The effect of exogenous melatonin on the dynamics of body weight and the level of Klotho protein in the blood of female rats subjected to prolonged dark deprivation

Larisa I. Kondakova; Кондакова Лариса Игоревна; Lyubov I. Bugaeva; Бугаева Любовь Ивановна; Victoria V. Bagmetova; Багметова Виктория Владимировна; Viktor S. Sirotenko; Сиротенко Виктор Сергеевич; Tatyana S. Smirnova; Смирнова Татьяна Семеновна

doi:10.19163/1994-9480-2024-21-3-154-160

The effect of exogenous melatonin on the dynamics of body weight and the level of Klotho protein in the blood of female rats subjected to prolonged dark deprivation

作者: Kondakova L.I.¹, Bugaeva L.I.¹, Bagmetova V.V.¹, Sirotenko V.S.¹, Smirnova T.S.¹
隶属关系:
1. Volgograd State Medical University
期: 卷 21, 编号 3 (2024)
页面: 154-160
栏目: Original Researches
URL: https://journals.eco-vector.com/1994-9480/article/view/639947
DOI: https://doi.org/10.19163/1994-9480-2024-21-3-154-160
ID: 639947

如何引用文章

全文:

详细
全文:
作者简介
参考
补充文件
统计

详细

The study of the effect of exogenous melatonin (0.3 mg/kg, intragastrically in 2% starch mucus, 14-day course) on the dynamics of body weight and the level of Klotho protein in the blood of 4-month-old white mongrel female rats subjected to 30-day dark deprivation (light-dark mode 24/0 h, artificial lighting 300 Lux). It has been shown that prolonged dark deprivation leads to a decrease in the level of Klotho protein, which is a marker of premature aging; a decrease in melatonin levels, fluctuations in the rate of body weight gain in sexually mature female rats. Exogenous melatonin contributed to an increase in the level of Klotho protein and the restoration of melatonin levels in the blood serum of animals, as well as a decrease in body weight, which indicates its protective effect on the condition of animals with accelerated aging caused by dark deprivation.

关键词

premature aging, dark deprivation, melatonin, Klotho protein, female rats

全文:

По данным Росстата, более 50 % россиян предрасположены к избыточной массе тела [1], за последние 20 лет отмечается рост распространенности эндокринных заболеваний и нарушений обмена веществ на 48,4 % [2], что связано с изменением не только ежедневного рациона питания, но и условий окружающей среды, условий и режима труда: повышение ритма жизни, работа в ночное время, частые перелеты и смена часовых поясов и др. В связи с чем все большую распространенность приобретают нарушения свето-темнового режима: световая и темновая депривация оказывают негативное влияние на хронобиологические процессы в организме, приводя к возникновению гормональных, метаболических нарушений. Одновременно световой десинхроноз является стрессирующим фактором для всех систем организма и сопровождается развитием ускоренного старения, может стать пусковым фактором заболеваний сердечно-сосудистой, репродуктивной и других систем организма [3, 4]. Одним из «супрессоров» старения является белок Клото, который обладает антиоксидантной и антиапоптотической активностью, оказывает модулирующее влияние на энергетический метаболизм, а также участвует в регуляции многих физиологических процессов в организме и профилактике заболеваний [5]. С учетом серьезности нарушений, вызванных световым десинхронозом, приобретает актуальность изучения влияния светового десинхроноза (темновой депривации) на динамику массы тела и уровня белка Клото в сыворотке крови животных. Ранее в исследованиях на самцах крыс было показано, что длительная темновая депривация сопровождается статистически значимым уменьшением содержания в сыворотке крови белка Клото и эндогенного мелатонина, при этом метаболические нарушения сопровождаются колебаниями динамики и темпа прироста массы тела у животных, экзогенный мелатонин способствовал нивелированию перечисленных нарушений [6]. С учетом полового диморфизма многих физиологических процессов представляет интерес изучение влияния экзогенного мелатонина на динамику массы тела и уровень белка Клото в крови у половозрелых самок крыс, подвергшихся длительной темновой депривации.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить особенности влияния экзогенного мелатонина на динамику массы тела и уровень белка Клото в крови у половозрелых самок крыс, подвергшихся длительной темновой депривации.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводилось на 49 беспородных белых крысах самках 4-месячного возраста (питомник филиала «Столбовая» ФГБУН НЦБМТ ФМБА России) в соответствии с правилами лабораторной практики РФ (ГОСТ 33044-2014). Эксперименты и содержание животных осуществляли с учетом требований Директивы 2010/63/EU Европейского парламента и Совета Европейского союза от 22.09.2010 по охране животных, используемых в научных целях. Дизайн исследования одобрен локальным этическим комитетом ФГБОУ ОВО ВолгГМУ Минздрава России (справка от 25.11.2022 № 2022/164).

Крысы были разделены на 3 группы: 1-я группа – негативный контроль (n = 17), животные содержались при фиксированном свето-темновом режиме (12/12 часов); 2-я группа – позитивный контроль (n = 17) и 3-я группа – опытная (n = 15) – содержались при постоянном искусственном освещении (24 часа, 300 Люкс) в течение 30 дней. По окончании периода темновой депривации животные 2-й и 3-й групп содержались в стандартных условиях вивария при 12-часовом свето-темновом режиме, при этом крысы 3-й опытной группы получали внутрижелудочно через зонд мелатонин (Мелатонин-СЗ, 3 мг, Северная Звезда НАО, Россия) в эффективной экспериментальной дозе 0,3 мг/кг [3] в виде взвеси в 2%-й крахмальной слизи в объеме 20 мл/кг в течение 14 суток (ежедневно, однократно в одно и то же время, 20.00 МСК) [2]. Животные контрольных групп в течение 14 суток получали по аналогичной схеме 2%-ю крахмальную слизь в эквивалентном объеме. На протяжении всего исследования животные контрольных и опытной групп имели свободный доступ к воде и пище (полнорационный гранулированный комбикорм).

В ходе исследования каждые 7 сут. определялась динамика массы тела животных (г), оценивался темп прироста массы в % и Δ%. Забор крови для определения концентрации мелатонина, белка Клото осуществляли из брюшной аорты крыс после наркотизации путем однократного внутрибрюшинного введения хлоралгидрата (400 мг/кг) в воде очищенной в объеме 10 мл/кг. После забора крови животных подвергали эвтаназии путем декапитации с помощью гильотины (ООО «Открытая наука», Москва, Россия). В сыворотке крови определяли концентрацию мелатонина, белка Клото с помощью автоматического микропланшетного фотометра Sunrise TS4TECAN (Tecan Austria GmbH, Австрия) и набора реактивов ELISA Kit For Melatonin (MT), ELISA Kit for Klotho (KL) производства CLOUD-CLONE CORP (США).

Статистическую обработку результатов исследования выполняли с помощью программы GraphPad Prism 8.0 (США) с использованием рангового однофакторного дисперсионного анализа Краскела – Уоллиса с апостериорным критерием Данна. Для определения нормальности распределения использовали критерий Шапиро – Уилка. Статистически значимыми считали различия при уровне статистической значимости ниже 5 % (p < 0,05).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В группе негативного контроля в течение 6 недель исследования выявлена положительная динамика прироста массы тела. В начале эксперимента масса тела животных из группы негативного контроля составила в среднем (256,47 ± 3,71) г, на 7-е сут. исследования масса тела контрольных животных возросла на 1,3 %, на 14-е сут. – на 0,3 % по отношению к предыдущему измерению. На 28-е сутки отмечался рост массы тела контрольных животных на 1,5 %. На 5–6-й неделе эксперимента прирост массы тела был стабильным равномерным в диапазоне 0,6–0,7 % (рис. 1, 2). Была выявлена также положительная динамика массы тела в Δ% по отношению к исходному значению в течение всего исследования в группе негативного контроля (рис. 3).

Рис. 1. Влияние мелатонина на динамику массы беспородных белых крыс-самок с ускоренным старением, вызванным 30-дневной темновой депривацией (свето-темновой цикл 24/0 ч), M ± m
* p < 0,05 – по отношению к показателю группы животных негативного контроля (ранговый однофакторный анализ Краскела – Уоллиса, критерий Данна).

Рис. 2. Влияние мелатонина на темп прироста массы тела у беспородных белых крыс-самок с ускоренным старением, вызванным 30-дневной темновой депривацией (свето-темновой цикл 24/0 ч)

Масса тела животных в начале эксперимента в группе позитивного контроля и опытной составила (251,06 ± 4,29) и (243,73 ± 5,92) г соответственно. На 7-е сут. эксперимента был выявлен прирост массы тела у животных в группе позитивного контроля и опытной на 0,94 и 2,1 % соответственно. В течение исследования у животных данных групп отмечались колебания динамики массы тела и темп ее прироста был неравномерный вплоть до регистрации отрицательных значений (преимущественно в опытной группе).

На 21-е сут. эксперимента у животных на фоне темновой депривации выявлено снижение темпа прироста массы тела (1,02 и 1,25 %, группы позитивного контроля и опытная соответственно) по сравнению с показателем крыс из группы негативного контроля, однако различия не были статистически значимыми. По окончании темновой депривации на 28-е сутки темп прироста массы тела у крыс группы позитивного контроля и опытной составил 1,92 и 2,02 % соответственно. На фоне приема мелатонина на 7-е сутки после окончания темновой депривации темп прироста массы тела животных опытной группы приобрел отрицательные значения и составил 1,7 %, на 14-е сут. – 0,85%; также было выявлено снижение массы тела на 1,7 и 2,5% на 7 и 14 сут. соответственно.

Рис. 3. Влияние мелатонина на относительный темп прироста массы тела у беспородных белых крыс-самок с ускоренным старением, вызванным 30-дневной темновой депривацией (свето-темновой цикл 24/0 ч)

У животных из группы позитивного контроля уровень мелатонина был статистически значимо меньше, чем показатели крыс из группы негативного контроля на 31-е сутки – на 30,9 %, на 45-е сутки – на 27,2 % (рис. 4). У крыс опытной группы уровень мелатонина в крови был выше, чем показатель животных позитивного контроля на 64,9 %.

Рис. 4. Влияние 30-дневной темновой депривации на уровень мелатонина в сыворотке крови беспородных белых крыс-самок (свето-темновой цикл 24/0 ч), M ± m
* p < 0,05; ** p < 0,01 - по отношению к показателю группы животных негативного контроля; ^# p < 0,05 – по отношению к показателю группы животных позитивного контроля (ранговый однофакторный анализ Краскела – Уоллиса, критерий Данна).

Темновая депривация в течение 30 суток сопровождалась статистически значимым снижением уровня белка Клото в крови животных группы позитивного контроля – в 1,5 раза по отношению к аналогичному показателю группы негативного контроля. Через 14 суток после отмены темновой депривации у крыс данной группы отмечалось увеличение уровня белка Клото в сыворотке крови в 1,07 раза по сравнению с предыдущим измерением показателя, однако не достигал уровня группы негативного контроля. Повышение уровня белка Клото у животных позитивного контроля через 14 суток после окончания темновой депривации указывает на тенденцию к частичной компенсации нарушений, вызванных световым десинхронозом. У животных в опытной группе, получавших после отмены темновой депривации 14-дневным курсом экзогенный мелатонин, уровень белка Клото был выше, по сравнению с показателем животных позитивного контроля (рис. 5).

Рис. 5. Влияние 30-дневной темновой депривации на уровень белка Клото в сыворотке крови беспородных белых крыс-самок без лечения и на фоне лечения мелатонином (свето-темновой цикл 24/0 ч), M ± m
* p < 0,05; ** p < 0,01 – по отношению к показателю группы животных негативного контроля; # p < 0,05 – по отношению к показателю группы животных позитивного контроля (ранговый однофакторный анализ Краскела – Уоллиса, критерий Данна).

Таким образом, отсутствие смены световой и темновой фаз приводило к снижению выработки мелатонина и уровня белка Клото в сыворотке крови у половозрелых самок крыс, что сопоставимо с данными, полученными ранее в экспериментах на самцах крыс [6]. Снижение уровня мелатонина, участвующего в регуляции цикла голод/насыщение сопровождалось ростом массы тела экспериментальных животных. Мелатонин оказывает положительное влияние на углеводный и липидный обмен, что сопровождается снижением массы тела и прироста веса при его экзогенном введении [7]. У животных, получавших лечебным курсом мелатонин, высокие значения уровня белка Клото сочетались со снижением массы тела.

Данный факт соотносится с результатами, полученными в клинических исследованиях, в которых было показано, что у пациентов, страдающих сахарным диабетом II типа, абдоминальное ожирение сопряжено со значительным уменьшением содержания белка Клото [8]. Введение мелатонина способствует частичному восстановлению уровня белка Клото у животных [9]. Как и в ранее полученных данных на самцах крыс, мелатонин оказывал протективное влияние на физиологический статус половозрелых самок крыс, что выражалось в увеличении уровня белка Клото и восстановлении уровня мелатонина в сыворотке крови животных, а также снижении массы тела.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Световой десинхроноз, вызванный 30-суточной темновой депривацией, оказывает негативное воздействие на физиологическое состояние организма животных. Постоянное освещение приводит к снижению уровня белка Клото, которое является маркером преждевременного старения; снижению уровня мелатонина, колебаниям темпа прироста массы тела у половозрелых самок крыс. Экзогенный мелатонин способствовал увеличению уровня белка Клото и восстановлению уровня мелатонина в сыворотке крови животных, а также снижению массы тела, что указывает на его протективное влияние на состояние животных с ускоренным старением, вызванным темновой депривацией.