CC BY
13Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия» Том 17 (56). 2004. № 1. С. 108-115.
УДК 612.829.3:599.32:615.849.11
ИНФРАДИАННАЯ РИТМИКА СИМПАТОАДРЕНАЛОВОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ГИПОКИНЕТИЧЕСКОМ СТРЕССЕ
Шишко Е. Ю., Малыгина В. И.
В формировании ответа организма на действие раздражителей разнообразной природы и интенсивности ведущая роль принадлежит симпатоадреналовой системе (САС), которая вместе с гипоталамическим и периферическими адреномедуллярными звеньями активно участвует в развитии неспецифических адаптационных реакций различного типа (НАРО) [1; 2; 3].
Действие на организм стресс факторов приводит к развитию общего адаптационного синдрома [4; 5; 6; 7]. При действии любого стрессора расстраивается согласованная работа всех систем, нарушается временная организация [8; 9]. Известно, что ограничение подвижности вызывает стресс-реакцию и влечет за собой развитие десинхроноза. А десинхронизация эндокринных механизмов регуляции, где центральное место занимают катехоламины (КА), лежит в основе развития многих патологических процессов.
Однако работ, посвященных исследованию временной организации САС при стрессе, крайне мало, а инфрадианная ритмика экскреции КА с мочой совершенно не изучена.
В связи с этим, задачей настоящего исследования явилось изучение инфрадианной ритмики экскреции КА с мочой и диуреза у интактных животных, а также животных с экспериментально вызванной стресс-реакцией, моделированной гипокинезией.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования выполнены на 40 беспородных белых крысах-самцах массой 200-300 г. Для экспериментов отбирали животных одинакового возраста, со средним уровнем двигательной активности и низкой эмоциональностью, определяемых в тесте «открытого поля» [10]. Таким образом, были отобраны животные с одинаковыми типологическими особенностями, однотипно реагирующие на действие различных факторов. Стресс-реакция моделировалась ограничением подвижности животных (гипокинезией). В повторных опытах всех животных распределяли на 2 равноценные группы. К первой группе относились животные, содержащиеся в обычных условиях вивария (биологический контроль). Вторую группу составили животные, содержащиеся в условиях гипокинезии (ГК). Гипокинезия создавалась помещением крыс в специальные пеналы из оргстекла, которые обеспечивали существенное ограничение подвижности по всем направлениям. В пеналах крысы находились в течение 30-ти суток, 23 часа в
постоянных условиях: свет-темнота-12:12 при обычной интенсивности света, постоянной температуре.
В течение 1-го часа осуществлялось кормление, уход за животными, а также исследования в тесте «открытого поля» и забор мочи.
При исследовании диуреза и экскреции КА интактных крыс, а также крыс, подвергавшихся воздействию гипокинезии, помещали в стеклянные обменные клетки с решетчатым полом из органического стекла со сборником мочи. Такие клетки используются для исследования экскреции различных веществ с мочой при разнообразных воздействиях [11]. У крыс с ограниченной подвижностью мочу собирали в мочеприемники, вмонтированные в дно клетки.
Определение концентрации КА в моче крыс осуществлялось триоксиндоловым методом по В.О. Осинской (1953) [12] в модификации А.М. Бару (1962) [13].
Из суточного объема мочи на флюориметрический анализ брали не более 9 мл.
Для измерения флюоресценции использовали флюориметрическую приставку к спектрофотометру «Спекол-10». Интенсивность свечения определяли по длине волны 510 нм при возбуждении 405 нм. Для увеличения чувствительности флюориметра в качестве регистратора светового потока применяли ФЭУ-79, отобранного по минимуму шумов. Предельная чувствительность метода, примененного в настоящем исследовании, составило 10,0 нмоль/л, что вполне соответствует решению поставленных задач.
Обработку и анализ экспериментальных данных проводили с помощью спектрального и косинор-анализа. В качестве критерия оценки достоверности наблюдаемых изменений использовали ^критерий Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение инфрадианной ритмики экскреции КА с мочой и диуреза у интактных животных позволило выявить ритмические изменения исследуемых показателей.
Показатель экскреции КА с мочой и диуреза в контроле колеблется в пределах: А - 66,7 ± 9,5 до 138,1 ± 14,3 усл.ед. и составляет в среднем 81,95 ± 9,67 усл.ед; НА - 54,7 ± 9,4 до 134,0 ± 7,0 и составляет в среднем 84,5 ± 8,28 усл.ед. и диуреза от
39.4 ± 5,5 до 160,8±7,9 усл.ед. и в среднем - 91,0 ± 9,4 усл.ед.
С помощью корреляционного анализа выявлена достоверная корреляционная связь между показателями экскреции А и НА (г=+0,61, р<0,05).
Результаты проведенных спектрального и косинор анализов свидетельствуют о том, что экскреция КА и диурез с мочой крыс изменяется в инфрадианном диапазоне.
У интактных животных в процессе экскреции А выявлено 7 ритмов: 2,99+0,005 суток; 4,85 ± 0,05 суток; 6,55 ± 0,05 суток: 12,50 ± 0,25 суток; 15,25 ± 0,25 суток;
17.05 ± 0,05 и 21,70 ± 0,75 суток (рис. 1).
В экскреции с мочой НА выделено 8 периодов: 3,13 ± 0,5;5,24 + 0,24; 7,25±0,25; 9,74 ± 0,24; 11,95 ± 0,05;15,05 ± 0,05; 17,05 ± 0,05 и 20,06 ± 0,05 суток (рис. 2.).
В диурезе интактных животных, как и в экскреции НА обнаружено 8 периодов: 2,74 ±0,24; 5,49 ± 0,50; 7,20 + 0,30; 9,25 + 0,25; 11,25 + 0,25; 15,05 ±0,05; 17,00±0,05; 20,2 ± 0,25 суток (рис. 3.).
0,8 0.7 0.6 0.5 0.4 0,3 I К I СИ гк
т т 1 1 ж да
0,1 т 1 гЖ I ]. ' 1 I 1 1 Я| ¡8 4
0,0 2,7 2 9 4.В 6,5-7,2 11,5 14,7-15, 17 20,5-21
период (сути)
Рис. 1. Интегральные ритмы экскреции А с мочой у интактных животных (К) и у животных при ограничении подвижности (ГК)
" * *
3,1-3,4 5.2-5,4 7,2 8,1-«, 7 11,9 15 17 20
период (сутхй)
Рис. 2. Интегральные ритмы экскреции НА с мочой у интактных крыс (К) и при ограничении подвижности (ГК).
Ш К О гк
■¡Ш ¡Ш Л;-
■ть Ш:
Ш Щш ¡$Ц
п Ш I ■ "•Фг № Я -г
I 4 М* . ¡в лоте I ш 1
2,74 5,49 7,20 9.25 11,25 15,05 17 20.2
период (сугкм)
Рис. 3. Интегральные ритмы диуреза у интактных животных (К) и при ограничении подвижности (ГК).
Таким образом, спектры экскреции КА с мочой и диуреза в основном совпадают, но отмечены и некоторые особенности. Так, в интегральном ритме экскреции НА присутствует период «9,0 суток.
Полученные данные согласуются с результатами исследований, в которых были выделены инфрадианные ритмы: в экскреции с мочой 17-оксикортикостероидов у мужчин [14], в содержании эритроцитов и лейкоцитов [15] в крови, а также фагоцитарной активности нейтрофилов и в уровне неспецифического иммунитета [16; 17].
Инфрадианным ритмам изученных показателей свойственны также и определенные амплитудно-фазовые соотношения. В ритме экскреции А амплитуда выделенных ритмов колеблется от 0,05 ± 0,005 до 0,75 ± 0,05 усл. ед. Отмечена тенденция к снижению амплитуд более длинных периодов относительно значений более коротких периодов: «lld,5; «14d,0 и Äl7d,0 (рис. 1). Амплитуда в периоде: «11 d,0 отличается от остальных ритмов наиболее низким показателем, а амплитуда в ритме »21 d,0 - самым высоким.
В интегральном ритме экскреции НА у животных интактной группы наоборот отмечены самые высокие амплитуды в периодах: «5d,0 и «7d,0 (рис. 2).
Амплитуда перечисленных ритмов колеблется в пределах: от 0,33± 0,005 до 0,93 ± 0,06 усл. ед. В ритме «5d,0 амплитуда зарегистрирована как самая высокая. Она составляет 0,93± 0,06 усл. ед. Амплитуда в ритме:« 11 ,d,0 ниже остальных и составляет 0,33 ± 0,06 усл.ед.
В диурезе у интактных животных амплитуда колеблется в пределах 0,56 ± 0,01 до 15,89 ± 0,09 усл.ед. В ритме «17d,0 зарегистрирована самая высокая амплитуда, составила - 15,89 ± 0,09 усл.ед., а в периоде «15d,0 - 0,56± 0,01 усл. ед. - самая низкая.
Таким образом, инфрадианная ритмика экскреции КА с мочой и диуреза у интактных животных различаются амплитудными характеристиками во всех выделенных периодах.
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что инфрадианная ритмика диуреза и экскреции НА и А с мочой крыс, а также степень синхронизации изученных параметров существенно меняется при гипокинезии.
Косинор-анализом в процессе экскреции А у крыс с ограниченной подвижностью выявлено 6 периодов: 2,70 ± 0,20; 4,84 ± 0,05; 7,25 ± 0,25 и 14,75 ± 0,25; 17,00 ± 0,05 и 20,50 ± 0,50 суток. Обращает на себя внимание отсутствие ритма »1 ld,0 при ограничении подвижности (рис. 1). В структуре спектра экскреции НА у животных экспериментальной группы методом косинор-анализа обнаружено 5 периодов: 3,49 ± 0,50; 5,44 ± 0,05; 9,13 ± 0,41; 17,05 ± 0,05 и 20,50 ± 0,05 суток, т.е. периоды «7d,0; «1 ld,0 и ~14d,0 при воздействии гипокинезии исчезли (рис. 2.).
Во временной организации диуреза выделено 6 периодов: 2,74 ± 0,25; 5,49 ± 0,50; 7,05 ± 0,05; 9,25 ± 0,25; 14,99 ± 0,005; 17,05 ± 0,05 суток (рис. 3). В отличие от показателей диуреза интактной группы у экспериментальной группы периоды: «1 ld,0 и «20d,0 исчезают.
Изменение спектральной мощности выявленных ритмов проявляется в соответствующих перестройках амплитуды ритма. Амплитуда экскреции А в перечисленных ритмах колеблется от 0,03 ± 0,05 до 0,35 ± 0,05 усл. ед. В спектре экскреции А зарегистрирован разнонаправленный сдвиг амплитуд, а именно: амплитуда ритмов данного показателя достоверно уменьшается в периоде ~4с1,84 в 1,36 раза и в ритме: «7а,25 в 2,14 раза. Максимальное снижение амплитуд зарегистрировано в периоде: «20а,5 в 4,68 раза по сравнению с показателями контрольной группы животных, а в -14е1,0 - суточном ритме экскреции А с мочой обнаружено повышение амплитуды в 1,18 раза относительно контроля.
Для ритмов экскреции НА характерно понижение амплитуд в 1,2-1,6 раза во всех выделенных периодах относительно значений контрольной группы. Причем максимальное снижение амплитуд исследуемых показателей зафиксировано в «17а,0 периоде - в 2,08 раза по сравнению с показателями интактной группой животных.
Для ритмов диуреза у экспериментальной группы животных свойственно повышение амплитуд в периодах: 5е1,49 ± 0, 50; 7й,05 ± 0,05; 9Л,25 ± 0,25 и 14^99 ± 0,005. В интегральном ритме: «14а',9 амплитуда данного показателя достоверно увеличивается в 8,07 раза. В периодах: 2,74 ± 0,25 и 17,05 ± 0,05 зарегистрировано понижение амплитуды в 1-1,06 раза.
Кроме того, гипокинезия вызывает не только существенные сдвиги амплитуд, но, также и фазовые сдвиги. Обнаружено смещение фаз экскреции А во всех выделенных ритмах относительно контрольных значений. Фаза в интегральном ритме 2^70 изменяется на 136,4°, в ритме 4а,84 на 148,4°, в 7й,25 - на 60,1°. Зафиксирован максимальный фазовый сдвиг в периоде: в - на 169°
относительно показателей интактной группы животных (рис. 4).
Амплитуда
(усл.е^.) ~17 >°
Рис. 4. Фазовые соотношения биоритмов экскреции А с мочой у интактных животных и с
ограниченной подвижностью.
Гипокинетический стресс приводит к отчетливому сдвигу фазы во всех выявленных ритмах и в экскреции НА. Фазовые сдвиги гипокинезированных животных отличаются от фаз показателей интактной группы животных, они смещаются в 1,1- 1,6 раз.
Фаза в ритме 3й,49 изменяется на 26,4°, в ритме 5^44 на 10,9°. Отмечен максимальный фазовый сдвиг в ритме -20^5 на 159° относительно показателей интактной группы животных.
Также отмеченные фазовые сдвиги регистрируются и в диурезе. Фаза в ритме
показателей интактной группы животных (рис. 5), а минимальный фазовый сдвиг - в интегральном ритме: ~5с1,49 на 2,3° относительно значений интактной группы. В периоде: »17е1,0 смещение фаз не зарегистрировано.
Ограничение двигательной активности приводит х изменению временной организации диуреза и экскреции КА с мочой. У животных, находившихся в условиях ГК, обнаружено изменение интегральных выявленных ритмов, что проявляется в соответствующих перестройках амплитуды ритмов, уменьшением амплитуды и сдвига фаз.
Таким образом, гипокинезия вносит свои коррективы в амплитудно-фазовые характеристики и приводит к ярко выраженному рассогласованию диуреза и экскреции КА с мочой.
Сопоставляя результаты собственных исследований с литературными данными можно представить механизм нарушения временной организации при гипокинетическом стрессе. Известно, что развитие стресс-реакции начинается с активации САС. В наших исследованиях об активации САС свидетельствует резкое возрастание экскреции катехоламинов с мочой в первые сутки ограничения подвижности. Так, на 1-3 сутки ограничения подвижности выделение А с мочой возрастает до 214,3±19,2% (р<0,001), а НА только на 14% относительно исходного уровня.
Такое возрастание экскреции КА связано с выделением НА из гипоталамического депо, и А - из надпочечников [18; 19]. Повышение уровня А в надпочечниках вместе со снижением НА в гипоталамусе характеризует «рецепторные» взаимоотношения [13], которые имеют существенное значение для эндокринной адаптации к действию стресс-факторов. Следствием этих изменений является активация периферических отделов САС, о чем свидетельствует возрастание концентрации КА в плазме крови [20].
Рис. 5. Фазовые соотношения биоритмов диуреза у интактных животных и с ограниченной подвижностью.
Выявлен максимальный фазовый сдвиг в ритме: «2Й,74 на 229° относительно
В механизме нарушения временной организации при хроническом стрессе существенное значение имеют выделения и повышенная утилизация НА при развертывании адаптационных реакций на уровне гипоталамуса, в том числе и в пептидэргических системах, обеспечивающих перестройку гипофизарно-адренокортикальной активности [21; 22]. Важное значение имеет увеличение обратного захвата НА адренергическими нервными окончаниями, наблюдаемые обычно при стрессе [23]. Таким образом, достигается своеобразная «экономия» НА повторное его использование нейронами, подзарядка гранул нервного окончания возвращенным в него медиатором [24]. Как показывают многочисленные данные эти процессы, модулируют чувствительность ß-адренорецепторов, находящихся во многих внутренних органах, а также в различных отделах мозга [25].
Показано что хронический иммобилизационный стресс уменьшает плотность ß-адренорецепторов и в пинеалоцитах, что сопровождается дисфункцией внутриклеточной серотонин N-ацетилтрансферазы, и как следствие уменьшением N-ацетилсеротонина и мелатонина. [26]. Авторы подчеркивают, что эти изменения обусловлены не стрессиндуцированным повышением уровня катехоламинов в циркулирующей крови, а снижением «симпатического входа».
Таким образом, одним из результатов активации центральных звеньев САС является изменение содержания мелатонина в эпифизе. Важным являются данные, о том, что при хроническом стрессе не столько изменяется содержание мелатонина в эпифизе, сколько смещается акрофаза циркадианного ритма его секреции [27].
Поскольку существует тесная взаимосвязь между ритмами различной продолжительности, можно полагать, что при хроническом стрессе происходит смещение фаз секреции мелатонина и в ритмах большей продолжительности, в том числе и инфрадианных. Следствием этого является изменение инфрадианной ритмики физиологических систем, в том числе САС, обнаруженного в нашем исследовании. Изменение ритмики проявляется в изменении спектров мощности, смещении фаз, изменении амплитуд, снижением коэффициента корреляции ГК (г=0,21, р>0.05) между А и НА выявленная у животных контрольной группы (г=0.61, р<0.05). Все это свидетельствует о развитии десинхроноза.
Таким образом, гипокинетический стресс приводит к выраженным нарушениям инфрадианной ритмики САС.
Список литературы
1. Горизонтов П.Д., Белоусова О,И. Стресс и система крови. - М.: «Медицина», 1983.-235 с.
2. Гринепич В.В., Поскребышева Е.А., Савелов H.A. Иерархические взаимоотношения между органами гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы (ГГАС) при воспалении /7 Успехи физиол. наук. - 1999. - Т. 30, №4. - С. 50-66.
3. Пшенникова М.Г. Феномен стресса. Эмоциональный стресс и его роль в патологии // Пат. Физиол. -2001. -№ 2. - С 26-30.
4. Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме. - М.: Медицина, 1960. - 254 с
5. Порту гало в В.В., Ильина - Какуева Е.И., Старостин В.И., Рохленко К.Д., Савик З.Ф. Структурные и цитохимические изменения скелетных мышц при ограничении подвижности // Арх. Анат., гистол., эмбриол. - 1971, - Т. 61, № 11. - С. 82-90.
6. Коваленко Е.А., Туровский H.H., Гипокинезия. - М.: Медицина, 1980. - 307 с.
7. Михайлов А.В. Функциональная морфология нейтрофилов крови крыс в процессе адаптации к гипокинезии: Автореф. дис... канд. мед. наук: 14.00.23 // Крым. Мед. ин-т. - Симферополь, 1986. -25 с.
8. Степанова С.И. Биоритмологические аспекты проблемы адаптации М.: Наука.-1986.-244 с.
9. Бреус Т.К., Чибисов С.М., Баевский P.M., Шебзухов К.В. Хроноструктура ритмов сердца и факторы внешней среды. - М., 2002,- 232 с.
10. Маркель А.Л. // Журнал высшей нервной деятельности. - 1981.- Vol. 31, №2.-301 с.
11. Бойко Т.П. Изменение уровня катехоламинов в тканях белых крыс в условиях формирования алкогольной мотивации и их фармакологическая регуляция Автореф. дисс... д-ра биол. наук, -Харьков, 1987,- 16 с.
12. Осинская В.О. Данные об окислении адреналина, норадреналина, адреналона, норадреналона во флюоресцирующие соединения // Биохимия. - 1953. - Т. 1. -вып. 18.-. С. 594-595.
13. Бару A.M. Значение норадреналина головною мозга в возникновении гормонально-медиаторной диссоциации как формы изменения симпато-адреналовой активности // Физиология и биохимия биогенных аминов. М.: Наука, 1969. - С. 64-70.
14. Mori К., Yano Т., Matumoto Т, et al. Chronobiological Studies of 17-ketosteroid excretion // J. Biometeorol. - 1985. - Vol 29, №>j. - P. 116.
15. Ковальчук A.B., Чернышев M.K. Многодневные биоритмы физиологических процессов и некоторые вопросы связи организма человека с динамикой внешней среды. // Теоретические и прикладные аспекты временной организации биосистем. - М.: Наука, 1976. -С.112
16. Потапов В.Н. Многодневная периодичность в состоянии неспецифических факторов иммунитета и их математическое моделирование // Тез. Докл. Всесоюзн. конф. «Хронобиология и хронопаталогия». - Москва: Медицина. - 1981. - С. 199.
17. Reiman Н.А. Medical importance of long biorhythms in aeromedicine // Aerospace Med. - 1971. -Vol 42, №10.-P. 1086-1987.
18. Кассиль В.Г., Бондаренко М.Ю., Михайленко В.А. Реакция симпато-адреналовой системы на действие безусловного и условного стимулов при формировании и угашении условнорефлекторной вкусовой аверсии у половозрелых крыс линии Вистар // Успехи физиол. наук. - 1994. - Т. 25. - № 3. - С. 32.
19. Kvetnansky R., Mikulay L. Adrenal and urinary cathecholaminer in rats during adaptation to repeated immobilization stress И Endocrinology. - 1970. -Vol. 87, № 4. - P. 738-743.
20. Kopin L. and Klein D. Stress increases pineal epinephrine. Commurt. Psychpharmacol. - P. 69-72.
21. Матлина С.Ш. Обмен катехоламинов в гормональном и медиаторных звеньях при стрессе // Успехи физиол. наук. - 1972. - № 4. - С. 92-130.
22. Шаляпина В.Г. Участие катехоламинов мозга в регуляции гипофизарно-адреналовой системы // Гипофизарно-адреналовая система и мозг. - 1976. -С. 49-66.
23. Rosencrans J. Brain amine changes in stressed and normal rats pretreated with various drugs // Arch. Internnat. Pharmacodyn. - 1969. - Vol. 180, №2. - P. 460-470.
24. Утевский A.M. Биохимия адреналина. - Харьков, 1979. - 129 с.
25. Шурлыгина А.В., Труфакин В.А. Гущин Г.В., Корнева Е.А. Суточные вариации содержания адреналина, норадреналина и p-адренорецепторов в крови и лимфоидных органах здоровых крыс // Бюллетень экспер. биологии и медицины. - 1999. - Т. 128, №9. - С. 344-346.
26. Yocca F. D. and Friedman Е. Parallel but Separate Release of Catecholamines and Acetylchlinesterase from Stimulated Adrenal Chromaffin Cells in Culture // J. of Neuroendocrinology. - 1984. - Vol. 42. -P. 1433-1438.
27. Арушанян Э.Б. Эпифиз и организация поведения // Успехи физиол. наук. — 1991. - Т. 22, № 4. -С. 122-141.
Поступила в редакцию 09.12.2003 г.
