ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2014, № 2, с. 168-175
ФИЗИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА
УДК 502.084;591.121.3
ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА, МОДЕЛИРУЕМЫХ В НАЗЕМНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ, НА ПОВЕДЕНИЕ, ДИСКРИМИНАНТНОЕ ОБУЧЕНИЕ И ОБМЕН МОНОАМИНОВ В РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРАХ МОЗГА КРЫС
© 2014 г. А. С. Штемберг*, К. Б. Лебедева-Георгиевская*, М. И. Матвеева*, В. С. Кудрин**, В. Б. Наркевич**, П. М. Клодт**, А. С. Базян***
*Государственный научный центр РФ — Институт медико-биологических проблем РАН,
123007Москва, Хорошевское ш., 76А **Научно-исследовательский институт фармакологии им. В.В. Закусова РАМН, 125315Москва, ул. Балтийская, 8 ***Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, 117865Москва, ул. Бутлерова, 5а
E-mail: andrei_shtemberg@mail.ru Поступила в редакцию 28.01.2013 г.
Отмечено, что после экспериментальных воздействий (длительное фракционированное у-облуче-ние, антиортостатическая гиподинамия, а также одновременное действие этих факторов), моделирующих в наземном эксперименте влияние факторов космического полета, у животных (крыс) достаточно быстро восстанавливалась двигательная и ориентировочно-исследовательская активность при тестировании их в "открытом поле". При исследовании динамики дискриминантного обучения крыс экспериментальных групп существенных различий с контролем не выявлено. Установлено, что незначительное влияние данных воздействий на когнитивную деятельность животных соответствует слабо выраженным изменениям концентрации моноаминов в структурах мозга, отвечающих за когнитивные и эмоционально-мотивационные функции.
DOI: 10.7868/S0002332914020118
Задачи космической биологии и медицины остро ставят вопрос о необходимости изучения результатов воздействия факторов космического полета (ФКП) на функциональные реакции центральной нервной системы (ЦНС), и в частности на высшую нервную деятельность (ВНД). Подобные данные приобретают особую актуальность в связи с планированием и подготовкой длительных космических экспедиций.
Одним из основных факторов, лимитирующих возможность осуществления полетов, связанных с выходом за пределы магнитосферы Земли, становится радиация, которая в сочетании с другими ФКП может привести к нарушениям функций ЦНС, лежащих в основе операторской деятельности космонавтов. Отсутствие в полете гравитации — другой важнейший фактор, следствием которого являются, в частности, гиподинамия и перераспределение жидкостей в организме. Эти процессы моделируются в эксперименте на мелких лабораторных животных с помощью методики антиортостатического вывешивания, или ан-тиортостатической гиподинамии (АнОГ).
С одной стороны, отмечено, что все формы достаточно жесткой двигательной депривации действуют на животных как стресс (Коваленко, Гу-ровский, 1980; Федоров, 1980; Чернов, 1980). В
соответствии со стадиями общего адаптационного синдрома во время гиподинамии происходят колебания общей реактивности и резистентности организма, один из компонентов и показателей которой — радиорезистентность (Горизонтов, Рудаков, 1964; Горизонтов, Даренская, 1968; Айра-петян, 1979). Показано, что последняя существенно зависит от того, на какую стадию общего адаптационного синдрома приходится радиационное воздействие (Бычковская, 1956; Сизан, 1971; Айрапетян, 1979).
С другой стороны, имеющиеся сведения о влиянии каждого из рассматриваемых факторов на функциональное состояние ЦНС свидетельствуют о том, что и гиподинамия (Хоничева, Поппай, 1979; Журавлева, 1982) и радиация (Лившиц, 1961; Штемберг, 1982, 2005) могут действовать од-нонаправленно, сдвигая баланс нервных процессов преимущественно в сторону возбуждения. Это позволяет предположить наличие аддитивного или потенцирующего эффекта при их сочетании, что должно существенно модифицировать резистентность организма.
В наших предыдущих исследованиях использовались различные формы и сроки двигательной депривации в сочетании с последующим однократным у-облучением в дозах от 3 до 8.5 Гр
(Штемберг, 1992, 1997а-в; Ушаков и др., 2007). Было показано, что АнОГ и другие формы двигательной депривации вызывают ряд нарушений воспроизведения условных рефлексов, зависящих от того, на какую стадию общего адаптационного синдрома приходится воздействие, а последующее облучение усугубляет эти нарушения. Однако недостатками этих и других подобных экспериментов было то, что применяемые воздействия (АнОГ и облучение) осуществлялись последовательно, в то время как в условиях космического полета эти факторы действуют на организм одновременно, а также то, что использовалось однократное облучение, в то время как в реальных условиях происходит длительное одновременное воздействие этих факторов.
Цель работы — изучение синхронного комбинированного воздействия длительного фракционированного у-облучения и АнОГ на поведенческие реакции, а также на нейрохимические механизмы, участвующие в обеспечении интегративных функций ЦНС.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Эксперименты проводились на 60 самцах крыс линии Щ81аг начальной массой 250—300 г. Животные были разделены на четыре группы: виварный контроль, АнОГ, облучение в суммарной дозе 3 Гр, АнОГ + облучение (по 15 крыс в каждой группе). Правила работы с животными и протоколы экспериментов утверждены этическими комиссиями ИВНД РАН и ГНЦ РФ - ИМБП РАН.
Предварительно животных подвергали тестированию в "открытом поле" (ОП) (Штемберг, 2000), чтобы определить уровни двигательной, ориентировочно-исследовательской активности, соотношения активных и пассивно-оборонительных реакций в умеренно стрессирующей обстановке и эффективности угашения этих реакций.
При создании АнОГ использовали индивидуальные секции из оргстекла размером 42 х 42 х 40 см, скомпонованные в два стеллажа по 15 секций каждый. Животных вывешивали за основание хвоста под углом 30°—40° с расчетом снятия статической нагрузки с задних конечностей. При этом крыс крепили с помощью специальных карабинов, надевающихся на металлический стержень, так, чтобы они могли свободно перемещаться в пределах клетки. Таким образом, создавался антиортостаз, вызывающий перераспределение жидкостей в организме, и снималась статическая нагрузка с задних конечностей. Данная методика - принятая экспериментальная наземная модель невесомости для мелких лабораторных животных.
Стеллажи с вывешенными животными были размещены в радиационной: стеллаж с крысами, подвергавшимися воздействию и АнОГ, и у-излу-
чения, — в зоне облучения на расстоянии 3.3 м от источника излучения, с таким расчетом, чтобы облучение всех крыс было равномерным; стеллаж с крысами, подвергавшимися воздействию только АнОГ, — в том же помещении, но вне зоны облучения. Крысы, подвергавшиеся только облучению, были размещены на стеллаже в домашних клетках.
Эксперимент продолжался в течение 30 сут. Для облучения использовали установку ГОБО-бО (Россия) с источником 137Cs (72 г-экв. Ra). Мощность дозы составила 2.34 сГр/ч. В течение месяца было проведено шесть суточных сеансов облучения с интервалами 3—5 сут. Таким образом, впервые были изучены эффекты синхронного воздействия АнОГ и ионизирующего излучения при облучении животных непосредственно в вывешенном состоянии.
Выбор режима облучения основывался на следующем: его суммарная доза 3 Гр для крыс (исходя из их видовой радиочувствительности) примерно соответствует расчетной дозе, которая может быть получена космонавтами в межпланетном полете. По техническим возможностям нельзя было проводить хроническое облучение, поэтому было использовано фракционированное (дробное) воздействие, максимально приближенное к хроническому.
После окончания экспериментальных воздействий у контрольных и подвергнутых экспериментальным воздействиям крыс вырабатывали диф-ференцировочный двигательно-пищевой условный рефлекс (УР) по методике, предложенной Григорьяном (2005). Две одинаковые чашки, накрытые шариками черного и белого цветов, размещали в экспериментальной камере на расстоянии 10 см одна от другой. Подкрепление помещали только в чашку, накрытую черным шариком. Пространственное расположение чашек в камере меняли от пробы к пробе в случайном порядке. Обучение проводили за одну серию предъявлений — по 15 проб в серии. Интервал между пробами составлял 30 с. Правильной реакцией считали сброс черного шарика и получение подкрепления, ошибочной — сброс белого шарика и неполучение подкрепления.
В процессе обучения регистрировали следующие показатели: число правильных и ошибочных реакций выбора, латентный период условного рефлекса (ЛП УР), а также число видоспецифиче-ских стереотипных поведенческих реакций в процессе обучения: груминговых реакций, вертикальной двигательной активности и пассивно-оборонительных реакций ("реакций замирания" — "freezing"). Полученные данные обрабатывали с помощью ^-критерия Вилкоксона—Манна—Уитни.
Выбор поведенческих методик основан на том, что ОП — общепринятый тест для оценки соотношения двигательной, ориентировочно-ис-
следовательской активности животных и реакции страха и пассивно-оборонительного поведения. При одновременном воздействии ионизирующих излучений, сдвигающих в небольших дозах баланс нервных процессов в сторону возбуждения (Ушаков и др., 2007), и АнОГ, вызывающей нарушения координации движений и усиление пассивно-оборонительных компонентов поведения (Штемберг, 1992), такая оценка была важна.
Для нейрохимических исследований контрольных и подвергнутых экспериментальным воздействиям крыс декапитировали, выделяли соответствующие структуры мозга (префронталь-ную кору, прилежащее ядро (nucleus accumbens), гипоталамус, гиппокамп и стриатум), которые замораживали в жидком азоте и взвешивали. Выделенные структуры гомогенизировали при 4°C в стеклянном гомогенизаторе с тефлоновым пестиком (0.2 мм) при скорости вращения пестика 3000 об./мин. В качестве среды гомогенизации и выделения использовали 0.1 Н НС1О4 с добавлением внутреннего стандарта 3,4-диоксибензил-амина (ДОБА) — вещества катехоламиновой природы, но не встречающегося в нативной ткани, в концентрации 0.5 нмоль/мл. Концентрацию мо-наминов: ноарадреналина (НА), дофамина (ДА), серотонина (СТ); метаболитов
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.