Language:
Serbian
Dissertation note:
Dissertation Belgrade: University of Belgrade, Faculty of Biology 2015
DDC:
303
Abstract:
Alchajmerova bolest (AB) i Parkinsonova bolest (PB) su najčešće neurodegenerativne bolesti starenja. Neuropatologija AB i PB podrazumeva selektivan gubitak specifičnih populacija neurona, uključujući i holinergičke neurone bazalnog prednjeg mozga i moždanog stabla, kao i ushodni obrazac progresije neurodegeneracije od struktura u moždanom stablu uključenih u regulaciju REM (rapid eye movement") spavanja ka prednjemoždanim regionima. Poremećaji ponašanja u toku REM spavanja ("REM sleep behavior disorders" – RBD) veoma često ostaju neprimećeni kod AB i PB pacijenata i mogu se javiti godinama pa čak i decenijama pre motornih i kognitivnih poremećaja. Ovo ukazuje na značaj istraživanja poremećaja ponašanja u toku REM spavanja kao mogućeg ranog znaka pojave najčešćih neurodegenerativnih bolesti starenja. Predmet istraživanja ove doktorske disertacije bio je da u eksperimentalnim modelima AB i PB holinergičke neuropatologije po prvi put ispita uticaj unilateralnih i bilateralnih lezija glavnog izvora kortikalne holinergičke inervacije (nucleus basalis, NB jedro) i glavnog izvora talamo-kortikalne holinergičke inervacije (nucleus pedunculopontinus tegmentalis, PPT jedro) velikog mozga pacova na spavanje i elektroencefalografske (EEG) ritmove. U ovim eksperimentalnim modelima holinergičke neuropatologije humanih bolesti (NB i PPT lezije) unilateralne lezije su predstavljale lakše oblike ili početne stadijume neurodegeneracija, dok su bilateralne lezije predstavljale teže oblike ili kasnije stadijume neurodegeneracija, a sama progresija bolesti je praćena ukupno 5 nedelja zavisno od eksperimentalne grupe. U skladu sa osnovnom hipotezom ove doktorske disertacije, da funkcionalno različiti centralni holinergički sistemi imaju različite regulatorne funkcije u toku spavanja, koje se mogu definisati na osnovu EEG aktivnosti, postavljen je i osnovni cilj istraživanja: da se kroz analizu arhitekture spavanja, strukture prelaznih stanja i EEG mikrostrukture osnovnih faza u toku spavanja (budnost, NREM – "non rapid eye movement", REM) u eksperimentalnim modelima funkcionalno različite holinergičke neuropatologije pronađu potencijalni EEG markeri početka, težine i progresije neurodegeneracije, sa mogućnošću dalje primene ovako senzitivnih metoda (definisanih EEG markera) u eventualnoj prevenciji i promeni terapijskog pristupa u pacijenata sa rizikom razvoja AB i PB. Mužjaci pacova Wistar soja su hronično implantirani za registrovanje spavanja. U toku operativne procedure za implantaciju elektroda za elektroencefalografiju (EEG) i elektromiografiju (EMG), korišćenjem tehnike stereotaksički navođene mikroinfuzije ibotenične kiseline (ekscitotoksina koji je generalni glutamatergički agonista), izvšene su selektivne unilateralne ili bilateralne NB ili PPT lezije. Eksperimentalni protokol registrovanja spavanja je počinjao dve nedelje nakon oporavka od operativne procedure implantacije hroničnih elektroda, sa ili bez unilateralnih ili bilateralnih NB ili PPT lezija. Registrovano je 6 sati spavanja, jednom nedeljno tokom četiri nedelje u eksperimentima NB lezija, odnosno jednom nedeljno tokom pet nedelja u eksperimentima PPT lezija, korišćenjem programa DataWave SciWorks Experimenter 8.0 (Datawave Technologies, Longmont, SAD). Nakon završetka eksperimentalnog protokola registrovanja spavanja, NB i PPT lezije su identifikovane NADPH – diaforaza histohemijskim bojenjem, a zatim i kvantifikovane u celokupnoj antero-posteriornoj dimenziji strukture korišćenjem ImageJ 1.46 programa (NIH, SAD). Analiza spavanja i EEG signala urađena je, kako u kontrolnih pacova tako i u pacova sa identifikovanim NB ili PPT lezijama, u MATLAB 6.5 programu, korišćenjem originalno razvijenog programskog paketa. Na usnimljene šestočasovne signale je najpre primenjena Furijeova transformacija, a zatim je svaka od 2160 Furijeovih epoha dužine 10 s diferencirana kao budnost, NREM ili REM faza spavanja. Pored toga, za potrebe detaljnije analize poremećaja REM faze spavanja izazvanih bilateralnom PPT lezijom, grupisanje REM epoha je na osnovu snage EMG-a dodatno razdvojeno na dva podgrupisanja REM1 (REM epohe sa većom snagom EMG-a, patološki REM) i REM2 (REM epohe sa manjom snagom EMG-a, fiziološki REM). Potom je korišćenjem EEG signala senzomotorne i motorne kore urađena topografska analiza arhitekture spavanja, strukture prelaznih stanja u toku spavanja, EEG mikrostrukture svih osnovnih faza u toku spavanja, kao i analiza kortiko-muskularih koherencija između EEG-a senzomotorne ili motorne kore velikog mozga i EMG-a mišića dorzalne vratne muskulature. Za izračunavanje grupne raspodele gustine verovatnoće relativnih amplituda svih budnost/NREM/REM/REM1/REM2 konvencionalnih EEG frekventnih opsega u toku 6 h spavanja korišćena je PDE ("Probability Density Estimate") funkcija u MATLAB 6.5 programu. U daljoj funkcionalnoj analizi poremećaja REM faze spavanja, za svaki od konvencionalnih EEG frekventnih opsega su korišćenjem "cohere" funkcije u MATLAB 6.5 izračunate REM/REM1/REM2 kortiko-muskularne koherencije između EEG-a senzomotorne ili motorne kore i EMG-a mišića dorzalne vratne muskulature. Za statističku obradu svih podataka korišćena je neparametarska jednofaktorska Kruskal-Wallis ANOVA sa post-hoc Mann-Whitney U kontrastnim testom. Bilateralna NB lezija je privremeno promenila arhitekturu spavanja 14 dana nakon lezije. Iako u slučaju fiziološke kontrole nije bilo razlika u trajanju budnosti, NREM i REM faze spavanja između senzomotorne i motorne kore, bilateralna NB lezija je u senzomotornoj kori smanjila trajanje budnosti i povećala trajanje NREM faze spavanja, dok je u motornoj kori smanjila trajanje budnosti i povećala trajanje REM faze spavanja. Istovremeno, u svim eksperimentalnim grupama, kako u fiziološkoj kontroli, tako i u unilateralnoj i bilateralnoj NB leziji, je EEG teta amplituda budnosti, NREM i REM faze spavanja bila niža u motornoj u odnosu na senzomotornu koru. Pored toga, bilateralna NB lezija je u senzomotornoj kori izazvala povećanje REM teta amplitude u trajanju od tri nedelje, dok su u motornoj kori i unilateralna i bilateralna NB lezija izazvale povećanje teta amplitude i u budnosti i u REM fazi spavanja. PPT lezija nije promenila arhitekturu spavanja, ali je značajno izmenila strukturu prelaznih stanja, kao i EEG mikrostrukturu svih osnovnih faza spavanja. Obe lezije, i unilateralna i bilateralna PPT lezija, su dugotrajno povećale broj budnost/REM i REM/budnost prelaza tokom celokunog perioda od 5 nedelja. Ova promena u strukturi prelaznih stanja je od 28. dana bila praćena smanjenjem broja NREM/REM i REM/NREM prelaza, ali samo nakon bilateralne PPT lezije, kao težeg oblika holinergičke neurodegeneracije. Unilateralna PPT lezija je izazvala povećanje EEG teta amplitude budnosti i EEG beta amplitude REM faze spavanja, a od treće nedelje nakon lezije i pad EEG delta amplitude budnosti. Bilateralna PPT lezija je izazvala povećanje EEG beta amplitude tokom svih faza spavanja, kao i povećanje EEG gama amplitude REM faze spavanja i smanjenje EEG delta amplitude budnosti i NREM faze spavanja. Poređenje efekata bilateralne NB i bilateralne PPT lezije (modeli težih, odnosno progresivnijih oblika holinergičke neurodegeneracije) na arhitekturu spavanja, strukturu prelaznih stanja i EEG mikrostrukturu svih osnovnih faza spavanja je pokazalo postojanje topografski specifičnih razlika u poremećajima nastalim kao posledica degeneracije funkcionalno različitih holinergičkih inervacija velikog mozga pacova. Za razliku od bilateralne NB lezije koja je privremeno izmenila trajanje budnosti i NREM faze spavanja u senzomotornoj kori, odnosno trajanje budnosti i REM faze spavanja u motornoj kori, bilateralna PPT lezija nije izmenila arhitekturu spavanja. Bilateralna PPT lezija je u obe kore dugotrajno (tokom 4 nedelje) povećala broj budnost/REM i REM/budnost prelaza i ovaj porast je bio praćen nekonzistentnim promenama u broju NREM/REM i REM/NREM prelaza u senzomotornoj kori, a u motornoj kori povećanjem broja ovih prelaza. Bilateralna NB lezija je u senzomotornoj kori smanjila broj NREM/REM i REM/NREM prelaza, dok je u motornoj kori povećala broj ovih prelaza tokom četiri nedelje. Promene u EEG mikrostrukturi nakon bilateralne PPT lezije bile su i u senzomotornoj i u motornoj kori izražene kao dugotrajno (tokom 4 nedelje) povećanje beta i gama amplitude budnosti, NREM i REM faze spavanja, odnosno kao smanjenje delta amplitude budnosti, ali samo u senzomotornoj kori. Nasuprot tome, bilateralna NB lezija je izazvala samo povećanje REM teta amplitude u senzomotornoj kori koje je trajalo tri nedelje. Pored promena u strukturi prelaznih stanja u toku spavanja i EEG mikrostrukturi svih osnovnih faza spavanja, bilateralna PPT lezija je dodatno uslovila izdvajanje dva funkcionalno različita REM stanja u okviru REM faze spavanja, REM1 (PPT lezijom prouzrokovan patološki REM, REM bez atonije, REM sigma koherencije) i REM2 (fiziološki REM, REM sa atonijom, REM teta koherencije), naročito ...
Permalink
