Влияние различной продолжительности фотопериода на поведенческие реакции крыс и особенности их коррекции препаратом Мелаксен

Физиология

УДК 57.024

© 2012 Д.С. Громова, В.И. Беляков

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНОЙ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ФОТОПЕРИОДА НА ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ КРЫС И ОСОБЕННОСТИ ИХ КОРРЕКЦИИ ПРЕПАРАТОМ МЕЛАКСЕН

В работе изучено изменение поведенческих реакций крыс в различных условиях освещённости. Смоделировано нарушение функционирования фотопериодической системы мозга. Выявлены различия в поведении животных, подвергавшихся воздействию хронической световой экспозиции и депривации. Проанализирована возможность коррекции функций препаратом Мелаксен, являющимся химическим аналогом гормона мелато-нина.

Ключевые слова: хроническая световая экспозиция, световая депривация, фотопериод, мелатонин, Мелак-сен, поведение.

Жизнедеятельность всех организмов детерминирована таким важным природным фактором, как смена дня и ночи в течение суток. Современная цивилизация, внедрившая искусственное освещение во все сферы деятельности человека, существенно изменила сложившиеся в течение многих тысячелетий режимы освещенности, в результате чего произошли нарушения в адаптационных механизмах циркадианной системы. Изучение механизмов деятельности и развития дисфункции фотопериодической системы представляет практический интерес.

Цель настоящего исследования - изучить влияние искусственно созданных режимов освещенности на поведенческие реакции крыс, а также проанализировать особенности корректирующего действия препарата Мелаксен на поведенческий статус животных, содержавшихся в различных условиях продолжительности фотопериода.

Задачи исследования:

1. Изучить влияние хронической световой экспозиции и световой депривации на особенности ориентировочно-исследовательского поведения белых крыс в тесте «Открытое поле»;

2. Проанализировать особенности корректирующего влияния фармакологического препарата Мелаксен на поведенческие реакции крыс, подвергавшихся воздействию искусственно созданных режимов освещённости.

Материалы и методы. Исследование проводилось на половозрелых белых нелинейных крысах самцах массой 180-200 грамм. Животных содержали при стандартном сбалансированном пищевом рационе и свободном доступе к воде.

Формировали три группы животных. Первая группа (контрольная) содержалась в условиях естественного светового режима (естественные условия освещённости, характерные для

летних месяцев июнь - июль). Вторая (подопытная) группа на всё время наблюдения подвергалась воздействию круглосуточного освещения от люминесцентной лампы интенсивностью 300 ЛК. Третья (подопытная) группа животных содержалась в условиях постоянной световой депривации. Продолжительность эксперимента составила 28 суток.

Изучение особенностей поведенческих реакций проводилось при помощи классической методики «Открытое поле». В течение 3-х минут регистрировали горизонтальную и вертикальную двигательную активность, исследовательское поведение и видоспецифические гру-минговые реакции, а также время нахождения в центральных и периферических квадратах поля и продолжительность реакции замирания в каком-либо участке поля.

Во второй серии экспериментов для оценки возможности фармакологической коррекции поведения половине животных из каждой групп перорально по 0,5 мг один раз в день в течение недели вводили препарат Мелаксен, растворённый в 1 мл физиологического раствора. Препарат является синтетическим аналогом гормона шишковидной железы (эпифиза) мелатонина. Он хорошо проникает через гематоэнцефалический барьер, не вызывает привыкания и зависимости. Рекомендуется применять препарат в качестве адаптогена для нормализации биологических ритмов организма, нормализации сна, при сезонных аффектных расстройствах (зимняя депрессия), для облегчения процессов адаптации организма человека при резкой смене часовых поясов.

Всем остальным животным в это же время и аналогичной методике вводили физиологический раствор. По окончании срока введения Мелаксена всех крыс подвергали тестированию при помощи вышеописанных методик.

Полученные экспериментальные данные обрабатывали статистически с помощью пакетов анализа данных программы 81§шаБ1а1 2,0 с использованием 1-теста Стьюдента. Различия считались достоверными при вероятности ошибки р<0,05.

Результаты исследования. Перед началом исследования достоверных различий в поведении животных подопытных и контрольных групп в тесте «Открытое поле» не обнаружено. Содержание животных при различных режимах освещённости привело к изменениям их поведенческих реакций.

Достоверных изменений в двигательной активности крыс контрольной группы выявлено не было.

Так, на четвёртой неделе наблюдения среднее число пересечённых квадратов составило в группе, содержавшейся при постоянном освещении, 10,6±4,936 (что на 33 % меньше исходного уровня), а в группе, содержавшейся в условиях постоянной темноты, 8,8±3,583, что на 50 % ниже исходного уровня. Имелись длительные (до 1 минуты) двигательные остановки. Что касается показателя вертикальной активности, то он достоверно изменился в группе, содержавшейся в условиях световой изоляции. В данной группе отклонения от исходного уровня составили 33 % в сторону уменьшения количества вертикальных стоек, в то время как в группе со световой экспозицией отклонения составили лишь 13 % также в сторону уменьшения.

Анализ изменения числа заглядываний в центральные отверстия поля позволил установить динамику исследовательского поведения под влиянием различных режимов освещённости. Данный показатель в наибольшей степени менялся у животных второй группы. Минимальное значение числа заглядываний

отмечалось на четвёртой неделе эксперимента. Снижение исследовательской активности к четвёртой неделе отмечено и для животных, содержавшихся в условиях световой деприва-ции. Однако в данной группе изменения носили волнообразный характер. Что касается гру-минговых реакций, то во всех трёх группах к концу четвёртой недели наблюдается увеличение данного показателя. Однако следует отметить, что в группе, подвергавшейся световой экспозиции, данные изменения носили более выраженный характер. Так, при данных условиях, к концу четвёртой недели количество груминговых реакций возросло на 53 % в сравнении с исходным (исходная величина 2,389±0,642, величина к концу четвёртой недели 3,667±0,840). В то время как увеличение в группе, находившейся в условиях световой изоляции, не превысило 38 % (исходная величина 2,056±0,495, величина на четвёртой неделе 2,833±0,706). Введение препарата Мелаксен оказало определенное корректирующее воздействие на поведенческие реакции белых крыс, подвергавшихся «жесткому» изменению продолжительности освещенности.

У животных, получавших препарат, увеличились показатели горизонтальной двигательной активности по сравнению с исходными данными в контрольной группе на 7 %, а в группе световой экспозиции — на 36 %.

Кроме того, Мелаксен увеличил показатели двигательной и исследовательской активности подопытных животных в сравнении с контрольными. Так, в контрольной группе количество пересечённых квадратов увеличилось на 32 %, в первой экспериментальной группе - на 43 %, а во второй экспериментальной группе - на 24 %. Число вертикальных стоек у животных, получавших препарат, в сравнении с животными, не подвергавшимися воздействию Мелаксена, в контрольной группе возросло на 12 %; в группе, подвергавшейся световой экспозиции, на 50 %; в группе световой изоляции - на 40 %. Количество заглядываний в центральные отверстия после четвёртой недели эксперимента продолжало уменьшаться во всех группах. Однако у животных, получавших препарат, данная динамика оказалась менее интенсивной.

Из данных литературы известно [2,5,6], что длительное действие постоянного освещения сопровождается сбоями в функционировании фотопериодической системы мозга. В частности, происходит нарушение функционирования супрахиазматических ядер (СХЯ) гипоталамуса и эпифиза. Дисфункция СХЯ вызывает уменьшение пиков в ритме физиологических функций, десинхронизацию биоритмов. Световое угнетение эпифиза вызывает недостаток мелатонина, обладающего высокой физиологической активностью.

В частности, резкое снижение продукции эпифизарного гормона мелатонина приводит к гиперактивации гиппокампа и к уменьшению активности ГАМКергической системы, которая, как известно, является основной тормозной нейромедиаторной системой. Следует отметить, что мелатонин обладает способностью активизировать бензодиазепиновый сайт ГАМК-рецепторов и, тем самым, усиливает действие тормозного медиатора ГАМК на нейроны мозга [7,9]. Всё это приводит к дисфункции нервных процессов с преобладанием нервного возбуждения.

Имеются данные [3,10] о том, что избыточное освещение вызывает нарушение функционирования дофаминергической системы мозга. В условиях недостатка мелатонина отмечается гиперфункция семенников по выработки тестостерона, который в мозге превращается в активный эстрадиол (гипоталамус, гиппокамп и др.). По данным Моргана и других, избыток

эстрадиола в мозге также уменьшает активность дофаминергической системы мозга. В настоящее время дофамин рассматривается как основной медиатор системы подкрепления мозга, вызывающий развитие положительных эмоций и состояния общего комфорта. Согласно некоторым авторам, дофамин является тем нейропередатчиком, который участвует в реализации механизмов побудительной мотивации, повышает нацеленность организма на восприятие новых раздражителей [4]. Кроме того, чётко показана роль дофамина в качестве «моторного» стимулятора, проявляющего свою активность на уровне пирамидной и экстрапирамидной двигательной систем, эмоциогенных и мотивационных центров лимбической системы. Из литературы известно, что блокада дофаминовых рецепторов или низкая продукция дофамина сопровождается выраженным снижением двигательной активности, исследовательской мотивации, нарушением памяти и внимания [1,8]. Вероятно, именно ингибировани-ем дофаминовой нейропередачи в головном мозге и объясняется значительное снижение двигательной активности и исследовательского поведения у крыс, содержавшихся в эксперименте в условиях световой экспозиции. Иные механизмы лежат в основе поведенческих эффектов световой депривации. Ограничение зрительной афферентации, вызванное содержанием животных в условиях постоянной темноты, приводит к снижению активности основных неспецифических систем мозга.

Известно о существовании нескольких нейрохимических систем, поддерживающих ЦНС в состоянии бодрствования. Это норадренергическая, серотонинергическая, гистаминергиче-ская, холинергическая, дофаминергическая системы. Норадренергические волокна из зоны А6 (голубое пятно) и холинергические волокна из ретикулярных ядер ствола в составе переднего мозгового пучка доходят до лимбических структур и различных областей коры мозга. Влияние данных систем поддерживает бодрствующее состояние организма, способствует поддержанию высокого уровня двигательной активности, формированию исследовательской доминанты. Функциональное выключение зрительной афферентации может ограничивать такие активизирующие влияния и приводить к снижению общей двигательной активности, что наблюдалось в наших экспериментах.

Нельзя также исключать возможность функциональной гиперактивности мелатонина в условиях хронической световой депривации. В данной ситуации возможно его гиперседа-тивное действие через активацию ГАМК-ергической системы мозга. Это может сопровождаться снижением двигательной и исследовательской активности, их замещением груминго-выми реакциями.

Введение препарата Мелаксен в определенной степени скорректировало поведенческий статус животных, для которых искусственно изменялось действие такого важного времяза-дателя для физиологических и психических функций, как продолжительность освещенности. Положительный «поведенческий» эффект, по всей видимости, связан с тем, что используемый препарат является химическим аналогом эпифизарного гормона мелатонина. Для более детальной характеристики особенностей и механизмов фармакологической коррекции препаратом Мелаксен, нарушенных экзогенными воздействиями психофизиологических функций, целостного поведения необходимы дополнительные исследования с применением более тонких нейрофизиологических и нейрохимических методик.

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:

1. Длительно действующая световая экспозиция и световая депривация вызвала сниже-

ние показателей ориентировочно-исследовательского поведения крыс в тесте «Открытое поле».

2. Препарат Мелаксен оказал нормализующее влияние на поведение белых крыс, подвергавшихся длительному воздействию изменённого фотопериода. Под влиянием препарата происходило выраженное повышение двигательной и исследовательской активности у белых крыс в тесте «Открытое поле».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арушанян Э.Б. Эпифизарный гормон мелатонин и нарушения познавательной деятельности головного мозга // Русский медицинский журнал. 2006. № 9. С. 673-678.

2. Арушанян Э.Б., Попов А.В. Особенности организации ритма циркадианной подвижности крыс после удаления эпифиза // Журнал высшей нервной деятельности имени И.П. Павлова. 2006. № 3. С. 345-348.

3. Батуев А.С. Высшие интегративные системы мозга. Л.: Наука. 1981. 255 с.

4. Бюннинг Э. Ритмы физиологических процессов. (Физиологические часы). М.: Издательство иностранной литературы, 1961. 184 с.

5. Гусев Е.Н., Скворцова В.И. Ишемия головного мозга. М.: Медицина, 2001. 225 с.

6. Ковальзон В.М. Мелатонин без чудес // Природа. 2004. № 2. С. 12-19.

7. Пастухов Ю.Ф., Екимова И.В. Молекулярные механизмы регуляции сна // ХХ съезд Физиологического общества им. И.П. Павлова. Тезисы докладов. М.: Изд. дом «Русский врач», 2007. С. 26.

8. Судаков К.В. Доминирующая мотивация в системных механизмах памяти // Успехи физиологических наук. 2005. № 4. С. 13-36.

9. Pease V.P. Effects of a surround upon onset and offset reaction time // Percept. and Mot. Skills. 1972. V.35. P.571.

10. Sharma R., McMillan C.R. Physiological neuroprotection by melatonin in 6-hydroxydopamine model of Parkinson's disease // Brain Research. 2006. № 1. P. 230-236.