Нейрональные перестройки на супраспинальном уровне, способствующие кишечной гипералгезии при колите

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.33910/2687-1270-2021-2-1-71-78

Ключевые слова:

кишечное воспаление, структуры ствола мозга, экспрессия c-fos белков, нейрональная активность, колоректальное растяжение, кишечная гипералгезия, абдоминальная боль

Аннотация

Воспалительные заболевания кишечника (болезнь Крона, язвенный колит) характеризуются хронической абдоминальной болью, которая продолжает беспокоить пациентов даже в период ремиссии. Полагают, что основной причиной такой боли является кишечная гипералгезия, развивающаяся вследствие вызванных периферическим воспалением нарушений в центральных, в частности супраспинальных, механизмах контроля болевой информации от толстой кишки. Однако какие именно структуры головного мозга и каким образом вовлечены в этот процесс, остается неясным. Поэтому целью нашего исследования было определение ассоциированных с колитом изменений в нейрональных свойствах супраспинальных структур, которые могут способствовать развитию кишечной гипералгезии. Работа выполнена на анестезированных уретаном самцах крыс линии Вистар. С помощью иммуногистохимического метода определения экспрессии c-fos белков и микроэлектродной нейрофизиологической техники оценивали нейрональную активность структур головного мозга у здоровых животных и крыс с колитом, вызванным трансректальным введением пикрилсульфониевой кислоты. Кишечное воспаление сопровождалось усилением базальной и вызванной ноцицептивным колоректальным растяжением (КРР) с-fos-синтезирующей активности в каудальной вентролатеральной ретикулярной области продолговатого мозга (ВЛРО), ядре одиночного тракта (ЯОТ), парабрахиальном комплексе моста и голубом пятне. В этих условиях с-fos-позитивные клетки дорсального ядра шва были индифферентными к КРР, а ноцицептивная c-fos-синтезирующая активность центрального серого вещества среднего мозга (ЦСВ) была существенно снижена по сравнению с таковой в норме. Микроэлектродное исследование ствола мозга у крыс с колитом выявило усиление вызванного КРР нейронального возбуждения в ВЛРО и ЯОТ при уменьшении доли отвечающих на кишечную стимуляцию нервных клеток в ЦСВ. Ассоциированные с кишечным воспалением сенситизация висцеросенсорных стволовых структур и параллельное снижение уровня возбудимости ключевых образований эндогенной антиноцицептивной системы мозга могут облегчать восходящее проведение висцеральных болевых сигналов, т. е. способствовать кишечной гипералгезии.

Библиографические ссылки

Bai, Y., Chen, Y.-B., Qiu, X.-T. et al. (2019) Nucleus tractus solitarius mediates hyperalgesia induced by chronic pancreatitis in rats. World Journal of Gastroenterology, vol. 25, no. 40, pp. 6077–6093. https://www.doi.org/10.3748/wjg.v25.i40.6077 (In English)

Bielefeldt, K., Davis, B., Binion, D. G. (2009) Pain and inflammatory bowel disease. Inflammatory Bowel Diseases, vol. 15, no. 5, pp. 778–788. https://www.doi.org/10.1002/ibd.20848 (In English)

Bhamre, R., Sawrav, S., Adarkar, S. et al. (2018) Psychiatric comorbidities in patients with inflammatory bowel disease. Indian Journal of Gastroenterology, vol. 37, no. 4, pp. 307–312. https://www.doi.org/10.1007/s12664-018-0870-9 (In English)

Ceuleers, H., van Spaendonk, H., Hanning, N. et al. (2016) Visceral hypersensitivity in inflammatory bowel diseases and irritable bowel syndrome: The role of proteases. World Journal of Gastroenterology, vol. 22, no. 47, pp. 10275–10286. https://www.doi.org/10.3748/wjg.v22.i47.10275 (In English)

Farmer, A. D., Aziz, Q. (2013) Gut pain & visceral hypersensitivity. British Journal of Pain, vol. 7, no. 1, pp. 39–47. https://www.doi.org/10.1177/2049463713479229 (In English)

Farrell, K., Sci, B. B., Keely, S. et al. (2014) A systematic review of the evidence for central nervous system plasticity in animal models of inflammatory-mediated gastrointestinal pain. Inflammatory Bowel Diseases, vol. 20, no. 1, pp. 176–195. https://www.doi.org/10.1097/01.MIB.0000437499.52922.b1 (In English)

Goehler, L. E., Gaykema, R. P., Opitz, N. et al. (2005) Activation in vagal afferents and central autonomic pathways: Early responses to intestinal infection with Campylobacter jejuni. Brain, Behavior, and Immunity, vol. 19, no. 4, pp. 334–344. https://www.doi.org/10.1016/j.bbi.2004.09.002 (In English)

Greenwood-Van Meerveld, B. G., Johnson, A. C. (2018) Mechanisms of stress-induced visceral pain. Journal of Neurogastroenterology and Motility, vol. 24, no. 1, pp. 7–18. https://www.doi.org/10.5056/jnm17137 (In English)

Ko, C.-Y., Yang, Y.-B., Chou, D., Xu, J.-H. (2020) The ventrolateral periaqueductal gray contributes to depressive-like behaviors in recovery of inflammatory bowel disease rat model. Frontiers in Neuroscience, vol. 14, article 254. https://www.doi.org/10.3389/fnins.2020.00254 (In English)

Liu, K., Gao, X.-Y., Li, L. et al. (2014) Neurons in the nucleus tractus solitarius mediate the acupuncture analgesia in visceral pain rats. Autonomic Neuroscience, vol. 186, pp. 91–94. https://www.doi.org/10.1016/j.autneu.2014.08.004 (In English)

Lu, Y., Jiang, B.-C., Cao, D.-L. et al. (2017) Chemokine CCL8 and its receptor CCR5 in the spinal cord are involved in visceral pain induced by experimental colitis in mice. Brain Research Bulletin, vol. 135, pp. 170–178. https://www.doi.org/10.1016/j.brainresbull.2017.10.009 (In English)

Lu, Y., Westlund, K. N. (2001) Effects of baclofen on colon inflammation-induced Fos, CGRP and SP expression in spinal cord and brainstem. Brain Research, vol. 889, no. 1–2, pp. 118–130. https://www.doi.org/10.1016/s0006-8993(00)03124-3 (In English)

Lyubashina, O., Atanasova, D., Panteleev, S. et al. (2012) Differential c-fos expression in nuclei of the caudal medulla oblongata following noxious colorectal distension in anaesthetized rats. Comptes rendus de l’Académie bulgare des sciences — Proceeding of the Bulgarian Academy of Sciences, vol. 65, no. 5, pp. 709–716. (In English)

Lyubashina, O. A., Sivachenko, I. B., Panteleev, S. S., Nozdrachev, A. D. (2016) Effects of 5-HT3 receptor blockade on visceral nociceptive neurons in the ventrolateral reticular field of the rat medulla oblongata. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, vol. 52, pp. 313–325. https://www.doi.org/10.1134/S0022093016040062 (In English)

Morris, G. P., Beck, P. L., Herridge, M. S. et al. (1989) Hapten-induced model of chronic inflammation and ulceration in the rat colon. Gastroenterology, vol. 96, no. 3, pp. 795–803. PMID: 2914642. (In English)

Moshiree, B., Zhou, Q., Price, D. D., Verne, G. N. (2006) Central sensitisation in visceral pain disorders. Gut, vol. 55, no. 7, pp. 905–958. https://www.doi.org/10.1136/gut.2005.078287 (In English)

Mönnikes, H., Rüter, J., König, M. et al. (2003) Differential induction of c-fos expression in brain nuclei by noxious and non-noxious colonic distension: Role of afferent C-fibers and 5-HT3 receptors. Brain Research, vol. 966, no. 2, pp. 253–264. https://www.doi.org/10.1016/s0006-8993(02)04197-5 (In English)

Ness, T. J., Follett, K. A., Piper, J., Dirks, B. A. (1998) Characterization of neurons in the area of the medullary lateral reticular nucleus responsive to noxious visceral and cutaneous stimuli. Brain Research, vol. 802, no. 1–2, pp. 163–174. https://www.doi.org/10.1016/s0006-8993(98)00608-8 (In English)

Nurzynska, K., Mikhalkin, A., Piorkowski, A. (2017) CAS: Cell annotation software — research on neuronal tissue has never been so transparent. Neuroinformatics, vol. 15, no. 4, pp. 365–382. https://www.doi.org/10.1007/s12021-017-9340-2 (In English)

Panteleev, S. S., Martseva, A. A., Lyubashina, O. A. (2013) Responses of solitary tract nucleus neurons to nociceptive stimuli of the large intestine in rats. Neuroscience and Behavioral Physiology, vol. 43, no. 6, pp. 775–781. https://www.doi.org/10.1007/s11055-013-9808-y (In English)

Panteleev, S. S., Sivachenko, I. B., Lyubashina, O. A. (2021) The buspirone-dependent abdominal pain transmission within the nucleus tractus solitarius in the rat. Neuroscience, vol. 452, pp. 326–334. https://www.doi.org/10.1016/j. neuroscience.2020.11.032 (In English)

Paxinos, G., Watson, C. (1998) The rat brain in stereotaxic coordinates. 4th ed. San Diego: Academic Press, 237 p. (In English)

Pinto-Ribeiro, F., Ansah, O. B., Almeida, A., Pertovaara, A. (2011) Response properties of nociceptive neurons in the caudal ventrolateral medulla (CVLM) in monoarthritic and healthy control rats: Modulation of responses by the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN). Brain Research Bulletin, vol. 86, no. 1–2, pp. 82–90. https://www.doi.org/10.1016/j.brainresbull.2011.06.014 (In English)

Porcher, C., Sinniger, V., Juhem, A. et al. (2004) Neuronal activity and CRF receptor gene transcription in the brains of rats with colitis. The American Journal of Physiology. Gastrointestinal and Liver Physiology, vol. 287, no. 4, pp. G803–G814. https://www.doi.org/10.1152/ajpgi.00135.2004 (In English)

Siegel, C. A., MacDermott, R. P. (2009) Is chronic pain an extraintestinal manifestation of IBD? Inflammatory Bowel Diseases, vol. 15, no. 5, pp. 769–771. https://www.doi.org/10.1002/ibd.20844 (In English)

Wang, L., Martínez, V., Larauche, M., Taché, Y. (2009) Proximal colon distension induces Fos expression in oxytocin-, vasopressin-, CRF- and catecholamines-containing neurons in rat brain. Brain Research, vol. 1247, pp. 79–91. https://www.doi.org/10.1016/j.brainres.2008.09.094 (In English)

Zhang, M.-M., Liu, S.-B., Chen, T. et al. (2014) Effects of NB001 and gabapentin on irritable bowel syndrome-induced behavioral anxiety and spontaneous pain. Molecular Brain, vol. 7, article 47. https://www.doi.org/10.1186/1756-6606-7-47 (In English)

Опубликован

2021-05-27

Выпуск

Раздел

Экспериментальные статьи