Дослідження потужності електричної активності утворень мозку за умов пілокарпін-індукованої спонтанної судомної активності = The investigation of brain structures magnitude in conditios of pilocarpine-induced spontaneous activity

Kopyova N. V., Lyashenko S. L., Topal M. M. Дослідження потужності електричної активності утворень мозку за умов пілокарпін-індукованої спонтанної судомної активності = The investigation of brain structures magnitude in conditios of pilocarpine-induced spontaneous activity. Journal of Education, Health and Sport. 2015;5(8):159-176. ISSN 2391-8306. DOI 10.5281/zenodo.28046http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.28046http://ojs.ukw.edu.pl/index.php/johs/article/view/2015%3B5%288%29%3A159-176https://pbn.nauka.gov.pl/works/607585Formerly Journal of Health Sciences. ISSN 1429-9623 / 2300-665X. Archives 2011–2014 http://journal.rsw.edu.pl/index.php/JHS/issue/archive Deklaracja.Specyfika i zawartość merytoryczna czasopisma nie ulega zmianie.Zgodnie z informacją MNiSW z dnia 2 czerwca 2014 r., że w roku 2014 nie będzie przeprowadzana ocena czasopism naukowych; czasopismo o zmienionym tytule otrzymuje tyle samo punktów co na wykazie czasopism naukowych z dnia 31 grudnia 2014 r.The journal has had 5 points in Ministry of Science and Higher Education of Poland parametric evaluation. Part B item 1089. (31.12.2014).© The Author (s) 2015;This article is published with open access at Licensee Open Journal Systems of Kazimierz Wielki University in Bydgoszcz, Poland and Radom University in Radom, PolandOpen Access. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Noncommercial License which permits any noncommercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author(s) and source are credited. This is an open access article licensed under the terms of the Creative Commons Attribution Non Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted, non commercial use, distribution and reproduction in any medium, provided the work is properly cited.This is an open access article licensed under the terms of the Creative Commons Attribution Non Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted, non commercialuse, distribution and reproduction in any medium, provided the work is properly cited.The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this paper.Received: 05.06.2015. Revised 15.07.2015. Accepted: 12.08.2015. УДК 612.017.1:612.8.062;612.821.7+616.853 ДОСЛІДЖЕННЯ ПОТУЖНОСТІ ЕЛЕКТРИЧНОЇ АКТИВНОСТІ УТВОРЕНЬ МОЗКУ ЗА УМОВ ПІЛОКАРПІН-ІНДУКОВАНОЇ СПОНТАННОЇ СУДОМНОЇ АКТИВНОСТІTHE INVESTIGATION OF BRAIN STRUCTURES MAGNITUDE IN CONDITIOS OF PILOCARPINE-INDUCED SPONTANEOUS ACTIVITY Н. В. Копйова, С. Л. Ляшенко, *М. М. ТопалN. V. Kopyova, S. L. Lyashenko, *M. M. Topal Одеський національний медичний університет, Одеса; *Одеський національний університет ім. І. І. Мечникова, ОдесаOdessa National Medical University, Odessa; *Odessa I. I. Mechnikov National University, Odessa SummaryThe article deals with the results of the trials devoted to pilocarpine-induced spontaneous seizure activity pathophysiologic mechanisms investigation. With this aim the main factors determining spontaneous seizure onset were studied as well as hippocampus and frontal cortex pathogenetic role was investigated in conditions pilocarpine-induced chronic epileptogenesis. Status epilepticus development and its duration were shown to be the main factors determining pilocarpine-induced spontaneous seizures. Hippocampal hyperactivation was found to precede the spontaneous seizures formation that afterwards followed by the brain frontal cortex f the electrical activity strengthening. These brain structures electrical activity hyperactivation occurs due to a- and d-rhythms.Key words: pilocarpine, spontaneous seizures, the hippocampus, cerebral cortex, the power of the electrical activity, pathophysiologic mechanisms. РезюмеВ роботі наведені результати досліджень, присвячених з'ясуванню патофізіологічних механізмів спонтанної судомної активності, індукованої введенням пілокарпіну. З цією метою вивчали основні чинники, що визначають розвиток спонтанних судом, а також з'ясовували патогенетичну роль гіпокампу і фронтальної кори в умовах пілокарпін-викликаного хронічного епілептогенезу. Показано, що розвиток епілептичного статусу, а також його тривалість детермінують формування спонтанних пілокарпін-викликаних судомних реакцій. Визначено, що формуванню спонтанних судом передує гіперактивація нейронів гіпокампу, слід за чим посилюється електрична активність фронтальної кори мозку. Посилення електричної активності зазначених утворень мозку відбувається за рахунок a- та d-діапазонів.Ключові слова: пілокарпін, спонтанні судоми, гіпокамп, кора мозку, потужність електричної активності, патофізіологічні механізми. РезюмеИЗУЧЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СТРУКТУР МОЗГА В УСЛОВИЯХ ПИЛОКАРПИН-ИНДУЦИРОВАННОЙ СПОНТАННОЙ СУДОРОЖНОЙ АКТИВНОСТИ. В работе приведены результаты исследований, посвященных выяснению патофизиологических механизмов спонтанной судорожной активности, индуцированной введением пилокарпина. С этой целью изучали основные факторы, определяющие развитие спонтанных судорог, а также выясняли патогенетическую роль гиппокампа и фронтальной коры в условиях пилокарпин-вызванного хронического эпилептогенеза. Показано, что развитие эпилептического статуса, а также его продолжительность детерминируют формирование спонтанных пилокарпин-вызванных судорожный реакций. Выяснено, что формированию спонтанных судорог предшествует гиперактивация нейронов гиппокампа, за которой потом следует усиление электрической активности фронтальной коры мозга. Усиление электрической активности отмеченных структур мозга происходит за счет a- и d-диапазонов.Ключевые слова: пилокарпин, спонтанные судороги, гиппокамп, кора мозга, мощность электрической активности, патофизиологические механизмы

Spontaneous seizure activity in conditions of pilocarpine-induced status epilepticus: the characteristic of model

Наводяться результати експериментальних досліджень, присвячених вивченню особливостей розвитку спонтанних судом у щурів за умов пілокарпін-індукованого епілептичного статусу (ЕС). Вивчалися особливості розвитку спонтанних судом у відстроченому періоді Пі-спричиненого ЕС, а також термінові й електрофізіологічні особливості вказаної моделі хронічної епілепсії. Показано, що у середньому через 20–25 діб після введення пілокарпіну у щурів розвиваються відстрочені мимовільні судоми, виникненню яких передують гострі судоми, що мають більш виражену інтенсивність і різні поведінкові й електрографічні критерії. При ЕЕГ-реєстрації у більшості щурів вентральний гіпокамп є першим утворенням мозку, в якому підсилюється активність при ініціації спонтанних відстрочених судом. Простежується тенденція до прямої залежності кількості епізодів спонтанної судомної активності від тривалості стадії гострих судомних реакцій за умов моделі епілептичного статусу, яку було використано.The experimental data are given dedicated to spontaneous seizures development in conditions of pilocarpine-induced status epilepticus (SE). Spontaneous seizures formation peculiarities together with time-dependent electrophysiological features of the model were studied in SE postponed period. Spontaneous seizures were shown to develop approximately 20–25 days after pilocarpine injection with the acute seizures first appearance which have usually greater intensity and different behaviour and electrographic criteria’s. Ventral hippocampus was the first structure generated enhanced electrographic activity in the majority of rats during the postponed spontaneous seizures initiation. One could see also the tendency of the spontaneous seizure activity episodes dependency on acute pilocarpine-induced seizures duration under conditions of the used ES model

Патофизиологические механизмы хронической судорожной активности в условиях модели эпилептического синдрома, вызванного с помощью пилокарпина. – Квалификационная научная работа на правах рукописи.

Результати дисертаційної роботи мають важливе значення для розширення існуючих уявлень про механізми формування відтермінованих спонтанних судом в умовах їх індукції пілокарпіном. Дисертація присвячена дослідженню патофізіологічних механізмів розвитку відтермінованих спонтанних судом за умов пілокарпін-індукованої хронічної моделі епілептичної активності в щурів, а також оцінки динаміки зміни поведінки тварин для розробки прогностичних критеріїв розвитку спонтанних судом. Після введення пілокарпіну (380 мг/кг, в/очер) у щурів розвивається комплекс поведінкових і електрографічних порушень, що э характерними для епілептичного статусу, який характеризується високою летальністю, стадійністю і розвитком відтермінованих спонтанних судом. В середньому через 70-90 хв після введення пілокарпіну у щурів відзначаються гострі судоми, внаслідок яких гине 16,0 % тварин. Через 20-25 діб після введення пілокарпіну у 83,3 % тварин розвиваються спонтанні судоми, тривалість яких становить 40-48 діб, з максимальною їх представленістю протягом 40 діб з моменту ініціації. Характеристики спонтанних судом різнилися від незначних за виразністю міофасціальних здригань і оральних автоматизмів (20,0 %), міоклонічних скорочень м'язів передніх і задніх кінцівок з переважанням м'язової активності м'язів передніх кінцівок (5,7 %), до дрібноамплітудних міоклонічних скорочень м'язів передніх кінцівок (74,3 %). Виявлено пряму залежність збільшення кількості епізодів спонтанної судомної активності від тривалості та інтенсивності гострої стадії судомних реакцій в умовах моделі пілокарпін-індукованого епілептичного синдрому. Спонтанні судоми не розвивалися в разі припинення ЕС через 15 хв після його 3 початку. Доведено, що в разі індукції спонтанних судом пілокарпіном їх тривалість підлягає циклічному характеру з періодичністю в 5-8 діб. При щоденному підрахунку кількості спонтанних судом протягом 40 діб спостереження з моменту, коли в щурів відзначалися пілокарпін-індуковані спонтанні судоми, ми відзначали в середньому від 5 до 8 циклів спонтанних судом у піддослідних тварин. На підставі аналізу даних електроенцефалографічної (ЕЕГ) реєстрації у тварин зі спонтанними судомами вперше показано, що у 65,7 % щурів вентральний гіпокамп був першим утворенням мозку при ініціації спонтанних судом, в якому посилювалася електрографічна активність. У 22,9 % випадків гіпокамп і кора мозку синхронно починали генерувати надмірну електричну активність. У 11,4 % щурів ЕЕГ-судомна активність починалася з фронтальних відділів кори. Зареєстрований нами характер ЕЕГ змін при спонтанних судомах у щурів характеризувався чергуванням в ЕЕГ під час спонтанних судом епізодів зі спайковими потенціалами і епізодів з низкоамплитудною активністю. Маніфестація спонтанних судом виникала внаслідок вираженого (p<0,05) переважання амплітуди хвиль α- та δ-діапазонів в гіпокампі. Розвиток спонтанних судом, спричинив формування у щурів порушень поведінкових реакцій, що пов'язано зі змінами у гіпокампі та фронтальній корі, про це свідчить позитивний ефект застосування антиконвульсантів, точкою прикладення яких є гіпокамп. Кореляція поведінки та розвитку спонтанних судом обумовлена тим, що поведінка пов'язана з підкірковими структурами залученими в епілептичну систему, тому тонкі здвиги поведінки можуть служити прогностичними критеріями тяжкості і тривалості спонтанних судом. Патофізіологічні механізми порушень деяких типів поведінки і формування спонтанних судомних реакцій, є односпрямованими і схожими. Отримані результати щодо зміни поведінки протягом латентного періода після введення конвульсивної дози пілокарпіну є єдиною клінічною ознакою, яка передує розвитку спонтанних судом, оскільки подібні поведінкові зміни були відсутні у щурів, у яких не відзначали розвиток пілокарпін-викликаних відтермінованих спонтанних судом. Виявлені когнітивні порушення в умовах розвитку пілокарпін-викликаних спонтанних судом свідчать про адекватність використаної моделі відповідному клінічному стану, що дозволяє рекомендувати її використання при фундаментальних дослідженнях, присвячених з'ясуванню патофізіологічних механізмів розвитку спонтанної судомної активності і розробки методів її комплексної патогенетичної корекції.The results of the thesis are important to extend the existing conceptualization of the mechanisms of formation of delayed spontaneous seizures under the conditions of their pilocarpine induction. Upon administration of pilocarpine (380 mg/kg, i/peritoneum), a complex of behavioral and electrographic disorders specific to epileptic status characterized by high lethality, staging and development of delayed spontaneous seizures is developed in rats. On average, 70-90 minutes after administration of pilocarpine, acute seizures are observed in rats resulting in death of 16,0 % of animals. 20-25 days after administration of pilocarpine, spontaneous seizures with a duration of 40-48 days are developed in 70,0 % of animals, with their maximum representation 40 days after initiation. The characteristics of the spontaneous seizures varied from insignificant expressiveness of myofascial shudders and oral automatisms (20,0 %), myoclonic contractions of the muscles of the anterior and hind limbs, with a predominance of muscle activity of the anterior limbs muscles (5,7 %), to the small-amplitude myoclonic contractions of the muscles of the anterior limbs (74,3 %). The development of spontaneous seizures caused the formation of behavioral reaction disorders in rats that is associated with changes in the hippocampus and frontal cortex, as evidenced by the positive effect of anticonvulsants administration, which application point is hippocampus. The correlation between behavior and spontaneous seizures development is due to the fact that the behavior related to subcortical structures involved in the epileptic system, therefore, subtle behavioral changes may serve as prognostic criteria for severity and duration of spontaneous seizures. Pathophysiological mechanisms of disorders of certain behavior types and the formation of spontaneous seizure reactions are unidirectional and similar. The results received in the study concerning behaviorial changes during latent period after administration of the convulsive dose of pilocarpine are the only clinical signs preceding the development of spontaneous seizures, since such behavioral changes were not present in rats, in whom the development of pilocarpine-induced delayed spontaneous seizures.В работе изучается патофизиологические механизмы развития отсроченных спонтанных судорог в условиях пилокарпин-вызванной хронической модели эпилептической активности у крыс, а также оценке динамики изменения поведения животных для разработки прогностических критериев развития отсроченных спонтанных судорог. Была выявлена прямая зависимость частоты развития спонтанных судорог от длительности острых пилокарпинвызванных судорог. У большинства крыс вентральный гиппокамп является первой структурой мозга, в которой усиливается активность при инициации спонтанных судорог. Антиэпилептическое действие в отношении пилокарпин-вызванных 19 спонтанных судорог оказывают диазепам, фенобарбитал и вальпроевая кислота. Развитию спонтанных судорог предшествуют редукция двигательной активности и исследовательского поведения, усиление выраженности эмоционального поведения, а также когнитивные дисфункции. Полученные данные являются перспективными для разработки патогенетически обоснованных методов лечения хронических форм эпилепсии

Динамика формирования когнитиних дисфункций как одна из характеристик модели спонтанных судом в условиях пилокарпин-вызванной хронической эпилепсии

На моделі пілокарпін-спричинених відстрочених спонтанних судом було досліджено динаміку формування когнітивних дисфункцій в якості однієї з особливостей досліджуваної моделі хронічного судомного синдрому. Встановлено, що за умов пілокарпін-спричиненої хронічної епілепсії в щурів, у яких розвиваються відстрочені спонтанні судоми, формуються виражені когнітивні порушення, які були виявлені у вигляді погіршення формування умовного рефлекса, неможливості його збереження, а також його скорішого згасання. Розвиток відстрочених спонтанних судом не припиняє, а продовжує подальше формування когнитивних дисфункцій. Автори роблять висновок, що розвиток відстрочених спонтанних судом спричиняє формування когнітивних дисфункцій, що свідчить про адекватність застосованої моделі відповідному клінічному стану.Dynamics of cognitive dysfunctions was investigated using pilocarpine-induced model of chronic convulsive syndrome as one of its important peculiarities. Pronounced cognitive disorders were shown to be developed throughout the pilocarpine-induced chronic epilepsy model. It has been shown the cognitive dysfunctions characterized by worsening in conditioned reflex formation, inability to retain conditioned reflex and its rapid extinction occur. The occurrence of delayed spontaneous convulsions does not spot, but even continues the further formation of cognitive failures. Authors arrived to conclusion the development of delayed spontaneous convulsions contributes to the formation of cognitive failure that proves the adequacy of the model to the clinical condition.На модели пилокарпин-вызванных отсроченных спонтанных судом была исследована динамика формирования когнитивных дисфункций как одна из особенностей исследованной модели хронического судорожного синдрома. Показано, что в условиях пилокарпин-вызванной хронической эпилепсии у крыс, у которых развиваются отсроченные спонтанные судороги, формируются выраженные когнитивные нарушения, которые были отмечены в виде ухудшения формирования условного рефлекса, невозможности его сохранения, а также его более быстрое угасание. Развитие отсроченных спонтанных судорог не прекращает, а продолжает дальнейшее формирование когнитивных дисфункций. Авторы делают вывод о том, что развитие отсроченных спонтанных судорог способствует формированию когнитивных дисфункций, что свидетельствует об адекватности используемой модели соответствующему клиническому состоянию

Chronic seizure activity pathophysiological mechanisms in conditions of pilocaprine induced status epilepticus

Наведений огляд даних наукової літератури та аналіз власних експериментальних досліджень, які присвячені вивченню патофізіологічних механізмів розвитку спонтанних судом в умовах пілокарпін індукованого епілептичного статусу. Йдеться про те, що патофізіологічні механізми хронічної судомної активності при її індукції пілокарпіном нагадають такі при розвитку кіндлінг спричиненої хронічної епілептичної активності з одним із ключевих утворень в гіпокампі. Автори висловлюють проте, що подальше дослідження патофізіологічних механізмів пілокарпін індукованих спонтанних судом потребує системного підходу. Розробка системного підходу виявлятиме активацію ендогених захиснихмеханізмів мозку, які мають протисудомну активність.The review of literature data and original experimental investigation results are given dedicated to spontaneous seizures pathophysiological mechanisms investigation in conditions of pilocarpine induced status epilepticus. One could see that pilocarpine provoked seizure activity pathophysiological mechanisms are the same in case of kindling induced epileptiform activity with the hippocampus as the key structure. The forthcoming investigation of pilocarpine induced spontaneous seizure needs systemic approach that means endogenous brain defensive system activation

Изучение мощности электрической активности структур мозга в условиях пилокарпин-индуцированной спонтанной судорожной активности

В роботі наведені результати досліджень, присвячених з'ясуванню патофізіологічних механізмів спонтанної судомної активності, індукованої введенням пілокарпіну. З цією метою вивчали основні чинники, що визначають розвиток спонтанних судом, а також з'ясовували патогенетичну роль гіпокампу і фронтальної кори в умовах пілокарпін-викликаного хронічного епілептогенезу. Показано, що розвиток епілептичного статусу, а також його тривалість детермінують формування спонтанних пілокарпін-викликаних судомних реакцій. Визначено, що формуванню спонтанних судом передує гіперактивація нейронів гіпокампу, слід за чим посилюється електрична активність фронтальної кори мозку. Посилення електричної активності зазначених утворень мозку відбувається за рахунок α- та δ-діапазонів.The article deals with the results of the trials devoted to pilocarpine-induced spontaneous seizure activity pathophysiologic mechanisms investigation. With this aim the main factors determining spontaneous seizure onset were studied as well as hippocampus and frontal cortex pathogenetic role was investigated in conditions pilocarpine-induced chronic epileptogenesis. Status epilepticus development and its duration were shown to be the main factors determining pilocarpineinduced spontaneous seizures. Hippocampal hyperactivation was found to precede the spontaneous seizures formation that afterwards followed by the brain frontal cortex f the electrical activity strengthening. These brain structures electrical activity hyperactivation occurs due to α- and δ- rhythms.В работе приведены результаты исследований, посвященных выяснению патофизиологических механизмов спонтанной судорожной активности, индуцированной введением пилокарпина. С этой целью изучали основные факторы, определяющие развитие спонтанных судорог, а также выясняли патогенетическую роль гиппокампа и фронтальной коры в условиях пилокарпин-вызванного хронического эпилептогенеза. Показано, что развитие эпилептического статуса, а также его продолжительность детерминируют формирование спонтанных пилокарпин-вызванных судорожный реакций. Выяснено, что формированию спонтанных судорог предшествует гиперактивация нейронов гиппокампа, за которой потом следует усиление электрической активности фронтальной коры мозга. Усиление электрической активности отмеченных структур мозга происходит за счет α- и δ-диапазонов