Скорость трансформации перфузии у животных при круглосуточном экспериментальном световом десинхронозе

Состояние организма человека напрямую связано с колебаниями циркадианных ритмов и, что более важно, механизмы приспособления, обеспечивающие оптимальную жизнедеятельность в пределах этих колебаний, являются единственным барьером между нормой и патологией. Однако, эти механизмы недостаточно прочны, т.к. относительно резкие изменения естественных биоритмов способны вызвать особое патологическое состояние - световой десинхроноз, затрагивающий все без исключения системы органов, и в том числе сердцечно-сосудистую. Постоянное воздействие стрессорных факторов такого рода могут привести к изменениям структуры органов и тканей, и даже к тяжелым заболеваниям, включая онкологические [1]. Актуальность данного эксперимента предопределяется частотой возникновения светового десинхроноза в современных реалиях, а также его негативное влияние на людей в группе риска, к которым относятся работающие по ночам, подвергнутые постоянному излучению искусственного освещения или быстрой смене времени суток, а также люди с депривацией сна, как результата расстройств при депрессивных состояниях [1, 2]. Необходимо упомянуть о том, что в ходе эксперимента установлено, что наиболее пагубное влияние оказывает круглосуточное искусственное освещение (Модель LL).

Сдвиги циркадианных ритмов подчиняются концепции общего адаптационного синдрома и влияют на организм как мощнейшая стрессорная сила, а первичная реакция рассматривается как простой адаптивный механизм, при этом изменения полностью обратимы [1, 3]. Отрицательные последствия такой реакции, вызванные длительным воздействием или большой силой светового раздражителя определяются как патологические и связаны с необратимыми изменениями, которые касаются не только органных и тканевых структур, но и микроциркуляторных и перфузионных показателей, причем изменения достаточно выражены и характеризуются как стадийные [4]. Но главным вопросом остается не столько собственные изменения жизненно важных функций, сколько скорость изменения этих самых функций и показателей. В свете этого основной задачей эксперимента являлось отслеживание скорости изменения микроциркуляторных изменений и её стадийности вследствие воздействия стрессорного фактора. Далее была сформирована цель настоящего эксперимента - оценка скорости изменения перфузионных изменений и/или нарушений у животных в условиях круглосуточного экспериментального светового десинхроноза (LL-десинхроноза).

Материал и методы

Эксперимент проводился на 80 беспородных белых крысах-самцах 180-220 г, по случайному принципу разделённых на 4 группы, равные по количеству особей (20 штук): контрольная и 3 опытные. В ходе всего эксперимента животные имели постоянный доступ и воде и пище. Особи контрольной группы находились в условиях естественного отношения день-ночь, т.е. естественного освещения. Особи опытных групп подвергали 24-часовому воздействию света в течение 1 суток для первой, 10 суток для второй и 21 суток для третьей опытной группы для моделирования круглосуточного десинхроноза. При этом естественное освещение в светлое время суток сочеталось с искусственным в тёмное время суток. Искусственное освещение моделировалось лампой дневного света с освещённостью, равной лампе накаливания мощностью в 60 Вт. Все действия были выполнены в соответствии с Хельсинской декларацией о гуманном отношении к животным, Женевской конвенцией и с одобрения этического комитета ФГБОУ ВО Саратовского ГМУ им. В. И. Разумовского Минздрава России (протокол №4 от 06.12.2016 года). Для введения в наркоз за несколько минут до записи ЛДФ-грамм животным внутримышечно вводили комбинацию Телазола (Zoetis Inc, США) в дозе 0,1 мл/кг и Ксиланита (Нита-Фарм, Россия) в дозе 0,1 мг/кг. Для изучения микроциркуляции методом ЛДФ (Лазерной Допплеровской Флоуметрии) использовали анализатор «ЛАКК-ОП» (производство НПП «Лазма», Россия). Регистрацию ЛДФ-грамм в опытных группах проводили на 1-ый 10-ый и 21 -ый день эксперимента. При записи ЛДФ-грамм световодный зонд фиксировали на коже дистального отдела задней конечности животного. Регистрация проходила периодами по 8 минут трижды, т.е. всего 24 минуты на одну особь, для достижения минимализации больших отклонений в какую-либо сторону [5]. По результатам определяли показатель перфузии М в перфузионных единицах (пф. ед.), ее среднеквадратического отклонения (СКО, пф.ед.), коэффициента вариации (%), а также абсолютные амплитуды эндотелиальных (0,01–0,076 Гц), нейрогенных (0,076–0,2 Гц), миогенных (0,2–0,74 Гц), дыхательных (0,15– 0,4 Гц) и пульсовых (0,8–1,6 Гц) колебаний микроциркуляции с помощью спектрального вейвлет-анализа [4, 6]. Нормированные амплитуды колебаний показателей каждого диапазона вычисляли по формуле: (А/3хСКО)х100. Полученные данные были обработаны с применением возможностей программы «STATISTICA 10» (StatSoft, США). В связи с тем, что полученные данные в большей степени не подчинялись закону нормального распределения, для сравнения показателей использовали непараметрический U-критерий Манна–Уитни. Значимыми считали изменения при p<0,05.

Результаты

По мере эксперимента показатель перфузии у животных при воздействии светового десинхроноза стабильно снижался. На 1 сутки недостоверно понизился, всего на 4% от контрольной группы, к 10 дню снижался постоянно со скоростью 1,5%/день, к 21 дню тенденция к снижению оставалась, причем показатель падал с такой же скоростью и показатель изменения скорости оказался недостоверным.

Для абсолютных колебаний (таблица 2):

• 1.    На 1 сутки эксперимента наблюдалось резкое, однако недостоверное снижение эндотелиальных колебаний на 28% относительно контрольной группы. К 10 суткам показатель продолжал снижаться, но менее интенсивно, со скоростью 9%/день. К 21 дню эксперимента показатель продолжил стабильно снижаться, но с чуть меньшей скоростью 3%/день от предыдущего значения.

• 2.    Показатель нейрогенных колебаний на 1 день эксперимента значительно, однако недостоверно, снизился на 31% относительно группы контроля. К 10 дню эксперимента тенденция к снижению прекратилась и показатель стал чуть выше, средняя скорость изменения при этом составила 1,8%/день. К 21 дню эксперимента показатель снижался, но уже

• 3.    На 1 сутки воздействия десинхроноза показатель миогенных колебаний заметно снизился на 29% относительно контрольной группы. На 10 день не было обнаружено значительных изменений в этом показателе, средняя скорость падения перфузии этих колебаний соответственно снизилась до 2,9%/день. На 21 день исследуемый показатель вновь начал снижаться и стал меньше предыдущего, средняя скорость падения при этом составила 1,8%/день.

• 4.    Дыхательные колебания изменялись таким образом: на 1 сутки воздействия светового десинхроноза показатель снизился практически на половину (43%), к 10 дню было замечено небольшое увеличение со скоростью 1,3%/день, к 21 же суткам показатель сохранил тенденцию к снижению на небольшую величину, но настолько незначительную, что средняя скорость снижения была равна 1%/день.

• 5.    Изменения пульсовых колебаний оказались весьма интересными: на 1 день воздействия десинхроноза показатель снизился на четверть (25%), далее значительных изменений показателя зафиксировано не было, ни на десятые, ни на двадцать первые сутки.

совсем с маленькой скоростью (средняя=0,7%/день), отличие показателей оказалось недостоверно.

Для нормированных колебаний (таблица 3):

Общей закономерностью явилось то, что значения всех 5 исследуемых показателей колебаний к 10 суткам заметно снижались, а к 21 суткам резко возрастали до кратного увеличения (в 2-3 раза в некоторых случаях). В остальном, изменения показателя на 1 день эксперимента распределилось неоднозначно.

• 1.    Для эндотелиальных колебаний: на 1 день небольшое увеличение значения на 12% оказалось недостоверным, к 10 дню резкое снижение со скоростью 4,6%/день, до 21 дня воздействия показатель стремился вверх со скоростью 7,2%/день.

• 2.    Для нейрогенных колебаний: на 1 день показатель заметно увеличился на 28%, к 10 дню эксперимента сильно снижался со скоростью 6,1%/день, к 21 дню колоссально возрос, при этом изменяясь со скоростью 19,6%/день.

• 3.    Для миогенных колебаний: на 1 день незначительное и недостоверное снижение на 5%, к 10 суткам показатель стабильно снижался со скоростью 5,5%/день ниже предыдущего уровня, а к 21 суткам возрос в несколько раз от предыдущего уровня, изменяясь при этом со скоростью 18,5%/день.

• 4. Для дыхательных колебаний: после воздействия светового десинхроноза значение показателя стабильно уменьшалось, на 28% в первые сутки(изменения показателя оказались недостоверными), и к 10 дню тенденция снижения продолжилась (средняя скорость снижения составила 3,1%/день). На двадцать первые сутки показатель возрос в 2 раза, но оставался ниже контрольного показателя, изменялся со скоростью 9,3%/день.

• 5. Для пульсовых колебаний: с начала воздействия десинхроноза показатель недостоверно снизился на 8% и к 10 дню сильно изменился, снижаясь со скоростью 4,5%/день, после этого стал резко увеличиваться и к двадцать первому дню эксперимента был выше предыдущего, увеличивался со скоростью 11,6%/день.

Обсуждение

Полученные и описанные в ходе экспериментальной части результаты в полной мере характеризуют патологическое влияние световой стимуляции на микроциркуляторные колебания. Нарушения выражаются явной стадийностью, коррелирующейся в соответствии с этапами десинхроноза. Так, в стадию начального воздействия световой раздражитель становится стрессорным фактором, ответная реакция организма животных практически не выражена и характеризуется усилением миогенного тонуса, что в совокупности с увеличением пульса вследствие уменьшенной дилатации сосудов может быть опознано как предпосылка к ишемии периферических сосудов [1, 3], однако значительного сдвига перфузии не происходит, это может объяснять то, что скорость трансформации на начальных этапах воздействия самая низкая, в сравнении со следующими стадиями. Уменьшенная дилатация стала итогом одновременного снижения эндотелиальных колебаний с высокоамплитудным пульсовым ритмом(независимо от его стагнации) и может означать начальную степень редукции нутритивного кровотока за счёт констрикции прекапилляров [1, 4]. На 10 день эксперимента нарушения перфузии принимали регуляторный характер. Здесь стоит обратить внимание на нейрогенные и миогенные колебания, имеющие сильную взаимосвязь, особенно на этом этапе. Доминирование и последующая скоростная стойкость этих амплитуд среди остальных активных колебаний говорит о преобладании эрготропной направленности регуляции микрогемоциркуляторно-тканевых систем [6]. В совокупности их воздействие приводит к мышечному перенапряжению сосудов, регулирующих приток крови в нутритивное русло. Этот процесс сопровождается стойкостью колебаний во времени, показатели изменяются со сравнительно высокой скоростью, что и вызывает истощение как гладких мышцы, так и вегетативной нервной системы, следствием чего явилась стойкая ишемия прекапилляров и близрасположенных артериол. Выделялись также дыхательные колебания, указывающие на ухудшение скорости кровотока на уровне венул [1, 7]. На этапе 21 суток эксперимента состояние микроциркуляторного русла характеризовалось структурными нарушениями. Снижение перфузии сохраняется, но с меньшей скоростью, что свидетельствует о переходе стресса в стадию истощения, сопровождающуюся сильным угнетением модуляции сосудов за счёт снижения эндотелиальных, миогенных, пульсовых и дыхательных колебаний и их амплитуд. Резкое увеличение нормированнных амплитуд всех типов колебаний, но эндотелиальных в большей степени, на 21 сутки эксперимента связано с редукцией модуляции кровотока, что ,наиболее вероятно, указывает на развитие спазма мелких артерий. Колоссально возросшая скорость нормированных колебаний, а конкретно миогенного и нейрогенного тонусов, может быть причиной наличия шунтирующего протока[3-4, 6-7].

Световой десинхроноз сопряжен с длительной стрессорной стимуляцией светового раздражителя, которая приводит к возбуждению светочувствительных супрахиазматических ядер гипоталамуса, это сопровождается повышением активности образования гормонов тропного типа в гипофизе и снижению темновой секреции мелатонина в эпифизе. Механизм активирует симпатоадреналовую систему с последующим выбросом гормонов в кровь. Действие катехоламинов и глюкокортикостероидов доказывает угнетение активных и пассивных механизмов регуляции микроциркуляторного русла, уменьшение вазодилатации эндотелия сосудов, что выражается снижением абсолютных колебаний в миогенном, нейрогенном и эндотелиальном диапазонах, увеличением периферического сопротивления, уменьшением числа функционирующих капилляров и прекапилляров[1, 3], а также оскудением микроциркуляторного русла, то есть имеются явления ишемии периферических тканей, воздействие которой усугубляется постоянной, непрерывно изменяющейся скорости перфузионных изменений, постепенно снижающейся к окончательным дням эксперимента.

Выводы

Таким образом, непрерывное воздействие освещения на организм обуславливает значительные нарушения микроциркуляции, проявление и стабильность которых напрямую коррелирует с длительностью стрессорного воздействия. В условиях круглосуточного освещения у животных на 1 день возникала слабая стресс-реакция, неподкреплённая мобилизацией ресурсов организма, из-за того, что изменения перфузии происходили довольно медленно. В течение 10 дней наступает стадия регуляторных нарушений - сильной физиологической стресс-реакции, а скорость изменения колебаний перфузии на этом этапе достигает максимальных значений. На 21 сутки воздействия светового десинхроноза у крыс проявляются довольно значительные и стабильные дефекты микроциркуляции, что указывает на возникновение патологического круглосуточного десинхроноза (LL типа) и перехода стресса в стадию истощения за счет постоянной скорости воздействия. Стадийность развития указанных выше нарушений соответствует стадийности протекания десинхроноза, этот факт доказывает возможность изучения этого процесса в качестве одной из главных причин развития сердечнососудистых заболеваний.

Таблица 1.

Скорость трансформации показателей перфузии у животных при световом десинхронозе модели L/L

Группа	Показатель перфузии, пф, ед.	Среднеквадратическое отклонение, пф. ед.	Коэффициент вариации, %
Контроль(n=10)	11,4 (10,6;11,9)	0,45 (0,4;0,65)	4,7 (3,15;6,0)
1-е сутки (n=10)	11,0 (9,6;11,4) p 1 =0,19 -4%/день	0,4 (0,3;0,7) Р 1 =0,14	3,4 (2,5;5,8) Р 1 =0,2
10-е сутки (n=10)	9,65 (8;10,3) Р 1 =0,004* -1,2%/день	0,75 (0,5;1,1) Р 1 =0,25	8,8 (3,9;12,4) Р 1 =0,11
21-е сутки (n=10)	8,0 (7,6;10,4) Р 1 =0,0009 Р 2 =0,55 -1,5%/день	0,3 (0,2;0,6) Р 1 =0,01 Р 2 =0,006	3,6 (2,3;5,3) Р 1 =0,1 Р 2 =0,02

Примечание: в каждом случае приведены медиана, верхний и нижний квартили; p1, p2 - по сравнению с контролем и 10-ми сутками эксперимента соответственно.

Символом "*" помечены достоверные показатели (p<0,05)

Нормированные амплитуды колебаний, отн. ед.	Контроль (n=10)	1-е сутки (n=10)	10-е сутки (n=10)	21-е сутки (n= 10)
Эндотелиальных	10,4 (8,7;13,9)	11,6(7,59;14,06) Р 1 =0,8 +12%/день	6,21 (3,65;9,17) Р 1 =0,002* -4,6%/день	11,13(8,35;12,68) Р 1 =0,92; Р 2 =0,02* +7,2%/день
Нейрогенных	10,18 (9.33;12.25)	13,06(10,2;14,4) Р 1 =0,2* +28%/день	5,04(3,39;10,74) Р 1 =0,03* -6,1%/день	15,9(13,68;19,14) Р 1 =0,03*; p 2 =0,006* +19,6%/день

Миогенных	9,89 (8,39;12,05)	9,4 (6,5;11,8) p i =0,5 -5%/день	4,19 (2,49;9,21) Р 1 =0,009* -5,5%/день	12,72(9,34;13,79) p1=0,09; p2=0,008* +18,5%/день
Дыхательных	9,46 (6,46;11,88)	6,79 (4,02;9,7) Р 1 =0,1 -28%/день	4,03 (2,07;6,38) Р 1 =0,0009* -3,1%/день	8,17 (5,31;14,32) Р 1 =0,67; Р 2 =0,02* +9,3%/день
Пульсовых	6,07 (3,93;7,48)	5,6 (2,5;8,6) Р 1 =0,8 -8%/день	3,08 (1,58;4,55) Р 1 =0,007* -4,5%/день	7,01 (3,66;9,54) Р 1 =0,35*; Р 2 =0,009* +11,6%/день

Таблица 2.

Скорость трансформации показателей нормированных амплитуд колебаний перфузии у животных при световом десинхронозе

Примечание: см. Таблицу 1.

График 1.

Скорость общей трансформации перфузи

Скорость трансформации перфузии модели L/L

Перфузия

График 2.

Скорость трансформации абсолютных амплитуд колебаний перфузии модели L/L на 1 сутки

■ 1 сутки

График 3.

Скорость трансформации абсолютных амплитуд колебаний перфузии модели L/L на 10 сутки

■ 10 сутки

График 4.

Скорость трансформации абсолютных амплитуд колебаний перфузии модели L/L на 21 сутки

График 5.

Скорость трансформации нормированных амплитуд колебаний перфузии модели L/L на 1 сутки

■ 1 сутки

График 6.

Скорость трансформации нормированных амплитуд колебаний перфузии модели L/L на 10 сутки

■ 10 сутки

График 7.

Скорость трансформации нормированных амплитуд колебаний перфузии модели L/L на 21 сутки