The effect of dark deprivation on the dynamics of body weight and the level of Klotho protein in the blood of animals

Full Text

По данным Росстата, более 50 % россиян предрасположены к избыточной массе тела¹, за последние 20 лет отмечается рост заболеваемости эндокринной системы, расстройство питания и нарушения обмена веществ на 48,4 %², что связано не только с нарушением ежедневного рациона питания, но и изменением условий окружающей среды, условий и режима труда: повышение ритма жизни, работа в ночное время, частые перелеты и смена часовых поясов и др. Нарушения свето-темнового режима: световая и темновая депривация оказывают негативное влияние на хронобиологические процессы в организме, приводя к возникновению гормональных, метаболических нарушений. Одновременно световой десинхроноз является стрессирующим фактором для всех систем организма и сопровождается развитием ускоренного старения, приводит к развитию заболеваний сердечно-сосудистой, репродуктивной и других систем организма [1, 2]. Одним из «супрессоров» старения является белок Клото, который обладает антиоксидантной и антиапоптотической активностью, регуляцией энергетического метаболизма и участвует в регуляции физиологических процессов в организме и профилактике заболеваний [3]. Учитывая серьезность нарушений, вызванных световым десинхронозом, приобретает актуальность изучения влияния светового десинхроноза (темновой депривации) на динамику массы тела и уровня белка Клото в сыворотке крови.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить особенности влияния постоянного освещения на динамику массы тела и уровень белка Клото в крови у половозрелых крыс.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводилось на 49 беспородных белых крысах самках 4-месячного возраста (питомник филиала «Столбовая» ФГБУН НЦБМТ ФМБА России). Животные содержались в стандартных лабораторных условиях в соответствии с правилами лабораторной практики РФ (ГОСТ 33044-2014). Эксперимент проводился с разрешения локального этического комитета ФГБОУ ОВО ВолгГМУ Минздрава России (справка от 25.11.2022 № 2022/164).

Крысы были разделены на 3 группы: 1-я группа – негативный контроль (n = 17), крысы содержалась при фиксированном свето-темновом режиме (12/12 часов); 2-я группа – позитивный контроль (n = 17) – при постоянном освещении (24 часа); 3-я группа – опытная (n = 15), по окончании периода темновой депривации получала перорально (внутрижелудочно через зонд) мелатонин (Мелатонин-СЗ, 3 мг, Северная Звезда НАО, Россия) в течение 14 суток [2]. Темновая депривация длилась в течение 30 суток.

На протяжении исследования каждые 7 сут. определялась динамика массы тела животных (г), оценивался темп прироста массы в % и Δ %.

Забор крови для определения концентрации мелатонина, белка Клото осуществляли из брюшной аорты крыс после наркотизации крыс путем однократного внутрибрюшинного введения хлоралгидрата (400 мг/кг) в воде очищенной в объеме 10 мл/кг. Крысы выводились из эксперимента путем декапитации с помощью гильотины (ООО «Открытая наука», Москва, Россия). В сыворотке крови определяли концентрации мелатонина, белка Клото с помощью автоматического микропланшетного фотометра Sunrise TS4TECAN (Tecan Austria GmbH, Австрия) и набора реактивов ELISA Kit For Melatonin (MT), ELISA Kit for Klotho (KL) производства CLOUD-CLONE CORP (США).

Статистическую обработку результатов исследования выполняли с помощью программы GraphPad Prism 8.0 (США) с использованием рангового однофакторного дисперсионного анализа Краскела.

Уоллиса с апостериорным критерием Данна. Для выявления нормальности распределения использовали критерий Шапиро – Уилка. Статистически значимыми считали различия при уровне статистической значимости ниже 5 % (p < 0,05).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В группах контроля в течение 6 недель исследования выявлена положительная динамика прироста массы тела. В начале эксперимента масса тела животных из группы негативного контроля составила в среднем (256,47 ± 3,71) г, на 7-е сут. исследования масса тела контрольных животных возросла на 1,3 %, на 14-е сут. – на 0,3 % по отношению к предыдущему измерению.

 

Рис. 1. Влияние мелатонина на динамику массы беспородных белых крыс самок с ускоренным старением, вызванным 30-дневной темновой депривацией (свето-темновой цикл 24/0 ч), M ± m
* p < 0,05 – по отношению к показателю группы животных негативного контроля (ранговый однофакторный анализ Краскела – Уоллиса, критерий Данна).

 

Рис. 2. Влияние мелатонина на темп прироста массы тела у беспородных белых крыс самок с ускоренным старением, вызванным 30-дневной темновой депривацией (свето-темновой цикл 24/0 ч)

 

На 28-е сут. отмечается рост массы тела контрольных животных на 1,5 %. На 5–6-й неделе эксперимента прирост массы тела был стабильным равномерным в диапазоне 0,6–0,7 % (рис. 1, 2). Было выявлена также положительная динамика массы тела в Δ % по отношению к исходному значению в течение всего исследования в группе негативного контроля (рис. 3).

 

Рис. 3. Влияние мелатонина на относительный темп прироста массы тела у беспородных белых крыс самок с ускоренным старением, вызванным 30-дневной темновой депривацией (свето-темновой цикл 24/0 ч)

 

На 21-е сут. эксперимента у животных на фоне темновой депривации выявлено снижение темпа прироста массы тела (1,02 и 1,25 %, группы позитивного контроля и опытная соответственно) по сравнению с показателем крыс из группы негативного контроля, однако различия не были статистически значимыми. По окончании темновой депривации на 28-е сут. темп прироста массы тела у крыс группы позитивного контроля и опытной составил 1,92 и 2,02 % соответственно. На фоне приема мелатонина на 7-е сутки после окончания темновой депривации темп прироста массы тела приобрел отрицательные значения и составил –1,7 %, на 14-е сут. –0,85 %; также было выявлено снижение массы тела на 1,7 и 2,5 % на 7-е и 14-е сут. соответственно.

На фоне темновой депривации на 31-е сут. выявлено снижение уровня мелатонина на 30,9 %, на 45-е сутки – 27,2 % (рис. 4). У крыс опытной группы отмечался рост уровня мелатонина в крови на 64,9 %.

 

Рис. 4. Влияние 30-дневной темновой депривации на уровень мелатонина в сыворотке крови беспородных белых крыс самок (свето-темновой цикл 24/0 ч), M ± m
* p < 0,05 – по отношению к показателю группы животных негативного контроля (ранговый однофакторный анализ Краскела – Уоллиса, критерий Данна).

 

Темновая депривация в течение 30 сут. сопровождалась статистически достоверным снижением уровня белка Клото в крови животных группы позитивного контроля в 1,5 раза по отношению к аналогичному показателю группы негативного контроля. Через 14 сут. после отмены темновой депривации отмечается рост уровня белка Клото в сыворотке крови в 1,07 раза, однако он не достигал уровня группы негативного контроля. В опытной группе наблюдался рост уровня белка Клото, однако показатель не был статистически значимым (рис. 5).

 

Рис. 5. Влияние 30-дневной темновой депривации на уровень белка Клото в сыворотке крови беспородных белых крыс самок без лечения и на фоне лечения мелатонином (свето-темновой цикл 24/0 ч), M ± m

 

Таким образом, отсутствие смены световой и темновой фаз приводило к снижению выработки мелатонина и уровня белка Клото в сыворотке крови. Снижение уровня мелатонина, участвующего в регуляции цикла голод/насыщение, сопровождалось ростом массы тела экспериментальных животных. Мелатонин оказывает положительное влияние на углеводный и липидный обмен, что сопровождается снижением массы тела и прироста веса при его экзогенном введении [4]. Выявлена обратная корреляция между уровнем белка Клото и массой тела [5]. Введение мелатонина способствует частичному восстановлению баланса уровня гормонов, массы тела животных [3].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Световой десинхроноз, вызванный 30-суточной темновой депривацией, оказывает негативное воздействие на физиологическое состояние организма животных. Постоянное освещение сопровождается снижением уровня белка Клото, который является маркером преждевременного старения; снижением уровня мелатонина. Выявлена обратная корреляция между уровнем мелатонина, белка Клото в сыворотке крови и массой тела животных.

 

***

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

 

¹ Росстат изучил рацион россиян: Федеральная служба государственной статистики. URL: https://rosstat.gov.ru/folder/313/document/70761 (дата обращения: 01.09.2023).

² Заболеваемость населения по основным классам болезней: Федеральная служба государственной статистики. URL: https://rosstat.gov.ru/folder/13721 (дата обращения: 01.09.2023).

About the authors

Larisa I. Kondakova

Volgograd State Medical University

Author for correspondence.
Email: larisakondakova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9028-2993

Candidate of Medical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Histology, Embryology, Cytology

Russian Federation, Volgograd

Victoria V. Bagmetova

Volgograd State Medical University

Email: vvbagmetova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4861-0217

Doctor of Medical Sciences, Associate Professor, Senior Researcher at the Laboratory of Synthesis of Innovative Medicines of the Scientific Center for Innovative Medicines with Pilot Production

Russian Federation, Volgograd

Viktor S. Sirotenko

Volgograd State Medical University

Email: sirotenko.viktor@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2249-020X

Doctor of Pharmaceutical Sciences, Associate Professor of the Department of Pharmacology and Bioinformatics

Russian Federation, Volgograd

Tatyana S. Smirnova

Volgograd State Medical University

Email: tssmirnova2013@yandex.ru

Candidate of Medical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Histology, Embryology, Cytology

Russian Federation, Volgograd

References

Supplementary files