Ulyanovsk Medico-biological Journal

BIOLOGICAL SCIENCES

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2024-4-157-168

COMBINED EFFECT OF CORTISOL AND TESTOSTERONE ON ADAPTATIVE BEHAVIOUR STRATEGY IN OPEN FIELD

I.V. Chervova, I.I. Shakhmatov, Yu.A. Bondarchuk, P.S. Marshalkina

Altai State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation, Barnaul, Russia

Objective. The aim of the study is to examine the combined effect of cortisol and testosterone on animal adaptation in the open field, taking into account their constitutional characteristics.

Materials and Methods. The authors examined behavioural entropy of 20 adult male Wistar rats. Behavioral entropy is calculated using a special formula based on the parameter fixed during testing according to I.Yu. Zbrodin methodology. It allows us to assess the probability of certain behavior acts used by animal based on individual coping strategies. The experiment included recording defecation and urination rates, which are defined by many researchers as an external manifestation of emotional stress. Upon the experiment completion, blood was collected to assess the cortisol and testosterone levels. Blood test was carried out using the enzyme immunoassay on an Immelite DPS Cirrus Inc. analyzer. Correlation analysis was used for quantitative characteristics of agreement rates.

Results. During the experiment, a constitutionally given characteristic, namely the entropy of rat behavior, was determined. The complex nature of adaptation in a stressful environment is manifested through various coping strategies used by animals. Adaptation is accompanied by tension in the endocrine system, various manifestation of vegetative reactions. Cortisol contributes to stress development, increasing the concentration of glucose in the blood, determining the strategy of body adaptation to stressful environment. Testosterone, being cortisol antagonist reduces its effectiveness, and acts as one of the components of the stress-limiting system.

Conclusion. Cortisol concentration is connected with certain behaviour acts, which characterize two different coping strategies - limited use of behaviour acts (low behavioral entropy) and, on the contrary, active perception under general strategy of search activity (high behavioral entropy). The functional antagonism of cortisol and testosterone against the background of variable receptor binding makes it possible to consider the ratio of these hormones as a marker of eustress.

Key words: open field, adaptation, cortisol, testosterone, behaviour, behavioral acts, defecation, urination, hormones, eustress.

 

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Author contributions

Research concept and design, literature search: Chervova I.V.

Participation in the study: Chervova I.V., Shakhmatov I.I., Bondarchuk Yu.A.

Results analysis and interpretation: Chervova I.V., Shakhmatov I.I.

Text writing and editing: Chervova I.V., Shakhmatov I.I.

References

  1. Andreeva A.V., Antsiferov M.B. Sovremennye vozmozhnosti medikamentoznogo kontrolya bolezni Itsenko-Kushinga [Modern possibilities of Cushing’s disease medication control]. Endokrinologiya. 2021; 3: 66–74 (in Russian).

  2. Kade A.Kh., Kravchenko S.V., Trofimenko A.I. Sovremennye metody otsenki urovnya trevozhnosti gryzunov v povedencheskikh testakh, osnovannykh na modelyakh bez predvaritel'nogo obuslovlivaniya [Modern methods of anxiety assessment of rodents by tests based on unconditional behavior models]. Kubanskiy nauchnyy meditsinskiy vestnik. 2018; 25 (6): 171–176. DOI: 10.25207/1608-6228-2018-25-6-171-176 (in Russian).

  3. Zabrodin I.Yu., Petrov E.S., Vartanyan G.A. Analiz svobodnogo povedeniya zhivotnykh na osnove ego veroyatnostnykh kharakteristik [Analysis of free animal behavior based on its probabilistic characteristics]. Zhurnal vysshey nervnoy deyatel'nosti. 1983; 1: 71–80 (in Russian).

  4. Filatova O.V., Chervova I.V., Kiselev V.D., Piskunova E.R. Endoteliy-zavisimaya potokovaya reaktivnost' bryushnoy aorty u krys s razlichnymi tipami povedeniya v otkrytom pole (klasternyy analiz) [Endothelium-dependent flow reactivity of the abdominal aorta in rats with different types of behavior in the open field (cluster analysis)]. Izvestiya Altayskogo gosudarstvennogo universiteta. 2005; 3: 111–112 (in Russian).

  5. Johnson S., Fournier N.,  Kalynchuk L. Effect of different doses of corticosterone on depression-like behavior and HPA axis responses to a novel stressor. Bchav. Brain Res. 2006; 168 (2): 280–288.

  6. Reuter  М., Netter Р., Rogausch А., Sander Р.,  Kaltschmidt М., Dörr А.,  Hennig J. The role of cortisol suppression on craving for and satisfaction from nicotine in high and low impulsive subjects. Human Psychohharmacol. 2002; 17 (5): 213–224.

  7. Kozlov A.I., Kozlova M.A. Kortizol kak marker stressa [Cortisol as a stress marker]. Fiziologiya cheloveka. 2014; 2: 123–136 (in Russian).

  8. William J. Kraemer, Wesley C. Hymer, Bradley C. Nindl, Maren S. Fragala. Growth Hormone(s), Testosterone, Insulin-Like Growth Factors, and Cortisol: Roles and Integration for Cellular Development and Growth With Exercise. Front. Endocrinol. 2020; 11: 33.

  9. Shalyapina V.G., Rakitskaya V.V., Petrova E.I. Rol' kortikotopin-rilizing gormona v narusheniyakh povedeniya posle neizbegaemogo stressa u aktivnykh i passivnykh krys [Role of corticotope-releasing hormone in behavioral disturbances after inescapable stress in active and passive rats]. Zhurnal vysshey nervnoy deyatel'nosti im. I.P. Pavlova. 2005; 2: 241–246 (in Russian).

  10. Rodina V.I., Krupina N.A., Kryzhanovskiy G.N. Mnogoparametrovyy metod kompleksnoy otsenki trevozhno-fobicheskikh sostoyaniy u krys [Multiparameter method for complex assessment of phobic anxiety states in rats]. Zhurnal vysshey nervnoy deyatel'nosti im. I.P. Pavlova. 1993; 5: 1006–1017 (in Russian).

  11. Prokopenko E.S., Nadey O.V., Agalakova N.I. Issledovanie ekspressii genov NMDA I AMPA retsep­torov v ventral'nom gippokampe krys raznykh vozrastnykh grupp pri depressivno-podobnom sostoyanii [Study of NMDA and AMPA receptor gene expression in ventral hippocampus in rats of different age groups in a depressive-like state]. Sbornik tezisov 24 s"ezda Fiziologicheskogo obshchestva im. I.P. Pavlova. 2023: 44 (in Russian).

  12. Mayuko N., Ishimizu Y, Saitoh S., Okada H., Fukuda H. The defecation reflex in rats: fundamental properties and the reflex center. Auton Neurosci. 2004; 111 (1): 48–56.

  13. Ivanov D.G., Podkovkin V.G. Vzaimosvyaz' urovnya metabolizma kollagena i povedeniya krys v teste «otkrytoe pole» [Correlation between collagen metabolism level and rat behavior in the open field test]. Uspexi sovremennogo estestvoznaniya. 2010; 5: 16–20 (in Russian).

  14. Arutjunyan А., Milyutina Y., Shcherbitskaia  А., Kerkeshko G., Zalozniaia I. Epigenetic Mechanisms Involved in the Effects of Maternal Hyperhomocysteinemia on the Functional State of Placenta and Nervous System Plasticity in the Offspring. Biochemistry. 2023; 88 (4): 435–456.

  15. Anagnostou  E., Skarlatou V., Mergner T., Anastasopoulos D. Idiothetic signal processing and spatial orientation in patients with unilateral hippocampal sclerosis. Neurophysiol. 2018; 120 (3): 1256–1263.

  16. Kraemer W., Ratamess N., Hymer W., Nindl B., Fragala M. Growth Hormone(s), Testosterone, Insulin-Like Growth Factors, and Cortisol: Roles and Integration for Cellular Development and Growth With Exercise. Endocrinol. 2020; 11: 33.

  17. Hu W., Jiang C., Kim M., Wenjian W., Zhu K., Guan D., Lv W. Individual-specific functional epigenomics reveals genetic determinants of adverse metabolic effects of glucocorticoids. Cell Metab. 2021; 33 (8): 1592–1609.

  18. Ordyan N.E. Gormonal'nye mekhanizmy fenotipicheskoy modifikatsii stressornoy reaktivnosti v ontogeneze krys [Hormonal mechanisms of phenotypic modification of stress reactivity in rat ontogenesis]: dis. … d-ra biol. nauk: 03.00.13. Sankt-Peterburg; 2003. 262 (in Russian).

  19. Vetlugina T.P., Nikitina V.B., Lobacheva O.A. Uroven' kortizola i testosterona u bol'nykh alkogolizmom pri sindrome otmeny [Cortisol and testosterone levels in alcoholic patients with withdrawal symptom]. Sibirskiy vestnik psikhiatrii i narkologii. 2017; 3 (96): 5–10 (in Russian).

  20. Shpak A.N., Kurochkina E.A. Dinamika urovnya gormonov testosterona i kortizola v syvorotke krovi krys pri dlitel'noy nagruzke raznoy intensivnosti [Dynamics of testosterone and cortisol levels in blood serum of rats under long-term load of varying intensity]. Mezhdunarodnyy vestnik veterinarii. 2012; 2: 54–57 (in Russian).

Received April 10, 2024; accepted October 24, 2024.

 

Information about the authors

Chervova Irina Vasil'evna, Candidate of Sciences (Biology), Associate Professor, Chair of Normal Physiology, Altai State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 656038, Russia, Barnaul, Lenin Ave., 40; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0075-2777

Shakhmatov Igor' Il'ich, Doctor of Sciences (Medicine), Professor, Chair of Normal Physiology, Altai State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 656038, Russia, Barnaul, Lenin Ave., 40; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0967-6117

Bondarchuk Yuliya Alekseevna, Candidate of Sciences (Medicine), Associate Professor, Chair of Normal Physiology, Altai State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 656038, Russia, Barnaul, Lenin Ave., 40; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2661-5965

Marshalkina Polina Sergeevna, Clinical Resident, Chair of Normal Physiology, Altai State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 656038, Russia, Barnaul, Lenin Ave., 40; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0009-0002-4128-3329

For citation

Chervova I.V., Shahmatov I.I., Bondarchuk Ju.A., Marshalkina P.S. Soprjazhennoe vlijanie kortizola i testosterona na adaptacionnuju strategiju povedenija v uslovijah «otkrytogo polja» [Combined effect of cortisol and testosterone on adaptative behaviour strategy in open field]. Ul'janovskij mediko-biologicheskij zhurnal. 2024; 4: 157–168. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-4-157-168 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 612.8.04

DOI 10.34014/2227-1848-2024-4-157-168

СОПРЯЖЕННОЕ ВЛИЯНИЕ КОРТИЗОЛА И ТЕСТОСТЕРОНА НА АДАПТАЦИОННУЮ СТРАТЕГИЮ ПОВЕДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ «ОТКРЫТОГО ПОЛЯ»

И.В. Червова, И.И. Шахматов, Ю.А. Бондарчук, П.С. Маршалкина

ФГБОУ ВО «Алтайский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Барнаул, Россия

 

Цель. Изучение сопряженного влияния кортизола и тестостерона на адаптацию животных в условиях «открытого поля» с учетом их конституциональных особенностей.

Материалы и методы. Изучена энтропия поведения 20 взрослых крыс-самцов линии «Вистар». Энтропия поведения рассчитывается с помощью специальной формулы на основе показателя, фиксируемого в ходе тестирования по методике И.Ю. Забродина, позволяющей оценить вероятностное присутствие тех или иных поведенческих актов, включаемых животным в поведенческий арсенал исходя из индивидуальной копинг-стратегии. В опыте осуществлялась регистрация актов дефекации и уринации, определяемых многими исследователями как внешнее проявление эмоционального напряжения. По завершении эксперимента был произведен забор крови в целях оценки концентрации кортизола и тестостерона, которая осуществлялась иммуноферментным методом на анализаторе Immelite DPS Cirrus Inc. Для количественной характеристики согласованности показателей был применен корреляционный анализ.

Результаты. В ходе эксперимента определена конституционально заданная характеристика – энтропия поведения крыс. Комплексный характер адаптации в стрессовой обстановке проявляется через применение животными различных копинг-стратегий. Адаптация сопровождается напряжением эндокринной системы, различной интенсивностью проявления ряда вегетативных реакций. Кортизол принимает участие в развитии стрессовых реакций, вызывая повышение концентрации глюкозы в крови, определяя стратегию адаптацию организма к стрессогенным условиям. Тестостерон, являясь антагонистом кортизола, понижает эффективность его действия, выступает в роли одного из компонентов стресс-лимитирующей системы.

Выводы. Концентрация кортизола взаимосвязана с проявлением отдельных поведенческих актов, которые характерны для двух разных копинг-стратегий – ограниченного применения поведенческих актов (низкий показатель энтропии поведения) и, напротив, активной перцепции при сохранении общей стратегии поисковой активности (высокий показатель энтропии поведения). Функциональный антагонизм кортизола и тестостерона на фоне вариативного рецепторного связывания дает возможность рассматривать соотношение этих гормонов как маркер эустресса.

Ключевые слова: открытое поле, адаптация, кортизол, тестостерон, поведение, поведенческие акты, дефекация, уринация, гормоны, эустресс

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Концепция, дизайн исследования, литературный поиск: Червова И.В.

Участие в проведении исследования: Червова И.В., Шахматов И.И.,Бондарчук Ю.А.

Анализ и интерпретация результатов: Червова И.В., Шахматов И.И.

Написание и редактирование текста: Червова И.В., Шахматов И.И.

 

Литература

  1. Андреева А.В., Анциферов М.Б. Современные возможности медикаментозного контроля болезни Иценко-Кушинга. Эндокринология. 2021; 3: 66–74.

  2. Каде А.Х., Кравченко С.В., Трофименко А.И. Современные методы оценки уровня тревожности грызунов в поведенческих тестах, основанных на моделях без предварительного обусловливания. Кубанский научный медицинский вестник. 2018; 25 (6): 171–176. DOI: 10.25207/1608-6228-2018-25-6-171-176.

  3. Забродин И.Ю., Петров Е.С., Вартанян Г.А. Анализ свободного поведения животных на основе его вероятностных характеристик. Журнал высшей нервной деятельности. 1983; 1: 71–80.

  4. Филатова О.В., Червова И.В., Киселев В.Д., Пискунова Е.Р. Эндотелий-зависимая потоковая реактивность брюшной аорты у крыс с различными типами поведения в открытом поле (кластерный анализ). Известия Алтайского государственного университета. 2005; 3: 111–112.

  5. Johnson S., Fournier N.,  Kalynchuk L. Effect of different doses of corticosterone on depression-like behavior and HPA axis responses to a novel stressor. Bchav. Brain Res. 2006; 168 (2): 280–288.

  6. Reuter  М., Netter Р., Rogausch А., Sander Р.,  Kaltschmidt М., Dörr А.,  Hennig J. The role of cortisol suppression on craving for and satisfaction from nicotine in high and low impulsive subjects. Human Psychohharmacol. 2002; 17 (5): 213–224.

  7. Козлов А.И., Козлова М.А. Кортизол как маркер стресса. Физиология человека. 2014; 2: 123–136.

  8. William J. Kraemer, Wesley C. Hymer, Bradley C. Nindl, Maren S. Fragala. Growth Hormone(s), Testosterone, Insulin-Like Growth Factors, and Cortisol: Roles and Integration for Cellular Development and Growth With Exercise. Front. Endocrinol. 2020; 11: 33.

  9. Шаляпина В.Г., Ракицкая В.В., Петрова Е.И. Роль кортикотопин-рилизинг гормона в нарушениях поведения после неизбегаемого стресса у активных и пассивных крыс. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2005; 2: 241–246.

  10. Родина В.И., Крупина Н.А., Крыжановский Г.Н. Многопараметровый метод комплексной оценки тревожно-фобических состояний у крыс. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1993; 5: 1006–1017.

  11. Прокопенко Е.С., Надей О.В., Агалакова Н.И. Исследование экспрессии генов NMDA И AMPA рецепторов в вентральном гиппокампе крыс разных возрастных групп при депрессивно-подобном состоянии. Сборник тезисов 24 съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова. 2023: 44.

  12. Mayuko N., Ishimizu Y, Saitoh S., Okada H., Fukuda H. The defecation reflex in rats: fundamental properties and the reflex center. Auton Neurosci. 2004; 111 (1): 48–56.

  13. Иванов Д.Г., Подковкин В.Г. Взаимосвязь уровня метаболизма коллагена и поведения крыс в тесте «открытое поле». Успехи современного естествознания. 2010; 5: 16–20.

  14. Arutjunyan А., Milyutina Y., Shcherbitskaia А., Kerkeshko G., Zalozniaia I. Epigenetic Mechanisms Involved in the Effects of Maternal Hyperhomocysteinemia on the Functional State of Placenta and Nervous System Plasticity in the Offspring. Biochemistry. 2023; 88 (4): 435–456.

  15. Anagnostou  E., Skarlatou V., Mergner T., Anastasopoulos D. Idiothetic signal processing and spatial orientation in patients with unilateral hippocampal sclerosis. Neurophysiol. 2018; 120 (3): 1256–1263.

  16. Kraemer W., Ratamess N., Hymer W., Nindl B., Fragala M. Growth Hormone(s), Testosterone, Insulin-Like Growth Factors, and Cortisol: Roles and Integration for Cellular Development and Growth With Exercise. Endocrinol. 2020; 11: 33.

  17. Hu W., Jiang C., Kim M., Wenjian W., Zhu K., Guan D., Lv W. Individual-specific functional epigenomics reveals genetic determinants of adverse metabolic effects of glucocorticoids. Cell Metab. 2021; 33 (8): 1592–1609.

  18. Ордян Н.Э. Гормональные механизмы фенотипической модификации стрессорной реактивности в онтогенезе крыс: дис. … д-ра биол. наук: 03.00.13. Санкт-Петербург; 2003. 262.

  19. Ветлугина Т.П., Никитина В.Б., Лобачева О.А. Уровень кортизола и тестостерона у больных алкоголизмом при синдроме отмены. Сибирский вестник психиатрии и наркологии. 2017; 3 (96): 5–10.

  20. Шпак А.Н., Курочкина Е.А. Динамика уровня гормонов тестостерона и кортизола в сыворотке крови крыс при длительной нагрузке разной интенсивности. Международный вестник ветеринарии. 2012; 2: 54–57.

Поступила в редакцию 10.04.2024; принята 24.10.2024.

 

Авторский коллектив

Червова Ирина Васильевна – кандидат биологических наук, доцент кафедры нормальной физиологии, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 656038, Россия, г. Барнаул, пр-т Ленина, 40; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0075-2777

Шахматов Игорь Ильич – доктор медицинских наук, профессор кафедры нормальной физиологии, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 656038, Россия, г. Барнаул, пр-т Ленина, 40; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0967-6117

Бондарчук Юлия Алексеевна – кандидат медицинских наук, доцент кафедры нормальной физиологии, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 656038, Россия, г. Барнаул, пр-т Ленина, 40; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2661-5965

Маршалкина Полина Сергеевна – клинический ординатор кафедры нормальной физиологии, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 656038, Россия, г. Барнаул, пр-т Ленина, 40; e-mail: marshal­ki­This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0009-0002-4128-3329

 

Образец цитирования

Червова И.В., Шахматов И.И., Бондарчук Ю.А., Маршалкина П.С. Сопряженное влияние кортизола и тестостерона на адаптационную стратегию поведения в условиях «открытого поля». Ульяновский медико-биологический журнал. 2024; 4: 157–168. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-4-157-168.