Изменения возбудимости нейронов гиппокампа крысы в модели длительных фебрильных судорог
- Авторы: Грифлюк А.В.1, Постникова Т.Ю.1, Амахин Д.В.1, Соболева Е.Б.1, Зайцев А.В.1
-
Учреждения:
- Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 476-479
- Раздел: Материалы конференции
- URL: https://bakhtiniada.ru/2313-1829/article/view/256247
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623455
- ID: 256247
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Фебрильные судороги (ФС) являются распространённым неврологическим нарушением у детей в возрасте от 3 месяцев до 5 лет, причём наибольшая частота наблюдается на втором году жизни [1]. Поскольку в это время продолжают развиваться нейроны и глиальные клетки, а также происходит формирование синаптических контактов [2, 3], ФС могут влиять на эти процессы. Однако существующие данные о влиянии ФС на развивающийся мозг противоречивы.
Цель исследования. Изучить влияние длительных ФC на свойства пирамидных нейронов в гиппокампе крыс разного возраста.
Исследование выполнено на самцах крыс Вистар. Экспериментальные фебрильные судороги моделировали на животных в возрасте 10 дней. Для этого крыс на 30 мин помещали на дно стеклянной камеры и подвергали воздействию регулируемого потока нагретого воздуха. Это приводило к повышению температуры тела животных до 39 °C и развитию ФС. В дальнейшие исследования были включены только те животные, у которых ФС длились не менее 15 мин. Контрольная группа — крысы из этих же помётов, которых на аналогичное время отсаживали от самки, но содержали при комнатной температуре.
В возрасте 12, 21–23 или 51–55 дней жизни крыс подвергали декапитации, извлекали мозг и изготавливали горизонтальные срезы мозга толщиной 400 мкм. Чтобы охарактеризовать вызванные фебрильными судорогами изменения биофизических свойств пирамидных нейронов CA1 гиппокампа, мы применили метод патч-кламп в конфигурации «целая клетка». В ходе регистрации инъектировались ступеньки тока длительностью 1,5 с, что по вызванным ими изменениям мембранного потенциала позволило оценить подпороговые мембранные свойства (потенциал покоя, входное сопротивление и временная константа мембраны), а также охарактеризовать собственную возбудимость нейронов. Регистрацию полевых возбуждающих постсинаптических потенциалов (пВПСП) осуществляли в лучистом слое поля CA1. Для каждого среза рассчитывали амплитуду пресинаптического популяционного спайка (прПС) и полевого возбуждающего постсинаптического (пВПСП) потенциала. Эффективность синаптической передачи определяли с помощью сигмоидальной функции Гомперца. Для исследования возможных изменений в кратковременной синаптической пластичности использовали парную стимуляцию. Парные импульсы подавались с интервалом 10–500 мс, и величину пластичности рассчитывали как отношение амплитуды второго пВПСП к первому для каждого интервала. Предрасположенность к судорогам у животных оценивали с помощью метода максимальных электрошоковых судорог (МЭШ) через 2 месяца после ФС. Для каждого животного определялся минимальный ток, при котором наблюдалось тоническое разгибание задних конечностей.
У крыс в возрасте и 12, и 21 дней не было обнаружено изменений подпороговых мембранных свойств. Но было обнаружено изменение нескольких показателей собственной возбудимости нейронов. Максимальная частота генерации потенциалов действия (ПД) была снижена на 23% у 12-дневных крыс, перенёсших фебрильные судороги, в сравнении с контрольными крысами того же возраста. Также адаптация частоты ПД у 12-дневных крыс после ФС была менее выражена, чем у контрольных животных. Эти вызванные фебрильными судорогами изменения не выявлялись у крыс в возрасте 21 дня. Существенных различий в зависимости амплитуд пВПСП или прПС от силы стимуляции не наблюдается у крыс в возрасте 12 и 55 дней. Однако в возрасте трёх недель мы заметили увеличение амплитуды прПС и уменьшение соотношения вход/выход между амплитудами пВПСП и прПС после ФС. У животных в возрасте 12 дней наблюдалось нарушение кратковременной синаптической пластичности, о чём свидетельствует значительное увеличение отношения амплитуд парных импульсов. Однако в возрасте 21 и 55 дней разницы между экспериментальной и контрольной группами не было. Тест МЭШ показал значительное увеличение порога для развития экстензии задних конечностей у крыс через два месяца после ФС по сравнению с контрольными животными.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют об изменениях возбудимости нейронов после длительных ФС. В возрасте 12 дней у животных наблюдается снижение собственной возбудимости нейронов CA1, а отношение амплитуд при парной стимуляции увеличивалось, что указывает на снижение вероятности пресинаптического высвобождения глутамата в нейронах гиппокампа. У трёхнедельных животных эффективность синаптической передачи в синапсах СА3-СА1 была снижена после ФС. Кроме того, тест МЭШ показал, что у крыс через два месяца после ФС порог развития экстензии задних конечностей был выше по сравнению с контрольными животными.
Полный текст
Фебрильные судороги (ФС) являются распространённым неврологическим нарушением у детей в возрасте от 3 месяцев до 5 лет, причём наибольшая частота наблюдается на втором году жизни [1]. Поскольку в это время продолжают развиваться нейроны и глиальные клетки, а также происходит формирование синаптических контактов [2, 3], ФС могут влиять на эти процессы. Однако существующие данные о влиянии ФС на развивающийся мозг противоречивы.
Цель исследования. Изучить влияние длительных ФC на свойства пирамидных нейронов в гиппокампе крыс разного возраста.
Исследование выполнено на самцах крыс Вистар. Экспериментальные фебрильные судороги моделировали на животных в возрасте 10 дней. Для этого крыс на 30 мин помещали на дно стеклянной камеры и подвергали воздействию регулируемого потока нагретого воздуха. Это приводило к повышению температуры тела животных до 39 °C и развитию ФС. В дальнейшие исследования были включены только те животные, у которых ФС длились не менее 15 мин. Контрольная группа — крысы из этих же помётов, которых на аналогичное время отсаживали от самки, но содержали при комнатной температуре.
В возрасте 12, 21–23 или 51–55 дней жизни крыс подвергали декапитации, извлекали мозг и изготавливали горизонтальные срезы мозга толщиной 400 мкм. Чтобы охарактеризовать вызванные фебрильными судорогами изменения биофизических свойств пирамидных нейронов CA1 гиппокампа, мы применили метод патч-кламп в конфигурации «целая клетка». В ходе регистрации инъектировались ступеньки тока длительностью 1,5 с, что по вызванным ими изменениям мембранного потенциала позволило оценить подпороговые мембранные свойства (потенциал покоя, входное сопротивление и временная константа мембраны), а также охарактеризовать собственную возбудимость нейронов. Регистрацию полевых возбуждающих постсинаптических потенциалов (пВПСП) осуществляли в лучистом слое поля CA1. Для каждого среза рассчитывали амплитуду пресинаптического популяционного спайка (прПС) и полевого возбуждающего постсинаптического (пВПСП) потенциала. Эффективность синаптической передачи определяли с помощью сигмоидальной функции Гомперца. Для исследования возможных изменений в кратковременной синаптической пластичности использовали парную стимуляцию. Парные импульсы подавались с интервалом 10–500 мс, и величину пластичности рассчитывали как отношение амплитуды второго пВПСП к первому для каждого интервала. Предрасположенность к судорогам у животных оценивали с помощью метода максимальных электрошоковых судорог (МЭШ) через 2 месяца после ФС. Для каждого животного определялся минимальный ток, при котором наблюдалось тоническое разгибание задних конечностей.
У крыс в возрасте и 12, и 21 дней не было обнаружено изменений подпороговых мембранных свойств. Но было обнаружено изменение нескольких показателей собственной возбудимости нейронов. Максимальная частота генерации потенциалов действия (ПД) была снижена на 23% у 12-дневных крыс, перенёсших фебрильные судороги, в сравнении с контрольными крысами того же возраста. Также адаптация частоты ПД у 12-дневных крыс после ФС была менее выражена, чем у контрольных животных. Эти вызванные фебрильными судорогами изменения не выявлялись у крыс в возрасте 21 дня. Существенных различий в зависимости амплитуд пВПСП или прПС от силы стимуляции не наблюдается у крыс в возрасте 12 и 55 дней. Однако в возрасте трёх недель мы заметили увеличение амплитуды прПС и уменьшение соотношения вход/выход между амплитудами пВПСП и прПС после ФС. У животных в возрасте 12 дней наблюдалось нарушение кратковременной синаптической пластичности, о чём свидетельствует значительное увеличение отношения амплитуд парных импульсов. Однако в возрасте 21 и 55 дней разницы между экспериментальной и контрольной группами не было. Тест МЭШ показал значительное увеличение порога для развития экстензии задних конечностей у крыс через два месяца после ФС по сравнению с контрольными животными.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют об изменениях возбудимости нейронов после длительных ФС. В возрасте 12 дней у животных наблюдается снижение собственной возбудимости нейронов CA1, а отношение амплитуд при парной стимуляции увеличивалось, что указывает на снижение вероятности пресинаптического высвобождения глутамата в нейронах гиппокампа. У трёхнедельных животных эффективность синаптической передачи в синапсах СА3-СА1 была снижена после ФС. Кроме того, тест МЭШ показал, что у крыс через два месяца после ФС порог развития экстензии задних конечностей был выше по сравнению с контрольными животными.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 21-15-00430).
Об авторах
А. В. Грифлюк
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: Griflyuk.Al@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Т. Ю. Постникова
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: Griflyuk.Al@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Д. В. Амахин
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: Griflyuk.Al@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Е. Б. Соболева
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: Griflyuk.Al@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
А. В. Зайцев
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: Griflyuk.Al@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Leung A.K.C., Hon K.L., Leung T.N.H. Febrile seizures: An overview // Drugs in Context. 2018. N 7. P. 1–12. doi: 10.7573/dic.212536
- Catalani A., Sabbatini M., Consoli C., et al. Glial fibrillary acidic protein immunoreactive astrocytes in developing rat hippocampus // Mechanisms of Ageing and Development. 2002. Vol. 123, N 5. P. 481–490. doi: 10.1016/s0047-6374(01)00356-6
- Isomura Y., Kato N. Action potential-induced dendritic calcium dynamics correlated with synaptic plasticity in developing hippocampal pyramidal cells // Journal of Neurophysiology. 1999. Vol. 82, N 4. P. 1993–1999. doi: 10.1152/jn.1999.82.4.1993
Дополнительные файлы
