РНФ-15-16(№ 15-15-20036)

Руководитель проекта: Лавров Игорь Александрович

Название проекта: Механизмы пластичности нейронных сетей спинного мозга в условиях адаптации к гравитационным изменениям

Методы и подходы:
Моделирование условий гипо- и гипергравитации:
Для исследований гипогравитации будет использована модель антиортостатического
вывешивания (Ильин Е.А., Новиков В.Е., 1980; Morey et al., 2002), позволяющая проследить
за процессами изменения двигательных систем при адаптации к гипогравитации.
Гравитационные перегрузки будут смоделированы путем вращения животных в
периферических контейнерах на центрифуге обеспечивающей гравитационную перегрузку 2-
3 g. (Gustave Dit Duflos et al., 2000; Picquet et al., 2002).
Электрофизиологические исследования:
Электрофизиологическая оценка будет проводиться путем сравнения ответов
камбаловидной, икроножной и передней большеберцовой мышц. Указанные мышцы
обслуживают голеностопный сустав и играют важную роль в двигательной активности.
Оценка состояния нейронных сетей спинного мозга будет произведена путем регистрация
моно- и полисинаптических ответов в мышцах при эпидуральной стимуляции. Будет проведен
подробный анализ изменения моторных ответов при выполнении различных функциональных
проб, таких как стояние и ходьба с различной степенью поддержки веса тела. Все тесты
будут выполнены на животных после их длительного нахождения в условиях гравитационной
разгрузки и после курса гравитационных перегрузок в сравнении с нормой. Предполагается,
что комплекс изменений параметров полисинаптических ответов и время их появления при
измененных условиях гравитационной среды или передвижения будет отражать выполнение
внутренней программы спинного мозга на премотонейронном и интернейронном уровнях. В
отдельных экспериментальных группах, электрическая стимуляция спинного мозга будет
использоваться для профилактической активации генераторов шагания. Влияние активации
спинальных генераторов ритма методом электрической стимуляции спинного мозга будет
протестировано как возможный метод восстановления двигательной активности и
предотвращения нарушений вызванных гравитационными изменениями.
Морфо-цитохимические молекулярно-генетические исследования:
Иммуногистохимический анализ совместно с ретро- и антероградными маркерами будeт
использован для морфологической оценки изменения спинальных цепей, что позволит
определить роль конкретных спинальных нейронов и сенсомоторных путей в поддержании
двигательных функций в условиях гравитационных изменений. Метод иммуногистохимии
будет использован для определения нейронов вовлеченных в процесс адаптации.
Активность нейронов будет определена методом c-fos и прокорелированна с GAD67, ChAT,
Eph4AR, VGLUT1, 2. Будут оценены: экспрессия ключевых маркерных молекул VEGF, Flt1,
Hsp25, Hsp70, синаптофизина, PSD95, холинацетилтрансферазы в мото- и интернейронах;

характеристика фенотипа (иммуногистохимическое типирование); количество и
распределение в конкретных зонах серого и белого вещества астроцитов (S100B, GFAP,
AQP4), олигодендроцитов (Olig2, PDGFαR, OSP, Cx47) и микроглии (Iba1, HoxB8). Будет
произведен морфометрический анализ структур спинного мозга с измерением площадей
серого и белого вещества. Экспрессия генов-мишеней будет оценена с помощью
полимеразной цепной реакции в реальном времени. Количественный анализ уровня мРНК
белков теплового шока (Hsp25, Hsp70), антиоксидантной защиты (SOD1, Nrf2), миелина
(MPZ, P22), межклеточного матрикса (HSPG, LOX), аксонного транспорта (MAP), генерации
и проведения нервного импульса (Kctd8, Scn7a, Cacna1h), рецептора глютамата (Nr2abcd)
будет проведен в сегментах поясничного утолщения спинного мозга.
Совокупность предлагаемых электрофизиологических, морфологических и молекулярно-
генетических методик позволит изучить механизмы адаптации к условиям гипо- и
гипергравитации, а также оценить эффективность стимуляции спинного мозга в
предотвращении негативных эффектов гравитационных изменений. Следующим этапом
предполагается проведение исследований по влиянию гипогравитации на рефлекторную
реорганизацию двигательных схем у человека в сухой иммерсии. Для этого черезкожная
стимуляция спинного мозга будет использоваться для оценки вызванных моторных ответов
в покое (до, во время иммерсии, и после иммерсии) и при ходьбе (до и после иммерсии). По
результатам экспериментов будут предложены алгоритмы восстановления двигательной
активности в условиях нарушения гравитационно-зависимых систем.