Изменение активности сердца в динамике цикла бодрствование-сон при адаптации к холоду.

Abstract

Процесс адаптации зимовщиков к условиям пребывания на полярной станции сопровождается нарушением цикла бодрствование-сон, которое может выражаться в изменении глубины и длительности отдельных фаз сна, в изменении его структуры, в сложностях инициации и поддержания сна, дневной сонливости и, как следствие, увеличении усталости, раздражительности и потери концентрации внимания. Периодический контакт с холодом на этом фоне может модифицировать нормальную реакцию организма на действие холода и приводить к дополнительной нагрузке на систему регуляции цикла бодрствование-сон и её вегетативному обеспечению. И хотя влияние повторяющихся холодовых воздействий и адаптации к холоду на организм остается недостаточно изученным известно, что при повторяющихся холодовых воздействиях механизмы защиты от холода заменяются адаптацией к нему. Выявление особенностей влияния холода и развития адаптивных реакций организма на холод в условиях пребывания на полярных станциях может быть важным как с точки зрения изучения особенностей функционирования человека в экстремальных условиях, так и организации его жизнедеятельности на станции. Цель работы – изучить влияние адаптации к холоду на изменение частоты сердечных сокращений (ЧСС) в динамике цикла бодрствование-сон у крыс. Эксперименты проведены на белых беспородных крысах самцах (6-7 мес.) с соблюдение всех биоэтических норм при работе с лабораторными животными. Крысы находились в звукопоглощающей камере с контролируемой длительностью светового режима (свет:темнота 12:12) на стандартном рационе. Животные подвергались повторяющимся холодовым воздействиям в течение двух дней в светлое время суток в следующем режиме: 9 охлаждений в день по 15 мин при температуре -12°С с интервалами по 45 мин при температуре 23°С. Регистрацию и анализ биоэлектрической активности сердца и мозга проводили после каждого холодового воздействия одновременно на компьютерном электрокардиографе и электроэнцефалографе соответственно. Развитие сна, его окончание и смены фаз сна определялись по общепринятым критериям. Ввиду особенности организации цикла бодрствование-сон у крыс холодовые воздействия приходились на неактивную фазу суток, что приводило к пробуждению животных и последующей короткой депривации сна. Каждое холодовое воздействие приводило к повышению ЧСС (значения R-R уменьшались до 0,125 мс после охлаждения по сравнению с 0,175 мс при медленноволновом сне (МВС) и 0,185 мс при парадоксальном сне (ПС) до охлаждения) и снижению температуры поверхности тела на 0,5 – 1,5°. По мере восстановления температуры поверхности тела происходило снижение ЧСС, наступал МВС, во время которого монотонное замедление ЧСС продолжалось. Следует отметить, что в МВС, как в норме, так и после холодовых воздействий, относительно стабильные участки работы сердца (40 – 20° С) перемежались кратковременными эпизодами повышения (7-10 с) ЧСС, вероятно отражающими периодическое повышение активности симпатической нервной системы на фоне превалирования парасимпатической. Подобная динамика сердечной активности восстанавливалась к последующему холодовому воздействию вне зависимости от его порядкового номера, хотя и в разное время после воздействия. При этом в ряде случаев ЧСС во время МВС не достигала уровня, характерного для контрольных животных (0,150 мс во время МВС после охлаждения и 0,175 мс во время МВС в норме). Полученные данные могут свидетельствовать о сохранении функциональной активности вегетативной регуляции сердечного ритма в цикле бодрствование-сон при периодических холодовых воздействиях, приводящих к формированию адаптации к холоду у крыс.

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Adaptation of winterers to the Polar station conditions is accompanied by a disturbance in the wakefulness-sleep cycle, which can be expressed in varying the sleep depth and its stages duration, in changes of sleep structure, in difficulties of sleep initiating and maintaining, daytime sleepiness and, as a result, in irritability and loss of concentration. Periodic contact with the cold against this background can modify the normal response of the body to the effect of cold and lead to additional load on the system of sleep-wakefulness regulation and its vegetative background. Although the effect of repeated cold influences and adaptation to cold on the body has remained insufficiently studied, it is known that with the repeated cold effects, the mechanisms of protection against cold are replaced by adaptation to it. The identification of the effects of cold and the development of an organism adaptive reactions of the cold at polar stations conditions can be important for studying the features of human functioning under extreme conditions and organizing its activity at the station as well. The aim was to study the effect of cold adaptation on change in heart rate (HR) in the sleep-wakefulness cycle dynamics in rats. Experiments were carried out in white breedless male rats (6-7 mo) according to all the bioethical standards. The rats were in a sound-attenuated chamber with a controlled duration of the light regime (light:dark 12:12) on a standard diet. The animals underwent repeated cold exposures for two days at daylight hours in the following mode: 9 cold exposures per day for 15 minutes at -12 °C with intervals of 45 minutes at 23 °C. Bioelectrical activity of the heart and brain were registered and analyzed after each cold exposure simultaneously with a computer electrocardiograph and an electroencephalograph, respectively. Sleep stages were scored following the standard criteria on 4-second epochs. Due to the peculiarity of rats’ sleep-wakefulness cycle organization, cold influences impact on inactive phase of the animals’ activity-rest cycle, which led to awakening of the animals and subsequent short sleep deprivation. Every cold exposure resulted in an increase in heart rate (RR values decreased down to 0.125 ms after cooling vs RR before cooling – 0.175 ms during slow wave sleep (SWS) and 0.185 ms during paradoxical sleep (PS)) and a decrease in body surface temperature by 0.5-1.5 °C. As the surface temperature of the body recovered, there was a decrease in heart rate, SWS occurred, during which the monotonic slowdown in heart rate continued. It should be noted that in the SWS, both in the norm and after cold effects, relatively stable areas of the heart (40-20° S) were intermittent with short-term episodes of sharp increase (7-10° S) in heart rate, probably reflecting a periodic increase in the sympathetic nervous system activity on the background of parasympathetic dominance characteristic to SWS. Such a dynamics of cardiac activity was restored to the subsequent cold effect regardless of its serial number, although at different times after cold exposures. In some cases, the heart rate during SWS did not reach the level characteristic for control animals (0.150 ms during SWS after cooling and 0.175 ms during SWS in the norm). The data obtained may indicate the keeping of the sympatho-vagal balance in the sleep-wakefulness cycle after periodic cold effects leading to cold adaptation in rats.