Цель
Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система (ГПА) реагирует на изменяющиеся требования окружающей среды, включая психологические стрессоры. Целью настоящего исследования было оценить, влияет ли время суток на острую реакцию активности оси HPA на острый психологический стресс.Метод
Мы изучили 27 здоровых молодых людей. Испытуемые участвовали в двух экспериментах следующим образом. В первом эксперименте испытуемым было дано указание соблюдать обычный режим сна в течение 2 недель, который измерялся с помощью наручного монитора активности. После этого, чтобы оценить суточный ритм выработки кортизола в слюне, у испытуемых отбирали восемь образцов слюны в период бодрствования каждые 2 часа с момента пробуждения. Во втором эксперименте испытуемые были случайным образом разделены на две группы. Социальный стресс-тест Триера (TSST) проводился либо утром (n = 14), либо вечером (n = 13). Мы измеряли суточный ритм слюнного кортизола и реакцию слюнных желез на стресс, а также частоту сердечных сокращений с помощью TSST. Утренние и вечерние тесты начинались через 2 и 10 часов после пробуждения, соответственно.Результаты
У всех испытуемых наблюдался нормальный суточный ритм концентрации кортизола в слюне, с максимумом утром, сразу после пробуждения, и минимумом вечером. Уровень кортизола в слюне после ТССТ был значительно повышен по сравнению с уровнем до стресса утром, но не вечером.Вывод
Реакция HPA на острый психологический стресс была более выраженной утром, чем вечером, что коррелировало с циркадной регуляцией синтеза кортизола.1 Вступление
Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система (ГПА) и симпатоадреналовая мозговая система (СЭМ) играют центральную роль в реакции на стресс. Во-первых, система СЭМ быстро реагирует на стресс и тем самым вызывает учащение сердцебиения. Во-вторых, ось HPA реагирует медленнее, выделяя глюкокортикоидные гормоны, в том числе кортикостерон у грызунов и кортизол у людей. Кортизол является основным гормоном стресса у людей, который является показателем активности оси HPA в ответ на стресс. На реакцию кортизола на острый психологический стресс влияют возраст субъекта, 1, 2, 3, 4-й пол и состояние настроения.5, 6 Что касается влияния сна на уровень кортизола, частичное и полное недосыпание повышают базальный уровень активности оси HAP.7, 8 Существует также доказано, что более короткая продолжительность сна и его более низкая эффективность связаны с более высокой реакцией кортизола на острый психологический стресс.9Что касается циркадного ритма активности оси HPA, то у людей уровень кортизола имеет четкий циркадный ритм с более высоким уровнем ранним утром и более низким вечером.10, 11 Этот ритм регулируется центральным циркадным водителем ритма супрахиазматического ядра (SCN) с помощью нейронов преавтономного паравентрикулярного ядра (PVN), выступающих за нервную систему. к симпатическим преганглионарным интермедиолатеральным нейронам спинного мозга и иннервации спинномозговых нервов коры надпочечников.12, 13
Социальный стресс-тест Триера (TSST) является наиболее широко используемым стандартизированным лабораторным стрессором для исследования психологического стресса человека.14 Что касается уровня кортизола в слюне, то TSST позволяет определить два- до четырехкратного увеличения по сравнению с исходными уровнями предварительного напряжения.14 Кроме того, реакция активности оси HPA на TSST модулируется в зависимости от времени суток, когда проводится тест.15 Большинство предыдущих исследований с использованием TSST проводились утром и днем.16-20 Ранее Кудиелка и соавт.21 сообщали, что реакция АКТГ и кортизола на TSST выше утром (с 09:00 до 10:00) по сравнению со второй половиной дня (с 15:00 до 18:00).00 часов и 16:00 часов). Влияние времени суток на реакцию оси HPA на TSST ограничено по сравнению с утром и днем, но не вечером (после 17:00). Как признают авторы, ограничением предыдущего исследования21 является то, что время проведения TSST определялось по местному времени и эффективности сна у отдельных испытуемых до того, как TSST не измерялся. Это могло скрыть влияние циркадного ритма и продолжительности сна на активность оси HPA. В настоящем исследовании мы исследовали, по-разному ли реагирует ось HPA на утренний и вечерний психологический стресс, вызванный TSST, у здоровых людей. Время проведения TSST было определено на основе индивидуальных различий в суточных ритмах слюнного кортизола и цикле сна-бодрствования.
2 МЕТОДА
2.1 Испытуемые
В исследовании приняли участие в общей сложности 27 здоровых молодых людей, 7 женщин и 20 мужчин (средний возраст ± SD, 20,5 ± 1,9 года) в качестве оплачиваемых добровольцев. Все участники были набраны по объявлениям Университета Хоккайдо в Японии. У них не было ожирения (средний индекс массы тела ± SD, 21,2 ± 2,4 кг/м2), и они находились в хорошей физической форме. У них не было работы ранним утром или поздним вечером, а также ночных смен. У всех испытуемых в личном анамнезе не было психических, эндокринных расстройств или нарушений сна. Перед началом эксперимента испытуемые заполнили анкету о предпочтениях в отношении утренней и вечерней активности (Morningness-Eveningness questionnaire: MEQ)22 и состояний настроения (Profile of Mood States, 2nd Edition: POMS2).23 Средний балл MEQ у всех испытуемых составил 53,5 ± 5,9 (среднее значение ± SD), а общий балл нарушения настроения (TMD) по POMS2 составил 46,2 ± 5,1 соответственно. Среднее значение и распределение показателей MEQ и TMD были в основном нормальными.22, 23 Все испытуемые дали письменное информированное согласие перед началом исследования, что позволило им выйти из эксперимента в любое удобное для них время. Данное исследование было одобрено этическим комитетом Высшей школы образования Университета Хоккайдо (№ 17-41) и проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией.2.2 Протокол эксперимента
Начиная за 2 недели до эксперимента (исходный уровень), испытуемых инструктировали соблюдать свой обычный цикл сна-бодрствования ночью и вести самостоятельную запись в дневнике сна. Для объективной оценки сна и его качества их проинструктировали носить устройство для сбора данных (MotionWatch 8; Camtech Co. Ltd., Actiwatch-L; Minimitter, Bend, OR, США), которое регистрировало активность запястья и интенсивность освещения. В последний день базового периода оценивали суточный ритм уровня кортизола в слюне. Испытуемым было предложено взять образцы слюны с интервалом в 2 часа сразу после пробуждения и повторить это восемь раз. Кроме того, испытуемым было рекомендовано запретить прием кофеина и выполнение физических упражнений в течение дня, которые, как известно, влияют на уровень кортизола через активацию симпатической системы. Образцы слюны отбирали ватным тампоном (Sarstedt, Numbrecht, Германия), помещали в рот испытуемого на 3 минуты. После взятия пробы образцы слюны немедленно замораживали при температуре -30°C до проведения анализа.В течение одной недели после исходного периода все испытуемые прошли TSST для изучения реакции HPA axis на психологический стресс в лабораторных условиях.14 В стандартный протокол TSST была внесена небольшая модификация.14 На рисунке 1 показан экспериментальный протокол TSST. После прибытия в лабораторию испытуемые отдыхали в течение 30 минут в комнате А (период предварительного напряжения). Экспериментатор отвел испытуемого во вторую комнату (комната В), где за столом уже сидели три подготовленных эксперта и была установлена видеокамера. В комнате В испытуемый садился на стул перед экспертами, и эксперты опрашивали его о личной информации, а затем эксперты объясняли задачу, которую испытуемый должен был выполнить впоследствии в течение 5 минут (период ожидания). Затем испытуемых попросили встать перед видеокамерой и проинструктировали о том, что в течение 5 минут они должны свободно говорить, а затем в течение 5 минут выполнять арифметические действия в уме (тестовый период). После этого испытуемый вернулся в комнату А и отдыхал в течение 30 минут (период восстановления после стресса). Образцы слюны отбирали на каждом этапе исследования (через 30 минут после прибытия в лабораторию, через 0, 10, 20, 30 минут после исследования) с помощью ватного тампона. На протяжении всего эксперимента непрерывно контролировали частоту сердечных сокращений (ЧСС).
2.3 Измерение сна
Качество и количество сна испытуемого в течение 2-недельного базового периода определяли с помощью дневника сна и программного обеспечения Actiware-Sleep версии 3.4 (Minimitter, Bend, OR, США) с интервалом в 1 минуту и средней чувствительностью. Мы проанализировали среднее значение периода сна на основе actiwatch (SPT), общее время сна (TST) и процент эффективности сна. SPT был определен как продолжительность интервала сна от первого периода, считающегося сном, до последнего периода, считающегося сном в основном интервале сна.TST был определен как общее количество минут, считающихся сном в основном интервале сна, в часах. Эффективность сна определялась как отношение TST к SPT в процентах.2,4 Уровень кортизола в слюне
Концентрацию свободного кортизола в слюне измеряли с помощью набора для ИФА кортизола в слюне (набор № 1-3002, Salimetrics LLC, Государственный колледж, Пенсильвания, США). Наименьший предел обнаружения при анализе составляет 0,33 нмоль/л. Дисперсия между анализами и внутри анализа составила 3,0% и 2,6% соответственно. Приращение площади под кривой (iAUC) было рассчитано методом трапеции с использованием уровня кортизола в слюне через 0, 10, 20, 30 минут после проведения TSST.2.5 Статистический анализ
Статистические расчеты были выполнены с использованием непараметрического теста, поскольку данные о содержании кортизола в слюне были классифицированы как ненормально распределенные с помощью теста Шапиро-Уилка на нормальность. Анализ данных временных рядов был проведен с помощью теста Фридмана и специального знакового критерия Уилкоксона. Сравнение двух независимых значений было проанализировано с помощью U-критерия Манна-Уитни. Значимая корреляция между двумя значениями была проанализирована с помощью корреляционного теста рангового порядка Спирмена. Для всего статистического анализа использовался Graphpad Prism версии 7 (GraphPad Software Inc., Сан-Диего, Калифорния). Значение P <0,05 указывает на наличие статистически значимой разницы.3 РЕЗУЛЬТАТА
3.1 Измерение уровня сна до проведения TSST
Средние показатели SPT, TST и эффективности сна составили 6,9 ± 0,8 часа (среднее значение ± SD), 6,1 ± 0,7 часа и 89,5 ± 5,2% у всех испытуемых за 2 недели до проведения TSST. Эти параметры существенно не отличались между утренней контрольной группой (SPT, 6,8 ± 1,1 часа; TST, 6,1 ± 0,8 часа; эффективность сна 89,7 ± 4,8%) и вечерней контрольной группой (SPT, 6,9 ± 0,5 часа; TST, 6,2 ± 0,7 часа; эффективность сна 89,2 ± 5,9%).).3.2 Суточный ритм содержания кортизола в слюне
Чтобы определить время TSST в двух разных циркадных фазах, суточный ритм уровня кортизола в слюне исследовался восемь раз в день каждые 2 часа с ZT0 (время пробуждения) до ZT14 в последний день базового периода. На рисунке 2 показан суточный ритм содержания кортизола в слюне, измеренный в последний день базового периода у всех испытуемых (n = 27). Тест Фридмана выявил значительную суточную ритмичность содержания кортизола в слюне (P < 0,01). Уровень кортизола в слюне показал максимальное значение при ZT0 (10,2 ± 0,8 нмоль/л, среднее значение ± SEM) и наименьшее значение при ZT14 (1,0 ± 0,2 нмоль/л) в среднем (рис. 2А). Была выявлена значительная разница между ZT2 (7,0 ± 0,7 нмоль/л) и ZT10 (3,1 ± 0,4 нмоль/л) при проведении TSST в утреннем и вечернем тестах соответственно (P < 0,01, знаковый критерий Уилкоксона) (рисунок 2B).4 ОБСУЖДЕНИЕ
Мы смогли продемонстрировать, что острая стрессовая реакция на ось HPA, вызванная TSST, показала значительную разницу во времени суток (утро против вечера) у здоровых молодых людей. Активность оси HPA сильнее реагирует на острый психологический стресс утром, а не вечером (рис. 3), в то время как симпатоадреналовая система мозгового вещества с точки зрения увеличения ЧСС не показала существенной разницы во времени суток между двумя группами (рис. 4).Что касается влияния времени суток на реакцию кортизола на TSST, то реакция кортизола на TSST утром и днем демонстрировала аналогичное и значительное повышение, но AUC утром была значительно выше, чем днем.21 В настоящем исследовании анализ TSST в вечернее время не выявил существенного повышения уровня кортизола (рис. 3). Предыдущие и настоящие наблюдения показывают, что реакция оси HPA на острый психологический стресс ослабевает вечером по сравнению с утром и днем.
Активность оси HPA, определяющая уровень кортизола в организме человека, характеризуется четким циркадным ритмом, уровень которого повышается утром и снижается вечером.26 У млекопитающих, включая человека, циркадный кардиостимулятор расположен в переднем отделе гипоталамуса. SCN включается в цикл LD окружающей среды, а затем сигналы времени передаются в надпочечники через центральную симпатическую промежуточно-латеральную клеточную колонну спинного мозга.13 Как показано на рисунке 2, суточный ритм концентрации кортизола в слюне соответствовал норме, что позволяет предположить, что их циркадный кардиостимулятор может включаться во внешний цикл LD и регулировать ритмичность оси HPA.
Что касается настоящих результатов, то концентрация кортизола в слюне во время TSST и iAUC0–30 минут утром была выше, чем вечером (рис. 3). Хотя основной механизм влияния времени суток на реакцию оси HPA на стресс до сих пор неизвестен, уровень кортизола на исходном уровне до стресса может быть связан с чистым повышением уровня кортизола после воздействия стрессоров. У людей реакция коры надпочечников на АКТГ является основным источником изменений в реакции кортизола на стрессовые факторы.27 Исследования на животных также показали, что реакция надпочечников на АКТГ имеет суточный ритм, причем более высокая чувствительность приводит к более высокому выбросу кортикостерона вечером, чем утром.28, 29 Если бы у людей и грызунов был одинаковый циркадный ритм реакции надпочечников на АКТГ, настоящее открытие о том, что психологический стресс по утрам приводит к большему увеличению секреции кортизола, чем вечером, согласуется с предыдущими исследованиями на грызунах. В совокупности с предыдущими исследованиями на грызунах28, 29 и на людях,21 мы полагаем, что реакция активности оси HPA на острый психологический стресс находится под контролем циркадного ритма АКТГ и глюкокортикоидного гормона, которые строго регулируются циркадным кардиостимулятором в SCN. В дополнение к недавнему исследованию,30 концентрация кортизола в слюне после высокоинтенсивных физических упражнений, как показатель физической нагрузки, утром выше, чем вечером. В совокупности реакции на физические нагрузки и психологические стрессы по оси HPA зависят от времени суток, когда испытуемые подвергались стрессовым воздействиям. Что касается хронотипа MEQ, мы отобрали испытуемых, хронотип которых был промежуточным. Ряд исследований показывает, что реакция на пробуждение кортизола, общая секреция кортизола в течение дня и секреция кортизола после физической нагрузки связаны с индивидуальным хронотипом.30-33 Необходимы дальнейшие исследования, чтобы оценить, зависит ли реакция активности оси HPA на психологические стрессоры от времени суток и индивидуальных хронотипов людей.
Таким образом, мы смогли продемонстрировать, что реакция активности оси HPA на острый психологический стресс утром выше, чем вечером, что связано с циркадным ритмом концентрации кортизола. В клинической практике важно учитывать циркадный ритм пациента и время суток при оценке индивидуальной реакции активности оси HPA на различные стрессовые факторы.