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

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.125.87
Issue: № 11 (125), 2022
Suggested:
14.10.2022
Accepted:
18.10.2022
Published:
17.11.2022
161
10
XML PDF

Abstract

Nowadays serotonin precursors (L-tryptophan, 5-hydroxytryptophan) are actively used in the treatment of depressive states, sleep disorders, increased anxiety and other states of mental anxiety. The problem of adequate use of such drugs is emphasized by the widespread distribution of biologically active supplements and the possibility of their non-prescription release. In our opinion, given the complexity of the metabolic tracts and the polyfunctionality of amino acids, the use of drugs with the active substance as precursors of serotonin synthesis is debatable and should be supported by the latest data on the physiological activity of these substances. The work has established the influence of 5-hydroxytryptophan administration at different terms of postnatal ontogenesis on the features of motor and research reactions, emotional and motivational state of rats. In addition, the study noted the effect on the behavioral pattern of young rats with altered functional activity of the serotonergic system of the stress inducing factor in the form of a 7-day constant light exposure. The significance of adequate functioning of serotonergic mediation in early postnatal life for the formation and development of mechanisms of adaptive behavior program regulation is discussed.

1. Введение

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-НТ.

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.

2. Методы и принципы исследования

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).

3. Основные результаты

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.

Таблица 1 - Результаты тестирования животных в «Чёрно-белой камере» на 27-е сутки

Группа

Время в светлом отсеке камеры (сек)

Время в тёмном отсеке камеры (сек)

Количество вертикальных стоек в светлом отсеке

Количество выглядываний из тёмного отсека

Контрольная группа

76±12,58

224±45,37

9,62±1,83

4,46±0,84

Экспериментальная группа

11±2,32

289±6,55

0,25±0,16

3,87±0,72

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).

Таблица 2 - Результаты тестирования животных контрольной группы в «Открытом поле» после световой экспозиции

Группа

Количество вертикальных стоек

Количество пересечённых квадратов

Количество заглядываний в центральные отверстия

Время замирания в одном отсеке (сек)

Контрольная группа до световой экспозиции

5,42±2,14

31,75±6,82

4,42±1,16

85,66±16,47

Контрольная группа после световой экспозиции

8,58±2,31

36,83±7,36

4,25±1,24

55±17,69

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).

Таблица 3 - Результаты тестирования животных контрольной группы в «Чёрно-белой камере» после световой экспозиции

Группа

Время в светлом отсеке камеры (сек)

Время в тёмном отсеке камеры (сек)

Количество вертикальных стоек в светлом отсеке

Количество выглядываний из тёмного отсека

Контрольная группа до световой экспозиции

76±12,58

224±45,37

9,62±1,83

4,46±0,84

Контрольная группа после световой экспозиции

71,38±18,61

228,62±18,61

6,15±1,48

2,62±0,46

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).

Таблица 4 - Результаты тестирования животных экспериментальной группы в «Открытом поле» после световой экспозиции

Группа

Количество вертикальных стоек

Количество пересечённых квадратов

Количество заглядываний в центральные отверстия

Время замирания в одном отсеке (сек)

Экспериментальная группа до световой экспозиции

7±4,39

31,57±5,64

3,14±0,96

51,28±16,53

Экспериментальная группа после световой экспозиции

5,14±2,11

45,14±3,35

9,43±1,9

42±10,94

Таблица 5 - Результаты тестирования животных экспериментальной группы в «Чёрно-белой камере» после световой экспозиции

Группа

Время в светлом отсеке камеры (сек)

Время в тёмном отсеке камеры (сек)

Количество вертикальных стоек в светлом отсеке

Количество выглядываний из тёмного отсека

Экспериментальная группа до световой экспозиции

11±2,32

289±6,55

0,25±0,16

3,87±0,72

Экспериментальная группа после световой экспозиции

72,25±13,64

227,75±13,64

7,38±1,38

6,00±0,27

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.

Таблица 6 - Результаты тестирования половозрелых животных в «Открытом поле»

Группа

Количество вертикальных стоек

Количество пересечённых квадратов

Количество заглядываний в центральные отверстия

Время замирания в одном отсеке (сек)

Контрольная группа

11,24±3,01

49,1±12,8

5,32±1,21

39,26±11,89

Экспериментальная группа

8,27±2,16

40,3±9,23

3,94±1,84

74,68±21,09

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.

4. Заключение

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.

Article metrics

Views:161
Downloads:10
Views
Total:
Views:161