CC BY
37
№ 3 - 2014 г.
14.00.00 медицинские и фармацевтические науки
УДК 577.125-008.9:615.831
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К КОРРЕКЦИИ ДИСЛИПИДЕМИИ ДЕПРИВАЦИЕЙ
СВЕТА
О. Б. Жукова1. К. В. Зайцев1. А. А. Гостюхина1. Н. Г. Абдулкина1. Т. Т. Радзивил2
1Филиал «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии» ФГБУ «Сибирский федеральный научно-клинический центр Федерального
медико-биологического агентства» (г. Томск) 2ФГБУ «Сибирский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства» (г. Томск)
Оценка влияния света и его депривации на липидный обмен была выполнена на модели алиментарного ожирения у 80-ти аутбредных крыс. С помощью биохимического и иммуноферментного анализов сыворотки крови крыс установлено, что круглосуточное воздействие искусственного света на фоне диет-индуцированного ожирения способствовало формированию дислипидемии П-б типа и гипертироксинемии компенсаторного характера, а также вызывало повышение уровня серотонина. Длительная световая депривация полностью нивелирует указанные нарушения у крыс с ожирением. Предполагается, что этот эффект может быть обусловлен синтезом в темное время суток мелатонина.
Ключевые слова: ожирение, депривация света, липидный обмен, серотонин, тироксин.
Жукова Оксана Борисовна — доктор медицинских наук, старший научный сотрудник экспериментальной лаборатории биомедицинских технологий Филиала «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии» ФГБУ «Сибирский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства», рабочий телефон: 8 (3822) 90-65-17, е-mail: [email protected]
Зайцев Константин Васильевич — кандидат медицинских наук, руководитель экспериментальной лаборатории биомедицинских технологий Филиала «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии» ФГБУ «Сибирский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства», рабочий телефон: 8 (3822) 90-65-17, е-mail: [email protected]
Гостюхина Алена Анатольевна — младший научный сотрудник экспериментальной лаборатории биомедицинских технологий Филиала «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии» ФГБУ «Сибирский федеральный
научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства», рабочий телефон: 8 (3822) 90-65-17, е-таП: [email protected]
Абдулкина Наталья Геннадьевна — доктор медицинских наук, научный руководитель лаборатории функциональной диагностики Филиала «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии» ФГБУ «Сибирский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства», рабочий телефон: 8 (3822) 51-53-88, е-таП: [email protected]
Радзивил Татьяна Тимофеевна — доктор медицинских наук, зав. централизованной клинико-диагностической лабораторией ФГБУ «Сибирский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства», г. Томск, е-таП: [email protected]
Введение. Актуальность вопросов влияния освещенности на организм обусловлена тем, что с появлением электричества человек стал проводить больше времени при искусственном освещении. Для живого организма свет не только обеспечивает восприятие зрительной информации, но и является важнейшим регулятором суточной ритмичности протекания широкого спектра физиологических реакций. Роль света как ведущего внешнего «время-задателя» биоритмов показана при трансмеридианных перелетах, ночной работе, длительном затемнении, слепоте [8]. На стимулирующих свойствах света основано его использование при лечении зимней депрессии, нервной булемии, предменструального синдрома [9]. При этом терапевтический эффект связывают не только с нормализацией временной организации физиологических функций, но и с активационным действием света [4]. Базовые представления о механизмах этого эффекта требуют уточнения. Однако предполагается, что они опосредованы взаимосвязями гормонов эпифиза и гипоталамо-гипофизарной системы [6]. В частности, для мелатонина, который синтезируется эпифизом в темное время суток, установлена плейотропность его свойств, как на уровне организма в целом, так и на молекулярно-генетическом уровне [3]. Углубление сведений о механизмах биологических эффектов света позволит обосновать приложение получаемых сведений к профилактике, лечению и реабилитации различных заболеваний, в том числе ассоциированных с метаболическими и гормональными нарушениями.
В связи с вышеизложенным настоящее исследование было посвящено экспериментальной оценке влияния светового воздействия на дислипидемию при ожирении.
Материалы и методы исследования. Исследование выполнено на 80-ти половозрелых аутбредных крысах-самцах с исходной массой тела 330-380 г, которые случайным образом были разделены на 4 группы по 20 особей в каждой:
1. интактные крысы;
2. крысы с дислипидемией, содержавшиеся 10 сут. при естественном освещении;
3. крысы с алиментарным ожирением, содержавшиеся 10 сут. при круглосуточном освещении;
4. крысы с алиментарным ожирением, содержавшиеся 10 сут. в полной темноте.
Все процедуры с животными проводили в соответствии с международными правилами и нормами (European Communities Council Directives of 24 November 1986, 86/609/EEC)
в течение марта 2013 года, когда продолжительность светового периода суток составляла в среднем 11 ч 42 мин. Нарушение липидного обмена у крыс воспроизводили с помощью модели алиментарного ожирения. При этом животные содержались в тесных клетках по 1-й особи в течение 30-ти суток и находились на высококалорийной диете, состоящей из комбикорма (47 %), сладкого сгущенного молока (44 %), растительного масла (8 %) и растительного крахмала (1 %) (жиры — 29,6 %, протеины — 14,8 %, углеводы — 55,6 %) [6]. Интактные крысы содержались в аналогичных условиях, но получали только комбикорм производства ООО «Лабораторкорм» (Россия) в полном объеме. После развития ожирения животные опытных групп в течение 10-ти дней круглосуточно находились при искусственном освещении либо в полной темноте.
В сыворотке крови измеряли концентрацию общего холестерола (ОХС), липопротеинов высокой плотности и триглицеридов (ТГ) стандартными методами на биохимическом анализаторе Hitachi 911 (Япония). Содержание липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) рассчитывали по формуле Фридвальда [2]. Уровни тироксина и серотонина в сыворотке крови животных определяли с помощью твердофазного иммуноферментного «сэндвичевого» метода согласно инструкциям соответствующих тест-систем.
Метод статистического анализа полученных данных включал расчет описательных характеристик (Me — медиана, Q1 — 25 % квартиль, Q3 — 75 % квартиль), проверку на нормальность распределения, межгрупповое сравнение показателей с помощью непараметрического критерия Манна-Уитни. Различия считались статистически значимыми при уровне р < 0,05.
Результаты исследований и обсуждение. Ранее нами было показано, что содержание животных на гиперкалорийном рационе в течение 1-го месяца способствовало формированию алиментарного ожирения [1].
Установленные значения биохимических показателей в сыворотке крови у животных с алиментарным ожирением указывали на появление гиперхолестеролемии и гипертриглицеридемии, при этом содержание ОХС превышало фоновый уровень на 44,0 %, атерогенных ЛПНП — на 66,7 %, а ТГ — на 48,4 % (см. табл.). Таким образом, на фоне высококалорийной диеты в организме крыс имеет место дислипидемия II-б типа. Указанные нарушения были сопряжены с изменениями уровней инсулина и лептина [1], а также с повышенным содержанием свободного тироксина, отвечающего за регуляцию метаболизма (см. табл.). Дисбаланс продукции гормонов щитовидной железы, по-видимому, является компенсаторным и направлен на поддержание стабильности массы тела [7].
Изменение биохимических и гормональных показателей в сыворотке крови
у крыс при ожирении, Ме Q3)
Группы животных Концентрация ОХС, ммоль/л Концентрация ТГ, ммоль/л Концентрация ЛПНП, ммоль/л Содержание тироксина, пмоль/л Содержание серотонина, мг/мл
Интактные крысы 1,57 (1,37; 1,66) 0,93 (0,80; 1,10) 0,36 (0,20; 0,41) 16,05 (15,40; 17,90) 1,16 (0,92; 1,35)
Крысы с алиментарным ожирением 2,26 (2,02; 2,40)" 1,38 (0,92; 1,52)" 0,54 (0,29; 0,66)" 21,30 (16,50; 21,80)" 1,12 (1,02; 1,40)
Крысы с ожирением, содержавшиеся при круглосуточном освещении 2,76 (2,55; 2,94)" 1,13 (0,79; 1,24)" 0,80 (0,64; 0,98)"* 18,90 (17,30; 20,10)" 2,52 (2,36; 2,54)"*
Крысы с ожирением, содержавшиеся в полной темноте 1,37 (1,21; 1,48)*# 0,57 (0,50; 0,66)*# 0,40 (0,25; 0,49)# 18,45 (16,15; 19,45)* 0,52 (0,36; 0,64)"*#
Примечание: " — р-уровень < 0,05 по сравнению с аналогичными показателями у интактных крыс; * — р-уровень < 0,05 по сравнению с аналогичными показателями у крыс с алиментарным ожирением; # — р-уровень < 0,05 по сравнению с аналогичными показателями у крыс с ожирением, содержавшимися при круглосуточном освещении
Известно, что обмен веществ подчиняется принципу ритмичности протекания всех биологических процессов. Цикл освещенности (свет-темнота) является важнейшим регулятором циркадной ритмичности, подстраивая ход биологических часов под астрономические сутки [4, 8]. Действие экзо- или эндогенных факторов всегда вызывает адаптационные перестройки в организме. Для выяснения роли световых воздействий в регуляции липидного обмена крыс с дислипидемией содержали при круглосуточном искусственном освещении либо в полной темноте в течение 10-ти суток. Под влиянием постоянного света у животных были выявлены аналогичные нарушения липидного обмена и уровня тироксина, что и в контрольной группе. Кроме того, у 22 % крыс этой группы было отмечено появление трофических язв на конечностях, ассоциированное с повышенным содержанием глюкозы в периферической крови. Такие животные исключались из данного эксперимента. Напротив, при содержании экспериментальных крыс с моделью алиментарного ожирения в условиях длительной депривации света все рассматриваемые показатели соответствовали норме (см. табл.). Данный факт навел нас на мысль о наличии протективного фактора, вырабатываемого ночью.
Известно, что в темное время суток и у дневных, и у ночных животных эпифизом (шишковидная или пинеальная железа) секретируется гормон мелатонин, координирующий работу всего организма благодаря его влиянию на экспрессию генов биологических часов. Синтез мелатонина подчинен суточному ритму и строго зависит от освещенности. Согласно гипотезе «циркадианной деструкции», воздействие света в ночные часы нарушает эндогенный суточный ритм, подавляет ночную секрецию мелатонина, что приводит к снижению его плейотропного влияния на организм [5].
Поскольку мелатонин и серотонин синтезируются из единого предшественника, то по содержанию последнего в крови мы опосредовано судили об уровне мелатонина в организме. Проведенное исследование позволило установить увеличение количества серотонина у крыс, содержавшихся при круглосуточном освещении, и наиболее низкие значения данного показателя в условиях длительной депривации света (см. табл.). Это подтверждает выраженную связь продукции гормонов эпифиза и фотопериодизма.
Таким образом, искусственное увеличение продолжительности темного периода суток, вероятно, способствует продлению мелатониновых эффектов в отношении нормализации липидного обмена. Для повышения эффективности терапии ожирения можно рекомендовать смещение естественного цикла освещенности в сторону темноты с целью немедикаментозной коррекции метаболических нарушений.
Выводы
1. Круглосуточное непрерывное световое воздействие на фоне диет-индуцированного ожирения способствует формированию нарушений липидного обмена в виде дислипидемии II-б типа и гипертироксинемии компенсаторного характера, а также вызывает повышение уровня серотонина.
2. Длительная (10 суток) депривация света полностью нивелирует указанные нарушения у крыс с моделью алиментарного ожирения.
В статье приводятся результаты исследований, выполненных при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы» (Соглашение № 8304 от 10.08.2012).
Список литературы
1. Влияние экспериментального десинхроноза на липидный обмен у крыс при ожирении / О. Б. Жукова, К. В. Зайцев, Н .П. Степаненко [и др.] // Вестник ТГУ. Биология. — 2013.
— № 4 (24). — С. 145-151.
2. Клиническая биохимия : учебник для вузов / Под ред. В. А. Ткачука. — М. : Изд-во ГЭОТАР-Медиа, 2004 — 515 с.
3. Значение мелатонина в диагностике некоторых заболеваний внутренних органов и перспективы его применения в практической медицине / К. И Прощаев,
А. Н. Ильницкий, Т. В. Кветная [и др.] // Медицинский академический журнал. — 2007.
— Т. 7, № 2. — С. 95-105.
4. Grass F. Humoral phototransduction : light transportation in the blood, and possible biological effects / F. Grass, S. Kasper // Med. Hypotheses. — 2008. — Vol. 71, N 2. — P. 314-317.
5. Hamet P. Genetics of the sleep-wake cycle and its disorders / P. Hamet, J. Tremblay // Metabolism. — 2006. — Vol. 55, N 10 (Suppl. 2). — P. 7-12.
6. Human retinal light sensitivity and melatonin rhythms following four days in near darkness / K. V. Danilenko, I. L. Plisov, A. Wirz-Justice, M. Hebert // Chronobiology Int. — 2009.
— Vol. 29. — P. 93-107.
7. Pearce E. N. Thyroid hormone and obesity / E. N. Pearce // Curr. Opin. Endocrinol. Diabetes. Obes. — 2012. — Vol. 19, N 5. — P. 408-413.
8. Skene D. J. Circadian rhythm sleep disorders in the blind and their treatment with melatonin / D. J. Skene, J. Arendt // Sleep. Med. — 2007. — Vol. 8, N 6. — P. 651-655.
9. Terman M. Evolving applications of light therapy / M. Terman // Sleep Med Rev. — 2007.
— Vol. 11, N 6. — P. 497-507.
EXPERIMENTAL JUSTIFICATION OF METHODOLOGICAL APPROACHES TO CORRECTION OF DISLIPIDEMY BY LIGHT DEPRIVATION
O. B. Zhukova1. K. V. Zaytsev1. A. A. Gostyukhina1. N. G. Abdulkina1. T. T. Radzivil2
1Branch «Tomsk scientific research institute of balneology and physiotherapy» FSBE «Siberian Federal Scientific and Clinical Center of Federal Medical Biological Agency» (Tomsk c.) 2FSBE «Siberian federal scientific and clinical center Federal Medical Biological Agency»
(Tomsk c.)
The assessment of influence of light and its deprivation on lipide exchange was performed on model of nutritional obesity at 80 outbred rats. By means of biochemical and immunoenzymatic analyses of blood serum of rats it is established that the round-the-clock influence of artificial light against diet-induced obesity promoted formation of dislipidemy by Il-b type and hyperthyroxinemy of compensatory character, and also caused rising of serotonin level. The long light deprivation completely levels the specified disturbances at rats with obesity. It is supposed that this effect can be caused by melatonin synthesis in night-time.
Keywords: obesity, light deprivation, lipidic exchange, serotonin, thyroxine.
About authors:
Zhukova Oksana Borisovna — doctor of medical science, senior research associate of experimental laboratory of biomedical technologies at Branch «Tomsk scientific research institute of balneology and physiotherapy» FSBE «Siberian Federal Scientific and Clinical Center of Federal Medical Biological Agency», office phone: 8 (3822) 90-65-17, e-mail: [email protected]
Zaytsev Konstantin Vasilyevich — candidate of medical science, principal of experimental laboratory of biomedical technologies at Branch «Tomsk scientific research institute of balneology and physiotherapy» FSBE «Siberian Federal Scientific and Clinical Center of Federal Medical Biological Agency», office phone: 8 (3822) 90-65-17, e-mail: [email protected]
Gostyukhina Alyona Anatolyevna — junior researcher of experimental laboratory of biomedical technologies at Branch «Tomsk scientific research institute of balneology and physiotherapy» FSBE «Siberian Federal Scientific and Clinical Center of Federal Medical Biological Agency», office phone: 8 (3822) 90-65-17, e-mail: [email protected]
Abdulkina Natalya Gennadyevna — doctor of medical science, principal of department of organization of scientific researches and post-degree formation at Branch «Tomsk scientific research institute of balneology and physiotherapy» FSBE «Siberian Federal Scientific and Clinical Center of Federal Medical Biological Agency», office phone: 8 (3822) 51-53-88, e-mail: [email protected]
Radzivil Tatyana Timofeevna — doctor of medical science, head of centralized clinicodiagnostic laboratory at FSBE «Siberian federal scientific and clinical center Federal Medical Biological Agency», e-mail: [email protected]
List of the Literature:
1. Influence experimental desynchronosis on lipide exchange at rats with obesity / O. B. Zhukova, K. V. Zaytsev, N. P. Stepanenko [etc.] // TSU Bulletin. Biology. — 2013. — № 4 (24). — P. 145-151.
2. Clinical biochemistry: textbook for higher education institutions / Under the editorship of V. A. Tkachuk. — M.: Publishing house of GEOTAR-media, 2004 — 515 P.
3. Value of melatonin in diagnostics of some diseases of internal and prospects of its application in applied medicine / K. I Proshchayev, A. N. Ilnitsky, T. V. Kvetnaya [etc.] // Medical academic magazine. — 2007. — V. 7, № 2. — P. 95-105.
4. Grass F. Humoral phototransduction : light transportation in the blood, and possible biological effects / F. Grass, S. Kasper // Med. Hypotheses. — 2008. — Vol. 71, N 2. — P. 314-317.
5. Hamet P. Genetics of the sleep-wake cycle and its disorders / P. Hamet, J. Tremblay // Metabolism. — 2006. — Vol. 55, N 10 (Suppl. 2). — P. 7-12.
6. Human retinal light sensitivity and melatonin rhythms following four days in near darkness / K. V. Danilenko, I. L. Plisov, A. Wirz-Justice, M. Hebert // Chronobiology Int. — 2009.
— Vol. 29. — P. 93-107.
7. Pearce E. N. Thyroid hormone and obesity / E. N. Pearce // Curr. Opin. Endocrinol. Diabetes. Obes. — 2012. — Vol. 19, N 5. — P. 408-413.
8. Skene D. J. Circadian rhythm sleep disorders in the blind and their treatment with melatonin / D. J. Skene, J. Arendt // Sleep. Med. — 2007. — Vol. 8, N 6. — P. 651-655.
9. Terman M. Evolving applications of light therapy / M. Terman // Sleep Med Rev. — 2007.
— Vol. 11, N 6. — P. 497-507.
