iemlogo

Физиологический отдел им. И.П. Павлова

Назад

Руководитель — профессор В. М. Клименко

Физиологический отдел организован в составе Императорского института экспериментальной медицины одним из первых, и с самого начала (1891 г.) его возглавил профессор И. П. Павлов, позднее ставший лауреатом Нобелевской премии (1904 г.), академиком (1908 г.) и всемирно признанным ученым. Труды И. П. Павлова по праву считаются классическими, открывшими новые страницы практически во всех основных разделах физиологии и медицины.
Для творчества И. П. Павлова характерен, прежде всего, принцип нервизма, основная идея которого заключена в решающей роли нервной системы в регуляции функционального состояния и деятельности всех органов и систем организма. Под его руководством в отделе выполнены исследования, обогатившие мировую науку данными о работе пищеварительного тракта, открыты условные рефлексы, обосновано экспериментальное моделирование неврозов и создано учение о высшей нервной деятельности (поведении), которое до настоящего времени лежит в основе научных представлений в физиологии, психофизиологии, психиатрии и психологии. Вместе с И. П. Павловым и его первыми ближайшими соратниками Д. Л. Глинским, С. Г. Вульфсоном и А. Т. Снарским в создании отечественной психонейрофизиологической научной школы принимали участие его выдающиеся ученики, позже составившие элиту отечественной физиологической науки: П. К. Анохин, Э. А. Асратян, Б. П. Бабкин, Д. А. Бирюков, К. М. Быков, В. С. Дерябин, И. В. Завадский, Н. И. Красногорский, А. Н. Крестовиков, П. С. Купалов, Л. А. Орбели, Н. А. Рожанский, В. В. Савич, Г. В. Фольборт, И. С. Цитович и др.
После кончины И. П. Павлова в 1936 году отдел возглавляли академик АМН СССР П. С. Купалов (1937–1964 гг.), академик АМН СССР М. М. Хананашвили (1965–1976 гг.) и член-корреспондент АМН СССР Г. А. Вартанян (1976–1995). С 1995 года отделом руководит профессор В. М. Клименко.
В настоящее время в физиологический отдел им. И. П. Павлова входят две лаборатории: лаборатория нейробиологии интегративных функций мозга (руководитель — доктор медицинских наук профессор В. М. Клименко), включающая научную группу нейродинамической коррекции патологии мозговых функций, и лаборатория психофизиологии эмоций (руководитель — доктор медицинских наук профессор С. Г. Цикунов).
Основным направлением исследований отдела, традиционно, уже более столетия, является изучение механизмов когнитивных функций, интегративной деятельности мозга и в центре внимания находятся вопросы взаимоотношения организма и среды, переработки сенсорной информации, ее значимости для социального опыта и, более широко, нормальные и патологические механизмы деятельности центральной нервной системы.
Последнее десятилетие характеризовалось нарастающим количеством работ, меняющих в физиологии привычные представления о механизмах взаимодействия между клетками мозга, его структурами, различными системами в организме и формированием поведения целостного организма — универсального средства его взаимодействия со средой обитания. Одновременно с внедрением молекулярно-клеточных методов исследований перед сотрудниками отдела стояла задача их максимального приближения к запросам современной практической медицины от механизмов формирования физиологических и патологических процессов до практических предложений новых методов лечения и рекомендаций по профилактике заболеваний.
В настоящее время на различных экспериментальных моделях изучаются молекулярные основы нарушений, лежащих в основе формирования нейродегенеративных заболеваний, психических расстройств и минимальных мозговых дисфункций. Эти исследования направлены на поиск новых стратегий лечения, позволяющих воздействовать на процессы клеточной дифференцировки, стимулировать нейрогенез и нормализовать трофические функции в ЦНС при таких социально значимых заболеваниях, как рассеянный склероз, болезни Паркинсона и Альцгеймера, ишемические и травматические повреждения мозга, синдром дефицита внимания с гиперактивностью у детей.
Доказано, что провоспалительные цитокины — интерлейкины 1 и 6 (ИЛ-1, ИЛ-6) и фактор некроза опухолей-α (ФНОα), выделяемые активированными макрофагами и моноцитами при воспалительных процессах любой этиологии, действуют в мозге и опосредуют центральные компоненты ответа организма на активацию иммунной системы, определяя поведение больного. Опубликованные данные и результаты исследований отдела позволили описать стандартный комплекс поведенческих реакций, вызываемых провоспалительными цитокинами, получивший в международной литературе название «поведение больного» (sickness behavior): подавление локомоторной и коммуникативной активности, снижение исследовательской и пищевой мотиваций, ангедония и др. Характер изменений поведения, вызываемых ИЛ-1: сомногенный эффект, снижение двигательной и исследовательской активности, ангедония, подавление пищевой мотивации — позволил предполагать вовлеченность этого цитокина в развитие депрессивноподобных состояний.
В последние годы одним из наименее изученных аспектов взаимодействия нервной и иммунной систем оставался вопрос о роли цитокинов в формировании высших функций мозга в раннем возрасте. Актуальность данной проблемы определялась появлением данных о том, что многие виды перинатальной патологии, приводящие в дальнейшем к развитию когнитивных нарушений (перинатальные ишемия и гипоксия, инфекционные заболевания, родовые травмы и др.), сопровождаются активацией продукции провоспалительных цитокинов в клетках иммунной системы и мозга. Малоизученными, однако, оставались вопросы дифференциальной роли ИЛ-1, ИЛ-6 и ФНО-α в формировании нарушений когнитивных функций, недостаточно описаны периоды максимальной чувствительности формирующегося мозга к действию провоспалительных цитокинов (критические периоды действия), практически не известны механизмы индуцированного провоспалительными цитокинами когнитивного дефицита.
Проведенные в отделе исследования доказали, что умеренное повышение уровня ИЛ-1 в раннем постнатальном онтогенезе приводит к отдаленным (выявляемым у взрослых животных) изменениям исследовательского поведения и различных видов памяти (долговременной, но не краткосрочной). Выявлены критические сроки раннего постнатального периода, когда повышение уровня провоспалительных цитокинов оказывает максимальное повреждающее действие на формирование когнитивных функций. Среди механизмов когнитивных дисфункций, вызываемых повышением уровня провоспалительных цитокинов в раннем возрасте, могут быть выявленные изменения активности дофаминергической и глутаматергической систем гиппокампа и фронтальной коры, а также нарушение экспрессии генов ряда белков, вовлеченных в регуляцию процессов нейропластичности.
Долговременные изменения в ЦНС, вызываемые повышением уровня провоспалительных цитокинов в раннем постнатальном онтогенезе могут быть причиной отдельных симптомов, характерных для синдрома дефицита внимания и шизофрении, а также явиться основой высокой предрасположенности к развитию во взрослом и старческом возрасте нейродегенеративных заболеваний — болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера.
Важным итогом многолетних исследований явилось доказательство наличия нейродегенерации при аутоиммунной патологии ЦНС. При изучении роли активированной иммунной системы в повреждении нервных клеток в экспериментальных моделях аутоиммунных заболеваний ЦНС показана сопряженность действия воспалительных и эксайтотоксических факторов. Исследование глутаматной эксайтотоксичности выявило вовлеченность NMDA- и AMPA-рецепторов глутамата, опосредующих вход ионов кальция внутрь клетки и активацию кальцийзависимых протеаз — кальпаинов в процесс нейродегенерации. Это позволило разработать и применить новые высокоэффективные способы нейропротекции с различными мишенями воздействия. Первый из них ориентирован на регуляцию активности рецепторов глутамата с использованием препаратов комбинированного действия (блокаторов NMDA-и/или AMPA-рецепторов), другой путь использует подавление гиперактивации кальпаиновой системы с помощью синтетических препаратов пептидов со структурой, соответствующей определенным функциональным доменам белка кальпастатина (естественного ингибитора кальпаинов).
В целом исследования выявили взаимосвязь основных патогенетических процессов, запускающих гибель нервных клеток при различных нейродегенеративных заболеваниях: нейровоспаление, эксайтотоксичность и окислительный стресс.
Одним из направлений работы отдела является исследование пептидных механизмов регуляции ответа ЦНС на действие неблагоприятных факторов среды (на моделях воспаления, стресса, нейродегенеративного процесса). В частности, в поле зрения оказался нейропептид галанин, обладающий широким спектром биологической активности и, благодаря ингибиторному влиянию на высвобождение нейротрансмиттеров, являющийся важным регулятором возбуждения в ЦНС. Исследование роли нейропептида галанина в регуляции адаптивных реакций при активации иммунной системы (на модели введения бактериального ЛПС) позволило получить приоритетные данные об антипиретическом действии галанина при развитии ЛПС-индуцированной лихорадки. Протективные свойства галанина показаны и при действии психогенного стресса. Полученные данные позволяют отнести нейропептид галанин к стресс-лимитирующим системам мозга, эффективность активации которых, как известно, имеет большое значение для предотвращения развития стрессобусловленной патологии.
В настоящее время в отделе проводятся исследования, призванные обосновать роль гена галанина как одного из кандидатных генов, изменения в структуре которых могут вызвать развитие заболевания или обусловить формирование фенотипа, уязвимого к действию неблагоприятных факторов. Нами впервые выявлены аллельные варианты гена галанина у крыс линии Вистар. Показаны особенности реакции на стресс и введение нейротоксинов у животных, имеющих различия в структуре промоторной области гена галанина, в частности, продемонстрировано, что для крыс — носителей редкой аллели гена галанина характерно более неблагоприятное течение адаптационного периода с развитием катаболического дисбаланса. Дальнейшие исследования будут направлены на выявление молекулярно-клеточных механизмов, лежащих в основе наблюдаемых изменений.
Известно, что поведение изменяется под влиянием различных стрессовых воздействий, среди которых особенно актуальны витальный стресс и травма мозга. В отделе разработаны оригинальные модели психической травмы и посттравматического стрессового расстройства (ПТСР) на модели крыс, патология у которых наиболее приближена к аналогичной патологии у человека. На этих моделях впервые показано, что переживание однократной психической травмы, вызванной реальной угрозой жизни, приводит к длительно сохраняющимся структурным и функциональным нарушениям в головном мозге. После острой психической травмы определяется большое число диффузно гибнущих нервных клеток в гиппокампе, гипоталамусе и коре больших полушарий. Обнаружено не описанное ранее «выпадение» экспрессии нейронального ядерного белка NeuN в клетках гиппокампа и лимбической коры. Получены данные о подавлении пролиферации прогениторных стволовых клеток в субгранулярном слое зубчатой извилины гиппокампа и субвентрикулярной зоне боковых желудочков, что указывает на участие процессов нейрогенеза в механизмах развития и компенсации ПТСР и депрессий. Выявлено системное нарушение липидного обмена, проявляющееся в изменении спектра липидов плазмы крови по атерогенному типу — резкое длительное снижение содержания холестерина липопротеидов высокой плотности в плазме крови. У значительного числа потомства крыс, рожденных матерями с ПТСР, наблюдаются двигательные и эмоциональные нарушения, имеющие черты сходства с психопатическими расстройствами у людей. Показана возможность коррекции выявленных после психической и физической травм нарушений с помощью направленной регуляции активности нейромедиаторных систем мозга как в эксперименте, так и у людей, переживших витальный стресс во время боевых действий. В плацебоконтролируемых исследованиях показано позитивное влияние препаратов вазопрессина на функцию речи и внимание у больных с афазиями, редукция тревожной и депрессивной симптоматики при постинсультных депрессиях, улучшение показателей мозгового кровотока. Полученные данные указывают на новые свойства вазопрессина, расширяющие представления о его функциональной роли у человека и возможных показаниях к его применению в лечении неврологических больных.
В развитие идей И.П. Павлова о принципах саморегуляции в отделе созданы способы немедикаментозного воздействия на мозг за счет произвольной и непроизвольной активации процессов саморегуляции функционального состояния ЦНС. Среди других методов следует отметить оригинальный метод биоакустической коррекции и способы коррекции нарушений взаимодействия между различными отделами коры головного мозга при пограничных психических расстройствах (логоневроз и др.) у детей 3–14 лет, которые востребованы практическими лечебными учреждениями.
Подводя итоги пути, пройденного коллективом Физиологического отдела имени И.П. Павлова, следует отметить, что достижения современной терапии и профилактики болезней определены развитием медико-биологических исследований в направлении поиска методов и средств, позволяющих осуществлять направленную регуляцию физиологических систем и защитных сил организма, в том числе через регуляцию психических процессов, эмоций и поведения, всего того, что И.П. Павлов объединял в понятии «высшая нервная деятельность».

В состав отдела входят: