THE SPECIFICITY OF THE BEHAVIORAL PATTERN OF RATS WITH CHANGED FUNCTIONS OF THE SEROTONERGIC SYSTEM AT DIFFERENT TERMS OF POSTNATAL ONTOGENESIS

Одним из важнейших моноаминов в мозге млекопитающих является серотонин. Как известно, во взрослом организме серотонин играет роль нейротрансмиттера, контролируя терморегуляцию, половое и пищевое поведение, цикл сон-бодрствование, двигательные функции, болевую чувствительность. Серотонинергическая система мозга имеет непосредственное отношение к формированию депрессивных состояний и участвует в контроле деятельности других медиаторных систем [1]. Некоторые исследования показывают, что серотонин увеличивает сопротивляемость нейронов стрессовым условиям.  

Дисфункция компонентов серотонинергической системы мозга может приводить к развитию психопатологий: депрессии, тревожности, шизофрении, наркотической зависимости. Серотонин привлекает внимание и при изучении механизмов агрессивного поведения. Результаты исследований свидетельствуют, что наследственная предрасположенность к агрессии может быть обусловлена особенностями генетической регуляции активности ключевого фермента синтеза серотонина – триптофангидроксилазы, основного фермента его разрушения – МАО А и одного из многочисленных типов серотониновых рецепторов -5-НТ1А.

Для нормального синтеза серотонина в организме необходима ароматическая аминокислота 5-гидрокситриптофан (5-HTP), которая может быть образована эндогенно из незаменимой аминокислоты L-триптофана. Образование серотонина в организме инициируется ферментом триптофангидролаза, который определяет скорость превращения L-триптофана в 5-гидрокситриптофан. Синтез серотонина происходит, главным образом, в энтерохромаффинных клетках и тучных клетках слизистой оболочки кишечника. Отсюда серотонин переносится через тромбоциты в ткани-мишени. Однако серотонин не может преодолеть гематоэнцефалический барьер, поэтому синтез серотонина также происходит в ЦНС, а именно головном мозге. В ЦНС серотонин синтезируется главным образом нейронами ядер шва, расположенных по средней линии продолговатого мозга, моста и среднего мозга. Известно о существовании 14 типов серотониновых рецепторов, относящихся к семи разным семействам: 5-НТ1, 5-НТ2, 5-НТ3, 5-НТ4, 5-НТ5, 5-НТ6, 5-НТ7. Серотонин относится одновременно и к тормозным, и к возбуждающим медиаторам нервной системы. Его выброс может как блокировать, так и активизировать передачу нервных импульсов - всё зависит лишь от типа рецептора на поверхности клетки-мишени.

В отличие от серотонина, как L-триптофан, так и 5-HTP могут проходить через гематоэнцефалический барьер и повышать концентрацию серотонина в ЦНС. Именно этот факт находит широкое применение в клинике, а препараты, содержащие необходимые аминокислоты используются в терапии депрессивных расстройств, тревоги и стресса. Триптофан и его метаболиты используются также для лечения бессонницы, задержки психо-речевого развития и эпилепсии.

Однако детально механизм действия экзогенных аминокислот на организм изучен недостаточно. Это связано, во-первых, с наличием также кинуренивого (основного) и индольного метаболических путей превращения триптофана. Во-вторых, с тем, что метаболические процессы серотонина тесно связаны с метаболизмом дофамина.

Цель настоящего исследования – изучить особенности поведенческих реакций животных после введения 5-гидрокситриптофана в раннем и стационарном периодах постнатального онтогенеза, а также проанализировать его эффекты на динамику течения стресса в модельном эксперименте.

Эксперимент состоял из двух серий. В первой серии эксперимента исследования проводили на нелинейных неполовозрелых крысах обоего пола. Формировали две группы животных: первая – контрольная (n=13), которая на протяжении первых 14 дней жизни оставалась интактной, вторая – экспериментальная (n=18) на протяжении первых четырнадцати суток жизни получала подкожно инъекции раствора 5-гидрокситриптофана («Комплекс 5-гидрокситриптофана и витаминов группы В», RU.77.99.29.003.Е.003602.08.18 от 20.08.2018 г.) в дозе 100 мг/кг. Препарат вводился в дозе эквивалентной для человека с учётом видовой специфики животных, площади поверхности тела и скорости метаболизма (методика Шекуновой Е.В., Ковалёвой М.А., Макаровой М.Н. и др. [2]). Выборка для каждой группы формировалась из потомства грызунов от двух родительских пар, т.к. подобрать новорожденных животных по фенотипу не представляется возможным. На протяжении всего периода наблюдения отмечали темпы роста и развития моторных навыков у крысят. На 27-й день постнатального онтогенеза животных обеих групп тестировали в чёрно-белой камере, а на 41-й день в тесте «Открытое поле».

На следующем этапе эксперимента всех животных подвергали непрерывной световой экспозиции (300 Лк) в течение 7 суток с целью моделирования хронического стрессового воздействия, после чего повторно тестировали.

Вторая серия эксперимента проводилась на половозрелых крысах-самцах массой 230-250 грамм. До начала исследования все животные контрольной (n=8) и экспериментальной (n=11) групп тестировались с использованием методики «Открытое поле». После чего всем животным ежедневно в течение трёх суток вводили раствор 5-гидрокситриптофана (100 мг/кг), после чего животных вновь тестировали в «Открытом поле».

Продолжительность введения препарата на разных сроках онтогенеза отличалась, что согласуется с данными других авторов и объясняется различными сроками становления её функций [3].

Полученные данные обрабатывали с помощью статистической программы SigmaPlot12.0. Различия считались достоверными при р ≤0,05.

Все исследования выполнены с учётом правил лабораторной практики в РФ (РФ ГОСТ Р53434-2009, принципы надлежащей лабораторной практики, 2010) и директив Европейской Конвенции по защите позвоночных животных (Strasbourg, 1986).

Наблюдение за физическим развитием детёнышей не выявило каких-либо существенных изменений в становлении двигательных рефлекторных реакций. Сроки созревания двигательных навыков и координации, как в контрольной, так и в экспериментальной группе, соответствуют описанным в литературе.

Значительное влияние оказало введение в раннем постнатальном онтогенезе 5-гидрокситриптофана на высшую нервную деятельность и поведение грызунов. В тесте «Чёрно-белая камера» животные экспериментальной группы демонстрировали повышенный уровень тревожности в сравнении с контрольной группой. Так, крысы, получавшие комплекс 5-гидрокситриптофана и витаминов группы В, достоверно меньше времени проводили в светлом отсеке (11±2,32, р 001) по сравнению с интактными животными (76±12,58), предпочитая тёмную камеру установки. Кроме того, животные экспериментальной группы демонстрировали сниженную двигательную активность в условиях тестовой площадки, что характеризовалось незначительным количеством вертикальных стоек в светлом отсеке камеры (экспериментальная группа: 0,25±0,16; контрольная группа: 9,62±1,83; р 001). Результаты тестирования животных в «Чёрно-белой камере» представлены в Таблице 1.

Полученные результаты противоречат общепринятой концепции об анксиолитических эффектах триптофана. Однако, в литературе существуют данные о том, что и серотонин, и дофамин, как и их прекурсоры, при усвоении в организме прибегают к одному и тому же транспортному механизму, использующему органический катионный транспортер. Поэтому увеличение потребления 5-гидрокситриптофана может в долгосрочной перспективе спровоцировать дефицит дофамина, т. к. избыточное поступление 5-гидрокситриптофана отрицательно сказывается на усвоении прекурсоров дофамина – L-фенилаланина и тирозина. Принимая во внимание, что тестирование животных проводилось на 27-е сутки жизни, можно говорить об отсроченном эффекте повышения 5-гидрокситриптофана, который, вероятно, и привёл к дефициту дофамина. В то время как многочисленные современные исследования показывают, что тревожность крыс, проявляющих пассивную стратегию приспособительного поведения, связана со сниженным содержанием дофамина в миндалевидном комплексе мозга [4], [5], [6].

Световая экспозиция также оказала существенное влияние на психофизиологический статус животных обеих групп. В контрольной группе отмечено изменение отдельных компонентов поведения. Так, в тесте «Открытое поле» наблюдалось повышение двигательной активности животных, что отмечалось в достоверном увеличении количества вертикальных стоек (от 5,42±2,14 до 8,58±2,31; р 05) и пересечённых квадратов (от 31,75±6,82 до 36,83±7,36; р 05) (Таблица 2).

Большинство авторов считает, что данные показатели отражают активно-поисковую составляющую поведения. Однако есть мнение, что двигательная активность связана с эмоциональной реактивностью, а повышение этих показателей указывает на повышение стрессированности животных и, вероятно, увеличение общего беспокойного состояния – страха. Скорее всего, в нашем исследовании следует придерживаться именно этой интерпретации, поскольку тестирование грызунов в «Чёрно-белой камере» также показало снижение чувства комфорта после световой экспозиции (от 76,00±12,58 до 71,38±18,61; р 05). Отмечено статистически значимое сокращение времени пребывания животных контрольной группы в светлом отсеке установки, что однозначно демонстрирует возрастание уровня тревожности (Таблица 3).

Полученные результаты согласуются с данными литературы и ранее проведёнными исследованиями авторов [7] и объясняются, главным образом, дисфункцией фотопериодической системы мозга. Несмотря на то, что 7-ми дневная световая экспозиция не является хронической и не приводит к стойким нарушениям в работе супрахиазматических ядер, этого времени уже достаточно для снижения выработки эпифизом мелатонина. Недостаток мелатонина приводит к уменьшению активности ГАМКергической системы, что в свою очередь нарушает баланс нервных процессов с преобладанием нервного возбуждения [8].

В экспериментальной группе также отмечено изменение психо-эмоционального состояния животных после воздействия световой экспозиции. Однако здесь динамика отдельных компонентов поведения была противоположна контрольной группе. Животные, получавшие 5-гидрокситриптофан, даже после светового стресса демонстрировали снижение тревожно-фобического состояния, что характеризовалось целым рядом показателей. В тесте «Открытое поле» достоверно снизилось время замирания грызунов в одном из отсеков поля (от 51,28±16,53 до 42,00±10,49; р 05) (Таблица 4), а в тесте «Чёрно-белая камера» достоверно увеличилось как время пребывания животных в светлом отсеке (от 11,00±2,32 до 72,25±13,64; р 05), так и количество вертикальных стоек в нём (от 0,25±0,16 до 7,38±1,38; р 001) (Таблица 5). Кроме того, отмечалось статистически значимое увеличение уровня исследовательского поведения, что проявлялось в повышении количества заглядываний в центральные отверстия (от 3,14±0,96 до 9,43±1,9; р 05).

Данные, полученные при воздействии хронической световой экспозиции, соответствуют сведениям литературы и подтверждают возможность использования 5-гидрокситриптофана в качестве поддерживающей терапии при стрессе [9]. Вероятно, его действие в данном случае связано с облегчением синтеза серотонина, который, как известно, является одним из основных стресс-лимитирующих веществ и играет роль в адаптации организма к повреждающим факторам.

Использование 5-гидрокситриптофана у взрослых животных также значительно изменило характер поведения в тесте «Открытое поле». Так, регистрировалось снижение исследовательской активности животных: количество заглядываний в центральные отверстия поля сократилось на 26% по сравнению с исходным показателем. На фоне приёма препарата отмечалось также снижение двигательной активности крыс: количество вертикальных стоек сократилось на 26,4%, а количество пересечённых квадратов уменьшилось на 18%. Введение предшественника серотонина изменило стратегию перемещения животных в тестовой площадке и привело к тому, что животные предпочитали в большей степени осваивать пристеночную территорию, не перемещаясь по центральным сегментам арены. Также резко увеличилось время замирания животных в одном сегменте поля (Таблица 6). Изменение характера двигательного поведения свидетельствует о повышении уровня тревожности у экспериментальных животных, подчёркивая при этом анксиогенное свойство данного препарата.

Механизмы, объясняющие двойственный эффект 5-гидрокситриптофана, полученные в нашем исследовании, пока до конца не изучены. Высказывается предположение, что они связаны не только с природой самого вещества, но и со сроками его введения. У грызунов серотонинергические нейроны появляются очень рано и вскоре после образования способны синтезировать серотонин [10]. Тем не менее, несмотря на раннее появление в ЦНС, полное созревание серотонинергической системы наступает лишь в постнатальном периоде развития, и вероятно, введение 5-гидрокситриптофана новорожденным животным способно «перенастроить» работу не только ещё функционально незрелой серотонинергической системы, но и других, сопряжённых с ней нейромедиаторных осей. Именно спецификой их работы и объясняются столь разные поведенческие паттерны в различных состояниях организма.

Введение 5-гидрокситриптофана на ранних сроках постнатального развития приводит к выраженным изменениям психо-эмоционального состояния животных в модельном эксперименте, а также существенно влияет на целостное их поведение. Эффекты такого введения неоднозначны, во многом определяются функциональным состоянием организма и действующими факторами внешней среды. В связи с чем, по мнению авторов, требуется более детальное изучение эффективности и безопасности использования биологически активных добавок, содержащих 5-гидрокситриптофан, в терапии психических расстройств.