CC BY
60
УДК 612.821/822
Т.А. Замощина, М.В. Мелешко, А.В. Матвеенко
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ ПРАВОГО СУПРАХИАЗМАТИЧЕСКОГО ЯДРА И ЦИРКАДИАННЫЕ РИТМЫ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА И ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ КРЫС В ТЕСТЕ “ОТКРЫТОЕ ПОЛЕ”
Сибирский государственный медицинский университет М3 РФ, Томск
Изучали влияние электролитического разрушения правого супрахиазматического ядра (СХЯ) на циркадианные ритмы температуры тела и локомоторной активности крыс в тесте “открытое поле”. Животные содержались на естественном режиме освещения в периоды летнего или зимнего солнцестояния. В период летнего солнцестояния деструкция правого СХЯ сопровождалась аритмией локомоторной активности, облегчением светозахватывания температурного ритма, ослаблением или утратой внутренней синхронизации между исследуемыми ритмами. В условиях зимнего солнцестояния электролитическое повреждение правого СХЯ вызывало облегчение перестройки поведенческого ритма в свободно текущее состояние, улучшение светозахватывания температурного ритма и формирование противофазных взаимоотношений между ритмами локомоторной активности и температуры.
Ключевые слова: супрахиазматическое ядро, циркадный ритм, локомоторная активность, температура тела
Согласно мультиосцилляторной модели циркадианная система млекопитающих состоит не менее чем из двух взаимодействующих между собой осцилляторов, обозначенных как “X” и “У” [11]. Предполагается, что “У”-осциллятором являются супрахиазмати-ческие ядра (СХЯ) переднего гипоталамуса, которые контролируют ритмы наступления медленной фазы сна, концентрации гормона роста в крови и кальция в моче. “Х”-осциллятор, локализация которого не установлена, контролирует ритмы наступления быстрого сна, температуры тела, содержания кортизола в плазме, экскреции калия с мочой [11]. В свете современных представлений СХЯ - это комплекс двух, возможно и более, взаимосвязанных осцилляторов: левый запускается светом (“утренний”), а правый - наступлением темноты (“вечерний”) [18, 20]. Ввиду существования в СХЯ функциональной асимметрии целью настоящей работы является изучение влияния деструкции правого супрахиазматического ядра на циркадианные ритмы температуры тела и горизонтальной активности в “открытом поле”.
Методика. Эксперименты выполнены на 38 кры-сах-самцах массой 200-250 г в периоды летнего (СТ 18:6) и зимнего (СТ 6:18) солнцестояний при естественном освещении. Животные находились на стандартной диете при свободном доступе к пище и воде [3]. Через 1 месяц общей адаптации проводили электролитическое повреждение (10 тА, 5 с, со сменой полярности) правого СХЯ под этаминаловым наркозом (40 мг/кг) с помощью нихромовых электродов, стере-отаксически ориентированных в мозге крысы, согласно атласу [2]. Контролем были ложноопериро-ванные животные; ложная операция представляла со-
бой вживление электрода в область правого СХЯ без разрушения.
После предварительной адаптации к условиям эксперимента (двукратное предъявление “открытого поля”) регистрировали один из основных показателей общей активности - число горизонтальных перемещений за 5 мин наблюдений в “открытом поле” [5]. Затем оценивали ректальную температуру с помощью элекротермометра заводской конструкции ТПМЭ-1. Тестирование каждой крысы начинали в 900 и далее с 4-часовыми интервалами непрерывно в течение трех суток, согласно рекомендациям [7].
По окончании экспериментов крыс декапитирова-ли под эфирным наркозом, освобождали череп от мягких тканей и помещали его в 10% раствор формалина на 10 суток. Затем головной мозг извлекали из черепной коробки; на замораживающем микротоме изготавливали серию фронтальных срезов толщиной 20 мкм [5]. Для уточнения области и объема электролитического повреждения производили окраску срезов галоцианиновым красителем [8].
В ряде серий были проведены микроскопические исследования области правого СХЯ крыс, подвергнутых деструкции [5]. Для анализа не ис- пользовали данные, полученные от животных с повреждением этих областей менее чем на 75%, а также повреждениями других близко расположенных образований [13].
Статистическую обработку результатов выполняли с помощью однофакторного дисперсионного и корреляционного анализов [10], а также спектрального и косинор анализов [4]. По данным косинор анализа определяли статистическую значимость и основные характеристики гармоник, выявленных спектра-
льным анализом. Таковыми характеристиками являются период в часах, среднесуточный уровень (ме-зор) (М+т) в соответствующих единицах, амплитуда и время максимального значения показателя (акрофа-за; ч, мин), а также их доверительные интервалы (М (т1^-т2)). При обсуждении использовали только статистически значимые ритмы (р<0,05).
Результаты. У интактных животных в период летнего солнцестояния, когда продолжительность светлой фазы суток максимальна, в спектре ритмов локомоторной активности и температуры, наряду с инфрадианными 36-часовыми ритмами, определялись 24-часовые гармоники, но меньшей мощности (табл. 1). В соответствии с общеизвестными сведениями акрофазы суточных ритмов исследуемых показателей приходились на ночные часы [19]. Кроме того, максимум температурного предшествовал максимуму поведенческого ритма. Хорошую синхронизацию исследуемых ритмов показал и корреляционный анализ, согласно которому между ними существовала положительная корреляционная связь (И=0,3; р<0,05).
У ложнооперированных животных, в отличие от интактных, суточные гармоники в спектрах изучаемых ритмов становились доминирующими. Их акрофазы приходились так же, как и у интактных, на ночные часы (табл. 1). Дальнейший анализ показал, что коэффициент корреляции между исследуемыми ритмами (И=0,3; р<0,05), а также среднесуточные уровни этих показателей не изменялись в сравнении с ин-тактной группой. По-видимому, в условиях ложной операции повышалась чувствительность эндогенных осцилляторов к внешнему времязадателю - светотем-новому циклу, - что, очевидно, связано с оптимизи-
рующим воздействием операционного стресса на ритмы [17].
Электролитическое разрушение правого СХЯ сопровождалось аритмией локомоторной активности. В отличие от поведенческого, температурный ритм в этих условиях сохранял свою чувствительность к естественному циклу освещения, но мощность 24-часового ритма была меньше, чем после проведения ложной операции (табл. 1). Необходимо особо подчеркнуть, что корреляционная связь между исследуемыми ритмами становилась статистически незначимой. Следовательно, в условиях деструкции правого су-прахиазматического ядра нарушалась внутренняя синхронизация между ритмами горизонтальной активности и температуры тела. По-видимому, по этой причине, несмотря на повышение среднесуточной температуры в этих условиях, локомоторная активность не изменялась в сравнении с интактной и лож-нооперированной группами [21, 22].
Зимнее солнцестояние характеризуется минимальной (СТ 6:18) световой фазой со слабой интенсивностью. Оказалось, что среднесуточные показатели в наших экспериментах зависели от режима освещения: уровень горизонтальной активности повышался в летний сезон (июнь), а температуры - в зимний (декабрь), что соответствовало данным литературы [9]. В спектре ритмов горизонтальной активности и температуры интактных животных определялись инфра-и циркадианные компоненты (табл. 2), причем циркадные гармоники уступали по мощности инфради-анным. Кроме того, циркадианный диапазон температурного ритма представлен как 24-часовыми, так и менее выраженными 25,2- и 20,6-часовыми составляющими, а поведенческого ритма - только 28,8-ча- совой гармоникой. Таким образом, в период короткой
Таблица 1
Влияние деструкции правого супрахиазматического ядра на циркадианные ритмы горизонтальной активности и температуры тела у крыс в период летнего солнцестояния
Характер эксперимента Показатель Параметры ритмов
период, ч мезор М±т амплитуда М (т-т) акрофаза (ч, мин) М (т-т)
Интактные ГК 36 32,6± 5,69 9,4(3,5-15,4) 0,55(29,44+ 5,31)
(п=7) 24 32,6± 5,69 5,4(0,1-10,6) 2,04(21,30-7,32)
Т 36 36,7± 0,03 0,5(0,2- 0,8) 6,19(4,16-8,56)
24 36,4± 0,03 0,2(0,0- 0,4) 0,30(17,36-2,15)
Ложнооперированные ГК 36 27,9± 2,88 6,4(1,3-11,1) 32,53(27,13-3,43)
(п=6) 24 27,9± 2,88 7,4(1,6-13,1) 3,56(23,50-7,36)
Т 36 36,5± 0,05 0,3(0,1- 0,5) 6,44(2,55-8,43)
24 36,5± 0,05 0,6(0,3- 0,8) 23,56(22,37-1,06)
Разрушение правого СХЯ (п=6) ГК Т 36 24 37,1± 0,12 37,1± 0,12 0,4(0,0- 0,8) 0,4(0,2- 0,7) 8,34(34,24-11,36) 0,12(2,21- 3,22)
Примечание. п - объем выборки; ГК - горизонтальный компонент; Т - ректальная температура.
светлой фазы происходила перестройка исследуемых ритмов в свободно текущее состояние.
С учетом правила Ашоффа [1], согласно которому у ночных животных при увеличении темной фазы суток длина периода ритма становится короче 24 ч, наличие длинных околосуточных гармоник указывает на незавершенность переходного процесса. Следует подчеркнуть, что в наибольшей степени это характерно для локомоторной активности. Несмотря на разночастотный характер исследуемых ритмов, между ними формировалась слабая положительная корреляционная связь (И=0,2; р<0,05).
У ложнооперированных крыс в спектрах ритмов наблюдали два пика: 36-часовой и 27,6-часовой - для локомоторной активности и 25,7-часовой и 13,3-часовой - для температуры (табл. 2). Акрофазы околосуточных поведенческой и температурной гармоник приходились, соответственно, на ранние вечерние и ранние утренние часы. Очевидно, оптимизирующее действие операционного стресса [14] ускоряло перестройку ритмов в свободно текущее состояние. Однако при этом утратилась корреляционная связь между исследуемыми ритмами.
Следовательно, в условиях зимнего солнцестояния ложная операция нарушала внутреннюю синхронизацию между ритмами локомоторной активности и температуры, что, вероятно, явилось причиной разнонаправленного изменения их среднесуточных показателей (горизонтальная активность увеличивалась, а температура уменьшалась в сравнении с ин-тактной группой).
В этих условиях у крыс с электролитической деструкцией СХЯ в спектре ритмов локомоторной активности, наряду с 36-часовой и 27,6-часовой гармониками, определялась менее выраженная 20-часовая составляющая, причем акрофазы околосуточных ритмов смещались с вечерних часов на дневные (табл. 2). Наличие в спектре ритмов коротких циркадианных гармоник, отсутствовавших у интактных и ложнооперированных животных, свидетельствует, вероятно, о более ускоренной перестройке ритмов локомоторной активности в свободно текущее состояние [12].
В отличие от этого, спектр ритмов температуры представлен инфра- и циркадианными ритмами, но взамен околосуточного (25,7 ч) определялся суточный (24 ч) ритм, мощность которого значительно превышала таковую у интактных крыс. Температурный максимум, в отличие от поведенческого, определялся в полночь, как у интактных животных (табл. 2).
Таким образом, в условиях лизиса правого супра-хиазматического ядра в период зимнего солнцестояния акрофазы циркадианных ритмов локомоторной активности и температуры находились в противофа-зе, причем поведенческий максимум предшествовал температурному, что указывало на нарушение внутренней синхронизации между ритмами, не соответствующей физиологической норме. Возможно, по этой причине между исследуемыми ритмами формировалась отрицательная корреляционная связь (И=-0,2; р<0,05). Очевидно в связи с этим среднесуточная ло-
комоторная активность уменьшалась в сравнении с ложнооперированной и не изменялась по отношению к интактной группе, а среднесуточная температура, наоборот, не изменялась в сравнении с ложнооперированной и уменьшалась по отношению к интактной группе (табл. 2).
Таким образом, наши исследования показали, что электролитическое повреждение правого СХЯ оказывает неоднозначное модулирующее влияние на циркадианные ритмы локомоторной активности и температуры тела крыс в зависимости от режима освещения.
В условиях летнего солнцестояния, когда у животных наблюдались выраженные светозахваченные ритмы [12], деструкция правого СХЯ (предположительно “вечерний” осциллятор) сопровождалась полным подавлением захватывания локомоторной активности светотемновым циклом и только некоторым ослаблением этого процесса для температуры. По-видимому, выключение “вечернего” осциллятора приводило к неспособности циркадианной системы грызунов реагировать на наступление темноты. Животные воспринимали длинный день как круглосуточное (СС 24) освещение. Известно, что в условиях СС 24 при освещении более 100 лк у грызунов в условиях целостности обоих супрахиазматических ядер может наблюдаться аритмия, которая, как считают, связана с остановкой эндогенного осциллятора [1], что и было выявлено в наших экспериментах.
Аналогичные результаты для локомоторной активности при данных условиях освещения были получены при разрушении голубого пятна [5]. Это подтверждает наши предположения об участии норадре-нергической системы голубого пятна в поддержании нормального функционирования правого СХЯ как “вечернего” осциллятора [6].
Слабая чувствительность температурного ритма к разрушению правого СХЯ в летний период указывает на то, что этот ритм не контролируется или слабо контролируется правым СХЯ. Нарушение внутренней синхронизации между ритмами локомоторной активности и температуры в условиях деструкции правого супрахиазматического ядра, связанное, очевидно, с разобщением осцилляторов “X” и “У”, подтверждает вышеуказанную точку зрения.
В условиях зимнего солнцестояния, когда у интактных животных происходила перестройка ритмов на режим эндогенного осциллятора, электролитическое повреждение правого СХЯ парадок- сально ускоряло переход поведенческого ритма в свободно текущее состояние, что можно объяснить либо с позиций компенсации функций левым СХЯ, либо предположения обмена функциями между правым и левым супрахиазматическими ядрами в периоды солнцестояний [15].
В отличие от поведенческого, температурный ритм в условиях деструкции правого СХЯ, наоборот, затягивался внешним светотемновым циклом. Вероятно, правое супрахиазматическое ядро в условиях зимнего солнцестояния понижает чувствительность
Таблица 2
Влияние деструкции правого супрахиазматического ядра на циркадианные ритмы горизонтальной активности и температуры тела у крыс в период зимнего солнцестояния
Xapaктep эксперимента Показатель Параметры ритмов
период, ч мезор M±m амплитуда M (m+m) акрофаза (ч, мин) M (m+m)
Интактные ГК 36 17,1± 5,15 6,9(0,8+13,0) 22,06(14,22-27,0)
(n=7) 28,8 16,5± 5,09 7,6(2,3+12,9) 23,33(19,47-0,09)
Т 36 25,2 24 20,16 37,3± 0,05 37,2± 0,04 37,3± 0,05 37,2± 0,04 0,2(0,1+ 0,3) 2,3(2,2+2,5) 0,1(0,0+0,2) 0,6(0,4+0,8) 22,35(20,26-26,0) 7,34(7,13-7,55) 0,52(19,47-3,12) 16,34(15,09-17,4)
Ложнооперированные ГК 36 27,1± 2,64 5,4(1,5+ 9,2) 15,05(12,14+26,4)
(n=6) 27,6 27,6± 3,09 6,1(0,0+12,2) 18,02(8,25+21,55)
Т 25,7 36,7± 0,12 0,7(0,5+ 0,6) 7,04(4,40+9,19)
Разрушение правого CXЯ ГК 36 19,7± 6,11 4,4(0,2+8,7) 9,37(7,10+24,25)
(n=6) 27,6 20 20,4± 6,66 20,1± 6,93 5,0(0,0+9,9) 4,9(0,6+9,2) 12,55(8,15+21,41) 10,20(5,14+13,43)
Т 32,7 24 20 36,6± 0,13 36,6± 0,13 36,6± 0,13 1,7(1,3+ 2,1) 0,3(0,0+0,6) 0,2(0,0+0,5) 22,35(21,12+23,5) 0,42(19,36+4,27) 5,21(1,58+9,42)
Примечание. п - объем выборки; ГК - горизонтальный компонент; Т - ректальная температура.
температурного ритма к светотемновому циклу и поэтому выключение этой структуры способствовало выраженному проявлению суточной гармоники данного ритма.
Следовательно, правое супрахиазматическое ядро, во-первых, неоднозначно модифицировало ритмы локомоторной активности и температуры тела. Во-вторых, особенности выявленной модификации в отношении ритма локомоторной активности в значительной степени определялись режимом естественного освещения. В-третьих, дефицит функции правого СХЯ вне зависимости от режима естественного освещения повышал чувствительность температурного ритма к внешнему светотемновому циклу. Полученный эксперимен- тальный материал, таким образом, подтверждает известные представления о том, что циркадные ритмы локомоторной активности и температуры тела у грызунов контролируются разными осцилляторами [16].
Выводы. В период летнего солнцестояния деструкция правого СХЯ сопровождается аритмией горизонтальной активности, облегчением светозахваты-вания температурного ритма, ослаблением или утратой внутренней синхронизации между ритмами горизонтальной активности и температуры.
В период зимнего солнцестояния электролитическое повреждение правого СХЯ вызывает облегчение перестройки поведенческого ритма в свободно текущее состояние, улучшение светозахватывания температурного ритма, формирование противофазных
взаимоотношений между ритмами горизонтальной активности и температуры.
RIGHT SUPRACHIASMATIC NUCLEUS LESION AND CIRCADIAN RHYTHMS OF BODY TEMPERATURE AND MOVING ACTIVITY IN RATS TESTED IN “OPEN FIELD”
T.A. Zamoshchina, M.V. Meleshko, A.V. Matveenko
The effect of right suprachiasmatic nucleus lesion on the circadian rhythms of rectal temperature and moving activity in “open field” test were studied. The experiments were performed on the male rats, weighting 220-250 g, during summer or winter solstices. In summer solstice the lesion of the right suprachiasmatic nucleus resulted in the arrhythmic of moving activity, improving the external synchronization of temperature rhythm and relaxation internal synchronization between circadian rhythms of moving activity and body temperature. In winter solstice the destruction of right suprachiasmatic nucleus relief of rebuilding the behavioral rhythm in free running state, improving the external synchronization of temperature rhythm and forming the antiphase relation between the circadian rhythms of moving activity and rectal temperature.
ЛИТЕРАТУРА
1. АшоффЮ. //Биологическиеритмы. М., 1984. С. 54-59.
2. Буреш Я. Электрофизиологические методы исследования / Я. Буреш. М., 1962.
3. Буреш Я. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения / Я. Буреш, О. Бурешова, Дж. Хьюстон. М., 1991.
4. Ерошенко В.М., Сорокин А.А. // Алгоритмы и программы. Информационный бюллетень ГФАП СССР. 1980. № 70. С. 38-40.
5. Замощина Т.А., Гребенникова Е.В., Лопухова В.В. // Журн. высшей нервной деятельности. 1997. Т. 47. Вып.
3. С. 577-583.
6. Замощина Т.А., Саратиков А.С. //Успехи современной биологии. 2000. Т. 120. № 2. С. 137-145.
7. Комаров Ф.И. Хрономедицина и хронобиология / Ф.И. Комаров. М., 1989.
8. Кононский А.И. Гистохимия / А.И. Кононский. Киев, 1976.
9. Куликов Д.П. // Журн. высшей нервной деятельности. 1990. Т. 40. Вып. 1.С. 85-88.
10. Леонов В.П. Обработка экспериментальных данных на программируемых микрокалькуляторах / В.П. Леонов. Томск, 1990.
11. Мур-Ид М., Салзмен Ф. // Биологические ритмы. М., 1984. Т. 1. С. 226-270.
12. Питтендрих К. // Биологические ритмы. М., 1984. Т. 1. С. 87-222.
13. Гипоталамическая регуляция передней части гипофиза / Я. Ceнтaгoтaи, Б. Флерко, Б. Меш, В. Xanam. Будапешт, 1965.
14. Сmenaнoвa С.И. Биоритмологические аспекты проблемы адаптации / СИ. Cгeпaнoвa. М., 1986.
15. Fleissner G., Fleissner G. // Discussion in Neuroscience. 1992. Vol. 8. № 2-3. P. 79-82.
16. Benstaali C., Mailloux, Bogdan A. et al. // Life Science. 2001. Vol. 68. № 24. P. 2645-2656.
17. Harper D., Tornatzky W., Miczek K. // Physiol. Behav. 1996. Vol. 59. № 3. P. 409-419.
18. Jagota A., Iglesia H., Schwartz W. // Nature Neuroscience. 2000. Vol 3. № 4. P. 372-376.
19. Nagayama H. // Japan J. Psychiat. and Neurol. 1988. Vol. 42. № 1. P. 163-164.
20. Pickard G.E., TurekF.W. // Brain Research. 1983. Vol. 268. №2. P. 201-210.
21. Reffenetti R. // American Journal of Physiology. 1999. Vol. 277. № 2. Pt. 2. P. R1493-1500.
22. Benstaali C., Mailloux A., Bogdan A., Touitou Y. // Life Science. 2001. Vol. 68. № 24. P. 2645-2656.
