Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Гистамин (ГА) долгое время после своего открытия (сэр Генри Дэйл, 1910 г.) привлекал внимание исследователей в связи с аллергическими реакциями и воспалением. И только ближе к концу 20-го века было показано существование и распределение гистамин-содержащих нейронов в мозге [3]. Тела гистаминовых нейронов расположены в гипоталамусе, в так называемом туберомамиллярном ядре, а их проекции расходятся практически во все отделы ЦНС. Считается, что ГАнейоромодуляторная система принимает участие в регуляции спонтанной локомоторной активности, циркадного ритма цикла сон-бодрствование и общей активации ЦНС (arousal). Гистамин осуществляет свои функции с помощью воздействия напостсинаптические Н₁- и Н₂-рецепторы. Существуют также Н₃-рецепторы, которые являются ауторецепторами и регулируют синтез и высвобождение гистамина, находясь на телах и отростках ГА нейронов [1]. Обратный агонист Н₃ ауторецепторов, например, тиоперамид, стабилизирует рецептор в неактивном состоянии, снижая, таким образом, его спонтанную (конституционную) активность, что приводит к увеличению синтеза и высвобождения нейронального гистамина.Все большее количество литературных данных свидетельствует о том, что гистаминергическая система мозга играет важную роль в патогенезе различных типов эпилептических припадков. Так, увеличение уровня ГА за счет введения его предшественника
L-гистидина или тиоперамида приводит к снижению уровня эпилептической активности, вызванной максимальным электрошоком либоамигдалярным/пентилентетразо-ловым киндлингом [6]. С другой стороны, альфа-флуорометилгистидин, который является ингибитором гистидиндекарбоксилазы и приводит к снижению уровня гистамина в ЦНС, вызываетусиление конвульсивных припадков. Большинство работ, посвященных изучению роли гистаминергической системы в патогенезе судорожной активности, проведены на различных моделях конвульсивной эпилепсии. В то же время об эффектах воздействия на ГА систему при неконвульсивной эпилепсии известно крайне мало [8]. Крысы линии WAG/Rij представляют генетическую модель absence-эпилепсии, неконвульсивной формы эпилепсиичеловека [2]. Для ЭЭГкрыс WAG/Rijхарактерны спонтанно возникающие генерализованные пик-волновые разряды (SWD), которые являются основным показателем absence-эпилепсии. Пик-волновые разряды возникают преимущественно во время спокойного бодрствования, переходов от бодрствования ко сну, а также во время начальной фазы медленноволнового сна [2]. Значительно реже SWD встречаются в периоды активного бодрствования и глубокого медленноволнового сна. Известно, что длительность отдельных фаз цикла сон-бодр-ствование может изменяться под воздействием гистаминергических препаратов [3].Исходя из этого, представляется вероятным участие ГА системы в регуляции пик-волновой активности absence-эпилепсии крыс WAG/Rij.Целью данной работы было оценить влияниеактивации ГА системы на уровень SWD и поведение крыс WAG/Rij. В качестве фармакологического агента, активирующего гистаминовую систему, был использован тиоперамид, который, в соответствии с литературными данными, значительно повышает уровень внеклеточного ГА и обладает антиконвульсивным действием.

Методика

Работа выполнена на самцах крыс линии WAG/Rij (n = 12, m = 360 ± 18 г), привезенных из Нидерландов (RadboudUniversity, Nijmegen) и с 1995г. разводимых в виварии ИВНД и НФРАН. В свободное от экспериментов время животные содержались в стандартных условиях вивария при неограниченном доступе к пище и воде.

Для регистрации ЭЭГ крысам под наркозом (400 мг/кг хлоралгидрат внутрибрюшинно, 2 % новокаин подкожно для местного обезболевания) были вживлены электроды, представляющие собой стальные микровинты. Винты размещались надлобными, височными и затылочными областями коры. Референтный электрод располагался над мозжечком. Восстановительный послеоперационный период составлял как минимум 10 дней. Перед началом экспериментов крыс приучали к экспериментальной камере в течение 3-х дней. Тиоперамид (Thioperamidemaleate, Tocris Bioscience) в дозе 5 мг/кг (n=6) и 20 мг/кг (n=6) вводили внутрибрюшинно. В качестве контроля использовали физраствор (0,9 %NaCl, 1 мл). Запись ЭЭГ производили в течение 1 часа до инъекции и 2-х часов после. Для регистрации и анализа ЭЭГ использовали программное обеспечение PowerGraph 3.3 (DmitryYu.Izmailov, 2002-2007).В ходе анализа осуществляли подсчет количества и определение средней длительности пик-волновых разрядов за 30-ти минутные интервалы.

Одновременно с регистрацией ЭЭГ осуществляласьвидеозапись (DCR-DVD7E, SonyCorporation) поведения крыс WAG/Rij с целью оценки возможного влияния тиоперамида на уровень активности животных.После каждого эксперимента видеозаписи копировались на персональный компьютер для последующего анализа. Для анализа поведения был использован, с некоторыми изменениями, метод, описанный в работе Kitanaka и соавторов (2005) [7]. А именно, видеозапись разбивалась на 10-секундные интервалы, и тому типу поведения, которое преобладало в данный 10-секундный интервал, присваивалось значение «1», а остальным «0». Количество единиц для каждого поведения суммировалось за 30-минутные периодыв течение 1 часа до и 2-х часов после введения тиоперамида либо физраствора.Типы поведения, о которых идет речь, были следующие: локомоторная активность (перемещение всех четырех лап), принюхивание (возможны перемещения двух лап),умывание, спокойноебодрствование (периоды неподвижности) либо сон. Отдельно подсчитывалось количество стоек.

Статистическую обработку данных осуществляли с помощью программного обеспечения STATISTICA 6.0. Сравнение средних величин различных показателей проводили покритерию Стьюдента. Кроме того, использовали дисперсионный анализ (ANOVA).

Результаты исследований

Введение тиоперамида вызвало значительное увеличение количества разрядов пик-волна. При этом время начала усиления SWDидлительность усиления зависели от дозы тиоперамида (5, 20 мг/кг). После введения тиоперамида в дозе 5мг/кг максимальное увеличение количества SWD наблюдалось в течение первых 30-ти минут (277±29 % от уровня в фоне; p<0,01). Затем следовало постепенное снижениеколичества разрядов пик-волна. В третий 30-минутный интервал их уровень снизился ниже фонового (57±16 %; p<0,05). Максимальное усиление SWD под влиянием более высокой дозы тиоперамида (20 мг/кг)количественно не превосходило (238±52 %; p<0,05)усиления после низкой дозы (5 мг/кг) и возникало позже по сравнению с последним, а именно, в течение второго 30-минутного интервала после инъекции. Повышение количества разрядов после 20 мг/кг сохранялось в течение всего второго часа после введения (p<0,05). Изменений в структуре и частотной характеристике разрядов установлено не было.В контрольных экспериментах уровень SWD существенно не отличался отуровня в фоновой записи (рисунок А).

Кроме повышения количества пик-волновых разрядов, введение тиоперамида привело также к увеличению средней длительности одиночного SWD (рисунок Б). Однако статистически значимым (р<0,05)этот эффект был только под влиянием более высокой дозы тиоперамида (20 мг/кг).Контрольное введение не вызвалосущественного изменения средней длительности SWD. Более подробный анализ показал, что увеличениесредней длительности разряда пик-волна послетиоперамида происходило за счет снижения доли SWD длительностью 1-3 секунды и одновременного увеличения доли SWD длительностью3-5 секундв общем количестве разрядов.

В отличие от пик-волновой активности поведение крыс WAG/Rij под влиянием тиоперамида (5, 20 мг/кг) практически не изменилось.Наблюдалось только небольшое увеличение суммарного времени спокойного бодрствования и снапосле введения тиоперамида (5мг/кг) по сравнению с физраствором (таблица). Однако данное отличие было значимым только в третий 30-минутный период после инъекции.

Изменение спонтанной пик-волновой активности крыс WAG/Rij под влиянием
 тиоперамида. А - изменение количества пик-волновых разрядов. Количество разрядов
в фоне представлено усредненными величинами за два последовательных 30-ти минутных интервала. Б - изменение средней длительностиодиночного пик-волнового разряда.
За 100 % принята средняя длительность одиночногоSWD в фоне. В каждой группе n=6.
По оси абсцисс: время записи ЭЭГ в минутах. Стрелкой отмечено введение тиоперамида либо физраствора.Данные представлены в виде средних величин и стандартной ошибки среднего (±SEM). * - р< 0,05 (посравнению с физраствором).

Изменение суммарного времени спокойногободрствования и сна
после введения тиоперамида

Количество 10-ти секундных интервалов, преобладающим поведением для которых было спокойное бодрствование или сон. Подсчет количества интервалов производился за 30-ти минутные отрезки времени. В каждой группе n=6. Отличия (значимые и на уровне тенденции) между группами тиоперамида (5мг/кг) и физраствора отмечены в таблице. Данные приведены в виде средних величин ± стандартная ошибка среднего (±SEM).

Обсуждение результатов

Тиоперамид, известным действием которого является увеличение уровня внеклеточного гистамина [6],вызвал усиление пик-волновой активности absence-эпи-лепсии крыс WAG/Rij. При этомувеличение количества разрядов под влиянием низкой дозы (5мг/кг) происходило в первые 30 минут после введения и было сравнительно кратким, тогда как тиоперамид в дозе 20 мг/кг привел к более позднему (вторые 30 минут), но и более длительному увеличению SWD. Под воздействием тиоперамида увеличилась также средняя длительность одиночного разряда.

Усиление пик-волновых разрядовкрыс WAG/Rij, наблюдаемое в данных экспериментах, не соответствуетантиэпилептическому эффектутиоперамида, заявленному в работах других авторов, проведенных на разных моделях конвульсивной эпилепсии [6].Интересно, что далеко не все антиконвульсанты эффективны принеконвульсивной форме эпилепсии. Так, карбамазепин и фенитоин, успешно подавляющие конвульсивные припадки, вызывают усиление разрядов пик-волна absence-эпилепсии [2]. Различное действие антиконвульсантов, предположительно, определяется той ролью, которую осуществляет основная тормозная, ГАМК-ергическая, система мозга при каждойиздвух форм эпилепсии. Считается, что при конвульсивной эпилепсии ГАМК-системагипоактивна. Это приводит в дисбалансу тормозной и возбуждающей (глютамат) систем ЦНС и способствует развитию судорог. С другой стороны, при неконвульсивной, absence-эпилепсии, препараты,усиливающие ГАМК опосредованное торможение, в основном,вызывают увеличение количества пик-волновых разрядов [2]. Это приводит к предположению о гиперфункции ГАМК при неконвульсивной эпилепсии.Многими авторами высказывается гипотеза о том, что антиконвульсивный эффект гистамина связан со стимуляцией высвобождения ГАМК через Н₁ рецепторы [5].Кроме того, гистамин является лигандом аллостерического сайта на бета-субъеди-нице ГАМК-А рецептора и потенциируетдействие ГАМК [10]. Таким образом, эффект тиоперамида, выражающийся в подавлении конвульсивных приступов, в сообщениях других авторов, и усилении пик-волновых разрядов крыс WAG/Rij в данной работе, может быть, по крайней мере отчасти, следствием усиления ГАМК-ергической трансмиссии.

Механизм антиконвульсивного действия гистаминатакже может быть связан с его общим активирующим действием в ЦНС (arousal). Nishida и соавторы (2007) [9] показали, что стимуляция туберомамиллярного ядра электрическими импульсами вызывает повышение уровня гистамина во фронтальной коре, десинхронизацию ЭЭГ (arousal) и подавление эпилептических припадков, вызванных пентилентетразолом, у крыс. В другой работе нокаутирование по гену Н₁ рецептора привело к снижению количества эпизодов кратких пробуждений, но не общей длительности медленноволнового сна у мышей [4]. Это, по мнению авторов, говорит о том, что физиологическая роль Н₁ рецепторов состоит не в регуляции длительности фаз циркадного ритма, а в контроле перехода от медленноволнового сна к бодрствованию. Вероятнось возникновения приступов absence-эпилепсии зависит от уровня бодрствования. Наибольшее количество приступов наблюдается при переходных состояниях от бодрствования ко сну и во время первой фазы медленноволнового сна [2]. Отсюда следует, что наблюдаемое в настоящей работе увеличение количества разрядов пик-волна крыс WAG/Rij после введения тиоперамида может отражать влияние повышенного уровня гистамина на вероятность переходаот одной фазы циркадного ритма к другой.

Более низкая доза (5мг/кг) тиоперамида вызвала увеличение количестваSWD быстрее, чем высокая (рис. А). Различная динамика изменения SWD в зависимости от дозы тиоперамида говорит о возможности вовлечения врегуляцию пик-волновых разрядов не только Н₃ ауторецепторов, но и Н₃ гетерорецепторов, расположенных пресинаптически нанейронах других модуляторных систем мозга и влияющих на высвобождение дофамина, норадреналина и серотонина [3].Другими словами, изменение пик-волновой активности крыс WAG/Rij после инъекции тиоперамида может быть результатом комплексного воздействия обратного агониста Н₃ рецепторов на функционирование моноаминергических систем ЦНС.

Тиоперамид вызвал также увеличение средней длительности одиночногоSWD (рис.Б),которая наряду сколичествомразрядов характеризует уровень пик-волновой активности. Статистически значимым этот эффект был только после 20мг/кг тиоперамида, причем и в течение первых 30 минут после введения, когда количество разрядов существенно не отличалось от уровня в контрольной группе. Следовательно, усиление SWD под влиянием высокой дозы тиоперамида происходило уже в первый 30-минутный интервал, но не за счет количества, а за счет увеличения средней длительности пик-волнового разряда. Это возможно, поскольку количество и средняя длительность разрядов регулируются различными механизмами [2].

Поведение крыс WAG/Rij практически не изменилось после введения тиоперамида. Было отмечено только небольшое увеличение времени спокойного бодрствования и сна (Таблица 1)под влиянием низкой дозы препарата (5мг/кг). По некоторым литературным данным, тиоперамид вызывает усиление локомоторной активности, что, однако, не подтверждается в других работах [3]. Указанное несоответствие, возможно, объясняется различием доз тиоперамида, вида животных, используемых в эксперименте, и экспериментальных условий.

Заключение

Результаты данной работы позволяют заключить, что гистаминергическая система мозга принимает участие в регуляции пик-волновых разрядов крыс линии WAG/Rij, генетической модели absence-эпилепсии человека. Введение обратного агониста Н₃ гистаминовых рецепторов, тиоперамида, известным действием которого является увеличение уровня внеклеточного гистамина, приводит к усилению пик-волновой активности в ЭЭГ крыс WAG/Rij. Сложная динамика изменения неконвульсивной эпилептической активностипод влиянием тиоперамида говорит о возможном влиянии не только гистамина, но и других моноаминов, а также ГАМК, высвобождение которых пресинаптически регулируют Н₃ гетерорецепторы.Дальнейшие исследования необходимы для установления роли Н₁, Н₂ и Н₃ рецепторов, а также взаимодействия гистаминергической с другими медиаторными системами мозга при регуляции спонтанных пик-волновых разрядов absence-эпилепсии.

Списоклитературы

1. Arrang J.M., GarbargM., Schwartz J.C. Auto-inhibition of brain histamine releasemediated by a novel class (H3) of histamine receptor // Nature. 1983. Vol. 302. P. 832-837.
2. Coenen A.M.L., van LuijtelaarE.L.J.M. Genetic animal models for absence epilepsy: a review of the WAG/Rij strain of rats // Behavioural Genetics. 2003. Vol. 33. P.635-655.
3. Haas H.L, Sergeeva O.A., Selbach O. Histamine in the nervous system // Physiol Rev. 2008. Vol. 88.№ 3.Р.1183-1241.
4. HuangZ.L,Mochizuki T., Qu W.M., Hong Z.Y., Watanabe T., UradeY., Hayaishi O. Altered sleep-wake characteristics and lack ofarousal response to H3 receptor antagonist in histamine H1 receptorknockout mice // Proc Natl Acad Sci USA. 2006.Vol.103. P. 4687-4692.
5. Ishizawa K., Chen Z., Okuma C., Sugimoto Y., Fujii Y., Kamei C. Participation of GABAergic and histaminergic systems in inhibiting amygdaloid kindled seizures // Jpn J Pharmacol. 2000.Vol. 82. № 1.Р.48-53.
6. Kamei C. Involvement of central histamine in amygdaloid kindled seizures in rats // Behav Brain Res. 2001. Vol. 124. P. 243-250.
7. Kitanaka J., Kitanaka N., Tatsuta T., Takemura M. 2-Phenylethylamine in combination with l-deprenyl lowers the striatal level of dopamine and prolongs the duration of the stereotypy in mice // Pharmacol Biochem Behav. 2005. Vol. 82. P.488-494.
8. Midzyanovskaya I., Kopilov M., Fedotova E., Kuznetsova G., Tuomisto L. Dual effect of pyrilamine on absence seizures in WAG/Rij rats // Inflamm Res.2005. Vol. 54.( Suppl. 1). S. 40-41.
9. Nishida N., HuangZ.L., Mikuni N., Miura Y., Urade Y., HashimotoN. Deep brain stimulation of the posterior hypothalamus activates the histaminergic system to exert antiepileptic effect in rat pentylenetetrazol model// Exp Neurol. 2007.Vol. 205.№ 1.Р. 132-144.
10. Saras A., Gisselmann G., Vogt-Eisele A.K., Erlkamp K.S., Kletke O., Pusch H., Hatt H. Histamine action on vertebrate GABAA receptors: direct channel gating and potentiation of GABA responses //J Biol Chem. 2008. Vol. 283.№ 16.Р. 10470-10475.