RU 
EN 
CN 
ES 
Биологи Самарского университета им. Королёва в рамках экспериментального исследования определили, как меняются поведенческие реакции и когнитивные (умственные) способности крыс после приема антибиотиков. Данное исследование должно расширить научные знания о том, как взаимосвязаны мозг и микробиота – кишечная микрофлора животных и человека, которая, как правило, серьезно страдает в ходе антибиотиковой терапии.
Обитающие в кишечнике бактерии выделяют особые биологически активные вещества, влияющие на состояние мозга и нервной системы. Когда бактерии гибнут от антибиотиков, эти вещества перестают образовываться и их полезное регулирующее влияние на мозг прекращается, что отражается на поведении и настроении живого существа и, возможно, приводит к возникновению неврологических заболеваний. Результаты экспериментов представлены в статье, опубликованной в российском научном журнале "Патогенез".
"В настоящее время исследования взаимосвязи мозга и микробиоты кишечника весьма актуальны в плане изучения патогенеза различных неврологических заболеваний человека, в том числе, например, болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, рассеянного склероза, шизофрении, депрессии. Как было ранее экспериментально подтверждено, у пациентов с данными заболеваниями довольно часто встречаются дисбиоз кишечной микрофлоры и нарушения функциональной активности кишечника. Согласно современным научным представлениям, кишечные бактерии являются источником различных биологически активных веществ, способных проникать в мозг через гематоэнцефалический барьер и оказывать определенное модулирующее влияние на структуры мозга и синаптическую нейропередачу. Известны данные о влиянии таких веществ на функции мозга посредством блуждающего нерва. Наше экспериментальное исследование на грызунах поможет дополнить имеющиеся научные данные в этой области", – рассказал Владимир Беляков, доцент кафедры физиологии человека и животных Самарского университета им. Королёва.
Как отметил ученый, обычно в подобных исследованиях, посвященных нарушениям кишечной микробиоты, основное внимание уделяется влиянию этих нарушений на какой-то определенный отдел мозга и его конкретную функцию. Самарские же исследователи применили комплексный подход и выявляли изменения различных составляющих целостного паттерна поведения животных. В ходе экспериментов строго соблюдались нормы биоэтического отношения к лабораторным животных, а протокол экспериментов был утвержден на заседании университетской комиссии по биоэтике.
Исследование проводилось на взрослых крысах-самцах, которых разделили на две группы – экспериментальную и контрольную. Крысам в экспериментальной группе раз в день в течение десяти суток перорально давали (впрыскивали в рот) суспензию из трех распространенных антибактериальных препаратов. Крысы контрольной группы антибиотиков не получали.
Количественный и качественный состав микробиоты кишечника изучался путем посева фекальных масс на специальных питательных средах с последующим применением технологий масс-спектрометрии и световой микроскопии.
Для оценки происходящих изменений в поведении подопытных использовались стандартные лабораторные установки для экспериментов с грызунами, в том числе "Приподнятый крестообразный лабиринт" (позволяет оценить уровень тревожности животного), "Лабиринт Барнс" (позволяет исследовать процессы пространственной памяти) и установка "Открытое поле" – с ее помощью можно выявлять целый комплекс поведенческих компонентов: двигательную активность грызунов, их уровень тревожности, степень выраженности исследовательского поведения.
"В ходе исследования нами было установлено, что комплексное воздействие антибиотиков приводило к значимым неблагоприятным изменениям в состоянии кишечной микробиоты и поведенческих реакций в различных тестовых установках. Например, у крыс резко снижалась мотивация к обследованию специальных отверстий в арене установки "Открытое поле". Это означало, что у них возникал дефицит ориентировочно-исследовательской активности. Данный поведенческий показатель у крыс, получавших антибиотики, снижался более чем на 30% по сравнению с крысами контрольной группы. Значительное снижение происходило и по другим важным поведенческим показателям", – отметила Юлия Кулагина, студентка биологического факультета Самарского университета им. Королёва.
В установке "Приподнятый крестообразный лабиринт" крысы с нарушениями микробиоты стремились избегать освещенных открытых территорий и предпочитали находиться в закрытых отсеках установки, что свидетельствует о росте уровня тревожности. Крысы из контрольной группы, напротив, к концу эксперимента гораздо более активно осваивали хорошо освещенные и открытые территории лабиринта, т.е. проявляли поведенческие показатели относительно комфортного состояния.
В эксперименте на установке "Лабиринт Барнс" грызунам необходимо найти "спасительную норку" и запомнить ее месторасположение. Крысы, не получавшие антибиотиков, быстро запоминали, где находится "норка", и, попадая в лабиринт в третий раз, они успешно выполняли задание в среднем на 24% быстрее, чем при первом своем прохождении задания. Крысы, получавшие антибиотики, с большим трудом запоминали месторасположение "норки", и каждое выполнение этого задания было для них как в первый раз, что указывает на серьезное снижение функции пространственной памяти.
"Как подтвердили эксперименты, нарушения кишечной микробиоты, связанные с приемом антибиотиков, приводят к значимым неблагоприятным изменениям микробного состава кишечника и формированию особого паттерна поведения с низким уровнем исследовательской активности, повышенной тревожностью и дефицитом пространственной памяти. Из-за нарушения кишечной микробиоты происходит снижение выработки короткоцепочных жирных кислот, биогенных аминов и других веществ с нейромодуляторными эффектами, что может приводить к дефициту когнитивных функций, нарушениям эмоционального состояния и, как следствие, формированию поведения с меньшим приспособительным потенциалом", – подытожил Владимир Беляков.
Справочно
Установка "Приподнятый крестообразный лабиринт" предназначена для изучения поведения грызунов в условиях переменной стрессогенности и позволяет оценить уровень тревожности животного по его предпочтению темноты/света, боязни высоты, выраженности и динамике поведения "выглядывания". Установка состоит из двух открытых и двух закрытых от света отсеков лабиринта, расположенных перпендикулярно друг к другу. Считается, что чем меньше времени грызун проводит на свету в открытых коридорах и на центральной площадке лабиринта, тем выше у него уровень тревожности.
Установка "Лабиринт Барнс" позволяет исследовать процессы пространственной памяти и представляет собой круглую платформу диаметром около метра с двадцатью отверстиями по краю. В одном из отверстий расположено убежище, в котором может спрятаться грызун, под остальными отверстиями "норок" нет. Животное с развитой пространственной памятью быстро находит спасительное отверстие, запомнив его расположение.
Установка "Открытое поле" может выявлять целый комплекс поведенческих компонентов: двигательную активность грызунов, их уровень тревожности, степень выраженности ориентировочно-исследовательского поведения. "Открытое поле" входит в перечень установок для выполнения психофармакологических тестов согласно приказу Минздрава России и представляет собой большую площадку, ограниченную непрозрачными бортиками и разделенную на девять одинаковых квадратов с круглыми отверстиями в центре каждого. Грызуна помещают в центр площадки на заданное количество времени (обычно на 3, 5, 10 минут) и регистрируют горизонтальную двигательную активность (число пересеченных секторов экспериментальной арены), исследовательскую активность (число заглядываний в отверстия и обнюхиваний их), вертикальную двигательную активность (число стоек на задних лапах) и число видоспецифических груминговых реакций (умывание мордочки и всего туловища и др). Поведенческие показатели лабораторных крыс записываются на видео и анализируются в специальной программе с получением комплексной информации о различных составляющих высшей нервной деятельности и поведения в исходном состояния и на всех этапах научного эксперимента.
Фото: Ольга Жаркова
