Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Образ жизни современного человека зачастую связан с продолжительным стрессом, перегрузками как физическими, так и умственными, длительными и краткосрочными командировками, отсутствием физиологического режима работы и отдыха. Нарушение суточного цикла сон/бодрствование, работа в ночное время суток, перелеты через несколько часовых поясов, несоответствие астрономического времени поясному приводят организм человека к световому десинхронозу.

В Российской Федерации имеется 11 часовых поясов, в которых астрономическое время далеко не всегда соответствует поясному. Идеальная схема часовых поясов входит в противоречие с реальными границами стран и регионов, которые по возможности стараются ввести на все территории единое время, поскольку границы часового пояса являются определенным коммуникационным барьером [1].

Термин «десинхроноз» был предложен советским биоритмологом B.C. Алякринским. В настоящее время ученые говорят о негативных последствиях, которые влечет за собой световой десинхроноз [2].

Сбой внутренних часов и биоритмов приводит к бессоннице, хронической усталости, нарушению физической и умственной активности и, как следствие, к депрессии и стрессу [3].

Изучая световой десинхроноз, ученые сделали вывод о том, что не только человек подвержен данному патологическому состоянию, но и животные [4-6]. При нарушении нормального ритма жизни животные испытывают чувство тревоги и страха, следовательно, определяющими факторами являются эмоциональное состояние и человека, и животного [7; 8].

Ученые проводят различные опыты и исследования, чтобы до конца изучить и понять последствия светового десинхроноза и его влияние на организм животных [5; 6]. Анализ доступной российской и зарубежной литературы за последние 5-7 лет показал, что комплексного исследования поведенческих реакций животных под влиянием наиболее интенсивного воздействия световой депривации в течение 24 часов не проводилось. Это подчеркивает актуальность и своевременность нашего исследования.

Целью нашей работы является изучение поведенческих реакций и когнитивных функций животных на различных стадиях светового десинхроноза, а также сравнение нарушений при продолжительной интенсивной световой депривации.

Материалы и методы

Экспериментальное исследование было проведено на базе научной лаборатории кафедры нормальной физиологии им. И.А. Чуевского в соответствии с Женевской конвенцией и Хельсинкской декларацией о гуманном отношении к животным.

Исследование проводили на двух группах белых беспородных крыс-самцов: контрольной и опытной - на 1, 10 и 21-е сутки эксперимента. В каждой группе было по 18 животных, массой тела 200-250 г. Тестированию на 1, 10 и 21-е сутки подвергались одни и те же животные. Всего задействовано в эксперименте 36 особей. В ходе данного эксперимента использовались только интактные животные (не использованные ранее в других экспериментах). Все животные находились в одинаковых условиях и на обычном рационе питания.

Световой десинхроноз моделировали путем изменения режима освещения в научной лаборатории. На животных опытных групп было оказано неестественное световое воздействие в течение 24 часов с помощью искусственного освещения, создаваемого лампой дневного света мощностью 60 Вт [4; 9]. Существует множество способов моделирования светового десинхроноза: 12 часов света и 12 часов темнота (LD), постоянное освещение (LL), постоянная темнота (DD). Для проведения нашего эксперимента была выбрана наиболее интенсивная модель изменения фоторежима (LL) [10].

В качестве тестовых моделей для наблюдения за поведением экспериментальных животных в состоянии стресса были выбраны тесты «Темно-светлая камера» и «Приподнятый крестообразный лабиринт». Длительность тестирования в каждой установке составила 5 минут.

Тестовая модель «Темно-светлая камера» используется для регистрации изменения поведенческих реакций у экспериментальных животных, подвергающихся воздействию стрессора, и дает возможность оценить предпочтение животного находиться в темной или светлой зоне. Установка «Темно-светлая камера» включает два отсека – темный и светлый, между которыми имеется прямоугольное отверстие. При проведении эксперимента животное помещали в светлый отсек камеры, а темный отсек оставляли открытым. При анализе результатов эксперимента использовали такие показатели, как число и латентность выглядываний из темного отсека в светлый через отверстие в перегородке, а также количество выходов в светлый отсек, суммарная длительность выглядываний и выходов в освещенную часть камеры. Неспецифическим являлся показатель «Количество дефекаций» – число болюсов, обнаруженных в темном отсеке после окончания тестирования [2].

«Приподнятый крестообразный лабиринт» является стандартной методикой для изучения поведения животных в условиях переменой стрессогенности. Данная установка состоит из двух затемненных или закрытых участков (аналоги нор) и двух освещенных (открытых) участков, которые являются потенциально опасными для грызунов. Животное помещалось в центр платформы, в место пересечения «рукавов», носом в открытый рукав. Стресс от высаживания животных в незнакомое место усугублялся страхом высоты, поскольку лабиринт приподнят. В течение 5 минут фиксировались следующие показатели: количество стоек, количество выглядываний вниз, время пребывания в закрытых и открытых рукавах, время пребывания в центре, число выходов в открытые рукава, число переходов через центр, количество актов дефекации.

Полученные результаты были обработаны с помощью программы STATISTICA 10 (StatSoft, USA). Для сравнения показателей использовали U-критерий Манна-Уитни, поскольку большинство полученных в ходе эксперимента результатов не соответствовали закону нормального распределения. Значимыми считали изменения при p<0,05.

Результаты

Анализ теста «Темно-светлая камера» показал, что на 1-е сутки воздействия светового десинхроноза наблюдается тенденция к уменьшению без достоверных статистических изменений специфических показателей: «Количество выглядываний из темного отсека в светлый» (p = 0,206, таблица 1), «Длительность выглядываний из темного отсека в светлый» (p = 0,327, таблица 1), «Длительность выходов из темного отсека в светлый» (p = 0,327, таблица 1), кроме показателя «Количества выходов из темного отсека в светлый» (p = 0,261, таблица 1), который имел тенденцию к увеличению по сравнению с группой контроля. Также происходит статистически достоверное (p = 0,003, таблица 1) увеличение количества актов дефекации, которое является неспецифическим показателем.

Таблица 1

Показатели поведенческих реакций белых крыс-самцов при использовании теста «Темно-светлая камера» на различных стадиях развития светового десинхроноза

Примечание: p₁ – статистически значимые различия опытной группы с воздействием светового десинхроноза на 1-е сутки по сравнению с группой контроля; p₂ – статистически значимые различия опытной группы с воздействием светового десинхроноза на 10-е сутки по сравнению с группой контроля; p₃ – статистически значимые различия опытной группы с воздействием светового десинхроноза на 21-е сутки по сравнению с группой контроля; p₄ – статистически значимые различия между опытными группами животных на 10-е и 21-е сутки эксперимента.

На 10-е сутки эксперимента наблюдалось достоверное увеличение всех специфических показателей по сравнению с группой контроля: «Количество выглядываний из темного отсека в светлый» (p = 0,000006, таблица 1), «Длительность выглядываний из темного отсека в светлый» (p = 0,000564, таблица 1), «Количество выходов из темного отсека в светлый» (p = 0,000032, таблица 1), «Длительность выходов из темного отсека в светлый» (p = 0,000001, таблица 1).

На 21-е сутки воздействия стрессора отмечается угнетение исследовательской деятельности животных по сравнению с опытной группой с воздействием светового десинхроноза на 10-е сутки эксперимента. Это выражается статистически значимыми различиями таких показателей, как «Количество выходов из темного отсека в светлый» (p = 0,000072, таблица 1), «Длительность выходов из темного отсека в светлый» (p = 0,00003, таблица 1). Также наблюдалось уменьшение значений следующих показателей: «Количество выглядываний из темного отсека в светлый» (p = 0,048, таблица 1), «Длительность выглядываний из темного отсека в светлый» (p = 0,0062, таблица 1), «Количество актов дефекации» (p = 0,038, таблица 1).

На 1-е сутки эксперимента при использовании теста «Приподнятый крестообразный лабиринт» наблюдается статистически значимое уменьшение следующих показателей: «Количество выглядываний вниз» (p=0,0011, таблица 2), «Время пребывания в открытых рукавах» (p=0,000001, таблица 2), «Время пребывания в центре» (p=0,0018, таблица 2), «Число выходов в открытые рукава» (p=0,000001, таблица 2), «Число переходов через центр» (p=0,000001, таблица 2), кроме показателей «Количество стоек» (p=0,0237, таблица 2) и «Время пребывания в закрытых рукавах» (p=0,00007, таблица 2), которые статистически достоверно увеличивались. При этом не происходит изменения показателя «Количество актов дефекаций» (p=1, таблица 2).

Таблица 2

Показатели поведенческих реакций белых крыс-самцов при использовании теста «Приподнятый крестообразный лабиринт» на различных стадиях развития светового десинхроноза

Примечание: p₁ – статистически значимые различия опытной группы с воздействием светового десинхроноза на 1-е сутки по сравнению с группой контроля; p₂ – статистически значимые различия опытной группы с воздействием светового десинхроноза на 10-е сутки по сравнению с группой контроля; p₃ – статистически значимые различия опытной группы с воздействием светового десинхроноза на 21-е сутки по сравнению с группой контроля; p₄ – статистически значимые различия между опытными группами животных на 10-е и 21-е сутки эксперимента.

На 10-е сутки воздействия светового десинхроноза наблюдается тенденция к увеличению без достоверно значимых изменений показателей «Время пребывания в закрытых рукавах» (p=0,788, таблица 2), «Время пребывания в открытых рукавах» (p=0,58, таблица 2) и «Время пребывания в центре» (p=1, таблица 2). Показатель «Количество стоек» достоверно увеличивался (p=0,048, таблица 2). Прослеживается тенденция к уменьшению следующих показателей: количество выглядываний вниз (p=0,8992, таблица 2), количество актов дефекации (p=0,4018, таблица 2), число переходов через центр (p=0,2614, таблица 2), число выходов в открытые рукава (p=0,0237, таблица 2). На 21-е сутки воздействия стрессора наблюдается угнетение исследуемой активности животных по сравнению с опытной группой при воздействии светового десинхроноза на 10-е сутки эксперимента. Об этом свидетельствует тенденция к увеличению следующих показателей: время пребывания в закрытых рукавах (p=0,4018, таблица 2), время пребывания в центре (p=0,4864, таблица 2) и количество актов дефекации (p=0,4, таблица 2). Также наблюдалось статистически значимое уменьшение таких показателей, как «Количество выглядываний вниз» (p=0,048, таблица 2) и «Время пребывания в открытых рукавах» (p=0,024, таблица 2). Значения остальных показателей уменьшились: «Количество стоек» (p=0,09, таблица 2), «Число выходов в открытые рукава» (p=0,4, таблица 2), «Число переходов через центр» (p=0,43, таблица 2).

На фоне 21-дневного круглосуточного освещения отмечалось максимальное развитие стресса, что выражается в угнетении исследовательской деятельности; так, уменьшается количество стоек и количество выглядываний вниз. Также наблюдается увеличение уровня тревожности, о чем свидетельствуют увеличение времени пребывания в закрытых рукавах.

Обсуждения

Десинхроноз бывает внешним (вызванным перелетом в другой часовой пояс) и внутренним (постоянная загруженность и нарушение естественного цикла). Внешний десинхроноз проходит быстро и не вызывает опасных последствий, а вот внутренний влечет за собой постоянный стресс, проявляющийся чувством тревоги и страха [11].

Биоритмы живого организма находятся под контролем супрахиазматического ядра, расположенного в гипоталамусе [9]. В свою очередь гипоталамус влияет на синтез мелатонина, вырабатываемого особыми клетками эпифиза – пинеалоцитами [12]. Следствием светового десинхроноза как стрессорного фактора является снижение секреции так называемого гормона ночи - мелатонина, одной из функций которого является регуляция деятельности многих систем организма, в частности эндокринной. В эксперименте были смоделированы условия круглосуточного освещения, что явилось причиной возникновения стресса у животных. В связи с этим снижается уровень секреции ночного мелатонина, ведь именно в ночные часы в период наименьшей освещенности вырабатывается большая часть его суточного количества (до 70%). Недостаток мелатонина вызывает повышение уровня катехоламинов в крови, что наблюдалось на 1-е и 10-е сутки эксперимента. Известно, что нейроны гиппокампа ответственны за хранение пространственной информации. При длительном стрессе под действием катехоламинов снижается сигнализация нейронов гиппокампа, что способствует дефициту когнитивной функции, что наблюдалось на 21-е сутки [13].

Данные наших исследований согласуются с результатами изменений этологического статуса и когнитивной функции при экспериментальном десинхронозе в условиях светодиодного освещения [13], работоспособности крыс под влиянием световой или темновой депривации [14], поведенческой активности крыс в «Открытом поле» после световой или темновой деприваций и физического переутомления [15].

Выводы

1. Световая депривация приводит к изменениям в поведении у белых крыс-самцов, которые развиваются поэтапно.
2. При анализе результатов было выявлено, что у экспериментальных животных с воздействием стрессора на 10-е сутки наблюдается максимальный уровень исследовательской и двигательной активности. На 21-е сутки эксперимента значение всех специфических показателей уменьшается.