Фізіологія появи ритмічності в пацюків

Розвиток циркадіанних ритмів у хребетних тварин вивчали головним чином на пацюках, здебільшого в умовах чергування світла і темряви. У пацюків, як і в людини, різні ритми з’являються в різному віці і проходять етап дозрівання. Вони дозрівають приблизно в такій послідовності:

1) ритми, що відбивають нав’язаний режим годівлі, наприклад ритм збільшенняваги;

2) ритми епіфіза і симпатичної нервової системи;

3) ендокринні ритми, що знаходяться під контролем гіпофіза;

4) ритми довільної поведінки, наприклад локомоції і споживання води, а також показників сну, пов’язаних з корою мозку.

Ця послідовність не обов’язково відображає моменти виникнення самих функцій чи повного дозрівання ритмічності. Вона може відображати загальний хід розвитку регуляторних і адаптивних систем від вегетативних до коркових і поведінкових. Якщо, що дуже ймовірно за багатьма з цих ритмів стоїть один-єдиний центральний циркадіанний осцилятор (що знаходиться в супрахіазмальних ядрах гіпоталамуса), то різночасова поява різних ритмів повинна бути результатом послідовного дозрівання необхідних провідних шляхів чи керуючих механізмів.

Розвиток ритму епіфіза. Ритм епіфіза, його біохімічні прояви і регуляція в дорослого пацюка вивчені досить докладно. Ритм активності епіфізарного ферменту ацетилсеротонін-метилтрансферази (АСМТ) контролюється таким чином, джерело ритму знаходиться в центральній нервовій системі (можливо, у супрахіазмальному ядрі гіпоталамуса) і впливає на епіфіз через симпатичні шляхи, що йдуть від верхніх шийних гангліїв. Стимуляція (Я-адренергічних рецепторів епіфіза норадреналіном активує систему аденілатциклази, що приводить до підвищення активності АСМТ. Захоплювання ритму АСМТ відбувається через сітківку і далі через прямий ретиногіпоталамічний тракт до супрахіазмального ядра.

Розвиток структур, що беруть участь у контролі активності АСМТ, приблизно збігається за часом з появою ритму епіфіза, хоча їхнє подальше дозрівання може продовжуватися ще довго. Амплітуда добових коливань АСМТ у пацюків суттєва вже на 4-у добу, різко зростає на 7-у добу завдяки падінню денного рівня. Це пов’язано з функціональним дозріванням симпатичної іннервації епіфіза, крім посилення стимуляції в нічні години, симпатичні нерви забезпечують базальний рівень поглинання норадреналіну чи якогось агоніста (що надходить з кров’ю з невідомого джерела), що до дозрівання іннервації хронічно стимулював активність АСМТ.

Якщо в пацюка розвиток ритму АСМТ відбиває дозрівання нервових структур, то в курчат це відбувається по-іншому. Хоча в них роль симпатичної іннервації епіфіза не цілком зрозуміла, вона все-таки інша, ніж у пацюків. Ритм АСМТ у курчат з’являється в основному завдяки підвищенню нічного рівня. Слід зазначити, що якби поява ритму в такому органі, як епіфіз, залежала тільки від взаємної синхронізації вже ритмічних компонентів (наприклад, клітин), то відбувалося б одночасне зниження нижнього рівня і підвищення верхнього.

Оскільки в пацюка ритм активності АСМТ з’являється ще до повного морфологічного дозрівання супрахіазмального ядра, завершення закладки синапсів у цьому ядрі, очевидно, несуттєве для його участі в створенні циркадіанних ритмів.

Дана схема розвитку ритмічності в епіфізі пацюка є, звичайно, спрощеною. Хоча було показано, що ритм АСМТ в епіфізі новонароджених щуренят залежить, як і в дорослих тварин, від симпатичної іннервації, є дані про те, що такої залежності немає у випадку ритму серотоніну. Крім того, виходячи з нещодавно отриманих даних, ритм серотоніну зберігається в епіфізі новонародженого щуреняти in vitro принаймні добу, але зникає в епіфізі від дорослого пацюка. Ця можлива втрата автономної ритмічності в процесі розвитку і перехід до залежності від центрального осцилятора могла б бути прикладом загального напрямку онтогенезу (а також філогенезу) циркадіанної системи, що заключається в прогресуючій централізації механізмів контролю.

Розвиток ритмічності наднирників. Подібно до ритму активності АСМТ в епіфізі, ритм кортикостерону з’являється в результаті одночасного падіння ранкових значень і наростання вечірніх. Доведено, що ритмічність у наднирниках виробляється значно пізніше, ніж в епіфізі.

Хоча розвиток осі гіпоталамус- гіпофіз- наднирники вивчений досить докладно, ми ще не знаємо, яка фізіологічна подія завершує процес дозрівання, що саме веде до появи ритмічності. Інформаційні канали цієї осі (принаймні ті, що діють при стресі) розвиваються раніше, ніж ритмічність. Крім того, якщо ритми епіфіза і наднирників визначаються тим самим нейронним осцилятором (наприклад, супрахіазмальними ядрами), то розвиток ритму наднирників навряд чи лімітується дозріванням цього осцилятора. Дані про онтогенез ритму кортиколіберинунаводять на думку, що ритмічність в осі гіпофіз-наднирники залежить від дозрівання циркадіанних осциляторів, периферичних стосовно центрального осцилятора.

Процес розвитку ритмічності в цій осі дуже складний, і на нього можуть впливати як внутрішні, так і зовнішні фактори. У пацюків-самок описані зміни ритму кортикостерону, що стосуються форми, амплітуди і фази щодо циклу освітлення. Ці зміни починаються з моменту появи ритму приблизно на 18-й день і продовжуються до статевого дозрівання. Крім того, розвиток ритмічності наднирників може бути прискорений електрошком чи ін’єкціями тироксину у перші дні після народження; його можна також призупинити чи сповільнити, впливаючи на новонародженних кортикостероїдами чи АКТГ.

Хоча ритми кортикостерону плазми і кортиколіберину відразу після своєї появи розвиваються паралельно, у період статевого дозрівання ритм кортиколіберину змінює фазу, а ритм кортикостерону – її не змінює. Ця зміна фази, так само як і збільшення амплітуди ритму кортикостерону особливо виражена в пацюків-самок, що призводить до стійких статевих розходжень.

Зміна фази в процесі розвитку. Поряд з ритмом кортиколіберину у деяких інших ритмів спостерігаються значні зміни фази у ході розвитку. Два з них, а саме ритми тирозинамінотрансферази в печінці і збільшення ваги,приблизно наприкінці періоду вигодовування матір’ю роблять інверсію фази на 180°, можливо, через зміну режиму харчування. Ритми серотоніну і ацетилхолінестерази у мозку виявляють якщо не інверсію, то принаймні значне зрушення фази, але трохи пізніше, у зв’язку з розвитком ритму рухливості. Ні величина, ні механізми цих змін до цього часу не з’ясовані; невідомо, чи впливають вони на інші процеси розвитку, відсутні дані про наслідки порушення нормального ходу подій.