CC BY
14Ученые залиски Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология». Том 16 (55). 2003 г № 4. С. 123-129.
УДК 612.829.3:591.111.1:599.32:615.849.11
ИЗМЕНЕНИЕ ИНФРАДИАННОЙ РИТМИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ НЕЙТРОФИЛОВ КРОВИ КРЫС ПРИ ГИПОКИНЕТИЧЕСКОМ СТРЕССЕ
Шишно Е. Ю.
Действие на организм различных чрезвычайных факторов приводит к развитию стресс-реакции. Согласно С.И. Степановой (1986), Т.К. Бреус (2002), при действии любого стрессора расстраивается согласованная работа всех систем, нарушается временная организация [1, 2, 3]. Нарушение временной организации является ранним признаком нарушения гомеостаза и всегда сопровождает развитие адаптационных реакций различного типа [4, 5].
Согласно современным представлениям, адекватной характеристикой временной организации любой биологической системы являются спектр периодов в широком диапазоне [6, 7, 8]. В этом спектре изучены нарушения лишь ииркадианной ритмики различных процессов при стрессе, тогда как инфрадианная ритмика физиологических процессов при развитии общего адаптационного синдрома практически не изучена.
В механизмах адаптации человека и животных к различным взаимодействиям важную роль играет система крови. Благодаря особой реактивности к различным воздействиям система крови играет основополагающую роль в резистентности, рассматриваемой как интегративный показатель полноценности адаптационных реакций. Резистентность обеспечивают многочисленные компоненты крови, но ведущую роль в этом процессе играют нейтрофилы [9, 10], Инфрадианная ритмика функциональной активности нейтрофилов при действии стресс-факторов в настоящее время исследована недостаточно.
В связи с изложенным, задачей настоящего исследования явилось изучение инфрадианной ритмики бактерицидных и гидролитических систем нейтрофилов крови у интактных животных, а также у животных с экспериментально вызванной стресс-реакцией.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Работа выполнена на беспородных белых крысах-самцах массой 150-200 г. со средним уровнем двигательной активности и низкой эмоциональностью, определенных в тесте «открытого поля» [11]. Такой отбор позволил сформировать животных с одинаковыми типологическими особенностями, однотипно реагирующих на действие различных факторов.
Стресс моделировался путем помещения крыс в специальные пеналы из оргстекла, которые обеспечивали существенное ограничение подвижности по всем направлениям. В описанных пеналах крысы находились 23 часа в сутки в течение 43 дней.
Все животные были распределены на 2 группы. К первой группе относились животные, содержащиеся в обычных условиях вивария в течение 43 суток -биологический контроль (К). Вторую группу составили крысы, находившиеся в условиях гипокинезии (ПС).
Кровь для исследования брали ежедневно, в течение 43 дней в утренние часы путем пункции хвостовой вены.
Для исследования процессов адаптации, развивающихся в условиях ГК, использовали комплекс методик. Состояние неспецифической резистентности оценивали по цитохимическому содержанию в нейтрофилах бактерицидных систем (лизосомальные катионные белки (КБ) [12], пероксидаза (ПО) [13]), гидролитических систем (кислая фосфатаза (КФ), и протеаза (ПР) [14]). Количественную оценку изучаемых показателей производили в соответствии с принципом Kaplow [15] с выведением цитохимического показателя содержания (ЦПС). Для определения степени превалирования активности одного фермента над другим в бактерицидной и гидролитической системах использовали показатели отношений une по и цпскф .
ЦПС КБ ЦПСПР
Обработку и анализ экспериментальных данных проводили с помощью спектрального и косинор - анализа. В качестве критерия оценки достоверности наблюдаемых различий использовали t- критерий Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты проведенных спектрального и косинор анализов свидетельствуют о том, что ЦПС бактерицидных и гидролитических систем в нейтрофилах крови крыс изменяется в инфрадианном диапазоне.
У интактных животных выявлены следующие периоды ЦПС КБ, КФ, ПР: «3,5; »5,0; «7,0; »9,0; »14,0; »22,0 суток (рис.1, рис.2). Инфрадианная периодика, включающая ритмы такой же или близкой продолжительности, обнаружена в различных биологических процессах [6, 7, 8]. В то же время отмечены некоторые различия выявленных инфрадианных ритмов исследованных физиологических показателей у интактных животных. Так, в интегральном ритме ЦПС ПО отсутствует период »9,0 суток. Обнаружены различия в интегральных ритмах отношений ЦПС по и цпскф . Так, в интегральном ритме Цпспо выявлено
цпскб цпспр цпскб
6 периодов. В нем отсутствует период »22,0 суток и появляется период » 12,0 суток, а в ритме отношения цпскф _ 7 периодов. В этом спектре появляется
ЦПСПР
дополнительный период » 19,0 суток по сравнению со всеми выделенными ритмами изученных показателей.
В нейтрофилах крови интактных животных в бактерицидной системе
преобладает пероксидазная активность относительно активности КБ во все сроки
эксперимента т.к. этот показатель колеблется от 1,1 до 1,89 ед., а в соотношении
гидролитических ферментов ЦПСКФ - изменяется от 0,77 до 1,33 ед., т.е
ЦПСПР
превалирование, одного фермента над другим зависит от сроков эксперимента.
Полученные данные согласуются с результатами более ранних исследований, в которых были выделены инфрадианные ритмы сходной или близкой продолжительности: описана ритмическая деятельность функционирования сердечно-сосудистой системы [2] в инфрадианном диапазоне, изучена инфрадианная ритмика показателей поведения с экспериментально вызванной стресс-реакцией [16].
Инфрадианным ритмам изученных показателей свойственны определенные амплитудно-фазовые соотношения. В интегральном ритме ЦПС ПО у животных контрольной группы с увеличением периода возрастают амплитуды выделенных ритмов (рис. I). В спектре периодов ЦПС КФ и ЦПС ПР, наоборот отмечена тенденция к снижению амплитуд выделенных ритмов относительно значений более коротких периодов: я?7 »14 »21^0 и в спектре периодов. Интегральные ритмы отношений Цпспо и цпскф также имеют свои амплитудные
ЦПС КБ ЦПСПР
характеристики, а именно в ритмике отношений зарегистрирована низкая амплитуда во всех выделенных периодах.
36
30
~ 24
3
6
о
Рис. 1. Амплитуды периодов интегрального ритма ЦПС КБ в нейтрофилах крови крыс контрольной группы (К) и у крыс с ограниченной подвижностью (ГК).
О к ШЭ п<
-ь
3-
■ъ
£
-ъ
Ъ-
3,03,3 4,*5,3
7,1-7,2 9,2-9,9
период (сутки)
14,3-46 21,1-21,6
50
40
? 30
5
2 20
10
Пк □ гх
3,0-3,2
П
5,0-5,8
7,2-7,3 »>»,80 период (сутки)
14,3-14,6 21,6-2Т,37
Рис, 2. Амплитуды периодов интегрального ритма ЦПС КФ в неитрофилах крови крыс контрольной группы (К) и у крыс с ограниченной подвижностью (ГК).
У интактных животных методом косинор-анализа во всех выделенных периодах интегральных ритмов отношений иисао и цпскф выявлены
цпс кб цпспр
определенные фазовые соотношения между бактерицидными и гидролитическими системами (рис. 3).
«7^0
К
ГК
Рис. 3. Фазовые соотношения ритма с периодом »Т^О гидролитических (1ЩПС КФ к ЦПС ПР и бактерицидных систем (2) ЦПС ПО к ЦПС КБ в иейтрофилах крови крыс и у крыс с ограниченной подвижностью (ГК).
Таким образом, между бактерицидными системы, которые подготавливают бактерии к фагоцитозу, стимулируют и обеспечивают бактерицидную активность нейтрофилов, и гидролитическими системами, осуществляющих лизис обезвреженных бактерий, существуют определенные межфункциональные взаимоотношения.
Следовательно, между гидролитическими и бактерицидными системами нейтрофилов наблюдаются определенные как внутри-, так и межфункциональные взаимоотношения, что подтверждает современные представления о том, что целостный организм может существовать только при отдельных фазовых соотношениях различных колебательных процессов в клетках, тканях, органах и функциональных системах [17].
В экспериментальной группе животных при спектральном и косинор анализах интегрального ритма исследуемых показателей выявлены такие же периоды, аналогичны таковым у интактных крыс.
В интегральном ритме ЦПС КБ выявлены следующие периоды: 3,06 ± 0,19; 4,99 ± 0,16; 7,25 ± 0,11; 9,29 ± 0,19; 14,30 ± 0,66; 21,13 ± 1,10. Сходные по продолжительности периоды выявлены и в ритме спектров всех показателей, однако, в спектре их отношения обнаружены определенные изменения, а именно отсутствие периода ~14д,0 суток в спектре плело в отношении ипскф обращает
цпс кб цпспр
на себя внимание присутствие периодов -16^0 и —19^0 суток.
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что гипокинетический стресс приводит к амплитудно-фазовым сдвигам относительно контрольных значений во всех выделенных периодах. Амплитуды ритмов ЦПС КБ и ЦПС ПР в экспериментальной группе животных зафиксированы ниже амплитуд значений контрольной группы во всех выделенных периодах. Наиболее выраженное отличие амплитуд интегрального ритма ЦПС КБ регистрируется в периоде -21^0, где значения амплитуд экспериментальной группы ниже значения амплитуд контрольной группы в 2,14 раз, (р<0,001) {рис. 1), а в спектре ЦПС ПР низкая амплитуда выявлена в периоде ^ ,0, где значения показателей экспериментальной группы ниже показателей интактной группы животных в 1,65 раз, (р<0,01).
Амплитуды отношения ЯЯСШ и цпскф экспериментальной группы наоборот
цпскб цпспр
превышают амплитуды ритмов соответствующих показателей интактных животных во всех перечисленных периодах.
В спектре ЦПС ПО зарегистрирован разнонаправленный сдвиг амплитуд в различных периодах, а именно: в периоде »7^0 амплитуды ритмов достоверно уменьшаются в 1,43 раза, и в 2,5 раза в периоде «10 ,0 относительно показателей интактной группы животных. В остальных выделенных периодах амплитуды ритма данного показателя повышается. В спектре ЦПС КФ амплитуды ритмов выше амплитуд значений контрольной группы в периодах: «7*0 в 1,65 раз, а в периоде -14,^0 - в 1,96 раз. Наиболее выраженное отличие амплитуд ЦПС КФ регистрируется в периоде ~21/0, где амплитуда ритмов гипокинезированной группы выше ритмов контрольной группы в 2,84 раза, а в периодах -3^0, ~5,д0, ~10Д) амплитуда достоверно уменьшается (рис. 2). Максимальное понижение
шишка е. ю.
амплитуды ритма ЦПС КФ зарегистрировано в периоде =5^0 - в 2,1 раза относительно значений контрольной группы животных.
При гипокинезии наблюдаются также фазовые сдвиги относительно контроля во всех выделенных периодах изученных показателей (рис. 4).
Амплитуда (усл.ед.)
Рис. 4. Фазовые соотношения ЦПС протеазной активности в нейтрофилах крови интактиых крыс К — (1) и у крыс с ограниченной подвижностью (ГК). --* (2)
В ритме ЦПС ПО обнаружено значительное смещение фаз (от 33,8° в периоде -5^0 суток до 282° в - =7^0 суток). Максимальный фазовый сдвиг зарегистрирован в периоде:^,0 на 282°, (р<0,001) относительно контроля,
В ритме -3^0 ЦПС КБ выявлен сдвиг фаз на 162°, (р<0,02) относительно контрольных значений. Минимальный сдвиг фаз отмечен в периоде «9^0 на 77,3° относительно инггактной группы животных, В показателе ЦПС КФ зарегистрировано значительное смещение фаз во всех периодах относительно контрольных значений. Фаза в периоде «За,0 изменяется на 48,6° (р<0,05) -минимальный сдвиг фаз, зарегистрированный в этом показателе, а максимальный фазовый сдвиг отмечен в периоде: -14^0 на 264,6° относительно контрольных значений.
В показателе ЦПС ПР минимальный сдвиг фаз выявлен в периоде -7^0 на 57,2°, а максимальный фазовый сдвиг в периоде: на 173,5° (р<0,02)
относительно соответствующих показателей интактной группы животных.
Гипокинезия приводит также к значительным фазовым сдвигам в отношении
ЦПС по и цпс кф . тем самым, изменяя степень их синхронизации.
цпс кб цпспр
В отношении ипспО фаза в периоде -3^5 смещается на 34°, (р<0,05) это
минимальный сдвиг фаз, а максимальный фазовый сдвиг зарегистрирован в периоде: на 225°, (р<0,001) относительно значений контрольной группы животных. В соотношении цпскф зарегистрирован максимальный фазовый сдвиг в
периоде: ~11Й,0 на 164,4° (р<0,001) относительно показателей интактной группы.
Таким образом, гипокинезия оказывает существенное влияние на временную организацию изученных показателей в нейтрофилах крови крыс.
Время (сутки)
цпскб
цпспр
Известно, что гипокинезия приводит к развитию общего адаптационного синдрома [18], который всегда сопровождается изменением временной организации. Согласно данным литературы [19] при стрессе могут развиваться, как гиперсинхронизация, которая обнаружена в поведенческих реакциях [16], так и -десинхроноз [20]. Согласно нашим исследованиям гипокинетический стресс приводит к развитию десинхроноза и в нейтрофилах.
Список литературы
1 Степанова С.И. Биоритмологические аспекты проблемы адаптации. - М.: Наука. - 1986, - 244 с,
2. Бреус Т.К., Чибисов С.М., Баевский P.M., Шебзухов К.В. Хроноструктура ритмов сердца и факторы внешней среды. - М., 2002, - 232 с.
3. Степанова С.И,, ГаличиЙ В.А. Космическая биоритмология // Хронобиология и хрономедицина/ Под ред. Комарова Ф.И., Рапопорта С.И. - М., 2000. - С.266-298.
4. Агулова Л.П. Биоритмологические закономерности формирования компенсаторно-приспособительных реакций в условиях клинической модели стресса: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. - Томск, 1999, - 22 с.
5 Алерс И„ Алерсова Е., Шмайда В. и др. Многосуточные метаболические ритмы у крыс // Биологические исследования в космической биологии и медицине.- М.: Наука, 1989. - С, 178-183. в. Темурьянц H.A., Чуян E.H., Шехоткин A.B. Инфрадианная римика функционального состояния нейггрофилов и лимфоцитов крови крыс с различными конституционными особенностями// Биофизика, 1995.-T.40, № 5,- С112Ы125 т Владимирский Б.М., Нарманский В.Я., Темурьянц H.A. Космические ритмы. - Симферополь: HR. - 1994. - 173 с.
8. Темурьяни H.A., Шехоткин A.B. Хронобиологический анализ поведения интакгных и эпифизэктомированных крыс в тесте открытого поля//ЖВНД, 1999. - Т.49, Jfa5. - С. 839-846.
9. Ашофф Ю, Свободнотекущие и захваченные циркадианные ритмы// Биологические ритмы. - М.: Мир, 1984. - Т. 1. - С.53-54.
10. Горизонтов П.Д., Белоусова О.И. Стресс и система крови. - М.: «Медицина», 1983. - 235 с. ! 1. Маркель А.Л. //Журнал высшей нервной деятельности, - 1981, -№2t-T. 3J. - 301 с.
12. Шубич М.Г. Выявление катионного белка в цитоплазме лейкоцитов с помощью бромфенолового синего И Цитология. - 1977. - № 10 (16). - С. 1321-1322.
13. Лилли Р, Патологическая техника и практическая гистохимия. - М.: «Мир», 1969. - 645 с.
14. Михайлов AB. 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.
] 5. Kaplow L.S. A Histochemicai prosedure for localizing and evaluation leukocyte alkaline phosphatase activity in smears of blood and marrow // Blood. - 1995. 10. - P. 1023-1029.
16. Чуян E.H., Московчук О .Б., Насилевич В.А. Изменение инфраднанной ритмики поведения крыс в «открытом поле» при воздействии ЭМИ КВЧ // Ученые записки ТНУ.Серия "Биология11 - 2001. -Т14 (53), №3 -С. 127-132.
17. Ковальчук A.B., Чернышев М.К. 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.
18. Коваленко Е.А., Гуровский H.H., Гипокинезия. - М.: Медицина, 1980. - 307 с.
19. Чуян E.H., Темурьянц H.A., Московчук О.Б., Верко Н.П., Туманянц E.H., Пономарева В.П, Физиологические механизмы биологических эффектов низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ. -Симферополь, 2003. - 447 с.
20. Московчук О.Б. Влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высокой частоты на инфрадианную ритмику физиологических процессов Автореф. дис. ...канд. биол. наук: СГУ. - Симферополь, 1992. - 25 с.
Поступила в редакцию 0L 10.2003 г.
