Многочисленные исследования суточных (циркадианных) ритмов большинства физиологических процессов позволили разработать хронобиологические подходы к диагностике и лечению многих заболеваний [1, 3, 11]. Однако, помимо суточных колебаний, любому организму присущи ультрадианные (период меньше 20 ч), инфрадианные (околонедельный период), сезонные и многолетние биоритмы [1, 3, 7, 8].
Ранее нами был выявлен устойчивый 4-суточный инфрадианный ритм уровня тестостерона в сыворотке крови крыс-самцов Вистар, содержащихся в изоляции от самок [2]. Сходный (около 4-суточный) период колебаний уровня кортикостерона в сыворотке крови крыс был установлен в работе R. Jozsa и соавт. [8]. Тестостерон и кортикостерон - стероидные гормоны, обладающие разносторонним регулирующим действием на организм. В том числе, выявлено влияние этих гормонов на клеточный и гуморальный ответ иммунной системы [6]. Известно, что даже непродолжительное стрессорное воздействие, при котором возрастает уровень стероидных гормонов, вызывает увеличение числа лейкоцитов в периферической крови экспериментальных животных [9]. Это объясняется тем, что лейкоциты, являющиеся одним из компонентов клеточного иммунитета, выполняют защитные функции, обеспечивая фагоцитоз микробов, инородных веществ и т.д. Работ, посвященных взаимосвязи инфрадианных ритмов стероидных гормонов и колебаний числа нейтрофилов - самых многочисленных представителей лейкоцитов в периферической крови, практически нет. В то же время, такие сведения важны при разработке хронобиологических подходов к диагностике и лечению ряда заболеваний.
Целью данной работы было исследование у крыс-самцов Вистар инфрадианных колебаний уровня кортикостерона, тестостерона, процентного содержания нейтрофилов в периферической крови и выявление взаимосвязи инфрадианных ритмов этих показателей.
Материалы и методы исследования
Работа выполнена на 236 половозрелых самцах (масса 190-230 г) крыс Вистар (питомник Столбовая). При работе с экспериментальными животными руководствовались приказом Минздравсоцразвития России от 23 августа 2010 г. № 708н. На проведение эксперимента получено разрешение биоэтической комиссии ФГБУ «НИИ морфологии человека» РАМН (протокол № 8). Животных содержали группами по 6-10 особей в максимально стандартных условиях, в изоляции от самок. Клетки с животными были расположены так, чтобы исключить возможное влияние зрительного, акустического и ольфакторного каналов передачи информации на синхронизацию активности между животными разных групп. В помещении поддерживался фотопериод, имитирующий естественный для Москвы световой день, и постоянная температура +24°С.
В сериях эксперимента, проводимых 17-29 марта (по 8 голов в сутки, n = 104) и 11-27 сентября (по 6 голов в сутки, n = 102) 2011 г., пробы крови из хвостовой вены разных крыс забирали ежедневно в 8.00-8.30 ч утра по местному солнечному времени (Москва), под эфирным наркозом. Забор крови у разных животных обеспечивал наименьший стресс от хендлинга (от англ. handling - обработка, в данном случае приучение к условиям эксперимента). В следующих сериях, проводимых ежедневно 5-21 мая (n = 7), 3-16 июля (n = 6), и 8-20 октября (n = 10) 2011 г., забор крови из хвостовой вены производили также в 8.00-8.30 ч утра, ежедневно, но у одних тех же животных при кратковременной иммобилизации. В последней серии 3-15 января 2012 г. (n = 7) забор крови производили ежедневно в 10.15-10.45 ч утра, у одних и тех же крыс под эфирным наркозом. Забор крови с 8 до 11 ч утра по местному солнечному времени (Москва) соответствует утреннему максимуму содержания стероидных гормонов в сыворотке крови [3, 8].
Образцы сывороток хранили не более 6 мес. при температуре -70°С. Уровень кортикостерона в сыворотке крови определяли с помощью иммуноферментных (ИФА) наборов «IBL» (Германия), тестостерона - «DBC» (Канада), используя микропланшетный ИФА анализатор «ANTHOS 2010» (Австрия).
В сериях эксперимента 17-29 марта 2011 г. (n = 8) и с 8 по 20 октября 2011 г. (n = 10) производили определение процентного содержания нейтрофилов в мазках периферической крови, окрашенных по Романовскому-Гимзе.
Исследования проводили с учетом состояния геомагнитной обстановки (данные Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН).
Статистическую обработку полученных результатов проводили, используя программу «Statistica 6.0». В соответствии с характером распределения был выбран непараметрический метод. Достоверность различий между показателями определяли по U-критерию Манна-Уитни. Различия считали статистически значимыми при p < 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
В серии эксперимента 17-29 марта 2011 г. (разные животные, эфирный наркоз) наиболее стабильный инфрадианный ритм наблюдался в колебаниях уровня тестостерона (табл. 1). В дни с повышенной степенью возмущенности геомагнитного поля (22 и 23 марта) 4-суточный ритм изменений уровня кортикостерона был нарушен, тогда как биоритм тестостерона был сохранен. Известно, что геомагнитные бури могут вызывать десинхроноз у млекопитающих и человека, нарушая биологические ритмы продукции стероидных гормонов и мелатонина - наиболее важного синхронизатора биоритмов в организме [5, 7, 10]. В наших экспериментах максимальные (18 и 26 марта) и минимальные (20 и 28 марта) значения содержания нейтрофилов в периферической крови наблюдались в то же время, что и у кортикостерона, установлен 4-суточный ритм изменения этого показателя (табл. 1). В период нарушения ритма кортикостерона (20-24 марта) колебания процентного содержания гранулоцитов в периферической крови не имели периодичности, что указывает на взаимосвязь этих показателей. Коэффициент корреляции между уровнем кортикостерона и процентного содержания нейтрофилов в крови был равен 0,45.
В серии эксперимента с 8 по 20 октября 2011 г. (одни и те же животные, хендлинг, иммобилизация) динамика уровней кортикостерона и тестостерона имела 4-суточную периодичность, максимальные значения (акрофаза) наблюдались 10, 14, 18, а минимальные (батифаза) - 8, 12, 16, 20 октября (рисунок). Динамика процентного содержания нейтрофилов в периферической крови также имела 4-суточную периодичность, совпадала по фазе и коррелировала положительно (коэффициент корреляции r = 0,73) с уровнем стероидных гормонов (см. рисунок). Значения всех показателей в акрофазе и батифазе достоверно различались между собой на протяжении всего времени наблюдения. В работе Т.П. Рябых и соавт. также установлен 4-суточный ритм изменения числа лейкоцитов в периферической крови у лабораторных мышей, однако авторы не проводили егосопоставление с уровнем стероидных гормонов [4].
В серии эксперимента 3-15 января 2012 г. (одни и те же крысы, хендлинг, эфирный наркоз) достоверные различия между акрофазой и батифазой уровня исследуемых стероидных гормонов наблюдались в первые 8 суток (табл. 2). В дальнейшем амплитуда колебаний уровня тестостерона и кортикостерона уменьшалась и различия стали недостоверными.
Таблица 1
Показатели инфрадианных ритмов кортикостерона (К), тестостерона (Т) и процентного содержания нейтрофилов в периферической крови (Н) у крыс-самцов Вистар (в абсолютных величинах)
|
Фаза периода |
|||||||
|
Максимум |
Минимум |
||||||
|
Даты |
К, нмоль/л |
Т, нмоль/л |
Н, % |
Даты |
К, нмоль/л |
Т, нмоль/л |
Н, % |
|
18.03 2011 |
779,9 * (702,4; 886,2) |
15,3 (4,1; 18,0) |
25,5 * (24,3; 27,5) |
20.03 2011 |
638,2 (497,9; 678,4) |
12,6 (8,9; 13,6) |
20,2 (17,3; 22,5) |
|
22.03 2011 |
709,3 (598,5; 878,1) |
17,3 * (15,7; 24,5) |
21,5 (17,5; 26,5) |
24.03 2011 |
689,4 (643,7; 721,3) |
4,6 (2,6; 7,4) |
14,5 (12,5; 20,1) |
|
26.03 2011 |
955,6 * (792,7; 1151,4) |
16,5 * (10,7; 20,0) |
24,5 * (18,5; 27,2) |
28,03 2011 |
627,1 (547,6; 801,1) |
4,0 (2,8; 5,9) |
11,5 (10,5; 13,4) |
|
12.09 2011 |
814,7 * (638,8; 869,3) |
15,4 (6,5; 18,1) |
|
14.09 2011 |
500,6 (435,1; 542,3) |
10,1 (6,1; 14,2) |
|
|
16.09 2011 |
765,6 * (700,7; 788,5) |
18,2 * (12,5; 26,1) |
|
18,09 2011 |
618,4 (534,3; 684,1) |
8,2 (4,5; 13,3) |
|
|
20.09 2011 |
792,4 * (693,6; 846,4) |
15,5 * (11,7; 23,1) |
|
22.09 2011 |
613,3 (600,4; 715,2) |
6,2 (4,5; 12,1) |
|
|
24.09 2011 |
765,3 * (684,8; 826,3) |
14,8 * (10,5; 22,6) |
|
26.09 2011 |
554,5 (521,3; 625,4) |
5,9 (6,1; 8,4) |
|
Примечания:
здесь и в табл. 2 указана медиана, в скобках - нижняя и верхняя квартили.
*p < 0,05 при сопоставлении соответствующих показателей на максимуме и минимуме инфрадианных ритмов.
Инфрадианные ритмы тестостерона, кортикостерона и процентного содержания нейтрофилов в периферической крови у крыс-самцов Вистар. По оси абсцисс - даты опыта (8-21 октября 2011 г.). По оси ординат -% от индивидуального среднего значения
Во всех остальных сериях эксперимента динамика уровня кортикостерона и тестостерона также имела достоверный 4-суточный период инфрадианного ритма (табл. 1, 2). Акрофаза и батифаза концентрации кортикостерона, тестостерона и процентного содержания нейтрофилов в периферической крови наблюдались в одни и те же календарные даты (табл. 1, 2). При исследовании 4-суточного ритма уровня стероидных гормонов в разных сериях эксперимента, проведенных на протяжении одиннадцати месяцев, было установлено, что каждые 69-73 сутки происходит скачкообразный переход акрофазы ритма на сутки вперед. Таким образом, более точный период колебаний уровня стероидных гормонов в сыворотке крови составляет 4,06 суток, который укладывается целое число раз в периоде обращения Земли вокруг Солнца.
Таблица 2 Показатели инфрадианных ритмов кортикостерона (К), тестостерона (Т) и процентного содержания нейтрофилов в периферической крови (Н) у крыс-самцов Вистар (в процентах от индивидуальных средних значений)
|
Фаза периода |
|||||||
|
Максимум |
Минимум |
||||||
|
Даты |
К |
Т |
Н |
Даты |
К |
Т |
Н |
|
14.05 2011 |
115,2 * (95,5; 132,3) |
131,4 * (108,6; 148,1) |
|
16.05 2011 |
80,4 (68,7; 94,2) |
90,3 (75,5; 106,3) |
|
|
18.05 2011 |
122,3 * (105,7; 154,2) |
135,2 * (111,8; 157,4) |
|
20.05 2011 |
84,3 (68,6; 103,4) |
75,4 (63,7; 87,3) |
|
|
06.07 2011 |
109,3 (91,6; 122,1) |
127,1 * (112,7; 147,2) |
|
04.07 2011 |
100,4 (87,9; 114,3) |
80,2 (70,6; 107,2) |
|
|
10.07 2011 |
120,4 * (111,8; 137,2) |
133,2 * (106,5; 148,3) |
|
08.07 2011 |
91,1 (80,6; 106,4) |
79,1 (64,5; 94,4) |
|
|
14.07 2011 |
125,1 * (114,5; 140,4) |
120,3 * (106,7; 135,1) |
|
12.07 2011 |
86,2 (80,7; 109,2) |
84,4 (68,6; 103,3) |
|
|
10.10 2011 |
125,2 * (111,7; 139,3) |
156,5 * (129,7; 169,2) |
110,1 * (107,6; 124,3) |
12.10 2011 |
92,4 (83,7; 97,3) |
101,2 (67,8; 117,2) |
85,3 (61,5; 91,1) |
|
14.10 2011 |
125,3 * (115,6; 144,1) |
122,4 * (119,8; 157,3) |
117,3 * (109,8; 127,4) |
16.10 2011 |
94,3 (91,5; 104,2) |
80,1 (57,4; 100,3) |
76,5 (64,6; 83,2) |
|
18.10 2011 |
123,4 * (107,5; 126,2) |
140,3 * (95,6; 201,1) |
109,2 * (100,7; 118,2) |
20.10 2011 |
85,1 (71,7; 90,4) |
77,4 (42,6; 83,2) |
90,4 (74,7; 92,4) |
|
04.01 2012 |
121,1 * (109,4; 122,2) |
141,5 * (110,5; 176,3) |
|
06.01 2012 |
84,1 (75,9; 90,3) |
74,5 (57,5; 99,4) |
|
|
08.01 2012 |
110,2 * (99,8; 135,3) |
119,4 * (107,5; 126,5) |
|
10.01 2012 |
88,2 (80,6; 103,2) |
89,2 (79,5; 96,3) |
|
|
12.01 2012 |
104,4 (93,6; 138,5) |
96,5 * (89,5; 109,4) |
|
14.01 2012 |
87,4 (86,4; 103,3) |
101,3 (79,6; 119,1) |
|
Заключение
В настоящей работе во всех сериях эксперимента, произведенного в разных условиях, в разные сезоны и в разные годы, выявлен 4-суточный период инфрадианных ритмов колебания уровня стероидных гормонов (тестостерона и кортикостерона) и процентного содержания нейтрофилов в периферической крови здоровых половозрелых самцов крыс Вистар. Продемонстрировано совпадение по фазе периодов биологических ритмов исследованных показателей. Отмечена положительная корреляция между уровнем стероидных гормонов и процентным содержанием нейтрофилов в периферической крови. Установлено, что каждые 69-73 сутки происходит скачко-образный переход акрофазы ритмов на сутки вперед.
Инфрадианные 4-суточные ритмы исследуемых гормонов и процентного содержания нейтрофилов в периферической крови были выявлены при всех использованных методах забора крови, включающих различные стрессоры (эфир, иммобилизазию, хендлинг).
Полученные данные необходимо учитывать при проведении экспериментальных исследований с оценкой изменений функционального состояния эндокринной и иммунной системы, особенно для выявления индивидуальных различий при оценке эффектов воздействия физических факторов низкой интенсивности, малых доз химических соединений, биологически активных молекул.
Рецензенты:
-
Орехов А.Н., д.б.н., профессор, директор Научно-исследовательского института атеросклероза Инновационного центра Сколково, Московская обл., Одинцовский район, деревня Сколково;
-
Макарова О.В., д.м.н., профессор, заместитель директора по науке ФГБУ «Научно-исследовательский институт морфологии человека», г. Москва.
Работа поступила в редакцию 09.07.2012.