В связи с увеличением количества промышленных предприятий и нарастающей урбанизацией населения возросла роль антропогенного загрязнения окружающей среды солями свинца, хрома, ванадия [1-3].
В настоящее время большие объемы выбросов свинца в атмосферу происходят во многих отраслях промышленности [4-6]. На долю цветной металлургии приходится более 90% выброса свинца [7; 8].
Свинец и многие другие тяжелые металлы, попадая в системный кровоток, оказывают полиорганное повреждающее действие. Одной из мишеней является нервная ткань, а именно головной мозг, в котором кумулируют высокие концентрации свинца [6-8]. Учитывая доказанную нейротоксичность тяжелых металлов и возрастающее загрязнение ими окружающей среды, особенно в районах с промышленными предприятиями [6; 7], вопрос поиска эффективных методов, индуцирующих нейропротекцию и нейропластичность, является одним из наиболее актуальных на сегодняшний день.
Целью данного исследования является изучение эффектов гипобарической гипоксии при свинециндуцированных нарушениях высшей нервной деятельности.
Материал и методы исследования. При проведении экспериментов руководствовались рекомендациями, изложенными в «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых в экспериментальных и научных целях» (Страсбург, 18 марта 1986 г.), Приказом Министерства здравоохранения Российской Федерации №199Н «Об утверждении Правил надлежащей лабораторной практики» от 01.04.2016, Приказом министра здравоохранения Республики Казахстан от 25 июля 2007 года № 442, Государственным стандартом Республики Казахстан «Надлежащая Лабораторная Практика. Основные положения» СТ РК 1613-2006 Комитета по техническому регулированию и метрологии Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан (Госстандарт) (Астана), Приказом министра здравоохранения Республики Казахстан от 12 ноября 2009 года № 697 «Об утверждении Правил проведения медико-биологических экспериментов, доклинических (неклинических) и клинических исследований».
Дизайн эксперимента: эксперимент, включающий 4 серии, проводили на половозрелых белых крысах массой 180-200 граммов:
1-я серия – половозрелые крысы (контроль) (n – 10);
2-я серия – половозрелые крысы + гипобарическая гипоксия (n – 10);
3-я серия – половозрелые крысы + ацетат свинца (n – 10);
4-я серия – половозрелые крысы + ацетат свинца + гипобарическая гипоксия (n – 10).
1%-ный водный раствор ацетата свинца вводили перорально с помощью шприца для внутригортанных вливаний (Ш-14 ск, ОАО «МИЗ-Ворсма», РФ) в дозе 15 мг/кг массы тела крысы в течение 12 дней. Контрольным крысам вводили 0,9%-ный раствор натрия хлорида. Начиная с 6-го дня затравки АС, крыс подвергали воздействию гипобарической гипоксии.
Гипобарическую гипоксию моделировали с использованием аппарата Комовского путем откачивания воздуха в режиме 0,6 атм., что соответствует 456 мм рт. ст. (высота 4-5 км) и парциальному давлению кислорода 97-85 мм рт. ст. (сатурация 90%), экспозицией 60 минут в течение 7 дней ежедневно.
Поведенческие реакции изучали в тесте реакций активного избегания (РАИ). Аппаратурой для формирования УРАИ служила вытянутая прямоугольная камера (50*25*30) с электрифицированным решетчатым полом, непрозрачной перегородкой, со свободным отверстием по центру, которая разделяет камеру на две одинаковые части. Электрической стимуляцией служил источник с фиксированным сопротивлением.
Процедура УРАИ. Крысу помещали в челночную камеру, после 30 с нахождения в этом отсеке включали свет (условный сигнал – УС) и через 5 с на пол подавали электрический ток (безусловный сигнал – БС). Если животное в течение действия УС переходило в другой отсек, то БС не подавали, и в течение 30-45 с животное пребывало в межстимульном интервале. Если во время действия УС крыса не переходила в темный отсек, то подавался БС до тех пор, пока животное не покидало освещенный отсек (электрическая стимуляция была максимально допустима в течение 25 секунд). В течение одной сессии проводили 50 сочетаний. Интерпретировали число переходов за сессию в темный отсек во время изолированного действия УС – время избегания и задержку времени избавления от БС (реакция заторможенности).
Статистическую обработку результатов исследования производили при помощи программы Statistics 20. Количественные показатели представлены в виде М±SD и Ме (25-75%), где М – среднее значение, ±SD – стандартное отклонение; Ме – медиана, 25-75% – межквартильный интервал; 95% ДИ (доверительный интервал).
Проверку вариационных рядов на нормальность распределения проводили методом Mann-Whitney. При нормальном распределении сравнение между вариационными рядами проводили параметрическим методом с определением критерия Стьюдента. При отсутствии распределения Гаусса в вариационных рядах проверку на наличие различия между группами осуществляли при помощи критерия Вилкоксона для зависимых групп (выработка к проверке). В случае независимых совокупностей использован U-критерий Манна-Уитни. Различия считали значимыми при p < 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
Для оценки функционирования высшей нервной деятельности у экспериментальных животных изучали их поведение в реакции активного избегания (РАИ) в ответ на условный раздражитель, что явилось показателем способности формирования пространственной ориентации и условных рефлексов корой головного мозга (выработка), а также консолидации памяти (проверка). Сравнение результатов данного теста между группами контроля и опыта позволяет точно выявить изменения и определить их закономерность.
Таблица 1
Средние показатели РАИ у контрольных животных и у животных, подвергавшихся воздействию гипобарической гипоксии, при исследовании консолидации памяти
|
Показатель РАИ |
Контроль |
Wilkoxon 2 – Sample Test |
Гипоксия |
Mann-Whitney |
||||||
|
N |
Me |
25% |
75% |
N |
Me |
25% |
75% |
|||
|
Проверка |
||||||||||
|
Число избеганий |
10 |
15,8 |
8,0 |
23,0 |
Z = 3,2 р<0,05 |
10 |
12,5 |
9,0 |
15,0 |
Z = 3,7 р<0,05 |
|
Число избавлений |
10 |
33,8 |
27,0 |
42,0 |
Z = 4,2 р<0,05 |
10 |
37,5 |
35,0 |
41,0 |
Z = 3,9 р<0,05 |
|
Примечание: по Wilkoxon 2 – Sample Test статистическая значимость по отношению к выработке, |
||||||||||
Согласно данным таблицы 1, проверка РАИ показала статистически значимый прирост числа избавлений в группе, подвергшейся воздействию гипобарической гипоксии. Так, данный параметр увеличился на 9,8% (Ме=37,5, межквартильный размах от 35,0 до 41,0) в сравнении с контрольной группой (Ме=33,8, межквартильный размах от 27,0 до 42,0). В то же время отмечается снижение количества числа избеганий на 20,8% (р<0,05, z=3,7). Таким образом, гипобарическая гипоксия оказала заметное воздействие на показатели реакции активного избегания (РАИ) у экспериментальных крыс.
Таблица 2
Средние показатели РАИ у контрольных животных и у животных, подвергавшихся воздействию ацетата свинца
|
Показатель РАИ |
Контроль |
Wilkoxon 2 – Sample Test |
Металл |
Mann-Whitney |
||||||
|
N |
Me |
25% |
75% |
N |
Me |
25% |
75% |
|||
|
Проверка |
||||||||||
|
Число избеганий |
10 |
15,8 |
8,0 |
23,0 |
Z= 0,1 р>0,05 |
10 |
3,5 |
2,0 |
6,0 |
Z = -2,64 р<0,05 |
|
Число избавлений |
10 |
33,8 |
27,0 |
42 |
Z = 3,9 р<0,05 |
10 |
46,5 |
44,0 |
48,0 |
Z = 3,02 р<0,05 |
|
Примечание: по Wilkoxon 2 – Sample Test статистическая значимость по отношению к выработке, |
||||||||||
Как представлено в таблице 2, во втором опытном сеансе отмечается понижение числа реакций избегания у животных, подвергавшихся воздействию ацетата свинца. Среднее число избеганий в 4,5 раза выше в контрольной группе. Количество избавлений, наоборот, статистически значимо выросло в затравленной группе (Ме = 46,5, межквартильный размах от 44,0 до 48,0). В итоге под влиянием ацетата свинца существенно снизилась способность к обучению и запоминанию в тесте РАИ.
Таблица 3
Средние показатели РАИ у контрольных животных и у животных, подвергавшихся воздействию ацетата свинца и гипобарической гипоксии
|
Показатель РАИ |
Контроль |
Wilkoxon 2 – Sample Test |
Металл + гипоксия |
||||||
|
N |
Me |
25% |
75% |
N |
Me |
25% |
75% |
||
|
Проверка |
|||||||||
|
Число избеганий |
10 |
15,8 |
8,0 |
23,0 |
Z = 3,82 р<0,05 |
10 |
12,8 |
12,0 |
15,0 |
|
Число избавлений |
10 |
33,8 |
27,0 |
42 |
Z = 3,91 р<0,05 |
10 |
37,8 |
35,0 |
38,0 |
|
Примечание: по Wilkoxon 2 – Sample Test статистическая значимость по отношению к выработке. |
|||||||||
Согласно данным таблицы 3, у животных, подвергавшихся воздействию ацетата свинца и гипобарической гипоксии, также отмечается значительное снижение числа правильных избеганий (Ме=12,8, межквартильный размах от 12,0 до 15,0) в сравнении с контролем (Ме=15,8, межквартильный размах от 8,0 до 23,0). Число избавлений статистически значимо возрастает на 11% (р <0,05, Z = 3,91).
Таблица 4
Средние показатели РАИ у животных, подвергавшихся воздействию гипобарической гипоксии, и у животных, подвергавшихся воздействию ацетата свинца
|
Показатели РАИ |
Гипоксия |
Металл |
Mann-Whitney U - Test |
||||||
|
N |
Me |
25% |
75% |
N |
Me |
25% |
75% |
||
|
Выработка |
|||||||||
|
Число избеганий |
10 |
5,3 |
4,0 |
7,0 |
10 |
1,33 |
0,0 |
1,0 |
Z = - 3.05 р<0,05 |
|
Проверка |
|||||||||
|
Число избеганий |
10 |
12,5 |
9,0 |
15,0 |
10 |
3,5 |
2,0 |
6,0 |
Z = -3.13 р<0,05 |
|
Число избавлений |
10 |
37,5 |
35 |
41,0 |
10 |
46,5 |
44,0 |
48 |
Z =3.13 р<0,05 |
|
Примечание: по Wilkoxon 2 – Sample Test статистическая значимость по отношению к выработке, |
|||||||||
Результаты, представленные в таблице 4, показывают, что у животных, подвергавшихся воздействию гипобарической гипоксии, отмечается более высокая способность к обучению и запоминанию теста РАИ по сравнению с затравленными крысами. В первом опытном сеансе число правильных избеганий в 4 раза выше, чем у животных, подвергавшихся воздействию ацетата свинца (р<0,05, Z = 3,05). Во втором опытном сеансе данная тенденция сохраняется. Число правильных избеганий возросло на 357% в сравнении с металльной группой (Ме=12,5, межквартильный размах от 9,0 до 15,0), число избавлений меньше на 19% (Ме=37,5, межквартильный размах от 35,0 до 41,0).
Таблица 5
Средние показатели РАИ у животных, подвергавшихся воздействию ацетата свинца, и у животных, подвергавшихся воздействию соединений ацетата свинца и гипобарической гипоксии
|
Показатель РАИ |
Металл |
Металл + гипоксия |
Mann-Whitney |
||||||
|
N |
Me |
25% |
75% |
N |
Me |
25% |
75% |
||
|
Выработка |
|||||||||
|
Число избеганий |
10 |
1,33 |
0,0 |
1,0 |
10 |
3,3 |
2,0 |
5,0 |
Z=-2.305 р<0,05 |
|
Проверка |
|||||||||
|
Число избеганий |
10 |
3,5 |
2,0 |
6,0 |
10 |
12,8 |
12,0 |
15,0 |
Z=2.381 р<0,05 |
|
Число избавлений |
10 |
46,5 |
44,0 |
48 |
10 |
37,8 |
35,0 |
38,0 |
Z=2.501 р<0,05 |
|
Примечание: |
|||||||||
Согласно результатам, указанным в таблице 5, у животных, подвергавшихся воздействию соединений тяжелых металлов и гипобарической гипоксии в первом опытном сеансе, был отмечен рост числа избеганий в 2,5 раза (р <0,05, Z= 2,305) в сравнении с группой животных, подвергавшихся воздействию ацетата свинца (Ме=1,33, межквартильный размах от 0,0 до 1,0). Во втором опытном сеансе число правильных избеганий было в 3,7 раза выше в сравнении с металльной группой, а число избавлений ниже на 18,5% (Ме=37,8, межквартильный размах от 35,0 до 38,0).
Таким образом, гипокситерапия у животных, затравленных соединениями тяжелых металлов, оказывала существенное воздействие на процессы формирования и воспроизведения временных связей РАИ.
Обсуждение
По результатам реакций активного избегания можно сделать вывод о достоверности гипотезы об эффективности ежедневной гипобарической гипоксии в режиме 0,6 атм. в течение 60 минут на протяжении 7 дней в отношении уменьшения выраженности нейротоксического действия АС.
При проведении теста РАИ у животных с воздействием гипобарической гипоксии и АС четко выражена закономерность улучшения способности выработки условных рефлексов и их закрепления в первом и втором сеансах по сравнению с некорригированными крысами.
Механизмы нейропротекции и пластичности, вызванные гипоксическим кондиционированием: от геномного репрограммирования до системных адаптаций, находятся на стадии изучения. Однако имеющиеся данные показывают, что регулярное воздействие определенных доз нормо- и гипобарической гипоксии запускает эндогенные механизмы нейропротекции и нейропластичности в ЦНС [9; 10].
Уменьшение поступления кислорода в ЦНС представляет собой триггер механизмов адаптации к гипоксии, которые последовательно организованы в две отдельные фазы в зависимости от их начала относительно длительности воздействия гипоксического стимула [10; 11]. Первая фаза (немедленная фаза) адаптации к гипоксии происходит в течение первых нескольких минут или часов после воздействия гипоксии, при которой развивается нейропротективное состояние, длящееся непродолжительное время [9; 10]. Механизмами, лежащими в основе этого временного нейрозащитного состояния, являются изменения проницаемости ионных каналов, фосфорилирование белков и посттрансляционные модификации [9]. В эту фазу наблюдается повышение внутриклеточного содержания и стабилизация фактора транскрипции, индуцируемого гипоксией (HIF-1 – hypoxia-inducible factor-1), а точнее его α-субъединицы (HIF-1α), который считается ключевым регулятором клеточного кислородного гомеостаза и играет инициальную роль в возникновении и запуске второй фазы (долгосрочной) адаптации к гипоксии через целевые проадаптивные гены [10-12].
Долгосрочная адаптация требует активации генов и синтеза белков de novo, происходит через несколько часов или дней после воздействия гипоксического стимула [9; 11; 13]. На этой фазе нейрозащита связана с угнетением механизмов повреждения и активацией резистентности нейронов. В основе лежит активация третичных мессенджеров – индуцибельных (c-Fos, NGFI-A, HIF-1) или повсеместно распространенных (pCREB, NF-κB), действующих как факторы транскрипции [13]. Целевыми генами для факторов транскрипции являются гены нейротрофинов, митохондриальных и цитозольных антиоксидантных ферментов, антиапоптотических факторов, эритропоэтина, фактора роста эндотелия сосудов VEGF (vascular endothelial growth factor), вовлеченных в нейрососудистое ремоделирование [13; 14].
С учетом результатов исследования подтверждается индукция гипокситерапией нейропротекции и нейропластичности мозга, что доказывает значительное улучшение поведенческих реакций, а именно высшей нервной деятельности (памяти, условно-рефлекторной деятельности) у лабораторных животных.
Заключение
Таким образом, наше исследование доказывает статистически значимое улучшение показателей функционирования высшей нервной деятельности (условно-рефлекторной деятельности) у затравленных АС лабораторных животных с предварительным гипоксическим прекондиционированием и, как следствие, наличие индуцирующего нейропротекцию и нейропластичность действия гипобарической гипокситерапии в режиме 0,6 атм. ежедневно в течение 7 дней.
Библиографическая ссылка
Жукешева М.К., Каримова Л.Р., Трубачев В.В., Касенов Б.Ж., Ниязбекова Л.С., Терликбаева Г.А., Бектурарова Г.Б. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ АЦЕТАТА СВИНЦА НА ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ КОРРЕКЦИИ ПУТЕМ ГИПОКСИЧЕСКОГО ПРЕКОНДИЦИОНИРОВАНИЯ // Современные проблемы науки и образования. 2022. № 2. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=31539 (дата обращения: 28.04.2025).
DOI: https://doi.org/10.17513/spno.31539