Уровень глюкозы в крови крыс с разной поведенческой активностью в динамике многократных стрессорных воздействий

Полный текст

Состояние стресса представляет собой совокупность адаптационных реакций млекопитающих на воздействие физических или психологических стрессорных факторов, нарушающих гомеостаз организма. Физиологические, психологические и социальные исследования указывают на то, что в неизбежно возникающих при этом конфликтных ситуациях суммируются вегетативные и неврологические нарушения, сопровождающие эмоциональный стресс [1, 2].

Выраженность нарушений физиологических функций в условиях отрицательных эмоциогенных нагрузок значительно различается у разных индивидуумов [1, 3-5]. В исследованиях на крысах тестирование в открытом поле широко используется для прогнозирования чувствительности животных к отрицательным последствиям стрессорных воздействий. Установлено, что выживаемость поведенчески активных особей при стрессе выше по сравнению с соответствующим показателем у пассивных крыс [6]. Следовательно, стрессорный ответ организма при однотипных нагрузках проявляется различно у устойчивых и предрасположенных к стрессу особей. Данный подход к изучению стресса и связанных с ним психосоматических заболеваний перспективен в плане разработки новых методов персонифицированной медицины [7].

В современной научной литературе накоплен большой фактический материал, иллюстрирующий характер изменений в организме живых существ при острых стрессорных воздействиях. Часто наблюдающиеся несоответствия результатов разных исследований в области физиологии стресса во многом связаны с отсутствием индивидуального подхода к изучению системных механизмов регуляции жизненно важных процессов у млекопитающих [8]. Кроме этого, современные условия жизни характеризуются часто повторяющимися воздействиями на людей разнообразных стрессоров. Следовательно, изучение влияния многократных стрессорных нагрузок на системную организацию физиологических функций позволит максимально приблизить экспериментальные исследования стресса к реальным условиям существования человека. Наиболее актуальным представляется выяснение особенностей индивидуальной реакции на стрессогенные факторы у особей с исходной разной чувствительностью к стрессу.

Известно, что психоэмоциональный стресс играет важную роль в развитии и последующем прогрессировании обменных расстройств. Нарушение метаболизма глюкозы – распространенное последствие воздействия стрессогенных факторов на организм человека. Установлено наличие прямых взаимосвязей между стрессовыми нагрузками и устойчивым, пролонгированным увеличением концентрации глюкозы в крови, часто приводящим к развитию сахарного диабета 2-го типа [9, 10].

Несмотря на повышенный интерес к изучению процессов формирования метаболических нарушений при стрессорных воздействиях, многие аспекты этой проблемы не изучены. В современной научной литературе не рассматривается возможность специфики сдвига метаболизма углеводов у индивидуумов с различной устойчивостью к отрицательным эмоциогенным нагрузкам. Мало исследованы изменения уровня глюкозы в крови при хроническом стрессе.

Целью нашей работы явилось изучение влияния многократных стрессорных нагрузок на уровень глюкозы в крови крыс с различными параметрами поведения в тесте «открытое поле», имеющих разную восприимчивость к формированию негативных последствий отрицательных эмоциогенных воздействий.

Материалы и методы

Работа выполнена на 76 крысах-самцах Wistar массой тела 255,6±2,8 г. Исследования выполнены в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных», утвержденными на заседании этической комиссии НИИ нормальной физиологии имени П.К. Анохина (протокол №1 от 03 сентября 2005 г.), требованиями Всемирного общества защиты животных (WSPA) и Европейской конвенции по защите экспериментальных животных.

Животных содержали в клетках (по 4-5 особей в каждой) при температуре 20-22°С на стандартном пищевом рационе в искусственных условиях освещения (9:00-21:00 – свет, 21:00-9:00 – темнота). После доставки в лабораторию крысы проходили адаптацию к лабораторным условиям в течение 5 дней. Животных ежедневно подвергали процедуре хэндлинга – неоднократному взятию в руки на протяжении 15 мин. – для предотвращения стрессорной реакции на взятие в руки экспериментатора.

Поведение животных предварительно изучали в тесте «открытое поле» на протяжении 3 мин. [6]. Для определения индекса активности крыс сумму числа пересеченных периферических и центральных квадратов, периферических и центральных стоек, исследованных объектов делили на сумму латентных периодов 1-го движения и выхода в центр экспериментальной камеры. В зависимости от показателей поведения в открытом поле животные были разделены на пассивных (n=40, средний индекс активности – 0,44±0,02) и активных особей (n=36, средний индекс активности – 2,73±0,55).

Крыс подвергали ежедневному иммобилизационному стрессу в индивидуальных пластиковых пеналах на 4 ч. в одно и то же время суток (10:00-14:00). Концентрацию глюкозы в крови определяли с помощью глюкометра (Contour TS, Bayer) в контроле, а также на 1-е, 3-и и 8-е сут. повторных иммобилизаций. Ранее нами выявлено, что колебания ряда физиологических показателей у крыс на указанной модели стрессорной нагрузки проявляются именно в этих временных периодах многократных стрессорных воздействий [11, 12]. При выборе сроков наблюдений мы принимали во внимание и сведения о том, что наиболее серьезные физиологические нарушения у животных проявляются в конце стадии тревоги (38-40 ч. после эмоциогенной нагрузки), а в начале стадии резистентности (4-е сут.) и через 7 сут. после воздействия в организме отчетливо выражены признаки компенсаторных реакций [13, 14].

Результаты эксперимента обрабатывали с использованием пакетов программ STATISTICA 10.0 и Microsoft Office Excel 2010. Так как распределение полученных значений отличалось от нормального, анализ различий между переменными проводили с применением критерия Friedman ANOVA. В случае наличия статистически значимых различий между вариационными рядами проводили апостериорный анализ с помощью Wilcoxon matched pairs test с последующим FDR-контролем групповой вероятности ошибки I рода.

Результаты и их обсуждение

В условиях контроля содержание глюкозы в крови поведенчески активных крыс было меньше, чем у пассивных особей (на 7,6%, p<0,05; рис. 1).

 

Рис. 1. Концентрация глюкозы в крови поведенчески пассивных и активных крыс в исходном состоянии («Контроль») и на 1-е («Стресс-1»), 3-и («Стресс-3») и 8-е сут. («Стресс-8») ежедневного 4-х часового иммобилизационного стресса.

*p<0,05 по сравнению с контролем; ⁺p<0,05 по сравнению с пассивными крысами

 

У пассивных животных выявлено увеличение концентрации глюкозы в крови после однократного (на 6,8%) и особенно
3-кратного иммобилизационного стресса (на 16,0%, p<0,05 по сравнению с контролем). К 8-м сут. повторных стрессорных нагрузок уровень глюкозы у этих крыс снижался по сравнению с таковым в предыдущие периоды, но оставался выше исходного.

Изменения содержания глюкозы у поведенчески активных особей в динамике многократных стрессорных воздействий отличались от таковых у пассивных крыс. Статистически значимое увеличение данного показателя у активных животных – на 20,2% по сравнению с контролем (p<0,05; рис. 1) – обнаружено уже после однократной иммобилизации. Уровень глюкозы в крови этих крыс к 3-м и 8-м сут. повторных стрессорных нагрузок снижался по сравнению с 1-ми сут. опыта, но оставался выше исходного значения. Существенно, что на 3-и сут. наблюдений исследуемый параметр у активных животных был на 13,0% меньше, чем у пассивных крыс (p<0,05).

Таким образом, в наших опытах выявлены различия базального уровня глюкозы в крови крыс с разными параметрами поведения в тесте «открытое поле». Полученные данные существенно расширяют имеющиеся сведения об особенностях показателей углеводного обмена. Обнаружено, в частности, что экспрессия глюкозных транспортеров (GLUT), опосредующих перенос глюкозы через гематоэнцефалический барьер к нейронам и глиальной ткани, существенно зависит от пола и возраста животных [15].

Нами обнаружено, что повторные стрессорные нагрузки у животных на модели ежедневной 4-часовой иммобилизации приводят к формированию гипергликемии. Это дополняет результаты наших предыдущих экспериментов, продемонстрировавших характер колебаний уровня глюкозы в крови крыс с разной поведенческой активностью после острой стрессорной нагрузки, вызванной 1-часовой иммобилизацией [16].

Следует отметить, что в современной научной литературе представлены данные о характере влияния стрессорных нагрузок на обмен углеводов у млекопитающих. Например, продемонстрировано, что острый стресс у мышей на модели неизбегаемого электрокожного раздражения приводит к стойкому повышению уровня глюкозы крови в тестах на толерантность к глюкозе и инсулину с сопутствующим нарушением процессов инсулинового сигналинга в печени [17]. В экспериментах на крысах, подвергнутых стрессу электроболевого раздражения, выявлено увеличение содержания кортикостерона в плазме крови, что сопровождается повышением уровня глюкозы [18]. Кроме этого, обнаружено, что стрессорное воздействие у крыс на модели 15-минутного принудительного плавания приводит к рассогласованию регионального кровотока и скорости утилизации глюкозы в ряде структур головного мозга [19].

Известно, что стрессорные нагрузки различной длительности и интенсивности оказывают специфическое влияние на показатели обмена веществ. Например, выявлена зависимость глюкозного профиля крови от продолжительности действия стрессорного фактора. В опытах на мышах показано, что иммобилизация в течение 30 мин. или 1 ч. сопровождается выраженным увеличением концентрации глюкозы в крови [20]. Однако уровень глюкозы остается неизменным при 2-х или 4-часовом иммобилизационном стрессе. Некоторые авторы полагают, что метаболические расстройства в условиях острого стресса более выражены, чем при хронических эмоциогенных нагрузках [21].

Большинство исследователей сходятся во мнении о том, что хронические стрессорные воздействия также вызывают значимые нарушения углеводного обмена у млекопитающих. Выявлено, что моделирование хронического непредсказуемого стресса у крыс на протяжении 28 сут. приводит к росту уровня инсулина, нарушению толерантности к глюкозе и повышению концентрации кортикостероидов в сыворотке крови. Указанный биохимический профиль сохраняется и в период восстановления после стрессорной нагрузки, несмотря на восстановление базальной концентрации кортикостероидов. Нарушение толерантности к глюкозе в этих условиях является одним из этиологических факторов развития сахарного диабета 2-го типа, или так называемого метаболического синдрома [22]. В наблюдениях на людях установлено, что формирование метаболического синдрома сопровождается выраженными психонейроиммунными нарушениями, в т.ч. развитием психологического дистресса, дисфункцией автономной нервной системы и иммунной системы [23].

Выраженность метаболических нарушений при длительном стрессе может различаться в зависимости от силы и/или частоты предъявления стрессогенного фактора [24]. В частности, уменьшение прироста массы тела у крыс выявлено на начальных стадиях хронического прерывистого стресса умеренной интенсивности, но не в последующие периоды стрессирования. Толерантность к глюкозе оставалась неизменной в указанных условиях отрицательного эмоциогенного воздействия.

Имеются разные точки зрения относительно патофизиологических механизмов, лежащих в основе метаболических эффектов стресса. Например, считается, что данные эффекты связаны с изменением активности ренин-ангиотензиновой системы. В опытах на мышах обнаружено, что блокада рецепторов ангиотензина II снижает выраженность инсулиновой резистентности при стрессорном воздействии, вызванном периодической иммобилизацией на протяжении 2 недель [25]. Большинство авторов полагают, что глюкокортикоиды, активно высвобождающиеся в условиях стресса, не только влияют на синаптическую пластичность, но и нарушают метаболизм глюкозы в головном мозге и снижают чувствительность к инсулину. При этом многие постстрессорные расстройства обусловлены изменением активности основных ферментов метаболизма и уменьшением чувствительности инсулиновых рецепторов в ЦНС [26]. Показана роль ряда центральных пептидов в развитии стресс-индуцированного метаболического синдрома. Например, гипоталамический нейропептид орексин играет ключевую роль в предупреждении формирования «патологического круга» между депрессивным поведением и нарушением метаболизма глюкозы в условиях хронического стресса у мышей [27]. Кроме этого, эксперименты на крысах продемонстрировали, что колебания уровня глюкозы крови при хроническом стрессе могут быть обусловлены особенностями процессов всасывания в кишечнике, а также изменением активности пищеварительных ферментов – мальтазы, сахаразы и лактазы [28].

В наших экспериментах впервые установлена специфика изменений показателей обмена глюкозы у животных с разными типами поведения в открытом поле, характеризующихся различной устойчивостью к негативным последствиям стресса. У пассивных крыс, предрасположенных к отрицательным эмоциогенным нагрузкам, повышение уровня глюкозы в крови было наиболее значимо на 3-и сут. ежедневной 4-часовой иммобилизации. В отличие от этих животных, у активных крыс, устойчивых к экстремальным воздействиям, выраженность гипергликемии была наибольшей после однократного стресса. Концентрация глюкозы в крови поведенчески пассивных и активных особей незначительно уменьшалась к 8-м сут. повторных стрессорных нагрузок (по сравнению с таковой в предыдущие периоды), но оставалась больше исходного значения.

Полученные результаты расширяют имеющиеся взгляды на специфику обмена веществ у млекопитающих в разных условиях. Ранее охарактеризованы гендерные особенности последствий хронического и острого стресса, как одного из основных этиологических факторов формирования метаболического синдрома. В частности, установлено, что изменения ряда биохимических показателей крови у самцов крыс – содержания глюкозы, С-реактивного белка, мочевой кислоты и холестерина – более значимы в условиях острых стрессорных нагрузок, чем при хроническом стрессе. Противоположные результаты получены в экспериментах на самках животных [29].

Недавно разработана новая модель хронического психосоциального стресса [30]. Выявлено, что в этих экспериментальных условиях «доминантные» по поведению мыши характеризуются нормальным метаболическим фенотипом, тогда как «подчиненные» особи предрасположены к нарушениям обмена веществ в организме. Обнаружено, что специфика функциональных связей, определяющих инсулиновую чувствительность, поддержание постоянного уровня глюкозы и липидов вносит вклад в особенности метаболических процессов у этих животных.

Результаты проведенных нами экспериментов указывают на то, что динамика нарушений углеводного обмена, в частности, уровня глюкозы крови, при повторных стрессорных нагрузках отличается у особей с различными показателями поведения, имеющих разную чувствительность к отрицательным эмоциогенным воздействиям.

Заключение

Таким образом, животные с разными показателями поведения в открытом поле, имеющие различную чувствительность к негативным последствиям отрицательных эмоциогенных нагрузок, характеризуются рядом особенностей обмена углеводов. В условиях физиологической нормы содержание глюкозы в крови у поведенчески активных крыс, устойчивых к стрессорным воздействиям, меньше, чем у предрасположенных к стрессу, пассивных особей.

Обнаружено, что многократные стрессорные нагрузки на модели ежедневной 4-часовой иммобилизации у крыс сопровождаются развитием гипергликемии. Однако в этих условиях динамика концентрации глюкозы в крови различна у животных с разными характеристиками поведения. У активных особей увеличение содержания глюкозы в крови наиболее выражено после однократной иммобилизации, а у пассивных крыс – на 3-и сут. хронического стресса. К окончанию наблюдений – 8-е сут. – анализируемый показатель остается выше базального уровня как у поведенчески пассивных, так и у активных животных.

Представленные нами данные указывают на необходимость индивидуального подхода к исследованию механизмов формирования и развития постстрессорных нарушений физиологических функций.

Об авторах

Анастасия Юрьевна Абрамова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Научно-исследовательский институт нормальной физиологии имени П.К. Анохина; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова" Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: s.pertsov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5940-3056
SPIN-код: 1790-3941
ResearcherId: E-4592-2018

к.м.н., старший научный сотрудник лаборатории системных механизмов эмоционального стресса; старший преподаватель кафедры нормальной физиологии и медицинской физики

Россия, 125315, Москва, ул. Балтийская, дом 8; 127473, г. Москва, ул. Делегатская, д. 20/1

Елена Владимировна Коплик

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Научно-исследовательский институт нормальной физиологии имени П.К. Анохина

Email: s.pertsov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3898-8133
SPIN-код: 3890-3334
ResearcherId: E-4802-2018

к.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории системных механизмов эмоционального стресса

Россия, 125315, Москва, ул. Балтийская, дом 8

Ирина Владимировна Алексеева

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Научно-исследовательский институт нормальной физиологии имени П.К. Анохина

Email: s.pertsov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9236-5143
SPIN-код: 3539-5592
ResearcherId: E-4837-2018

лаборант-исследователь лаборатории системных механизмов эмоционального стресса

Россия, 125315, Москва, ул. Балтийская, дом 8

Сергей Сергеевич Перцов

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Научно-исследовательский институт нормальной физиологии имени П.К. Анохина; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова" Министерства здравоохранения Российской Федерации

Автор, ответственный за переписку.
Email: s.pertsov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5530-4990
SPIN-код: 3876-0513
ResearcherId: A-6697-2017

д.м.н., проф., член-корр. РАН, зам. директора по научной работе, заведующий лабораторией системных механизмов эмоционального стресса; заведующий кафедрой нормальной физиологии и медицинской физики

Россия, 125315, Москва, ул. Балтийская, дом 8; 127473, г. Москва, ул. Делегатская, д. 20/1

Список литературы

Дополнительные файлы