[
На правах рукописи
РАТМАНОВА Патриция Олеговна
НАРУШЕНИЯ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ
САККАДИЧЕСКИМИ ДВИЖЕНИЯМИ ГЛАЗ
ПРИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА
03.00.13 – «Физиология»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Москва 2006
Работа выполнена на кафедре высшей нервной деятельности Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (заведующий кафедрой – профессор В.В. Шульговский) доктор биологических наук, профессор
Научный руководитель Латанов Александр Васильевич доктор медицинских наук, профессор
Научный консультант Турбина Лидия Григорьевна доктор биологических наук, профессор
Официальные оппоненты Каплан Александр Яковлевич доктор биологических наук, профессор Базиян Борис Хоренович ГНЦ РФ Институт медико-биологических
Ведущая организация проблем РАН
Защита состоится 30 октября 2006 г. в 15.30 на заседании диссертационного совета Д 501.001.93 при Биологическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, Ленинские Горы, МГУ, д. 1, корпус 12, Биологический факультет, аудитория М-1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
Автореферат разослан 29 сентября 2006 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук Б.А. Умарова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Изучение механизмов программирования саккадических движений глаз привлекает внимание многих исследователей (Шахнович, 1974; Подвигин и др., 1986; Шульговский, 2004; Славуцкая и др., 2005; Mayfrank et al., 1986; Fischer, 1987; Hikosaka et al., 2000; Sparks, 2002;
Munoz, Everling, 2004; Amador et al., 2006; Brown et al., 2006; Wilimzig et al., 2006). Это связано с тем, что система управления саккадическими движениями глаз имеет сложное многоуровневое строение, и в организации саккад принимают участие такие когнитивные процессы, как внимание, зрительное восприятие, прогнозирование и память.
Одним из способов изучения функционирования саккадной системы является анализ нарушений параметров саккад при различных заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона (Базиян и др., 1998; Турбина и др., 2005; Briand et al., 1999; Hikosaka et al., 2000; Kimmig et al., 2002; Yoshida et al., 2002; Chan et al., 2005), прогрессирующий надъядерный паралич (Garbutt et al., 2003), болезнь Альцгеймера (Shafiq-Antonacci et al., 2003), шизофрения (Киренская и др., 2003;
Broerse et al., 2001; Fukushima et al., 1994) и др.
В этом контексте, болезнь Паркинсона (БП) – хроническое прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, связанное с поражением нигростриарных дофаминергических нейронов и нарушением функции базальных ганглиев (Шток, Федорова, 2002), – может служить естественной моделью для оценки роли дофамина в системе управления саккадическими движениями глаз. С другой стороны, актуальность изучения изменений саккадических движений глаз при БП определяется возможностью разработки методов объективной диагностики и контроля лечения, основанных на анализе параметров саккадических движений глаз (Турбина и др., 2005).
В настоящее время диагноз БП ставится на основании наличия характерных клинических симптомов: гипокинезии, ригидности, тремора и постуральных нарушений (Голубев и др., 2000), которые проявляются только после гибели 60-80% дофаминергических нейронов черной субстанции (Brooks, 2000). Поскольку основным методом лечения БП многие годы было восполнение дефицита дофамина путем назначения препаратов леводопы, клиническая диагностика вполне соответствовала потребностям медицины. В последние годы, в связи с появлением нового класса препаратов, обладающих нейропротекторным действием при БП (некоторые агонисты дофаминовых рецепторов) (Delbarre et al., 1995; Iida et al., 1999; Kihara et al., 2002; Pan et al., 2005), все более актуальной становится как ранняя (доклиническая) диагностика заболевания, так и объективизация контроля эффективности проводимого лечения.
На экспериментальной модели паркинсонизма у обезьян, вызываемого введением нейротоксина МФТП (1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин), показано, что нарушения саккадических движений глаз выявляются уже на ранних стадиях развития МФТП-синдрома, когда общее состояние животного ухудшается еще незначительно (Терещенко и др., 2002). Эти и другие данные (Чигалейчик, 2001; Турбина и др., 2005; Kimmig et al., 2002) указывают на то, что изменения параметров саккадических движений глаз могут являться одним из маркеров БП, что может быть использовано в клинической практике для повышения качества и надежности ранней диагностики данного заболевания.
В связи с этим, изучение механизмов управления саккадическими движениями глаз у больных паркинсонизмом является актуальным вопросом как нейрофизиологии, так и практической неврологии.
Цели и задачи исследования. Целью данного исследования являлось выявление нарушений в системе управления зрительно-вызванными саккадическими движениями глаз на ранних стадиях БП. Это определило постановку следующих задач:
1. Сравнить параметры саккадических движений глаз у пациентов с БП и у испытуемых сходного возраста без неврологической симптоматики.
2. Определить, применение какой из схем зрительной стимуляции позволяет выявить наибольшие изменения в параметрах саккадических движений глаз при БП.
3. Выявить закономерности изменений параметров саккадических движений глаз у пациентов с БП на фоне лекарственной монотерапии агонистом дофамина.
4. Рассмотреть возможные механизмы участия дофамина в системе управления саккадическими движениями глаз.
Научная новизна и практическая значимость. Отличительной особенностью данной работы является то, что временные параметры саккадических движений глаз исследованы у пациентов с БП, ранее не получавших специфической терапии. Показано, что уже на ранних стадиях БП имеют место изменения параметров саккадических движений глаз. Данные изменения наиболее ярко выражены при предъявлении зрительных стимулов в условиях временной схемы Gap. Установлено, что наиболее информативным и удобным для клинического применения показателем является доля мультисаккад – саккад, при которых зрительная цель достигается не одним, а несколькими движениями глаза. Выявлено, что мультисаккады при БП наиболее часто встречаются среди класса экспресс-саккад Впервые показано, что применение антипаркинсонического препарата из группы агонистов дофаминовых рецепторов (пирибедила) при БП приводит к уменьшению латентных периодов и снижению доли мультисаккад.
Результаты исследования могут быть использованы в клинической практике для ранней диагностики БП. Данные, полученные на испытуемых без неврологической симптоматики, могут быть использованы в качестве нормативных показателей при изучении БП и других заболеваний, характеризующихся нарушением саккадических движений глаз.
На основании полученных результатов разработан способ определения эффективности лечения болезни Паркинсона (патент РФ № 2285441).
Методические приемы и результаты данного исследования используются при проведении учебно-производственной практики «Электрофизиологические методы в психофизиологии» для студентов 3 курса кафедры высшей нервной деятельности Биологического факультета МГУ, а также при чтении лекционных курсов «Введение в специальность» и «Общая нейрофизиология»
для студентов 2 и 4 курсов кафедры высшей нервной деятельности Биологического факультета МГУ.
Положения, выносимые на защиту:
1. Дефицит дофамина при болезни Паркинсона приводит к нарушению процессов подготовки и выполнения зрительно-вызванных саккадических движений глаз.
2. Основными изменениями в параметрах саккадических движений глаз при болезни Паркинсона являются удлинение латентных периодов саккад и времени перемещения взора.
3. Изменение времени перемещения взора при болезни Паркинсона в основном обусловлено увеличением доли мультисаккад (преимущественно среди класса экспресс-саккад).
4. В результате лекарственной монотерапии агонистом D2/D3-рецепторов (пирибедилом) у пациентов с болезнью Паркинсона происходит уменьшение латентных периодов и снижение доли мультисаккад.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на конференции «Опыт интеграции научных исследований НИИ–ВУЗ–клиника», г. Москва, 2004 г., на XIX съезде физиологического общества им. И.П. Павлова, г.
Екатеринбург, 2004 г., на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2005», г. Москва, 2005 г., на Всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина», г. Санкт-Петербург, 2005 г., на 14-ой Международной конференции по нейрокибернетике, г. Ростов-на-Дону, 2005 г., на 10-ой Пущинской школеконференции молодых ученых «Биология – наука XXI века», г. Пущино, 2006 г., на 2-м Международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии», Судак, Крым, Украина, 2006 г. Диссертация апробирована на заседании кафедры высшей нервной деятельности Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова 19 мая 2006 г.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 13 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает страниц печатного текста, 21 рисунок и 5 таблиц. Текст состоит из введения, обзора литературы, описания методики исследования, 4-х разделов, содержащих собственные экспериментальные данные, обсуждения результатов, заключения и выводов. В списке литературы название, в том числе на иностранном языке.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объект исследования. В исследовании приняли участие 34 испытуемых:17 пациентов с диагнозом «идиопатический паркинсонизм» (группа «БП») и испытуемых без неврологической симптоматики (группа «Контроль»).
Исследование проводили в соответствии с принципами Хельсинкской декларации; протокол эксперимента одобрен этическим комитетом Московского областного научно-исследовательского клинического института им. М.Ф. Владимирского (МОНИКИ). Все испытуемые дали добровольное письменное согласие на участие в исследовании.
Группу «БП» составили 7 мужчин и 10 женщин в возрасте от 43 до 75 лет (средний возраст 56 ± 2 (SE)), праворукие, с правым (12 человек) и левым ( человек) ведущим глазом. В группу «Контроль» вошли 7 мужчин и 10 женщин в возрасте от 38 до 71 года (средний возраст 55 ± 3 (SE)), праворукие, с правым (12 человек) и левым (5 человек) ведущим глазом.
Диагноз «идиопатический паркинсонизм» ставили в клинике неврологии МОНИКИ согласно клинико-диагностическим критериям Банка головного мозга общества болезни Паркинсона Великобритании (Hughes et al., 1993). Все пациенты отнесены к I-II стадии по шкале Hoehn-Yahr (Hoehn, Yahr, 1967). У испытуемых заболевание де6ютировало с вовлечением правых конечностей, у испытуемых – с вовлечением левых конечностей. Ранее никто из наблюдаемых не получал специфической терапии.
Лечение пациентов проводили агонистом D2/D3-рецепторов – пирибедилом. 6 из 17 пациентов в возрасте от 43 до 64 лет (женщины, средний возраст 55 ± 3 (SE)) участвовали в исследовании как до проведения лекарственной терапии, так и через 4 недели после начала приема пирибедила (конечная доза – 100-150 мг/сутки). Эти испытуемые составили подгруппу «БП - т».
Для сравнения результатов, полученных в подгруппе «БП-т», с нормативными показателями в контрольной группе дополнительно выделили сходную по возрасту подгруппу испытуемых без неврологической симптоматики – «Контроль-т» (женщины, 10 человек, средний возраст 53 ± (SE)).
Порядок проведения исследования. Во время обследования испытуемые находились в затемненной, звукоизолированной, экранированной камере в кресле с подголовником, исключающим движения головы. На расстоянии 57 см от глаз испытуемых располагали светодиодную панель с красными светодиодами, которые использовали для зрительной стимуляции.
Один из светодиодов, расположенный в центре светодиодной панели, использовали как центральный фиксационный стимул. Остальные четыре светодиода находились справа и слева, сверху и снизу на расстоянии 6.7° относительно центрального. Их использовали в качестве периферических стимулов.
Длительность экспозиции центрального фиксационного стимула варьировала от 700 до 1000 мс, а периферических стимулов – от 1000 до мс (с шагом 10 мс). В ходе проведения обследования использовали 3 схемы предъявления зрительных стимулов (рис. 1):
Схема I (Gap) – периферический стимул предъявляли после выключения центрального фиксационного стимула с интервалом 200 мс;
Схема II (No delay) – периферический стимул предъявляли сразу после выключения центрального фиксационного стимула;
Схема III (Overlap) – периферический стимул предъявляли до выключения центрального фиксационного стимула с перекрытием 500 мс.
Рис. 1. Схемы предъявления зрительных стимулов. Комментарии в тексте.
После выключения периферического стимула с перерывом от 700 до мс снова включали центральный. Стимулы предъявляли бинокулярно, положение периферических стимулов и схема предъявления стимулов менялись в случайном порядке.
Испытуемых инструктировали фиксировать взор на центральном фиксационном стимуле, а при появлении периферического стимула – как можно быстрее переместить взор в его направлении. В течение обследования предъявляли 540-648 периферических стимулов. Чтобы снизить утомление испытуемых, зрительные стимулы предъявляли тремя блоками (по 180- периферических стимулов), разделенными 5-минутными паузами.
Для автоматизированного предъявления стимулов и регистрации электроокулограммы использовали комплексную экспериментальную установку под контролем интегрированной системы «CONAN-m» (Кулаичев, 2002). Регистрирующий блок установки включал 17-канальный электроэнцефалограф «Nihon Kohden» ME-175E (Япония), аналого-цифровой преобразователь L-154 (L-CARD, Россия) и IBM-совместимый персональный компьютер.
Для регистрации саккадических движений глаз использовали монокулярную электроокулографическую методику (Владимиров, 1972).
Чашечковые электроды накладывали у наружного (височного), внутреннего (у переносицы), верхнего (над бровью) и нижнего краев правого и левого глаза.
При регистрации электроокулограммы использовали полосу пропускания 0.1Гц. Аналого-цифровое преобразование потенциалов производили с частотой 512 Гц.
Обработка результатов исследования. Обработку электроокулограммы проводили с применением оригинального программного обеспечения, позволяющего автоматически определять начало и конец движения глаза, с последующим визуальным контролем. В отобранных безартефактных реализациях определяли латентные периоды саккад, выполненных к периферическим стимулам, и время перемещения взора (рис. 2). Поскольку достоверных различий между параметрами саккадических движений глаз правого и левого глаза не было выявлено, для дальнейшего анализа использовали параметры саккад только правого глаза.
Латентный период (ЛП) саккады определяли как временной интервал между включением периферического стимула и началом саккады, время перемещения взора – как временной интервал между началом саккады и ее завершением (рис. 2, А). В тех случаях, когда при перемещении взора к периферическому стимулу испытуемые совершали не одну, а несколько саккад меньшей амплитуды (мультисаккадность), определяли ЛП первой саккады и общее время, необходимое для достижения глазом зрительной цели (рис. 2, Б).
Для дальнейшего анализа использовали саккады с ЛП от 90 до 500 мс.
Рассчитывали следующие показатели: средние значения ЛП, средние значения времени перемещения взора и долю мультисаккад. Дополнительный анализ распределения саккадических движений глаз по ЛП позволил выделить класса саккад, различающихся длительностью ЛП (для сравнения см. (Fischer et al., 1993)): экспресс-саккады (с ЛП 90-140 мс), быстрые (141-190 мс) и медленные саккады (191-500 мс). Поскольку в процессе подготовки саккад, относящихся к разным классам, принимают участие разные структуры саккадной системы (Fischer, 1987), долю мультисаккад определяли в каждом классе саккад в отдельности (среди экспресс-, быстрых и медленных саккад).
Рис. 2. Запись саккадических движений глаз, выполненная с применением электроокулографической методики. А – одиночная саккада; Б – мультисаккада. ЛП – латентный период саккады, Т – время перемещения взора.
Стандартную статистическую обработку данных производили с помощью статистического пакета «STATISTICA». Достоверность различий средних величин ЛП и времени перемещения взора определяли с помощью непараметрического критерия Манна-Уитни (U-тест), достоверность различий между долями саккад – с помощью z-критерия сравнения долей. При сравнении параметров саккад в подгруппе пациентов «БП-т», проходивших лечение, использовали непараметрические критерии Манна-Уитни (U-тест) и Вилкоксона для парных данных. Для оценки влияния факторов эксперимента на параметры саккадических движений глаз использовали непараметрические методы дисперсионного анализа.
«