Содержание к диссертации
Введение
І. Роль околощитовидных желез в организации циркадианных ритмов физиологических функций (обзор литературы) 15
1.1. Циркадианные ритмы и их адаптивное значение. Десинхроноз 15
1.2. Нервные и гуморальные механизмы регуляции циркадианных ритмов 18
1.2.1. Супрахиазматические ядра гипоталамуса 20
1.2.2. Эпифиз 22
1.2.3. Мультиосцилляторный принцип управления циркадианными ритмами..30
1.2.4. Роль околощитовидных желез в механизмах регуляции циркадианных ритмов 31
1.3. Роль ионов кальция в осуществлении физиологических функций 34
1.4. Циркадианные ритмы функциональной активности надпочечников 38
1.5. Роль околощитовидных желез в регуляции сердечной деятельности 43
1.6. Роль околощитовидных желез в деятельности нервной системы 46
2. Материал и методы исследования 53
2.1. Общая характеристика экспериментального материала 53
2.2. Организация светового режима 55
2.3. Моделирование дефицита и избытка паратгормона у крыс 56
2.3.1. Моделирование дефицита паратгормона у крыс 56
2.3.2. Моделирование избытка паратгормона у крыс 57
2.4. Определение концентрации общего кальция в плазме крови 58
2.5. Определение 11-оксикортикостероидов в плазме крови 58
2.6. Определение мелатонина в крови 59
2.7. Определение катехоламинов в крови 60
2.8. Методы гистологического и гистохимического исследования эпифиза и надпочечников 62
2.9. Определение внутриклеточного ионизированного кальция 63
2.10. Регистрация сердечного ритма 64
2.11. Исследование тревожно-фобического статуса 67
2.12. Оценка поведения животных в «открытом поле» 69
2.13. Методы статистической обработки результатов исследований 70
2.14. Методы математического анализа организации циркадианных ритмов...71
3. Циркадианные ритмы эндокринных функций и вегетативного гомеостаза в условиях экспериментальных гипо- и гиперпаратиреоза 73
3.1. Циркадианный ритм общего кальция в плазме крови при обычном и смещенном световом режиме 73
3.2. Особенности организации и перестройки циркадианных ритмов морфо- функциональных показателей эпифиза при изменении режима освещения...82
3.2.1. Циркадианные ритмы уровня внутриклеточного кальция в эпифизе...82
3.2.2. Циркадианные ритмы ядерно-цитоплазматических отношений в клетках эпифиза 91
3.2.3. Циркадианные ритмы уровня мелатонина в крови 101
3.2.4. Гистологическое исследование эпифиза 110
3.2.5. Особенности синхронизации циркадианных ритмов морфофункциональ-ных показателей эпифиза 115
3.3. Особенности организации и перестройки циркадианных ритмов морфо- функционального состояния коры надпочечников при изменении режима ос вещения 120
3.3.1. Циркадианные ритмы уровня внутриклеточного кальция в коре надпо чечников 120
3.3.2. Циркадианные ритмы ядерно-цитоплазматических отношений в клетках пучково-сетчатой зоны коры надпочечников 129
3.3.3. Циркадианные ритмы содержания 11-оксикортикостероидов в плазме крови 140
3.3.4. Гистологическое исследование пучково-сетчатой зоны коры надпочечников 149
3.3.5. Особенности синхронизации циркадианных ритмов морфофункциональ-ных показателей коры надпочечников 155
3.4. Особенности организации и перестройки циркадианных ритмов морфо-функционального состояния мозгового вещества надпочечников при изменении режима освещения 159
3.4.1. Циркадианные ритмы уровня внутриклеточного кальция в мозговом веществе надпочечников 159
3.4.2. Циркадианные ритмы ядерно-цитоплазматических отношений в клетках мозгового вещества надпочечников 169
3.4.3. Циркадианные ритмы содержания адреналина в крови 179
3.4.4. Гистологическое исследование мозгового вещества надпочечников... 188
3.4.5. Особенности синхронизации циркадианных ритмов морфофункциональ-ных показателей мозгового вещества надпочечников 193
3.5. Циркадианные ритмы содержания катехоламинов в крови 199
3.5.1. Циркадианные ритмы содержания норадреналина в крови 199
3.5.2. Циркадианные ритмы содержания дофамина в крови 208
3.6. Циркадианные ритмы показателей вариационной пульсометрии 217
4. Циркадианные ритмы адаптивного поведения в условиях экспериментальных гипо- и гиперпаратиреоза 238
4.1. Циркадианные ритмы тревожно-фобического статуса при обычном и смещенном световом режиме 238
4.2. Циркадианные ритмы поведения в тесте «открытого поля» при обычном и смещенном световом режиме 256
5. Особенности синхронизации циркадианных ритмов эндокринных функцрш, показателей вариационной пульсо-метрии и поведенческих реакций при гипо- и гиперпаратиреозе 288
6. Фитокоррекция десинхроноза у интактных крыс и у животных с нарушениями обмена кальция 299
6.1. Влияние корня солодки на циркадианные ритмы общего кальция в крови 300
6.2. Влияние корня солодки на циркадианные ритмы кортикостероидов в крови 310
6.3. Влияние корня солодки на циркадианные ритмы адаптивного поведения 321
Обсуждение результатов 363
Заключение 380
Выводы 384
Список литературы 386
- Роль околощитовидных желез в механизмах регуляции циркадианных ритмов
- Регистрация сердечного ритма
- Циркадианный ритм общего кальция в плазме крови при обычном и смещенном световом режиме
- Циркадианные ритмы тревожно-фобического статуса при обычном и смещенном световом режиме
Введение к работе
Актуальность проблемы
Ритмические колебания физиологических функций в организме составляют единую систему со строго упорядоченной последовательностью процессов. Имеющиеся в настоящее время научные факты свидетельствуют, что запуск циркадианных колебаний и осуществление их взаимосвязи определяется деятельностью центрального нервного механизма, выполняющего пейсмекер-ную функцию. Это прежде всего супрахиазматические ядра гипоталамуса (СХЯ) (Питтендрих, К., 1984; Ralph V.R., Roster, R.G., Davis, F.C., 1990; Klein, D.C. et.al., 1991) и эпифиз (Reiter, R.J., 1989; Klein, D.C. et.al., 1991). Однако, исходя из данных литературы (Агаджанян, Н.А., Башкиров, А.А., Власова, И.Г., 1987; Акмаев, И.Г., 1979; Дедов, И.И., Дедов, В.И., 1980; Милку, Ш.М., Нико-лау, Г.И., 1982; Филаретов, А.А., 1987, 1988; Сапронов, Н.С., 1998; Levy, А., Lightman, S., 1997), для реализации действия центрального пейсмекера, передачи его «команд» к органам и тканям необходимо участие гуморального, прежде всего, гормонального звена регуляции. В связи с этим необходимо отметить, что хронобиологические исследования являются неотъемлемой частью современной эндокринологии. Однозначно показано наличие системной взаимосвязи между эндокринными железами, центральными пейсмекерами циркадианных ритмов и вторичными осцилляторами (Чепурнов, С.А., 1980; Агаджанян, Н.А., Башкиров, А.А., Власова, И.Г., 1987; Арушанян, Э.Б., Батурин, В.А., Попов, А.В., 1988, 1993; Арушанян, Э.Б., 2000; Арушанян, Э.Б., Бейер, Э.В., 2000). Эта связь может базироваться на работе замкнутых хронобиологических блоков, взаимоотношения между которыми складываются за счет прямых и обратных связей между супрахиазматическими ядрами и вторичными осцилля-торными структурами мозга (Катинас, Г.С., Моисеева, Н.И., 1980; Арушанян, Э.Б., 1996). Изменение функции одного из составляющих может привести к на-
рушению адаптивных возможностей организма, что проявляется возникновением внешнего и внутреннего десинхроноза.
Тесная взаимосвязь желез внутренней секреции предполагает необходимость изучения влияния факторов внешней среды на хроноструктуру различных звеньев эндокринной системы. Изменения временной организации функции желез внутренней секреции наблюдаются при заболеваниях внутренних органов, у лиц с нарушением деятельности эндокринной и нервной систем. Однако отсутствие комплексных исследований в этой области не позволяют создать обобщающую теорию перестройки циркадианных ритмов гормональной регуляции при определенных патологических состояниях (Шустов, СБ., Яковлев, В.А., Халимов, Ю.Ш., 2000).
Учитывая значение ионов кальция в обеспечении физиологических функций организма, чрезвычайно важным является вопрос о взаимодействии околощитовидных желез (ОЩЖ) и других эндокринных органов с позиций хронобиологии. Кроме того, анализ данных литературы и результатов наших многолетних исследований позволяет полагать, что ОЩЖ служат эндокринными осцилляторами, вовлеченными в формирование циркадианных ритмов физиологических функций и, вероятно, реализуют ритморганизующие влияния СХЯ и эпифиза.
Хронобиологический анализ взаимовлияний ОЩЖ и других эндокринных органов имеет большую практическую значимость, поскольку нарушение обмена кальция является довольно сложной медицинской проблемой, затрагивающей, главным образом, как людей среднего и пожилого возраста, так и детей (цит. по Потемкину, В.В., 1999).
Трудность хронобиологических исследований на человеке, требует разработки, постановки и проведения модельных экспериментов на лабораторных животных. Это позволит изучить глубину и многогранность изменений, возникающих в организме при нарушении обмена кальция в процессе адаптации ор-
ганизма к смещению режима освещения как десинхронизирующему фактору в условиях нормы и патологии. При этом необходимо проведение комплексных научных изысканий с разработкой путей профилактики и коррекции десинхро-нозов.
Цель и основные задачи исследования
Цель работы - выявить роль ОЩЖ в организации и перестройке цирка-дианных ритмов ряда физиологических функций и поведенческих реакций при обычном и смещенном световом режиме.
В соответствии с этим были определены следующие задачи:
Выявить влияние гипо- и гиперпаратиреоза на перестройку циркади-анного ритма концентрации общего кальция в плазме крови при изменении режима освещения.
Исследовать влияние гипо- и гиперпаратиреоза на циркадианные ритмы внутриклеточного ионизированного кальция, морфо-функциональных показателей и особенности гистострукты эпифиза, коркового и мозгового слоев надпочечников при обычном и смещенном световом режиме.
Изучить организацию и перестройку циркадианных ритмов катехола-минов в крови в условиях гипо- и гиперпаратиреоза при обычном и смещенном световом режиме.
Установить влияние гипо- и гиперпаратиреоза на циркадианные ритмы показателей вариационной пульсометрии в условиях обычного и измененного режима освещения.
Выявить влияние гипо- и гиперпаратиреоза на циркадианные ритмы тревожно-фобического статуса и поведения в «открытом поле» в условиях обычного и измененного режима освещения.
Исследовать степень синхронизации циркадианных ритмов физиологических функций и поведенческих реакций между собой и режимом освеще-
ния у крыс с экспериментальным гипо- и гиперпаратиреозом при обычном и смещенном световом режиме.
7. Исследовать возможность фитокоррекции десинхроноза, возникшего при смещении светового режима у крыс в условиях гипо- и гиперпаратиреоза.
Научная новизна работы
Впервые показаны особенности адаптационной пластичности циркади-анных ритмов морфофункциональных показателей и гистоструктуры эпифиза, коркового и мозгового слоев надпочечников, уровня катехоламинов в крови, показателей вариационной пульсометрии и поведенческих реакций у крыс в условиях нормального функционирования ОШЖ при обычном и смещенном световом режиме.
Впервые изучены особенности организации циркадианных ритмов общего кальция в крови при обычном и смещенном световом режиме в условиях нарушения деятельности ОЩЖ.
В эксперименте на крысах впервые показано влияние гипо- и гиперпаратиреоза на организацию и перестройку циркадианных ритмов уровня внутриклеточного кальция, ядерно-цитоплазматических отношений в эпифизе, корковом и мозговом слоях надпочечников, установлены дистрофические изменения их гистоструктуры, возникающие не только при гипо- и гиперкальциемии, но и в процессе адаптации к смещению светового режима. При этом установлены существенные нарушения как уровня мелатонина, кортикостероидов и катехоламинов в крови, так и их циркадианных ритмов. Наряду с изменением морфо-функционального состояния эпифиза и надпочечников, установлены значительные сдвиги в организации и перестройке циркадианных ритмов показателей вариационной пульсометрии при нарушении функции ОШЖ.
Получены новые данные, показывающие, что гипо- и гиперпаратиреоз способствуют усилению страха у крыс со снижением двигательной активности,
повышением тревожности и нарушением эмоционального состояния и вызывают дезорганизацию циркадианных ритмов поведенческих реакций.
Впервые установлено изменение нормальной синхронизации циркадианных ритмов физиологических функций и поведенческих реакций между собой и со световым датчиком времени как при обычном световом режиме, так и при его смещении, что указывает на возникновение в условиях гипо- и гиперпара-тиреоза внешнего и внутреннего десинхроноза.
В эксперименте на крысах получен новый фактический материал, показывающий возможность использования корня солодки как природного адапто-гена для коррекции десинхроноза у крыс с гипо- и гиперпаратиреозом.
Впервые сформулирована гипотеза участия ОЩЖ в формировании циркадианных ритмов физиологических функций и поведенческих реакций.
Научно-практическая значимость.
Полученные данные углубляют и дополняют представления о гормонально-метаболических взаимоотношениях и о роли ОЩЖ в ритмической организации функций в организме человека и животных. Результаты исследования указывают на возникновение стойких поломок гомеостаза кальция и его циркадианного ритма при гипо- и гиперпаратиреозе, которые сопровождаются комплексными нарушениями нейроэндокринной системы и влекут за собой дефекты течения циркадианных ритмов физиологических функций и поведенческих реакций. При этом дезорганизация биоритмов может быть причиной поломки приспособительных механизмов и приводить к развитию патологических процессов в организме. С другой стороны, разнообразные нарушения нормального течения физиологических процессов сопровождаются десинхро-нозом. Поэтому расшифровка нейроэндокринных механизмов управления биоритмами при нарушении функции ОЩЖ позволит наметить пути улучшения процессов адаптации организма человека и животных к изменяющимся условиям среды.
Кроме того, показана возможность использования корня солодки как природного адаптогена для коррекции десинхроноза в условиях нарушения функции ОЩЖ.
Полученные данные представляют интерес с позиции охраны здоровья, поскольку заболевания ОЩЖ являются сложной медицинской проблемой, затрагивающей как людей среднего и пожилого возраста, так и детей. На их основе может быть предложено детальное изучение обмена кальция, уровень которого в крови является косвенным показателем состояния кальцийрегулирующих механизмов и, прежде всего, функции ОЩЖ. Следует также отнестись осторожно к рекомендациям по масштабному и неконтролируемому применению препаратов и биологически активных пищевых добавок, содержащих кальций.
Результаты исследования нашли применение в учебном процессе на кафедре анатомии, физиологии и гигиены человека Ставропольского государственного университета. Они включены в магистерскую программу «Нейроэндокринные механизмы адаптации», в рамках которой проводились лекции и занятия по курсам «Биоритмы и их адаптивное значение», «Нервно-гуморальные механизмы регуляции функций» и «Онтогенетические особенности течения адаптационных процессов», а также нашли отражение в курсах лекций по физиологии человека и животных, возрастной физиологии, физиологии высшей нервной деятельности, в дисциплинах специализации «Физиология человека и животных» в разделах «Большой физиологический практикум», «Нейробиология».
Положения, выносимые на защиту
1. Гипо- и гиперпаратиреоз и вызванные ими гипо- и гиперкальциемия приводят к нарушению циркадианных ритмов уровня общего кальция в плазме
крови, морфофункциональных показателей эпифиза, коркового и мозгового слоев надпочечных желез, показателей вариационной пульсометрии и поведенческих реакций при обычном световом режиме, а после смещения режима освещения нарушают процессы реорганизации биологических ритмов в соответствии с новым свето-темновым циклом.
2. Нарушение функции ОЩЖ приводит к появлению хронобиологического дефекта, выражающегося в изменении нормальной синхронизации циркадианных ритмов физиологических функций и поведенческих реакций между собой и со световым датчиком времени как в условиях обычного светового режима, так и при его смещении, что указывает на возникновение при гипо- и гиперпаратиреозе внешнего и внутреннего десинхроноза.
З.ОЩЖ являются важной ритморганизующей системой, что связано с изменением уровня общего кальция в плазме крови, оказывая влияние на деятельность эндокринных органов и центральные аппараты управления циркадианными ритмами. ОЩЖ выполняют функции вторичного осциллятора циркадианных ритмов функций организма.
Апробация диссертации
Материалы диссертации доложены на XVII Съезде физиологов России (Ростов-на-Дону, 1998); VIII, X, XI Международных симпозиумах «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 1998, 200, 2003); Первой Международной конференции «Циклы» (Ставрополь, 1999); Международной конференции «Физиология развития человека» (Москва, 2000); Всероссийской научно-методической конференции патологоанатомов ветеринарной медицины (Омск, 2000); VII-IX Международных конференциях «Циклы природы и общества» (Ставрополь, 1999-2001); Всероссийских научных конференций «Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Северного
Прикаспия» (Астрахань, 2000, 2001); IV Международной конференции по функциональной нейроморфологии (Санкт-Петербург, 2002); научных конференциях «Проблемы развития биологии на Северном Кавказе» (Ставрополь, 1995-2002); заседаниях Ставропольского краевого общества фармакологов (1999); заседаниях научно-методического семинара кафедры анатомии, физиологии и гигиены человека (1995-2000); Межрегиональной конференции «Физиологические проблемы адаптации» (Ставрополь, 2003).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 42 работы.
Структура диссертации
Работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, четырех глав с изложением результатов собственных исследований, обсуждения, выводов и библиографического указателя, включающего в себя 334 источника литературы, в том числе 208 отечественных и 126 зарубежных. Диссертация изложена на 419 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы и иллюстрирована 137 рисунками.
Роль околощитовидных желез в механизмах регуляции циркадианных ритмов
В роли эндокринного осциллятора, вовлеченного в формирование биологических ритмов могут выступить и ОЩЖ, функциональная активность которых носит ауторегуляторный характер и зависит от содержания кальция в крови.
Изучение суточной динамики секреции паратгормона (ПТГ) у здоровых людей и у больных с первичным гиперпаратиреозом и псевдогиперпаратирео-зом (цит. по Дедову, И.М., Дедову, В.И., 1992) показало, что циркадианный ритм секреции ПТГ был выявлен у больных всех обследованных групп. Концентрация гормона в крови возрастала после 20.00, оставаясь высокой в течение ночи, а в 8.00 заметно снижалось. При этом минимальное содержание ПТГ в крови было выявлено в период с 8.00 до 12.00. Следует отметить, что динамика секреции ПТГ в течение суток была одинаковой у всех обследованных, хотя у больных с гиперпаратиреозом были повышены мезор и амплитуда колебаний уровня гормона. По данным этого же автора, внутривенное капельное введение ионизированного кальция из расчета 4 мг на 1 кг массы тела в час в течение 4 часов (с 20.00 до 24.00) угнетало секрецию ПТГ и предотвращало повышение концентрации гормона в ночные часы как у здоровых, так и у больных с гиперпаратиреозом и псевдогиперпаратиреозом. По данным других исследователей (Багдасарян, Р.А., Бурштейн, Г.А., Бадалян, А.Г., 1991; Calvo, М., Eastell, R., Offort, К. et al., 1991) также установлено, что для суточной динамики концентрации ПТГ в крови характерным является значительное повышение его содержания в течение ночи с пиком около 20.00, которое согласуется с хронограммой колебаний фосфатов в крови и моче.
Установлено, что фосфорно-кальциевый обмен в организме человека имеет отчетливый циркадианный ритм с высокой амплитудой колебаний содержания кальция и фосфора в цельной крови, плазме, эритроцитах и моче (Шустов, СБ., Яковлев, В.А., Халимов, Ю.Ш., 2000; Halberg, F., 1981). Также описаны ритмы общего и ионизированного кальция, которые находятся в про-тивофазе (Kitamura, N. et al ., 1990). Предполагается, что циркадианный ритм кальция в крови обусловлен особенностями нелинейных процессов его метаболизма (Perault-Staub, A.M., Staub, J.F., 1979; Staub, J.F., Perault-Staub, A.M., Mil-haud, G., 1979) и отличается большой вариабельностью, так как его содержание зависит от многих факторов (Дедов, И.М., Дедов, В.И., 1992; Шустов, СБ., Яковлев, В.А., Халимов, Ю.Ш., 2000). В то же время, колебания уровня кальция в крови оказывают модулирующее влияние на ритмы ОЩЖ (Шустов, СБ., Яковлев, В.А., Халимов, Ю.Ш., 2000).
Кальций оказывает существенное влияние на центральный аппарат управления биоритмами. Так, в 1978 году была показана роль кальция в синтезе мелатонина (Zatz, V., Romero, J.А., 1979), позже установлена роль кальциевых каналов в регуляции ритмической активности нейронов (Костюк, П.Г., 1986; Chen, G. et. al., 1998). Известна роль глютамата в передаче зрительного стимула от сетчатки к СХЯ при участии кальция и кальциевых каналов (Наак, L.L., 1999). В экспериментах in vitro указывается роль Са 4" в действии нейро-пептида Y (Biello, S.V. et. al., 1997). Ионы кальция участвуют в передаче зрительного стимула от сетчатки к супрахиазматическим ядрам (СХЯ), оказывают активирующее влияние на биосинтез биологически активных веществ в клетках эпифиза. В частности, инкубация эпифизов крыс в бескальциевой среде, содержащей ЭДТА, приводит к торможению активности серотонин-N-ацетилтрансферазы, индуцированной дибутирил-цАМФ, который играет важную роль в синтезе мелатонина (Држевецкая, И.А., Држевецкий, Ю.М., 1983; Cardinali, D.P., Vacas, M.I., Rosenstein, R., 1986; Dubocovich, M.L., 1991). В то же время, имеются немногочисленные данные о влиянии эпифиза на концентрацию кальция в крови и его циркадианные ритмы. Одним из эффектов препаратов эпифиза является гиперкальцийурия, а введение морским свинкам эпи-таламина способствует повышению концентрации паратгормона в крови (Золо-ев, Г.К., Слепушкин, В.Д., 1985). Удаление же эпифиза приводит к снижению уровня общего кальция в крови и ускоряет перестройку его суточного ритма при изменении режима освещения (Степовая, Е.А., 2001).
В нашей лаборатории было показано влияние экспериментальных гипо- и гиперпаратиреоза на процессы ритмической организации. В этих опытах были выявлены нарушения циркадианных ритмов двигательной активности, ректальной температуры, сердечного ритма (Батурин, В.А., Джандарова, Т.И., Па-хомова, Т.А., Будкевич, P.O., Степовая, Е.А, 1998; Батурин, В.А., Пахомова, Т.А., Будкевич, P.O., Джандарова, Т.И., 1998; Пахомова, Т.А., Батурин,, В.А., 1999; Батурин, В.А., Джандарова, Т.Ц Пахомова, Т.А., 2000; Степовая, Е.А., 2001; Будкевич, P.O., 2001; Джандарова, Т.Н., Батурин, В.А., 2001; Пахомова, Т.А., 2002).
Таким образом, данные литературы и результаты наших исследований, убедительно показывают, что участие ОШЖ в регуляции механизмов управления ритмами может быть связано как непосредственно с продукцией паратгор-мона, так и опосредованным влиянием через изменение уровня кальция, оказывая влияние на центральные аппараты управления ритмами и на деятельность эндокринных желез.
В процессе регуляции ОЩЖ механизмов управления циркадианных ритмов немаловажным является и то, что кальцию принадлежит важная роль в осуществлении физиологических функций в организме. Кальций необходим для свертывания крови, играет центральную роль в стабилизации клеточных мембран, участвует в механизмах синаптическои передачи, нервно-мышечной проводимости и в мышечном сокращении, занимает ключевую позицию в регуляции активности многих ферментов. В последние годы показано, что Са"1-1" необходим для осуществления секреторного процесса как в экзокринных железах, так и в эндокринных (Држевецкая, И.А., 1994; Miller, R.J., 1991; Quanounou, A. et. al., 1999). Кальций участвует в контроле нейрональной клеточной возбудимости и обеспечивает взаимодействие электрических сигналов (Llines, R.R., 1988; Petrus, J.P., Josee, EX., Paul, A.J., 1991), с ним связано обеспечение синаптической пластичности (Malenka, R.C. et.al., 1989) и депрессии генов (Szekely, A.M., Costa, Е., Gayson, D.R., 1990). Особо следует отметить значение кальция для нормального течения онтогенеза (Bentley, D., Gutrie, Р.В., Kater, B.S., 1991), контроля метаболизма (McCormack, J.G., Halestrap, А.Р., Denton, R.M., 1990; Miller, R.J., 1991) и гибели нейронов (Meldrum, B.S., Garthwaite, J., 1990; Choi, D.W., 1990).
В настоящее время имеется достаточно большой объем данных (Држевецкая, И.А., Држевецкий, Ю.М., 1983; Худавердян, Д. Н., Асратян, А. А., 1992; Григорьев, А.И., Ларина, М.И., 1992; Худавердян, Д. Н., Асратян, А. А., 1996; Солгалов, Г.Д., Држевецкая, И.А., Данилова, О.А., 1989; Држевецкая, И.А., Джандарова, Т.И., 1992; Држевецкая, И.А., Сурхаби, З.Г., Джандарова, Т.И., 1993а; 19936; Zimmerman, Е., 1970), указывающих на существенную роль ионов кальция для секреции и продукции кортиколиберина и других нейро-гормонов гипоталамусом, для синтеза и секреции гормонов гипофизом и периферическими эндокринными железами.
Регистрация сердечного ритма
Для изучения реакций организма на изменение кальциевого обмена и режима освещения использовали сердечный ритм как индикатор адаптационных возможностей (Баевский, P.M., 1979, 1984; Баевский, P.M., Кириллов, О.И., Клецкин, С.З., 1984). Это обусловлено ведущей ролью системы кровообращения в приспособительных реакциях организма, которые сводятся к обеспечению необходимого уровня энергетических и метаболических процессов. Сказанное определяет необходимость использовать анализ наиболее доступного показателя системы кровообращения - ритма сердца.
Для исследования циркадианных ритмов сердечной деятельности использовали метод электрокардиографии. С этой целью крысу помещали в специально изготовленный футляр из плексигласа с вмонтированными серебряными электродами, которые были подключены к тепловому кардиографу (скорость движения ленты - 100 мм/сек).
Принцип метода заключается в том, что охват возбуждением огромного количества клеток рабочего миокарда вызывает появление отрицательного заряда на поверхности этих клеток. Сердце становится мощным электрогенератором, а ткани тела, обладая сравнительно высокой электропроводностью позволяют регистрировать электрические потенциалы сердца с поверхности тела.
Существуют различные способы отведения электрической активности сердца, которые отличаются друг от друга расположением активных электродов на поверхности тела. Выделяют стандартные отведения I, II, III. Это двухполюсные отведения, т.е. каждый из двух электродов активный.
В наших исследованиях мы пользовались II стандартным отведением: правая передняя конечность - левая задняя конечность (у крысы). Для исключения стрессирующего воздействия самой процедуры до начала исследования каждую крысу помещали в футляр на 15-20 мин ежедневно в течение 7 дней для адаптации к экспериментальной обстановке.
Записанная кривая 100 последовательных кардиоциклов в одном из стандартных отведений в реальном масштабе времени представляет собой кардио-интервалограмму (КИТ), а интервал R-R-зубцов составляет единицу ее измерения.
В последовательности кардиоинтервалов закодирована информация о том, какая «цена» адаптации, которая позволяет выяснить степень активности раз личных звеньев регуляторного механизма и составить представления о выраженности общей адаптационной реакции организма на то или иное стрессор-ное воздействие. Раскрыть эту информацию, понять характер текущего взаимодействия звеньев управления ритмом сердца, дает возможность математический анализ сердечного ритма (Баевский, P.M., Кириллов, О.И., Клецкин, С.З., 1984).Математическую обработку интервалов R-R-зубцов 100 кардиоциклов проводили с помощью специально разработанной компьютерной программы «Cor - 7», включающей гистографический и спектральный анализ.
Числовыми характеристиками вариационных пульсограмм являются мода (Мо), вариационный размах ( л X) и амплитуда моды (АМо). Мода (Мо) - это диапазон наиболее часто встречающихся R-R интервалов. Обычно в качестве моды принимают начальное значение диапазона, в котором отмечается наибольшее число R-R интервалов. Мода характеризует гуморальный канал регуляции ритма сердца и указывает на наиболее вероятный уровень функционирования системы кровообращения (синусового узла). Амплитуда моды (АМо) - число кардиоинтервалов, соответствующих значению (диапазону) моды. Этот показатель указывает на активность симпатического отдела вегетативной нервной системы, отражает стабилизирующий эффект централизации управления ритмом сердца, который обусловлен влиянием симпатического отдела вегетативной нервной системы. Вариационный размах (АХ)- степень вариативности значений кардиоинтервалов при достаточно стационарных процессах, по своему физиологическому смыслу не отличается от среднего квадратичного отклонения, т.е. отражает суммарный эффект регуляции ритма вегетативной нервной системой, но указывает на максимальную амплитуду колебаний значений R-R интервалов. Поскольку влияние блуждающих нервов на дыхательные изменения сердечного ритма обычно преобладают над недыхательными его изменениями, обусловленными активностью подкорковых центров, то вариационный размах можно считать показателем, в значительной мере связанным с состоянием парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. По данным вариационной пульсометрии вычисляют ряд вторичных показателей, в том числе индекс вегетативного равновесия (ИВР) и индекс напряжения (ИН): Индекс вегетативного равновесия указывает на соотношение между активностью симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы. Индекс напряжения регуляторных систем отражает степень централизации управления сердечным ритмом.
Для комплексной оценки тревожно-фобического статуса у крыс нами был использован многопараметрический метод, предложенный Родиной, В.И. и соавт. (1993). В его основу положена ранжированная шкала, в состав которой входят параметры, характеризующие видоспецифические реакции животного на серию этологически адекватных тест-стимулов. Данный метод позволяет дать комплексную характеристику индивидуально-фобического уровня животного, причем он может применяться многократно. Используемые тесты представляют собой две основные ситуации, в которых крысы демонстрируют ответы, связанные с проявлением тревоги и страха: 1) столкновение с незнакомым неживым объектом или незнакомой ситуацией (тесты I - V) и 2) действие руки экспериментатора (тесты VI - IX). Порядок следования тестов одинаков-оті к IX.
Циркадианный ритм общего кальция в плазме крови при обычном и смещенном световом режиме
На второй неделе новых условий среды у крыс с гиперпаратиреозом по сравнению с контролем площади поперечного сечения клеток ПСЗ значительно увеличиваются за исключением 6 ч, когда размеры клеток, наоборот, оказываются достоверно ниже. Существенное нарастание площади ядер адренокортикоцитов наблюдается в 14, 18, 2 и 6 ч, а в остальное время размеры ядер находятся в пределах показателей контрольных крыс (табл. 11). К концу третьей недели площади адренокортикоцитов у опытных крыс несколько уменьшаются по сравнению с предыдущей неделей, но вместе с тем в 10, 18, 2 и 6 ч оказываются достоверно выше, чем у контрольных животных. Аналогичные изменения выявлены и в суточной динамике площади поперечного сечения ядер адренокортикоцитов (табл. 11). По данным косинор-анализа на второй и третьей неделях нового режима освещения значительно уменьшается амплитуда суточных колебаний ядерно-цитоплазматических отношений, а акрофаза их циркадианного ритма приходится соответственно на 16 ч и 6 ч (рис. 29).
Таким образом, у интактных животных при обычном световом режиме максимальные значения ядерно-цитоплазматических отношений приходились на темное время суток, что характерно для крыс ведущих ночной образ жизни. У них после смещения светового режима выявлены изменения в суточной динамике морфометрических показателей, что, безусловно, сопряжены с приспособлением организма к новым условиям среды.
В условиях гипо- и гиперпаратиреоза максимальные значения площади поперечного сечения ядер адренокортикоцитов и ядерно-цитоплазматических отношений при обычном световом режиме отмечались в светлое время суток в отличие от контрольных крыс. Эти нарушения еще более усугубляются при смещении режима освещения. Следовательно, как при обычном, так и при смещенном режиме освещения возникают существенные амплитудно-фазовые нарушения циркадианного ритма ядерно-цитоплазматических отношений в ПСЗ коры надпочечников.
Следующим фрагментом наших исследований было изучение циркадиан-ных ритмов содержания 11 -оксикортикостероидов (11 -ОКС) в плазме крови, поскольку состояние стресса, которое обусловлено изменением режима освещения может сопровождаться существенным изменением гормональной активности коры надпочечников как в норме так и при нарушении обмена кальция.
Как следует из полученных данных (табл. 12, рис. 30), у интактных крыс при обычном световом режиме суточные колебания кортикостероидов в плазме крови изменялись в пределах от 132,8 + 3,95 до 193,2 + 2,04 мкг/л. При этом повышение уровня 11 -ОКС в крови начиналось в 18 ч и достигало максимума в 22 ч, что соответствует показателям животных, ведущих ночной образ жизни. Минимальная гормональная активность надпочечников приходится на 10 ч. Косинор-анализ показал наличие четкого циркадианного ритма кортикостероидов в крови у интактных животных с акрофазой в 21,9 ч (рис. 31). В первую неделю после изменения режима освещения самый низкий уровень 11-ОКС в плазме крови составил 132,0 + 8,66 мкг/л и приходился на 6 ч, а наиболее высокий - 167,5 + 2,49 мкг/л - на 2 ч (табл. 12, рис. 30). По данным коси-нор-анализа акрофаза биоритма кортикостероидов в крови регистрировалась в 23,2 ч, что после смещения светового режима соответствовало светлому периоду суток. Циркадианный ритм 11-ОКС дезорганизован, о чем также свидетельствует резкое снижение амплитуды суточных колебаний гормона.
На второй неделе нового свето-темнового цикла суточная динамика содержания кортикостероидов в крови находилась в пределах от 134,0 + 8,58 в 22 ч до 200,3 + 1,86 мкг/л в 14 ч (табл.12). Как показывает анализ хронограммы максимальные значения 11-ОКС приходятся на темное время нового светового режима (рис. 30), значительно увеличивается суточная амплитуда, а акрофаза циркадианного ритма гормона отмечается в 11,2 ч (рис. 31).
В конце третьей недели после смещения светового режима на хронограмме суточной динамики 11-ОКС в плазме крови появляются дополнительные флуктуации (рис. 30). Вместе с тем, как показывает косинор-анализ, акрофаза биоритма гормональной активности коры надпочечников устанавливается в 14,2 ч с достаточно высокой амплитудой суточных колебаний гормона (рис. 31).
У крыс с гипопаратиреозом на протяжении всего эксперимента содержание кортикостероидов в крови оказывается достоверно ниже по сравнению с соответствующими показателями интактных животных (табл. 12, рис. 30).
В условиях обычного светового режима суточная динамика 11-ОКС в крови изменялась в пределах от 59,2 + 5,69 до 132,7 ±9,10 мкг/л. Причем, в отличие от контрольных животных, максимальные значения кортикостероидов отмечались в светлое время суток с акрофазой в 17,5 ч и довольно высокой суточной амплитудой ритма (рис. 30,31).
После изменения режима освещения в первую неделю хронограмма 11-ОКС у крыс с гипопаратиреозом меняется резко противоположно (рис.30). По данным косинор-анализа акрофаза регистрируется в 4,9 ч. Следовательно, существующий при обычном световом режиме «извращенный» циркадианный ритм кортикостероидов быстро перестраивается при изменении условий среды. Однако, этот ритм оказывается неустойчивым и на второй неделе нового свето-темнового цикла максимум гормональной активности коры надпочечников приходится на конец светлого периода суток с акрофазой ритма в 9,3 ч (рис. 30, 31). На третьей неделе хронограмма суточной динамики кортикостероидов сглажена, а уровень гормона изменялся в пределах от 66,0 + 2,54 до 89,3 + 4,69 мкг/л (табл. 12, рис.30).
Циркадианные ритмы тревожно-фобического статуса при обычном и смещенном световом режиме
Результаты исследований представлены в таблицах 14,15 и на рисунках 38 - 41. Как следует из полученных данных, у интактных крыс в условиях обычного светового режима средняя интенсивность гистохимической реакции для ионов кальция в клетках MB надпочечников в течение суток изменялась в пределах от 1,94 + 0,01 до 2,38 + 0,02 баллов (табл. 14) со снижением днем и повышением ночью (рис. 38). По данным косинор-анализа акрофаза циркади-анного ритма внутриклеточного уровня кальция в MB надпочечников приходилась на 2,3 ч (рис. 39А).
После изменения режима освещения средняя интенсивность гистохимической реакции для ионов кальция в клетках MB надпочечников у интактных крыс изменялась в течение суток в первую неделю от 2,05 + 0,02 до 2,43 + 0,01 баллов, во вторую неделю - от 1,85 + 0,01 до 2,18 + 0,01 баллов, в третью неделю - от 1,94 + 0,01 до 2,68 + 0,03 баллов (табл. 14). Как видно из суточных хронограмм, на второй и третьей неделях нового свето-темнового цикла циркади-анный ритм уровня внутриклеточного кальция дезорганизован, а акрофаза приходится на 7,4 ч и 23,3 ч соответственно (рис. 38, 39). К концу третьей недели после смещения режима освещения ритм содержания ионизированного кальция в клетках MB надпочечников начинает перестраиваться, максимум перемещается к темному периоду суток, а по данным косинор-анализа акрофаза устанавливается в 11,9 ч с увеличением суточной амплитуды (рис. 38,39).
У крыс с гипопаратиреозом при обычном световом режиме содержание внутриклеточного кальция в MB надпочечников в 14 ч достоверно выше, а в остальное время суток - достоверно ниже по сравнению с показателями контрольных животных (табл. 14, рис. 38). Максимальная интенсивность гистохимической реакции для ионов кальция в клетках MB надпочечников в отличие от интактных крыс отмечается в светлое время суток (рис. 38). По данным косинор-анализа акрофаза циркадианного ритма внутриклеточного кальция в клетках MB приходится на 15,3 ч (рис. 39Б).
После изменения режима освещения на первой неделе у крыс с гипопаратиреозом уровень внутриклеточного кальция в мозговом слое надпочечнико по сравнению с показателями контрольных животных достоверно повышается в 14 ч до 2,65 + 00,1 баллов, а к 6 ч снижается до минимума и составляет 1,14 + 0,01 баллов (табл. 14, рис. 38). В этот период по результатам косинор-анализа амплитуда суточных колебаний внутриклеточного кальция значительно увеличивается, а максимум функции устанавливается в 17,2 ч, что соответствует темному периоду новых суток (рис. 39). На второй неделе нового свето-темнового цикла хронограмма внутриклеточного кальция в MB надпочечников сглажена, а его содержание в 22 и 2 ч достоверно ниже, а в остальное время суток достоверно выше по сравнению с показателями контрольных животных (табл. 14, рис. 38). Вместе с тем наиболее высокие значения внутриклеточного кальция у опытных крыс на второй неделе выявлены в светлый период суток, а к концу третьей недели максимум приходится на темное время (рис. 38). По данным косинор-анализа при этом существенно уменьшается суточная амплитуда ритма внутриклеточного кальция в MB надпочечников, а акрофаза к концу второй и третьей недель регистрируется соответственно в 7,8 и 12,0 ч.
При гиперпаратиреозе в условиях обычного светового режима суточные колебания уровня внутриклеточного кальция в MB надпочечников находились в пределах от 2,02 + 0,02 до 2,28 + 0,01 баллов (табл. 15). Причем в 18 ч отмечается значимо высокая интенсивность гистохимической реакции для ионов кальция в клетках мозгового слоя, а в остальное время суток оказывается на достоверно низком уровне по сравнению с контролем (табл. 15, рис. 40). Цир-кадианный ритм содержания кальция в клетках MB у экспериментальных животных отличается положением акрофазы в самом начале темной фазы суток, которая приходится на 20,4 ч (рис. 41 Б).
В первую неделю после изменения светового режима у крыс с гиперпара-тиреозом суточная динамика уровня внутриклеточного кальция в MB надпочечников в основном находился в пределах показателей контрольных животных, а максимум его приходился на светлое время суток (табл. 15, рис.40). По результатам косинор-анализа в этот период акрофаза циркадианного ритма внутриклеточного кальция отмечается в 6,5 ч и прослеживается повышение амплитуды. На второй неделе нового свето-темнового цикла достоверно более высокие значения внутриклеточного кальция в MB надпочечника по сравнению с контролем выявлены в темное время суток с акрофазой в 13,6 ч (рис. 40, 41 Б). К концу третьей недели после изменения режима освещения в суточной динамике уровня кальция в клетках MB существенных изменений по сравнению с предыдущей неделей не происходило (табл. 15, рис.40). По результатам косинор-анализа акрофаза циркадианного ритма внутриклеточного кальция устанавливается на 9,8 ч, что соответствует времени наступления темной фазы суток (рис. 41 Б).
Таким образом, как показывают результаты исследований у интактных крыс выявлен четкий циркадианный ритм содержания внутриклеточного кальция в MB надпочечников при обычном световом режиме с положением акрофа-зы в ночное время. Возникающие после изменения режима освещения амплитудно-фазовые изменения уровня ионизированного кальция в клетках MB указывают на происходящие адаптивные перестройки в соответствии с новыми условиями среды, а к концу третьей недели акрофаза приближается к ожидаемому положению.
У крыс с гипо- и гиперпаратиреозом максимальные значения уровня внутриклеточного кальция в MB надпочечников в отличие от контрольных крыс отмечались в светлое время суток, что указывает на дезорганизацию его циркадианного ритма уже при обычном световом режиме. К концу третьей недели после изменения режима освещения у крыс с гипопаратиреозом акрофаза внутриклеточного кальция в мозговом слое надпочечников устанавливается почти на то же время, что и у контроля, а у крыс с гиперпаратиреозом - на начало темного периода суток.
