С-FOS-POSITIVE NEURON CONTENT IN THE CORTEX AND STRIATUM OF RAT BRAIN AND BEHAVIORAL CHANGES AFTER EPICUTANEOUS APPLICATION OF DOROGOV’S ANTISEPTIC-STIMULATOR PASTE



Cite item

Full Text

Abstract

The study was performed on Sprague Dawley male rats, which were divided into 3 groups (6 animals in each). The 1st group consisted of intact animals; the 2nd group - of animals treated with the preparation basis (zinc paste); the 3rd group included the animals that received the application of a third fraction of Dorogov’s antiseptic-stimulator (DAS) on their dorsal skin. The study of c-Fos positive neurons in different regions of the brain and the registration of behavioral reactions showed the activation of neurons in the cingulate, motor, piriform cortex and striatum, as well as the increase in motor and ultrasonic activity. It has also demonstrated the correlation of behavioral reactions with the neuronal activation in the brain regions studied. The results suggest a co-regulation of the behavior by many brain structures and indicate the presence of DAS neurotrophic effect.

Full Text

Упоминания об антисептике-стимуляторе (АСД) приходятся на первую половину прошлого века, когда он был получен А. В. Дороговым путем глубокого термического разложения тканей животных. По результатам проведенных исследований на животных и человеке был описан широкий положительный фармакологический эффект, охватывающий в том числе заболевания кожи (экзема, нейродермит, псориаз, аллергодерматозы и др.). При этом отмечено общее стимулирующее действие на нервную систему [3]. Фармакологическая характеристика фракций препарата подтверждала возможность влияния АСД на нервную систему, указывая на мускарино-, никотино- и холиномиметический эффект нанесения препарата [1]. Морфологические проявления этого эффекта изучены не были. Известно, что поведенческие акты регулируются взаимодействием многих структур мозга: цингулярная кора - ответственна за сложные поведенческие реакции и ультразвуковые вокализации, моторная - регулирует четкие, избирательные движения, лежащие в основе поведения, соматосенсорная - чувствительность от большинства рецепторов тела, инсулярная - ответственна за процесс принятия решений, эмоциональный контроль поведения и является центром регуляции зависимости от наркотических веществ, пириформная кора ответственна за эмоциональный контроль поведения и полосатое тело, которое участвует в регуляции сложных поведенческих актов, в работе внутренних органов [16, 21]. Для гистологической оценки степени активации нейронов мозга в настоящее время используют определение содержания белка c-Fos (маркер ранней нейральной активации) [8, 10, 11, 20]. Цель настоящего исследования - изучение морфологических изменений нейронов в коре большого мозга и полосатом теле у крыс после накожного нанесения цинковой пасты с 5% АСД-3 (третьей фракции АСД). Материал и методы. Исследование проведено на крысах-самцах линии Спрег-Доули массой тела 100-120 г, полученных из питомника филиала ИБХ РАН «Пущино». Животных содержали в условиях вивария Центра доклинических исследований ЗАО «Ретиноиды». Основные правила содержания и ухода за крысами соответствовали правилам по устройству, оборудованию и содержанию вивариев [4]. Крысы находились в контролируемых условиях окружающей среды и получали полнорационный гранулированный комбикорм и очищенную воду без ограничений. Перед исследованием животных переводили в отдельное помещение на период адаптации в течение 14 сут, после чего их разделяли на следующие группы (по 6 в каждой): 1-я группа - интактные животные; 2-я группа - животные, получавшие основу препарата (цинковая паста) и 3-я группа - сам АСД- 3. Крысам 2-й и 3-й групп выбривали участок в межлопаточной области спины площадью 4 см2 и наносили основу и препарат в дозе 2 г/кг 2 раза в сутки в течение 7 сут. Через 2 ч после последнего нанесения в течение 15 мин с использованием синхронизированного по времени комплекса Laboras-Sonotrack (Metris, Нидерланды) [6] проводили запись двигательной активности, ультразвуковых вокализаций и надпороговых криков. В дальнейшем животных наркотизировали препаратом «Золетил 100» (Virbac, Франция). После интракардиальной перфузии иммунофикса (Bio-Optica, Италия) головной мозг фиксировали в течение 1 ч и переносили в 15% раствор сахарозы на иммунофиксе. Срезы толщиной 20-40 мкм получали на замораживающем микротоме Thermo Scientific HM 430 (Microm Gm6H, Германия) с устройством для быстрого замораживания KS 34, c-Fos-позитивные (активированные) клетки выявляли авидин-биотиновым методом с детекцией 3,3’-диаминобензидином (Santa Cruz, США). Объектами исследования служили цингулярная, моторная, соматосенсорная, инсулярная, пириформная кора и полосатое тело (рис. 1), соответствующие 13-17 уровням срезов мозга по атласу [15]. Подсчёт c-Fos-позитивных нейронов проводили в 3 полях зрения для каждого животного (об. 40, ок. 20) при помощи программного обеспечения AxioVision (Carl Zeiss, Германия), используя микроскоп Axioskop 2 (Carl Zeiss, Германия). Статистический анализ значимости различий средних величин (t-критерий Стьюдента), а также анализ корреляционной зависимости поведенческих реакций от количества нейронов (коэффициент корреляции r) проводили с помощью программы Statistica 6.1 [7]. Результаты исследования. Экспрессия гена c-Fos у крыс 1-й группы была выявлена в фоновом количестве. У животных 2-й группы наблюдалось большее количество c-Fos-позитивных нейронов, в особенности - в моторной и соматосенсорной коре. У крыс, получавших АСД, наблюдалось резкое увеличение количества активированных нейронов во всех исследованных зонах (рис. 2), особенно в цингулярной, моторной, пириформной коре и стриатуме (рис. 3). Результаты анализа поведенческой активности крыс после применения АСД-3 демонстрировали увеличение продолжительности и скорости движения, пройденного расстояния, а также общего количества зарегистрированных поведенческих актов (табл. 1). Анализ показателей ультразвуковых вокализаций показал, что крысы, получавшие АСД-3, издавали ультразвуков больше и ниже - по частоте (см. табл. 1). Корреляционный анализ в группе животных, получавших АСД-3, выявил наличие значимой зависимости между числом c-Fos-позитивных нейронов и поведенческой активностью крыс (табл. 2). Обсуждение полученных данных. В настоящем исследовании обнаружена связь между активацией нейронов моторной, пириформной коры и полосатого тела головного мозга крыс и их средней скоростью движения, что подтверждает наличие кортико-стриатных и кортико-кортикальных взаимодействий головного мозга. Эти данные согласуются с результатами исследований, проведенных на лабораторных грызунах [21]. Наличие подобных связей описывают и другие авторы [13, 19]. Корреляционный анализ выявил наличие связи между количеством активированных нейронов моторной, пириформной коры и полосатого тела, а также двигательной активностью лабораторных крыс. Этот факт подтверждает многочисленные литературные данные о связях коры и подкорковых ядер головного мозга в осуществлении двигательных актов и их регуляции [2, 5, 12, 14]. В работе показано, что накожное нанесение АСД-3 сопровождается активацией нейронов полосатого тела, цингулярной, моторной и пириформной коры и изменениями в поведении животных. A. Sayin и соавт. [18] в своем исследовании отмечали, что введение крысам-самкам циталопрама коррелирует с тревожным поведением и увеличением содержания c-Fos-позитивных нейронов в цингулярной коре, миндалевидном теле и паравентрикулярном таламическом ядре. О том же свидетельствуют результаты исследования O. Babaev и соавт. [9], согласно которым воздействие на белки нейролигины приводит к активации c-Fos-позитивных нейронов в зонах, ассоциирующихся с тревогой. В нашем исследовании выявлена корреляционная связь между количеством c-Fos-позитивных нейронов цингулярной коры и параметрами ультразвуковых вокализаций в группе животных, получавших АСД-3. В статье S. S. Pertsov и соавт. [17] также отмечено, что различные эмоциональные состояния у крыс сопровождаются изменениями параметров ультразвуковых вокализаций. Увеличение содержания белка c-Fos в соматосенсорной и инсулярной коре мозга свидетельствует об активации нейронов в ответ на процесс накожного нанесения АСД-3 и связанными с этим ощущениями. Итак, нанесение цинковой пасты с 5% АСД-3 фракции на кожу межлопаточной области крыс линии Sprague Dawley приводит к значительному увеличению числа c-Fos-позитивных нейронов в цингулярной, моторной, инсулярной и пириформной коре, а также - в полосатом теле головного мозга и к увеличению двигательной и ультразвуковой активности крыс. Результаты корреляционного анализа свидетельствуют о высокой степени вероятности наличия связи между количеством активированных нейронов и поведенческой активностью животного.
×

About the authors

G. A. Piavchenko

Oryol I. S. Turgenev State University; “Retinoids” Pharmaceutical Joint-Stock Company

Email: givis1992@mail.ru

V. A Pugach

Institute of Experimental Medicine

Email: glandula_pinealis@mail.ru

N. S. Novikova

Institute of Experimental Medicine

Email: novikiem@gmail.com

L. I. Shmarkova

Orel State Institute of Economics and Trade

Email: shmarkova_lara@mail.ru

Ye. A. Korneva

Institute of Experimental Medicine

Email: korneva_helen@mail.ru

V. I. Nozdrin

Oryol I. S. Turgenev State University; “Retinoids” Pharmaceutical Joint-Stock Company

Email: science@retinoids.ru

References

  1. Дерябина З. И., Николаев А. В. Химико-фармакологическая характеристика препарата АСД // Труды Всес. ин-та экспер. ветеринар. 1968. Т. 35. С. 326-339.
  2. Ивлиев Д. А. Влияние микроинъекции атропина в моторную кору крысы на выработку двигательного навыка // Журн. высш. нервн. деят. 1998. № 3. С. 478-484.
  3. Леонов Н. И. Новое в тканевой терапии // Наука и жизнь. 1951. № 8. С. 17-19.
  4. Ноздрин В. И., Пьявченко Г. А. Опыт проведения доклинических исследований лекарственных препаратов дерматотропного действия // Технологии живых систем. 2013. Т. 10, № 8. С. 31-37.
  5. Перекрест С. В., Гаврилов Ю. В., Абрамова Т. В. и др. Активация клеток гипоталамических структур при введении антигенов различной природы (по экспрессии c-Fos гена) // Мед. иммунол. 2006. Т. 8, № 5-6. С. 631-636.
  6. Пьявченко Г. А., Урываев Ю. В., Ноздрин В. И. Совместное применение комплексов Laboras и Sonotrack при исследовании поведенческих реакций у крыс // Учён. записки Орловск. гос. ун-та. 2013. Т. 56, № 6. С. 238-242.
  7. Пьявченко Г. А., Шмаркова Л. И., Ноздрин В. И. Изменение количества нейронов в моторной коре крыс и их двигательная активность в возрастном аспекте // Морфология. 2015. Т. 147, вып. 3. С. 7-10.
  8. Сварник О. Е. Формирование индивидуального опыта и его нейрогенетическое обеспечение: экспрессия гена c-fos: Автореф. дис. … канд. психол. наук. М., 2003.
  9. Babaev O., Botta P., Meyer E. et al. Neuroligin 2 deletion alters inhibitory synapse function and anxiety-associated neuronal activation in the amygdala // Neuropharmacology. 2016. Vol. 100. P. 56-65.
  10. Binder M. D., Hirokawa N., Windhorst U. Encyclopedia of Neuro science. Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag GmbH, 2009. P. 685.
  11. Carter M., Shieh J. C. Guide to Research Techniques in Neuroscience. San Diego: Elsevier Academic Press, 2015. P. 168-169.
  12. Hearing M. C., See R. E., McGinty J. F. Relapse to cocaine-seeking increases activity-regulated gene expression differentially in the striatum and cerebral cortex of rats following short or long periods of abstinence // Brain Structure and Function. 2008. Vol. 213, № 1-2. P. 215-227.
  13. Matyas F., Sreenivasan V., Marbach F. et al. Motor control by sensory cortex // Science. 2010. Vol. 330. P. 1240-1243.
  14. Murray R. C., Gilbert Y. E., Logan A. S. et al. Strial patch compartment lesions alter methamphetamine-induced behavior and immediate early gene expression in the striatum, substantia nigra and frontal cortex // Brain Structure and Function. 2014. Vol. 219, № 4. P. 1213-1229.
  15. Paxinos G., Watson C. The rat atlas in stereotaxic coordinates. San Diego: Elsevier Academic Press, 2007.
  16. Paxinos G. The rat nervous system. San Diego: Elsevier Academic Press, 2004.
  17. Pertsov S. S., Koplik E. V., Karkishchenko N. N., Sudakov K. V. Ultra sonic vocalization of rats in various motivational and emotional states // Bulletin Exper. biology and medicine. 2012. Vol. 153, № 6. P. 805-808.
  18. Sayin A., Derinoz O., Vüksel N. et al. The effects of the estrus cycle and citalopram on anxiety-like behaviors and c-fos expression in rats // Pharmacol. Biochem. Behav. 2014. Vol. 124. P. 180-187.
  19. Sippy T., Lapray D., Crochet S., Petersen C. H. Cell-type-specific sensorimotor processing in striatal projection neurons during goal-directed behavior // Neuron. 2015. Vol. 88. P. 1-8.
  20. Squire L. R., Berg D., Bloom F. E. et al. Fundamental neuroscience. San Diego: Elsevier Academic Press, 2013.
  21. Watson C., Paxinos G., Puelles L. The Mouse Nervous System. San Diego. Elsevier Academic Press, 2011.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2016 Eco-Vector


Периодический печатный журнал зарегистрирован как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): № 0110212 от 08.02.1993.
Сетевое издание зарегистрировано как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): ЭЛ № ФС 77 - 84733 от 10.02.2023.