Анотація до роботи:

Кузнєцов І.Е. Функціональна динаміка осмосенситивної нейронної системи преоптичного/переднього гіпоталамуса. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.13 — фізіологія людини і тварин.

Дисертація присвячена виявленню закономірностей структурних і функціональних перебудов нейронної мережі преоптичного/переднього гіпоталамуса (ПО/ПГ), що причетна до підтримки водно-електролітного балансу за умов фізіологічних зрушень Na⁺/осмотичного гомеостазу. Досліджено реакції нейронів ПО/ПГ, які були ідентифіковані за функціональною ознакою (осмосенситивні), на набір адекватних тест-впливів як осмотичних, так і неосмотичних (температурних, пресорних, глюкозних) і кортико-фугальних (стимуляція префронтальної, цингулярної, периамігдалярної областей кори і гіпокампа). Реакції реєстрували у контролі й за умов різноспрямованих функціональних навантажень на Na⁺/осморегулюючу систему. Для створення функціональних навантажень була використана оригінальна модель індукції тривалих зрушень у системі підтримки Nа⁺/осмотичного гомеостазу. Визначено ступінь адекватності такої моделі і часові рамки її застосування. Диференційний морфометричний аналіз клітинних елементів ПО/ПГ дозволив визначити, що стани експериментальної гіпер- і гіпонатріємії призводять до специфічних змін гістологічних характеристик нейронів ПО/ПГ. Описано часову структуру фонової активності (ФА) осмосенситивних нейронів ПО/ПГ; показано, що зрушення Nа⁺/осмотичного гомеостазу призводять до специфічних перетворень спектру середніх частот ФА — трансформації їх неперервного спектру в обмежений набір фіксованих характеристичних частот. Як найбільш загальні показники, що характеризують функціональну динаміку (ФД) нейронної мережі ПО/ПГ, враховувалися два інтегральних індекси: загальна реактивність і індекс гальмування (відношення кількості нейронів з первинно гальмівними й активаційними реакціями). На підставі цих критеріїв були виділені два основних типи ФД — активуючий й обмежувальний. Виявилося, що обмежувальний тип ФД за умов різноспрямованих зрушень водно-сольового балансу явно превалює. Проаналізовано можливі механізми розвитку зазначених типів ФД, виділені ключові ланки нейронної мережі ПО/ПГ і позначені можливі базові процеси, що лежать в основі модифікації нейронних реакцій при зміні умов функціонування даної мережі. Спеціальна увага приділена модифікаціям вихідної активності нейронної мережі ПО/ПГ. Основні результати цього дослідження викладені у ряді доповідей на наукових з’їздах і конференціях та публікаціях.

1. Значна частина нейронів преоптичного/переднього гіпоталамуса (ПО/ПГ) є осмосенситивними одиницями, які інтенсивно реагують на гіпер- і гіпоосмотичні зрушення в басейні a. carotis. Певна частина цих нейронів реагує також на неосмотичні вісцеральні стимули (термічні, глюкозні і пресорні) і низхідні впливи від кортикальних структур лімбічної системи. Це дає підстави розглядати нейронну мережу ПО/ПГ як інтегративну інтернейронну ланку гіпоталамічної системи підтримки Na⁺/осмотичного гомеостазу.

2. Різні види адекватних осмотичних і неосмотичних стимулів викликають у осмосенситивних нейронів ПО/ПГ імпульсні реакції чотирьох типів: монофазні — активаційні і гальмівні, і двофазні — активаційно-гальмівні та гальмово-активаційні. Кількісні зміни співвідношення нейронів з тими чи іншими типами реакцій на досить широкий набір стандартизованих тест-впливів можуть служити характеристикою стану досліджуваної нейронної мережі в даних функціональних умовах. В умовах контролю гіперосмотична стимуляція в основному збуджує, а гіпоосмотична — гальмує осмосенситивні нейрони ПО/ПГ.

3. Різноспрямовані функціональні навантаження на систему підтримки водно-сольового гомеостазу (фармакоіндуковані стани експериментальної гіпер- чи гіпонатріємії, що не виходять за фізіологічні межі) приводять до тимчасових змін властивостей елементів нейронної мережі ПО/ПГ — функціональної динаміки даної мережі. Це проявляється в модифікаціях загальної реактивності (частки реагуючих нейронів) і співвідношень кількості нейронів з реакціями різних типів на кожний з тест-впливів; очевидною причиною цих модифікацій є зміна ефективності збуджуючих і гальмівних синаптичних впливів всередині мережі.

4. Дослідження забарвлених за Нісслем гістологічних препаратів ПО/ПГ показує, що стани експериментальної гіпер- і гіпонатріємії супроводжуються збільшенням кількості “світлих” нейронів і клітин з полярно диференційованим забарвленням цитоплазми. Стан гіпернатріємії призводить до збільшення нейроно-гліальних відношень в дорсолатеральних ділянках ПО/ПГ, тоді як гіпонатріємії — до зменшення цього індексу у всіх суб’ядрах даної структури. Як гіпер-, так і гіпонатріємія призводять до помітного збільшення лінійних розмірів нейронів ПО/ПГ (приріст до 11%), причому в першому випадку — у всіх зонах, а в другому — лише в латеральних ділянках досліджуваної структури.

5. Осмосенситивні нейрони ПО/ПГ за умов контролю генерують фонову активність із середньою частотою від 0,1 до 25,1 с^-1 і різною часовою організацією імпульсних послідовностей. В умовах як гіпер-, так і гіпонатріємії границі загального діапазону середніх частот фонової активності істотно не змінюються, але виявляється тенденція до трансформації їх неперервного спектру в обмежений набір фіксованих характеристичних частот (феномен селектування частот).

6. В умовах гіпернатріємії загальна реактивність осмосенситивних нейронів ПО/ПГ як на гіпер-, так і на гіпоосмотичну стимуляцію дещо знижується. Індекс гальмування (відношення кількості нейронів з первинно гальмівними й активаційними реакціями) у першому випадку істотно зростає (гальмівні реакції стають переважаючими), а в другому міняється слабко. В умовах гіпонатріємії також відбувається помітне зниження загальної реактивності; індекс гальмування різко зростає при гіперосмотичній і знижується при гіпоосмотичній стимуляції. Слід гадати, що вихідна активність нейронної мережі ПО/ПГ, яка викликається гіперосмотичною стимуляцією, помітно обмежується за умов гіпернатріємії і практично блокується при гіпонатріємії. Активність, яка викликається гіпоосмотичною стимуляцією, мало змінюється в першому і, можливо, посилюється в другому випадку.

7. Функціональна динаміка нейронної мережі ПО/ПГ стосовно неосмотичних стимулів (пресорних, глюкозних і термічних), яка спостерігається за умов гіпер- і гіпонатріємії, також у більшості випадків носить обмежувальний характер. Однак у відношенні деяких видів неосмотичних стимулів (локальне охолодження шкіри при гіпернатріємії, охолодження і нагрівання шкіри та глюкозна стимуляція при гіпонатріємії) спостерігається активуючий тип функціональної динаміки (збільшення загальної реактивності нейронів ПО/ПГ).

8. Загальна реактивність осмосенситивних нейронів ПО/ПГ стосовно електричної стимуляції еволюційно гетерогенних кортикальних структур лімбічної системи (префронтальної, цингулярної і периамігдалярної областей кори і гіпокампа) знижується за умов і гіпер- і гіпонатріємії, а значення індексів гальмування, як правило, зростають. Це може розглядатися як виразна тенденція до функціональної ізоляції нейронної мережі ПО/ПГ від низхідних кортикальних впливів і блокуванню її вихідної активності при зрушеннях Na⁺/осмотичного гомеостазу незалежно від напрямку цих зрушень.

9. Найбільш загальним принципом функціональної динаміки інтернейронної мережі ПО/ПГ за умов сталої як гіпер-, так і гіпонатріємії є стабілізація функціонального стану даної мережі на деякому новому рівні незалежно від спрямованості гомеостатичних зрушень і, відповідно, нових умов обробки аферентної інформації, яка надходить. Очевидно, що фізіологічне значення подібних перетворень може бути пов’язане зі стабілізацією рівня активності елементів як локальної мережі (ПО/ПГ), так і у цілому розподіленої церебральної системи, яка контролює водно-електролітний баланс.

Публікації автора:

1. Казаков В.Н., Кравцов П.Я., Кузнецов И.Э. Реакция нейронов преоптической области на повышение системного артериального давления у кошек // Нейрофизиология.—1994. —Т. 26, N2.— С. 132-144.

2. Kazakov V.N., Kuznetsov I.E. Convergent properties of the viscerosensitive neurons in the preoptic area / Abstract, First FEPS Congress / Europ. J. Physiol.—1995,—Vol. 430, N 4.—P. R16/31.

3. Kravtsov P.Ya., Tereschenko A.V., Andreeva V.F., Kuznetsov I.E. Morphological and electrophysiological analysis of corticofugal influences on preoptic neurons / Abstract, First FEPS Congress / Europ. J. Physiol.—1995.—Vol. 430, N 4.—P. R16/32.

4. Натрус Л.В., Кравцов П.Я., Кузнецов И.Э. Кортикофугальные влияния на нейроны различных отделов гипоталамуса // Нейрофизиология.—1997.—Т.29, N3.—С. 167-174.

5. Kazakov V.N., Kuznetsov I.E., Andreeva V.F., Prokofieva N.V. Comparison of preoptic neuron responses to thermal and non-thermal visceral stimulations / Abstract, XXXIII Internat. Congr. Physiol. Sci. — St.Petersburg, 1997.— P070.03.

6. Kuznetsov I.E., Kazakov V.N. Results of morphological and electrophysiological analysis of projections from the evolutionary distinct cortical areas to preoptic neurons / Abstract, XXXIII Internat. Congr. Physiol. Sci. — St.Petersburg, 1997.— P080.02.

7. Кузнецов И. Э. Роль ростральных отделов гипоталамуса в терморегуляции и контроле пищевого поведения // Арх. клинич. эксперим. медицины. — 1998. — Т.7, №1. — С. 106-117.

8. Кузнецов И.Э. Ритмическое последействие в импульсной активности термосенситивных нейронов преоптического отдела, индуцированная осмотической стимуляцией // Нейрофизиология.—1998.—Т.30, N6.— С. 460-465.

9. Казаков В.Н., Кузнецов И.Э. Роль преоптического отдела диэнцефалона в координации терморегуляторных и пищевых реакций // Нейрофизиология. —1998.—Т.30, N6.—С. 419-424.

10. Гайдарова Е.В., Кузнецов И.Э., Натрус Л.В., Терещенко А.В., Левтеров А.В. Морфофункциональные изменения нейронов аденогипофизотропной зоны гипоталамуса при действии низкой температуры окружающей среды // Арх. клинич. эксперим. медицины.— 1999.— Т.8, N1. Прил.— С. 69-77.

11. Кузнецов І.Е., Натрус Л.В. Характеристика фонової активності нейронів рострального гіпоталамуса та аналіз її зміни під впливом подразнень філогенетично гетерогенних відділів кори головного мозку// Фізіологічний журнал.— 1999.— Т.45, N5.— С. 23-30.

12. Казаков В.Н., Гайдарова Е.В., Кузнецов И.Э., Натрус Л.В. Морфо-функциональные изменения нейронов преоптической области и медиобазального гипоталамуса при гипертермии// Арх. клинич. эксперим. медицины.—1999.—Т.8, N2.— С. 143-148.

13. Kuznetsov I.E., Kazakov V.N. Osmotic stimulation exerted rhythmical aftereffect in discharge activity of thermosensitive neurons in the preoptic region / Abstract, Second FEPS Congress / Physiol. Res.—1999,—V. 48, Suppl. 1.—P. LA 1.

14. Kazakov V.N., Kuznetsov I.E. Thermal and glucose convergent afferent inputs to the preoptic area neurons / Abstract, Second FEPS Congress / Physiol. Res.—1999,—V. 48, Suppl. 1.—P. LA 2.

15. Казаков В.Н., Кузнецов И.Э. Влияние оксида азота на фоновую импульсную активность нейронов рострального гипоталамуса и их реакции на стимуляцию некоторых зон церебральной коры // Биол. вестник. — 1999. — Т3, №1-2. — С. 17-21.

16. Кузнецов И.Э. Осмотический статус организма и нейрофизиологические механизмы его стабилизации // Арх. клинич. эксперим. медицины.—1999.—Т.8, N2. Прил.— С. 72-79.

17. Кузнецов И.Э. Paticipation of the preoptic|anterior hypothalamic neurons in integrated control of thermal and osmotic homeostasis // Збірник наукових праць Луганського аграрного університету.—2000.— N 6(18).—С. 103-108.

18. Кузнецов І.Е., Гайдарова О.В., Натрус Л.В., Терещенко О.В. Модулюючий вплив оксиду азоту на реакції нейронів переднього відділу гіпоталамусу, що викликаються стимуляцією еволюційно гетереогенних зон кори// Нейрофизиология.— 1999.—Т. 31, № 5.—С. 422-425.

19. Кузнецов И.Э., Натрус Л.В., Гайдарова Е.В. Адекватность применения серийной стимуляции для изучения кортико-гипоталамических связей // Експерим. клінич. фізіологія і біохімія. — 1999. —№ 3(7). — С.43-48.

20. Казаков В.Н., Кузнецов И.Э. Сравнительная характеристика кортикальных влияний на прессосенситивные нейроны переднего гипоталамуса// Арх. клинич. эксперим. медицины.—2000.—Т.9, N1.— С. 9-13.

21. Казаков В.Н., Кузнецов И.Э., Герасимов И.Г. Анализ стационарности фоновой активности нейронов рострального гипоталамуса с применением кумулятивной частоты // Эксперим. клинич. медицина —2000. — № 1. — С. 42-44.

22. Кузнецов И.Э. Гипоталамический уровень взаимодействия систем температурной и глюкозной регуляции // Вестник Днепропетровского университета. — 2000. — Выпуск 8, том. 1. — С. 59-61.

23. Кузнецов И.Э. Медуллярные и супрамедуллярные механизмы регуляции кардиоваскулярной системы// Арх. клинич. эксперим. медицины.—2000.—Т.9, N2.— С.297-303.

24. Кузнецов І.Е., Кравцов П.Я., Натрус Л.В., Гайдарова О.В., Терещенко О.В. Вплив філогенетично гетерогенних зон кори великих півкуль на нейрони рострального гіпоталамусу// Вісник Запорізького державного університету. —2000. — N 2. — С. 207-210.

25. Казаков В.Н., Кузнецов И.Э., Транковский А.М., Зяблицев С.В., Гайдарова Е.В. Оценка адекватности экспериментальной модели создания обратимых изменений и функциональной активности нейронных сетей, причастных к регуляции водно-солевого гомеостаза // Арх. клинич. эксперим. медицины.—2000.—Т.9, N3.— С. 365-371.

26. Kuznetsov I.E., Kazakov V.N. Integration of thermal and osmotic afferent signals in the preoptic/anterior hypothalamic neurons// Neuroscience.—2000.—Vol. 99, N2.—P. 363-371.

27. Kuznetsov I.E., Kazakov V.N. Osmotically-induced phasic firing in thermosensitive neurons of the preoptic/anterior hypothalamus. In: Basic and Applied Thermophysiology. Ed. V.N. Gourin. Minsk: Polibig, 2000.—P. 62-68.

28. Казаков В.М. Кузнецов І.Е. Морфологічне і електрофізіологічне дослідження кортико-преоптичних проєкцій // Вісник морфології. —2000. —Т6, № 1. — С. 9-11.

29. Казаков В.Н., Кузнецов И.Э., Кравцов П.Я., Терещенко А.В. Функционально обусловленные изменения осмотической чувствительности нейронов переднего гипоталамуса // Арх. клинич. эксперим. медицины. —2001. —Т10, № 1. —С. 3-12.

30. S.N. Sherbakov, V.F. Andreeva, P.Ya. Kravtsov, A.V. Tereshchenko, E.V. Gaidarova, L.V. Natrus, I.E. Kuznetsov. Nitric oxide action on firing activity of preoptic neurons and their responses to stimulation of some areas of the cerebral cortex // Експерим. клін. фізіол. біохім. — 2001. — № 2 (14). — С. 26-32.

31. Кузнецов И.Э., Казаков В.Н. Изменение конвергентных свойств осмосенситивных нейронов преоптичекого/переднего гипоталамуса при хронических сдвигах электролитного баланса организма // Арх. клинич. эксперим. медицины.—2001.—Т.10, N4.— С. 429-449.

32. Казаков В.Н., Кузнецов И.Э., Герасимов И.Г., Игнатов Д.И. Информационный подход к анализу низкочастотной импульсной активности нейронов рострального гипоталамуса // Нейрофизиология. —2001. —Т33, № 4. — С. 272-278.

33. Кузнецов И.Э., Казаков В.Н. Функциональная динамика центральной системы регуляции Na⁺/осмотического гомеостаза // Нейрофизиология. —2001. — Т.33, № 6. — С. 447-468.