Comparative effects of antidepressants of various pharmacological groups on the behavior of adult Danio rerio

Kirill E. Levikin; Левикин Кирилл Евгеньевич; Dmitrii A. Kachanov; Качанов Дмитрий Александрович; Galina Ya. Lapkina; Лапкина Галина Яковлевна; Alexander A. Slobozhanin; Слобожанин Александр Александрович; Andrei V. Pavlysh; Павлыш Андрей Владиславович

doi:10.17816/RCF18151-56

Comparative effects of antidepressants of various pharmacological groups on the behavior of adult Danio rerio

Authors: Levikin K.E.¹, Kachanov D.A.¹, Lapkina G.Y.¹, Slobozhanin A.A.¹, Pavlysh A.V.¹
Affiliations:
1. North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov
Issue: Vol 18, No 1 (2020)
Pages: 51-56
Section: Experimental Pharmacology
URL: https://journals.eco-vector.com/RCF/article/view/17551
DOI: https://doi.org/10.17816/RCF18151-56
ID: 17551

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Statistics

Abstract

The depressive disorders remain one of the global problems of modern society. Many issues related to this topic remain open for discussion. It is reliably known that tropical fish Danio rerio (zebrafish) are the most studied and practical model methods of preclinical studies. They have several advantages over other laboratory animals. Danio Rerio is great for modeling stress and depression in order to identify the manifestations of medication to identify the manifestations of this condition.

Methods. Danio Rerio when exposed to non-selective antidepressants and related serotonin reuptake inhibitors. Danio Rerio is under stress and depression due to acute exposure to caffeine and the subsequent use of antidepressants with timely recording and processing of the results.

Results. The effect of sertraline on the Danio rerio group in order to identify the state of stress and depression was more effective in comparison with the results obtained using amitriptyline as an antidepressant.

Conclusions. Sertraline in therapeutic concentration has a greater rate of elimination from anxiety and depression, which in turn allows us to argue about its greater effectiveness. In medical practice, it is better to prescribe drugs of the group of selective serotonin reuptake inhibitors in order to achieve a faster effect.

Keywords

stress, depression, Danio rerio, zebrafish, neurotransmitters, antidepressants, sertraline, amitriptyline

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

В условиях современного общества проблема стресса различного характера занимает одно из важнейших мест в жизни человека. Существует концепция, которая подчеркивает также роль ранних стрессов в этиологии депрессивных расстройств [1, 2].

Депрессия — распространенное в разных возрастных группах психическое расстройство, характеризующееся патологически сниженным настроением с негативной, пессимистической оценкой самого себя. Доказано, что стрессы и хроническая депрессия приводят к нарушениям функционирования головного мозга, активизации одних центров и торможению других [1, 3]. По своим социально-экономическим последствиям депрессии намного опережают остальные формы психических расстройств и характеризуются «депрессивной триадой»: снижение настроения и утрата способности переживать радость, нарушение мышления, двигательная заторможенность [2, 3].

На сегодняшний день принципы лечения стресса и депрессии разнообразны. Чаще применяют медикаментозную терапию и специальную психологическую практику. Однако вопросы об эффективности тех или иных препаратов до сих пор остаются открытыми [1–3].

Психофармакотерапия депрессий — одно из более динамических исследовательских направлений в рамках психиатрической науки, что связано с интенсивным синтезом новых антидепрессантов и прогрессом в изучении клиники и патогенеза аффективных расстройств. Считается, что расширение арсенала антидепрессантов связано, с одной стороны, с их востребованностью обществом из-за широкого распространения депрессивных состояний, с другой, — сложностью достижения терапевтического результата при примерно равной их эффективности [2].

Ни для кого не секрет, что прежде чем перейти к практическому использованию, все лекарственные средства проходят череду доклинических, а затем и клинических исследований. Лабораторные животные как экспериментальные модели являются неоценимым инструментом для исследования патогенеза различных депрессивных расстройств и создания их потенциального лечения. Перспективным направлением в фармакологии стало использование в качестве экспериментальной модели депрессии аквариумнуой рыбки Danio rerio (zebrafish). Благодаря детальной изученности эмбриогенеза, генома, морфологических особенностей и минимальности затрат на содержание zebrafish может применяться в биологических, генетических, фармакологических исследованиях и скрининге при мутагенезе, оценке тератогенности и другого воздействия химических веществ [4].

Целью настоящего исследования являлось выявление и оценка различий в поведении у рыбок Danio rerio при воздействии неселективных антидепрессантов и селективных ингибиторов обратного захвата серотонина. В качестве используемых антидепрессантов был выбран амитриптилин, который является золотым стандартом в лечении депрессивных расстройств, сопровождающихся явлениями ажитации. Вторым препаратом выбран сертралин, который на сегодняшний день также довольно часто используется в практической деятельности.

Задачи исследования состояли в подтверждении возможностей использования модели Danio rerio в доклинических исследованиях психоактивных веществ; сравнительном анализе влияния различных антидепрессантов на поведение zebrafish; выявлении наиболее эффективной группы применяемых антидепрессантов.

Преимущества моделирования стрессового состояния и депрессии на рыбках Danio rerio (zebrafish). Развитие ex utero и оптическая прозрачность эмбрионов в процессе эмбриогенеза позволяет проводить визуальный анализ эмбрионов на разных стадиях развития.

На сегодняшний день полностью изучены этапы формирования нервной системы у zebrafish:

к концу гаструляции (приблизительно 10 ч с момента оплодотворения икры) нервная пластинка становится отчетливо отличимой от остальной части эктодермы, а спустя некоторое время она образует нервную трубку;
к концу первых суток от момента оплодотворения выявляются подразделения структур центральной нервной системы, а именно: передний мозг, средний мозг, задний мозг и спинной мозг. Параллельно с выявлением подразделений в их структуре происходит формирование ранних скоплений нейронов, а также происходит постепенное распространение аксональных участков в периферическом направлении тела эмбриона (личинки);
к концу вторых — началу третьих суток от момента оплодотворения в структурах нервной системы выявляется значительное количество нейронов, экспрессирующих различного рода нейротрансмиттеры. К данным нейронам относятся: ГАМКергические, моноаминергические (экспрессирующие DA, A, NA, 5HT, Gist), холинергические и пептидергические нейроны;
к концу четвертых суток обнаруживаются глиальные подтипы, такие как олигодендроциты, клетки Шванна, астроциты и мн. др.

В сравнении с млекопитающими Danio rerio отличаются слабо развитой корой конечного мозга. Однако наибольшей схожестью среди структур головного мозга обладают гиппокамп, миндалевидное тело и базальный ганглий [5].

На сегодняшний день Danio rerio активно используются во многих направлениях научной деятельности: в качестве индикатора загрязнения водоемов, для оценки токсичности фармакологических препаратов, разработки транспортных лекарственных систем, а также в качестве модельного объекта постановки стресса новизны и депрессии [6–8]. Учитывая эти данные, можно говорить, что Danio rerio в полной мере могут использоваться в качестве модельного объекта в доклинических исследованиях заболеваний нервной системы [9, 10].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводилось на взрослых особях Danio rerio природного окраса (n = 36).

Известно, что в стандартных условиях обитания zebrafish образуют стаи (косяки), в аквариуме занимают преимущественно верхнюю и реже среднюю зоны плавания [4, 6]. Как правило, отсутствует агрессивное поведение по отношению друг к другу, и достаточно редко встречаются явления фризинга (замирания) [6, 8].

В ходе эксперимента рыбки были разделены на 5 групп (1 контрольная (n = 4) и 4 основных (n = 8), содержащие по 2 подгруппы) (рис. 1)

Рис. 1. Дизайн исследования

Известно, что острое воздействие кофеина на аденозиновые рецепторы оказывает надежный анксиогенный эффект. Блокируя аденозиновые рецепторы А1 достигается состояние тревожности, а блокада рецепторов А2 оказывает тормозное влияние на структуры центральной нервной системы [1, 5].

С помощью воздействия кофеином в концентрации 100 мг/л у Danio rerio моделировали состояние тревоги и депрессии, которое оценивали по следующим параметрам: общее время пребывания на нижнем уровне плавания, общее время пребывания на верхнем уровне плавания и время подъема с нижнего на верхний уровень плавания от начала эксперимента.

Контрольная группа находилась в емкости, содержащей кофеин в концентрации 100 мг/л в течение 30 мин, после чего помещалась в аквариум (объем 20 л, при следующих условиях: температура воды 25–27 °C, стандартная аэрация, pH 6.5, dH 11°, ежедневная подмена 15 % объема воды), где проводилась видеосъемка с последующей обработкой полученных данных.

Основные группы первоначально также находились в емкости, содержащей кофеин, после чего помещались на 30 мин в другие емкости, содержащие препарат в разных концентрациях. Далее животных из контрольной группы пересаживали в аквариум. Полученные данные также фиксировались при помощи видеосъемки и затем обрабатывались.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ

Контрольная группа. Анализируя результаты контрольной группы, подверженной острому воздействию кофеина, отчетливо видно, что Danio rerio находятся в стойком тревожном состоянии, о чем свидетельствуют:

наиболее длительный период пребывания на нижнем уровне плавания (рис. 2);
более медленный переход с нижнего уровня на верхний (рис. 3);
самый короткий период нахождения на верхнем уровне плавания (рис. 4).

Рис. 2. Время нахождения на нижнем уровне плавания

Рис. 3. Время подъема на верхний уровень

Рис. 4. Нахождение на верхнем уровне плавания

На основании трех значимых показателей можно утверждать, что острое воздействие кофеином производит надежный анксиогенный эффект.

Амитриптилин. При сравнении двух концентраций амитриптилина было замечено, что воздействие препарата в дозировке 0,25 мг/л в сравнении с 0,5 мг/л вызывает:

меньшую продолжительность пребывания на нижнем уровне плавания;
более скорый период перехода с нижнего уровня плавания на верхний;
более длительный период плавания на верхнем уровне.

Полученные результаты позволяют нам достоверно утверждать, что терапевтической концентрацией исследуемого препарата является дозировка 0,25 мг/л.

Сертралин. В группах, подверженных воздействию сертралина, также выявляется тенденция к более быстрому переходу на верхний уровень плавания в сравнении с контрольной группой, а также более длительный период пребывания на нем. Среди двух исследуемых концентраций терапевтической дозировкой также оказалась 0,25 мг/л. Это подтверждают следующие полученные результаты:

меньший период нахождения на нижнем уровне;
более быстрый переход с нижнего уровня плавания на верхний.

Стоит отметить, что продолжительность пребывания групп рыб на верхнем уровне плавания при обеих концентрациях оказалась близка по значению, что не позволяет нам судить о большей эффективности дозировки 0,5 мг/л.

Сравнение терапевтических доз используемых представителей двух групп антидепрессантов. Чтобы выявить наиболее эффективную группу антидепрессантов, мы провели сравнительную оценку терапевтических концентраций амитриптилина и сертралина по выделенным нами ранее параметрам (см. таблицу). Было выявлено, что:

наиболее коротким периодом нахождения на нижнем уровне плавания отличается группа Danio rerio, подверженная воздействию сертралина;
наиболее скорым оказался переход группы, получающей сертралин;
наиболее продолжительным периодом пребывания на верхнем уровне плавания обладает группа, которая получала амитриптилин.

§ Результаты, полученные по определяемым параметрам
Уровень / группа	Кофеин 100 мг	Сертралин 0,25 мг	Сертралин 0,5 мг	Амитриптилин 0,25 мг	Амитриптилин 0,5 мг
Верхний уровень плавания, с	173	375,5	402	423	287,5
Средний уровень плавания, с	199	315	389	176,5	215,5
Нижний уровень плавания, с	528	209,5	301	300,5	397
Время, прошедшее до момента подъема на верхний уровень (при нахождении на нем не менее 5 с), с	323	38	196	41,5	88

Суммарным продолжительным периодом пребывания на верхнем и среднем уровнях плавания (что свидетельствует о меньшей возможности нахождения в состоянии тревоги и депрессии) также отличилась группа, подверженная воздействию сертралина 0,5 мг/л в сравнении с амитриптилином 0,25 мг/л (691 с против 599 с).

С целью подтверждения выделенных параметров был проведен статистический анализ всех полученных результатов с использованием программы SPSS (U-критерий Манна – Уитни). По результатам анализа все полученные данные оказались статистически значимыми.

ВЫВОДЫ

В результате проделанной работы была подтверждена возможность применения Danio rerio в качестве модельного объекта доклинических исследований заболеваний, проявляющихся дисфункцией нервной системы.

Был проведен сравнительный анализ двух различных групп антидепрессантов и выявлена следующая тенденция: сертралин в терапевтической концентрации обладает большей скоростью выведения из состояния тревоги и депрессии, что в свою очередь позволяет утверждать о его большей эффективности.

Во врачебной практике лучше назначать препараты группы селективных ингибиторов обратного захвата серотонина с целью достижения более скорого терапевтического эффекта.