Mnohé procesy v organizme vykazujú cirkadiánne rytmy s periódou približne 24 hodín. Tieto rytmy sú v organizme generované endogénne a sú synchronizované s faktormi prostredia [1]. Pre väčšinu organizmov je hlavným synchronizačným faktorom (Zeitgeberom) pravidelné striedanie svetla a tmy, preto vystavenie svetlu počas noci môže narúšať cirkadiánny systém a prispievať k desynchronizácii cirkadiánnych rytmov [2]. V našej práci sme sa zamerali na dôsledky vystavenia potkanov svetlu počas noci s nízkou intenzitou (ALAN) na lipopolysacharidom (LPS) indukovaný zápal.
V prvom experimente sme analyzovali vplyv ALAN s nízkou intenzitou (~2 lux počas tmavej fázy dňa) na 24-h profil teploty tela za fyziologických podmienok aj v odpovedi na imunitnú stimuláciu. Teplota tela v 5 minútových intervaloch bola zaznamenávaná teplotnými senzormi (StarOddi, Ltd., Island), ktoré boli implantované subkutánne do oblasti medzi lopatkami. V druhom experimente bol potkanom na začiatku pasívnej (ZT2, ZT0 – začiatok svetlej fázy) alebo aktívnej fázy dňa (ZT14) i.p. podaný LPS alebo fyziologický roztok. V krvi sme 24 h po LPS stimulácii pomocou prietokovej cytometrie analyzovali počet cirkulujúcich leukocytov a zároveň sme v pravidelných intervaloch počas 8 dní od stimulácie zaznamenávali hmotnosť tela a množstvo spotrebovaného krmiva.
Denný profil teploty tela predstavuje jeden z rytmických výstupov regulovaných centrálnym oscilátorom nachádzajúcim sa v suprachiazmatických jadrách hypotalamu [3]. Režim ALAN prechodne oslabil rytmus teploty tela najmä po dvoch týždňoch experimentálneho režimu. Cirkadiánne rytmy sú v organizme generované endogénne, čo znamená, že pretrvávajú aj v konštantných podmienkach bez prítomnosti environmentálnych stimulov [1]. Vystavenie ALAN režimu nemalo vplyv na dĺžku endogénnej periódy teploty tela po umiestnení zvierat do konštantnej tmy. Vzostup teploty tela počas zápalu patrí k nešpecifickým obranným mechanizmom organizmu [3]. Stimulácia s LPS sa u kontrolných zvierat prejavila najskôr poklesom teploty tela v subjektívnej aktívnej fáze a následným vzostupom v subjektívnej pasívnej fáze, čo viedlo k strate dennej variability 24 h po LPS. Potkany vystavené ALAN, nereagovali na LPS stimuláciu prechodnou hypotermiou, avšak vykazovali výraznú febrilnú odpoveď 24 h po podaní LPS. Behaviorálnou reakciou na podanie LPS je pokles hmotnosti tela a znížený príjem potravy, ktoré sme zaznamenali na tretí a piaty deň po podaní LPS, pričom potkany na ALAN režime mali v porovnaní s kontrolou menšiu stratu hmotnosti v dôsledku menšieho poklesu v spotrebe krmiva, predovšetkým po LPS stimulácii v ZT2. Počet leukocytov v cirkulácii, ale aj citlivosť organizmu na zápalové stimuly sa menia v závislosti od fázy dňa [4]. Na úrovni počtu cirkulujúcich leukocytov vystavenie ALAN eliminovalo ich dennú variabilitu a tiež potlačilo od fázy dňa závislú odpoveď na LPS.
Naše výsledky ukázali, že vystavenie potkanov ALAN oslabilo rytmus teploty tela a počtu bielych krviniek v cirkulácii, čo sa prejavilo deregulovanou febrilnou odpoveďou a zmenenou reaktivitou bielych krviniek počas akútneho zápalu. Narušenie obranných mechanizmov vplyvom dlhodobej expozície ALAN preto môže potenciálne zvyšovať riziko rozvoja ochorení.
Táto práca bola podporená grantmi APVV-17-0178, VEGA 1/0492/19 a VEGA 1/0565/22. Poďakovanie by sme chceli vyjadriť doc. Mgr. Ľubošovi Molčanovi, PhD. za jeho pomoc pri chirurgických procedúrach.
[1] Honma S. (2018) J. Physiol. Sci. 68, p. 207
[2] Lunn R. M., Blask D. E., Coogan A. N., et al. (2017) Sci. Total. Environ. 607-608, p. 1073
[3] Coiffard B., Dialla A. B., Mezouar S., et al. (2021) Biology. 10, 65
[4] Pick R., He W., Chen C. S., et al. (2019) Trends Immunol. 40: 524–537
Dobrý deň,
Dobrý deň,
Vaša vedecká skupina sa dlhodobo zaoberá cirkadiálnymi rytmami, čo sme nás stále teší, lebo mnoho vaších poznatkov nám napomáha v iných vedeckých oblastiach. Napriek tomu aj keď to nie je súčasťou prezentácie, rád by som sa opýtal, ako sa vyvíjal krvný tlak a frekvencia u týchto zvierat, nakoľko predpokladám, že im telemetriou boli merané aj tieto parametre.
Čo v konečnom dôsledku vyplýva z vaších zistení pre moderného človeka, ktorý má mnohokrát obrátený, poprípade mnohí ľudia (z dôvodu nočných pracovných zmien), posunutý cirkadianny rytmus.
Ďakujem
Dobrý deň, ďakujem za otázky.
Dobrý deň, ďakujem za otázky.
Tlak krvi a frekvencia srdca u týchto zvierat neboli merané, nakoľko StarOddi senzory, ktoré sme použili boli určené len na meranie telesnej teploty. (Tieto senzory nefungujú ako klasické senzory pre telemetrické merania, pretože namerané dáta uchovávajú v sebe a je ich možné stiahnuť až po ukončení experimentu a vyňatí senzoru zo zvieraťa.) Avšak kolegovia, ktorí pracovali s telemetrickými zvieratami v rámci iného experimentu ukázali, že vystavenie svetlu počas noci, podobne ako v našom prípade, prechodne znížilo rozdiely medzi tmavou a svetlou fázou dňa v rytmoch srdcovej frekvencie a systolického tlaku krvi v dôsledku poklesu hodnôt počas tmavej fázy dňa.
U ľudí dlhodobo pracujúcich na zmeny boli pozorované zvýšené hladiny cirkulujúcich monocytov a tiež vyššia koncentrácia prozápalovách faktorov (TNFα, IL-1β, IL-18). Na základe našich dát, ktoré ukazujú zmeny vo febrilnej odpovedi a tiež zmeny na úrovni dennej variability bielych krviniek predpokladáme, že vystavenie svetlu počas noci môže oslabovať cirkadiánnu kontrolu týchto parametrov, pričom zmeny v reaktivite na poškodzujúce vplyvy v priebehu dňa môžu meniť citlivosť organizmu na patogény a tiež prispievať k vyššiemu riziku alebo aj rozvoju ochorení.