Влияние экстракта лабазника на ритмическую организацию суточной динамики температуры тела и поведенческой активности крыс

Статья в Elpub

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2018; : 141-157

Влияние экстракта лабазника на ритмическую организацию суточной динамики температуры тела и поведенческой активности крыс

Замощина Т. А., Бердникова Т. И., Отмахов В. И., Шелег Е. С., Теплякова Е. М.

Аннотация

Взаимодействие человека с окружающими факторами внешней среды рассматривается в неразрывной связи с его повторяющимися эндогенными процессами, основу которых составляют биологические ритмы. Многие факторы современной жизни человека нарушают структуру временной организации процессов жизнедеятельности, поэтому актуализируется проблема хронофизиологической адаптации человека. Важную роль в механизмах синхронизации околосуточных ритмов играют соединения лития. Целью исследования - выявить специфическую для лития хронобиологическую активность литийсодержащих экстрактов лабазника вязолистного (Filipendula ulmaria L. (Maxim.)) и лабазника обыкновенного (Filipendula vulgaris Moench) в эксперименте на крысах. Установлено, что оба растительных экстракта обладали ритмомодулирующим действием, однако у экстракта F. ulmaria оно оказалось более выраженным и направленным как на поведенческий, так и на температурный ритм, отражающий деятельность двух разных, но взаимосвязанных осцилляторов в организме животных. Ритмомодулирующий эффект экстракта Filipendula ulmaria проявлялся в более ускоренной перестройке поведенческих и температурных ритмов в свободно текущее состояние, которое наблюдается у животных в периоды солнцестояний. Таким образом, в периоды зимнего и летнего солнцестояний экстракт Filipendula ulmaria, повышая содержание лития в организме крыс и ускоряя перестройку ритмов поведенческой активности и температуры тела на режим эндогенных осцилляторов, сглаживал состояние сезонного десинхроноза в ритмостазе животных.

Список литературы

1. Рапопорт С.И. Хрономедицина, циркадианные ритмы. Кому это нужно? // Клиническая медицина. 2012. № 8. С. 73-75. 2.Чибисов С.М., Дементьев М.В. Особенности десинхроноза при сменном режиме работы и у пациентов с тяжелой соматической патологией // Клиническая медицина. 2014. Т. 92, № 8. С. 36-40.

2. Комаров Ф.И., Рапопорт С.И., Бреус Т.К., Чибисов С.М. Десинхронизация биологических ритмов как ответ на воздействие факторов внешней среды // Клиническая медицина. 2017. Т. 95, № 6. С. 502-512. doi: 10.18821/0023-2149-2017-95-6-502-512.

3. Roenneberg T., Merrow M. The circadian clock and human health // Current biology. 2016. Vol. 26, № 10. PP. 432-443. doi: 10.1016/j.cub.2016.04.011.

4. Golombek D.A., Casiraghi L.P., Agostino P.V., Paladino N., Duhart J.M., Plano S.A., Chiesa J.J. The times they're a-changing: Effects of circadian desynchronization on physiology and disease // Journal of Physiology-Paris. 2013. Vol. 107, № 4. PP. 310-322. doi: 10.1016/j.jphysparis.2013.03.007.

5. Волобуев А.Н., Пятин В.Ф., Романчук Н.П. Циркадианная биофизика и хрономедицина // Здоровье и образование в XXI веке. 2016. Т. 18, № 5. С. 97-100.

6. Engelmann W. Effects of lithium salts on circadian rhythms // Chronobiology and psychiatric disorders. 1987. PP. 263-289.

7. Самойлов Н.Н. Содержание лития в тканях лабораторных животных // Известия Сибирского отделения АН СССР: Серия биологических наук. 1973. Т. 10, № 2. С. 179-183.

8. Замощина Т.А. Лития оксибутират и ритмическая структура активно-поискового поведения и температуры тела крыс в условиях постоянного освещения // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2000. Т. 63, № 2. С. 12-15.

9. Moreira J., Geoffroy P.A. Lithium and bipolar disorder: impacts from molecular to behavioural circadian rhythms // Chronobiology international. 2016. Vol. 33, № 4. PP. 351373. doi: 10.3109/07420528.2016.1151026

10. Geoffroy P. A., Etain B. Lithium and circadian rhythms // The science and practice of lithium therapy. - Springer international publishing. 2017. PP. 111-124. doi: 10.1007/978-3-319-45923-3_6

11. Замощина Т.А. 35 лет изучения фармакологии солей лития // Бюллетень сибирской медицины. 2006. Т. 5. Приложение 2. С. 26-30.

12. Davis J.A., Gamble K.L. Synchronized time-keeping is key to healthy mood regulation (Commentary on Landgraf et al) // European journal of neuroscience. 2016. Vol. 43, № 10. PP. 1307-1308. doi: 10.1111/ejn.13147

13. Timothy O'Brien W., Harper A.D., Jove F., Woodgett J.R., Maretto S., Piccolo S., Klein P.S. Glycogen synthase kinase-3B haploinsufficiency mimics the behavioral and molecular effects of lithium // The journal of neuroscience. 2004. Vol. 24, № 30. PP. 6791-6798. doi: 10.1523/jneurosci.4753-03.2004

14. Noguchi T., Lo K., Diemer T., Welsh D.K. Lithium effects on circadian rhythms in fibroblast and suprachiasmatic nucleus slices from CRY knockout mice // Neuroscience letters. 2016. Vol. 619. PP. 49-53. doi: 10.1016/j.neulet.2016.02.030

15. Landgraf D., McCarthy M.J., Welsh D.K. Circadian clock and stress interactions in the molecular biology of psychiatric disorders // Current psychiatry reports. 2014. Vol. 16, № 10. PP. 1-11. doi: 10.1007/s11920-014-0483-7

16. Замощина Т.А., Краснов Е.А., Отмахов В.И., Петрова Е.В., Решетов Я.Е., Просекина Е.Ю., Томова Т.А., Кускова И.С. Оценка хронобиологической активности водного экстракта надземной части репейничка волосистого // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2016. Т. 79, № 5. С. 3-6. doi: 10.14258/jcprm.2017041934

17. Краснов Е.А., Савельева Е.Е., Рыжакова Н.К., Решетов Я.Е., Гатауллина А.Р. Исследование содержания доминирующих групп БАВ и биоэлементов в некоторых растениях семейства Rosaceae // Химия растительного сырья. 2017. № 4. С. 145-151. doi: 10.14258/jcprm.2017041934

18. Ашофф Ю. Биологические ритмы / под ред. Ю. Ашоффа. М.: Мир, 1984. Т. 1. 262 с.

19. Арушанян Э.Б. Хронофармакология препаратов лития // Медицинский вестник Северного Кавказа. 2017. Т. 12, № 2. С. 240-244. doi: 10.14300/mnnc.2017.12068

20. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р. Биогенные свойства солей лития // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. 2012. Т. 209. С. 151-156.

21. Отмахов В.И. Кускова И.С., Петрова Е.В., Краснов Е.А., Замощина Т.А., Решетов Я.Е., Рабцевич Е.С., Бабенков Д.Е. Аналитическое сопровождение получения литийсодержащих растительных экстрактов ритмомоделирующего действия // Вестник Томского государственного университета. Химия. 2016. № 2. С. 35-44. doi: 10.17223/24135542/4/4

22. Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Д. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения / под ред. А.С. Батуева. М. : Высшая школа, 1991. 399 с.

23. Комаров Ф.И. Хронобиология и хрономедицина / под ред. Ф.И. Комарова. М. : Медицина, 1989. 400 с.

24. Корягина Ю.В., Нопин С.В. Cosinor Ellipse 2006 № 2006611345 // Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. 2006. № 3. 42 с.

25. Лакин Г.Ф. Биометрия: учеб. пособие для биол. спец. вузов, 4-е изд., перераб. и доп. М. : Высшая школа, 1990. 352 с.

26. Краснов Е.А., Авдеева Е.Ю. Химический состав растений рода Filipendula (обзор) // Химия растительного сырья. 2012. №4. С. 5-12.

Tomsk State University Journal of Biology. 2018; : 141-157

Effect of Filipendula extract on the rhythmic organization of the daily dynamics of body temperature and behavioral activity in rats

Zamoshchina T. A., Berdnikova T. I., Otmakhov V. I., Sheleg E. S., Teplyakova E. M.

Abstract

Human interaction with environmental factors is considered in close connection with its repetitive endogenous processes which are based on biological rhythms. However, many factors of modern life contribute to the change in the temporary organization of life processes, leading to the development of desynchronosis. As a result of all this, the chronophysiological problem of human adaptation is actualized. It is known that timely diagnosis and correction of desynchronosis improves not only the performance of a person, but also his health. Desynchronosis is a "modern disease", and the problem of its correction deserves special attention. Lithium compounds play an important role in the synchronization mechanisms of circadian rhythms. It was found that the cation extends the periods of circadian rhythms, increases their amplitude, and also delays daily rhythm phases of the pulse activity of pacemaker neurons of suprachiasmatic nuclei (SCN), which are the main pacemakers in humans and mammals. All this leads to a slowdown in the "biological clock". The most promising is the search and expansion of drugs with a natural complex of macro- and microelements in the form of water and alcohol extracts from plant raw material accumulating lithium which has chronobiological activity. We established a high content of lithium in the representative of the family Rosaceae - Filipendula ulmaria L. (Max.). The content of the bioelement was about 19.9 mg/kg of the raw material, which in comparison with other plants indicated a very high concentration of the element in the raw material. After obtaining the dry extract of F. ulmaria, we found that the content of lithium was 90 mg/kg. The content of lithium in the extract of another type - F. vulgaris - was 22.9 mg/kg. Therefore, the aim of this research was to identify a specific chronobiological activity of lithium in lithium-containing extracts of two species - F. ulmaria and F. vulgaris. During the winter and summer solstices, we studied the influence of plant extracts on the rhythmic organization of the daily dynamics of body temperature and behavioral activity of rats. To obtain extracts of the plant, we collected F. ulmaria and F. vulgaris during the flowering phase in their natural habitat in the ecologically clean Kozhevnikovsky district of Tomsk region. The plants were dried at room temperature and stored until extract preparation. We applied the method of multiple percolations to get plant extracts. At the same time, we used crushed grass of these plants with a particle size of 3-5 mm and a moisture content of 13-15%. 20% ethyl alcohol was used as a solvent. The ratio of the raw material and extragent was 1:2, at each stage; the extraction was carried out after 24 hours. The resulting extracts were combined and released from mechanical inclusions. Then, the liquid extract was dried at a temperature of no more than 30-40 °C and dispersed. Animals were kept in natural light (natural seasonal desynchronosis develops in the conditions of solstices), at comfortable temperature of 22°C and with free access to food and water (standard diet). The open field method was used to determine the behavioral activity of rats. The body temperature was estimated by measuring rectal temperature. Primary chronograms were obtained for each animal for three consecutive days, measuring the abovementioned parameters every 4 hours. Statistical processing of chronobiological data was conducted by methods of one-way ANOVA and cosinor-analysis. After completion of the experiment, we determined lithium concentration in rat organs using the method of flame photometry. The statistical significance of the differences between the samples was established using the nonparametric Mann-Whitney U-test, and the statistical processing of chronobiological data was performed using the methods of variance analysis and cosinor-analysis. All procedures with animals were carried out in compliance with international rules and standards for treating laboratory animals that do not contradict the International Guiding Principles for Biomedical Research Involving Animals (Geneva, Switzerland; 1985). Our studies showed that both lithium-containing plant extracts had a rhythm-modulating action. However, these properties were more pronounced in F. ulmaria extract with high lithium content. During the winter and summer solstices, it accelerated the restructuring of behavioral activity and body temperature rhythms of rats in the free running state (See Table 1), and in summer the extract facilitated internal synchronization between rhythms (See Table 2). The rhythmic and modulating effect of the extract was directed to both behavioral and the temperature rhythms of two different, but interrelated oscillators in the animal body. It manifested itself in the accelerated restructuring of behavioral and temperature rhythms to the free running mode (See Table 1 and 2), characteristic of the winter and summer solstices. In addition, under the influence of F. ulmaria extract, the content of lithium in the organs of rats significantly increased in comparison with the intact group of animals, and under the influence of F. vulgaris it did not change (See Table 3). It is probable that the increase in the content of the cation in the organism of rats under the influence of F. ulmaria extract explains its expressed rhythm-modulating effects, as the rhythm-modulating properties of other inorganic and organic components of F. ulmaria extract (flavonoids, catechins, coumarins, tannins, cations of other metals and anions) are currently not known. We can assume the presence of similar properties in the above-mentioned biologically active substances, as F. vulgaris extract, without changing lithium content in the bodies of animals (See Table 2), demonstrated some rhythm-modulating activity in relation to the rhythm of behavioral activity (See Table 2). However, given the nature of this effect, it must have been a consequence of delaying the rhythms by the external cycle of the extract forced administration as a stress cycle. Thus, during the winter and summer solstices, F. ulmaria extract, increasing lithium content in the body of rats and accelerating the restructuring of behavioral activity and body temperature rhythms to the mode of endogenous oscillators, smoothed seasonal desynchronosis in the rhythm of animals. The paper contains 3 Tables and 27 References.

References

1. Rapoport S.I. Khronomeditsina, tsirkadiannye ritmy. Komu eto nuzhno? // Klinicheskaya meditsina. 2012. № 8. S. 73-75. 2.Chibisov S.M., Dement'ev M.V. Osobennosti desinkhronoza pri smennom rezhime raboty i u patsientov s tyazheloi somaticheskoi patologiei // Klinicheskaya meditsina. 2014. T. 92, № 8. S. 36-40.

2. Komarov F.I., Rapoport S.I., Breus T.K., Chibisov S.M. Desinkhronizatsiya biologicheskikh ritmov kak otvet na vozdeistvie faktorov vneshnei sredy // Klinicheskaya meditsina. 2017. T. 95, № 6. S. 502-512. doi: 10.18821/0023-2149-2017-95-6-502-512.

3. Roenneberg T., Merrow M. The circadian clock and human health // Current biology. 2016. Vol. 26, № 10. PP. 432-443. doi: 10.1016/j.cub.2016.04.011.

5. Volobuev A.N., Pyatin V.F., Romanchuk N.P. Tsirkadiannaya biofizika i khronomeditsina // Zdorov'e i obrazovanie v XXI veke. 2016. T. 18, № 5. S. 97-100.

6. Engelmann W. Effects of lithium salts on circadian rhythms // Chronobiology and psychiatric disorders. 1987. PP. 263-289.

7. Samoilov N.N. Soderzhanie litiya v tkanyakh laboratornykh zhivotnykh // Izvestiya Sibirskogo otdeleniya AN SSSR: Seriya biologicheskikh nauk. 1973. T. 10, № 2. S. 179-183.

8. Zamoshchina T.A. Litiya oksibutirat i ritmicheskaya struktura aktivno-poiskovogo povedeniya i temperatury tela krys v usloviyakh postoyannogo osveshcheniya // Eksperimental'naya i klinicheskaya farmakologiya. 2000. T. 63, № 2. S. 12-15.

10. Geoffroy P. A., Etain B. Lithium and circadian rhythms // The science and practice of lithium therapy. - Springer international publishing. 2017. PP. 111-124. doi: 10.1007/978-3-319-45923-3_6

11. Zamoshchina T.A. 35 let izucheniya farmakologii solei litiya // Byulleten' sibirskoi meditsiny. 2006. T. 5. Prilozhenie 2. S. 26-30.

16. Zamoshchina T.A., Krasnov E.A., Otmakhov V.I., Petrova E.V., Reshetov Ya.E., Prosekina E.Yu., Tomova T.A., Kuskova I.S. Otsenka khronobiologicheskoi aktivnosti vodnogo ekstrakta nadzemnoi chasti repeinichka volosistogo // Eksperimental'naya i klinicheskaya farmakologiya. 2016. T. 79, № 5. S. 3-6. doi: 10.14258/jcprm.2017041934

17. Krasnov E.A., Savel'eva E.E., Ryzhakova N.K., Reshetov Ya.E., Gataullina A.R. Issledovanie soderzhaniya dominiruyushchikh grupp BAV i bioelementov v nekotorykh rasteniyakh semeistva Rosaceae // Khimiya rastitel'nogo syr'ya. 2017. № 4. S. 145-151. doi: 10.14258/jcprm.2017041934

18. Ashoff Yu. Biologicheskie ritmy / pod red. Yu. Ashoffa. M.: Mir, 1984. T. 1. 262 s.

19. Arushanyan E.B. Khronofarmakologiya preparatov litiya // Meditsinskii vestnik Severnogo Kavkaza. 2017. T. 12, № 2. S. 240-244. doi: 10.14300/mnnc.2017.12068

20. Kadyrova R.G., Kabirov G.F., Mullakhmetov R.R. Biogennye svoistva solei litiya // Uchenye zapiski Kazanskoi gosudarstvennoi akademii veterinarnoi meditsiny im. N.E. Baumana. 2012. T. 209. S. 151-156.

21. Otmakhov V.I. Kuskova I.S., Petrova E.V., Krasnov E.A., Zamoshchina T.A., Reshetov Ya.E., Rabtsevich E.S., Babenkov D.E. Analiticheskoe soprovozhdenie polucheniya litiisoderzhashchikh rastitel'nykh ekstraktov ritmomodeliruyushchego deistviya // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Khimiya. 2016. № 2. S. 35-44. doi: 10.17223/24135542/4/4

22. Buresh Ya., Bureshova O., Kh'yuston D. Metodiki i osnovnye eksperimenty po izucheniyu mozga i povedeniya / pod red. A.S. Batueva. M. : Vysshaya shkola, 1991. 399 s.

23. Komarov F.I. Khronobiologiya i khronomeditsina / pod red. F.I. Komarova. M. : Meditsina, 1989. 400 s.

24. Koryagina Yu.V., Nopin S.V. Cosinor Ellipse 2006 № 2006611345 // Programmy dlya EVM. Bazy dannykh. Topologii integral'nykh mikroskhem. 2006. № 3. 42 s.

25. Lakin G.F. Biometriya: ucheb. posobie dlya biol. spets. vuzov, 4-e izd., pererab. i dop. M. : Vysshaya shkola, 1990. 352 s.

26. Krasnov E.A., Avdeeva E.Yu. Khimicheskii sostav rastenii roda Filipendula (obzor) // Khimiya rastitel'nogo syr'ya. 2012. №4. S. 5-12.