Значение хронотипических особенностей суточного ритма двигательной активности для чувствительности к стрессу

Значение хронотипических особенностей суточного ритма двигательной активности для чувствительности к стрессу

Попов А.В., Арушанян Э.Б.

Известно, что у людей на протяжении дневного бодрствования обнаруживаются заметные индивидуальные отличия в динамике познавательной деятельности, умственной работоспособности, чувствительности к психотропным веществам и целого ряда других показателей. На этом основании выделяют несколько так называемых хронотипов (утренний, вечерний, индифферентный) (Арушанян, 03, Baehr et al., 00, Giannotti et al., 02, Ostberg, 76, и др.). Различия в хронотипической организации некоторых физиологических функций показаны и у животных, в частности, грызунов (Labyak et al., 97). Коль скоро принадлежность к тому либо иному хронотипу может среди прочего отражаться на временной организации поведенческой активности, представлялось интересным в опытах на крысах подробнее изучить данное положение, в том числе с учётом реакции животных на хронический стресс.

Опыты выполнены на 51 белых беспородных крысах-самцах массой 180−240 г. Для регистрации циркадианного (суточного) ритма двигательной активности животных помещали в индивидуальные подвижные жилые боксы собственной конструкции, позволявшие на протяжении длительного времени производить компьютерную оценку их подвижности. После 3-х дневной адаптации к условиям бокса в дальнейшем непрерывно, в течение 6 дней количественно учитывали число переходов крыс по клетке. Они содержались при фиксированном световом режиме (свет-темнота 12:12) с включением освещения в 8.00 и выключением в 20.00, свободном доступе к пище и воде, а также максимально стандартизированной окружающей температурой. В качестве стрессирующего фактора использовали повторные (ежедневно в течение недели) внутрибрюшинные инъекции 0,3 мл физиологического раствора. бодрствование работоспособность хронотип поведенческий Оценку циркадианной локомоции производили методом косинор-анализа, позволявшего учитывать амплитуду и акрофазу ритма, спектральный анализ использовали для определения мощности колебательного процесса и его частотных составляющих, кроме того, рассчитывали общую активность животных на протяжении всего срока регистрации и отдельно число движений в световой (условный день) и темновой (ночь) периоды. При статистической обработке результатов пользовались t критерием Стьюдента.

Регистрация циркадианной локомоции на протяжении длительного времени свидетельствовала о том, что она подчинялась характерной для крыс, ведущих ночной образ жизни, закономерности с максимумом движений в темновой и минимумом в световой периоды. При визуальной оценке первичных хронограмм ритма обращала на себя внимание их, на первый взгляд, существенная вариабельность. В этой связи для дифференцирования и группировки животных с хронобиологических позиций представлялось целесообразным воспользоваться определением положения акрофазы ритма. При этом во всей популяции выделялись животные с крайними полярными пиками двигательной активности. Либо такие особи максимально активизировались к моменту выключения, либо к моменту включения света, причем абсолютное количество и тех и других было незначительным. Небольшая выборка побудила нас разделить всех крыс на две группы. Причем, как в ту, так и в другую группу, вошли животные с промежуточным положением акрофазы. Естественно, такой подход несколько нивелировал различия между крайними хронотипами, однако, сохранил динамику и направленность поведенческих изменений в структуре суточного ритма двигательной активности крыс.

Часть из них демонстрировала резкое усиление двигательной активности сразу после выключения тока с дальнейшим плавным спадом числа совершаемых в камере движений. У других же особей подвижность постепенно нарастала на протяжении всего темнового периода, обнаруживая несколько низкоамплитудных всплесков с максимальным пиком к началу условного дня, а затем она быстро снижалась. Данные проведённых спектрального и косинор анализов количественно подтверждали указанные различия и позволяли говорить о существовании, по крайней мере двух разных хронотипов животных — раннего и позднего.

Особи первого типа (26 крыс) обладали пиком (акрофазой) ритма, приходившимся на ранние ночные часы (0,5+0,1 ч), и невысокой его амплитудой. Для животных раннего хронотипа была также характерна сравнительно низкая общая двигательная активность, ограниченное количество перемещений по камере как в темное, так и светлое время суток. Согласно результатам спектрального анализа, кроме того, пониженными у них были также мощность колебательного процесса и представленность различных по частоте волн на спектрограмме. Напротив, животные второго хронотипа имели позднее расположение акрофазы ритма (2,05+0,62 ч) с более высокой амплитудой, повышенную общую двигательную активность, особенно в темновом периоде. Отличались они и по спектральным характеристикам, обладая большей мощностью колебаний с превалированием высокочастотных флюктуаций.

Как свидетельствуют полученные результаты, инъекционный стресс нарушал динамику суточного ритма. В среднем, для всей популяции было характерным снижение общей двигательной активности и уменьшение амплитуды колебаний. Спектральная мощность, в ответ на стресс, возрастала, преимущественно за счет статистически достоверного прироста короткопериодных флюктуаций в структуре ритма. Снижение амплитуды и нарастание короткопериодных флюктуаций является свидетельством стрессорного напряжения и начинающейся перестройки ритма (Арушанян Э.Б., 00).

Крысы обоих описанных хронотипов обнаруживали заметные отличия по реакции на хронический стресс. Те и другие реагировали дезорганизацией циркадианной локомоции и с изменением различных параметров ритма в виде перестройки его рисунка практически у каждого из обследованных животных. В целом, однако, крысы раннего хронотипа по многим критериям отличались большей резистентностью к стрессированию.

Основные обусловленные стрессом изменения в первой группе касались преимущественно некоторым смещением акрофазы ритма на более позднее время (0,8±0,4ч). При этом общая двигательная активность и перемещения в ночные часы несколько снижались при отсутствии значимых изменений параметров спектрограммы, если не считать некоторого увеличения ее мощности и слабого прироста медленных и быстрых флюктуаций.

Иначе менялась локомоция при стрессировании животных позднего хронотипа. Они реагировали увеличением общей двигательной активности как в ночные, так и в дневные часы и более выраженной реорганизацией паттерна первичных хронограмм, что проявлялось в формировании размашистых высокоамплитудных колебаний кривой на протяжении всего темнового периода в разные опытные дни. Их акрофаза ритма смещалась незначительно назад. Зато спектральные характеристики ритма при стрессе модифицировались весьма отчетливо. Статистически достоверно возрастала мощность колебаний, во многом за счет прироста 8−12ч и особенно высокочастотных (2−4ч) флюктуаций.

Таким образом, длительная регистрация циркадианной подвижности крыс позволяет выделить животных, отличающихся по временной организации моторики или хронотипу. Раньше и быстрее активирующиеся, судя по положению акрофазы, особи демонстрируют постепенный спад двигательной активности, тогда как у крыс позднего хронотипа медленный подъем сопровождается резким снижением моторики. Последние вместе с тем, оказываются и более чувствительными к стрессу, а по нашим предварительным наблюдениям, и к действию психотропных средств.

В основе обнаруженных хронотипических отличий животных, разумеется, могут лежать самые разные причины. Одна из наиболее очевидных, на наш взгляд, состоит в индивидуальных, вероятно генетически детерминированных особенностях суточного периодизма, коль скоро постулирована тесная функциональная связь циркадианных механизмов и системы сон-бодрствование (Dijk, Lockley, 02). В таком случае правомерно предполагать и существование индивидуальных различий в деятельности центральных аппаратов управления циркадианной ритмикой, к которым относят супрахиазматические ядра гипоталамуса и подчиняющиеся их сигналам секреторные процессы в мозговой железе эпифизе. По крайней мере, у людей утреннего и вечернего хронотипов показана неодинаковая динамика продукции основного эпифизарного гормона мелатонина, а также выработки кортикостероидов и зависимой от этого температуры тела (Bailey et al., 01, Duffy et al., 99).

• 1. Арушанян Э. Б. Хронофармакология. Ставрополь, 2000. 424 с.
• 2. Арушанян Э. Б. Симуляторы психических процессов. Ставрополь, 2003. 305 с.
• 3. Baehr E.K., Revelle W., Eastman C.I. Individual differences in the phase and amplitude of the human circadian temperature rhythm: with an emphasis on morningness-eveningness. // J. Sleep Res. 2000. V. 9. P. 117−127.
• 4. Bailey S.L., Heitkemper M.M. Circadian rhythmicity of cortisol and body temperature: morningness-eveningness effects // Chronobiol. Int. 2001. V. 18. P. 249−261.
• 5. Dijk D.J., Lockley S.W. Functional genomics of sleep and circadian rhythm. Invited review: integration of human sleep-wake regulation and circadian rhythmicity // J. Appl. Physiol. 2002. V. 92. P. 852−862.
• 6. Duffy J.F., Dijk D.J., Hall E.F., Czeisler C.A. Relationship of endogenous circadian melatonin and temperature rhythms to self-reported preference for morning or evening activity in young and older people // J. Investig. Med. 1999. V. 47. P. 141−150. Giannotti F., Cortesi F., Sebastiani T., Ottaviano S. Circadian preference, sleep and daytime behavior in adolescence // J. Sleep Res. 2002. V. 11. P. 191−199. Labyak S.E., Lee T.M., Goel N. Rhythm chronotypes in a diurnal rodent, Octodon degus // Am. J. Physiol. 1997. V. 273. P. 1058−1066.
• 7. Оstberg O. Zur Typologie der circadienen Phasenlage. Ansatze zu einer praktischen Chronohygiene // Biologische Rhythmen und Arbeit. Wien. 1976. P. 116−137.