На правах рукописи
14.00. 53 - геронтология и гериатрия
Автореферат
на соискание ученой степени
доктора медицинских наук
ВЛИЯНИЕ СВЕТОВОГО РЕЖИМА, МЕЛАТОНИНА И ЭПИТАЛОНА НА БИОМАРКЕРЫ СТАРЕНИЯ, ВОЗРАСТНУЮ ПАТОЛОГИЮ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ
ВИНОГРАДОВА Ирина Анатольевна
Санкт-Петербург - 2008
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет»
Научный консультант: доктор медицинских наук, профессор Анисимов Владимир Николаевич
Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук, профессор Кветной Игорь Моисеевич
доктор медицинских наук, профессор Петрищев Николай Николаевич
доктор медицинских наук, профессор Александров Валерий Анатольевич
Ведущая организация:
ГУ «Институт физиологии им. И.П. Павлова» РАН
Защита состоится 2009 г. на заседании диссертационного совета Д 601.001.01 при Санкт-Петербургском Институте биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН по адресу 197110, г. Санкт-Петербург, просп. Динамо, д. 3
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского Института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН
Автореферат разослан 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Л.С. Козина
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования
Прогресс медицины и ее успешное развитие в экономически развитых странах приводит к постепенному увеличению средней продолжительности жизни и, в силу этого, к прогрессивному старению населения [Анисимов В.Н., 2003; Rajaratnam S.M.W., Arendt J., 2001]. Непрерывное увеличение продолжительности жизни является одной из причин увеличения доли пожилых в общей численности населения [Arking R., 1991]. Это приводит к увеличению общественного и научного интереса к проблемам теоретической и экспериментальной геронтологии [Khavinson V.Kh., 2002]. Основная задача геронтологии и гериатрии - сделать жизнь пожилых людей более здоровой и активной - становиться все более актуальной. Изучение структурно-функциональной организации и механизмов регуляции систем жизнеобеспечения в норме и при развитии процесса старения является одной из проблем фундаментальной геронтологии [Dilman V.M., 1994].
Ряд вопросов о механизмах старения в различных условиях, под действием различных стрессорных факторов можно исследовать, только проводя эксперименты на животных. Лабораторные животные, как модельные системы для изучения старения, возрастной патологии у людей и для разработки подходов к лечению, имеют большое значение [Каркищенко Н.Н., 2004].
Различные стрессорные воздействия могут привести к увеличению продолжительности жизни или к ее сокращению. Одним из регуляторов физиологических ритмов у человека и животных является смена циркадианного цикла дня и ночи. Установлено, что воздействие света ночью напрямую связано с серьезными проблемами поведения, а также с состоянием здоровья и развитием злокачественных новообразований [Хавинсон В.Х., и др., 2003; Di Lorenzo L. et al., 2003; Ha M., Park J., 2005; Anisimov V.N., 2006]. Эксперименты на плодовых мушках показали, что воздействие постоянного освещения приводит к уменьшению продолжительности их жизни. У грызунов ночное освещение приводит к нарушению овуляторного цикла и к последующему развитию опухолей в молочной железе, яичниках и матке [Анисимов В.Н., 2003; Prata Lima M.F. et al., 2004; Filipski E. et al., 2005]. Эпидемиологические исследования свидетельствуют о повышенном риске развития рака молочной железы и толстой кишки у работников ночных смен и о сниженном риске у слепых женщин [Rafnsson V. et al., 2001; Pukkala E. et al., 2002; Reynolds P. et al., 2002; Schernhammer E.S. et al., 2003]. В настоящее время воздействию светового загрязнения (включенного освещения ночью) подвергается довольно большое число людей. Вот почему становиться актуальным экспериментальные исследования, выясняющие роль нарушения светового режима в процессе старения и канцерогенеза.
На Северо-Западе России (в условиях Карелии) наблюдается своеобразный фотопериодизм, проявляющийся длинным световым днем в весенне-летний период (с середины мая до середины июля - сезон «белых ночей») и короткой продолжительностью дня в осенне-зимний период (4,5 часов). Модифицирующее действие постоянного освещения на физиологические процессы организма описано многими исследователями [Солонин Ю.Г., 1998; Анисимов В.Н. и др., 2003; Батурин Д.А. и др., 2004; Van der Beek E.M., 1996; Wehr T.A., 2001; Stevens R.G., 2006]. Однако влияние сезонных колебаний освещенности, как естественного нарушения циркадианного ритма, изучено недостаточно.
Разработка новых геропротекторов, способных задержать старение всего организма или наиболее важных органов и систем, и исследование их влияния на возрастные гормонально-метаболические и иммунологические изменения является одним из актуальных направлений в геронтологических исследованиях. В связи с этим встает вопрос о безопасности длительного применения средств продления жизни, что включает в себя не только непосредственные побочные и токсические эффекты, но и отдаленные последствия, например, развитие новообразований. В ряде работ показано, что геропротекторы обладают антиканцерогенными свойствами, однако при длительном применении некоторых из них наблюдается увеличение частоты развития опухолей [Анисимов В.Н., 2003]. Поэтому актуальным является всестороннее комплексное изучение действия геропротекторов в эксперименте, позволяющее оценить их действие на процессы старения, развитие возрастной патологии и новообразований.
К наиболее перспективным геропротекторам относят препарат мелатонин (МЛТ) и пептид эпиталон (ЭПТ), регулирующий функцию эпифиза [Хавинсон В.Х., Морозов В.Г., 2001; Анисимов В.Н., 2003]. Известно, что с возрастом наблюдается снижение уровня индольного гормона эпифиза МЛТ в организме [Raitier M.N., 1992; Arendt J., 2005; Anisimov V.N., 2006; Di Bella L., Gvalano L., 2006], что вызывает большой интерес к изучению этого гормона, обладающего разнообразными эффектами. Во многих работах при использовании МЛТ отмечено увеличение продолжительности жизни [Pierpaoli W., Regelson W., 1994; Mocchegiani E. et al., 1998], тогда как в других опытах наблюдалось отсутствие увеличения продолжительности жизни и возрастание частоты опухолей [Романенко В.И., 1983]. Применение МЛТ угнетает канцерогенез у пинеалэктомированных крыс или животных, содержащихся в стандартном чередующемся или постоянном режиме освещения [Baturin D.A. et al., 2001]. Представленные данные предполагают возможность использования МЛТ в качестве препарата для профилактики развития злокачественных новообразований у людей, подвергающихся световому загрязнению.
Синтетический пептид ЭПТ [Хавинсон В.Х., Анисимов В.Н., 2003], стимулирующий продукцию МЛТ, обладает способностью увеличивать среднюю и максимальную продолжительность жизни и замедлять темп старения у плодовых мух. У мышей разных линий ЭПТ оказывает неоднозначное действие [Попович И.Г., 2004]. Действие ЭПТ на крыс в сочетании с различными световыми режимами ранее не изучалось. Исследование геропротекторных свойств МЛТ и ЭПТ в различных световых режимах, включая и естественное освещение на Северо-Западе России (Карелия), в сравнительном аспекте является весьма актуальным.
Длительное наблюдение за лабораторными животными позволяет оценить динамику различных маркеров биологического возраста, процесс развития возрастной патологии и опухолей, а также изучить влияние различных световых режимов и исследуемых препаратов на старение и спонтанный канцерогенез. Биомаркерами возраста и гомеостаза в исследованиях часто служат такие показатели, как масса тела, количество потребляемого корма, поведенческие тесты, физическая работоспособность, репродуктивная функция, уровень свободнорадикальных процессов и многие биохимические параметры (уровень гормонов, состояние углеводного и жирового обменов и др.) [Анисимов В.Н., 2003]. В качестве интегрального показателя темпа старения используют динамику выживаемости и смертности животных.
Следует отметить, что исследования с комплексным использованием этих критериев, наряду с известными показателями интенсивности канцерогенеза (частота опухолей, латентный период и др.) при изучении влияния такого стрессирующего фактора как нарушение светового режима, в том числе и сезонного колебания освещенности на Северо-Западе России, и применения геропротекторов (мелатонина и эпиталона) не проводились.
Цель исследования
Комплексное сравнительное изучение длительного влияния различных световых режимов (стандартный чередующийся режим, постоянное освещение, естественное освещение Северо-Запада России, постоянная темнота) в сочетании с применением геропротекторов (мелатонина и эпиталона) на показатели биологического возраста, развитие возрастной патологии и спонтанный канцерогенез у самцов и самок крыс, а также оценка темпов старения организма и развития ассоциированных с возрастом различных патологических процессов.
Задачи исследования
Изучить влияние различных световых режимов (стандартное освещение, постоянное освещение, естественное освещение Северо-Запада России, постоянная темнота) на биомаркеры гомеостаза и старения, развитие возрастной патологии, показатели продолжительности жизни и спонтанный канцерогенез у крыс. световой патология канцерогенез геропротектор
Сравнить темпы изменения биомаркеров гомеостаза и старения, показателей продолжительности жизни, развития возрастной патологии у крыс при различных световых режимах.
Оценить влияние экзогенного мелатонина на продолжительность жизни, показатели гомеостаза и биологического возраста, а также на развитие спонтанных опухолей у крыс при различных световых режимах.
Оценить влияние эпиталона на продолжительность жизни, показатели гомеостаза, биологического возраста и развитие спонтанных опухолей у крыс при различных световых режимах.
Провести сравнительный анализ эффективности мелатонина и эпиталона в различных световых режимах и оценить перспективы их дальнейшего изучения в качестве средств профилактики преждевременного старения и предупреждения новообразований у человека в условиях светового загрязнения.
Научная новизна исследования
В диссертационной работе впервые установлено, что в условиях модулированного фотопериодизма (постоянное освещение, естественное освещение Карелии, постоянная темнота) у крыс возникают нарушения функционирования основных систем организма, сопровождающиеся более ранним развитием возрастной патологии по сравнению с особями, находящимися в стандартном режиме освещения.
Впервые изучено влияние различных световых режимов на показатели гомеостаза и биологического возраста (потребление корма и воды; масса тела; диурез; эстральный цикл; поведенческие реакции; физическая и умственная работоспособность; уровень свободнорадикальных процессов в тканях; биохимические показатели жирового, углеводного и белкового обменов; гормональный статус), развитие спонтанных опухолей и продолжительность жизни у крыс.
Впервые получены экспериментальные данные, свидетельствующие о неблагоприятном действии естественного освещения Карелии («белые ночи» в летний период и удлиненная темновая фаза в осенне-зимний период) на показатели гомеостаза, продолжительность жизни и риск развития спонтанных опухолей.
Впервые изучено влияние экзогенного мелатонина и синтетического пептида эпиталона на биомаркеры старения и гомеостаза, продолжительность жизни и возникновения спонтанных опухолей у крыс, содержащихся в различных световых режимах.
Впервые проведена комплексная оценка эффективности применения мелатонина и эпиталона на показатели старения и гомеостаза, продолжительность жизни и развитие спонтанных опухолей у самцов и самок крыс при различных режимах освещения.
Научно-практическая значимость работы
Метод комплексной оценки влияния различных режимов освещения и применения препаратов (мелатонина и эпиталона) на старение, показатели гомеостаза, развитие возрастной патологии и спонтанного канцерогенеза является достаточно адекватным и оптимальным, что позволяет экстраполировать полученные результаты на человека.
Выявленные закономерности следует учитывать при идентификации факторов риска ускоренного старения, преждевременного развития возрастной патологии, возникновения и развития доброкачественных и злокачественных новообразований, а также для разработки научно-обоснованных мер их профилактики.
Применение мелатонина и эпиталона замедляет возникающее полиорганное снижение функциональных резервов организма, проявляющееся снижением толерантности к стрессорным воздействиям, и снижает риск возникновения спонтанных опухолей, что свидетельствует о глубокой связи механизмов старения и канцерогенеза.
Выявление геропротекторного эффекта и антиканцерогенных свойств мелатонина и эпиталона у животных, содержащихся в условиях нарушенного светового режима, свидетельствует о перспективности дальнейшего изучения этих препаратов в качестве средств профилактики ускоренного (преждевременного) старения и рака в группах повышенного риска (лица, проживающие в северных районах России или работающие при инвертированном освещении).
Положения, выносимые на защиту
Содержание самцов и самок крыс в условиях постоянного освещения сопровождается ускоренным старением многих функциональных систем и организма в целом, развитием возрастной патологии и спонтанных опухолей, уменьшает продолжительность жизни.