CC BY
43
© Э.Б.Арушанян, А.В.Попов, 2006 УДК 612.821.6
ХРОНОТИПИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЦИРКАДИАННОЙ ЛОКОМОЦИИ У КРЫС
Э.Б.Арушанян, А.В.Попов
Ставропольская государственная медицинская академия
Известно, что у людей на протяжении дневного бодрствования обнаруживаются заметные индивидуальные отличия в динамике познавательной деятельности, умственной работоспособности, чувствительности к психотропным веществам и целого ряда других показателей. На этом основании выделяют несколько, так называемых, хронотипов (утренний, вечерний, индифферентный) [2, 3, 7, 9]. Различия в хронотипической организации некоторых физиологических функций показаны и у животных, в частности, грызунов [8]. Коль скоро принадлежность к тому либо иному хронотипу может среди прочего отражаться на временной организации поведенческой активности, представлялось интересным в опытах на крысах подробнее изучить данное положение, в том числе с учётом реакции животных на хронический стресс.
Материалы и методы. Опыты выполнены на 51 белых беспородных крысах-самцах массой 180240 г. Для регистрации циркадианного (суточного) ритма двигательной активности животных помещали в индивидуальные подвижные жилые боксы собственной конструкции, позволявшие на протяжении длительного времени производить компьютерную оценку их подвижности. После 3-х дневной адаптации к условиям бокса в дальнейшем непрерывно, в течение 6 дней количественно учитывали число переходов крыс по клетке. Они содержались при фиксированном световом режиме (свет-темнота 12:12) с включением освещения в 8.00 и выключением в 20.00, свободном доступе к пище и воде, а также максимально стандартизированной окружающей температурой. В качестве стрессирующе-го фактора использовали повторные (ежедневно в течение недели) внутрибрюшинные инъекции 0,3 мл физиологического раствора.
Оценку циркадианной локомоции производили методом косинор-анализа, позволявшим учитывать
амплитуду и акрофазу ритма, спектральный анализ использовали для определения мощности колебательного процесса и его частотных составляющих, кроме того, рассчитывали общую активность животных на протяжении всего срока регистрации и отдельно число движений в световой (условный день) и темновой (ночь) периоды. При статистической обработке результатов пользовались t критерием Стьюдента.
Результаты и обсуждение. Интактные животные. Регистрация циркадианной локомоции на протяжении длительного времени свидетельствовала о том, что она подчинялась характерной для крыс, ведущих ночной образ жизни, закономерности с максимумом движений в темновой и минимумом в световой периоды. Эта закономерность отчётливо прослеживалась в случае суммарного учета результатов по всей группе животных в целом (рис.).
При визуальной оценке кривые первичных хронограмм ритма, на первый взгляд, имели весьма вариабельный вид. Тем не менее, при более внимательном изучении их рисунка представлялось возможным выделить два крайних варианта циркадианной локомоции. Одни животные демонстрировали её резкое усиление сразу после выключения тока с дальнейшим плавным спадом числа совершаемых в камере движений. У других же особей подвижность, напротив, постепенно нарастала на протяжении всего темнового периода, обнаруживая несколько низкоамплитудных всплесков с максимальным пиком к началу условного дня, после чего в ответ на включение света двигательная активность быстро падала. Данные проведённых спектрального и косинор анализов подтверждали указанную тенденцию, позволяя говорить о существовании, по крайней мере, двух разных хронотипов животных -раннего и позднего.
Поскольку в обследованной популяции чис-
А 20
20 в 20 в 20 в 20 в 20 в 20 в
Рис. Хронограммы суточного ритма двигательной активности крыс с разным хронотипом до (сплошная) и после (прерывистая линия) стрессирования.
Примечание: по вертикали - усредненное (за один час) число перемещений животных в боксе, по горизонтали -время суток (часы). А - данные у всей группы крыс, Б и В - у особей соответственно раннего и позднего хронотипов. Жирная линия на горизонтальной оси - темновой период.
ло крыс, существенно различавшихся по паттерну хронограмм, оказалось невелико (по 10% тех и других), для их дифференцирования с хронобиологи-ческих позиций сочтено целесообразным подразделить всю группу, руководствуясь положением акро-фазы ритма - до и после 01.18 ч.
Как оказалось, животных раннего хронотипа (26 крыс, акрофаза между 23.00 и 01.18 ч.) в целом отличала более низкая общая двигательная ак-
тивность с ограниченным числом перемещений по камере как в тёмное, так и светлое время суток. У них ниже была и амплитуда суточного ритма, позиция акрофазы которого отличалась заметной лабильностью. На спектрограмме обнаружена меньшая мощность колебательного процесса и относительно слабая представленность высокочастотных флюктуаций (рис., Б, табл.). Напротив, животные второго хронотипа (25 крыс) имели позднее распо-
Таблица
Показатели циркадианной локомоции у крыс разного хронотипа до и после стресса (М±m)
Двигательная активность Косинор-анализ Спектральный анализ
Общая Ночью Днем Акрофаза Ампли- туда Мощ- ность >24ч 8-12ч 2-4ч
До М(51) 811,8 106,7 30,1 1,45 (01.27) 5,0 54,15 16,90 8,41 15,77
т 40,40 5,50 1,83 0,19 0,29 4,85 1,88 1,00 1,46
I После М(16) 719,3 93,1 27,95 1,20 (01.12) 4,23 74,38 16,35 10,54 31,82*
т 100,81 12,75 4,78 0,39 0,71 25,23 3,86 4,70 13,39
До М(26) 765,1 101,7 27,4 0,5 (00.30) 4,7 50,8 16,1 7,8 13,9
II т 57,76 7,94 2,71 0,13 0,43 7,18 2,82 1,51 1,84
После М(12) 711,8 94,0 25,8 0,8 (00.48) 4,2 62,3 17,2 7,1 23,7
т 89,11 12,44 2,79 0,43 0,65 20,31 4,58 1,89 11,72
До М(25) 860,5 111,95 32,8 2,5+ (02.30) 5,3 57,7 17,7 9,1 17,7
III т 55,94 7,61 2,37 0,21 0,39 6,57 2,52 1,32 2,25
После М(7) 902,0 115,2 36,6 2,0 (02.00) 6,0 134,1* 28,1 19,4 53,7*
т 204,10 24,99 10,43 0,62 1,60 56,91 10,24 10,91 24,88
Примечание: I - все животные, II и III - крысы соответственно раннего и позднего хронотипов. * - статистически достоверные различия внутри группы, после стрессирования (р<0,05). +- значимые различия между показателями у животных раннего и позднего хронотипов (при р<0,001).
ложение акрофазы ритма (от 01.18 до 06.18 ч.) с более высокой амплитудой, повышенную общую двигательную активность, особенно в темновом периоде. Отличались они и по спектральным характеристикам, обладая большей мощностью колебаний и достоверным, по сравнению с животными раннего хронотипа, превалированием высокочастотных волн (рис., В, табл.).
Вместе с тем надо заметить, что количественные отличия между животными раннего и позднего хронотипов далеко не по всем показателям носили значимый характер. Причиной тому могло служить включение как в ту, так и другую группу результатов, полученных у крыс с промежуточным положением акрофазы. Естественно, такой подход в заметной степени нивелировал различия между крайними хронотипами, сохранив, впрочем, общую тенденцию и направленность изменений в динамике суточного ритма.
Реакция на стресс. Как свидетельствуют полученные результаты, инъекционный стресс нарушал динамику суточного ритма. В среднем, для всей популяции было характерным некоторое снижение общей двигательной активности и перестройка рисунка хронограмм. Спектральная мощность в ответ на стресс возрастала, преимущественно за счет статистически достоверного прироста короткопериодных флюктуаций в структуре ритма (рис., А, табл.). Нарастание короткопериодных флюктуаций на спектрограмме, по нашим прежним наблюдениям, является свидетельством стрессорного напряжения и способности животных к более легкой перестройке ритма [1].
Крысы обоих описанных хронотипов обнаруживали заметные отличия по реакции на хронический стресс. Те и другие реагировали дезорганизацией циркадианной локомоции и с изменением различных параметров ритма в виде изменения его паттерна практически у каждого из обследованных животных. В целом, однако, крысы раннего хронотипа по многим критериям отличались большей резистентностью к стрессированию.
Основные, обусловленные стрессом изменения в первой группе касались преимущественно некоторого смещения акрофазы ритма на более позднее время (00.54 ч ± 24мин). При этом общая двигательная активность и перемещения в ночные часы несколько снижались при отсутствии значимых изменений параметров спектрограммы, если не считать некоторого увеличения ее мощности и слабого прироста медленных и быстрых флюктуаций (рис., Б, табл.).
Иначе менялась локомоция при стрессирова-нии животных позднего хронотипа. Они реагировали увеличением общей двигательной активности как в ночные, так и в дневные часы и более выраженной реорганизацией паттерна первичных хронограмм, что проявлялось в формировании размашистых высокоамплитудных колебаний кривой
на протяжении всего темнового периода в разные опытные дни. Акрофаза ритма у них незначительно смещалась назад. Зато спектральные характеристики ритма при стрессе модифицировались весьма отчетливо. Статистически достоверно возрастала мощность колебаний во многом за счет прироста 8-12 и, особенно, высокочастотных (2-4) флюктуаций (рис., В, табл.).
Таким образом, длительная регистрация циркадианной подвижности крыс позволяет выделить животных, отличающихся по временной организации моторики или хронотипу. Раньше и быстрее активирующиеся, судя по положению акрофазы, особи демонстрируют постепенный спад двигательной активности, тогда как у крыс позднего хронотипа локомоция плавно нарастает к концу темнового периода. Последние вместе с тем оказываются и более чувствительными к стрессу, а по нашим предварительным наблюдениям, и к действию психотропных средств.
В основе обнаруженных хронотипических отличий животных, разумеется, могут лежать самые разные причины. Одна из наиболее очевидных, на наш взгляд, состоит в индивидуальных, вероятно, генетически детерминированных, особенностях суточного периодизма, коль скоро постулирована тесная функциональная связь циркадианных механизмов и системы сон-бодрствование [5]. В таком случае правомерно предполагать и существование индивидуальных различий в деятельности центральных аппаратов управления циркадианной ритмикой, к которым относят супрахиазматические ядра гипоталамуса и подчиняющиеся их сигналам секреторные процессы в мозговой железе эпифизе. По крайней мере, у людей утреннего и вечернего хронотипов показана неодинаковая динамика продукции основного эпифизарного гормона мелатонина, а также выработки кортикостероидов и температурной реакции [4,6].
Заключение. С помощью анализа динамики циркадианного периодизма крыс удается выделить особей, заметно различающихся параметрами первичных хронограмм. Это позволяет говорить о существовании, как и у людей, животных разных хронотипов. Учет различий во временной организации поведения представляется важным для практики хронофизиологических и психохронофармакологи-ческих исследований.
Литература
1. Арушанян, Э.Б. Хронофармакология /Э.Б.Арушанян. - Ставрополь, 2000. - 424 с.
2. Арушанян, Э. Б Стимуляторы психических процессов /Э. Б. Ару-шанян. - Ставрополь, 2003. - 305 с.
3. Baer, E.K. Individual differences in the phase and amplitude of the human circadian temperature rhythm: with an emphasis on morningness-eveningness /E.K.Baer, W.Revelle, C.I.Eastman // J. Sleep Res. - 2000. - Vol. 9. P. 117-127.
4. Bailey, S.L. Circadian rhythmicity of cortisol and body temperature: morningness-eveningness effects /S.L.Bailey, M.M.Heitkemper // Chronobiol. Int. - 2001. - Vol. 18. - P. 249-261.
5. Dijk, D.J. Functional genomics of sleep and circadian rhythm. Invited review: integration of human sleep-wake regulation and circadian rhythmicity /D.J.Dijk, S.W.Lockley // J.Appl.Physiol. - 2002. - Vol. 92.
- P. 852-862.
6. Duffy, J.F. Relationship of endogeneous circadian melatonin and temperature rhythms to self-reported preference for morning or evening activity in young and old people /J.F.Duffy, D.J.Dijk, E.F.Hall // J.Investig. Med. - 1999. - Vol. 47. - P. 141-150.
ХРОНОТИПИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЦИРКАДИАННОЙ
ЛОКОМОЦИИ У КРЫС
Э.Б.АРУШАНЯН, А.В.ПОПОВ
Настоящее исследование направлено на выяснение индивидуальных особенностей ритма циркадианной подвижности животных. Его длительная перманентная оценка позволяет разделить исследованную популяцию нелинейных крыс на животных раннего и позднего хронотипа. Они отличались по положению акрофазы суточного ритма локомоции и его спектральным характеристикам, уровню общей двигательной активности, а также чувствительности к хроническому стрессу. Полученные результаты свидетельствуют о важности хронти-пического подхода при оценке поведения в эксперименте.
Ключевые слова: околосуточная подвижность, хронотипы, стресс
7. Giannotti, F. Circadian preference, sleep and daytime behavior in adolescence /F.Giannotti, F.Cortesi, T.Sebastiani // J. Sleep Res. - 2002.
- Vol. 11. - P. 191-199.
8. Labyak, S.E. Rhythm chronotypes in a diurnal rodent, Octodon degus / S.E.Labyak, T.M.Lee, N.Goel // Am. J. Physiol. - 1997. - Vol. 273. - P. 1058-1066.
9. Ostberg, O. Zur Typologie der circadian Phasenlage. Ansatze zu einer praktischen Chronogiene / O.Ostberg //Biologische Rhythmen und Arbeit-Wien, 1976. - P.116-137.
CHRONOTYPiCAL FEATURES CiRCADiAN
LOCOMOTiON iN RATS
E.B. ARUSCHANYAN, A.V. POPOV
The present study was aimed to determine individual peculiarities of circadian motorial activity rhythm in animals. Long-term permanent assessment of the circadian activity rhythm makes it possible differentiation of the animals with early and late chronotype in the examined population of non line rats. Animals differ by acrophaze and spectral characteristics of day-night rhythm of locomotion, total motorial activity level and also sensitivity to chronic stress. The data obtained testify an importance of chronotypical approach for the assessment of behavior in the experiment.
Key words: circadian locomotion, chronotypes, stress
