Циркадианные ритмы концентрации эндогенного лития в мозге, крови и моче крыс в период зимнего и летнего солнцестояний

Замощина Т.А., Новицкая Л.Н., Иванова Е.В.

Сибирский медицинский государственный университет, Томск

ЦИРКАДИАННЫЕ РИТМЫ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭНДОГЕННОГО ЛИТИЯ В МОЗГЕ, КРОВИ И МОЧЕ КРЫС В ПЕРИОД ЗИМНЕГО И ЛЕТНЕГО

СОЛНЦЕСТОЯНИЙ

В период зимнего солнцестояния у крыс наблюдали свободно текущие ритмы концентрации эндогенного лития в мозге (21 ч), крови (21 ч) и моче (22 ч). В этих условиях обнаружена отрицательная корреляционная связь (г= - 0,76 Р<0,0001) только между ритмами концентрации лития в мозге и крови. В период летнего солнцестояния отметили удлинение периода свободно текущих ритмов концентрации эндогенного лития в мозге (23 ч) и в крови (22 ч), в то время как ритм выведения лития с мочой оказался суточным. Корреляционных связей между исследованными ритмами в этот сезон года не выявлено. Среднесуточная концентрация лития в мозге крыс от сезона к сезону не изменялась, а в крови и моче зимой была выше, чем летом (Р<0,05).

Микроэлемент литий входит в состав клеток растений (A. Cyran, 1996), животных и человека (U. Shafer, 1997). До настоящего времени биологическая роль эндогенного лития остается неизвестной, хотя в психиатрической практике с 1949 года соединения данного элемента используются для лечения маниакальнодепрессивных расстройств (S. Burgess et al., 2001). В хронобиологических исследованиях установлены ритмомодулирующие свойства солей лития (W. Engelmann, 1973, Т.А Замощина. и др., 1992). Показано, что в биологических средах литий может конкурировать с натрием, калием и кальцием (K. Thomsen, 1981; К.П., Г ри-горян и др. 1999; Emamifar et al., 2000; O.V. Olesen), содержание которых в различных тканях и жидкостях человека и животных подвержено суточной и сезонной динамике (Н.Р. Де-ряпа, 1985). Вышей изложенные данные определили цель нашего исследования, которая состояла в изучении хронобиологических особенностей суточной динамики содержания эндогенного лития в крови, мозге и моче крыс в периоды зимнего и летнего солнцестояний.

Материалы и методы

Две серии экспериментов выполнены в периоды летнего и зимнего солнцестояний при естественном освещении на 224 крысах-самцах породы Вистар массой 180-250 г. Крыс содержали в группах по 8-10 особей на стандартном пищевом рационе и свободном доступе к пище и воде круглые сутки. У животных, предварительно адаптированных к индивидуальным обменным клеткам, собирали пробы мочи каждые 4 часа (начало в 9.00) в течение суток (6 проб в сутки для каждой крысы). На следующие сутки животных декапитировали под эфирным наркозом каждые 6 ч, забирая в эти же часы пробы крови и мозга. Кровь разводили в соотношении 1:2 дистиллированной водой, а затем центрифугировали в течение 10 мин при 1,5 тыс.

оборотов/мин для отделения сгустка фибрина. У каждой крысы извлекали головной мозг, удаляли продолговатый мозг и мозжечок, т.е. не учитывали структуры с наименьшим содержанием лития (Ebadi et al., 1974). Навески мозга животных подвергали влажному озолению в азотной кислоте (6 Н HNO3). Последующее озо-ление осуществляли путем добавления концентрированной НС1 (Иванова и др., 1990). Содержание лития в крови, мозге и моче крыс определяли на пламенном фотометре фирмы «Карл-Цейс» при давлении воздуха 3,92-104Па и давлении ацетилена 294,2 Па (Тарасевич и др., 1973) и выражали в ммоль/л. Чувствительность прибора для лития составила 0,0086 ммоль/л.

Статистическую обработку данных проводили с помощью дисперсионного анализа (ANOVA) (I. Le Fur et al., 2001), метода линейных контрастов Sheffe (В.П. Леонов, 1990) и косинор-анализа. Последний метод был предложен Ф. Халбергом (Ф.И. Комаров, 1989) и модифицирован В.М. Ерошенко и А.А. Сорокиным (1980) для выявления статистически значимых гармоник в вариационных временных рядах. Корреляционные связи между исследуемыми ритмами оценивали по Спирмену (Г.Ф. Лакин, 1990).

Результаты и их обсуждение

Согласно дисперсионному анализу в период зимнего солнцестояния суточная динамика содержания катиона в мозге и в крови была линейной

наибольший уровень лития наблюдался в интервале с 09 до 13 ч (F=2,74; P=0,03), а наименьший - с 17 до 01 ч (F=7,86; P=0,01). Косинор-анализ выявил ритм с периодом 22 ч, акрофаза которого приходилась на утренние часы (табл.). Следовательно, в условиях короткого зимнего дня при слабой интенсивности естественного освещения ритмы концентрации эндогенного лития в моче, мозге и крови имели свободно текущий характер, то есть не захватывались внешним свето-темновым 24 ч циклом. В этих условиях сохранялась внутренняя синхронизация ритмов концентрации катиона в мозге и крови крыс.

В период летнего солнцестояния наибольшее содержание эндогенного катиона лития в мозге крыс обнаружено в интервале с 03 до 09 ч утра (F=3,20; P=0,049), а минимальное - с 21 до 03 ч ночи (P=0,049) (рис.). Косинор-анализ выявил околосуточный 23 ч ритм (табл.) с акро-фазой в утренние часы. Согласно дисперсионному анализу содержание эндогенного лития в крови от пробы к пробе в течение суток существенно не изменялось (табл., рис.). Однако, используя косинор-анализ в суточной динамике этого показателя была обнаружена 22 ч периодичность (табл.) с акрофазой в утренние часы. Минимальная концентрация эндогенного лития в моче (табл., рис.) определялась в промежутке с 05 до 13 ч (F=11,69; P<0,001), а максимальная - в интервале с 21 до 05 ч (Р<0,0001). Косинор-анализ показал, что суточная динамика выведение эндогенного лития с мочой подчинялась закону 24 ч ритму. Акрофаза 24 ч ритма приходилась на ночное время, то есть в период активности крыс, что соответствует наблюдениям других исследователей (Lunau et al., 1994), (Olesen O.V., Thomsen K., 1985). Корреляционных связей между ритмами концентрации лития в мозге и крови или моче крыс не выявлено, возможно, из-за разнопериодности ритмов. Следовательно, в условиях длинной све-

Мозг

-зима

-лето

время, ч

Кровь

-зима

-лето

15 21

время, ч

моча

время, ч

Рисунок. Суточная динамика концентрации лития в мозге, крови и моче крыс в период зимнего и летнего солнцестояний.

Примечание: вертикальные линии - доверительный интервал

Таблица. Характеристики суточных и околосуточных ритмов концентрации катиона лития в различных биологических средах крыс в периоды зимнего и летнего солнцестояний

Сезон года Биологичес кая среда Период ритма, ч Акрофаза ритма и ее доверительный интервал, ч. мин Амплитуда ритма и ее доверительный интервал, ммоль/л Среднесуточная концентрация лития, ммоль/л

Мозг 21 8.00 (3.56-10.31) 0,07(0,01-0,13) 0,17±0,01

Зима о о со 0й 21 7.57 (5.46-13.14) 0,013(0,01-0,02) 0,086±0,01

Моча 22 10.04 (7.52-12.16) 0,05(0,02-0,08) 0,13±0,01

Мозг 23 6.31 (3.56-10.06) 0,04(0,003-0,07) 0,16±0,01

Лето Кровь 22 8.09 (6.20-10.49) 0,01(0,002-0,01) 0,036±0,001*

Моча 24 1.46 (23.46-4.00) 0,013(0,01-0,02) 0,05±0,002*

товой фазы ритмы концентрации лития в мозге и в крови не захватывались 24 ч свето-тем-новым циклом и перестраивались на режим эндогенного осциллятора, а ритм выведения лития с мочой - синхронизирован 24 ч циклом свет-темнота.

Анализ экспериментального материала показал, что период изученных околосуточных ритмов от сезона к сезону изменялся согласно правилу Ю. Ашоффа (1984), то есть в условиях короткой световой фазы зимой он укорачивался, а в условиях длинного дня летом, наоборот, удлинялся. Зимой наблюдалась внутренняя синхронизация только циркадианных ритмов содержания лития в мозге и крови. Летом выявлялся внутренний десинхроноз между всеми изученными ритмами. Свободно текущие ритмы содержания лития в биологических средах зимой, по-видимому, обусловлены длительной темновой фазой суток, а летом - длительной световой фазой, когда некоторые ритмы могут выходить из-под контроля свето-темнового времязадателя (Ашофф Ю., 1984). Только ритм выведения катиона почками в условиях летнего солнцестояния оставался захваченным циклом свет-темнота.

Среднесуточная концентрация лития (табл.) в мозге животных не имела сезонных

особенностей, а в крови и моче уменьшалась летом в сравнении с соответствующим показателем зимой, что может указывать на большую потребность тканей крыс в микроэлементе в летний период.

Выводы

1. Суточная динамика концентрации эндогенного лития в мозге, крови и моче интактных крыс в период летнего и зимнего солнцестояний изменялась ритмически.

2. В период зимнего солнцестояния ритмы содержания эндогенного лития в моче, крови и мозге крыс были свободно текущими. При этом ритмы концентрации катиона в мозге и крови были синхронизированы по периоду и фазе и находились в корреляционных отношениях между собой.

3. В период летнего солнцестояния ритмы концентрации эндогенного лития в крови и мозге имели свободно текущий характер, а в моче - суточный. Корреляционных отношений между исследованными ритмами не обнаружено.

4. Среднесуточная концентрация лития в мозге не изменялась от сезона к сезону, а в крови и моче крыс зимой была выше, чем летом.

Список использованной литературы:

1. Ашофф Ю. Биологические ритмы. М.: Изд-во Мир, 1984. - Т.1. - 246 с.

2. Григорян К.П., Казарян С.А., Азатян К.В., Айрапетян С.Н. Действие литиевых солей аминокислот и их производных на вход Са в нейроны виноградной улитки // Хим.-фармац. ж. - 1999. - Вып.10. - С.17-19.

3. Деряпа Н.Р., Мошкин М.П., Посный В.С. Проблемы медицинской биоритмологии. М.: изд-во Медицина, 1985. - 208 с.

4. Ерошенко В.М., Сорокин А.А. Пакет прикладных программ Косинор-анализа и методические указания по его использованию.

5. Алгоритмы и программы // Информационный бюллетень ГФАП СССР. - 1980. - № 70. - С.38.

6. Замощина Т.А., Матвеенко А.В., Саратиков А.С. Влияние оксибутирата лития на циркадианный ритм покой-активность и

структуру сна в эксперименте // Бюлл. эксперим. биол. и мед. - 1992. - № 2. - С. 152-154.

7. Иванова Е.В., Баранова О.В., Кашкан Г.В. Определение лития в органах морских свинок // Медико-биологические аспекты

нейро-гуморальной регуляции. - 1990. - Вып. 1. - Томск. - С. 29-31.

8. Комаров Ф.И. Хронобиология и хрономедицина. М.: изд-во Медицина. - 1989. - 399 с.

9. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: изд-во Высшая школа, 1990. - 352 с.

10.Леонов В.П. Обработка экспериментальных данных на программируемых микрокалькуляторах. - Томск: изд-во Том. унта, 1990. - 376с.

11. Тарасевич Н.И., Семененко К.А., Хлыстова А.Д. Методы спектрального и химико-спектрального анализа. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1973. - 275 с.

12.Burgess S., Geddes J., Hawton K., Tomsend E., Jamison K., Goodwin G. Lithium for maintenance treatmen of mood disorders // Coch rane. Detabase. Syst. Rev. - 2001. - V. 3. - P.13.

13. Cyran A. Zawartosc litu w ziomach i czesciach uzytkowych ziom // Zesz. nauk. Rol. - 1996. - V. 63. - P. 159-162.

14. Ebadi M., Simmons V., Hendrickson M., Lacy P. Pharmacokinetics of lithium and its regional distribution in rat brain // Eur. J. Phar macol. - 1974. - T. 27. - № 3. - P. 324-329.

15. Emamifar M., Shalmi M., Thomsen K., Christensen S. Mechanisms of distal-nephron Li(+) reabsorption during dietary K(+) restriction in rats // Kidney Blood Press. Res, 2000. - V. 23. - № 2. - P. 83-88.

16. Engelmann W. A slowing down of circadian rhythms by lithium ions // Z. Naturforsch. - 1973. - V.28. - P.733-736. McEachron D.L., Kripke D.F., Wyborney V.G. Lithium promotes entrainment of rats to long circadian light-dark cycles // Psychiatry Res. -1981. - V. 5, № 1. - P. 1-9.

17. Le Fur I., Reinberg A., Lopes S. Analysis of circadian and ultradian rhythms of skin surface properties of face and forearm of healthy women // J. Invest. Dermatol. - 2001. - V. 117, № 3. - P. 718-724.

18. Lunau H.E., Bak M., Petersen J.S., Shalmi M., Marcussen N., Christensen S. Renal adaptations to continuous administration of fu rosemide and bendroflumethiazide in rats // Pharmacol. Toxicol. - 1994. - V. 74, № 4-5. - P. 216-222.

19. Olesen O.V., Thomsen K. 1981. A comparison between the natriuretic response to potassium in lithium- and amiloride-treated rats // Acta

20. Pharmacol. Toxicol. - V. 48, № 5. - PP. 382-389.

21. Olesen O.V., Thomsen K. Diurnal variations in serum lithium and renal lithium clearance in rats given lithium as a single small dose or as multiple high doses // Acta Pharmacol. Toxicol. - 1985. - V. 57. - № 3. - PP. 171-175.

22. Shafer U. Essentiality and toxicity of lithium // J. Trace and Microprobe Techn., 1997. - № 3. - PP. 341-349.