Сопряженное влияние кортизола и тестостерона на адаптационную стратегию поведения в условиях «открытого поля»

Введение. Стрессогенные условия предполагают реактивное проявление комплекса поведенческих и вегетативных реакций, лежащих в основе адаптации к изменениям среды. Особенности проявления адаптации обусловлены конституциональными характеристиками организма и результатом эпигенетических процессов.

Напряжение эндокринной системы сопровождает сложный поведенческий сценарий, являясь и причиной, и маркером возникающих психоэмоциональных состояний.

Антагонизм кортизола и тестостерона основан на факте ингибирования анаболического действия тестостерона выделением кортизола в кровь и его воздействии на клетки-мишени через специфические клеточные рецепторы [1].

«Открытое поле» является инструментом, позволяющим в искусственных условиях воспроизвести тревожное эмоциональное состояние (спровоцированное подобное тревоге поведение), используя освещение, замкнутое

пространство и изоляцию животного от привычной обстановки содержания [2].

Цель исследования. Изучение сопряженного влияния кортизола и тестостерона на адаптацию животных в условиях «открытого поля» с учетом их конституциональных особенностей.

Материалы и методы. Исследование проводили на 20 взрослых крысах-самцах линии «Вистар», поведение которых изучали, фиксируя поведенческие акты и позы. Динамика поведенческой адаптации оценивалась ежедневно в утреннее время в течение 5 дней, экспериментальная сессия длилась 5 мин. Регистрация и обсчет данных проводились в соответствии с методикой И.Ю. Забродина [3] по формуле энтропии поведения:

Н=-Σ P I log ₂ P I ΣP ij log ₂ P ij Σ ijk log ₂ P ijk , где Н – показатель энтропии, Р I – вероятность появления i-го поведенческого акта; P ij – вероятность появления i-го поведенческого акта за

j-м состоянием; P ijk – вероятность следования трех поведенческих актов друг за другом.

Вероятность следования поведенческих актов «движение животного по замкнутому периметру поля», «обнюхивание», «вертикальная стойка», «груминг», «неподвижность», «движение на месте», «норковый рефлекс», «вертикальная стойка на стенку» составляла основу для создания индивидуального поведенческого профиля животного. В полученном массиве выделяли минимальное и максимальное значение энтропии поведения. Интервал от минимального показателя энтропии до максимального делили на три части. Животные, имевшие высокие значения энтропии, попадали в 1-ю группу (8 высокоэнтропийных животных), низкие значения показателя – в 3-ю (6 низкоэнтропийных животных), остальные – во 2-ю (6 животных), где средние значения показателя энтропии составляли 1,16133 (табл. 1).

Таблица 1

Table 1

Энтропия поведения крыс в открытом поле в течение экспериментальной серии Behavioral entropy in rats in the open field in experiments

По количеству актов дефекации и урина-ции оценивали эмоциональность животных. Интенсивность проявления тревожности, сопровождающейся вегетативным напряжением, выраженность которого имеет достоверные отличия у животных с разными показателями энтропии поведения, определяли по уровню кортизола и тестостерона в крови им-муноферментным методом на анализаторе Immulite (DPS Cirrus Inc., США) [4, 5].

Исследования проводились в соответствии с положениями Хельсинкской декларации об этических принципах медицинских исследований, утвержденной Всемирной медицинской ассоциацией в 1964 г.

Результаты. В сыворотке крови показана вариабельность концентраций кортизола и тестостерона у особей всей экспериментальной группы – уровень кортизола составил 67,33± ±33,32 нМ/л, тестостерона – 38,44±10,67 нМ/л (V=49 % и V=27 % соответственно). Выявлены коррелятивные отношения между содержанием кортизола и энтропией поведения как показателем меры неупорядоченности разнообразных форм проявления поведенческой адаптации в «открытом поле» (ОП) (r=-0,319). Безусловно, это подтверждает суждение о том, что энтропия поведения дает возможность определять копинг-стратегию животного в условиях обстановочной неопределенности.

Группа Group	1-я группа, n=8 Group 1, n=8	2-я группа, n=6 Group 2, n=6	3-я группа, n=6 Group 3, n=6
Показатель энтропии (H) Entropy index (H)	1,256±0,0709	1,16133±0,06426	0,85617±0,16369
Значение р при α=0,05 p (α=0.05)	р<0,001	р<0,001	р<0,001

Таблица 2

Table 2

Связь концентрации свободного кортизола в крови с поведенческими актами у крыс

Correlation between free cortisol concentration in blood and rat behaviour

Поведенческий акт Behaviour act	я s я О	J « п 2 а СО р	Я	£ 5 s я с 2 я S и ф ©	е -2 © а щ а	© я £ я я « « О й ? а
Коэффициент корреляции Correlation coefficient	r=-0,060*	r=-0,036*	r=-0,166*	r=-0,099*	r=-0,143*	r=-0,581**

Примечание. * – р<0,005, ** – р<0,001.

Note. * – p<0.005, ** – p<0.001.

Минуты эксперимента

Minutes of the experiment

0,25    0,216

Minutes of the experiment

А / A                                      Б / B

Рис. 1. Динамика вероятности актов «неподвижность» (А) и «вертикальная стойка на стенку» (Б) в течение экспериментальных серий у высококортизоловых крыс

Fig. 1. Probability dynamics of “Immobility” (A) and “Upright posture on the wall” (B) in high-cortisol rats in the experiments

Поведенческий акт «вертикальная стойка на стенку» является своеобразным проявлением активного поисково-ориентировочного поведения в «открытом поле». Изучение динамики данного поведенческого акта показало, что его частота у высококортизоловых животных незначительно снижается, однако остается достаточной в течение всей экспериментальной серии (рис. 1 Б).

Нарастающее присутствие поведенче-

низкокортизоловых животных, что может служить своеобразным внешним маркером адаптации данной группы животных к условиям ОП (рис. 2 А). Вероятность проявления поведенческого акта «вертикальная стойка» резко возрастает в начале опыта (на вторую минуту) и далее снижается (рис. 2 Б), что показывает неустойчивый характер его включения в поведенческий адаптивный сценарий

ского акта «неподвижность» характерно для

низкокортизоловых крыс.

Либо животное активно осваивает пространство, проявляя поисковое поведение, либо оно эмоционально переживает стресс, сопровождаемый тревожностью и соответствующим напряжением гипоталамо-гипофизарной надпочечниковой оси (ГГН-контура). Насколько будет проявлена активация ГГН-контура в ответ на стрессорный фактор – характеристика, слабо соотносящаяся с конституциональными особенностями высшей нервной деятельности. Очевидно, активация ГГН-контура прово-

цирует комплекс адаптационных перестроек, в котором поведение и содержание гормонов являются не причиной, а следствием воспроизводимых эффекторных влияний ЦНС. Вместе с тем эмоциональное напряжение можно рассматривать не только через высокий уровень кортизола, но и через присутствие тех или иных сочетаний поведенческих актов в «открытом поле». Так, обнаружена взаимосвязь концентрации кортизола с отдельными поведенческими актами (табл. 2).

«Вертикальная стойка на стенку» – поведенческий акт, определяющий готовность животного сменить плоскость перемещения для оглядывания или преодоления препятствия «открытого поля», иными словами, это состояние готовности к смене условий вопреки стратегиям утаивания, замирания. Чем выше уровень кортизола, тем ниже показатель вероятности проявления акта «вертикальная стойка на стенку». Переход животного в иную плоскость (вниз – «норковый рефлекс» или вверх – «вертикальная стойка на стенку») является стратегией поисковой активности, характерной для низкокортизо-ловых животных. По мнению ряда авторов, по

горизонтальной и вертикальной двигательной активности можно оценить ориентировочно-исследовательскую реакцию крыс [8–10]. Этот вывод подтверждается обратной взаимозависимостью содержания кортизола и проявления поведенческого акта «норковый рефлекс» (табл. 2).

Немаловажной характеристикой, показывающей наличие взаимосвязи стратегии адаптации к «открытому полю» и содержания кортизола, является динамика вероятностного проявления того или иного поведенческого акта (рис. 1). Вы-сококортизоловые животные демонстрируют снижение вероятности проявления поведенческого акта «неподвижность» (рис. 1 А).

0,09

0,08

0,07

0,06

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

0,35

0,3

0,25

0,2

0,15

0,1

0,05

Рис. 2. Динамика вероятности актов «неподвижность» (А) и «вертикальная стойка» (Б) в течение экспериментальных серий у низкокортизоловых крыс

Fig. 2. Probability dynamics of “Immobility” (A) and “Upright posture” (B) in low-cortisol rats in experiments

Помимо взаимосвязи между содержанием кортизола и поведенческими актами, нами была выявлена корреляция уровней кортизола и тестостерона (r=-0,568), что подкрепляет

утверждение об антагонистическом характере их влияния на клеточные и субклеточные процессы. Вместе с тем взаимосвязь концентрации свободного кортизола и количества актов

уринации и дефекации может свидетельство- влиянии гормонов на работу желудочно-кишеч-вать о сложном, комплексном и нелинейном ного тракта и выделительной системы (табл. 3).

Таблица 3

Table 3

Связь концентрации свободного кортизола в крови с уровнем тестостерона в крови и количеством актов дефекации, уринации

Correlation between the concentration of free cortisol in blood and testosterone level in blood and defecation/urination rate

Фактор Factor	Содержание тестостерона в крови крыс Testosterone level in rat blood	Количество актов уринации Urination rate	Количество актов дефекации Defecation rate
Коэффициент корреляции Correlation coefficient	r=-0,568**	r=0,219	r=0,143

Примечание . ** – р<0,001.

Note. ** – p<0.001

В ходе эксперимента была также показана вотных и частоты проявления ряда поведенче-корреляция уровня тестостерона в крови жи- ских актов (табл. 4).

Таблица 4

Table 4

Связь концентрации тестостерона с вероятностностью проявления поведенческих актов в ходе эксперимента

Между уровнем тестостерона и актом «обнюхивание» существует положительная корреляционная связь. Концепция поведенче-

ской детерминации объясняет это необходимостью перемежать поисковую и перцептивную активность. Низкокортизоловые живот-

Correlation between testosterone level and behavioral probability in experiments

Поведенческий акт Behaviour act	я s я О	й « g СО р		Я м Я	я «8й	е -2 Я © а	* к 2 j И и я р W о "88 &« а° ® s^
Коэффициент корреляции Correlation coefficient	r=0,551***	r=0,483**	r=-0,117	r=0,118	r=0,748*	r=-0,394	r=0,649***

Примечание . * – р<0,005, ** – р<0,001, *** – р<0,001.

Note. * – p<0.005, ** – p<0.001, *** – p<0.001.

ные предпочитают поведенческие формы активного сбора информации извне активному и хаотичному исследованию ОП, сохраняют поисково-ориентировочную стратегию поведения, что указывает на тенденцию перехода к высокоэнтропийному поведению в ОП. Сложный характер взаимосвязей уровня тестостерона с другими поведенческими актами также является следствием того, что стрессовое состояние при наличии высокой концентрации тестостерона предполагает стратегию поисковой активности с упором на перцепцию: поведение носит характер поиска новых возможностей, условий для преодоления создавшейся стрессогенной ситуации.

Между содержанием тестостерона и энтропией имеется слабая связь (r=-0,161), поскольку влияние гормона на структуру поведения животного опосредовано комплексом факторов и, скорее всего, не определяет напрямую меру упорядоченности. Тестостерон не только обусловливает поведенческую активность, он направляет ее, исходя из ярко выраженной стратегии исследования обстановки животным, преодоления им средовых обстоятельств. Кроме того, его связь с процес-

сами тканевого развития, в т.ч. нервной ткани, способствует последующему установлению межнейрональных связей, оказывая комплексное воздействие на поведение животного [11].

Противоположные взаимозависимости концентрации тестостерона и частоты урина-ции и дефекации (табл. 5) свидетельствуют о наличии различных комплексных механизмов регуляции указанных процессов. Колоректальные пропульсивные сокращения [12], активируемые при общем подъеме тонуса желудочно-кишечного тракта, вызывают повышенное выделение болюсов, поскольку животное, проявляя двигательную активность в ОП, нуждается в поступлении энергии. В акте дефекации при стрессе задействован гиппокамп, а эмоциональное напряжение и его связь с уринацией объясняются активацией миндалины, что проясняет значительные отличия характера взаимосвязи этих показателей и уровня тестостерона в крови [13, 14]. Гиппокамп влияет на актуализацию воспоминаний при неоднократном предъявлении стимула или информации, связанной с необходимостью ориентации в пространстве [15].

Таблица 5

Table 5

Связь содержания тестостерона в крови с вегетативными показателями Correlation between testosterone level in blood and vegetative indicators

Фактор Factor	Показатель уринации Urination rate	Показатель дефекации Defecation rate
Коэффициент корреляции Correlation coefficient	r=-0,756*	r=0,174

Примечание. * – р<0,001.

Note. * – p<0.001

В исследовании показана прямая связь уровня тестостерона с количеством актов дефекации и обратная – с количеством актов уринации. Это дополняет известное суждение о том, что оба показателя являются следствием эмоционального напряжения, которое имеет разную направленность.

Обсуждение. Исходя из концепции поведенческой детерминации адаптацию необходимо рассматривать как комплексный механизм. Животные, демонстрирующие разный характер копинг-стратегий или (и) отличающиеся по показателям ГГН-системы, могут иметь определенные поведенческие и вегетативные маркеры - от элементарных поведенческих актов до содержания гормонов в крови. Кортизол и тестостерон находятся в реципрокных отношениях, и уровень их содержания в совокупности с теми или иными особенностями поведения или вегетативных реакций свидетельствует о наличии индивидуальной стратегии адаптации к стрессовой обстановке, предъявляемой в эксперименте. Кортизол сопровождает и моделирует депрессивно-подобное поведение, а его эффект, по мнению ряда авторов [6], зависит от типа испытуемых. Действительно, клинические наблюдения показывают, что у некоторых групп животных в ситуации развития артериальной гипертензии выявляется высокое содержание кортизола на фоне активации симпатоадреналовой системы, а многократное повторение стрессорной обстановки для субъекта (как в серии описываемых опытов в «открытом поле») сдвигает ГГН-систему в аллостатическое состояние [7], когда стабилизация возможна через существенную перестройку работы систем организма. Функциональный антагонизм и возможность вариативного изменения рецепторного связывания кортикостероидов и половых стероидов в онтогенезе [18] позволяют рассматривать соотношение «кортизол/тестостерон» как маркер эустресса [19, 20].

Различия в динамике вероятности проявления тех или иных поведенческих актов в ходе адаптации крыс разных типологических групп можно интерпретировать с помощью привлечения данных о содержании кортизола или тестостерона в крови. Их концентрация имеет слабовыраженную зависимость от энтропии поведения. Уровень тех или иных гормонов, а также оказанный ими на адаптацию в условиях стресса эффект опосредованы влиянием генетических и эпигенетических факторов, предполагающих формирование индивидуального поведенческого сценария.

Катаболический и анаболический эффекты гормонов (кортизола и тестостерона соответственно) взаимообусловлены геномной и негеномной активацией сателлитов, а также усилением или понижением чувствительности рецептора андрогена и его потенциальной ролью в привлечении белков-коактиваторов и повышении транскрипционной активности [8]. В ряде случаев физиологический эффект глюкокортикоидов опосредован однонуклеотидным полиморфизмом глюкокортикоидных рецепторов, которые изменяют мотивы их связывания или взаимодействующие с ними факторы [17]. Дифференцированное влияние кортикостероидов определяет характер двигательной активности: либо поисковая стратегия поведения, либо стратегия замирания, стагнации с преобладанием «бедного» поведенческого репертуара.

Иными словами, характер стратегии поведения определяется как конституциональным, так и эпигенетическим сценарием формирования адаптационного ответа. Таким образом, концентрации и соотношение тестостерона и кортизола в сочетании с поведенческими маркерами адаптации к условиям ОП могут служить основой для объективной интерпретации поведения животного.

Заключение. Пребывание животного в незнакомой и стрессогенной обстановке способствует проявлению активации ГГН-контура. Эмоциональное напряжение может проявляться не только через высокий уровень кортизола, но и через присутствие тех или иных сочетаний поведенческих актов в «открытом поле». Концентрация кортизола, имея отрицательную взаимосвязь с уровнем тестостерона, демонстрирует сопряжение с отдельными поведенческими актами. В условиях неопределенности (ОП) у крыс проявляются две основные стратегии. Вы-сококортизоловые животные обнаруживают готовность сменить плоскость перемещения с горизонтальной на вертикальную, демонстрируя маловариативный арсенал поведенческих актов или предпочтение поведенческих форм активного сбора информации хаотичному передвижению в ОП. Низкокортизоловые животные предпочитают поведенческие формы активного сбора информации извне активному и хаотичному исследованию ОП, сохраняют поисковоориентировочную стратегию, что является тенденцией перехода к высокоэнтропийному поведению в ОП. Функциональный антагонизм и возможность вариативного изменения рецепторного связывания кортикостероидов и половых стероидов в онтогенезе создает возможность рассматривать соотношение «корти-зол/тестостерон» как маркер эустресса.