Соотношение между уровнем поведенческой активности, концентрацией циркулирующего кортикостерона у крыс с различной устойчивостью к гипоксии

УДК 612.-017 + 577.125-0.92.9

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ УРОВНЕМ ПОВЕДЕНЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ, КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ЦИРКУЛИРУЮЩЕГО КОРТИКОСТЕРОНА У КРЫС С РАЗЛИЧНОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ К ГИПОКСИИ

О.В. Кузина, О.Б. Цейликман, М.С. Лапшин, Д.А. Козочкин, М.В. Комелькова, В.Э. Цейликман

Цель исследования - определить зависимость между уровнем кортикостерона, поведенческой активностью и исходной устойчивостью к гипоксии. Исследование выполнено на 46 белых беспородных крысах. Животные первоначально подвергались действию гипербарической гипоксии. По результатам тестирования животные разделялись на высокоустойчивых (ВУ), низкоустойчивых (НУ) и промежуточно устойчивых животных (ПрУ). В плазме крови определяли содержание кортикостерона. В печени определяли активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и моноаминооксидазы (МАО-Б). Поведенческую активность определяли в тесте «открытое поле». У животных, обладающих промежуточной устойчивостью к гипоксии (ПрУ), был исходно более высокий уровень кортикостерона, чем у интактных животных и у животных как с высокой устойчивостью (ВУ), так и с низкой устойчивостью (НУ) к гипоксии. ПрУ животные характеризовались большей выносливостью во время плавания при низкой температуре. Животные с промежуточной устойчивостью к гипоксии превосходят остальных животных по адаптивным возможностям.

Ключевые слова: гипоксия, кортикостерон, поведенческая активность, тревожность.

Глюкокортикоиды как гормоны адаптации играют ключевую роль в подготовке организма к предстоящим стрессорным воздействиям [5]. В этом заключается смысл выполняемой ими препаративной функции [7]. Известно, что стресс-реакция сопровождается изменением эмоциональных реакций организма, а элементы расстройства поведения присутствуют на всех этапах адаптационного процесса. Поведенческая адаптация служит одним из важных механизмов предохранения организма от действия различных неблагоприятных факторов [2]. Характер адаптивных поведенческих реакций и их выраженность может определяться как модальностью стресса и его продолжительностью, так и особенностями организма. С позиций теории адаптационных стратегий поведенческие реакции в экстремальных условиях могут быть направлены либо на реализацию парадигмы «борьба-бегство» (резистентная стратегия) либо на пассивное восприятие действия раздражителя (толерантная стратегия) [4]. Одним из критериев, определяющим предрасположенность к использованию того или иного типа адаптационной стратегии, является устойчивость к гипоксии. Принято считать, что животные, предрасположенные к развитию

резистентной стратегии, характеризуются сниженной устойчивостью к гипоксии, а животные, предрасположенные к толерантной стратегии, характеризуются повышенной устойчивостью к гипоксии [4]. Однако не всех животных можно разделить полярно по устойчивости к гипоксии. Кроме того, существуют животные с промежуточной устойчивостью к гипоксии. Однако до сих пор ничего не известно о том, каков характер адаптационной стратегии у этих животных. Поэтому целью исследования являлось определить характер адаптационной стратегии у этих животных путем сопоставления между ними и животными с повышенной и пониженной устойчивостью к гипоксии по уровню кортикостерона поведенческих реакций и устойчивости к плаванию при низкой температуре.

Материалы и методы. Исследование выполнено на 46 белых беспородных крысах. Для определения возможности распределения крыс на фенотипические группы был проведен двухэтапный кластерный анализ с автоматическим определением числа кластеров. Проведенный анализ показал, что по времени пребывания на высоте 11 500 м крыс можно распределить на три фенотипические группы: высокоустойчивые (ВУ), низкоустойчивые

Кузина О.В., Цейликман О.Б., Лапшин М.С. и др.

Соотношение между уровнем поведенческой активности...

(НУ) и животные с промежуточной устойчивостью (ПрУ) к гипоксии.

Затем был проведен статистический анализ разбитой на кластеры совокупности. Было выявлено, что все кластеры характеризуются распределением, близким к нормальному.

На втором этапе статистической обработки результатов был проведен дискриминант-ный анализ. Дискриминантный анализ выполнялся для трех кластеров с расчетом нормированного и ненормированного коэффициента канонической дискриминирующей функции. Также рассчитывались значения центров групповых центроидов, которые позволяют определить принадлежность к кластеру. Поведенческая активность животных определялась с использованием теста «открытое поле». Умерщвление животных проводили под эфирным наркозом. Уровень кортикостерона в сыворотке оценивали флюорометрическим микрометодом [1]. Активность МАО-Б определяли по методике [4]. Результаты обрабатывались общепринятыми методами дескриптивной статистики и выражались в виде среднеарифметической (М) и её стандартной ошибки (m). Статистически значимые различия определяли с использованием критериев непараметрической статистики, а именно Kruskall-Wallis для сравнений между множеством групп и Mann-Whitney (U) для сравнения между двумя группами. Применялись только односторонние критерии, различия считали значимыми при р < 0,05. Статистические взаимосвязи изучали при помощи непараметрического корреляционного анализа, выполняя расчёт коэффициентов корреляции рангов по Спирмену (rs) и Кенделлу (rk).

Для обработки результатов исследования использован пакет прикладных программ Statistica 8.0 for Windows.

Результаты и обсуждение. Перед началом фенотипирования устойчивости к гипоксии у крыс был предварительно определен

уровень кортикостерона крови. Оказалось, что у животных, обладающих промежуточной устойчивостью к гипоксии (ПрУ), был исходно более высокий уровень кортикостерона (табл. 1), чем у интактных животных и у животных как с высокой устойчивостью (ВУ), так и с низкой устойчивостью (НУ) к гипоксии. Если гипоксическое воздействие рассматривать как стресс, то тогда проявление препаративной функции глюкокортикоидов говорит о подготовке организма к предстоящему стрессу, а различия между ВУ, НУ ПрУ крысами могут проявиться на уровне ГГАС. Для скрининга стрессорной реактивности часто используют предварительное тестирование поведенческой активности. За 12 дней до начала повторных эпизодов иммобилизационно-го стресса и через 2 дня после завершения ги-поксического воздействия животные были помещены в «открытое поле» (табл. 2).

Обнаружено, что как ВУ, так и НУ животные характеризовались сниженным уровнем горизонтальной двигательной активности по сравнению с интактными крысами. Однако для ПрУ животных не отмечено статистически значимых различий по сравнению с ин-тактными животными. Одновременно со снижением двигательной активности ВУ и НУ животные по сравнению с ПрУ животными характеризовались сниженным уровнем ан-ксиогенной дефекации. Напротив, ПрУ животные и по значению этого показателя не характеризовались статистически значимыми различиями с контрольными животными. При этом уровень анксиогенной дефекации у ПрУ животных оказался выше, чем у НУ животных. Через 30 дней после завершения гипок-сического воздействия животные были подвергнуты плаванию в холодной воде. Оказалось, что ВУ животные характеризовались сниженной устойчивостью к действию физической нагрузки при низкой температуре по сравнению с НУ и ПрУ животными. Так,

Таблица 1

Содержание кортикостерона в крови и активность МАО-Б в печени у низкоустойчивых и высокоустойчивых крыс до начала фенотипирования

по устойчивости к гипоксии

Показатель Интактные животные, n = 11 ВУ животные, n = 12 ПрУ животные, n = 12 НУ животные, n = 11

Содержание кортикостерона в крови (мкг% ) 12,67 ± 3,81 13,58 ± 3,41 28,46 ± 2,41 P = 0,03U 12,357 ± 2,146

Активность МАО-Б (нмоль/орган/мин) 145,3 ± 11,4 115,6 ± 3,42 92,53 ± 3,44 127,54 ± 4,27

Проблемы здравоохранения

Таблица 2

Показатели поведенческой активности высоко устойчивых и низкоустойчивых крыс в «открытом поле» после фенотипирования

Показатель Интактные животные, n = 11 ВУ животные, ПрУ животные, НУ животные,

n = 12 n = 12 n = 11

Выглядывания 12,73 ± 0,89 10,03 ± 0,89 9,34 ± 0,29 9,5 ± 1,19

Стойки 15,9 ± 2,43 9,88 ± 1,29 12,83 ± 3,12 12,33 ± 2,62

Пересечения 58,68 ± 5,45 32,22 ± 4,42 Р = 0,042 WW 62,25 ± 3,24 35,75 ± 7,02 Р = 0,042

Число актов груминга 3,13 ± 0,99 3,92 ± 0,6 4,83 ± 0,68 3,75 ± 0,73

Болюсы 3,13 ± 0,68 1,07 ± 0,36 3,33 ± 0,21 1,5 ± 0,68

по сравнению с НУ животными время плавания ВУ животных снижено на 20 % (р = 0,032и), а по сравнению с ПрУ животными время плавания ВУ животных было снижено на 17 % (р = 0,038и). В связи с этим необходимо отметить, что у ВУ животных сниженная устойчивость к плаванию при низкой температуре ассоциирована со снижением уровня циркулирующего кортикостерона. Данный факт также характеризует наличие у глюкокорти-коидов препаративной функции, заключающейся в подготовке организма к экстремальным воздействиям. Также следует обратить внимание на высокий уровень тревожности у ВУ животных. Известно, что глюкокорти-коиды могут усиливать выработку экстраги-поталамического кортиколиберина, являющегося основным медиатором тревожности [6-8]. Следует отметить, что рост тревожности можно рассматривать как адаптивную поведенческую реакцию, позволяющую осуществить необходимую мобилизацию ресурсов. У ПрУ животных наряду с ростом анксио-генной дефекации также отмечен повышенный уровень горизонтальной локомоторной активности, что свидетельствует о готовности к реализации резистентной стратегии адаптации.

В данном исследовании прослеживаются различия между ВУ животными с НУ и ПрУ животными. При этом между собой НУ и ПрУ животные сходны по эндокринному и поведенческому статусу. Если ВУ животные склонны к развитию толерантной стратегии адаптации, то НУ и ПрУ животные, скорее всего, проявляют наклонность к резистентной стратегии. Однако остается открытым вопрос о различиях по гипоксическим маркерам между этими группами. Наши исследования показали, что у НУ животных более высокий уровень активности МАО-Б в печени по срав-

нению с ПрУ животными. Продукты МАО-реакции участвуют в индукции оксидативного стресса. К тому же оба фермента митохондри-альные и усиление их активности может косвенно свидетельствовать об усилении функциональных возможностей митохондрий у ПрУ животных.

Заключение. Высокие адаптивные возможности ПрУ животных определяются более высоким исходным уровнем кортикостерона. Повышенная выносливость ПрУ животных ассоциируется с более высоким уровнем тревожности.

Поддержано грантом РФФИ 14-04-01381.

Литература

1. Балашов, Ю.Г. Флюорометрический микрометод определения кортикостероидов: сравнение с другими методами / Ю.Г. Балашов // Физиол. журн. СССР. - 1998. - № 12. -С. 280-283.

2. Жуков, Д.А. Биология поведения: гуморальные механизмы: Биология поведения: гуморальные механизмы / Д.А. Жуков. - СПб.: Речь, 2007. - 443 с.

3. Перцов, С.С. Интенсивность окислительных и антиоксидантных процессов в головном мозге крыс с разными параметрами поведения при острой стрессорной нагрузке / С.С. Перцов, Е.В. Коплик, Л. С. Калиниченко // Бюл. эксперимент. биологии и медицины. -2011. - Т. 152, № 7. - С. 4-8.

4. Экспериментальное моделирование и лабораторная оценка адаптационных реакций организма / И.А. Волчегорский, И.И. Долгушин, О.Л. Колесников, В.Э. Цейликман. -Челябинск, 2000. - 167 с.

5. Armario, A. The hypothalamic-pituitary-adrenal axis: what can it tell us about stressors? / A. Armario // CNS & Neurological Disorders-

Кузина О.В., Цейликман О.Б., Лапшин М.С. и др.

Соотношение между уровнем поведенческой активности...

Drug Targets (Formerly Current Drug Targets-CNS & Neurological Disorders). - 2006. - T. 5, № 5. - C. 485-501.

6. Dallman, M.F. Modulation of stress responses: how we cope with excess glucocorticoids / M.F. Dallman //Experimental neurology. - 2007. -T. 206, № 2. - C. 179.

7. De Kloet, E.R. Hormones and the stressed

brain / E.R. De Kloet // Ann. N.Y. Acad. Sci., 2004. - P. 1-15.

8. Gold, P. W. Melancholic and atypical subtypes of depression represent distinct patho-physiological entities: CRH, neural circuits, and the diathesis for anxiety and depression / P.W. Gold, G.P. Chrousos // Mol Psychiatry. -2013. - Vol. 18 (6). - P. 632-634.

Кузина Оксана Владимировна, аспирант кафедры биохимии, Южно-Уральский государственный медицинский университет (Челябинск), nauka-chelsma@yandex.ru.

Цейликман Ольга Борисовна, профессор кафедры адаптивной физической культуры, медико-биологической подготовки и биохимии, Южно-Уральский государственный университет (Челябинск), diol2008@yandex.ru.

Лапшин Максим Сергеевич, докторант кафедры адаптивной физической культуры, физиологии и биохимии, Южно-Уральский государственный университет (Челябинск), diol2008@ yandex.ru.

Козочкин Денис Александрович, ассистент кафедры биохимии, Южно-Уральский государственный медицинский университет (Челябинск), nauka-chelsma@yandex.ru.

Комелькова Мария Владимировна, аспирант кафедры биохимии, Южно-Уральский государственный медицинский университет (Челябинск), nauka-chelsma@yandex.ru.

Цейликман Вадим Эдуардович, заведующий кафедрой биохимии, Южно-Уральский государственный медицинский университет (Челябинск), vadimed@yandex.ru.

Поступила в редакцию 16 октября 2014 г.

Bulletin of the South Ural State University Series "Education, Healthcare Service, Physical Education" _2014, vol. 14, no. 4, pp. 54-58

CORRELATION BETWEEN THE LEVEL OF BEHAVIORAL ACTIVITY, CIRCULATING CONCENTRATIONS OF CORTICOSTERONE IN RATS WITH DIFFERENT RESISTANCE TO HYPOXIA

O.V. Kuzina, South Ural State Medical University, Chelyabinsk, Russian Federation, biochem2009@yandex.ru,

O.B. Tseilikman, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, diol2008@yandex.ru, M.S. Lapshin, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, diol2008@yandex.ru, D.A. Kozochkin, South Ural State Medical University, Chelyabinsk, Russian Federation, nauka-chelsma@yandex.ru,

M.V. Komelkova, South Ural State Medical University, Chelyabinsk, Russian Federation, biochem2009@yandex.ru,

V.E. Tseilikman, South Ural State Medical University, Chelyabinsk, Russian Federation, vadimed@yandex.ru

The objective of our research was to determine correlation between the level of corticos-terone, behavioral activity and the initial resistance to hypoxia. The study was performed on 46 white rats. Animals initially exposed to hyperbaric hypoxia. According to the results of testing the animals were divided into highly resistant (HR) and low resistant (LR), and intermediately resistant animals (IR). In the blood plasma corticosterone content was determined.

Проблемы здравоохранения

In the liver we estimated activity of succinate dehydrogenase (SDH) and monoamine oxidase (MAO-B) Behavioral activity was evaluated in the open field test. IR animals had initially higher corticosterone levels than in intact animals and HR animals as well as LR animals. IR animals were characterized by greater endurance while swimming at low temperature. IR animals surpass other animals in adaptive capabilities.

Keywords: hypoxia, corticosterone, behavioral activity, anxiety.

References

1. Balashov Yu.G. [Fluorometric Micromethod of Determination of Corticosteroids. A Comparison with Other Methods]. Fiziologicheskiy zhurnal SSSR [Physiological Journal SSSR], 1998, no. 12, pp. 280-283.

2. Volchegorskiy I.A., Dolgushin I.I., Kolesnikov O.L., Tseylikman V.E. Eksperimental'noe mode-lirovanie i laboratornaya otsenka adaptatsionnykh reaktsiy organizma [Experimental Modeling and Laboratory Evaluation of Adaptive Reactions]. Chelyabinsk, Chelyabinsk State Pedagogical University Publ., 2000. 167 p.

3. Zhukov D.A. Biologiya povedeniya: gumoral'nye mekhanizmy: Biologiya povedeniya. Gu-moral'nye mekhanizmy [Biology Behavior Humoral Mechanisms. Biology Behavior Humoral Mechanisms]. St. Peterburg, Speech Publ., 2007. 443 p.

4. Pertsov S.S., Koplik E.V., Kalinichenko L.S. [The Intensity of the Oxidant and Antioxidant Processes in the Brain of Rats with Different Parameters of Behavior in Acute Stressor Load]. Byulleten' eksperimental'noy biologii i meditsiny [Bulletin of Experimental Biology and Medicine], 2011, vol. 152, no. 7, pp. 4-8.

5. Armario A. The Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis: What Can it Tell Us About Stressors? CNS & Neurological Disorders-Drug Targets (Formerly Current Drug Targets-CNS & Neurological Disorders), 2006, vol. 5, no. 5, pp. 485-501.

6. Dallman M.F. Modulation of Stress Responses: How we Cope With Excess Glucocorticoids. Experimental Neurology, 2007, vol. 206, no. 2, pp. 179.

7. De Kloet E.R. Hormones and the Stressed Brain. Ann. N.Y. Acad. Sci., 2004, pp. 1-15.

8. Gold P.W., Chrousos G.P. Melancholic and Atypical Subtypes of Depression Represent Distinct Pathophysiological Entities: CRH, Neural Circuits, and the Diathesis for Anxiety and Depression. Mol Psychiatry, 2013, vol. 18 (6), pp. 632-634.

Received 16 October 2014