Введение к работе
Актуальность проблемы
Значение проблемы эмоционального стресса непрерывно возрастает Условия современной действительности характеризуются ускорением темпа жизни, информационными перегрузками, урбанизацией, гиподинамией Все это способствует возникновению длительных конфликтных ситуаций, в условиях которых суммируются неврологические и вегетативные нарушения, сопровождающие эмоциональный стресс
Стрессорная реакция формируется за счет активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечникового комплекса [Selye Н, 1952, Monlak DA et al, 2005] Любое эмоциональное напряжение связано также с увеличением секреции адреналина и активацией симпатоадреналовых механизмов [Cannon W, 1927] По мнению ряда исследователей, ответ организма на стресс определяется интенсивностью продукции норадреналина в структурах головного мозга [Белова ТИ, Кветнанский Р, 1981, McCann S М etal, 2000, Mello Ade A et al, 2003]
Стрессорные воздействия сопровождаются множеством гуморально-гормональных реакций [Судаков KB, 1991] увеличением секреции гормонов щитовидной железы [Фурдуй Ф И , 1967, Амирагова М Г с соавт, 1979], изменением уровня ацетилхолина в крови [Дьякова С Д , Маслова А Ф , 1987, Айрапетянц М Г , 1992], нарушением циркадных ритмов продукции мелатонина [Kwmtkowski F et al, 2005] Эмоциональные стрессорные нагрузки сопряжены с активацией или подавлением перекисного окисления липидов [Гуляева НВ, Левшина ИП, 1988, Meerson F Z et al, 1989], особенно в головном мозге [Сосновский А С , Козлов А В , 1992, Sosnovsky A S , Kubatiev А А , 1993]
Формирование стойких отрицательных эмоциональных состояний при стрессорных воздействиях связано с продолжительной циркуляцией возбуждения по лимбико-ретикулярным структурам мозга [Анохин ПК, 1965, Судаков KB, 1975] Наиболее важной триггерной структурой вегетативной и гормональной активности является гипоталамус [Анохин ПК, 1968, Вальдман АВ, Козловская ММ, 1976, Судаков KB, 1992] При длительных конфликтных ситуациях эмоциональное возбуждение, благодаря постоянной генерализованной активации эмоциогенных структур головного мозга, может перейти в стационарную форму и вызвать соматовегетативные нарушения
Нервно-гуморальные изменения, возникающие при эмоциональном стрессе, оказывают втаяние на функции периферических органов [Судаков KB, 1991, Березина ТП, Овсянников ВИ, 2005, Mikhailova ON et al, 2005] Классическая триада "синдрома биологического стресса", описанного Н Selye в 1946 году,
включает в себя инвочюцию тимуса, изъязвления желудочно-кишечного тракта и гипертрофию коркового слоя надпочечников Еще одной мишенью для стрессорных факторов является соединительная ткань [Абрамов Ю В с соавт, 1999, Kreis Т, Vale R, 1993] Описаны изменения морфофункциональной организации соединительной ткани [Иванов В Г, 1990, Бутолин Е Г , 1993, Серов В В с соавт, 1995] и нарушения обмена гликопротеинов в коже при эмоциональном стрессе [Bansic К et al, 1996, FlogelM et al, 1996]
Исследования С К Судакова(1980), KB Судакова(2004),E А Юматова (1986) и других авторов выявили выраженные различия индивидуальной устойчивости субъектов к развитию патологических последствий эмоционального стресса Важно, что устойчивость одних жизненно важных функций при однотипных стрессорных нагрузках может сочетаться с предрасположенностью к стрессогенным нарушениям других функций [Крохина ЕМ с соавт, 1977] В работах ЕВ Коплик (2002) показано, что надежным прогностическим критерием устойчивости крыс к эмоциональному стрессу явтяется поведенческая активность в открытом поле В частности, активные животные прогностически более устойчивы к стрессорным нагрузкам по сравнению с пассивными особями
В плане защиты организма от негативных последствий эмоциональных стрессорных нагрузок ведущей задачей является повышение индивидуальной уст ойчивости к стрессу
В 1980-е годы была сформулирована концепция ФЗ Меерсона о стресс-лимитирующих механизмах, обеспечивающих защиту центральной нервной системы и периферических органов от стрессорных факторов [Меерсон Ф 3, Пшенникова М Г , 1988, Меерсон Ф 3 , 1991] Как указано в работе Э Б Арушаняна (1997), к числу органов, вовлеченных в реализацию ответа на «рессорное воздействие, относится эпифиз
Основным биологически активным веществом, продуцирующимся в эпифизе, является мелатонин Образование мелатонина подчинено суточной периодичности и достигает максимума в темное время суток [Arendt J , 1994, Cemos R М et al, 2005] Регуляция синтеза мелатонина осуществляется на уровне постганглионарных симпатических нервов, иннервирующих эпифиз Выделяющийся в ночное время норадреналин оказывает стимулирующий эффект на эпифизарные адренорецепторы, что приводит к усилению продукции мелатонина [Yu Н S , Reiter R J, 1993]
У млекопитающих эпифиз оказывает модулирующее влияние на циркадную организацию физиологических функций и обеспечивает синхронизацию биологических ритмов организма с ритмами окружающей среды [Arendt J, 1998] При этом мелатонин играет роль универсального регулятора биологических ритмов
Накоплен обширный материал, свидетельствующий о наличии у мелатонина антиоксидантних свойств [Reiter R J et al, 2001, Allegra M et al, 2003, Rodnquez С et al, 2004, Arendt J, 2004] Имеются доказательства иммуномодулирующего действия мелатонина [Maestroni G J, 2001, Guerrero J M, Reiter R J, 2002, Esquifino AI et al, 2004] Мелатонин обладает выраженной антивирусной [Bennathan D et al, 1995, Wang HX, Ng ТВ, 2002] и противоопухолевой активностью [Oxenkrag G, 2005, Cos S et al, 2006] Описан защитный эффект мелатонина в условиях ишемии/реперфузии [Тертерова ОВ, 2005, Baydas G et al, 2003, Cheung RTF, 2003], а также при воздействии ионизирующей радиации [Vijayalaxmi et al, 2002, Taysi S etal, 2004]
Многие эффекты мелатонина, в частности, синхронизирующая активность, опосредованы его действием на супрахиазматические ядра гипоталамуса [Witt-Enderby PA, Dubocovich ML, 1996, Arendt J, 2005] Это связано с высокой плотностью рецепторов мелатонина в супрахиазматических ядрах гипоталамуса Специфические места связывания мелатонина идентифицированы также в латеральном гипоталамусе [Miguez JM et al, 1996, Drew JE et al, 2001], pars tuberahs гипофиза [Barrett P et al, 2003, Johnston JD et al, 2005], гиппокампе [Stewart L S , Leung L S , 2005] и других структурах головного мозга Такое широкое распространение рецепторов мелатонина в головном мозге доказывает его важную роль в реализации функциональной активности центральной нервной системы
По мнению Э Б Арушаняна (2004), S М Armstrong (1989), J Arendt (2005) и других авторов, мелатонин относится к естественным антистрессорным веществам Однако многие вопросы, связанные с этой проблемой, остаются нерешенными Практически не изучены особенности действия мелатонина у крыс при стрессорных нагрузках различной интенсивности Неизвестна роль мелатонина в реализации стрессорного ответа у животных с разными поведенческими характеристиками, которые рассматриваются в качестве прогностического критерия устойчивости к эмоциональному стрессу [Коплик Е В, 2002] Центральные и периферические механизмы антистрессорного действия мелатонина у крыс не исследованы Настоящая работа посвящена решению перечисленных вопросов
Цель исследования Изучение роли мелатонина в организации стрессорных реакций у крыс с разными поведенческими характеристиками
Задачи исследования 1 Изучить влияние мелатонина на поведение активных и пассивных крыс в условиях слабой стрессорной нагрузки при тестировании животных в открытом поле
Проанализировать эффекты мелатонина на поведение в открытом поле, температуру тела и органы-маркеры стресса у активных и пассивных крыс при хронической стрессорной нагрузке, вызванной нарушением циркадных ритмов при инвертировании светового режима
Исследовать действие экзогенного мелатонина на уровень мелатонина в крови, перекисное окисление липидов в головном мозге и печени, соединительную ткань кожи и органы-маркеры стресса у активных и пассивных крыс при острой стрессорной нагрузке, вызванной водно-иммерсионным стрессом
Опредечить действие мелатонина на органы-маркеры стресса у активных и пассивных крыс при острой стрессорной нагрузке, вызванной иммобилизацией с одновременным электрокожным раздражением
Выяснить роль супрахиазматических ядер гипоталамуса в реализации эффектов метатонина на поведение активных и пассивных крыс в открытом поле и состояние органов-маркеров стресса у животных при острой стрессорной нагрузке, вызванной иммобилизацией с одновременным электрокожным раздражением
Изучить роль латерального гипоталамуса в реализации действия мелатонина у активных и пассивных крыс при острой стрессорной нагрузке, вызванной иммобилизацией с одновременным электрокожным раздражением
Концепция Мелатонин обладает антистрессорным действием Антистрессорное действие мелатонина проявляется при хронических и острых стрессорных нагрузках Антистрессорное действие мелатонина опосредовано структурами готовного мозга супрахиазматическими и латеральными ядрами гипоталамуса В антистрессорных эффектах мелатонина участвуют процессы перекисного окисления липидов в сенсомоторной коре и гипоталамусе головного мозга Мелатонин изменяет чувствительность нейронов латерального гипоталамуса к нейромедиатору норадреналину
Мелатонин оказывает различное действие на крыс с разной устойчивостью к однотипным стрессорным нагрузкам Мелатонин восстанавливает циркадные ритмы поведения, нарушенные стрессорными нагрузками Установлено действие мелатонина на соединительную ткань в условиях стрессорных нагрузок
Научная новизна исследования В работе впервые показано, что мелатонин оказывает антистрессорное действие на крыс при стрессорных нагрузках различной интенсивности Продемонстрированы индивидуальные различия действия мелатонина на активных и пассивных крыс с разной прогностической устойчивостью к однотипным стрессорным нагрузкам
Обнаружено, что мелатонин снижает двигательную активность крыс и нивелирует межгрупповые различия активных и пассивных животных при слабой стрессорной нагрузке в открытом поле
Выявлено, что мелатонин восстанавливает циркадные ритмы поведения и увеличивает амплитуду суточных колебаний температуры крыс при хронической стрессорной нагрузке, вызванной инвертированием светового режима
Установлено, что мелатонин предупреждает инволюцию тимуса и гипертрофию надпочечников крыс при острой стрессорной нагрузке на моделях водно-иммерсионного стресса и стресса иммобилизации с одновременным электрокожным раздражением, а также препятствует снижению содержания основных компонентов соединительной ткани кожи животных в условиях водно-иммерсионного стресса
Продемонстрировано, что концентрация мелатонина в крови у активных и, особенно, у пассивных крыс снижается при острой стрессорной нагрузке на фоне предварительного введения экзогенного мелатонина Особенности изменения уровня мелатонина в крови активных и пассивных крыс связаны с различиями перекисного окисления липидов в печени этих животных
Показано, что окислительно-восстановительные процессы в сенсомоторной коре и, особенно, в гипоталамусе крыс играют важную роль в реализации эффектов мелатонина При острой стрессорной нагрузке мелатонин вызывает наиболее выраженные изменения перекисного окисления липидов в гипоталамусе активных животных
Обнаружено, что действие мелатонина на крыс опосредовано супрахиазматическими ядрами гипоталамуса На фоне разрушения супрахиазматических ядер гипоталамуса введение мелатонина не приводит к снижению двигательной активности животных в открытом поле, а также не влияет на вес органов-маркеров стресса при острой стрессорной нагрузке
Установлено, что эффекты мелатонина у крыс связаны с торможением спонтанной импульсной активности нейронов латерального гипоталамуса и блокадой активационных реакций этих нейронов на норадреналин Продемонстрировано, что острая стрессорная нагрузка оказывает избирательное влияние на чувствительность нервных клеток латерального гипоталамуса с разными типами фоновой импульсной активности к мелатонину и норадреналину
Теоретическая и практическая значимость исследования Результаты проведенных исследований могут быть использованы как в научно-исследовательской работе, так и в клинической практике Теоретическое значение работы определяется расширением знаний об участии эпифизарного гормона
мелатонина в механизмах формирования стрессорных эмоциональных состояний Научно-практическое значение полученных данных заключается в возможности использования мелатонина при разработке профилактических мероприятий по направленному повышению усгойчивости различных физиологических функций к эмоциональным стрессорным нагрузкам Материалы исследования целесообразно использовать в курсе преподавания физиологии и нейроэндокринологии Положения, выносимые на защиту
Мелатонин оказывает антистрессорное действие на крыс с разными характеристиками поведения при стрессорных нагрузках различной интенсивности Мелатонин восстанавливает нарушенные циркадные ритмы поведения и увеличивает амплитуду суточных колебаний температуры крыс при хронической стрессорной нагрузке в условиях инвертированного светового режима, предупреждает инволюцию тимуса и гипертрофию надпочечников при острых стрессорных нагрузках на моделях водно-иммерсионного стресса и стресса иммобилизации с одновременным электрокожным раздражением, препятствует снижению содержания гликозаминогликанов соединительной ткани кожи животных при водно-иммерсионном стрессе
Антистрессорное действие мелатонина на крыс связано с изменением биохимических и нейрохимических процессов в гипоталамических структурах головного мозга Мелатонин оказывает модулирующее влияние на перекисное окисление липидов в сенсомоторной коре и, особенно, в гипоталамусе крыс Эффекты метатонина на поведение и состояние органов-маркеров стресса у крыс опосредованы супрахиазматическими ядрами гипоталамуса Действие мелатонина у крыс связано с торможением импульсной активности нейронов латерального гипоталамуса и блокадой их активационных реакций на норадреналин
Апробация работы Материалы исследования доложены и обсуждены на следующих научных мероприятиях I Российский конгресс по патофизиологии (Москва, 1996), Конференция с международным участием "Эндокринные механизмы регуляции функций в норме и патологии" (Новосибирск, 1997), VI Российский национальный конгресс "Человек и лекарство" (Москва, 1999), XVIII Съезд физиологов России (Казань, 2001), Seventh NIDA International Forum (Quebec City, Canada, 2002), II Научная конференция с международным участием "Эндокринная регуляция физиологических функций в норме и патологии" (Новосибирск, 2002), II Российская конференция по нейроиммунопатологии (Москва, 2002), X Международная конференция "Циклы природы и общества" (Ставрополь, 2002), Eighth MDA International Forum (Miami, USA, 2003), Юбилейная конференция, посвященная 50-
летаю Института физиологии Национальной академии наук Беларуси (Минск, 2003), Международный симпозиум "Стресс и адаптация" (Белокуриха, 2003), XIX Съезд физиологов России (Екатеринбург, 2004), III Конференция молодых ученых России с международным участием "Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины" (Москва, 2004), Конференция с международным участием "Проблемы интеграции функций в физиологии и медицине" (Минск, 2004), XIII Международная конференция "Циклы природы и общества" (Ставрополь, 2005) Результаты работы доложены на заседании Ученого совета ГУ НИИ нормальной физиологии имени П К Анохина РАМН (Москва, 2006), итоговых научных сессиях ГУ НИИ нормальной физиологии имени П К Анохина РАМН (Москва, 1997-2007) и конференциях Отдела системных механизмов эмоционального стресса (1996-2007)
Публикации Основное содержание диссертации отражено в 23 статьях и 16 тезисах
Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания методики экспериментов, изложения результатов исследований, обсуждения результатов, заключения и выводов Работа изложена на 308 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка и 19 таблиц Приложение к диссертационной работе изложено на 27 страницах машинописного текста, включает в себя 4 рисунка и 23 таблицы Библиографический указатель содержит 623 источника, из них 193 отечественных и 430 зарубежных
