмоциональностью нарастало и достигло максимума в группе с летальным исходом. Более детальный статистический анализ подтвердил наличие этой, хотя и нелинейной (немонотонной) связи (р = 0.08).

Таблица 3.5 Распределение крыс по исходам в зависимости от исходного уровня эмоциональности

-Эмоциональность Исход	0	1	2	3
0	4 (66.7%)	1 (9.1%)	2 (33.3%)	0
1	0	1 (9.1%)	1 (16.7%)	2 (66.7%)
2	1 (16.7 %)	4 (36.4%)	2 (33.3%)	1
3	1	5	1

Примечание: ранги 0 и 1 в колонке исходов соответствует подгруппам А и Б с неосложненным исходом

Как следует из таблицы 3.5, повышение вероятности летального исхода связано с повышением уровня эмоциональности с 0 до 1 (то есть с фактом наличия или отсутствия эмоциональных реакций). При увеличении уровня эмоциональности (ранги 2 и 3) вероятность неблагоприятных исходов (уровня больше 1) статистически неразличимы.

Изучение соотношений между наличием эмоциональных реакций у животных до операции и компонентами их двигательной активности на основе ранговых корреляций Спирмана показало, что вертикальная активность и число вращений связаны с эмоциональными реакциями в более высокой степени (R = 0.32), чем горизонтальная (R = 0.13). Следует отметить, что эти коэффициента статистически недостоверны (р > 0.10) - отчасти, вероятно, из-за недостаточного числа наблюдений.

Послеоперационное наблюдение за состоянием животных в динамике выявило наличие специфических эмоциональных реакций, различающихся по своим характеристикам в группах с разным послеоперационным исходом. Так, при неосложненном послеоперационном течении только у одной крысы из подгруппы А, при отсутствии нарушений позы и движений, наблюдалась отчетливая эмоциональная реакция - вокализация - на тактильное раздражение. В группе с осложненным послеоперационным течением у всех 9 животных отмечались выраженные эмоциональные реакции: сильный писк (спонтанный или при тактильных раздражениях), яркая оборонительная реакция.

Эти реакции у четырех особей были выражены волнообразно (на 2-3-и сутки, 13-ые сутки и 22-23-и сутки после операции), а у трех животных эмоциональные реакции наблюдались длительное время: со вторых по десятые сутки и с первых по двадцать четвертые сутки (рис.3.8, Б,В).

Описанные эмоциональные проявления были присущи как животным с наличием эмоциональных реакций до операции, так и животным, у которых такие реакции не наблюдались. У четырех крыс отмечена тенденция к совпадению по времени появления эмоциональных реакций и положительных изменений неврологического статуса.

В

Рис. 3.8. Появление эмоциональных реакций у крыс с летальным исходом (А) и у крыс с осложненным течением послеоперационного периода (Б, В). По оси ординат - сутки после операции; по оси абсцисс -формализованные показатели эмоциональных проявлений (1 - слабая оборонительная реакция; 2 - сильная оборонительная реакция; 3 - агрессивно-оборонительная реакция.

Из семи животных третьей («летальной») группы четыре особи погибли на операционном столе. У двух из трех оставшихся крыс накануне летального исхода отмечены изменение в эмоциональной сфере, несколько отличавшееся по характеру от реакций крыс второй группы: агрессивность, вокализация, а также повышение мышечного тонуса при взятии в руки (рис.3.8,А).

Сравнивая животных в группе с изолированным повреждением ствола до и после операции, следует отметить увеличение количества крыс с наличием эмоциональных реакций. Но это увеличение было статистически недостоверным (по критерию %² р=0.5), (рис.3.9).



Рис.3.9. Диаграмма, показывающая изменение количества эмоциональных животных в группе с изолированным стволовым повреждением (наружный круг) по сравнению с количеством эмоциональных крыс до операции (внутренний круг). 1 - спокойные животные; 2 - эмоциональные животные.

Проведенный анализ позволяет отметить, что при разных типах послеоперационного течения после локального повреждения ствола мозга имеет место мобилизация ресурсов ЦНС путем активации структур лимбической системы, выражающееся в появлении эмоциональных реакций в критические моменты компенсаторного процесса. Наблюдается также разновариантность эмоциональных реакций в случае разных исходов, что, возможно, отражает особенности функционирования лимбических структур в постоперационный период. Эти обстоятельства обосновывают целесообразность проведения более детального исследования роли отдельных лимбических образований в послеоперационных адаптивно-компенсаторных реакциях - в частности, с привлечением электрофизиологических методов.

Глава 4. Электрофизиологические исследования у животных с локальным стволовым повреждением

Электрическая активность головного мозга (ЭА), дополненная современными методами математического анализа является информативным и объективным показателем функционального состояния мозга человека и животных (Павлыгина, Соколов 1983; Русинов c соавт., 1987; Русинова, 1989). Если изменения вызванных потенциалов в ответ на повреждение ствола мозга животных в определенной степени изучены (Незлина 1957), то данные о компенсаторных перестройках спонтанной ЭА коры больших полушарий и других заинтересованных структур требуют существенного дополнения.

Цель настоящего раздела работы - динамический анализ пространственно-временной организации электрической активности мозга крыс при остром локальном повреждении ствола для изучения развивающихся при этом церебральных процессов компенсации (либо декомпенсации), с уточнением характера включения в них ОФК и гиппокампа.

У 8 животных (7 особей - самцы белых беспородных крыс, 1 - самец линии Wistar) в 27 опытах регистрировали спонтанную электрическую активность головного мозга до и после левостороннего электролитического разрушения латерального ВЯД.

Вживление электрода, через который производилось электролитическое разрушение ствола на уровне ядра Дейтерса, производилось по схеме, описанной в главе 2.

Регистрирующие платиновые электроды вживляли в симметричные орбитофронтальные и соматосенсорные области коры, в поле СА1 правого и левого гиппокампа и интактное ВЯД справа - с последующим морфологическим контролем локализации электродов (глава 2).

Биоэлектрическая активность мозга крыс до разрушения ствола мозга.

Так как в литературе мы не встретили детального описания пространственно-временной организации биоэлектрической активности мозга крыс, основанном на методах обсчета, применяемых в клинике, остановимся на этом вопросе подробнее.

Визуальная оценка рисунка фоновой ЭА выявила чередование эпизодов синхронизации и десинхронизации, охватывающих все регистрируемые области. Причем, у 5 из 8 животных характерным было превалирование десинхронной части над синхронной в 1.3 - 3.3 раза (рис.4.1 А1). Лишь в двух наблюдениях отношение длительности десинхронной ЭА к синхронизированной составило 0.7 и 0.9.

Отмечались региональные различия амплитуды сигнала: более низкая - в орбитофронтальных областях коры и интактном стволе при максимальных ее величинах и экзальтации составляющих ЭА в гиппокампе (рис. 4.1 А).

В целом биоэлектрическая активность характеризовалась полиритмией: во всех отделах превалировали тета-составляющие в сочетании с группами альфа- и бета-колебаний. Тета-активность имела наиболее ритмичный характер в гиппокампе. Элементы синхронизации ЭА отмечались и на десинхронных участках записи.

Спектральный анализ ЭА позволил подтвердить и дополнить эти наблюдения. На спектрах мощности десинхронной составляющей ЭА выявлялись, как правило, два пика: в дельта-диапазоне и в тета-полосе, на частоте 6-7 Гц (рис. 4.1 А). Причем, частотная разница доминирующих пиков между исследуемыми областями отсутствовала, либо была выражена без устойчивой закономерности. Качественные различия спектрального состава между синхронной и десинхронизированной частями записи были выражены нерезко, хотя мощность всех частотных составляющих была больше на синхронных реализациях - особенно в тета-диапазоне. В некоторых случаях несколько менялись (подчеркивались) различия в мощностных соотношениях пиков.



Рис. 4.1. Электрическая активность и спектры мощности симметричных областей ОФК (Fd; Fs), поля СА1 гиппокампа (Hd; Hs) и ствола (St) мозга c неосложненным послеоперационным течением до (А), в первые (Б) и тридцатые (В) сутки после электролитической коагуляции латерального вестибулярного ядра Дейтерса слева: I - десинхронная составляющая; II - синхронная составляющая

При когерентном анализе десинхронных реализаций ЭА были установлены определенные соотношения сочетанности биопотенциалов между разными регионами мозга (рис. 4.2, I; 4 AI). Так, у пяти животных максимальные значения когерентности ЭА (порядка 0.6 - 0.8) были характерны для симметричных отделов орбитофронтальной коры (рис. 4.2 AI; 4.5 AI)

Величины когерентности, равные 0,4-0,6 отмечались между биопотенциалами симметричных соматосенсорных и гиппокампальных областей мозга, а также между орбитофронтальной и соматосенсорной корой в пределах одного полушария (рис. 4.2 I Б,В; 4.5 AI). Связям ОФК с гиппокампом были присущи более низкие значения (0.3-0.4).



Рис.4.2. Динамика когерентных (А, Б, В) и фазовых (Г) отношений десинхронной составляющей ЭКоГ у крысы с повреждением ствола при неосложненном послеоперационном течении. Обозначения областей регистрации как на рис 4.1

Наконец, минимальная когерентность (порядка 0.1-0.2) определялась между ЭА интактного ствола и всеми остальными регистрируемыми зонами мозга (рис. 4.2 I,B; 4.5 AI). Интересно, что именно у этих пяти животных общая длительность десинхронной части ЭА превосходила синхронную. Для особей с обратным соотношением десинхронной и синхронной составляющей (т.е. при более низком, по-видимому, уровне бодрствования) специфичным было снижение сочетанности биопотенциалов симметричных отделов ОФК по сравнению с симметричными соматосенсорными или гиппокампальными зонами, а также орбитофронтальной и сенсомоторной корой в пределах одного полушария.

К числу особенностей синхронизированной составляющей ЭА (рис. 4.3 I; 4.5 БГ) относится, прежде всего, общая тенденция к более высоким (по сравнению с десинхронной частью записи) значениям когерентности в широком частотном диапазоне.

Рис. 4.3. Динамика спектров когерентности синхронизированной составляющей электрической активности у животного с повреждением ствола при неосложненном послеоперационном течении. Обозначения областей регистрации как на рис 4.1