Эффективность ТЭС-терапии для купирования тревогоподобного поведения и моторных нарушений у крыс с экспериментальной моделью паркинсонизма

Тревожно-депрессивное состояние является одним из наиболее распространенных сопутствующих видов коморбидной патологии при болезни Паркинсона (БП) [1] одного из самых распространенных нейродегенеративных заболеваний. В его основе лежит прогрессирующая гибель дофаминовых нейронов pars compacta черной субстанции, приводящая к истощению продукции дофамина [2, 3], которая наравне с образованием телец Леви, состоящих из альфа-синуклеина, является характерным патологическим признаком паркинсонизма [3]. Классическими симптомами моторных нарушений при БП являются: тремор покоя, мышечная ригидность, брадикинезия [2, 4]. К немоторным симптомам паркинсонизма относятся депрессия, тревога, когнитивные нарушения [5], астения, при этом у 12% пациентов депрессия может появляться до первых проявлений основных двигательных нарушений [4].

Психические и эмоционально-волевые нарушения в виде изменения поведения появляются у лабораторных животных в условиях различных моделей Б.П. Так, у мышей, которым вводили 6-гидроксидофамин в полосатое тело, отмечалось увеличение уровня сигмотаксиса (предпочтение периферической зоны возле стен) в тесте открытого поля, что говорит об увеличении уровня тревожности [5]. Крысы с ротеноновой моделью паркинсонизма демонстрировали признаки депрессии в тесте вынужденного плавания [6]. Среди всех существующих моделей паркинсонизма, основанных на использовании нейротоксинов (6-гидроксидофамин, 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин, паракват, метамфетамин и ротенон) [7], наиболее приближенной по симптоматике и патогенетическим механизмам к БП является ротеноновая модель [7, 8].

В патогенезе ротенонового паркинсонизма ключевую роль играют два механизма — ингибирование в дыхательной цепи митохондрий митохондриального комплекса I [9] и способность ротенона вызывать деполимеризацию микротрубочек [9—11]. Неполный перенос электронов к кислороду из-за ингибирования ротеноном митохондриального комплекса I вызывает образование активных форм кислорода, которые вызывают повреждения дофаминергических нейронов, приводящие к апоптозу [12]. Нарушение же структуры микротрубочек вследствие деполимеризации приводит к изменению везикулярного транспорта, из-за чего происходит накопление везикул в телах дофаминовых нейронов, окисление накапливающегося дофамина вызывает снижение жизнеспособности нейронов черной субстанции [9, 11]. Нарушения цитоскелета способны оказывать негативное воздействие и на функционирование митохондрий, так как из-за деполимеризации микротрубочек становится невозможным нормальное перемещение митохондрий в клетке [13]. Вышеописанные нарушения, вызываемые ротеноном, могут вносить свой вклад в развитие сопутствующих немоторных симптомов БП, поскольку изменения в функционировании митохондриального комплекса I, а также других комплексов дыхательной цепи митохондрий в головном мозге способны играть роль в формировании различных патологических эмоциональных состояний [14].

В настоящее время наряду с медикаментозной терапией для борьбы с симптоматикой паркинсонизма и для улучшения качества жизни больных может применяться глубокая стимуляция мозга — deep brain stimulation. Однако данный метод является инвазивным, требующим нейрохирургического вмешательства. В то же время существуют неинвазивные методы стимуляции мозга — транскраниальная электростимуляция, особенно интенсивно развивающая в последнюю пару десятилетий [15]. В зависимости от параметров стимулирующего тока существуют ее различные виды. Например, транскраниальная стимуляция постоянным током — Transcranial direct current stimulation (tDCS) — пропускание слабого постоянного электрического тока через пару электродов, расположенных на коже волосистой части головы, позволяет изменять возбудимость участков коры в зависимости от направления прохождения тока через целевые нейроны посредством подпороговой модуляции потенциалов мембран нейронов [16]. Для транскраниальной электростимуляции возможно использование переменного электрического тока — Transcranial alternating current stimulation (tACS), когда каждый электрод из пары поочередно выступает то в роли анода, то в роли катода [16]. Описаны результаты экспериментов, демонстрирующих потенциал транскраниальной электростимуляции в лечении паркинсонизма, например tDCS увеличивает выживаемость и интеграцию трансплантированных дофаминергических нервных клеток у крыс с моделью БП [17] и уменьшает вызванные леводопой дискинезии, а также моторные нарушения, вызванные БП у пациентов [18]. Вышеописанные примеры эффективности методов транскраниальной электростимуляции демонстрируют актуальность поиска новых неинвазивных методов электрической стимуляции головного мозга для терапии БП.

Перспективным методом терапии является транскраниальная электростимуляция (ТЭС-терапия), разработанная в институте им. И.П. Павлова в 1983 г. [19] В.П. Лебедевым [20]. В отличие от tDCS и tACS данный метод по характеру стимулирующих сигналов и расположению электродов близок к методам, известным на Западе под названиями «Cranial Electrostimulation Therapy» (CET) и «Transcerebral Electrotherapy» (TCET). В обоих случаях используется фронтомастоидальное расположение электродов, через которые пропускается ток силой 0,1—0,5 мА, частотой от 30 до 100 Гц [21]. Также предшественником метода можно назвать электроанастезию [21]. В основе метода ТЭС-терапии лежит строгое соблюдение особых параметров стимулирующего тока и расположения стимулирующих электродов [19], при которых достигается наиболее выраженный анальгетический эффект. Точкой приложения ТЭС-терапии является стресс-лимитирующая система организма, одним из важнейших компонентов которой является опиоидергическая система. Имеется эффект избирательной стимуляции подкорковых структур, продуцирующих серотонин и эндорфины [19]. При правильном для данного метода расположении электродов электрический ток по пространствам цереброспинальной жидкости в мозге достигает основных элементов антиноцицептивной системы (АНС), таких как вентромедиальный гипоталамус, дно IV желудочка, околоводопроводное серое вещество [22]. За счет модуляции работы дофаминергического, холинергического и серотонинергического механизмов оказывается системное стресслимитирующее воздействие на нейроиммуноэндокринную регуляцию [23], причем эффект носит гомеостатический характер [24, 25]. Показана возможность ТЭС-терапии оказывать антиоксидантное действие за счет повышения уровня β-эндорфина, обладающего антиоксидантными свойствами благодаря своей пептидной природе [26].

Предполагаемая эффективность лечебного воздействия ТЭС-терапии в условиях ротенонового паркинсонизма у крыс может быть связана с воздействием на стресслимитирующую систему, ее антиоксидантным действием за счет выработки β-эндорфина.

В эксперименте использованы 30 белых беспородных самцов крыс, средняя масса — 170±25 г. Были сформированы следующие группы: 1-я группа — контрольная, интактные крысы; 2-я группа — крысы с экспериментальной моделью паркинсонизма без лечения; 3-я группа — крысы с экспериментальной моделью паркинсонизма, которым проводили 7 сеансов ТЭС-терапии, в каждой группе было по 10 крыс. Субстанцию для инъекции приготавливали путем растворения порошка ротенона в диметилсульфоксиде в пропорции 1:1, затем к нему добавляли 4 части персикового масла (Oleum Persicorum). Данную смесь готовили непосредственно перед применением. Инъекции выполняли 1 раз в день по схеме 2,5 мг/кг/сут в течение 28 дней, подкожно крысам 2-й и 3-й групп. В основе использованного способа формирования модели ротен-индуцированного паркинсонизма у крыс лежали методы, описанные Т. Sherer [27].

Крысам из 3-й группы в течение 7 дней после завершения курса введения ротенона (с 4-й по 5-ю неделю эксперимента) проводили ТЭС-терапию с помощью модифицированного двухпрограммного электростимулятора ТРАНСАИР-03 в анальгетическом режиме, длительность каждого сеанса составляла 30 мин. Использовали следующие параметры тока: частота 70±2 Гц, длительность импульса 3,75±0,25 мс, сила тока 1,7 мА. Расположение электродов фронто-мастоидальное. Крепление электродов осуществляли по модифицированной методике проведения ТЭС-терапии у крыс — использовали вживляемые подкожные электроды [28].

Основные (гипо-, бради- и олигокинезия, неустойчивость походки, постуральная нестабильность) и дополнительные (тремор, ригидность мышц, нарушение равновесия) признаки паркинсонизма оценивали по 3-балльной шкале [8, 29, 30]. Также расчитывали суммарную выраженность данных признаков, в результате каждое животное могло получить от 1 до 18 баллов. Оценку степени выраженности двигательных нарушений в баллах выполняли дважды — на 4-й и 5-й неделе эксперимента у всех групп крыс.

Для оценки поведения крыс в тесте открытого поля использовали квадратную арену со стороной 100 см и высотой борта 40 см. Дно арены было разделено на 25 равных квадратов со стороной 20 см каждый. Центральные 9 квадратов образовывали центральную зону, 16 квадратов, граничащих с бортами конструкции, — периферическую. Оценивали соотношение горизонтальной активности в центре и на периферии и процент сигмотаксиса (сигмотаксис (thigmotaxis) — контакт вибриссами со стенками установки) от уровня горизонтальной активности на периферии. Время видео-регистрации поведения каждого животного составляло 5 мин. Оценку поведения крыс в тесте открытого поля выполняли дважды — на 4-й и 5-й неделе эксперимента у всех групп крыс.

Для гистологического исследования препаратов головного мозга у крыс после умерщвления выполняли забор головного мозга с последующей фиксацией образцов в 10% нейтральном параформальдегиде. Окрашивали микропрепараты гематоксилином и эозином и по Лилли на нейромеланин.

Статистическую обработку полученных результатов выполняли в программе Statistica 12 от «StatSoft Inc.». Для сравнения показателей в каждой группе на 4-й и 5-й неделе эксперимента применяли непараметрический критерий Вилкоксона (W-test).

Выраженность двигательных нарушений в баллах у крыс, вызванных хроническим системным введением ротенона, отображена в табл. 1.

У крыс, не получавших сеансов ТЭС-терапии, статистически значимые различия уровня двигательных нарушений между 4-й и 5-й неделей отсутствовали (p>0,05), в то время как крысы, получавшие ТЭС-терапию по 30 мин в течение 7 дней, демонстрировали статистически значимое (p<0,05) различие выраженности двигательных нарушений между 4-й и 5-й неделей эксперимента, проявляющееся в снижении выраженности моторных нарушений как по основным, так и по дополнительным показателям в 2 раза.

Из табл. 2 видно,

На рис. 1 на

Полученные результаты можно объяснить следующим образом. Ротенон, по данным литературы, вызывает нарушение функций митохондрий, приводящее к окислительному стрессу и гибели дофаминовых нейронов [9, 12, 31]. Помимо гибели дофаминовых нейронов нарушение функций митохондрий связано с возникновением патологических эмоциональных состояний [14]. Вызывая деполимеризацию микротрубочек [9, 10], ротенон нарушает везикулярный транспорт [9, 11], что приводит к накоплению дофамина и его неферментативному окислению, вносящему свой вклад в гибель дофаминовых нейронов [9, 11, 31]. Результатом возникшей дисфункции дофаминергической системы становится чрезмерная тормозная активность базальных ганглиев, подавление ими двигательных отделов коры и вызванные этими явлениями двигательные нарушения [32]. Учитывая все вышесказанное, именно антиоксидантный эффект ТЭС-терапии, обусловленный повышенной выработкой β-эндорфина [26], является одним из вероятных факторов, обеспечивших лучшую сохранность дофаминовых нейронов черной субстанции и меньшую степень прогрессирования двигательных нарушений и немоторной симптоматики у крыс, получавших 7-дневный курс ТЭС-терапии. Еще одним потенциальным фактором может стать модуляция работы дофаминергического, холинергического и серотонинергического механизмов [23], имеющая гомеостатический характер [24, 25]. Такой характер воздействия может оптимизировать работу имеющихся компенсаторных механизмов организма при БП [32]. cостояние крыс с ротеноновой моделью БП продолжает ухудшаться даже после прекращения введения ротенона, что говорит о продолжении нейродегенеративных процессов, возможно из-за постепенного истощения компенсаторных возможностей оставшихся дофаминовых нейронов. Лучшая сохранность морфологической структуры черной субстанции у крыс 3-й группы может быть связана с вероятным замедлением их разрушения вследствие того, что антиоксидантные эффекты ТЭС-терапии предохраняют их от оксидативного стресса и потенцируют компенсаторные механизмы.

Под действием ежедневного введения ротенона в течение 28 дней у крыс развиваются признаки тревогоподобного поведения и двигательные нарушения, проявляющиеся олиго- и брадикинезией, постуральной нестабильностью и другими признаками паркинсонизма. В головном мозге происходит гибель нейронов черной субстанции.

На фоне использования 7-дневного курса ТЭС-терапии у крыс с ротенон-индуцированным паркинсонизмом наблюдается:

— снижение выраженности дегенеративных дистрофических изменений нейронов черной субстанции;

— уменьшение уровня тревогоподобного поведения либо отсутствие его увеличения;

— снижение индивидуальных суммированных баллов на 50%.

Данные результаты говорят о возможности применения ТЭС-терапии в качестве немедикаментозного метода коррекции моторных и некоторых немоторных нарушений БП.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Каде А.Х. — e-mail: akh_kade@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-0694-9984

Кравченко С.В. — e-mail: ksv.1991@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0003-2733-1072

Трофименко А.И. — e-mail: artemtrofimenko@mail.ru; https://orcid.org/0000-0001-7140-0739

Чаплыгина К.Ю. — e-mail: sheischristina@gmail.com; https://orcid.org/0000-0003-1931-116X

Ананьева Е.И. — e-mail: elenaananevaa@gmail.com; https://orcid.org/0000-0002-0781-1258

Поляков П.П. — e-mail: palpal.p@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-9532-0626

Липатова А.С. — e-mail: a-lipatova@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0003-2866-4792

Как цитировать:

Каде А.Х., Кравченко С.В., Трофименко А.И., Чаплыгина К.Ю., Ананьева Е.И., Поляков П.П., Липатова А.С. Эффективность ТЭС-терапии для купирования тревогоподобного поведения и моторных нарушений у крыс с экспериментальной моделью паркинсонизма. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2019;119(9):91-96. https://doi.org/10.17116/jnevro201911909191

Автор, ответственный за переписку: Каде Азамат Халидович — e-mail: akh_kade@mail.ru