Киндлинг-эффект
Автор: Татьяна Шишковская
Редакция: Александр Табакаев, Александр Брин


Так что же такое Киндлинг-эффект? Суть киндлинг-эффекта в том, что частая подпороговая стимуляция повышает судорожную готовность и может приводить к возникновению самопроизвольных судорог у прежде здорового экспериментального животного. После каждой стимуляции функциональное состояние мозга изменяется, облегчая распространение возбуждения в последующем, — в основе эффекта лежит явление нейрональной пластичности. Грэхам Годдард, описавший эффект одним из первых в 1960-е годы, сравнил этот процесс с разжиганием огня, а в отечественной литературе его часто сравнивают с раскачиванием маятника. 

Техника вызывания 

Первоначально киндлинг-эффект получали путем электрической стимуляции миндалин крыс. В ответ на стимул одной и той же силы у животного последовательно развиваются клонус лицевых мышц, кивание головой, клонусы конечностей и генерализованные судороги с падением. Получив последнюю разновидность судорог, говорят: «Киндлинг установлен». Первые исследователи докладывали, что нервная ткань такой мыши сохранила способность отвечать на тот же стимул генерализованным припадком после 12 месяцев без стимуляции. 

В дальнейшем выяснилось, что не все области мозга одинаково реагируют на стимуляцию. Стимулируя, например, верхние холмики, ретикулярную формацию, мозжечок, эффект получить не удалось. Специфичен эффект стимуляции двигательной коры: первоначально получают парциальные судороги в области, которой соответствует данный участок коры, но впоследствии у таких животных могут развиться самопроизвольные генерализованные судороги, такие же, как и при стимуляции структур лимбической системы, которые оказались наиболее чувствительными: миндалины, бледный шар, обонятельная луковица, прилежащее и хвостатое ядра, гиппокамп. Причина восприимчивости этих образований к киндлингу, возможно, в том, что между ними хорошо развиты кольцевые нейронные связи, которые в норме обеспечивают длительное сохранение возбуждения, а при эпилепсии могут стать основой для его патологической рециркуляции. 

Киндлинг можно воспроизвести не только путем электрической стимуляции мозга, но и c помощью веществ-конвульсантов. Принципиально их можно разделить на 2 группы: антагонисты ГАМК и агонисты глутамата, несколько выделяется из этой классификации пилокарпин. Многие из них можно вводить интраперитонеально, что облегчает эксперимент. 

  1. К антагонистам ГАМК относятся бикукуллин, пикротоксин, β-карболин, но наиболее часто применяют коразол (пентилентетразол) — неконкуррентный антагонист барбитурового сайта ГАМК-А рецептора, который также обладает способностью непосредственно активировать натриевые каналы. 
  2. К агонистам глутамата относятся местный анестетик кокаин, а также каиновая кислота и ее производные — агонисты каинатных рецепторов глутамата. Эти вещества плохо проникают через гематоэнцефалический барьер, поэтому применяются в форме аппликаций на поверхность мозга в определенной области. Наиболее часто используются при изучении эксайтотоксичности. 
  3. Пилокарпин — М-холиномиметик. Чтобы предотвратить смерть экспериментальных животных от его периферических эффектов, до введения пилокарпина вводится периферический холиноблокатор. Часто применяется вместе с хлоридом лития, который потенцирует его действие и позволяет использовать меньшие дозы. 

Аналогично опытам с электростимуляцией, животным несколько раз вводятся субконвульсивные дозы, при этом также отмечается разная чувствительность областей мозга к конвульсанту. Если вещество вводится интраперитонеально и действует системно, очаги возбуждения сформируются скорее в вышеперечисленных структурах лимбической системы. 

Возможно как химическое, так и электростимуляционное моделирование эпилепсии путем одномоментного введения высокой дозы вещества или подачи большого разряда, которые сразу вызывают эпилептический статус, а впоследствии у такого животного наблюдаются спонтанные судорожные приступы. Предполагается, что при этом повреждается участок мозга, который в дальнейшем играет роль эпилептогенного очага, такие модели называются постстатусными и не относятся к эффекту киндлинга. 

Такие опыты проводились впоследствии на других животных: кошках, лягушках, кроликах, мартышках, при этом выяснилось, что чувствительность к киндлингу варьируется не только между отдельными областями мозга, но и различна у разных видов животных. 

Морфология и физиология 

Поскольку речь идет о подпороговой стимуляции, которая не оказывает деструктивного воздействия, речь в случае киндлинг-эффекта идет о функциональных изменениях в нейронах. 

Еще в первых экспериментах по киндлингу было показано, что изменениям подвергаются не только непосредственно стимулируемые нейроны, но и связанные с ними. Например, судорожный порог снижался в аналогичных контралатеральных областях мозга и в прилежащих к стимулируемой, и эти изменения сохранялись даже при разрушении первично простимулированной области (трансфер-феномен). Поэтому нельзя утверждать с уверенностью, какое влияние в киндлинг-эффекте преобладает — обосновано оно изменениями в самих нейронах или влиянием со стороны измененных нейронов, связанных с областью первоначальной стимуляции. Нужно отметить, что, когда речь идет об электрической стимуляции, в качестве контрольной группы выступают животные, которым вживили электрод, но стимуляцию не проводили — в некоторой степени это является ограничением киндлинговой модели. 

Морфологические изменения, которые обнаруживают при установленном киндлинге, достаточно тонкие и имеют тенденцию со временем ослабевать. Например, при электродной стимуляции гиппокампа, повышается плотность слоя гранулярных клеток зубчатой извилины, уменьшается плотность дендритных шипиков и увеличивается проксимальная часть аксонов, однако эти изменения наиболее выражены в первый день после окончательной стимуляции, а через месяц практически полностью редуцируются. По всей видимости, длительность эффекта разная для разных областей мозга и разных способов установления киндлинга. 

Однако именно на примере киндлинга изучался вопрос о сопутствующей эпилепсии нейродегенерации; исследователи пришли к выводу, что она в большой степени связана с сосудистыми причинами, а клинические проявления повреждающей гипоксии нивелируются приемом сосудорасширяющих препаратов — один из примеров того, как моделирование эпилепсии с помощью киндлинг-эффекта может быть использовано при изучении патофизиологии заболевания. 

Представляют интерес биохимические исследования, например, экспрессии протоонкогена c-fos в нейронах, вовлеченных в циркуляцию возбуждения, или нейромедиаторных изменений в них. Мета-анализ нескольких исследований экспрессии генов в таких нейронов указывает на около 100 генов, экспрессия активируется достоверно чаще, среди них преобладают связанные с нейродеградацией, оксидативным стрессом и реакциями иммунной системы, однако есть и факторы нейропротекции, что для терапевтических целей немаловажно. 

Активно исследуется состояние основных нейромедиаторных систем у животных с установленным киндлингом. Например, противоречивы данные по мускариновым рецепторам — хотя они участвуют в развитии судорог (и возможна их индукция пилокарпином), у мышей с установленным киндлингом плотность мускариновых рецепторов в мозговой ткани снижается. 

Норадреналин напротив является, по всей видимости, эндогенным антиконвульсантом. Отмечено, что плотность β-адренорецепторов в стимулируемых областях по сравнению с контрольной группой уменьшается. Интересно, что уровень самого норадреналина в мозговой ткани не меняется, но уменьшается активность тирозин-гидроксилазы, ключевого фермента в пути синтеза норадреналина. 

Уровень дофамина, в синтезе которого она также участвует, в мозге крыс снижается. 

Изменяется также состояние ГАМК-ергической системы, однако в ее случае не окончательно ясно, является это составляющей патогенеза киндлинг-эпилепсии (причиной) или следствием судорог. Тем не менее, достоверно снижается плотность бензодиазепиновых рецепторов. 

Киндлинг-эффект важен не только потому, что это одна из наиболее доступных и воспроизводимых животных моделей эпилепсии, которая позволяет рассмотреть разные патофизиологические аспекты эпилепсии и тестировать новые антиконвульсанты. С одной стороны, этот эффект — наглядное проявление феномена нейрональной пластичности и может использоваться для его изучения. С другой стороны, в последнее время обсуждается применимость теории киндлинга и к другим заболеваниям: пароксизмальным состояниям в неврологии (например, мигрень) и психическим расстройствам, которые эффективно лечатся антиконвульсантами (биполярное аффективное расстройство, обсессивно-компульсивное расстройство, панические атаки, алкогольный абстинентный синдром). 

Так же как и для эпилепсии, для них замечено, что каждый приступ увеличивает вероятность последующего — патогенез этого явления может быть основан именно на киндлинг-эффекте, и такое восприятие факта напрямую скажется на подходе к терапии, ведь в таком случае будет отдан приоритет возможно раннему началу лечения и предотвращению каждого эпизода заболевания. 

Источники

  1. https://vk.cc/6Wfm4E Sato M (2008). "Kindling: An experimental model of epilepsy". Psychiatry and Clinical Neurosciences. 36 (4): 440–441. 
  2. https://vk.cc/6WfmZ5 McNamara JO; Byrne MC; Dasheiff RM; JG Fitz (1980). "The Kindling Model of Epilepsy; a Review". Progress in Neurobiology. 15 (2): 139–59. 
  3. https://vk.cc/6WqGmB Anil Kumar, Sharma N, Bhardwaj M, Singh S (2016) A Review on Chemical Induced Kindling Models of Epilepsy. J Vet Med Res 3(3): 1050 
  4. https://vk.cc/6WruQH Singh, S. P., He, X., McNamara, J. O. and Danzer, S. C. (2013), Morphological changes among hippocampal dentate granule cells exposed to early kindling-epileptogenesis. Hippocampus, 23: 1309–1320. doi:10.1002/hipo.22169 
  5. https://vk.cc/6WzXB6 Springer International Publishing AG 2017 P. Beart et al. (eds.), Neurodegenerative Diseases, Advances in Neurobiology 15, DOI 10.1007/978-3-319-57193-5_12, Chapter 12 
  6. Neurodegeneration and Pathology in Epilepsy: Clinical and Basic Perspectives 
  7. https://vk.cc/6WA48j Rogic S, Pavlidis P. Meta-Analysis of Kindling-Induced Gene Expression Changes in the Rat Hippocampus. Frontiers in Neuroscience. 2009;3:53. doi:10.3389/neuro.15.001.2009.