Dynamics of food passing through the digestive tract in the nocturnal rodent Meriones crassus as a response to the rhythm of feeding activity

Full Text

В течение нескольких десятилетий скорости продвижения корма по пищеварительному тракту (ПТ) млекопитающих, как важной составляющей физиологии пищеварения, уделялось достаточно много внимания. Полученные результаты, включая методы исследования, неоднократно были обобщены и проанализированы (Warner, 1981; Stevens, Hume et al., 1993; Hume et al., 1993; Sakaguchi, 2003; Clauss et al., 2007, 2013;; Müller et al., 2013). Рассмотрены многие факторы, влияющие на время экспозиции корма в пищеварительном тракте, такие как размер тела животных, морфология ПТ, тип ферментации, уровень потребления и качество корма, а также методические недостатки, снижающие надежность результатов.

Исследование кинетики твердой фракции корма у нескольких видов полевок и песчанок с использованием метода многократной маркировки корма (Наумова, Кучерук, 1996; Жарова и др., 2002, 2010; Наумова и др., 2007, 2024) позволило выяснить важные нюансы циркуляции содержимого у растительноядных грызунов с малыми размерами тела, не регистрируемые с помощью однократной маркировки корма. Была обнаружена важная с функциональной точки зрения особенность, которая заключается в неравномерности продвижения содержимого, а именно, нарушении последовательности выведения маркеров, поступавших в ПТ через определенные промежутки времени. Это нарушение обусловлено спецификой сбора и поглощения кормовых растений мелкими фитофагами. Размерные ограничения исключают возможность единовременного потребления мелкими грызунами достаточного количества бедной растительной пищи. Независимо от типа кормовой активности грызуны часто пополняют кормом желудок, что сопряжено с быстрой эвакуацией содержимого и его быстрым дальнейшим прохождением по ПТ. Подобная ситуация характеризуется большими колебаниями уровня наполнения желудка от которого зависит локализация маркированного корма и, соответственно, динамика его прохождения по ПТ. В этом заключается одна из причин высокой изменчивости кинетики содержимого ПТ, продемонстрированная на примере дневной песчанки (Наумова и др., 2024).

Для выяснения зависимости характера продвижения корма по ПТ от ритма кормовой активности мы выполнили многократное мечение корма ночного грызуна Meriones crassus в разные фазы кормовой активности. Ранее мы исследовали несколько видов грызунов (полевок и песчанок) с круглосуточной кормовой активностью, а M. crassus – грызуны, потребляющие корм в основном ночью (Khokhlova et al., 2005). Хотя в некоторых публикациях была отмечена зависимость скорости прохождения корма от уровня его потребления (Pei et al., 2001; Clauss et al., 2007;), метод однократного мечения не позволяет учесть ритм наполнения кормом желудка и слепой кишки, как и порядок выведения корма из них.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Песчанка Сундевала Meriones crassus – ночной семеноядный грызун, основным кормом которого служат семена, а также листья пустынных растений как источник влаги. Мы провели две серии опытов по маркировке корма песчанок в дневное и ночное время. Животных кормили свежесобранной начинающей плодоносить травой Salsola tetrandra. В каждой экспериментальной группе было задействовано по 6 взрослых не размножающихся песчанок обоих полов, рожденных в неволе. Животных содержали в клетках поодиночке при искусственном освещении с равным соотношением светлого и темного времени суток (С:Т = 12:12). Работа выполнена в лаборатории университета им. Бен-Гуриона.

 

Таблица 1. График поступления маркеров в ПТ

Группа песчанок	№ маркера	Время поедания маркера	Длительность  Экспозиции  маркера (ч)
1 (дневная)	1	12:00	36
	2	18:00	30
	3	24:00	24
	4	9:00	15
	5	16:00	8
	6	18:00	6
	7	22:00	2
2 (ночная)	1	20:00	36
	2	8:00	24
	3	20:00	12
	4	2:00	6
	5	5:00	3

 

Для детализации путей продвижения твердых фракций корма мы применили пяти- и семикратное мечение корма инертными маркерами. В качестве инертного маркера волокнистой фракции корма использовали тонкую пластиковую пленку разных цветовых оттенков. Метод детально описан в предшествующих публикациях (Наумова, Кучерук, 1996; Жарова и др., 2002, 2010; Наумова и др., 2007; 2024). Каждая порция маркера состояла из смешанных с приманкой мелких кусочков пленки, общее количество которых в ПТ и экскрементах подсчитывали в конце эксперимента и принимали за 100 %. Время поедания и длительность экспозиции маркеров в каждой экспериментальной группе песчанок приведено в табл. 1. В конце опытов анализировали количественное распределение маркеров в ПТ у умерщвленных грызунов. ПТ и отдельно желудок и слепую кишку взвешивали на электронных весах с точностью до 0.001.

Среднее время задержки корма (MRT) в ПТ рассчитывали по формуле (Warner, 1981):

 $\raisebox{1ex}{$MRT={\displaystyle {\sum }_{i=1}^n{m}_{i}t}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${\displaystyle {\sum }_{i=1}^n{m}_i}$}\right.$

где m_{i –} количество частиц маркера в экскрементах, выделенных за время t_i после поедания маркированной приманки, n – количество дефекаций за время полного выведения маркера. MRT рассчитывали отдельно по каждому маркеру. Аналогично расcчитывали время задержки корма в желудке и слепой кишке. При этом за m_i принимали количество фрагментов маркера, прошедшее через данный орган (то есть, обнаруженных в ПТ позади желудка или слепой кишки и экскрементах). За t_i принимали время экспозиции маркера в желудке, или слепой кишке.

Обобщенные диаграммы кинетики содержимого в ПТ по отдельным органам и в экскрементах построены на основании данных о распределении маркеров в конце опыта у умерщвленных животных. Полученные данные обработаны методами непараметрической статистики (Statistica 12).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Длительность экспериментов составила 36 ч, в течение которых грызуны получали маркированные приманки в разные фазы активности и разное время суток. Экспериментальные группы различались по суммарной длительности светлого и темного периодов и времени начала экспериментов. Группу, в которой первый маркер был дан зверькам в 12:00, а соотношение светлого и темного времени составило 20:16, мы обозначили как «дневную». Группу, в которой начало опыта пришлось на 20:00, а соотношение светлого и темного времени в эксперименте составило 12:24, мы обозначили как «ночную».

Суммарное время задержки маркеров в ПТ

Длительность экспериментов не позволила выяснить полное время задержки корма в ПТ песчанки Сундевала. В первом опыте (дневная группа), охватившем два периода светлого времени суток, и одну ночь, через 36 ч из ПТ вышло более 80% маркера, поступившего в ПТ в полдень (рис. 1). Во втором опыте (ночном), охватившем два периода ночной активности и один дневной, через 36 ч из ПТ эвакуировалось 55% маркированной приманки, съеденной песчанками вечером в 20:00, а маркер, пролежавший в ПТ 24 ч, съеденный утром в 8:00, был выведен на 65%.

Первые частицы маркеров (около 5%) были зарегистрированы в экскрементах дневной группы песчанок через 8 ч экспозиции (с 16:00), а в ночной группе первые фрагменты маркеров (менее 5%) были отмечены через 12 ч экспозиции в ПТ (с 20:00). Среднее время задержки маркеров в желудке и кишечнике заметно различались в двух группах песчанок (табл. 2).

 

Таблица 2. Среднее время задержки маркеров в желудке и кишечнике

Группа	MRT (ч)
	Общее	Желудок	Слепая
Дневная	19 (15–26)	20 (16-30)	20 (16-29)
Ночная	–	30 (27-35)	28 (23-35)

 

Продвижение маркированного корма по отдельным органам ПТ в дневной группе

Маркированный корм, поступавший в желудок песчанок в полдень, выходил из желудка и достигал слепой кишки относительно быстро. Через 2 ч после потребления приманки из желудка песчанок дневной группы эвакуировалось около 40 % маркера (рис. 1а), а оставшаяся доля распределилась между преджелудком и железистой частью примерно поровну. В это время около 10% маркера уже достигло слепой кишки.

 

Рис. 1. Содержание маркеров (%) с разной длительностью экспозиции в каждом органе ПТ по результатам вскрытия в дневной (а) и ночной (б) группах песчанок.

 

Дальнейшее мечение показало последовательное прохождение вводимых в ПТ маркеров и их задержку в слепой кишке, а большая часть оставшихся частиц маркеров задержалась в преджелудке. При самой длительной экспозиции (24, 30 и 36 ч) в желудке все же оставались следовые количества маркеров. Через 6–8 ч в слепой кишке скопилось до 45% маркеров, а через 8 ч началось их активное выведение с экскрементами. Через 24 ч в слепой кишке еще оставалось более 15 % маркеров, а через 36 ч – около 5%. В проксимальной части ободочной кишки маркеры почти не задерживались. В дистальной части ободочной кишки наибольшая концентрация маркеров наблюдалась при 8-часовой экспозиции (более 50%).

Продвижение маркированного корма по отдельным органам ПТ в ночной группе

Первый маркер, пролежавший в ПТ более суток, песчанки получили в 20:00. Хотя через 36 ч экспозиции в желудке осталось еще около 10% маркера, поступившие последующие маркеры не задерживались в желудке надолго (рис. 1б). Через 3 ч здесь осталось 30% маркера, а в слепой кишке было сконцентрировано около 40%. Маркеры с экспозицией в ПТ 6 и 12 ч (поступившие в желудок в темное время суток) до слепой кишки продвигались примерно также, как первый маркер. В желудке их содержание составило около 20%, а в слепой кишке осело около 40%. В проксимальной части ободочной кишки маркеры не задерживались, а в дистальной части максимальной концентрации (30%) достиг маркер с 6-часовой экспозицией. Через 24 и 36 ч экспозиции в желудке и слепой кишке задержалось около 25 % всех маркеров.

Количественное соотношение маркеров в отдельных органах ПТ в зависимости от времени их поступления в желудок

Расчет количественного соотношения маркеров, поступивших в желудок в разное время, и задержавшихся в ПТ до конца экспериментов, позволил зарегистрировать два варианта распределения корма (рис. 2) в зависимости от длительности экспозиции и времени поступления маркеров в ПТ. При этом проявились четкие различия между характером локализации маркированных порций корма, съеденных в разное время суток. В обеих экспериментальных группах следует отметить быстрое поступление части маркеров в слепую кишку (через 2–3 часа) и длительную задержку (на весь экспериментальный период) части маркированного корма в преджелудке. Важное различие между группами заключается в длительности задержки корма, съеденного на разных стадиях кормовой активности.

 

Рис. 2. Количественное соотношение маркеров (%) в разных отделах ПТ по завершении опыта в дневной (а) и ночной (б) группах песчанок.

 

Таблица 3. Сравнительный анализ зависимости количественного содержания маркеров от времени их поступления в ПТ

Локализация маркера	Длительность  Экспозиции  маркера (ч)	Время поступления  маркера		Количественное  содержание маркера (%)		p
Желудок	2 – 3	22:00	5:00	59.27	29.99	0.083
	6	18:00	2:00	19.26	24.55	0,635
	12 – 15	9:00	20:00	6.22	29.05	0.0001*
	24	8:00	24:00	8.33	6.65	0.642
	36	12:00	20:00	2.41	10.68	0.007*
Слепая кишка	2 – 3	22:00	5:00	11.11	39.11	0.061
	6	18:00	2:00	43.59	37.89	0.434
	12 – 15	9:00	20:00	18.99	34.51	0.017*
	24	8:00	24:00	13.95	15.48	0.517
	36	12:00	20:00	4.81	15.89	0.028*
Экскременты	12 – 15	9:00	20:00	42.94	3.70	0.001*
	24	8:00	24:00	64.54	49.97	0.07
	36	12:00	20:00	83.48	54.00	0.035*

Примечание. *Различия статистически достоверны

 

Сравнительный анализ количественного содержания маркеров в желудке, слепой кишке и экскрементах выявил значительные различия в продвижении маркеров по ПТ в зависимости от времени их поступления в желудок. (табл. 3). Маркеры, поступившие в ПТ в утренние и дневные часы, длительность экспозиции которых составила около 13 и 36 ч, выводились из желудка и слепой кишки гораздо быстрее, чем маркеры с такой же длительностью экспозиции, но поступившие в ПТ в вечернее время. Содержание маркеров, поступивших в ПТ в светлое время суток, с длительностью экспозиции 13 и 36 ч, в экскрементах было значительно выше, чем поступивших в ПТ в темное время. В остальных случаях различия не были достоверными, но при анализе продвижения маркеров с самой короткой экспозицией в ПТ (2–3 ч), было обнаружено, что в желудке застаивается больше маркеров, поступивших в желудок вечером (в 22:00), в начале кормовой активности, чем маркеров, поступивших в ПТ в конце кормовой активности (в 5:00). В слепой кишке наблюдается противоположная ситуация – маркеры, поступившие в ПТ в начале кормовой активности, скапливаются в ней в большей степени, чем поступившие в ПТ в конце кормовой активности (рис. 3).

 

Рис. 3. Относительное содержание маркеров в желудке (а) и в слепой кишке (б), поступивших в ПТ в разное время суток.

 

Взаимосвязь кинетики прохождения маркеров, кормовой активности и наполнения ПТ кормом

В исследовании кинетики содержимого дневной песчанки (грызуна с круглосуточной активностью) приведены примеры зависимости продвижения корма от степени наполнения ПТ (Наумова и др., 2024). Эти различия были связаны с частыми неритмичными поступлениями свежего корма в желудок в течение суток. Подобная ситуация достаточно подробно разобрана на примере большой песчанки (Наумова, Кучерук, 1996). Вновь поступающая доза пищи заходит в свод желудка и вытесняет к периферии (к большой кривизне) уже находившееся там содержимое. При активной кормежке уже оккупировавший свод корм не успевает продвинуться в тонкий кишечник, и часть его застревает надолго в области свода. А в заполненном желудке новый корм локализуется в пилорической части желудка.

У ночной песчанки Сундевала эта особенность также проявляется, но на фоне заметного общего снижения кормовой активности в светлое время суток, которое заключается в сокращении количества и длительности эпизодов поедания корма (Khokhlova et al., 2005). Следовательно, у песчанки Сундевала маркировка корма в дневные часы осуществлялась на фоне слабого заполнения желудка. Поэтому темпы продвижения отдельно взятых маркеров, пролежавших в ПТ сходные отрезки времени, но поглощенных зверьками в дневное, или ночное время, существенно различаются. Например, маркеры со сходной экспозицией (2–3 ч), но поступившие в желудок в разное время, выводились из него с разной интенсивностью. Маркер, съеденный в начале кормовой активности (22:00), вывелся из желудка на 40%, а поступивший в конце кормовой активности – на 70%. Маркер с экспозицией 36 ч, поступивший в желудок в полдень (дневная группа), практически вывелся из ПТ, а маркер, поступивший в начале кормовой активности в 20 ч еще заметен в небольших количествах во всех отделах ПТ. В слепой кишке наблюдалась обратная ситуация: в начале кормовой активности здесь находилось лишь 10% маркера, а в конце кормовой активности в ней было сконцентрировано около 40% маркера.

Пути и скорость продвижения разных маркеров у песчанки Сундевала, с разной интенсивностью потребляющей корм днем и ночью, определяются характером заполнения ПТ кормом. При проведении маркировки в светлое время, когда кормовая активность снижена, маркер поступает в слабо наполненный желудок, и быстрее эвакуируется из него. В случаях ночного мечения при активной кормежке очередной маркер поступает в желудок, который в большой степени уже заполнен кормом. Поэтому значительная часть маркированного корма быстрее эвакуируется в тонкий кишечник, а свод желудка надолго остается занятым кормом, поступившим ранее. Отмеченные особенности продвижения содержимого согласуются с наполнением желудка и слепой кишки на разных стадиях потребления корма. В дневной группе на кормовую активность пришлось заметно меньше времени, чем в ночной, что отразилось на относительной массе ПТ – 7.02% и 11.48% массы тела соответственно. Тенденция к сопряженности показателей относительной массы органов и среднего времени задержки в них маркеров наблюдалась в большинстве рассмотренных случаев. Особенно заметно эта зависимость проявилась при сопоставлении времени задержки корма и массы желудка в темное время суток и массы слепой кишки в светлое время суток (рис. 4).

 

Рис. 4. Корреляция между относительной массой желудка и длительностью задержки в нем корма (а), r = –0.5591, и относительной массой слепой кишки и длительностью задержки в ней корма (б), r = –0.5906

 

Таким образом, многократное мечение корма у грызунов позволяет визуализировать вариативность путей продвижения пищевой массы в ПТ, зависящую от режима кормовой активности. Помимо других, уже изученных факторов, влияющих на кинетику содержимого ПТ, таких как качество корма и уровень его потребления, кормовая активность может нарушить надежность получаемых результатов. Особенно это влияние может быть значительным у животных со сдвигом кормовой активности на светлое или темное время суток. Отмеченную зависимость следует учитывать при исследовании кинетики содержимого у грызунов.

Авторы приносят глубокую благодарность израильским коллегам А. Дегену, И.С. Хохловой, Б.Р. Краснову и М. Каму, за предоставленный материал и организацию работы.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Данная работа финансировалась за счет средств бюджета института. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Отсутствуют коммерческие, финансовые, личные и профессиональные факторы, которые могли бы создать конфликт интересов

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Все исследования на экспериментальных животных проводились в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных (Национальная академия, Вашингтон, округ Колумбия, 1996 г.), которое является основой документа «Директива 2010/63/ЕС Европейского парламента и Совета от 22 сентября 2010 г. о защите животных, используемых в научных целях».

About the authors

E. I. Naumova

Severtsov Institute of Ecology and Evolution, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: einaumova@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119071

G. K. Zharova

Severtsov Institute of Ecology and Evolution, Russian Academy of Sciences

Email: einaumova@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119071

T. Yu. Chistova

Severtsov Institute of Ecology and Evolution, Russian Academy of Sciences

Email: einaumova@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119071

References

Supplementary files