УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2014, том 134, № 6, с. 582-587
УДК 612.43
ВЛИЯНИЕ МЕЛАТОНИНА И ПЕПТИДОВ ЭПИФИЗА НА ФОРМИРОВАНИЕ РИТМОВ ПРОЛИФЕРАЦИИ ЭПИТЕЛИЯ ПИЩЕВОДА БЕЛЫХ КРЫС
© 2014 г. С. М. Слесарев, Е. В. Слесарева, В. В. Шестаков
Ульяновский государственный университет, Ульяновск E-mail:ack.ae@mail.ru
Суточная динамика пролиферации эпителия пищевода белых крыс характеризуется циркадианной и ультрадианной ритмичностью. Митотическая активность эпителия пищевода синхронизирована с суточным свето-темновым циклом. Активная фаза ритма пролиферации отмечается в дневные часы. Эпифизэктомия вызывала исчезновение циркадианного ритма пролиферации эпителия пищевода белых крыс и не влияла на ультрадианный ритм пролиферации. Введение мелатонина не оказало ритмогенного эффекта. Суточная динамика пролиферации у животных данной группы характеризовалась наличием ультрадианного ритма. Введение пептидов эпифиза приводило к восстановлению циркадианного ритма пролиферации эпителия пищевода белых крыс. Сочетан-ное введение мелатонина и пептидов эпифиза эпифизэктомированным животным также привело к восстановлению циркадианного ритма пролиферации. Параметры сформированного циркадиан-ного ритма сходны с таковыми интактных животных.
Ключевые слова: ультрадианный ритм, циркадианный ритм, пролиферация, эпифизэктомия, пептиды эпифиза, мелатонин.
В основе организации живых систем лежит ритмичность их функционирования. Будучи фундаментальным свойством живой материи, биоритмы проявляются на всех уровнях ее организации. В зависимости от продолжительности периода колебания ритмы организма подразделяют на высокочастотные ритмы (период колебаний менее 0.5 ч), ритмы со средней частотой колебания или ультрадианные (период 0.5-20 ч), циркадианные (период 20-28 ч), инфрадианные (период 2860 ч), а также низкочастотные ритмы с периодом колебаний более 2.5 сут. (Дедов, 1992). Среда существования организма подвержена периодическим изменениям, которые задают ритм активности нервной и эндокринной систем, что формирует ритм остальных функций организма, в том числе ритмичность функционирования пролифератив-ных систем различных тканей и органов. Из всех факторов внешней среды стабильно во времени изменяется только продолжительность светового дня. Поэтому циркадианные ритмы организма синхронизированы с продолжительностью фотопериода.
Непосредственное участие в синхронизации функций организма с фотопериодом принимает эпифиз (Арушанян, 1996), который трансформирует нервный импульсный ответ на световой
раздражитель в эндокринный сигнал. В настоящее время ритмогенную функцию эпифиза связывают с продукцией мелатонина ^ЛиЫег et а1., 2002) синтез и секреция которого имеет цирка-дианный характер (Gunduz, 2002). Помимо ме-латонина эпифиз продуцирует комплекс биологически активных пептидов, ритмогенная роль которых до сих пор оставалась неизученной. Показана возможность формирования циркадиан-ного ритма пролиферации эпителия крипт тощей кишки эпифизэктомированных белых крыс путем совместного введения мелатонина и пептидов эпифиза (Слесарев и др., 2008). Цель настоящей работы - изучение влияния биологически активных пептидов эпифиза и мелатонина на регуляцию циркадианного ритма пролиферации эпителия пищевода.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Опыты выполнены на 450 самцах беспородных белых крыс массой 170-200 г. Животных в течение 20 дней адаптировали к режиму освещения: 12 ч свет, 12 ч темнота (свет с 600 до 1800). Доступ к пище и воде был свободным. Животных разделили на пять экспериментальных групп: I - интак-тные контрольные, II - эпифизэктомированные,
III - эпифизэктомированные с последующей инъекцией мелатонина, IV - эпифизэктомированные с последующей инъекцией уксуснокислого экстракта пептидов эпифиза - эпиталамина и V -эпифизэктомированные с последующей совместной инъекцией мелатонина и эпиталамина. По истечении адаптационного к режиму освещения периода была произведена эпифизэктомия путем резекции участка теменной кости с подлежащим эпифизом (Арав и др., 2008). Начиная с 27-го дня после эпифизэктомии, в III, IV и V группах животных ежедневно, в течение двух недель, во время смены световой фазы суток на темновую (1800 ч) вводили внутрибрюшинно эпиталамин в дозе 2.5 мг/кг и мелатонин в дозе 10 мг/кг. При выборе дозировки мелатонина руководствовались соответствующими данными литературы (Батурин, Арушанян, 1990; Anisimov et al., 2000). Так, например, в исследованиях В.А. Батурина (1990), мелатонин, вводимый в дозе 1 мг/кг и 10 мг/кг веса, вызывал синхронизацию циркадианного ритма двигательной активности крыс. В работе использовали фармакопейный эпиталамин серии 10194 (завод "Цитомед"), лиофилизованный порошок во флаконах по 10 мг для приготовления раствора для инъекций и мелатонин производства Unipharm Inc. (США) в таблетках по 3 мг. Выведение животных из эксперимента проводили на 40-й день после эпифизэктомии под эфирным наркозом в течение двух суток с интервалом в три часа, соблюдая правила проведения работ с использованием экспериментальных животных. Суточную динамику пролиферации эпителия пищевода изучали посредством определения митотического индекса (МИ) клеток указанной ткани. Контролем служили группы интактных и эпифизэктомиро-ванных животных. Пищевод фиксировали в течение 1 ч в жидкости Карнуа, обезвоживали в спиртах и заключали в парафин. Поперечные срезы пищевода толщиной 5-6 мкм окрашивали гематоксилин-эозином. Митотический индекс определяли как процент делящихся клеток, находящихся на стадии профазы, метафазы, ана- и телофазы, от общего числа проанализированных клеток. Статистическую обработку результатов проводили с использованием метода Фишера-Стьюдента. Выявляли циркадианный и ультрадианный ритмы пролиферации, а также определяли их периоды в данных МИ с помощью реализованного в виде компьютерной программы "Метода обнаружения ритмов митотической активности и определения их периодов", разработанного И.А. Санниковым (2003) и позволяющего выявлять инфрадианные, циркадианные и ультрадианные ритмы.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Спектральный анализ значений МИ эпителия пищевода интактных животных по методу И.А. Санникова (2003) показал наличие цирка-дианного (период 21.5 ч) и ультрадианного (период 9.5 ч) ритмов пролиферации. Активная фаза циркадианного ритма пролиферации приходились на последние ночные и преимущественно дневные часы (рисунок, а). Акрофаза ритма отмечалась в 9 ч первых суток и 6 ч вторых суток эксперимента, достоверно превышая минимальные значения МИ в 24 ч (первые сутки) и в 12 ч (вторые сутки) соответственно (Р < 0.001). Мито-тическая активность эпителия пищевода в световой фазе фотопериода (12.3 ± 2.5%о) превышала (Р < 0.05) таковую в темновой фазе (5.9 ± 1.0%о). Приведенные данные свидетельствуют о том, что динамика МИ эпителия пищевода интактных животных имеет характер монофазного суточного ритма скоррелированного с режимом освещения.
Эпифизэктомия привела к исчезновению циркадианного ритма МИ эпителия пищевода, что и показали результаты спектрального анализа, выявив наличие ультрадианного ритма с периодом около 11 ч. Колебания МИ эпителия пищевода эпифи-зэктомированных животных на протяжении двух суток не имели какой-либо связи с фоторежимом (рисунок, б). Уровень пролиферации эпителия пищевода эпифизэктомированных животных был таким же, как у интактных (Р > 0.05). Среднесуточные значения МИ интактных и эпифизэкто-мированных животных составили 9.27 ± 1.36%о и 8.45 ± 0.97%о соответственно. Пролиферативная активность в световой (9.85 ± 1.7%о) и темновой (9.2 ± 1.75%о) фазах фотопериода не имела статистически достоверных (Р > 0.05) отличий. Таким образом, удаление эпифиза привело к исчезновению циркадианного ритма пролиферации на 40-е сутки после эпифизэктомии. У эпифизэктомиро-ванных животных динамика МИ характеризуется только ультрадианной ритмичностью.
Результаты проведенного исследования указывают на отсутствие ритмогенного эффекта мелатонина при его разовом введении в течение суток эпифизэктомированным животным. Суточная динамика пролиферации эпителия пищевода характеризовалась только ультрадианными колебаниями с периодом около 12 ч. На отсутствие циркадианного ритма пролиферации эпителия пищевода эпифизэктомированных животных, которым вводили мелатонин, указывает характер сглаженной кривой динамики МИ (рисунок, в). По отношению к сглаженной кривой динамики МИ эпителия пищевода интактных животных
МИ, %о
- мезо!
18-00 21-00 24-00 3-00 6-00 9-00 12-00 15-0018-0021-00 24-00 3-00 6-00 9-00 12-00 Время, ч
МИ, %о
20-|—-л
18161412-ю-8642-
о-1--1
„ 18-00 21-00 24-00 3-00 6-00 9-00 12-00 15-0018-0021-00 24-00 3-00 6-00 9-00 12-00 Время, ч б
МИ, %о 18161412108642018-00 21-00 24-00 3-00 6-00 9-00 12-00 15-0018-0021-00 24-00 3-00 6-00 9-00 12-00 Время, ч
18-00 21-00 24-00 3-00 6-00 9-00 12-00 15-0018-0021-00 24-00 3-00 6-00 9-00 12-00
Динамика митотического индекса (МИ) клеток эпителия пищевода беспородных белых крыс: а - интактных, контрольных; б - после эпифизэктомии; в - эпифизэктомированных крыс после введения им мелатонина; г - эпифизэктомированных крыс после введения им пептидов эпифиза; д - эпифизэктомированных крыс после введения им мелатонина и пептидов эпифи-
---МИ,-----сглаженная кривая.
(рисунок, а) на протяжении двух суток она утратила вид синусоиды. Увеличение митотической активности (Р < 0.05) приходилось как на тем-новой, так и световой периоды, что указывает на отсутствие синхронизации ее колебаний с суточным свето-темновым циклом. Среднесуточное значение МИ составило 9.5 ± 0.77%о.
Введение пептидов эпифиза эпифизэктоми-рованным животным привело к формированию циркадианного ритма пролиферации эпителия пищевода. Методом спектрального анализа были выявлены две составляющие ритма МИ: циркади-анный (период 21.5 ч) и ультрадианный с периодом около 9 ч.
МИ, %
г
МИ, %
мезор 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1— - х. 1 1 1 - 1 1 1 1 1 1 1 1 1
—I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1—
18-00 21-00 24-00 3-00 6-00 9-00 12-00 15-00 18-00 21-00 24-00
Рис. Окончание.
Циркади
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.