CC BY
45
ЦИРКАДИАННЫЕ И ЦИРКАСЕПТАННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПЛАЗМЕ КРОВИ И ЭПИФИЗАРНОМ МЕЛАТОНИНЕ КРЫС ВО ВРЕМЯ МАГНИТНО-СПОКОЙНЫХ И ВОЗМУЩЕННЫХ ДНЕЙ
Ф. Халберг1, П. Корнелиссен1, Рита Жозца2, С.И. Рапопорт 3, Т.К. Бреус4, Кунаки Отсука5, А. Графе1, Е. Беккен6
1 Миннесотский Университет, МК, США
2 Медицинская школа в Песце, Венгрия,
3 Московская медицинская академия им. Сеченова
4 ИКИ РАН, Москва, Россия; e-mail: [email protected] Tel: 3333012
5 Женский медицинский университет в Токио
6Общественный госпиталь в северных Гавайах, Камюэлла, США
Обсуждается влияние вариаций естественных магнитных полей на эпифизарный и плазменный мелатонин у крыс. Имеется чрезвычайно мало работ на эту тему, поэтому экспериментальные свидетельства о роли мелатонина, продукция которого и содержание в организме изменяется под влиянием вариаций геомагнитного поля, проявляясь соответственно в изменении циркадианных ритмов, вызывающих в некоторых случаях ухудшение состояния здоровья подопытных — представляются актуальными с точки зрения фундаментальных проблем механизмов воздействия естественных полей на живые организмы и с практической точки зрения в медицине.
1. Введение
Как известно, мелатонин является древним гормоном: наличие мелатонина и циркадианный ритм его секреции выявлены у всех живых организмов, включая одноклеточных [1]. Эпифиз впервые появляется у рыб [2]. У ящериц же существует теменной орган — скопление светочувствительных клеток, связанных непосредственно с эпифизом и покрытых прозрачным, лишенным пигмента, участком кожи [3]. Известно также, что живые организмы воспринимают магнитные, электрические и радиационные поля, соответствующие полям околоземного пространства. Горизонтальный вектор земного магнитного поля имеет четко выраженные суточные колебания [4]. Показано, что на уровень мелатонина в крови влияют электромагнитные поля (ЭМП) [5], причем чем интенсивнее изменения электромагнитного поля Земли, тем выраженнее подавление продукции мелатонина. Искусственные электромагнитные поля также подавляют продукцию мелатонина [1].
Однако обнаружение ряда эффектов вариаций мелатонина под влиянием ЭМП все еще не дает полного ответа на вопрос о его месте в жизнедеятельности человеческого организма. Настоящая работа является попыткой с помощью экспериментальных данных проследить эволюцию физиологического значения мела-
тонина у животных и понять роль его в организме человека при изменениях такого внешнего фактора, как геомагнитное поле Земли.
2. Материалы и методы.
В апреле 2004 и 2005 гг., в период различной геомагнитной активности, проводились исследования временной структуры мелатонина в эпифизе и в гипоталамусе крыс определенной породы (168 Wistar (Amsterdam)) во время двух экспериментов в течение недели. Заборы материала осуществлялись один раз каждые 4 часа в течение дня, при этом использовался режим смены освещенности, организованный так, чтобы покрыть 6 этапов в вариациях циркадианной ритмики. С целью создания стандартных условий крысы содержались в 2 комнатах с различным световым режимом (изменяемом в антифазе) — 12 часов освещенности сменялось 12 часами темноты [6].
Во время первого эксперимента (5—11 апреля 2004 г.) так получилось, что исследования начались через день после второго экстремума умеренной двойной магнитной бури (рис. 1). Сравнение эпифизарного мелатонина, полученного в первые два буревых и два последних спокойных дня этого цикла измерений, выявило уменьшение МЕЗОРА (от 1053 до 797 р^ткань Р = 0,021) и циркадианной амплитуды (от 1074 до 722 р^ткань Р = 0,051), связанных с магнитной бурей, что соот-ветстсвует примерам, приведенным во введении.
Апрель 2004 г. Dst
(пТ) О
-100 -200 -300 -400 -500
1 6 11 Дни
Рис. 1. Dst вариация в первом эксперименте, где отчетливо видно, что эксперимент начался 5 апреля, т.е. в главную фазу умеренной геомагнитной бури, и продолжался во время второй бури — вплоть до 11 апреля, когда поле совершенно успокоилось. Адрес сайта для Dst http://swdcdb.kugi.kyoto-u.ac.jp/dstdir/dstVq/Dstqthism.html)
Циркасептанная амплитуда не была выявлена.
Иследования затем были повторены в 2005 г. [7]. Второй эксперимент проводился с 11 и до 17 апреля с той же породой крыс — двумя самками, которых не кормили за несколько дней до начала измерений, и двумя самцами, которые жили в обычном режиме кормления. Результаты исследований анализировались с помощью единичного и многокомпонентного косинор-анализа. Было проведено и сравнение результатов между двумя экспериментами (рис. 2).
Апрель 2005 г. Ре!
(пТ) ^ч-О- 1111 1 1
-100 •
-200 •
-300 ■
-400 ■
-500^ ■ III ■ III
11 16 Дни
Рис. 2. Dst вариация во втором эксперименте через год после первого, когда геомагнитное поле было практически спокойно с 11 по 17 апреля 2005 г. 12 апреля имеется небольшое бухтообразное возмущение магнитного поля
3. Результаты исследования.
Все эффекты возмущенных геомагнитных условий оценивались, сравнивая мелатонин в плазме и эпифизарный мелатонин, полученные в течение первого и последних трех дней исследований. Возрастание МЕЗОРА и большая циркади-анная амплитуда были измерены как для плазменного, так и для эпифизарного ме-латонина (М: 581 по сравнению с 392 р^ткань, Р = 0,021; А: 737 У8. 459 р^ткань, Р = 0,016) в первые три дня по сравнению с последними тремя днями, что могло быть связано также со значительными циркасептанными (околонедельными) ритмами, характеризующими эти переменные (плазма: Р=0,002; эпифиз: Р < 0,001), если оценивать совместно с сопуствующими циркадианными вариациями, состоящими из 24-часовой и 12-часовой компонент в последнем, но не в первом эксперименте. Сравнение плазменного и эпифизарного мелатонина в экспериментах, осуществленных с различием почти точно в один год, выявляет значительную разницу в величине МЕЗОРА, которая может быть связана с разницей в возрасте обследованных крыс.
Для того, чтобы сравнить циркасептанные ритмы между двумя исследованиями, данные каждого исследования были выражены как % от каждой серии средних значений. Поскольку циркадианные вариации были отчетливо выражены со статистической достоверностью и поскольку 12-часовая компонента также достоверно присутствовала, эти две компоненты были вычтены из имевшихся данных. Затем было обнаружено, что два эксперимента существенно отличаются: циркасептанная амплитуда — акрофаза были большими в плазменном мелато-нине (Б = 3,534, Р = 0,031) второго эксперимента. Не только циркасептанная амплитуда оказалась больше, но и акрофаза наступала на 2,7 дней раньше, чем в первом исследовании. Циркасептанная компонента эпифизарного мелатонина характеризуется большей амплитудой ^ = 3,534, Р = 0,031) и ранее наступающей акрофазой (А-П F = 5,198, Р = 0,006) во втором по сравнению с первым экспериментом.
4. Обсуждение результатов.
Большая амплитуда циркасептанного ритма в плазменном и эпифизарном мелатонине в 2005 г. по сравнению с 2004 г. выявляется только, если используются данные крыс, которые жили в режиме свободного кормления во втором исследовании. Плазменный мелатонин характеризовался циркасептанной амплитудой 41,8% по сравнению с нормой — 10,2% (F = 3,313, P = 0,070) и акрофазой, наступавшей на 3-е суток раньше (A-D : F = 4,048, P = 0,019).
Эпифизарный мелатонин характеризовался циркасептанной амплитудой 39,9% по сравнению с нормой 6,5% (F = 5,426, P = 0,022) и акрофазой, наступающей на 2,8 дней раньше (A-D: F = 5,369, P = 0,006). Не было выявлено различий в цикасептанной амплитуде и акрофазе голодающих и кормленных крыс во втором исследовании (P > 0,200). Разница в МЕЗОРЕ плазменного мелатонина оказалась однако примерно на 37% больше у кормленных по сравнению с голодающими крысами (F = 11,194, P = 0,001), что сопровождалась возросшей циркадианной амплитудой. Это явление отмечено только для плазменного, но не для эпифизар-ного мелатонина. Наименьшая амплитуда и запаздывание циркасептанной акро-фазы, наблюдавшиеся в первом по сравнению со вторым экспериментами, сохранялись наряду с уменьшением МЕЗОРА и циркадианной амплитуды эпифизарного мелатонина, наблюдавшихся во время первых двух дней первого исследования. Слабое геомагнитное возмущение наблюдалось также и в начальной стадии второго эксперимента, но это было незначительное по масштабам событие, по сравнению с первыми двумя днями первого эксперимента. В то же время второй экстремум в Кр и Dst выявляли более значительное геомагнитное явление, примерно за день до начала первого эксперимента. Эти результаты соответствуют исследованиям циркадианных параметров сердечной функции у кроликов в магнитно-возмущенный день по сравнению со спокойным [8, 9], а также у здоровых людей в Арктике, свидетельствующие об уменьшении вариабельности сердечного ритма во время магнитно-возмущенных дней по данным снимаемой круглосуточно в течение 7 дней электрокардиограммы [10].
5. Заключение.
Очевидно, что во время умеренных геомагнитных возмущений у животных подавляется содержание эпифизарного мелатонина в циркадианном ритме — уменьшается МЕЗОР (табл. 1) и амплитуда циркадианного ритма. Во втором эксперименте при слабом геомагнитном возмущении плазменный циркосептанный ритм оказался выраженным, и МЕЗОР, и амплитуда в возмущенных условиях начала семидневки были выше, чем в конце.
Эксперименты, подобные описанным, можно продолжить, используя не 24-часовые смены режимов, а более длительные интервалы времени наблюдений. В этом случае возможно удастся установить порог геомагнитного возмущения, после которого циркадианный ритм эпифизарного мелатонина оказывается вовлеченным в воздействие.
Таблица 1
Низкие значения эпифизарного и высокие значения мелатонина гипоталамуса (см. соответствующие МЕЗОРЫ и циркадианные амплитуды), а также возможное опережение фазы эпифизарного циркадианного ритма мелатонина в связи с двумя магнитными бурями
Геомагнитные условмия Дни взятия проб МЕЗОР Амплитуда Акрофаза
Эпифиз
Магнитная буря 1—2* 796,8 722,2 -288
Спокойные условия 6—7 1052,9 1024,0 -309
Р 0,021 0,051 0,054
Гипоталамус
Магнитная буря 1—2* 11,87 10,52 -258
Спокойные условия 6—7 6,48 4,92 -271
Р 0,005 0,033 0,521
Примечание. * Интерпретация затруднена в связи с имеющимся слабым геомагнитным возмущением в начале второго эксперимента (см. рис. 2).
Разница в МЕЗОРЕ между днями 1—2 и 6—7 остается значительной для обоих эпифизарного и плазменного мелатонина после logjQ-преобразования данных и нормализации распределения.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Рапопорт С.И., Малиновская Н.К., Ораевский В.Н., Коротеева Е.А. и др. // Клиническая медицина. — 1997. — № 6. — С. 24—26.
[2] Рапопорт С.И., Шаталова A.M. // Клиническая медицина. — 2001. — № 6. — С. 4—7.
[3] Ром-Богуславская Е.С. // БМЭ. 3 изд. — М., 1986. — Т. 27. — С. 448—453.
[4] Гуртовой Н.Н., Матвеев Б.С., Дзержинский Ф.Я. Практическая зоотомия позвоночных. — М., 1978.
[5] Браун Ф. // Сравнительная физиология животных / Под ред. Л. Проссера; пер. с англ. — М., 1977. — Т. 2. — С. 210—260.
[6] Jozsa R., Halberg F., Zeman M., Cornelissen G., Kazsaki J. et al. Chronomics, neuroendocrine feedsidewards and the recording and consulting of nowcasts — forecasts of geomag-netics. Biomed Pharmacother, in press.
[7] Zeman M., Stebelova K., Cornelissen G., Jozsa R., Pan W.H., Halberg F. Extension of Chos-sat phenomena to rat plasma melatonin: increase in circadian amplitude during starvation. Submitted to the publication
[8] Chibisov S.M., Cornelissen G., Halberg F. Magnetic storm effect on the circulation of rabbits. // Biomedicine & Pharmacotherapy. — 2004; 58 (Suppl 1): S15—S19.
[9] Breus T.K., Pimenov K.Yu., Cornelissen G., Halberg F., Syutkina E.V., Baevsky R.M., Petrov V.M., Orth-Gomer K., Akerstedt T., Otsuka K., Watanabe Y., Chibisov S.M. The biological effects of solar activity // Biomed Pharmacother. — 2002; 56 (Suppl. 2): 273s—283s.
[10] Otsuka K., Cornelissen G., Weydahl A., Holmeslet B., Hansen T.L., Shinagawa M., Kubo Y., Nishimura Y., Omori K., Yano S., Halberg F. Geomagnetic disturbance associated with decrease in heart rate variability in a sub arctic area // Biomedicine and Pharmacotherapy. — 2001; 55 (Suppl 1): 51s—56s.
