Способ физиологического улучшения памяти у здоровых крыс

(51) 61 5/16 (2006.01) 61 25/28 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ медианой - 124 с (с интерквартильным 25-75 размахом от 97,2 до 149,5 с) и 52 с (аналогичным размахом от 25,0 до 63,2 с), соответственно, то этот показатель, указывающий на состояние тревожности и страха, полностью отсутствовал у адаптированных крыс. Во 2-опытном сеансе у последних особей повышалось количество пересеченных наружных квадратов на 51,7, что свидельствует о повышении горизонтальной двигательно-исследовательской активности у адаптированных к гипоксии крыс. У них во 2-ом опыте также существенно повышалось,по сравнению с контролем, время нахождения в центре поля на 75. Эти данные в сопоставлении с изменениями вышеуказанных показателей указывают о высокой скорости привыкания, т.е. адаптации к новой обстановке. У адаптированных к гипоксии животных отмечалось существенное увеличение акта груминга как в 1-ом, так и во 2-ом опытных сеансах соответственно на 67,8 и 53,6. Такое удлинение продолжительности груминга в сопоставлении с приведенными поведенческими реакциями следует рассматривать как состояние спокойствия и комфорта. Промышленное применение. Периодическая адаптация к нормобарической гипоксии для улучшения памяти может быть использована в санаториях,поликлиниках,ведомственных профилакториях и других лечебных учреждениях. Выводы. 1. Прерывистая адаптация к нормобарической гипоксии значительно улучшает психоэмоциональное состояние интактных животных, устраняет чувство тревоги и страха в открытом поле,повышает двигательноисследовательскую активность. 2. Адаптация к нормобарической гипоксии существенно активизирует способности здоровых животных к обучению и запоминанию вновь приобретенных навыков в сложных условных реакциях активного избегания.(72) Аканов Айкан АкановичНурмухамбетов Адильман НурмухамбетовичТухватшин Рустам РомановичБалабекова Марина КазыбаевнаРыспекова Наталья Николаевна Жукешева Майя КанатовнаАскарова Ажар Ерлановна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный медицинский университет им. С.Д. Асфендиярова Министерства здравоохранения Республики Казахстан(54) СПОСОБ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО УЛУЧШЕНИЯ ПАМЯТИ У ЗДОРОВЫХ КРЫС(57) Область применения. Изобретение относится к биологии и медицине, а именно к неврологии,психологии и психофизиологии, физиологии высшей нервной деятельности, предназначено для улучшения обучения и запоминания вновь приобретенных навыков у млекопитающих. Способ включает адаптацию организма к прерывистой нормобарической гипоксии. Такой способ физиологического улучшения процессов обучения и памяти существенно улучшит качество жизни и социальную адаптацию современного человека. Задача изобретения - разработка способа эффективной,безопасной и экономически доступной физиологической стимуляции функций ЦНС и процессов обучения и памяти у крыс. Технический результат исследования В тесте открытое поле у опытных животных,подверженных адаптации к нормобарической гипоксии,не обнаруживались признаки беспокойства и тревожности. Так, если у контрольных особей как в первом, так и во втором опытных (через 7 сут после первого опыта) сеансах выявлено время замирания крыс на месте, с Изобретение относится к биологии и медицине, а именно к неврологии,психологии и психофизиологии, физиологии высшей нервной деятельности, предназначено для улучшения обучения и запоминания вновь приобретенных навыков у млекопитающих. Способ включает адаптацию организма к прерывистой нормобарической гипоксии. Такой способ физиологического улучшения процессов обучения и памяти существенно улучшит качество жизни и социальную адаптацию современного человека. Между тем известно, что начиная с 45-50 лет у человека память начинает ухудшаться. Однако у лиц,вынужденных запоминать множество современной обильной информации, такой спад памяти может наблюдаться и в 30-35 летнем возрасте. Также известно, что некоторые дети школьного возраста испытывают определенные затруднения в процессах обучения и слабо запоминают учебный материал. В этих случаях,плохо диагносцирумое снижение когнитивной функции может оставаться вне внимания родителей и без своевременной профессиональной помощи и явиться в последующем причиной возможных социальных проблем. Известны способы улучшения познавательных функций, включающие введение ноотропных препаратов,активаторов метаболизма,сосудорасширяющих средств, холинергических средств, биогенных аминов и нейропептидов. Сосудорасширяющие средства и метаболические препараты могут быть использованы при явных цереброваскулярных патологиях. Большинство фармакологических средств имеют серьезные противопоказания и побочные эффекты, например,гепатотоксичность Помыткин И.А.,Вертелецкий П.В. СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ КОГНИТИВНОЙ ФУНКЦИИ. Патент РФ 2228174,2006. Ноотропные препараты, оказывающие положительное влияние на метаболические процессы мозга, также обладают побочными нежелательными эффектами и имеют противопоказания. Так, возможны побочные действия пирацетама в виде повышенной раздражительности,неуравновешенности,нарушения сна, боль в животе, тошнота рвота,гипорексия, головная боль, головокружение, тремор,судороги. Аминалон оказывает побочные действия,вызывая бессонницу, тошноту, рвоту, диспепсию,нестабильность артериального давления и т.д. Другие ноотропные препараты также обладают аналогичными действиями и возможна к ним индивидуальная сверхчувствительность организма. Поэтому назначение этих препаратов практически здоровым лицам нецелесообразно. Известен способ коррекции когнитивных дисфункций крыс, таких как процессы обучения и памяти путем введения пептида-6 Костанян И.А. и др. Пептид -6 уменьшает когнитивные дисфункции и поражение мозга,вызванные хронической ишемизацией головного мозга крыс // Доклады Академии наук. 2009. том.428. 4. с. 565-569. 2 Недостаток приведенного способа - влияние гексапептида,являющегося биологическим активным фрагментом фактора дифференцировки лейкоцитов и обладающим ноотропным, нейропротекторным действием, на организм все еще недостаточно исследовано, т.к. он влияет на биосинтез и метаболизм стероидных гормонов. Отсюда возможны отдаленные серьезные побочные последствия в результате нарушений механизмов саморегуляции эндокринных желез по типу обратной связи. Его нейропротекторный эффект может проявиться лишь при парентеральном введении, тогда как при пероральном введении пептид может расщепляться пищеварительными ферментами кишечного сока. Известен способ улучшения когнитивных функций крыс и других млекопитающихся путем введения янтарнокислого бис (2-гидроксиэтил)-триметиламиния Патент РФ 2281766, 2006, МПК А 61 31/205, А 61 Р 25/28. Показано улучшение когнитивных дисфункций под влиянием указанного антигипоксанта при хронической ишемии мозга, экспериментальной модели болезни Альцгеймера у крыс и у практически здоровых людей. К недостаткам указанного способа относятся- благоприятное влияние стимуляторов синтеза АТФ в митохондриях само по себе не вызывает сомнения, однако эффект антигипоксанта может оказаться кратковременным на период действия препарата. Поэтому курсовое введение янтарнокислого бис- ввиду чрезмерной активации аэробных процессов в организме возникает опасность изменения кислотно-щелочного состояния биологических жидкостей и клеток, что может изменить течение метаболических и регуляторных процессов организма- близкий аналог исследованного препарата 3 окси-6-метил-2-этил-пиридина сукцинат,обладающий корригирующим эффектом мнестической дисфункции,имеет противопоказания, такие как индивидуальная гиперчувствительность, заболевания печени и почек. Также возможны появление у пациентов побочных явлений в виде тошноты, сухости ротовой полости, сонливости, аллергических реакций и т.д. Известен способ коррекции когнитивных дисфункций соединениями,модулирующими активность фермента бета-секретазы Патент СА 2788363, 2011, МПК А 61 В 31/205. В данном изобретении рассматривается способ лечения поражений ЦНС,характеризующимися когнитивными расстройствами, такими как болезнь Альцгеймера, шизофрения и другие болезни,связанные с образованием в мозге амилоидных бляшек и других аномальных белков. Недостатком способа является то, что они могут быть полезными при лечении уже развившегося заболевания, тогда как для улучшения процессов памяти у здоровых субъектов эти препараты неприемлемы и возможны побочные эффекты. Известен способ улучшения познавательных функций с помощью комбинации ингибиторов белка 2 А синаптических везикул (2) и ацетилхолинэстеразыу пациентов с возрастными нарушениями когнитивной деятельности головного мозга Патент СА 2789014, 2011, МПК А 61 В 31/205. В работе по этому вопросу приведены различные дозировки и комбинации исследованных препаратов или их фармацевтических солей, гидратов, сольватов или полиморфов, рекомендованных в международных патентных заявках. Недостатком указанного способа является сложность подбора терапевтических дозировок,дороговизна предлагаемых препаратов, слабая эффективность при болезни Альцгеймера. Для лечения указанных нарушений памяти данные препараты должны быть использованы продолжительное, если не постоянное, время. Применение их может сопровождаться побочными явлениями и они не пригодны для совершенствования памяти у здоровых людей, в т.ч. у детей. Известен способ коррекции когнитивных дисфункций крыс, по показателям ориентировочноисследовательской деятельности,процессов обучения и памяти, путем внутрибрюшинного введения солкосерила в дозе 80 мг/кг в течение 14 суток. Волохова Г.А. и др. Влияние солкосерила на когнитивные функции при ишемическом инсульте// Лки Украин. 2009,4 (130), с. 110-114. Недостатком способа является то,что исследования проводились при тяжелой ишемии мозга с высокой летальностью контрольных животных,что несомненно повлияло на исследования процессов обучения и памяти. Солкосерил представляет собой депротеинизированный гемодиализат крови молочных телят, содержащий большой набор низкомолекулярных веществ, которые могут служить аллергенами и способствовать аллергизации и развитию гиперчувствительности организма. Известен способ улучшения памяти у пациентов при помощи назначения с пищей композиции,состоящей из уридина или фосфата уридина,докозагексаеновой кислоты(ДГК) и/или эйкозопентаеновой кислоты (ЭПК), фосфолипидов,холина, витаминов Е, С, кобаламниа, витамин В 6 и фолиевой кислоты и селена Кампхейс Патрик Йозеф Герардус Хендрикус , Грунендейк Мартин , Бонгерс Анке . //Улучшение памяти у пациентов с оценкой 24-26 баллов по кратной шкале оценки психического статуса. Патент РФ 2529815, 2014. Данный способ отсрочивает начало введения фармпрепаратов. Такую многокомпонентную композицию рекомендуется принимать внутрь через трубочку в течение 3-х месяцев, т.к. пациенты могут испытывать проблемы с нарушениями процессов глотания и жевания. Наряду с приведенными нежелательными эффектами такое продолжительное применение указанной композиции отличается чрезмерной дороговизной и многокомпонентность смеси существенно повышает риск индивидуальной гиперчувствительности. В работе не предусматрена возможность ранней профилактики и улучшения памяти у практически здоровых лиц. Известен способ коррекции возрастных когнитивных дисфункций, а также с нарушениями памяти у лиц с неврологическими заболеваниями или с разными расстройствами мозга при помощи введения комбинации средств, состоящих из жирных кислот омега-3 и/или омега-6 в сочетании с уридином или солями холина, что обеспечивает увеличение синтеза и уровня фосфолипидов,синаптических белков в нейронах мозга. Патент РФ 2436571 Вртман Ричард Дж. , Ричардсон Ингрид Композиции,содержащие полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖ), и способы их применения, 2011. В работе исследована эффективность разных комбинаций жирных кислот омега-3 и омега-6 с их предшественниками и показана наиболее предпочтительные комбинации. Такое лечение с явными отклонениями памяти у больных требует продолжительного введения исследованной композиции и не представляет целесообразности для ранней профилактики и улучшения памяти у практически здоровых лиц. Известен способ лечения нейродегенеративных заболеваний и когнитивных нарушений при помощи ингибиторов - Хьюз Томас Эдуард ,Новартис А.Г. (СН). Ингибиторы - для лечения нейродегенерации и когнитивных расстройств Патент РФ 2394570, 2010. Предложено применение ингибитора дипептидилпептидазы (-) вильдаглиптина или его солей для предупреждения, задержки прогрессирования или лечения периферических нейропатий, нейродегенеративных повреждений, а также для улучшения памяти и способности к обучению. В работе исследовано влияние вильдаглиптина или его солей, а также его комбинации с ингибиторами ацетилхолинэстеразы и комплексом витаминов при различных расстройствах ЦНС и периферических нейропатиях, что может быть целесообразным, тогда как для улучшения памяти у практически здоровых лиц не является приемлемым. Таким образом, для улучшения памяти человека с каждым годом выпускаются множество фармпрепаратов. Только в США ежегодная продажа этих препаратов составляет свыше 1 млрд долларов. Тем не менее, все еще не разработан доступный безопасный препарат, с убедительно доказанной эффективностью. В результате использования лекарств в подавляющем большинстве случаев повышается химическая нагрузка на организм современного человека. Вместе с тем с древних времен для улучшения способности к обучению и памяти предлагались различные мыслительные упражнения, физические нагрузки и другие способы тренировки запоминания, а также различные 3 комбинации питания, которые не всегда достигают ожидаемых результатов. В связи с этим представляется весьма интересным стимулирование функции ЦНС при помощи адаптации к физиологическим раздражителям. Задача изобретения - разработка способа эффективной,безопасной и экономически доступной физиологической стимуляции функций ЦНС и процессов обучения и памяти у крыс. Опыты проведены на 40 белых крысах, массой тела 2426,7 г, по 10 особей в каждой серии опытов. Животные содержались в условиях вивария, при естественном освещении и максимальной стандартизации температурного и пищевого режимов со свободным доступом к корму и воде. В качестве физиологического стимулятора высшей нервной деятельности использовали адаптацию опытных крыс при помощи нормои гипобарической гипоксии,со снижением содержания кислорода во вдыхаемом воздухе до 10, в течение 3-х недель ежедневно, в рабочие дни по 0,5 часа в день. Нормобарическую гипоксию создавали в специальном гипоксикаторе на базе Института фундаментальных исследований им. Б.Атчабарова при КазНМУ им. С.Ж. Асфендиярова,гипобарическую гипоксию - в экспериментальной барокамере с подъемом животных до 3200 м над уровнем моря, на базе Кыргызской государственной медицинской академии им. И.К. Ахунбаева 1 и 2 - серии интактные крысы, 3-серия особи,адаптированные к нормобарической гипоксии, 4 серия животные, подверженные к гипобарической гипоксии. У крыс исследовали поведенческие реакции в тесте открытое поле по общеизвестной методике. Поведенческие реакции контрольных и опытных животных исследовали на 1-сут после прекращения адаптации к гипоксии. Затем животных обучают условным реакциям активного и пассивного избеганий (УРАИ и УРПИ) и через неделю проверяют поведенческие реакции и закрепление энграмм памяти (ЭП) по общепринятым методикам. При использовании УРАИ животным как в первом,так и во втором опытных сеансах в челночной камере предъявляют по 50 сочетаний, подсчитывая число условных реакций избегания и избавления. При проверке сохранения условной реакции пассивного избегания максимальное время наблюдения составляло 300 с. Математическую обработку полученных результатов проводили с использованием пакета программ -7. На первом этапе рассчитывали групповые показатели суммарной статистики - среднюю арифметическую величину(М), ошибку средней , медиану , 25 процентиль, 75 процентиль (интерквартильный размах). Проверку гипотезы о равенстве генеральных средних во всех случаях проводили с помощью-критерия Манна-Уитни для независимых переменных. Нулевую гипотезу отвергали в случае р 0,05. Технический результат исследования В тесте открытое поле у опытных животных,подверженных адаптации к нормобарической гипоксии не обнаруживались признаки беспокойства и тревожности. Так, если у контрольных особей как в первом, так и во втором опытных (через 7 сут после первого опыта) сеансах выявлено время замирания крыс на месте, с медианой - 124 с (с интерквартильным 25-75 размахом от 97,2 до 149,5 с) и 52 с (аналогичным размахом от 25,0 до 63,2 с), соответственно, то этот показатель, указывающий на состояние тревожности и страха, полностью отсутствовал у адаптированных крыс (график 1). Во 2-опытном сеансе у последних особей повышалось количество пересеченных наружных квадратов на 51,7 (Р 0,005), что свидельствует о повышении горизонтальной двигательно-исследовательской активности у адаптированных к гипоксии крыс. У них во 2-ом опыте также существенно повышалось, по сравнению с контролем, время нахождения в центре поля на 75 (Р 0,049). Эти данные в сопоставлении с изменениями вышеуказанных показателей указывают о высокой скорости привыкания,т.е.адаптации к новой обстановке. У адаптированных к гипоксии животных отмечалось существенное увеличение акта груминга (график 2) как в 1-ом, так и во 2-ом опытных сеансах соответственно на 67,8 (Р 0,012) и 53,6(Р 0,006). Такое удлинение продолжительности груминга, в сопоставлении с приведенными поведенческими реакциями, следует рассматривать как состояние спокойствия и комфорта. Таким образом, адаптация к нормобарической гипоксии существенно улучшает психэмоцинальное состояние и повышает двигательноисследовательскую активность животных. Влияние адаптации к гипоксии на процессы обучения и памяти у крыс в условных реакциях активного избегания Изменения способности к обучению и запоминанию вновь приобретенных навыков у опытных животных представлены в табл. 1. Таблица 1 Число правильных реакций избегания(с), 25-75 интерквартильный размах (с) в условных реакциях активного избегания (УРАИ) Проверка сохранения энграмм памяти Примечания статистически значимые различия- по отношению к обучению, - по отношению к соответствующим контрольным значениям, - по отношению к значениям при гипобарической гипоксии. Под влиянием нормобарической гипоксии число правильных реакций избегания во время обучения,по сравнению с контрольной величиной, возрастало в 3,4 раза (Р 0,018) иэтого показателя составляла 18,5 (с интерквартилным размахом от 5,75 до 23,0), вместо 5,5 (от 1,25 до 14,75) в контроле, что убедительно свидельствует о значительном повышении способности к обучению опытных особей. Проверка сохранения энграмм памяти через неделю после обучения показала прирост этого показателя, по сравнению с уровнем обучения на 72,9 (р 0,005) и оно превышало значения контрольных особей на 45,4 (р 0,037). На основании приведенных данных можно заключить,что адаптация животных к нормобарической гипоксии существенно улучшает способности к научению и запоминанию вновь приобретенных навыков в реакциях активного избегания. Адаптация животных к гипобарической гипоксии также приводила к улучшению процессов обучения и памяти. При этом число правильных реакций избегания в 1-опытном сеансе (при обучении) статистически значимо было выше контрольного уровня на 33,3 (Р 0,042), во 2-опыте(во время проверки сохранения памяти) оно превышало контрольные данные на 26,7(Р 0,042). Таким образом, исследованиями двух лабораторий в г.г. Алматы и Бишкек, независимо друг от друга, показан благоприятный эффект адаптации животных к гипоксии в улучшении способности к обучению и сохранению энграмм памяти крыс в реакциях двустороннего активного избегания. Тем не менее следует отметить, что более существенное улучшение процессов обучения и памяти обнаруживалось при адаптации к нормобарической гипоксии (табл.1), тогда как эффект гипобарической гипоксии был менее выраженным. Влияние адаптации к гипоксии на процессы обучения и памяти у крыс в условных реакциях пассивного избегания (УРПИ) Исследование врожденной реакции пассивного избегания яркого света показало, что под влиянием адаптации к нормобарической гипоксии эта реакция полностью сохраняется на уровне контрольных интактных животых как в исходном первом опытном сеансе, так и во время проверки сохранения энграмм памяти через неделю после 1 опыта. Так, латентный период пассивного избегания яркого света как контрольные,так и адаптированные крысы показали одинаковое время с 13,5 с (с интерквартильным размахом в первом случае от 6,5 до 30,8 с, во втором случае от 6,5 до 18,7 с). При проверке закрепления энграмм памяти в обеих сравниваемых сериях крысы не заходили в наказуемую половину камеры максимальное время наблюдения (до 300 с). Таким образом,нормобарическое гипоксическое прекондицинирование не оказывало существенного влияния на инстинктивные реакции пассивного избегания крысами яркого света и процессы консолидации и воспроизведения энграмм памяти в условной реакции в одном сочетании (табл.2). При адаптации животных к гипобарической гипоксии продолжительность времени инстинктивного избегания яркого света в первом опытном сеансе значимо не отличалось от контрольного уровня, тогда как во время проверки закрепления памяти у опытных животных отмечалось ухудшение запоминания испытанного шока в темной половине камеры в 3,5 раза (табл.2). Приведенные данные показывают,что прекондиционирование гипобарической гипоксией,не оказывая существенного влияния на инстинктивные реакции пассивного избегания яркого света, заметно ухудшало процессы консолидации и воспроизведения энграмм памяти в условной реакции в одном сочетании (УРПИ) и приводило к развитию амнезии, тогда как адаптация к нормобарической гипоксии не ухудшала эти показатели. Таблица 2 Показатели условных реакций пассивного избегания крыс,адаптированных к гипоксии(с), 25-75 интерквартильные интервалы (с) Примечания статистически значимы - по отношению к обучению, - по отношению к соответствующему контролю. Таким образом, предварительная тренировка к нормобарической гипоксии существенно улучшает психоэмоциональное состояние крыс, устраняет чувство тревоги и страха в открытом поле,повышает двигательно-исследовательскую активность, а также значительно улучшает способности животных к обучению и запоминанию вновь приобретенных навыков в сложных условных реакциях активного избегания с многократным сочетанием условных и безусловных раздражителей. Аналогичный, но несколько менее выраженный эффект оказывала и адаптация животных к гипобарической гипоксии. Вместе с тем, если при прекондиционировании к нормобарической гипоксии процессы обучения, запоминания вновь приобретенных навыков в условных реакциях пассивного избегания поддерживаются на уровне контрольных величин,то под влиянием гипобарической гипоксии заметно нарушаются процессы консолидации и воспроизведения энграмм памяти этой реакций. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ физиологического улучшения памяти у здоровых крыс путем стимулирования функции ЦНС при помощи физиологического раздражителя,отличающийся тем,что в качестве физиологического раздражителя используют предварительное прекондиционирование нормобарической гипоксией, с экспозицией по 30 мин, ежедневно в течение 3-х недель.