29https://doi.org/10.29296/2618723X-2021-04-10
Выбор оптимальной модели инсомнии для сравнительной оценки
препаратов на основе мелатонина
Н.В. Демакова1, младший научный сотрудник Центра экспериментальной фармакологии СПХФУ,
ORCID 0000-0002-2145-9289, М.А. Коротыхина1, младший научный сотрудник Центра экспериментальной фармакологии СПХФУ,
ORCID 0000-0002-2368-3268, Ю.И. Сысоев1-3, канд. биол. наук, доцент кафедры фармакологии и клинической фармакологии СПХФУ, инженер-исследователь лаборатории нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ,
ORCID 0000-0003-4199-5318, А.В. Каршин4, директор по развитию ООО «Фармамед», ORCID 0000-0001-8145-9603, Н.А. Анисимова1, доцент, канд. биол. наук, доцент кафедры фармакологии и клинической фармакологии
СПХФУ, ORCID 0000-0002-2620-2976, Д.Ю. Ивкин1, доцент, канд. биол. наук, начальник Центра экспериментальной фармакологии СПХФУ,
ORCID 0000-0001-9273-6864 1ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет» Минздрава
России,197376, Российская Федерация, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 14; 2Институт трансляционной биомедицины, Cанкт-Петербургский государственный университет, 199034, Российская Федерация, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7-9; 3Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, 199034, Российская Федерация, Санкт-Петербург, наб.
Макарова, д. 6;
4ООО «Фармамед», Российская Федерация, 194292, Санкт-Петербург, Домостроительная ул., д. 16, лит. Е
E-mail: demakova.natalya@pharminnotech.com
Резюме. В настоящее время распространенность бессонницы во всем мире охватывает 30-35% всего населения. На данном этапе фармацевтический рынок лекарственных препаратов для лечения этой патологии практически не пополняется, в связи с чем актуальным является создание новых более эффективных и/или безопасных средств.
Цель представленной работы - выбор и апробация оптимальной модели инсомнии для сравнительной оценки эффективности препаратов мелатонина.
Проведена оценка ряда имеющихся российских и зарубежных моделей инсомнии и методов ее изучения, в том числе на основании базы данных медицинских и биологических публикаций PubMed (https://pubmed.ncbi.nlm. nih.gov/). Рассмотренные модели были разделены на три больших блока: связанные со стрессорными факторами, фармакологические и генетические модели. Тест-системами для проведения исследований на моделях бессонницы из проанализированных источников литературы стали кролики, крысы, мыши, рыбы Danio rerio и дрозофилы. Для изучения сравнительной фармакодинамики нового лекарственного препарата на основе мелатонина и растительных компонентов в качестве наиболее подходящей в части, касающейся выраженности снотворного эффекта, была выбрана модель смены запахового следа. Суть ее сводится к смене у половозрелых самцов привычной клетки на клетку с несвежим подстилом, содержащим ольфакторный след другого гендерно-идентичного животного, что становится стрессорным фактором в виде ожидания агрессии и позволяет создать необходимые условия для проведения эксперимента.
Результаты исследования препарата мелатонина с фитокомплексом, содержащим экстракты сырья валерианы (Valeriana officinalis), пустырника (Leonurus cardiaca), боярышника (Crataegus sanguínea), мяты перечной (Mentha piperita) (+ масло мяты перечной), свидетельствуют о достоверном улучшении показателей соотношения индексов тета- и дельта-ритмов животных и индекса альфа-ритмов, которые приближаются к значениям контрольной группы здоровых животных. На основании электроэнцефалографического исследования можно сделать вывод о большей эффективности испытуемого комбинированного препарата в сравнении с референтным мелатонином. Смена ольфакторного следа является эффективной и легко воспроизводимой моделью, которая может быть использована не только при сравнительной оценке эффективности препаратов мелатонина, но и других фармакологических агентов для лечения бессонницы.
Ключевые слова: доклинические исследования, гистология, посмертные изменения, посмертный интервал
Для цитирования: Демакова Н.В., Коротыхина М.А., Сысоев Ю.И., Каршин А.В., Анисимова Н.А., Ивкин Д.Ю. Выбор оптимальной модели инсомнии для сравнительной оценки препаратов на основе мелатонина. Лабораторные животные для научных исследований. 2021; 4: 87-97. https://doi.org/10.29296/2618723X-2021-04-10
2021
LABORATORY ANIMALS FOR SCIENCE
Insomnia model selection for comparative evaluation of melatonin-based
preparations
N.V. Demakova1, ORCID 0000-0002-2145-9289, M.A. Korotyhina1, ORCID 0000-0002-2368-3268 Yu.I. Sysoev1-3, ORCID 0000-0003-4199-5318 A.V. Karshin4, ORCID 0000-0001-8145-9603 N.A. Anisimova1, ORCID 0000-0002-2620-2976 D.Yu. Ivkin1, ORCID 0000-0001-9273-6864 aSaint Petersburg State Chemical Pharmaceutical University of the Ministry of Health Care of Russia, 197376, Russian Federation, Saint Petersburg, Professora Popova str., 14; 2Institute of Translational Biomedicine, Saint Petersburg State University, 199034, Russian Federation, Saint Petersburg, Universitetskaya emb., 7-9; 3Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences (RAS), 199034, Russian Federation, Saint Petersburg , Makarova emb., 6; 4OOO «Farmamed»,194292, Russian Federation, Saint Petersburg, Domostroitelnaya st., 16, lit. E E-mail: demakova.natalya@pharminnotech.com
Abstract. Currently insomnia is prevalent among 30-35% of population. As it stands now the pharmaceutical market for insomnia drugs is practically not replenished, and therefore, it is urgent to create new, more effective and / or safer drugs.
The aim of the presented work is to select and test the optimal insomnia model for a comparative assessment of the effectiveness of melatonin preparations.
A number of existing Russian and foreign models of insomnia and methods of its study were assessed, including the use of such a database of medical and biological publications as PubMed. The considered models were divided into three large blocks: models associated with stress factors, pharmacological models and genetic ones. Animals such as rabbits, rats, mice, Danio rerio and Drosophila sp. were used as test systems for studies on models of insomnia from the analyzed literature sources. As the most suitable for the study of the comparative pharmacodynamics of a new drug based on melatonin and herbal components in terms of the severity of the hypnotic effect, rodent cage change insomnia model was chosen. Its essence boils down to changing the usual cage in sexually mature males to a cage with stale bedding containing an olfactory trace of another gender-identical animal, which acts as a stress factor in the form of expectation of aggression and allows creating the necessary conditions for conducting an experiment.
The results of a study of a melatonin preparation with a phytocomplex containing extracts of raw materials of Valeriana officinalis, Leonurus cardiaca, Crataegus sanguinea, Mentha piperita (+ oleum Menthae piperitae) indicates a significant improvement in the ratio of the theta and delta rhythm indices of animals and the alpha rhythm index, which are close to the values of the control group animals. On the basis of the EEG study, it can be concluded that the tested combination drug is more effective in comparison with the reference melatonin. Rodent cage change insomnia model is an effective and easily reproducible model which can be used not only for comparative assessment of melatonin preparations efficacy, but also for other pharmacological agents for the treatment of insomnia.
Key words: electroencephalography, preclinical trials, sleep disorders, phytocomplex.
For citation: Demakova N.V., Korotyhina M.A., Sysoev Yu.I., Karshin A.V., Anisimova N.A., Ivkin D.Yu. Insomnia model selection for comparative evaluation of melatonin-based preparations. Laboratory Animals for Science. 2021; 4: 87-97. https://doi.org/10.29296/2618723X-2021-04-10
Введение
Сон представляет собой сложный физиологический процесс, подверженный влиянию большого количества внешних и внутренних факторов [1].
Дисбаланс неизменно приводит к развитию ин-сомнии, которая согласно Международной классификации болезней 11-го пересмотра характеризуется состоянием неудовлетворительной продолжительности и/или качества сна, при этом сохраня-
ется в течение значительного отрезка времени и включает трудности засыпания, нахождения в состоянии сна или раннее окончательное пробуждение [2].
В мире распространенность бессонницы составляет примерно 30-35% [3], симптомы хронической бессонницы встречаются у женщин в 1,5 раза чаще, чем у мужчин. Нарушения сна могут появиться в любом возрасте, однако наиболее подвержены этому состоянию пожилые люди, что может
Таблица 1. Разнообразие экспериментальных моделей инсомнии в отечественной и мировой практике
Лекарственный препарат
Модели краткое описание методики вид животного, пол особенности методики
Модели, связанные со стрессом
Психологический стресс Животных иммобилизировали (обездвиживали), после чего проводили ЭЭГ Крысы-самцы Иммобилизация при смене цикла сна и бодрствования: • 1 ч (темное время суток) [6], • 2 ч (темное время суток) [7], • 1 ч (светлое время суток) [8]
Платформа/сеть над водой [9] Животное помещали на невысокую платформу (сеть), которая окружена водой, во время наступления сна происходит потеря мышечного тонуса, животное касается воды и просыпается Крысы-самцы Запись втечение: • 10 ч [10], • 18 ч [11]. Сеть из нержавеющей стали, куда помещалось животное, располагалась на расстоянии 1 см над водой [12-14] Триазолам, зопиклон, бротизолам, лорметазепам, флунитразепам, фенобарбитал, экстракт валерианы
Формирование страха (электрошок стопы + воздействие шума) [15] Шоковая тренировка животных однократно/многократно, после чего проводили ЭЭГ Мыши-самцы, крысы-самцы Тон: 90 дБ, 4 кГц, продолжительность 5 с, 0,2 мА; ЭЭГ записывали втечение 10 дней [16]; случайные удары током (0,5 мА, 0,5 с) с интервалами в 3-6 мин; ЭЭГ проводили с 11 до 15 ч [17] Зопиклон, золпидем [18]
Слуховая стимуляция и шум [15] Животных подвергали воздействию различных уровней шума Крысы-самцы, кролики-самцы Стимуляцию проводили втечение 5 дней подряд при наступлении сна (10-часовыесеансы записи), втечение которых использовали тон нарастающей интенсивности (50,63,75,88,100 дБ) [19]. Стимуляция белым шумом. Запись по 24 ч: контроль, белый шум, период восстановления, уровень шума 78 дБ [20]
Световая стимуляция Депривация сна путем световой стимуляции Drosophila melanogaster Wild-type Canton-S Освещение подавали с 7:00 до 19:00 ч, после 19:00 ч освещение включали каждый час в течение 10 мин, т.е.: с 20:00 до 20:10 ч, с 21:00 до 21:10 ч и так далее до 7 ч утра следующего дня [21]
Обонятельная стимуляция Однократная/многократная смена подстила Крысы-самцы Животное помещали в клетку с загрязненным другим животным подстилом [22] -
Беременных крыс подвергали гестационному стрессу (с 14-го по 21-й день беременности), 3 раза в день по 45 мин, при этом животных иммобилизуют и помещают на яркий свет [23].
Пренатальный стресс Модель может проявлять себя в 2 вариациях (пренатальный и неонатальный стресс) Крысы-самки/ самцы Беременные крысы получали диету с низким содержанием казеина (6%). После достижения самцами из появившегося потомства половозрелости снимали данные ЭЭГ в промежутке с 10 до 16 ч [24]. Беременных крыс подвергали воздействию алкоголя, после чего у потомства в возрасте 60/80 дней снимали данные ЭЭГ в течение 24 ч [25]
Изменение температуры окружающей среды Животных подвергали гипотермии [26, 27] Крысы-самцы В клетках устанавливали громкоговорители, продуцирующие низкочастотный шум [26]
Хроническая боль Модель хронической боли основана на введении адъюванта Фрейнда в хвост животного с развитием адъювантного артрита. Для моделирования артрита: подкожная инъекция суспензии убитых нагреванием Mycobacterium butyricum в минеральном масле [28] Крысы-самцы Наблюдаются нарушения суточных режимов сна-бодрствования, фрагментация сна [28]
Фармакологические модели
Кофеин Кофеин в дозе 1мг/мл добавляли в пищу, состоящую из 1% агара и 5% сахарозы [29] Drosophila wide-type strain Canton-S (CS)
Алкогольная абстиненция Животных подвергали воздействию парами этанола [30], они получали этанолсодержащую диету [31] Мыши-самцы C57BL6 / 3 [30]. Крысы-самцы Sprague-Dawley [30] 4 цикла воздействия парами этанола по 16 ч с 8-часовым перерывом [30]
Парахлорфенил-аланин Внутрибрюшинное введение парахлорфенилаланина [32-34] Крысы-самцы Парахлорфенилапанин оказывает влияние на серотонинергическую систему [35]
Генетические модели
Гиперэкспрессия гипокретина Zebrafish Избыточная экспрессия Но1 приводит к увеличению периода бодрствования, сокращая период сна [36]
Штаммы дрозофилы с генетически обусловленными нарушениями режима сон- бодрствование Minisleep (mns), HyperkineticY (HkY )[37] Iso31, sleepless'1, redeye, period01, fumin, cry02, wide awake [38] Drosophila spp.
Модель болезни Паркинсона Нарушения сна часто ассоциированы с болезнью Паркинсона Мыши-самцы Thyl-aSyn (Line 61) [39,40], VMAT2-истощенные мыши [41] -
2021 LABORATORY ANIMALS FOR SCIENCE №4
®
быть обусловлено возрастными изменениями и наличием сопутствующих заболеваний [4]. На сегодняшний день ведущая модель инсомнии связана с повышенной возбудимостью. При изучении активности нервной системы выявлено, что повышенная возбудимость представляет собой конечное патофизиологическое звено, которое отвечает за нарушения регуляции цикла сон-бодрствование, в нем происходят усиление активности систем возбуждения, недостаточная функция систем сна либо сочетание этих нарушений [5].
Современный фармацевтический рынок лекарственных препаратов для лечения бессонницы практически не пополняется, большая часть имеющихся препаратов была произведена фармацевтическими компаниями достаточно давно, а модели, на которых проводили их оценку, могли устареть, поэтому необходимо было провести поиск и анализ существующих моделей инсомнии для выявления наиболее эффективной.
В соответствии с изложенным сформулирована цель исследования, заключающаяся в выборе и апробации оптимальной модели инсомнии для сравнительной оценки эффективности препаратов мелатонина.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. обзор имеющихся отечественных и зарубежных моделей инсомнии и методов их изучения;
2. выбор модели, наиболее соответствующей фармакодинамике испытуемого препарата;
3. проведение сравнительной оценки препаратов мелатонина на выбранной модели.
В табл. 1 систематизирована информация, представлены наиболее часто используемые модели инсомнии и результаты проведенного поиска по препаратам, исследованным на этих моделях согласно статьям и регистрационным досье.
Объектом исследования являлись препараты мелатонина (монопрепарат и комбинация с фито-комплексом). Мелатонин, гормон эпифиза, играет ключевую роль в регуляции циркадных ритмов, оказывая влияние путем нормализации цикла сон-бодрствование. В силу данных особенностей фар-макодинамики мелатонин широко используется в клинической практике для лечения расстройств сна при нарушениях биоритмов, перелетах со сменой часовых поясов, аномальной смене светового дня (арктическая ночь или день), при сдвиге рабочего времени (ночные смены, работа сутками), первичной бессоннице, нарушении цикла сон-бодрствование при старении или у детей с неврологическими нарушениями развития [42-44].
Для создания условий проведения эксперимента, соответствующих особенностям испыту-
емых препаратов, была выбрана наиболее подходящая и легко воспроизводимая модель инсомнии, заключающаяся в смене клетки с подстилом, отмеченным чужим ольфакторным (запаховым) следом. В качестве тест-системы использовали половозрелых крыс-самцов, для которых чужой гендер-но-аналогичный запах является предвестником возможной агрессии.
Материал и методы
Для исследования выбраны аутбредные крысы-самцы массой 300±15 г в возрасте 14-16 нед.
Животных, полученных из питомника лабораторных животных «Рапполово» (ФГУП ПЛЖ «Рапполово» РАН), содержали по 1 особи в прозрачных поликарбонатных клетках для грызунов с подстилом в виде натурального гранулята стержневой части початков кукурузы Рехофикс (ООО «Реттенмайер Рус», Россия). Замену подстила проводили 1 раз в неделю. Клетки располагались в стеллажах, к которым подключено вентиляцион-но-приточное устройство Био.В.С. Vent II (Bioscape (EHRET), Германия). Клетки меняли 1 раз в неделю. Питьевую воду подавали ad libitum в стандартных питьевых бутылках с полной заменой воды 2 раза в неделю. Животных содержали в контролируемых условиях окружающей среды при температуре 20-26°C и относительной влажности 30-70%. В комнатах содержания животных поддерживали 12-часовой цикл освещения и осуществляли по крайней мере 10-кратную смену объема воздуха в час. Были сформированы 4 группы животных (n=10) (табл. 2), всего 40 животных на момент начала эксперимента.
Все манипуляции с животными проводили в соответствии с Директивой 2010/63/EU Европейского парламента и Совета Европейского Союза от 22 сентября 2010 г. по охране животных, используемых в научных целях. Исследование было выполнено с соблюдением принципов Европейской конвенции о защите позвоночных животных, применяемых для экспериментов и других научных целей (Страсбург, 1986), в соответствии с правилами надлежащей лабораторной практики и протоколом биоэтической комиссии СПХФУ №Rat-A0(BI)-2020 от 10.02.20.
Процедура имплантации электрокортикографи-ческих электродов
Кортикографические электроды изготавливали из нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм (для регистрирующих и референтного электродов) и диаметром 0,16 мм (для заземляющего). Изоляцию осуществляли с помощью термоусадочной трубки, длина регистрирующей (неизолированной) части
Таблица 2. Распределение животных на экспериментальные группы
Органы Вид животных, выраженность артифициальных изменений (сумма баллов)
мыши крысы кролики
2 мес
Легкие 5 6 5
Сердце 10 9 7
Печень 11 11 10
Почки 17 16 12
Кишечник 9 10 7
Поджелудочная железа 6 5 5
Общая сумма баллов 58 57 46
примерно 1 мм. Все электроды объединяли в гнездо на кабель BLS-8 c шагом 2,54 мм.
Для проведения хирургических манипуляций животных предварительно наркотизировали хлоралгидратом (400 мг/кг). Перед проведением операции на глаза животных наносили офтагель (Santen OY, Финляндия) для предотвращения пересыхания роговицы глаз. После подготовки поверхности черепа (удаление мышечно-фасциального слоя, надкостницы и коагуляции кровоточащих участков) просверливали отверстия соответствующих диаметров для электродов и фиксирующих винтов (глубина погружения сверла до 1 мм). Для предупреждения нагревания головного мозга сверление осуществляли короткими интервалами. Далее крысам имплантировали кортикографиче-ские электроды (рис. 1).
Координаты расположения электродов определяли с помощью стереотаксического атласа мозга крысы G. Paxinos, С. Watson [46]. Регистрирующие электроды были равномерно и симметрично распределены по поверхности полушарий головного мозга. Фронтальные электроды FP1 и FP2 располагали в области первичной двигательной коры (AP = 0.0, ML = 2.0, DV = 1.0), центральные С3 и С4 - пер-
вичной соматосенсорной коры (АР = -4.0, М1. = 2.0, □V = 1.0), а затылочные 01 и 02 - вторичной зрительной коры (АР = -7.0, М1. = 2.0, □V = 1.0). Референтный электрод устанавливали в носовую кость, заземляющий - под кожу в области шеи. Дополнительную фиксацию конструкций в черепе осуществляли с помощью стоматологической пластмассы Виллакрил С ^Ьегтаск, Италия). После этого ушивали разрез кожи, проводили антисептическую обработку швов и прилежащей области.
После оперативного вмешательства крыс содержали в индивидуальных клетках со свободным доступом к воде и корму в течение всего периода исследования. Состояние животных отслеживали сразу после выхода из наркоза и далее ежедневно утром и вечером, по необходимости обрабатывали швы раствором йода. Для профилактики возникновения инфекции сразу после операции животным вводили бициллин-3 (500 ЕД/100 г внутримышечно). Также во избежание обезвоживания крысам вводили подкожно физиологический раствор в течение первых 3 дней после операции. Для обезболивания инъекционно применяли кето-профен в дозе 5 мг/кг в течение 3 дней после оперативного вмешательства.
Рис. 2. Соотношение индексов тета- и дельта-ритмов животных экспериментальных групп в отведениях РР1, РР2, С3, С4, 01 и 02. ЗС - запаховый след, МЕЛ - мелатонин, МЕЛ + ФИТО - испытуемый препарат (** - р<0,01, * - р<0,05 по сравнению с группой ЗС)
Регистрация и запись электрокортикограммы
Запись электрокортикографической активности у животных осуществляли не ранее чем через 7 дней после операции с помощью 8-канального энцефалографа Нейрон-Спектр-1 (Нейрософт, Россия) с полосой пропускания 0,5-35 Гц и частотой квантования 500 Гц. Регистрацию сигнала проводили одновременно с видеорегистрацией поведения в условиях домашней клетки при искусственном освещении. Длительность
записи составляла 6 ч. Для дальнейшего анализа отбирали участки записи без артефактов.
Анализ полученных записей осуществляли с помощью программы Нейрон-Спектр.ЫБТ (Нейрософт, Россия). Рассчитывали соотношение индексов тета-и дельта-ритмов, а также индекса альфа-ритма. Дельта-ритмы характерны для состояния медленноволнового сна, седации, той или иной степени метаболических/ дисциркуляторных расстройств [47]. Усиление активности тета-ритмов, особенно в отведениях над гиппо-
vP о4-
25 20 15
-Э-10 <с
5 0
FP1
*
I
Контроль ЗС МЕЛ МЕЛ+ФИТО
cN
25 20 15
<
5 0
FP2
Контроль ЗС МЕЛ МЕЛ+ФИТО
25 20
-р g 15
10
<с
5 0
* i
СЗ
Контроль ЗС
МЕЛ МЕЛ+ФИТО
25 20
5 15
5-10 <
5 0
С4
Контроль ЗС
МЕЛ МЕЛ+ФИТО
20 15
£ Ю <
* i
Ol
Контроль ЗС
МЕЛ МЕЛ+ФИТО
<
20 15 10 5 О
* !
02
Контроль ЗС
МЕЛ МЕЛ+ФИТО
Рис. 3. Индексы альфа-ритма животных экспериментальных групп в отведениях РР1, РР2, С3, С4, 01 и 02. ЗС - запаховый след, МЕЛ - мелатонин, МЕЛ + ФИТО - испытуемый препарат (* - р<0,05 по сравнению с группой ЗС)
кампом, свидетельствует об увеличении поисково-исследовательской активности [48]. Альфа-ритмы характерны при закрывании глаз и некоторых стадиях сна, однако определенное количество данных ритмов присутствует и в состоянии бодрствования [49].
Статистический анализ данных
Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета программы GraphPad Prism 7.00. Данные представлены в виде среднего ± стандартная ошибка среднего. Значимость различий между группами оценивали с помощью метода группирования выборок с наименее значимой разницей Фишера (Fishers LSD-test). Различия считали статистически значимыми при p < 0,05.
Результаты и обсуждение
У крыс группы ЗС (ЗС - запаховый след; патология без лечения) было статистически значимо снижено соотноше- ние тета- и дельта-ритмов во всех отведениях по сравнению с контрольной группой (р<0,01 для всех отведений) (рис. 2). Также у таких животных по сравнению с контролем индексы альфа-ритмов были меньше (р<0,05) (рис. 3).
Введение мелатонина не оказывало статистически значимого влияния на анализируемые показатели (см. рис. 2, 3). У животных, которым вводили препарат мелатонина с фитокомплексом, соотношения индексов тета- и дельта-ритмов в отведениях РР1 и РР2 были выше (р<0,05), чем у группы ЗС и приближались к значениям контрольной группы. В остальных отведениях была видна четкая тен-
денция к увели- чению данного показателя (см. рис. 2). Индекс альфа-ритмов у группы мелатонин + фи-токомпоненты был выше (p<0,05) в отведении FP1 по сравнению с группой ЗС. Аналогично соотношению индексов тета- и дельта-ритмов в остальных отведе- ниях в этой группе данный показатель приближался к значениям контрольных жи- вотных (без статистически значимых различий) (см. рис. 3).
Данные, выявленные в эксперименте у животных, получавших мелатонин, в целом согласуются с таковыми, указанными в некоторых источниках литературы, в том числе S. Barbosa-Méndez и соавт. [50]. В то же время эффект комбинированного испытуемого препарата превосходил полученный у мелатонина и приближался к таковому в группе животных без патологии.
В исследовании использовали оборудование ЦКП «Аналитический центр ФГБОУ ВО СПХФУ Минздрава России» в рамках соглашения № 075-152021-685 от 26 июля 2021 г. при финансовой поддержке Минобрнауки России.
Заключение
Из 15 найденных в источниках литературы моделей оптимальной для изучения препаратов на основе мелатонина, по мнению авторов, является модель инсомнии, заключающаяся в смене клетки с ольфакторным следом.
Препарат мелатонина с фитокомплексом, содержащим экстракты сырья валерианы, пустырника, боярышника, мяты перечной (+ масло мяты перечной) достоверно улучшал показатели соотношения индексов тета- и дельта-ритмов животных и индекса альфа-ритмов, которые приближались к значениям контрольной группы здоровых животных. На основании ЭЭГ-исследования можно сделать вывод о большей эффективности испытуемого комбинированного препарата в сравнении с референтным мелатонином.
Благодарности
Работа выполнена без спонсорской поддержки.
Вклад авторов
Н.В. Демакова - подготовка и участие в выполнении эксперимента, обсуждение полученных результатов, работа с источниками литературы, написание статьи, приведение текста статьи в соответствии с требованиями журнала
М.А. Коротыхина - подготовка и участие в выполнении эксперимента, обсуждение полученных результатов, работа с источниками литературы, написание статьи, приведение текста статьи в соответствии с требованиями журнала
Ю.И. Сысоев - подготовка и участие в выполнении эксперимента, проведение имплантации электрокортикографических электродов, анализ данных, обсуждение полученных результатов, написание статьи
А.В. Каршин - наработка испытуемого препарата, согласование дизайна эксперимента, утверждение окончательного варианта статьи
Н.А. Анисимова - анализ литературных источников
Д.Ю. Ивкин - разработка дизайна эксперимента, обобщение материала, обсуждение полученных результатов, написание статьи, утверждение окончательного варианта статьи для публикации
Сведения о конфликте интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Author's Contribution
M.A. Korotyhina - carried out the experiment, discussed the results, worked with literature sources, wrote the manuscript, corrected the text in accordance with the requirements of the journal
N.V. Demakova - carried out the experiment, discussed the results, worked with literature sources, wrote the manuscript, corrected the text in accordance with the requirements of the journal
Yu.I. Sysoev - carried out the experiment, performed ECOG electrode implantation, analysed the data, discussed the results, wrote the manuscript
A.V. Karshin - provided the laboratory with tested substance of melatonin + phytocomplex, confirmed the experiment design, approved the final version of the article for publication
N.A. Anisimova - literature sources analysis D.Yu. Ivkin - designed the experiment, summarized the material, wrote the manuscript, approved the final version of the article for publication
Acknowledgements
The study was performed without external funding Conflict of interest
The authors declare no conflicts of interest.
Литература
1. Bathory, E., & Tomopoulos, S. (2017). Sleep Regulation, Physiology and Development, Sleep Duration and Patterns, and Sleep Hygiene in Infants, Toddlers, and Preschool-Age Children. Current problems in pediatric and adolescent health care, 47(2), 29-42. https://doi. org/10.1016/j.cppeds.2016.12.001
@
2021 LABORATORY ANIMALS FOR SCIENCE №4
2. Revel, F. G., Gottowik, J., Gatti, S., Wettstein, J. G., & Moreau, J. L. (2009). Rodent models of insomnia: a review of experimental procedures that induce sleep disturbances. Neuroscience and biobehavioral reviews, 33(6), 874-899. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2009.03.002
3. Morin, C. M., Drake, C. L., Harvey, A. G., Krystal, A. D., Manber, R., Riemann, D., & Spiegelhalder, K. (2015). Insomnia disorder. Nature reviews. Disease primers, 1, 15026. https://doi.org/10.1038/nrdp.2015.26
4. Стрыгин К.Н., Полуэктов М.Г. ИНСОМНИЯ. Медицинский Совет. 2017;(1S):52-58. https://doi. org/10.21518/2079-701X-2017-0-52-58 [Strygin K.N., Poluektov M.G. INSOMNIYA. Medicinskij Sovet. 2017;(1S):52-58. https://doi.org/10.21518/2079-701X-2017-0-52-58 (In Russ.)]
5. Кемстач В.В., Коростовцева Л.С., Алёхин А.Н., и др. Исследования психофизиологических аспектов и этиопатогенеза инсомнии: российские и зарубежные подходы // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Психология и педагогика.
- 2020. - Т. 17. - №2. - C. 288-309. doi: 10.22363/23131683-2020-17-2-288-309 [Kemstach V.V., Korostovceva L.S., Alyohin A.N., i dr. Issledovaniya psihofiziologicheskih aspektov i etiopatogeneza insomnii: rossijskie i zarubezhnye podhody // Vestnik Rossijskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Psihologiya i pedagogika. - 2020.
- V. 17. - №2. - p. 288-309. (In Russ.)]
6. Bonnet, C., Léger, L., Baubet, V., Debilly, G., & Cespuglio, R. (1997). Influence of a 1 h immobilization stress on sleep states and corticotropin-like intermediate lobe peptide (CLIP or ACTH18-39, Ph-ACTH18-39) brain contents in the rat. Brain research, 751(1), 54-63. https:// doi.org/10.1016/s0006-8993(96)01390-x
7. Rampin, C., Cespuglio, R., Chastrette, N., & Jouvet, M. (1991). Immobilisation stress induces a paradoxical sleep rebound in rat. Neuroscience letters, 126(2), 113118. https://doi.org/10.1016/0304-3940(91)90532-x
8. Chang, F. C., & Opp, M. R.(2002). Role of corticotropin-releasing hormone in stressor-induced alterations of sleep in rat. American journal of physiology. Regulatory, integrative and comparative physiology, 283(2), R400-R407. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00758.2001
9. Grahnstedt, S., & Ursin, R. (1985). Platform sleep deprivation affects deep slow wave sleep in addition to REM sleep. Behavioural brain research, 18(3), 233-239. https://doi.org/10.1016/0166-4328(85)90031-2
10. Ramm, P., & Smith, C. T. (1990). Rates of cerebral protein synthesis are linked to slow wave sleep in the rat. Physiology & behavior, 48(5), 749-753. https://doi. org/10.1016/0031-9384(90)90220-x
11. Machado, R. B., Suchecki, D., & Tufik, S. (2006). Comparison of the sleep pattern throughout a protocol of chronic sleep restriction induced by two methods of
paradoxical sleep deprivation. Brain research bulletin, 70(3), 213-220.
12. Shinomiya, K., Shigemoto, Y., Okuma, C., Mio, M., & Kamei, C. (2003). Effects of short-acting hypnotics on sleep latency in rats placed on grid suspended over water. European journal of pharmacology, 460(2-3), 139-144. https://doi.org/10.1016/s0014-2999(02)02915-1
13. Shinomiya, K., Shigemoto, Y., Omichi, J. et al. Effects of three hypnotics on the sleep-wakefulness cycle in sleep-disturbed rats. Psychopharmacology 173, 203209 (2004). https://doi.org/10.1007/s00213-003-1727-0
14. Shinomiya, K., Fujimura, K., Kim, Y., & Kamei, C. (2005). Effects of valerian extract on the sleep-wake cycle in sleep-disturbed rats. Acta medica Okayama, 59(3), 8992. https://doi.org/10.18926/AM0/31980
15. Pawlyk, A. C., Morrison, A. R., Ross, R. J., & Brennan, F. X. (2008). Stress-induced changes in sleep in rodents: models and mechanisms. Neuroscience and biobehavioral reviews, 32(1), 99-117. https://doi. org/10.1016/j.neubiorev.2007.06.001
16. Sanford, L. D., Fang, J., & Tang, X. (2003). Sleep after differing amounts of conditioned fear training in BALB/cJ mice. Behavioural brain research, 147(1-2), 193202. https://doi.org/10.1016/s0166-4328(03)00180-3
17. Pawlyk, A. C., Jha, S. K., Brennan, F. X., Morrison, A. R., & Ross, R. J. (2005). A rodent model of sleep disturbances in posttraumatic stress disorder: the role of context after fear conditioning. Biological psychiatry, 57(3), 268-277.
18. Huang, M. P., Radadia, K., Macone, B. W., Auerbach, S. H., & Datta, S. (2010). Effects of eszopiclone and Zolpidem on sleep-wake behavior, anxiety-like behavior and contextual memory in rats. Behavioural brain research, 210(1), 54-66. https://doi.org/10.1016/j. bbr.2010.02.018
19. Amici, R., Domeniconi, R., Jones, C. A., Morales-Cobas, G., Perez, E., Tavernese, L., Torterolo, P., Zamboni, G., & Parmeggiani, P. L. (2000). Changes in REM sleep occurrence due to rhythmical auditory stimulation in the rat. Brain research, 868(2), 241-250. https://doi. org/10.1016/s0006-8993(00)02337-4
20. Khazan, N., & Sawyer, C. H. (1963). "Rebound" Recovery from Deprivation of Paradoxical Sleep in the Rabbit. Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine, 114(2), 536-539. https://doi. org/10.3181/00379727-114-28725
21. Zhang, Z. Q., Degejin, Geng, D., Zhang, Q., Tian, Y., Xi, Y., Wang, W. Q., Tang, H. Q., Xu, B., Lin, H. Y., & Sun, Y. K. (2016). Pharmacodynamic study on insomnia-curing effects of Shuangxia Decoction in Drosophila melanogaster. Chinese journal of natural medicines, 14(9), 653-660. https://doi.org/10.1016/S1875-5364(16)30077-2
2021 LABORATORY ANIMALS FOR SCIENCE №4
®
22. McKenna, J. T., Gamble, M. C., Anderson-Chernishof, M. B., Shah, S. R., McCoy, J. G., & Strecker, R. E. (2019). A rodent cage change insomnia model disrupts memory consolidation. Journal of sleep research, 28(2), e12792. https://doi.org/10.1111/jsr.12792
23. Iturra-Mena, A. M., Arriagada-Solimano, M., Luttecke-Anders, A., & Dagnino-Subiabre, A. (2018). Effects of prenatal stress on anxiety- and depressive-like behaviours are sex-specific in prepubertal rats. Journal of neuroendocrinology, 30(7), e12609. https://doi. org/10.1111/jne.12609
24. Datta, S., Patterson, E. H., Vincitore, M., Tonkiss, J., Morgane, P. J., & Galler, J. R. (2000). Prenatal protein malnourished rats show changes in sleep/wake behavior as adults. Journal of sleep research, 9(1), 71-79. https:// doi.org/10.1046/j.1365-2869.2000.00179.x
25. Sylvester, L., Kapron, C. M., & Smith, C. (2000). In utero ethanol exposure decreases rapid eye movement sleep in female Sprague-Dawley rat offspring. Neuroscience letters, 289(1), 13-16. https://doi. org/10.1016/s0304-3940(00)01261-1
26. Alfoldi, P., Rubicsek, G., Cserni, G. et al. Brain and core temperatures and peripheral vasomotion during sleep and wakefulness at various ambient temperatures in the rat. Pflugers Arch. 417, 336-341 (1990). https://doi. org/10.1007/BF00371001
27. Amici, R., Zamboni, G., Perez, E., Jones, C. A., Toni, I., I, Culin, F., & Parmeggiani, P. L. (1994). Pattern of desynchronized sleep during deprivation and recovery induced in the rat by changes in ambient temperature. Journal of sleep research, 3(4), 250-256. https://doi. org/10.1111/j.1365-2869.1994.tb00139.x
28. Landis, C. A., Levine, J. D., & Robinson, C. R. (1989). Decreased slow-wave and paradoxical sleep in a rat chronic pain model. Sleep, 12(2), 167-177. https://doi. org/10.1093/sleep/12.2.167
29. Ko, C. H., Koon, C. M., Yu, S. L., Lee, K. Y., Lau, C. B., Chan, E. H., Wing, Y. K., Fung, K. P., & Leung, P. C. (2016). Hypnotic effects of a novel anti-insomnia formula on Drosophila insomnia model. Chinese journal of integrative medicine, 22(5), 335-343. https://doi.org/10.1007/ s11655-014-1625-1
30. Veatch L. M. (2006). Disruptions in sleep time and sleep architecture in a mouse model of repeated ethanol withdrawal. Alcoholism, clinical and experimental research, 30(7), 1214-1222. https://doi.org/10.1111/ j.1530-0277.2006.00134.x
31. Kubota, T., De, A., Brown, R. A., Simasko, S. M., & Krueger, J. M. (2002). Diurnal effects of acute and chronic administration of ethanol on sleep in rats. Alcoholism, clinical and experimental research, 26(8), 1153-1161. https://doi.org/10.1097/01.ALC.0000024292.05785.03
32. Wang, Q., Ren, X., Zhang, X., Wang, G., Xu, H.,
Deng, N., Liu, T., & Peng, Z. (2020). Therapeutic Effect of Berberine on Insomnia Rats by ErbB Signaling Pathway. Medical science monitor : international medical journal of experimental and clinical research, 26, e921831. https:// doi.org/10.12659/MSM.921831
33. Xu, Y., Li, X., Man, D., Su, X., & A, G. (2020). iTRAQ-based proteomics analysis on insomnia rats treated with Mongolian medical warm acupuncture. Bioscience reports, 40(5), BSR20191517. https://doi.org/10.1042/ BSR20191517
34. Ren, X. J., Wang, G. Y., Zhang, X. P., Wang, Q. Q., & Peng, Z. P. (2020). Sedative and Hypnotic Effects and Transcriptome Analysis of Polygala tenuifolia in Aged Insomnia Rats. Chinese journal of integrative medicine, 26(6), 434-441. https://doi.org/10.1007/s11655-020-3087-6
35. Dringenberg, H. C., Hargreaves, E. L., Baker, G. B., Cooley, R. K., & Vanderwolf, C. H. (1995). p-chlorophenylalanine-induced serotonin depletion: reduction in exploratory locomotion but no obvious sensory-motor deficits. Behavioural brain research, 68(2), 229-237. https://doi.org/10.1016/0166-4328(94)00174-e
36. Prober, D. A., Rihel, J., Onah, A. A., Sung, R. J., & Schier, A. F. (2006). Hypocretin/orexin overexpression induces an insomnia-like phenotype in zebrafish. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience, 26(51), 13400-13410. https://doi. org/10.1523/JNEUR0SCI.4332-06.2006
37. Ko, C. H., Koon, C. M., Yu, S. L., Lee, K. Y., Lau, C. B., Chan, E. H., Wing, Y. K., Fung, K. P., & Leung, P. C. (2016). Hypnotic effects of a novel anti-insomnia formula on Drosophila insomnia model. Chinese journal of integrative medicine, 22(5), 335-343. https://doi.org/10.1007/ s11655-014-1625-1
38. Belfer, S. J., Bashaw, A. G., Perlis, M. L., & Kayser, M. S. (2021). A Drosophila model of sleep restriction therapy for insomnia. Molecular psychiatry, 26(2), 492507. https://doi.org/10.1038/s41380-019-0376-6
39. Chesselet, M. F., Richter, F., Zhu, C., Magen, I., Watson, M. B., & Subramaniam, S. R. (2012). A progressive mouse model of Parkinson's disease: the Thy1-aSyn («Line 61») mice. Neurotherapeutics : the journal of the American Society for Experimental NeuroTherapeutics, 9(2), 297314. https://doi.org/10.1007/s13311-012-0104-2
40. McDowell, K. A., Shin, D., Roos, K. P., & Chesselet, M. F. (2014). Sleep dysfunction and EEG alterations in mice overexpressing alpha-synuclein. Journal of Parkinson's disease, 4(3), 531-539. https://doi.org/10.3233/JPD-140374
41. Medeiros, D. C., Lopes Aguiar, C., Moraes, M., & Fisone, G. (2019). Sleep Disorders in Rodent Models of Parkinson's Disease. Frontiers in pharmacology, 10, 1414. https://doi.org/10.3389/fphar.2019.01414
<g>
2021 LABORATORY ANIMALS FOR SCIENCE №4
42. Sack, R. L., Auckley, D., Auger, R. R., Carskadon, M. A., Wright, K. P., Jr, Vitiello, M. V., Zhdanova, I. V., & American Academy of Sleep Medicine (2007). Circadian rhythm sleep disorders: part I, basic principles, shift work and jet lag disorders. An American Academy of Sleep Medicine review. Sleep, 30(11), 1460-1483. https://doi. org/10.1093/sleep/30.11.1460
43. Schulz, P., & Steimer, T. (2009). Neurobiology of circadian systems. CNS drugs, 23 Suppl 2, 3-13. https:// doi.org/10.2165/11318620-000000000-00000
44. Jan, J. E., Reiter, R. J., Wasdell, M. B., & Bax, M. (2009). The role of the thalamus in sleep, pineal melatonin production, and circadian rhythm sleep disorders. Journal of pineal research, 46(1), 1-7. https://doi.org/10.1111/ j.1600-079X.2008.00628.x
45. Шекунова Е.В., Ковалева М.А., Макарова М.Н., Макаров В.Г. ВЫБОР ДОЗЫ ПРЕПАРАТА ДЛЯ ДОКЛИНИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ: МЕЖВИДОВОЙ ПЕРЕНОС ДОЗ // Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. 2020. Т. 10. № 1. С. 19-28. [Shekunova E.V., Kovaleva M.A., Makarova M.N., Makarov V.G. VYBOR DOZY PREPARATA DLYA DOKLINICHESKOGO ISSLEDOVANIYA: MEZHVIDOVOJ PERENOS DOZ // Vedomosti Nauchnogo centra ekspertizy sredstv medicinskogo primeneniya. 2020. T. 10. № 1. S. 19-28. (In Russ.)]
46. Paxinos G., Watson C.The rat brain in stereotaxic coordinates. 7th edition. Acad. Press. 2013.
47. Жирмунская Е.А. Клиническая энцефалография. М.: МЭЙБИ, 1991. 118 с. [Zhirmunskaya E.A. Klinicheskaya encefalografiya. M.: MEJBI, 1991. 118 p. (In Russ.)]
48. Федотова, И. Р. Исследование структуры гип-покампальной тета-активности и ее регуляции при ориентировочном поведении крысы : специальность 03.00.13 : диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук / Федотова Ирина Ростиславовна. - Москва, 2000. - 182 ^[Fedotova, I. R. Issledovanie struktury gippokampal'noj teta-aktivnosti i ee regulyacii pri orientirovochnom povedenii krysy : special'nost' 03.00.13 : dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni kandidata biologicheskih nauk / Fedotova Irina Rostislavovna. - Moskva, 2000. -182 p. (In Russ.)]
49. Физиология сна: Учебное пособие для ветеринарных врачей, зооинженеров, студентов факультета ветеринарной медицины, зооинженерного факультета и слушателей ФПК / В.В. Ковзов, В.К. Гусаков, А.В. Островский. - Витебск: УО ВГАВМ, 2005. - 59 с. [Fiziologiya sna: Uchebnoe posobie dlya veterinarnyh vrachej, zooinzhenerov, studentov fakul'teta veterinarnoj mediciny, zooinzhenernogo fakul'teta i slushatelej FPK / V.V. Kovzov, V.K. Gusakov, A.V. Ostrovskij. - Vitebsk: UO VGAVM, 2005. - 59 p. (In Russ.)]
50. Barbosa-Méndez, S., & Salazar-Juarez, A. (2020). Melatonin does not produce sedation in rats: A chronobiological study. Chronobiology international, 37(3), 353-374. https://doi.org/10.1080/07420528.2019 .1702554
2021 LABORATORY ANIMALS FOR SCIENCE №4
@
