Статья: Моделирование хронической эпилепсии на животных с помощью химических методов

Моделирование хронической эпилепсии на животных с помощью химических методов

Егорова Е.В., Дмитренко Д.В.

Усольцева А.А., Иптышев А.М.

Шнайдер Н.А., Насырова Р.Ф.

Красноярский государственный медицинский университет (КрасГМУ) им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого, Национальный медицинский исследовательский центр (НМИЦ) психиатрии и неврологии им. В.М. Бехтерева

РЕЗЮМЕ

По данным Всемирной организации здравоохранения, распространенность эпилепсии в мире высока: заболеваемость населения составляет около 0,5-1%. В 20-40% случаях из них, по данным различных источников, не удается достигнуть контроля над приступами стандартными способами лечения, что значительно ухудшает качество жизни пациента, повышает экономические затраты, ставит перед врачом сложную задачу в виде необходимости подбора оптимального лечения для снижения частоты приступов. Это объясняет актуальность создания новых и модификации классических противоэпилептических препаратов (ПЭП), а также поиска оптимальных и безопасных путей введения и доставки лекарственных средств. Для изучения механизмов действия ПЭП на различные пути эпилептогенеза используется моделирование судорожных припадков и хронической эпилепсии на животных, для этого применяются механические, физические, химические и генетические модели эпилепсии. В представленном обзоре обсуждаются химические модели хронической эпилепсии, которые сегодня наиболее часто используются в экспериментальной неврологии; приведены характеристики моделей, указаны их преимущества и недостатки; раскрыта специфика исследования, где модели могут быть использованы; рассмотрены шкалы оценки эпилептических приступов у животных.

Ключевые слова: эпилепсия, припадок, моделирование эпилепсии на мышах, химическая модель, пентилентетразол, пилокарпин, литий, каинат.

эпилепсия лекарственный эпилептогенез

ABSTRACT

According to the World Health Organization, the prevalence of epilepsy in the world is high, at about 0. 5-1% of the world's population. In 20-40% of cases, according to various sources, it is not possible with standard treatment methods to achieve control over attacks, which significantly impairs the patient's quality of life, increases economic costs, and poses a difficult task for the doctor to select the optimal treatment to reduce the frequency of attacks. This explains the urgency of creating new and modifying classical antiepileptic drugs (AEDs), as well as finding optimal and safe ways of administering and delivering the drugs. To study the mechanisms of AEDs' effect on various pathways of epileptogenesis, simulation of convulsive seizures and chronic epilepsy in animals is used; for this purpose, mechanical, physical, chemical, and genetic models of epilepsy are used. The present review discusses chemical models of chronic epilepsy, which are most often used in experimental neuroscience today. It also describes the characteristics, advantages and disadvantages of each of them, the specificity of the study where they can be used and the assessment scales for epileptic seizures in animals.

Key words: epilepsy, seizure, mouse epilepsy modeling, chemical model, pentylenetetrazol, pilocarpine, lithium, kainite.

ВВЕДЕНИЕ

Согласно определению Международной лиги по борьбе с эпилепсией (International League Against Epilepsy, ILAE), эпилепсия - это заболевание головного мозга, отвечающее следующим критериям: 1) не менее двух неспровоцированных (или рефлекторных) эпилептических приступов с интервалом более 24 ч; 2) один неспровоцированный (или рефлекторный) приступ и вероят-ность повторения приступов, близкая к общему риску рецидива (60%) после двух спонтанных приступов, в последующие 10 лет; 3) установленный диагноз эпилептического синдрома [1]. Базовой терапией для достижения контроля над эпилептическими приступами являются противо- эпилептические препараты (ПЭП), число которых увеличивается по мере накопления знаний об эпилептогенезе и развития клинической фармакологии [2-4]. Оценку эффективности новых ПЭП на стадии доклинических исследований классически осуществляют на животных моде-лях эпилепсии и спровоцированных различными методами судорожных припадков. С этой целью используются различные методики: механиче-ские (травматизация структур центральной нервной системы, болевое воздействие); физические (звуковые и световые раздражения, гипертермия, воздействие электричеством); аппликации металлов (нанесение на поверхность коры головного или интрацеребральное введение соединений металлов: гидроксида алюминия, сульфата цинка, хлорида кобальта); химические методы; а также генетические модели эпилепсии [4, 5].

Высокую популярность в фундаментальной эпилептологии имеют киндлинг-модели эпилепсии (химические и электрические), когда раздражающий фактор воздействует на корковые нейроны лабораторного животного многократно в подпороговой дозировке, после чего его головной мозг способен генерировать патологическую синхронизацию в виде эпилептических разрядов без введения агента. При этом формируется устойчивое патологическое состояние стабильно повышенной судорожной готовности, сохраняющееся длительное время после отмены эпилептогенного стимула. В результате такого воздействия через определенное время эпилептические приступы на-чинают развиваться сами по себе без воздействия провоцирующего фактора, который изначально запустил патологический процесс киндлинга. Такие животные модели позволяют изучать процессы, протекающие при хронической эпилепсии.

Наиболее экономичными и менее трудоемкими являются химические модели эпилепсии, позволяющие стандартизировать опыты, рассчитывая дозы вводимых фармакологических препаратов (табл. 1) [6-8].

Таблица 1. Препаратыдляхимическихмоделейэпилепсии

КОРАЗОЛОВАЯ МОДЕЛЬ

Вещество коразолового ряда пентилентетразол (ПТЗ) - известный конвульсант, применяемый при животной модели эпилепсии, который моделирует как хроническую эпилепсию методом киндлинга, так и острые эпилептические приступы [9]. ПТЗ быстро проходит сквозь гематоэнцефалический барьер и вызывает судороги у различных лабораторных животных (мышей, крыс, кошек и приматов) при парентеральном введении. Механизм действия ПТЗ изучен недостаточно, но известно, что он приводит к изменениям в ГАМК-ергиче- ской и глутамат-ергической системах, а также в системе антиоксидантной защиты. ПТЗ действует через пикротоксиновый сайт ГАМКА-рецептор- ного комплекса, подавляя работу ГАМК-рецепто- ров и вызывая закрытие каналов для ионов хлора, что приводит к снижению гиперполяризации кор-ковых нейронов и повышению их возбудимости. Предположительно, пикротоксин и другие схожие с ним лиганды, в том числе ПТЗ, связываются через канальную пору, образованную вторым трансмембранным доменом рецептора.

По механизму действия коразол отличается от пикротоксина и бикукуллина, которые также являются антагонистами ГАМК. Коразол способен взаимодействовать с двумя подклассами бен- зодиазепиновых рецепторов: бензодиазепиновые рецепторы 1-го типа участвуют в противосудорожном и анксиолитическом действии бензодиа- зепинов; бензодиазепиновые рецепторы 2-го типа индуцируют седативное действие и атаксию в ответ на применение бензодиазепинов. Вероятно, проконвульсантный эффект коразола связан с его конкурентным взаимодействием с бензоди- азепиновыми рецепторами 1-го типа. Развитие судорожной активности сопровождается повышением внутриклеточной концентрации ионов кальция. Помимо клонического компонента при- коразоловых судорогах наблюдается и тетаниче- ский компонент, связанный с действием препарата на нейроны спинного мозга.

При ПТЗ-киндлинге происходит уменьшение чувствительности ГАМКА-рецепторов и увеличение содержания самой ГАМК в центральной нервной системе, что приводит к снижению эффективности торможения. ПТЗ вызывает не только нарушение ГАМК-ергической системы, но и изменение плотности и чувствительности некоторых подтипов глутаматных рецепторов, а также увеличение содержания самого глутамата в гиппокампе [10]. Применение ПТЗ вызывает атрофию гиппокампа у крыс, после введения которого наблюдается селективная гибель нейронов и астроцитов в гиппокампе [11]. Большие дозы ПТЗ вызывают эпилептический статус, после которого в синапсах пирамидных клеток зоны СА1 гиппокампа индукция долговременной потенци- ации снижена по сравнению с контролем, тогда как кратковременная синаптическая активность увеличена [12]. Ослабление долговременной по- тенциации обусловлено изменениями экспрессии NMDA рецепторов и (или) изменениями их субъединичного состава [13]. Как было показано методом полимеразной цепной реакции в реальном времени, через 3 ч после индукции судорог происходит существенное усиление экспрессии генов субъединиц GluNl и GluN2A, что говорит об увеличении общего числа NMDA-рецепторов в гиппокампе. Через 24 ч наблюдается увеличение экспрессии мРНК GluN2B субъединицы, что является одной из причин уменьшения величины долговременной потенциации в синапсах гиппокампа после эпилептического статуса, вызванного ПТЗ [12].

При моделировании эпилепсии на животных ПТЗ используется в различных (субконвульсивных и конвульсивных) дозах, а тип и тяжесть индуцируемых эпилептических приступов зависят от дозы и пути введения ПТЗ (табл. 2) [14-16].

Таблица 2. Дозы пентилентетразола для моделирования различных типов эпилептических приступов

Формирование модели хронической эпилепсии методом киндлинга происходит за счет введения субконвульсивных доз ПТЗ 24-35 мг/кг интра- перитонеально через сутки или 1 раз в 2-3 дня. Этот метод прост и широко применяется в иссле-дованиях патофизиологии эпилепсии и для доклинического скрининга противоэпилептических препаратов [17].

ПИЛОКАРПИНОВАЯ МОДЕЛЬ

Пилокарпиновая модель считается наиболее подходящей для моделирования височной эпи-лепсии. Пилокарпин - агонист мускариновых рецепторов, который используется для индуцирования эпилептического статуса за счет особенностей его влияния на центральную нервную систему, таких как гибель нейронов, реактивный глиоз и ремоделирование синапсов. Литий в комбинации с пилокарпином потенцирует эпилептогенное действие пилокарпина и позволяет уменьшить дозы пилокарпина, необходимого для провокации эпилептического статуса. Поведенческие изменения, вызванные пилокарпином и литий-пилокарпином, у мышей сходные [18]. Поэтому наиболее востребованной в настоящее время является ли- тий-пилокарпиновая модель (ЛПМ), при которой эпилептический статус достигается интраперитоне- альным введением высоких доз пилокарпина (около 300 мг/кг). Предварительное ведение хлорида лития за 24 ч до применения пилокарпина потенцирует эпилептогенные свойства пилокарпина и позволяет снизить его дозировку в 10 раз.

Литий обладает нейропротективными свойствами, при этом не снижает глиальную активацию во время эпилептического приступа, вы-зываемую пилокарпином, и дает более низкую летальность животных. Это может использоваться как для моделирования эпилептического статуса, чтобы снизить долю гибели нейронов, так и для моделирования модели хронической эпилепсии на животных.

Преимущества ЛПМ эпилепсии: 1) более низкая летальность животных; 2) возможность моде-лирования повторяющихся эпилептических статусов в большем количестве раз; 3) возможность достоверной оценки эффективности фармакологических препаратов ввиду более сохранных структур головного мозга [19].

ЛПМ отличается отсутствием выраженных периферических холиномиметических эффектов пилокарпина, однако летальность лабораторных животных при применении данной модели эпи-лепсии превышает 50%. Кроме того, предварительное введение лития с последующим введением нескольких низких доз пилокарпина эффективно воспроизводит эпилептический статус и хроническую эпилепсию у крыс со значимо меньшим уров-нем летальности, чем при использовании высокой дозы пилокарпина. Причины меньшей летальности животных при использовании такой методики неясны. Вероятно, повторное введение низких доз пилокарпина через определенные интервалы времени отражает «индивидуальное дозирование» в аспекте внутривидовых различий чувствительности головного мозга лабораторных животных к пилокарпину, что невозможно при однократном введении высокой дозы пилокарпина [20].