DYNAMICS OF CHANGE OF SEROTONIN CONTENT IN THE CNS OF RABBITS AT DIFFERENT STAGES OF FOOD DEPRIVATION AND ITS CANCELLATION

ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СЕРОТОНИНА В ЦНС КРОЛИКОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СРОКАХ ПИЩЕВОЙ ДЕПРИВАЦИИ И ЕЕ ОТМЕНЕ

Научная статья

Гаджиева Э.Т. *

Азербайджанский Государственный Педагогический Университет, Баку, Азербайджан

* Корреспондирующий автор (nazaket-alieva[at]mail.ru)

Аннотация

Целью данной работы было изучение содержания  серотонина в митохондриях структур головного мозга 3-х месячных кроликов при различных сроках пищевой депривации и на фоне восстановления пищевого режима. Опытная группа была разбита на подгруппы с учетом длительности периода (1, 3 и 5 суток) пищевой депривации и на фоне 7-ми суточного восстановления пищевого режима. Принудительная пищевая депривация вызывает понижение уровня серотонина в митохондриальных фракциях головного мозга у 3-х месячных кроликов.

Ключевые слова: стресс, серотонин, пищевая депривация, пищевой режим.

DYNAMICS OF CHANGE OF  SEROTONIN CONTENT IN THE CNS OF RABBITS AT DIFFERENT STAGES OF FOOD DEPRIVATION AND ITS CANCELLATION

Research article

Gadzhieva E.T. *

Azerbaijan State Pedagogical University, Baku, Azerbaijan

* Corresponding author (nazaket-alieva[at]mail.ru)

Abstract

The purpose of this work was to study the serotonin content in the mitochondria of the brain structures of 3-month-old rabbits at different stages of food deprivation and against the background of the restoration of the feeding schedule. The experimental group was divided into subgroups with regard to the duration of the period (1, 3 and 5 days) of food deprivation and against the background of a 7-day restoration of the food schedule. Forced food deprivation causes a decrease in serotonin levels in the mitochondrial fractions of the brain in 3-month-old rabbits.

Keywords: stress, serotonin, food deprivation, feeding schedule.

Фактор питания является одним из общебиологических факторов, обеспечивающих жизнедеятельность живого организма. Несвоевременное и неполноценное питание, белковая и калорийная недастаточность пищи, длительная пищевая депривация способствует исчерпанию эндогенных пищевых ресурсов и вызывают чувство голода [1].

Адаптация животных к условиям питания начинается нередко с регуляции на уровне пищевой мотивации. Если мотивация не позволяет животному выйти из неблагоприятного пищевого статуса, то включаются другие уровни регуляции, в том числе индукция синтеза транспортных белков и ферментов [2]. Медиаторы ЦНС выполняют сложные функции с целью восприятия и запуска центрального механизма экстренной адаптационно-компенсаторной реакции организма. Здесь важное место принадлежит взаимоотношениям медиаторных систем.

Одним из важнейших трансмиттеров, участвующих в регуляции энергетического гомеостаза, который заключается в стимуляции одних и ингибировании других нейронов гипоталамуса периферическими гормонами, является серотонин.

Исходя из вышесказанного, целью данной работы было изучение содержания серотонина в митохондриях различных структур головного мозга 3-х месячных кроликов при различных сроках пищевой депривации и на фоне восстановления пищевого режима.

Материалы и методы

Все эксперименты выполнены с соблюдением принципов международной декларации Европейского сообщества (86/609/ЕЕС) о защите животных, используемых для экспериментальных и других научных целей.

В качестве объекта исследования были использованы 3-х месячные кролики, содержавшиеся в стандартных условиях вивария на протяжении всего периода эксперимента.

Животные были разделены на следующие группы:

а) контрольная группа – интактные особи;

б) опытная группа была разбита на подгруппы с учетом длительности периода (1, 3 и 5 суток) пищевой и на фоне 7-ми суточного восстановления пищевого режима.

Для определения содержания серотонина использован универсальный флуориметрический метод Б.М.Когана и Н.В.Нечаева [3], основанный на экстракции биогенных моноаминов  органическим раствором (Н-бутанолом и гептаном). Исходную митохондриальную фракцию из отделов мозга выделяли по методу Сомогьи и Фонью [4].

Полученные результаты обработаны статистически.

Результаты и их обсуждение

Согласно полученным результатам, у интактных животных в митохондриальной фракции исследуемых структур мозга содержание серотонина составляет: в орбитальной коре - 111±5,5 нг/г свежей ткани, сенсомоторной - 126±5,1, лимбической - 141±5,1, зрительной - 137±6,6, стволе мозга - 148±5,9 и гипоталамусе - 229±7,8.

Как видно из данных таблицы, после односуточной пищевой депривации содержание серотонина в вышеуказанных структурах мозга понижается на 13%, 10%, 16%, 14% и 17%, соответственно. В гипоталамусе понижение содержания серотонина составляет 22% по сравнению с данными контрольных животных.

На 3-и сутки пищевой депривации содержание серотонина существенно повышается и составляет: в орбитальной коре - 87±2,9 нг/г свежей ткани, сенсомоторной - 103±3,5, лимбической - 111±3,7, зрительной - 110±3,7, стволе мозга - 114±3,8 и гипоталамусе - 160±6,4.

 

Таблица 1 – Содержание серотонина в различных структурах головного мозга 3-х месячных кроликов при различных сроках пищевой депривации (M±m, n=5)

Области мозга	Показатели	Серотонин
		Сроки
		Контроль	1-суточная	3-суточная	5-суточная
Орбитальная кора	M±m	111±5,5	97±3,7	87±2,9**	83±3,1**
	%	100	87	78	75
Сенсомоторная кора	M±m	126±5,1	113±4,6	103±3,5**	101±3,0**
	%	100	90	82	80
Зрительная кора	M±m	137±6,6	118±5,1	110±3,7**	99±2,6***
	%	100	86	80	72
Лимбическая кора	M±m	141±5,1	118±3,0**	111±3,7**	103±3,5***
	%	100	84	79	73
Ствол мозга	M±m	148±5,9	123±5,4*	114±3,8**	105±3,4***
	%	100	83	77	71
Гипоталамус	M±m	229±7,8	179±6,7**	160±6,4***	149±4,9***
	%	100	78	70	65

Примечание: * - p<0,05; ** - p<0,01; *** - p<0,001  

На 5-е сутки пищевой депривации в орбитальной коре содержание серотонина понижается до 83±3,1 нг/г, в сенсомоторной - до 101±3,0 нг/г, лимбической – до 103±3,5, зрительной – до 99±2,6, стволе мозга – до 105±3,4, гипоталамусе - до 149±4,9, что составляет 25%, 20%, 27%, 28%, 29% и 35%, соответственно, по сравнению с контролем.

На фоне 7-ми суточного восстановления пищевого режима в содержании серотонина прослеживается тенденция к повышению, что составляет: в орбитальной коре 107±2,7 нг/г свежей ткани, сенсомоторной - 118±3,5, лимбической - 128±3,7, зрительной - 127±4,0, стволе мозга- 135±2,9 и гипоталамусе - 199±6,4.

 

Таблица 2 – Содержание серотонина в различных структурах головного мозга 3-х месячных кроликов на фоне 7-ми суточного восстановления пищевого режима после 5-суточной пищевой депривации (M±m, n=5)

Показатели		Области мозга
		ОК	С-МК	ЗК	ЛК	СМ	Г
Контроль	M±m	111±5,5	126±5,1	137±6,6	141±5,1	148±5,9	229±7,8
7-суточное	M±m	107±2,7	118±3,5	127±4,0	128±3,7	135±2,9	199±6,4*
	%	96	94	93	91	91	87

Примечание: * - p<0,05, ОК - Орбитальная кора, СМК - Сенсомоторная кора, ЗК - Зрительная кора, ЛК - Лимбическая кора, СМ - Ствол мозга, Г – Гипоталамус

 

В процессе голодания удовлетворение энергетических и пластических потребностей организма происходит за счет ряда метаболических и гормональных изменений. Эти изменения, охватывая многие сферы жизнедеятельности организма (нейрогуморальные, иммунные и т.д.), на определенном этапе индивидуального развития организма вызывают в нем предельно допустимые адаптационно-компенсаторные сдвиги.

В настоящее время в литературе существуют обстоятельные обзоры о влиянии нейромедиаторов на уровень потребления пищи [5], где указывается, что потребление пищи контролируется множеством катехоламиновых и пептидных медиаторов, действие которых на мозговые центры различно и эффекты часто противоположны. Классические представления о «центре голода» и «центры насыщения» должны быть заменены на гипотезу об «интегративной зоне», являющейся основной мишенью для специфических нейромедиаторов. Выявлено, что в медиальном и паравентрикулярном гипоталамусе находятся нейроны, подавляющие пищевое поведение, они получают норадренергические ингибиторные и серотонинергические активирующие афференты.

В условиях пищевой депривации белковый обмен головного мозга животных нарушается в значительно меньшей степени, чем в тканях других органов. Выдвигается предположение, что одним из возможных механизмов, определяющих такой резистентность нервной ткани к экстремальному фактору, является активация цикла трикарбоновых кислот. Путем активации внутриклеточных ферментативных процессов происходит обеспечение пластических и энергетических потребностей нейрона.

Моноаминергические системы принимают участие в перестройке мотивационных центров с целью коррекции поведенческой деятельности при различных уровнях пищевой мотивации. Имеющиеся на сегодняшний день публикации позволяют говорить о вовлечении серотонинергической системы в процесс адаптации организма к чрезвычайным воздействиям [6].

По мнению некоторых авторов, серотонин играет важную роль в  регуляции функций ГГАКС при стрессе [7, 8]. Острый стресс приводит к повышению содержания серотонина в  мозге, что важно для обеспечения контроля отрицательной обратной связи в ГГАКС, и является одним из биологических механизмов адаптации к стрессирующим воздействиям [7]. Напротив, дисфункция 5-НТ системы при продолжительном хроническом стрессе подавляет активность ГГАКС и, снижая степень адаптации организма. Нейромедиатор серотонин часто называют «гормоном счастья». Серотонин, повышается при обнаружении пищи и приводит к торможению локомоции и активации пищевого ритма [9]. Серотонинергическая система повышает аппетит. Аппетит связан с балансом серотонина в различных отделах гипоталамуса [10].

Таким образом, состояние моноаминергических систем гипоталамических ядер тесно связано с реализацией нескольких механизмов, связанных влиянием на гомеостатические системы организма. Если функция адреналина направлена на регуляцию внутриклеточных механизмов энергообеспечения и энергозатраты, функции норадреналина на регуляцию нервных механизмов, пищевого поведения, то функция дофамина и серотонина направлена на реализацию центральных механизмов с отрицательной обратной связью [11]. Но реализация этих механизмов осуществляется с непосредственным участием пептидергических систем гипоталамических ядер. Этот механизм при различных уровнях пищевой депривации в первую очередь направлен на регуляцию механизмов энергообеспечения, регуляцию ионного и водного баланса организма.

Выявлено, что серотонин в больших количествах присутствуют в гипоталамусе и других структурах головного мозга [12]. Особое значение, как важному медиатору в ЦНС, уделяется серотонину и другим моноамином. Интерес к этому объясняется тем, что они выполняют в организме ряд основных функций. С одной стороны, они выступают как гормоны, когда их действие длительно и связано с изменением сложных обменных процессов в клетке, с другой стороны – как медиаторы, когда они действуют кратковременно, влияют на проницаемость постсинаптической мембраны и участвуют в проведении нервного импульса.

Роль лимбической коры в регуляции многих висцеро-соматических и мотивационно-эмоциональных реакций организма в настоящее время не вызывает сомнения [13]. Именно благодаря лимбическим механизмам происходит модуляция и контроль этих реакций, что обеспечивает целенаправленные приспособительные поведенческие акты, в том числе пищевые мотивационные реакции организма.

Таким образом, обширный литературный материал подтверждают, что хотя гипоталамические механизмы обеспечивают основное состояние голода и насыщения и интеграцию сложных безусловных рефлексов в виде координированных реакций приема пищи и изменения секреторной и моторной активности пищеварительного аппарата, они модулируются и изменяются активностью многих отделов мозга.

В заключении можно предположить, что пищевая депривация как специфический фактор уменьшает содержание серотонина в митохондриях различных структур головного мозга экспериментальных животных.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Ньюсхолм Э. Регуляция метаболизма / Э. Ньюсхолм, К. Старт // М.: Мир – 1977. - 408 C.
2. Гальперин Ю.М. Пищеварение и гомеостаз / Ю.М. Гальперин, П.И. Лазарев // М.: Наука – 1986. - 303 C.
3. Коган Б.М. Чувствительный и быстрый метод одновременного определения дофамина норадреналина, серотонина и 5-оксиндолуксусной кислоты  в одной пробе. / Б.М. Коган, Н.В. Нечаев «Лабират. дело» - 1979. - № 5. - C. 301
4. Somogyi J. Preparation of brain mitochondria / J. Somogyi, A. Fonjo, I. Vincze // Acta Physiol. Acad. Sci. Hung. - 1962. - Vol. 21. - P. 295-300
5. Fantino M. Neuromediaters la prise alimentaric / M. Fantino // De la Pharmacologic a la physiologic Can. Nutr. Et diat – 1989. - Vol. 24 - № 3 - P. 181-187
6. Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс и профилактика / Ф.З. Меерсон // М.: Наука - 1981. - 278 с
7. Firk Ch. Serotonin by stress interaction: a susceptibility factor for the development of depression? / Ch. Firk, C.R. Markus // J. of Psychopharmacology. - 2007. - Vol. 21. - № 5. - P. 538–544
8. Van Prag H.M. Can stress cause depression? / H.M. Van Prag // Prog. Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. - 2004. - Vol. 28. - P. 891–907
9. Sawin E.R. C. elegans locomotory rate is modulated by the environment through a dopaminergic pathway and by experience through a serotonergic pathway / E.R. Sawin, R. Ranganathan, H.R. Horvitz // Neuron. - 2000. – Vol. 26. - № 3. – P. 619–631
10. Makashev E.K. Role of hypothalamus, dopamine,serotonin in the regulation of mechanisms of satiety in goats / E.K. Makashev, K.T. Tashenov, R. S. Karynbaev, Kim T.D. / Neuroscience for medicine and psychology. – 2011 – p. 277
11. Аскеров Ф.Б. Морфохимические закономерности адаптационно-компенсаторных реакций ядер гипоталамуса при изменении пищевой и питьевой мотивации. Автореф. … докт. биол. наук / Ф.Б. Аскеров – Киев. – 1991. - 50 С.
12. Yves C. Brain serotonergic circuitries / C. Yves, L. Lucienne // Dialogues in Clinical Neuroscience – 2010. – Vol. 12. - № 4. - P.471-487
13. Кожедуб Р.Г. Особенности функционирования нейронов гипоталамуса и коры при разных мотивационно-экстремальных состояниях животного. / Р.Г. Кожедуб, В.А. Засимовский, М.И. Зайченко и др. // Бюл. Экс. Биол и мед. – 1997. - Т.123. – С.27-31

Список литературы на английском языке / References in English

1. Nyuskholm E. Regulyatsiya metabolizma. [Regulation of metabolism] / E. Nyuskholm, K. Start // : Mir – 1977 - 408 P. [in Russian]
2. Galperin Y.M. Pishchevareniye i gomeostaz [Digestion and homeostasis] / Y.M. Galperin, P.I. Lazarev // M .: Nauka – 1986 - 303 P. [in Russian]
3. Kogan B.M. Chuvstvitel'nyy i bystryy metod odnovremennogo opredeleniya defamina noradrenalina, serotonina i 5-oksindoluksusnoy kisloty v odnoy probe. [Sensitive and fast method for the simultaneous determination of defamine norepinephrine, serotonin and 5-oxindolucetic acid in one sample.] / B.M. Kogan, N.V. Nechayev // «Labirat. delo» - 1979 - № 5 - P. 301 [in Russian]
4. Somogyi J. Preparation of brain mitochondria / J. Somogyi, A. Fonjo, I. Vincze // Acta Physiol. Acad. Sci. Hung. - 1962. V. 21. - P. 295-300
5. Fantino M. Neuromediaters la prise alimentaric / M. Fantino // De la Pharmacologic a la physiologic Can. Nutr. Et diat - 1989 - V. 24 - №3 - P. 181-187
6. Meyerson F.Z. Adaptatsiya, stress i profilaktika. [Adaptation, stress and prevention] / F.Z. Meyerson // M .: Science - 1981. - 278 P. [in Russian]
7. Firk Ch. Serotonin by stress interaction: a susceptibility factor for the development of depression? / Ch. Firk, C.R. Markus // J. of Psychopharmacology – 2007 - V. 21 - № 5 - P. 538–544.
8. Van Prag H.M. Can stress cause depression? / H.M. Van Prag // Prog. Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry – 2004 - Vol. 28 - P. 891–907
9. Sawin E.R. C. elegans locomotory rate is modulated by the environment through a dopaminergic pathway and by experience through a serotonergic pathway / E.R. Sawin, R. Ranganathan, H.R. Horvitz // Neuron – 2000 – V.26 - №3 – P. 619–631
10. Makashev E.K. Role of hypothalamus, dopamine,serotonin in the regulation of mechanisms of satiety in goats / E.K. Makashev, K.T. Tashenov, R. S. Karynbaev, Kim T.D. / Neuroscience for medicine and psychology. – 2011 – p. 277
11. Askerov F.B. Morfokhimicheskiye zakonomernosti adaptatsionno-kompensatornykh reaktsiy yader gipotalamusa pri izmenenii pishchevoy i pit'yevoy motivatsii. Avtoref. Doktorskoy dissertatsii [Morphochemical patterns of adaptive-compensatory reactions of the nuclei of the hypothalamus when changing food and drinking motivation]. Abstract of PhD thesis in Biology. / F.B. Askerov. - Kiyev – 1991 - 50 P.. [in Russian]
12. Yves C. Brain serotonergic circuitries / C. Yves, L. Lucienne // Dialogues in Clinical Neuroscience – 2010 – V. 12 - № 4 - P. 471-487
13. Kozhedub R.G. Osobennosti funktsionirovaniya neyronov gipotalamusa i kory pri raznykh motivatsionno-ekstremal'nykh sostoyaniyakh zhivotnogo. [Features of the functioning of the neurons of the hypothalamus and cortex in different motivational and extreme states of the animal] / R.G. Kozhedub, V.A. Zasimovskiy, M.I. Zaichenko and other // Byul. Eks. Biol i med. [Bulletin of Experimental Biology and Medicine] – 1997 - V.123 - P. 27-31 [in Russian]