Effect of adaptation to intermittent hypoxia on serotonin metabolism and oxidative stress in the hippocampus of rats with experimental post-traumatic stress disorder
Authors: Алилуев А.В. , Семенова Л.Ю. , Порядин Г.В. , Манухина Е.Б. , Дауни Г.Ф. , Горячева А.В. , Мальцева Н.В. , Шемяков С.Е. , Карпенко М.Н. , Пестерева Н.С. , Кондашевская М.В. , Цейликман В.Э. 
Published: November 2021

Введение. Посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) формируется спустя длительный срок после переживания психической травмы. Имеются данные о низком уровне серотонина у больных ПТСР, который часто сочетается с окислительным стрессом, обусловленным нейровоспалением. Представляется актуальным поиск эффективных средств немедикаментозной коррекции ПТСР. Одним из высокоэффективных и наиболее широко используемых методов является адаптация к периодической гипоксии (АПГ). Цель работы - исследование влияния АПГ на обмен серотонина и показатели окислительного стресса в гиппокампе животных при экспериментальном ПТСР. Методика. Исследование выполнено на 34 половозрелых самцах крыс Вистар, которые были разделены на 4 группы («Контроль», «ПТСР», «АПГ», «ПТСР+АПГ»). В качестве модели экспериментального ПТСР была использована модель хронического предаторного стресса, где животные подвергались «запаху хищника» (кошачьей мочи) по 10 мин в течение 10 сут. После этого крыс адаптировали к периодической гипоксии в гипобарической барокамере в течение 14 сут, начиная с 30 мин в 1-е сут на симулированной высоте 1000 м, с постепенным увеличением «высоты» и времени экспозиции до 4000 м в течение 4 ч на 5-е сут и в последующие дни. Поведенческие реакции животных изучали при помощи теста «приподнятый крестообразный лабиринт» (ПКЛ). Концентрацию серотонина и его метаболита 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК) определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Содержание первичных и вторичных продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) оценивали спектрофотометрически согласно методике И.А. Волчегорского и соавт. Уровень окислительной деструкции белков оценивали по содержанию карбонилированных белков. Результаты. При тестировании в ПКЛ было установлено, что у животных через 14 сут после завершения предаторного стресса по сравнению с контролем наблюдалось усиление тревожности, которое ограничивалось курсом АПГ. Одновременно с этим установлено снижение содержания серотонина и повышение уровня 5-ГИУК, что привело к существенному повышению метаболического индекса серотонина. Курс АПГ не привел к статистически значимым изменениям содержания серотонина и его метаболита по сравнению с контролем. В группе «ПТСР+АПГ» по сравнению с группой «ПТСР» отмечено повышение концентрации серотонина при одновременном снижении 5-ГИУК и метаболического индекса серотонина. Исследование окислительного стресса в гиппокампе животных с ПТСР-подобным состоянием показало повышение базального уровня карбонилированных белков по сравнению с контролем и увеличение содержания вторичных продуктов ПОЛ. Заключение. При экспериментальном ПТСР в гиппокампе снижение содержания серотонина ассоциировано с усилением его метаболизма, что сопровождается усилением окислительного стресса. Нейропротекторное действие АПГ выражается в нивелировании окислительного стресса в гиппокампе.

Background. Post-traumatic stress disorder (PTSD) develops long after a mental traumatic event. In patients with PTSD, low serotonin levels often combine with oxidative stress-induced inflammation. Searching for effective non-pharmacological therapies for PTSD is important. Adaptation to intermittent hypoxia (AIH) is one of highly effective and widely used methods. The aim of this study was to elucidate the effect of AIH on serotonin metabolism and oxidative stress in the hippocampus of rats with PTSD. Methods. The study was performed on 34 sexually mature male Wistar rats divided into 4 groups: control, PTSD, AIH, and PTSD+AIH. Experimental PTSD was modeled with chronic predator stress, where animals were exposed to predator smell (cat urine) for 10 days, 10 min daily. Then rats were conditioned in a hypobaric altitude chamber for 14 days at a 1,000-m simulated altitude for 30 min on day 1 with altitude and duration progressively increasing to 4,000 m for 4 h on day 5 and all the remaining days. Behavioral reactions of rats were studied with the elevated plus maze (EPM) test. Concentrations of serotonin and the serotonin metabolite, 5-hydroxy indole acetic acid (5-HIAA), were measured by high-performance liquid chromatography. Contents of primary and secondary lipid peroxidation (LPO) products were measured spectrophotometrically according to the method of I.A. Volchegorskiy et al. The oxidative damage to proteins was assessed by the content of carbonylated proteins. Results. The EPM test showed that 14 days after the predator stress completion, the anxiety level was higher than in control, and this effect was alleviated by AIH. Also, stress-exposed rats had lower serotonin and higher 5-HIAA concentrations, which resulted in a significantly higher serotonin metabolic index compared to the control. The course of AIH did not cause any significant changes in concentrations of serotonin and its metabolite as compared to the control. In the PTSD + AIH group compared to the PTSD group, the serotonin concentration was increased whereas the 5-HIAA concentration and the metabolic serotonin index were decreased. Studying oxidative stress in the hippocampus of rats with the PTSD-like condition showed that both the basal level of carbonylated proteins and the content of LPO secondary products were increased compared to the control group. Conclusions. In experimental PTSD in the hippocampus, the decrease in serotonin content was associated with the increase in its metabolism and with potentiation of oxidative stress. The neuroprotective effect of AIH was evident as alleviation of oxidative stress in the hippocampus.