СПОСОБ КОРРЕКЦИИ НАРУШЕНИЙ ПОВЕДЕНИЯ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ДЕСИНХРОНОЗЕ В УСЛОВИЯХ СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ
METHOD FOR CORRECTION OF BEHAVIORAL DISORDERS IN EXPERIMENTAL DESYNCHRONOSIS UNDER CONDITIONS OF LED LIGHTING

Изобретение относится к экспериментальной медицине, биологии, патофизиологии, в частности к оценке ориентировочно-исследовательского поведения лабораторных животных (морских свинок) при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного освещения и разработке метода, позволяющего корректировать выявленные у лабораторных животных (морских свинок) нарушения путем введения per os экзогенного мелатонина в составе препарата «Мелаксен» (МНН: мелатонин Юнифарм. Инк., США)
Десинхроноз-патологический процесс, развивающийся в результате рассогласования циркадианных ритмов, возникающих за счет использования искусственных источников света в темное время суток [Martinez-Nicolas, A. Day-night contrast as source of health for the human circadian system. / A. Martinez-Nicolas, J.A. Madrid, M.A. Rol // Chronobiol. Int. - 2014. - Vol. 31, №3. - P. 382-393]. Светодиоды занимают лидирующие позиции на рынке светотехнической продукции, что связано с их техническими преимуществами: низкими эксплуатационными затратами, длительным сроком службы, электробезопасностью, механической прочностью, отсутствием ультрафиолетового и инфракрасного излучений [Закгейм А.Л. О биологическом эквиваленте излучения светодиодных источников излучения светодиодных и традиционных источников освещения с цветовой температурой 1800-10000 К / А.Л. Закгейм // Светотехника. - 2012. - №3. - С. 7-11]. В настоящее время инициировано использование энергоэффективных светодиодных источников освещения, свет которых может оказывать воздействие на функции органов и систем, отличное от других искусственных источников освещения [Иоффе К.И. Биологическое влияние видимого света на человека / К.И. Иоффе // Светотехника. - 2008. - №3. - С. 21-29]. Современные светодиодные носители генерируют свет, «богатый» синим спектром, с длинами волн от 460 до 480 нм, что оказывает неблагоприятное воздействие в ночное время, вызывая максимальное ингибирование синтеза мелатонина [Reiter RJ. Biogenic amines in the reduction of oxidative stress: melatonin and its metabolites / R.J. Reiter, D.X. Tan, M.J. Jou [et al.] // Neuro Endocrinol. Lett. - 2008. - Vol. 29, №4. - P. 391-398]. Таким образом, увеличение воздействия света в ночное время, как правило, сопровождается развитием десинхроноза, приводящего к развитию поведенческих расстройств, изменению функционирования нервной системы из-за нарушения работы нейромедиаторных систем в ЦНС. Правильное функционирование эндогенных циркадианных часов позволяет организму своевременно реагировать на ежедневные изменения окружающей среды [Barnard A.R. When Clocks Go Bad: Neurobehavioural Consequences of Disrupted Circadian Timing [Electronic resource] / A.R. Barnard, Nolan P.M. // PLoS Genet. - 2008. - Vol. 4, №5. - Mode of access: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2295261/pdf/pgen.1000040.pdf / (Date of access: 19.09.2015)]. Рядом исследователей было доказано, что физиологические и поведенческие особенности находятся под контролем циркадианных ритмов, деятельность которых нарушена при десинхронозах [Anea С.В. Vascular disease in mice with a dysfunctional circadian clock / C.B. Anea, M. Zhang D.W. Stepp [et al.] // Circulation. - 2009. - Vol. 119, №11. - P. 1510-1517]. Считается, что когнитивная деятельность в определенной степени зависит от интенсивности сенсорной информации, поступающей в головной мозг через зрительный аппарат. Исходя из этого, удлинение светового периода через изменение работы супрахиазматического ядра (СХЯ) гипоталамуса и их эндокринного посредника - эпифиза могут приводить к дизритмии поведенческих, психоэмоциональных и познавательных процессов. Отмечено, что нарушения циркадианных ритмов, связанные с дисфункцией нейронов в СХЯ гипоталамуса, приводят к нарушениям в работе симпатической нервной системы и напрямую коррелируют с изменением поведения. По мнению Э.Б. Арушаняна, важным моментом для обеспечения когнитивных процессов является формирование при участии супрахиазматических ядер (СХЯ) особого рода функциональных хронобиологических блоков с рядом мозговых структур, на примере отношений супрахиазматического ядра с полосатым телом им было показано значение таких блоков для адекватной временной организации как психической, так и двигательной активности [Арушанян Э.Б. Место гиппокампа в биоритмологической организации поведения / Э.Б. Арушанян, Э.В. Бейер // Успехи физиол. Наук. - 2001. - №32. - С. 79-85]. При изучении немедикаментозных методов авторами выделяются фитокоррекция нарушений биоритмов с использованием различных прописей растительных адаптогенов, фиторефлексокоррекция с приемами точечного массажа в сочетании с фитомазями и растительными адаптогенами, биоуправляемая хрономагнитолазерокоррекция [Хетагурова Л.Г. Хронопрофилактика и хронотерапия нарушений здоровья населения / Л.Г. Хетагурова, К.Д. Салбиев, И.Р. Тагаева // Владикавказ, мед. - биол. вестн. - 2002. - Т. 1, №1. - С. 6-13]
Способом коррекции десинхронозов является световая терапия - метод, при котором в качестве лечебного фактора используется ежедневная экспозиция яркого искусственного света в определенное время суток. Внедрение метода связано, с одной стороны, с наличием данных о сезонных аффективных расстройствах у отдельных категорий пациентов, с другой стороны, с раскрытием возможных механизмов действия светотерапии при депрессии, заключающихся в способности данного вида терапии влиять на фазы биоритмов у животных и человека и ресинхронизировать нарушенные биоритмы [Yokoyama S. Adaptive evolutionary paths from UV reception to sensing violet light by epistatic interactions [Electronic resource] / S. Yokoyama, A. Altun, H. Jia, [et al.] // Sci Adv. - 2015. - Vol. 1, №8. - Mode of access: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26601250 (Date of access: 07.07.2015)]. Эффективность светотерапии, предположительно, обусловлена подавлением дневной секреции мелатонина в результате долговременных фазовых сдвигов и восстановлением соответствующей связи с внешней средой [Saxvig I.W. A randomized controlled trial with bright light and melatonin for delayed sleep phase disorder: effects on subjective and objective sleep / Симуткин Г.Г. Хронотерапия аффективных расстройств / Г.Г. Симуткин, Н.А. Бохан, Е.Д. Счастный // Лечащий врач. - 2015. - №5. - С.29-33.; I.W. Saxvig, A. Wilhelmsen-Langeland, S. Pallesen [et al.] // Chronobiol. Int. - 2014. - Vol. 31, №1. - 72-86]. Своеобразным «антиподом» терапии светом высокой интенсивности является «темновая терапия» десинхронозов, оказывающая седативный эффект, схожий с действием нейролептиков, и нормализующая циркадианные ритмы [Bromundt V. Cajochen Circadian sleep-wake cycles, well-being, and light therapy in borderline personality disorder / V. Bromundt, A. Wirz-Justice, C. Kyburz [et al.] // J. Pers. Disord. - 2013. - Vol. 27, №5. - P. 680-696]. Немногочисленные, выполненные на небольших выборках исследования В. Barbini с соавторами, подтверждают высокую эффективность «темновой терапии» в случае гипомании и подтверждают снижение доз антиманиакальных лекарств при темновых методах терапии [Barbini, В. Dark therapy for mania: a pilot study / B. Barbini, F. Benedetti, C. Colombo [et al.] // Bipolar. Disord. - 2005. - Vol. 7, №1. - p. 98-101].
Ряд исследователей приводит доказательную базу эффективности физических упражнений как способов коррекции неблагоприятных биохронологических ситуаций [Пахомова Д.К. Влияние физической нагрузки на эмоционально-поведенческую реактивность лабораторных животных / Д.К. Пахомова // Актуальные проблемы профилактической медицины. Караганда, 2005. - С. 21-23]. Предлагается коррекция психофизиологического состояния человека с использованием физических методов, в частности, предложен «Способ коррекции психофизиологического состояния человека» [Заявка №94005928/14. Рос. Федерация: МПК А61М 21/00 (1995.01); заявители Константинов К.В., Сизов В.В., Мирошников Д.Б. заявл. 15.02.1994; опубл. 27.07.1996]. Авторами предложено корректировать психофизиологическое состояние человека за счет повышения степени однозначности преобразования истинного биологического сигнала организма в сигнале биологической обратной связи при обеспечении требуемого уровня эмоционального эффекта звукового сигнала биологической обратной связи, что предусматривает модуляцию звуковых сигналов сигналами пневмограммы человека путем транспонирования спектра сигналов в частотный диапазон звуковых сигналов, которыми затем воздействуют на человека путем организации биологической акустической обратной связи. Недостатками метода является трудоемкость проводимых процедур, трудность отбора пациентов, соответствующих критериям включения и исключения, проведение исследований с участием человека как объекта таких исследований.
Особое внимание на сегодняшний день уделяется использованию лекарственных препаратов - хронобиотиков [Kasper S. The efficacy of agomelatine in previously-treated depressed patients / S. Kasper, G. Hajak // Eur Neuropsychopharmacol. - 2013. - Vol. 23 (8). - P. 814-821]. В медикаментозной коррекции десинхронозов выделяют несколько основных принципов: хроностандартизованный, при котором время назначения, дозировка и кратность применения хронобиотика фиксированы для всех индивидов и не зависит от индивидуальных особенностей ритма, подлежащего коррекции и хроноселективный, при котором время назначения, дозировка и кратность применения хронобиотика подбираются индивидуально и зависят от особенностей параметров маркерного ритма конкретного индивидуума, подлежащего коррекции [Костенко Е.В. Десинхроноз как один из важнейших факторов возникновения и развития цереброваскулярных заболеваний / Е.В. Костенко, Т.М. Маневич, Н.А. Разумов // Лечебное дело. - 2013. - Вып. 2. - С. 104-116].
Методы фармакологической коррекции, направленные на восстановление нормального циркадианного ритма, приводят к значительному улучшению неврологических и психических функций, улучшению настроения, когнитивного функционирования и восстановлению активности в течение дня [Арушанян Э.Б. Гиппокамп как возможная мишень для действия ноотропных средств / Э.Б. Арушанян, Э.В. Бейер // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2007. - Том 70, №4. - С. 59-65]. Препараты лития, применяемые для стабилизации настроения, могут приводить к задержке фазы сна и увеличению циркадианного периода, через действие на систему киназы гликогенсинтазы-3β, являющейся регулятором эндогенных циркадианных часов [Iitaka С. A role for glycogen synthase kinase-3beta in the mammalian circadian clock / C. Iitaka, K. Miyazaki, T. Akaike [et al.] // J. Biol. Chem. - 2005. - Vol. 280, №33. - Р. 29397-29402]. Учитывая особенности развития десинхронозов, ряд авторов высказывает предположения о возможности использования препаратов экзогенного мелатонина, различного по химической структуре и степени аффинитета к МТ1 и МТ2 рецепторам, для коррекции неблагоприятных биохронологических ситуаций [Lewy, A.J. Circadian uses of melatonin in humans / A.J. Lewy, J. Emens, A. Jackman [et al.] // Chronobiol. Int. - 2006. - Vol. 23, №1-2. - P. 403-412]. Использование в терапии десинхронозов агонистов мелатонина приводит к раннему циркадианному изменению концентрации мелатонина [ К. Early evening melatonin and S-20098 advance circadian phase and nocturnal regulation of core body temperature / K. , C. Cajochen, D.  [et al.] // Am. J. Physiol. - 1997. - Vol. 272, №4, Pt 2. - P. 1178-1188], снижению уровня тревожности [, E. Behavioural and neuroplastic effects of the new-generation antidepressant agomelatine compared to fluoxetine in glucocorticoid receptor-impaired mice / E. , T. Renoir, V. Lelievre [et al.] // Int. J. Neuropsychopharmacol. - 2010. - Vol. 13, №6. - P. 759-774; Барыльник Ю.Б. Современные подходы к синхронизации циркадианных ритмов при депрессии / Ю.Б. Барыльник, Н.В. Филиппова, Л.В. Трайбер // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. - 2014. - №11. - С. 124-128]. Развитие десинхроноза напрямую связано с уменьшением ночного пика уровня мелатонина, регулирующего правильную регуляцию циркадианных ритмов цикла сон-бодрствование, регуляцию кровяного давления, настроение, поведение [Gupta Y.K. Neuroprotective role of melatonin in oxidative stress vulnerable brain / Y.K. Gupta, M. Gupta, K. Kohli // Indian J. Physiol. Pharmacol. - 2003. - Vol. 47, №4. - P. 373-386; Grossman, E. Effect of melatonin on nocturnal blood pressure: meta-analysis of randomized controlled trials / E. Grossman, M. Laudon, N. Zisapel // Vase. Health Risk Manag. - 2011 - Vol. 7. - P. 577-584]. О наличии рецепторов к мелатонину соообщается в работах D.J. Skene, S.R. Pandi-Perumal, P. Kovacic P., причем, по мнению авторов, рецепторы для мелатонина обнаружены на нейронах различных отделов ЦНС, что предполагает его прямые нейротропные эффекты [Kovacic P. Cell signaling, receptors, electrical effects and therapy in circadian rhythm / P. Kovacic, R.J. Somanathan // Recept. Signal Transduct Res. - 2013. - Vol. 33, №5. - P. 267-275]. Выработка гормона мелатонина эпифизом находится под первичным контролем светового режима: на свету его продукция угнетается, в темный период суток - возрастает. Figueiro M.G. представлены данные о том, что информация об усилении яркости света через оптический нерв и СХЯ поступает к шишковидной железе, что приводит к подавлению производства мелатонина. При малой яркости света или его полном отсутствии производство гормона возобновляется [Figueiro M.G. Circadian effectiveness of two polychromatic lights in suppressing human nocturnal melatonin / M.G. Figueiro M.S. Rea, J.D. Bullouqh // Neurosci. Lett. - 2006. - Vol. 406, №3. - P. 293-297]. Поэтому применение мелатонина для фармакологической коррекции и профилактики нарушений функции органов и систем при десинхронозе является актуальным. Известны: патент РФ №2268737 «Способ лечения атопического дерматита», путем назначения Мелатонина в дозировке 3 мг., в 21.00, курсом 21 день; патент РФ N №2428183 «Применения мелатонина в качестве адаптогена»; патент РФ №2418586 «Способ коррекции нарушений в репродуктивных органах, путем введения мелатонина»; патент РФ №2394571 «Способ лечения воспалительных заболеваний кишечника, путем введения мелатонина за 40 минут до сна»: патент РФ №2336890 «Составы, содержащие мелатонин, glingo biloba и биотин», раскрывается состав для стимулирования роста волос; патент РФ №2294741 «Способ лечения больных ишемической болезнью сердца», применение мелатонина на фоне стандартной терапии; заявка на изобретение РФ 2008150624 (заявка РСТ US 373.06.2007 №20070521) «Лечение депрессивных расстройств»; заявка РФ N 22009141713 (заявка РСТ US 100.06.2008 №20080411) «Защитные композиции от ишемии/реперфузии», где упоминается в комбинации мелатонин; заявка РФ N 2 №2009137472 «Таблетка мелатонина и способы изготовления и применения»; заявка РФ N 29 №71 13435 «Способ лечения наркомании».
Ранее, исследованиями М.В. Осикова, О.А. Гизингер, О.И. Огневой с соавторами показано наличие изменений иммунного статуса при действии искусственного света оптического диапазона [Осиков М.В. Иммунотропные эффекты мелатонина при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного искусственного освещения / М.В. Осиков, О.А. Гизингер, О.И. Огнева // Российский иммунологический журнал. - 2014. - Т. 8(17), №2 (1). - С. 119-122]. По результатам исследования получены патенты: [Долгушин И.И., Телешева Л.Ф., Осиков М.В., Гизингер О.А., Огнева О.И. «Способ оценки воздействия искусственного света на функции нейтрофильных гранулоцитов периферической крови»: Пат. 2531051 Рос. Федерация: (51) МПК G01N 33/48; заявитель и патентообладатель ГБОУ ВПО ЮУГМУ Минздрава России. - №2013142730/15; заявл. 19.09.2013; опубл. 20.10.2014, Бюл. №29. - 10 с.; Гизингер О.А., Осиков М.В., Телешева Л.Ф., Огнева О.И., Долгушин И.И., Летяева О.И.; «Способ оценки воздействия света, генерируемого светодиодными искусственными источниками на функции нейтрофильных гранулоцитов периферической крови»: Пат. 2545871 Рос. Федерация: (51) МПК G01N 33/49; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ). - №2013158668/15; заявл. 26.12.2013; опубл. 10.04.2015]. М.В. Осиковым, О.А. Гизингер, О.И. Огневой с соавторами получен патент на использование модели лабораторных животных для изучения влияния искусственного света на организм в эксперименте [Пат. №2556556 Российская Федерация, МПК А61В 5/145, G01N 33/49. Способ оценки воздействия искусственного света на состояние факторов периферической крови и врожденного иммунитета с использованием модели лабораторных животных / Гизингер О.А., Осиков М.В., Огнева О.И.; заявитель и патентообладатель ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России. №2014117407 - заявл. 29.04.2014; опубл. 10.07.2015. - 7 с.]. Авторами патента продемонстрировано, что изменения этологического статуса при действии искусственного света, генерируемого светодиодами, сопровождаются появлением признаков тревоги, угнетения ориентировочно-исследовательского поведения, снижения долговременной памяти и способности к обучению, нарушения пространственной ориентации, однако в предлагаемом ранее патенте способов коррекции изменений поведенческой активности М.В. Осиковым, О.А. Гизингер, О.И. Огневой с соавторами предложено не было.
На сегодняшний момент для коррекции нарушения поведенческой активности и усиления когнитивной функции с применением мелатонина предложен ряд способов, в частности в заявке на Европейский патент N 513702 указано, что мелатонин и его аналоги формулы
1
2
где R и R одинаковые или различны и каждый представляет водород или галоген, могут быть использованы для лечения нарушений сна и в преданестезирующей лекарственной терапии, однако не представлены экспериментальные данные коррекции нарушений поведения при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного освещения. Учитывая, что наличие световых десинхронозов, создаваемых лампами искусственного света, часто встречаемая в мире биохронологическая ситуация, приводящая к возникновению поведенческих расстройств, отсутствие в патенте N 513702 показаний и экспериментов по использованию мелатонина при решении этой проблемы является недостатком данного патента.
Использование аналогов мелатонина рекомендовано для лечения десинхронизационных нарушений, в частности предложен метод «Применение производных мелатонина для лечения десинхронизационных нарушений, фармацевтическая композиция» [Заявка №94041028/14, А1, МПК: А61К 31/16 (1995.01). Применение производных мелатонина для лечения десинхронизационных нарушений, фармацевтическая композиция. Рос. Федерация. - заявл. 16.11.1994; опубл. 20.09.1996. заявитель: Эли Лилли энд Компани (US)., автор Майкал Эдвард Флаф [US] Патентный поверенный: Матвеева Н.А.], где для коррекции десинхронологических расстройств используют аналоги мелатонина, включающие: N-/2-метил-2-(5-метокси-6-фториндол-3-ил) этил/ацетамид, N-/2-этил-2-(5-метокси-6-хлориндол-3-ил) этил/ацетамид, Н-/2-метил-2-(5-метокси6,7-дихлориндол-3-ил) этил/ацетамид и N-/2-метил-2-(5-метокси-6-хлориндол-3-ил) этил/ацетамид [патенты США N 4087444; 4614807 и 4997845]. Авторы полагают, что настоящий способ более эффективен (с точки зрения активности, характера побочных эффектов и длительности действия) для лечения указанных нарушений по сравнению с известными способами. Кроме того, как полагают авторы, применяемые в настоящем способе аналоги мелатонина полностью неядовиты в вводимых дозах, вследствие чего еще одна цель «Применение производных мелатонина для лечения десинхронизационных нарушений, фармацевтическая композиция» состояла в создании безопасного эффективного способа лечения десинхронизационных нарушений. Однако авторами оговорено, что поскольку в настоящем изобретении предложен новый способ лечения у млекопитающих нарушений, возникающих тогда, когда нормальный околосуточный ритм, проявляющийся в сонливости, активной деятельности, потребности в пище и питье, температуре тела, сердечно-сосудистой активности, мочеиспускании, выделении электролита или митотической активности, не синхронизируется с местным характером смены дня и ночи, то для реализации подобного способа необходимы соответствующие фармацевтические композиции.
Поскольку авторами для реализации подобного способа необходимы соответствующие фармацевтические композиции, и целью заявки является их использование в заявленном способе, что безусловно соответствует критерию новизны, однако, с другой стороны, отсутствие представленных в заявке экспериментальных данных по влиянию композиций в ситуации in vivo (экспериментальный десинхроноз) при действии именно светодиодных источников света (наиболее востребованных с точки зрения энергоэффективности), а не искусственного света в целом, как заявлено авторами, является недостатком предложенной заявки. Недостаток метода - отсутствие четких доз препарата у конкретного тестируемого («каждая дозированная форма содержит от 0,1 до 25 мг, или от 0,5 до 5 мг активного компонента…, для отдельных субъектов количество соединения, необходимое для восстановления синхронизации околосуточных ритмов, может превышать 25 мг/день…»), показаний к проведению лечебных мероприятий, отсутствие широкого спектра параметров для исследования поведенческой активности и, самое главное, моделирование эксперимента с участием человека как объекта для проведения исследований без представленных в отчете критериев включения и исключения из обследования.
Одним из способов коррекции поведенческих нарушений является «Комбинация для профилактики и лечения поведенческих, психических и когнитивных расстройств» [Патент № PCT/RU 2012/000906, CN
, ЕР 2905021 А1, ЕР 2905021 А4, US 20150250763, WO 2014054965 A1, МПК: А61К 31/16 (1995.01) Комбинация для профилактики и лечения поведенческих, психических и когнитивных расстройств. Рос. Федерация. - заявл. 7.11.2012; опубл. 27.09.2013 Бюл. №27, заявитель: Эли Лилли энд Компани (US)., авторы: Морозова М.A. (RU), Бениашвили А.Г. (RU), Запольский Максим Эдуардович (RU); Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью ООО "ВАЛЕНТА ИНТЕЛЛЕКТ" (RU)], при котором была изучена и предложена к использованию комбинация для лечения и/или профилактики проявлений психических, когнитивных, поведенческих и неврологических нарушений при органических заболеваниях ЦНС различного генеза, характеризующаяся тем, что она включает Мелатонин в количестве от 0,01 мг до 50 мг и Мемантин в количестве от 0,01 до 100 мг, что обеспечивает создание эффективного комбинированного средства, облегчающего проявление психических, поведенческих, когнитивных расстройств при органическом поражении ЦНС различного генеза. Способ обеспечивает повышение качества терапевтических мероприятий при органическом поражении ЦНС различного генеза и может быль использован в комплексных схемах терапии данной патологии с целью коррекции психических, поведенческих, когнитивных расстройств. Недостатком метода можно считать недостаточно широкий диапазон показаний для лечения и/или профилактики проявлений психических, когнитивных, поведенческих нарушений, в том числе возникающих при десинхронозах, вызванных действием светодиодных или иных ламп искусственного света.
104936584 A
Для коррекции поведенческих расстройств предложен способ «Use of melatonin in the manufacture of a medicament for treating attention deficit hyperactive disorder)) [Заявка № EP 20020708364, МПК A61K 31/4045 (2006.01). Use of melatonin in the manufacture of a medicament for treating attention deficit hyperactive disorder. - заявл. 22.03.2002; опубл. 17.01.2007; Публикация заявки РСТ: РСТ/ЕР 2002/003317, заключающийся в том, что авторами использован экзогенный мелатонин для коррекции синдрома гиперактивности как варианта поведенческих расстройств, возможным недостатком метода является отсутствие экспериментальной модели и применения препарата при неблагоприятных биохронологических ситуациях.
Кроме того, для коррекции нарушения поведенческой активности и усиления когнитивной функции, в частности, предложено изобретение «Композиции и способы усиления когнитивной функции и связанных с ней функций у животных» [Заявка на изобретение RU №2012 114 057, МПК А61К 31/4045 (2006.01). Композиции и способы усиления когнитивной функции и связанных с ней функций у животных Рос. Федерация. - заявл. 02.09.2010; опубл. 20.10.2013 Бюл. №29; Публикация заявки РСТ: WO 2011/031304 (17.03.2011). Заявитель: Нестек С.А. (СН), авторы: Зангхи Брайан Майкл (US), Рамадан Зияд Саад (US)], заключающееся в том, что авторами использована комплексная композиция, пригодная для усиления когнитивной функции у животного, содержащая примерно от 0,001 до 100 мг/кг мелатонина и примерно от 0,001 до 50 мг/кг одного или более каротиноидов, от 0,1 до 400 мг/кг цинка и дополнительно от 15 до 50 мас. % белка, от 5 до 40 мас. % жира и волокна для усиления когнитивной функции у животного, в том числе человека. Ксантофиллы выбраны авторами из группы, состоящей из астаксантина, лютеина, зеаксантина, неоксантина, виолаксантина, α-криптоксантина и β-криптоксантина. Использование комплекса рекомендуется при пониженной способности к вспоминанию, потере кратковременной памяти, пониженной скорости обучаемости, пониженной способности к обучаемости, пониженном умении решать проблему, пониженном объеме внимания, повышенной спутанности сознания или деменции, по сравнению с контрольным животным, не имеющим данного фенотипа.
Недостаток метода - рекомендации к применению у старых или стареющих животных, без рассмотрения применения добавки при неблагоприятных биохронологических ситуациях. Кроме того, авторами рассмотрена возможность использования добавки у человека, но не представлены экспериментальные данные об эффективности и безопасности применения данной композиции у человека, кроме того, не представлена конкретизация доз, рекомендованных у того или иного животного «…содержащая примерно от 0,001 до 100 мг/кг мелатонина и примерно от 0,001 до 50 мг/кг одного или более каротиноидов, от 0,1 до 400 мг/кг цинка для усиления когнитивной функции у животного, в том числе человека…». Авторами не представлены данные о конкретных дозах и количествах препарата, эффективных для усиления когнитивной функции у конкретного животного (предложен достаточно широкий диапазон доз, например, от 0,001 до 50 мг/кг) и способы учета «конкретных желательных результатов», возникающих после использования предлагаемой композиции. Несмотря на описанные недостатки экспериментальные исследования с использованием модели животных являются приоритетными для изучения действия препарата и использования его для конкретной ситуации, данный способ взят нами за прототип.
В основу нашего изобретения положена задача, заключающаяся в создании способа коррекции нарушений поведения при десинхронозе в условиях светодиодного освещения с использованием экзогенного мелатонина, отличающегося тем, что в экспериментальных условиях светового десинхроноза, создаваемого содержанием лабораторных животных (морских свинок) при круглосуточном освещении светодиодными лампами, с цветовой температурой 4500 К в диапазоне длин волн 360-460 нм в течение 30 суток, в тестах поведенческого фенотипирования «открытое поле» и водный «лабиринт» Морриса.
Указанная техническая задача решается за счет того, что в нашем способе с использованием модели лабораторных животных (морских свинок), впервые при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного освещения использован метод оценки и коррекции поведенческих нарушений препаратом Мелаксен и показано его нормализующее влияние на нарушенные поведенческие реакции, регистрируемые при экспериментальном десинхронозе, что дает возможность его активного использования при данных нарушениях в качестве средства, нормализующего поведенческие дисфункции в неблагоприятных биохронологических ситуациях.
Для проведения исследования по коррекции нарушений поведения в условиях экспериментального десинхроноза с использованием экзогенного мелатонина в составе препарата Мелаксен проведено экспериментальное исследование на эксперименты in vivo выполнены на на 160 нелинейных половозрелых морских свинках самцах массой 300±50 г, доставленных из питомника лабораторных животных филиала ФГУП НПО «Микроген» МЗ РФ (с. Горный, Чишминского района, Башкортостан), находящихся в стандартных условиях вивария, на типовом рационе в соответствии с нормами, утвержденными Приказом Минздрава СССР №1179 от 10.10.1983 г., свободном доступе к пище и воде. Все манипуляции с экспериментальными животными выполнялись в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (ETSIN 123, 18 марта 1986 г.), включая приложение А от 15.06.2006, с Директивой 2010/63/EU Европейского парламента и совета Европейского союза по охране животных, используемых в научных целях от 22.09.2010. Световой десинхроноз создавали содержанием морских свинок при круглосуточном (24 часа) искусственном освещении. В исследовании были использованы светодиодные источники освещения «ISAlight - Офис 32», ООО «Инженерные Системы Автоматизации», Россия с цветовой температурой 4500 К диапазоном длин волн 360-460 нм, световым потоком светильника 2300Лм. Источники освещения располагались на расстоянии 250 см над клетками с экспериментальными животными, таким образом, чтобы световой поток равномерно освещал весь периметр клетки. Для исследования нелинейные половозрелые морские свинки (160) были случайным образом разделены на группы: десинхроноз в условиях светодиодного освещения - ДЕССДО, (n=80); - животные, которым при десинхронозе в условиях светодиодного освещения вводили экзогенный мелатонин - ДЕССДО+МТ, (n=80).
Раствор мелатонина готовили из препарата «Мелаксен» (МНН: мелатонин, «Юнифарм Инк.», США) в изотоническом растворе NaCl 0,9% ex tempore. Введение мелатонина животным осуществляли per os в дозе 1 мг/кг ежедневно в вечернее время (21.00 час) с 1 суток эксперимента в течение 30 дней. Суммарная доза составила 30 мг/кг. Животным группы сравнения вводили эквиобъемное количество изотонического 0,9% раствора NaCl. Исследования проводили на 10, 20, 30 сутки. Этологические методы исследования: тест открытое поле: проводится с целью изучения поведения экспериментальных животных в новых (стрессогенных) условиях и позволяет оценить по выраженности и динамике отдельных поведенческих элементов, во-первых, уровень эмоционально-поведенческой реактивности животного, во-вторых, стратегию ориентировочно-исследовательского поведения. Актограф представляет собой открытую квадратную площадку 80×80 см, ограниченную по периметру непрозрачными бортами. Дно арены разделено на 16 квадратов, в центре каждого квадрата имеется 1 отверстие диаметром 3 см, предназначенное для выявления видоспецифического компонента исследовательской активности у грызунов (норковый рефлекс). Исследуемое животное помещали в открытое поле в угловой квадрат у стенки арены. Тест продолжался 30 мин. Каждое животное тестировалось один раз. В ходе теста регистрировали последовательности поведенческих актов: горизонтальную активность (ГА) - число пересеченных квадратов на дне арены, вертикальную активность (ВА) - число стоек животным на задние лапы с опорой и без опоры на борт арены, исследовательскую активность (ИА) - число заглядываний в отверстия в полу арены, число актов груминга (ГР), количество фекальных болюсов (ФБ). Поведенческие акты и вегетативные реакции фиксировали с помощью видеокамеры Logitech HD С525. Полученные данные обрабатывали математически с использованием компьютерной программы «RealTimer» (ООО «НПК Открытая Наука», Россия). Тест проводили на 9, 19, 29 сутки эксперимента. Водный «лабиринт» Морриса: применяется для исследования у животных состояния когнитивной функции, способности к пространственной навигации. Представляет собой бассейн диаметром 180 см и высотой 60 см, заполненный водой. Воду в бассейне окрашивали молоком, для исключения возможности визуально распознавать подводную платформу. Температура воды составляла 24±2C°. На стенах бассейна закрепляли изображения черно-белых геометрических фигур для облегчения ориентирования животных в пространстве (круг, квадрат, треугольник, ромб). Платформу из полупрозрачного оргстекла 15×15 см помещали в центр северного сектора бассейна (рядом с фигурой ромба), ниже уровня воды на 1-2 см. Проводили ряд тестов: тест со скрытой платформой, тест на зрительное восприятие, тест без платформы. Движения животных фиксировали с помощью видеокамеры Logitech HD С525, размещенной над бассейном. В ходе эксперимента выполнено три серии тестов в водном «лабиринте» Морриса: с 4 по 9 сутки эксперимента, с 14 по 19 сутки эксперимента, с 24 по 29 сутки эксперимента. В каждой серии тестов участвовали разные животные. В тесте со скрытой платформой ежедневно в течение четырех дней животным давали по 2 попытки для поиска невидимой с поверхности воды платформы, для чего морскую свинку помещали в воду мордой к стенке в одном из четырех секторов бассейна. Попытка заканчивалась в момент нахождения животным платформы или через 90 с, если морская свинка не находила платформу. Отдых животного на платформе, независимо от результата теста, продолжался 30 с. Если животное оставалось на платформе менее 15 с, его возвращали на платформу дважды. В интервале между двумя испытаниями животные помещались в клетку на 5 мин. В каждый из четырех дней меняли сектор запуска животного в бассейн. В данном тесте регистрировали среднее время поиска скрытой под водой платформы между двумя попытками, среднюю длину траектории достижения поиска скрытой под водой платформы между двумя попытками. Расчет траектории перемещения животного осуществляли с помощью компьютерной программы «Any-maze» («Stoelting Со.», США). На 5-й день проводили два теста: тест на зрительное восприятие и тест без платформы. В тесте на зрительное восприятие в южный сектор (напротив северного, в котором располагалась платформа, скрытая под водой в течение четырех дней) помещали возвышающуюся на 1,5 см над водой черную платформу, а животных запускали в бассейн в северном секторе. Время нахождения платформы не ограничивали. Регистрировали время нахождения платформы. В тесте без платформы животных помещали в южный сектор и платформу убирали. Время попытки составляло 90 секунд. Регистрировали время пребывания животного в каждом секторе, процент нахождения животного в северном секторе - в области расположения подводной платформы. Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета прикладных программ «Statistica v. 10.0 for Windows)). Характеристика выборок представлена в формате «М±m», где М - среднее арифметическое значение признака, m - стандартная ошибка среднего. Проверку статистических гипотез в группах проводили с использованием непараметрических критериев (U - Манна-Уитни, WW - Вальда-Вольфовитца). Для выявления связи между изучаемыми параметрами использовали коэффициент корреляции Спирмена (R). Отличия считали статистически значимыми при р≤0,05.
Осиковым М.В., Гизингер О.А., Огневой О.И. показано, что при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного освещения критическим является промежуток с 10 по 20 сутки, что сопровождается ухудшением ориентировочно-исследовательской активности и когнитивной функции на фоне депрессивного состояния животных, что требует проведения коррекции их поведенческой активности [Осиков М.В. Этологический статус и когнитивная функция при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного освещения / М.В. Осиков, О.И. Огнева, О.А. Гизингер, А.А. Федосов // Фундаментальные исследования. - 2015. - №1, часть 7. - С. 1392-1396].
Анализ поведения животных в тесте «открытое поле» на фоне введения мелатонина выявил достоверное повышение горизонтальной и вертикальной активности на 10 сутки эксперимента по сравнению с данными в группе десинхроноза (таблица 118). На 20 сутки исследования выявлено повышение горизонтальной, вертикальной и исследовательской активности. На 30 сутки отмечено повышение показателей горизонтальной и исследовательской активности в сочетании со снижением количества фекальных болюсов. Таким образом, горизонтальная активность повышается на 10, 20 и 30 сутки, вертикальная активность повышается на 20 и 30 сутки, исследовательская активность повышается на 20 и 30 сутки, количество фекальных болюсов снижается на 30 сутки. При оценке показателей этологического статуса в динамике 10-30 суток на фоне введения мелатонина не обнаружено достоверных отличий на 20 сутки по сравнению с 10 сутками, на 30 сутки по сравнению с 10 и 20 сутками.
При сравнении с группой стандартного фиксированного светодиодного освещения отмечено повышение горизонтальной активности на 10, 20 и 30 сутки, восстановление показателей вертикальной и исследовательской активности на 20 и 30 сутки, повышение актов груминга и восстановление показателя актов дефекации на 30 сутки.
Повышение на 10 сутки и горизонтальной, и вертикальной активности указывает на то, что у животных преобладает стремление к исследованию незнакомой территории над страхом, потому что горизонтальная и вертикальная активности являются составляющими ориентировочно-исследовательского поведения животных. На 20 сутки сочетание повышения показателей горизонтальной, вертикальной и исследовательской активности указывает на то, что животные чувствуют себя комфортно для того, чтобы исследовать новую обстановку. На 30 сутки повышение горизонтальной и исследовательской активности в сочетании с низким числом фекальных болюсов говорит о том, что у животных отсутствуют признаки тревоги, ориентировочно-исследовательская активность не угнетена.
При проведении исследования на фоне применения мелатонина при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного освещения у животных отсутствовали признаки тревоги на 20 и 30 сутки эксперимента, признаки угнетения ориентировочно-исследовательского поведения во все сроки эксперимента (табл. 1).
При проведении теста со скрытой платформой в водном «лабиринте» Морриса отмечено, что время нахождения платформы не отличается от данных в группе десинхроноза на 10 сутки во все дни проведения методики (табл. 2). На 20 и 30 сутки время нахождения платформы уменьшается во второй, третий и четвертый дни проведения методики, то есть животные находят платформу быстрее, чем в группе десинхроноза. В динамике наблюдений 10-30 суток на фоне введения мелатонина время нахождения скрытой под водой платформы на 20 сутки уменьшается по сравнению с 10 сутками со второго по четвертый дни проведения методики; на 30 сутки - достоверно уменьшается со второго по четвертый дни по сравнению с 10 сутками, во второй и четвертый дни по сравнению с 20 сутками эксперимента. При сравнении с группой стандартного фиксированного светодиодного освещения время уменьшается на 20 и 30 сутки во все дни проведения методики.
При исследовании длины траектории поиска скрытой платформы на 10 сутки эксперимента не обнаружено отличий от группы десинхроноза (табл. 3).
На 20 сутки длина траектории уменьшается по сравнению с группой десинхроноза со второго по четвертый дни проведения методики. На 30 сутки животные проходят путь до платформы по наименьшей траектории во все дни проведения методики по сравнению с группой десинхроноза. При оценке длины траектории поиска скрытой под водой платформы в динамике наблюдений 10-30 суток на фоне введения мелатонина не обнаружено достоверных отличий на 20 сутки по сравнению с 10 сутками, на 30 сутки по сравнению с 10 и 20 сутками эксперимента. При сравнении с группой стандартного фиксированного светодиодного освещения длина пройденного пути восстанавливается на 20 сутки в третий и четвертый дни проведения методики, уменьшается на 30 сутки во все дни проведения методики. Анализируя изменения параметров теста со скрытой платформой, можно сказать, что введение мелатонина на 10 сутки не влияет на способность животных к обучению. На 20 и 30 сутки мелатонин приводит к улучшению способности к обучению, ориентации в пространстве.
При оценке теста на зрительное восприятие отмечено, что время нахождения видимой платформы уменьшается на 20 и 30 сутки при сравнении с группой десинхроноза (таблица 4).
Динамика времени нахождения видимой платформы на 10-30 сутки на фоне введения мелатонина показала его уменьшение на 20 сутки по сравнению с 10 сутками, на 30 сутки по сравнению с 10 и 20 сутками эксперимента. При сравнении с группой стандартного фиксированного светодиодного освещения отмечено восстановление времени поиска видимой платформы на 20 сутки, его уменьшение на 30 сутки эксперимента. Это свидетельствует об улучшении восприятия объекта в новых условиях и улучшении ориентации в пространстве.
При оценке теста без платформы доля времени нахождения животного в той области, где располагалась подводная платформа, увеличивается на 20 сутки и 30 сутки (табл. 5).
Полученные результаты указывают на то, что в условиях введения мелатонина животные лучше запоминали по наружным ориентирам место расположения скрытой платформы, что отражает улучшение состояния долговременной памяти. Исследование доли времени нахождения животного в области расположения подводной платформы на фоне введения мелатонина в динамике 10-30 суток показало ее снижение на 30 сутки по сравнению с 10 сутками. При сравнении с группой стандартного фиксированного светодиодного освещения отмечено, что показатель доли времени нахождения животного в области расположения платформы восстанавливается на 20 и 30 сутки эксперимента
Таким образом, применение мелатонина при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного освещения в тесте «открытое поле» приводит к повышению горизонтальной активности на 10, 20 и 30 сутки, повышению вертикальной и исследовательской активности на 20 и 30 сутки, снижению количества фекальных болюсов на 30 сутки (таблица 1). В условиях применения мелатонина в тесте со скрытой платформой водного «лабиринта» Морриса уменьшается время и длина траектории поиска платформы на 20 и 30 сутки эксперимента. При проведении теста на зрительное восприятие уменьшается время нахождения видимой платформы на 20 и 30 сутки. В тесте без платформы увеличивается доля времени нахождения животного в той области, где располагалась подводная платформа на 20 и 30 сутки.
Итак, при проведении оценки поведенческих тестов «открытое поле» и водный «лабиринт» Морриса на фоне введения мелатонина при десинхронозе в условиях светодиодного освещения отмечается отсутствие признаков угнетения ориентировочно-исследовательского поведения во все сроки эксперимента, отсутствие тревоги, улучшение долговременной памяти, улучшение способности к обучению, улучшение ориентации в пространстве на 20 и 30 сутки.
Таким образом применение экзогенного мелатонина в составе препарата Мелаксен для коррекции нарушений поведения при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного освещения, включающем анализ влияния излучений света оптического диапазона света, генерируемых светодиодами, с цветовой температурой 4500 К в диапазоне длин волн 360-460 нм, световым потоком светодиодного носителя 2300 Лм устраняет признаки тревоги и угнетения ориентировочно-исследовательского поведения, восстанавливает способность к обучению, пространственную ориентацию, долговременную память. Применение способа коррекции нарушений поведения при экспериментальном десинхронозе для коррекции нарушений поведения при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного освещения с использованием экзогенного мелатонина в составе препарата «Мелаксен» (МНН: мелатонин Юнифарм. Инк., США) позволяет расширить знания о патогенезе десинхроноза в условиях действия искусственного света и предложить способ коррекции нарушений поведения при экспериментальном десинхронозе для коррекции нарушений поведения при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного освещения.
Предлагаемый способ отличается от существующих тем, что используя комплексную оценку поведенческой активности лабораторных животных (морских свинок) в условиях десинхроноза в тестах поведенческого фенотипирования «открытое поле» и водный «лабиринт» Морриса приобретается возможность более качественно, без использования человека как объекта исследований, оценить особенности изменений поведенческой активности чувствительных лабораторных животных, изучить роль экзогенного мелатонина в коррекции нарушений ориентировочно-исследовательского поведения, способности к обучению, пространственной ориентации, долговременной памяти, спрогнозировать возможные исходы и риски, связанные с медикаментозной коррекцией неблагоприятных биохронологических ситуаций. Ввиду корректности метода (уход от необходимости использования человека как объекта исследования), простоты выполнения манипуляций и дешевизны лабораторных методов исследования указанный способ оценки доступен большинству медико-биологических центров, занимающихся изучением соответствующей проблемы, в том числе медико-биологическими проблемами изучения действия искусственного света на организм.
Заявляемый способ может найти широкое применение в биологии, экспериментальной медицине, патофизиологии при планировании и проведении экспериментов по изучению десинхроноза и разработке патогенетической коррекции нарушений поведения с использованием экзогенного мелатонина в условиях светодиодного освещения, что свидетельствует о его соответствии критерию «промышленная применимость».
Литература
1. Арушанян Э.Б. Место гиппокампа в биоритмологической организации поведения / Э.Б. Арушанян, Э.В. Бейер // Успехи физиол. Наук. - 2001. - №32. - С. 79-85.
2. Закгейм А.Л. О биологическом эквиваленте излучения светодиодных источников излучения светодиодных и традиционных источников освещения с цветовой температурой 1800-10000 К / А.Л. Закгейм // Светотехника.- 2012. - №3. - С. 7-11.
3. Иоффе К.И. Биологическое влияние видимого света на человека / К.И. Иоффе // Светотехника. - 2008. - №3. - С. 21-29.
4. Anea С.В. Vascular disease in mice with a dysfunctional circadian clock / C.B. Anea, M. Zhang D.W. Stepp [et al.] // Circulation. - 2009. - Vol. 119, №11. - P. 1510-1517.
5. Barnard A.R. When Clocks Go Bad: Neurobehavioural Consequences of Disrupted Circadian Timing [Electronic resource] / A.R. Barnard, Nolan P.M. // PLoS Genet - 2008. - Vol. 4, №5. - Mode of access:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2295261/pdf/pgen.1000040.pdf/ (Date of access: 19.09.2015)
6. Gupta Y.K. Neuroprotective role of melatonin in oxidative stress vulnerable brain / Y.K. Gupta, M. Gupta, K. Kohli // Indian J. Physiol. Pharmacol. - 2003. - Vol. 47, №4. - P. 373-386.
7. Figueiro M.G. Circadian effectiveness of two polychromatic lights in suppressing human nocturnal melatonin / M.G. Figueiro, M.S. Rea, J.D. Bullouqh // Neurosci. Lett. - 2006. - Vol. 406, №3. - P. 293-297.
8. Martinez-Nicolas A. Day-night contrast as source of health for the human circadian system. / A. Martinez-Nicolas, J.A. Madrid, M.A. Rol // Chronobiol. Int. - 2014. - Vol. 31, №3. - P. 382-393.
9. Reiter R.J. Biogenic amines in the reduction of oxidative stress: melatonin and its metabolites / R.J. Reiter, D.X. Tan, M.J. Jou [et al.] // Neuro Endocrinol. Lett. - 2008. - Vol. 29, №4. - P. 391-398.
10. Yokoyama S. Adaptive evolutionary paths from UV reception to sensing violet light by epistatic interactions [Electronic resource] / S. Yokoyama, A. Altun, H. Jia, [et al.] // Sci Adv. - 2015. - Vol. 1, №8. - Mode of access:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26601250 (Date of access: 07.07.2015)
11. Kasper S. The efficacy of agomelatine in previously-treated depressed patients / S. Kasper, G. Hajak // Eur Neuropsychopharmacol. - 2013. - Vol. 23 (8). - P. 814-821.