Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

ДИНАМИКА ПОВЕДЕНЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ МЫШЕЙ В ХОДЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЖИРОВУЮ ТКАНЬ НАНОСЕКУНДНЫМ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИМ МИКРОВОЛНОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Керея А.В. 1, 2 Жаркова Л.П. 1, 3 Большаков М.А. 1, 3 Купцова А.Е. 3 Кутенков О.П. 1 Ростов В.В. 1
1 Институт сильноточной электроники СО РАН
2 Сибирский государственный медицинский университет
3 Национальный исследовательский Томский государственный университет
Исследовалась десятидневная динамика изменения поведенческих реакций лабораторных мышей в ходе локального облучения эпидидимальной жировой ткани наносекундным импульсно-периодическим микроволновым излучением (4000 импульсов ИПМИ за сеанс ежедневно, пиковая плотность потока мощности (пППМ) 1500 Вт/см2, частоты повторения импульсов 13 и 22 Гц). Эффект воздействия по динамике оценивался с помощью поведенческого теста «открытое поле». Проведенные эксперименты показали, что после облучения эпидидимальной жировой ткани наносекундным ИПМИ некоторые показатели поведенческой активности мышей в «открытом поле» изменяются. Воздействие наносекундным ИПМИ после 3 и 5 дней облучения инициирует немонотонное изменение поведенческой активности, которое характеризует формирование у животных тревожности и подавленного состояния. В ходе облучения после 7 и 10 суток в организме мышей возникают адаптивные реакции, сопровождаемые повышением двигательной активности с сохранением некоторого уровня тревожности. Выявленные эффекты изменения поведенческих реакций зависят от частоты повторения импульсов ИПМИ и количества сеансов облучения. Обнаруженные эффекты подтверждают включение нейроэндокринной функции жировой ткани в формирование ответных реакций организма на воздействие, в том числе опосредованное измененной деятельностью головного мозга. Полученные результаты указывают на возможное развитие стресса в организме облученных животных.
импульсное микроволновое воздействие
поведение животных
жировая ткань
1. Эффект воздействия наносекундного импульсно-периодического микроволнового излучения на эпидидимальную жировую ткань мышей / Керея А.В. [и др.] // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2014. – Т. 54, № 6. – С. 606–612.
2. Керея А.В., Большаков М.А., Кутенков О.П., Ростов В.В. Физиологические реакции мышей после прямого воздействия наносекундным импульсно-периодическим микроволновым излучением на эпидидимальную жировую ткань // Международный научно-исследовательский журнал. – 2016. – № 2 (44). – С. 13–19.
3. Шварц М.В. Жировая ткань как эндокринный орган // Проблемы эндокринологии. – 2009. – Т. 55, № 1. – С. 38–44.
4. Schwartz M.W., Seeley R.J. Neuroendocrine responses to starvation and weight loss // New Engl. J. of Medicine. – 1997. – № 336. – P. 1802–18011.
5. Kereya A.V., Bolshakov M.A., Kutenkov O.P., Rostov V.V. Laboratory mice are stressed after exposure to nanosecond repetitive pulsed microwaves // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2016. – Т. 59, № 9/2. – С. 67–70.
6. Воробьева О.В. Стресс и расстройства адаптации // Русский медицинский журнал. – 2009. – Т. 17, № 11. – С. 789–793.
7. Euro guide on the accommodation and care of animals used for experimental and other scientific purposes (Based on the revised Appendix A of the European Convention ETS 123) FELASA: Federation of European Laboratory Animal Science Associations, London, UK. 2007. 17 р. www.felasa.eu.
8. Функциональное состояние митохондрий после воздействия наносекундного импульсно-периодического микроволнового излучения / Князева И.Р. [и др.] // 9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии. Труды симпозиума. – СПб., 2011. – С. 549–552.
9. Умрюхин П.Е., Григорчук О.С. Кортикостерон крови и ликвора у крыс с различным поведением в открытом поле при стрессорной нагрузке // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 3–11. – С. 372–374.
10. Амикишиева А. Поведенческое фенотипирование: современные методы и оборудование // Вестник ВОГиС. – 2009. – № 13. – С. 529–542.
11. Буреш Я. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения / Я. Буреш. – М.: Высшая школа, 1991. – 399 с.
12. Взаимосвязи уровней циркулирующего кортикостерона, экспрессии центральных кортикостероидных рецепторов и изменения поведенческой активности крыс с разной устойчивостью к гипоксии в динамике восстановления после экстремальной гипоксии / Г.А. Байбурина [и др.] // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 4. URL: https://www.science-education.ru/ru/article/viewid=26624 (дата обращения: 07.02.2018).
13. Соотношение между уровнем поведенческой активности, концентрацией циркулирующего кортикостерона у крыс с различной устойчивостью к гипоксии / О.В. Кузина [и др.] // Вестник ЮрГУ. Сер.: Образование, здравоохранение, физическая культура. – 2014. – Т. 14, № 4. – С. 54–58.
14. De Kloet E.R. Hormones and the stressed brain // Ann. N. Y. Acad. Sci. – 2004. – № 1018. – Р. 1–15.

Ранее было установлено [1, 2], что прямое воздействие наносекундным импульсно-периодическим микроволновым излучением (ИПМИ) на эпидидимальную жировую ткань вызывает изменение общей двигательной активности мышей, а также влияет на размер адипоцитов и морфологические характеристики внутренних органов. Поскольку жировая ткань является нейроэндокринным органом, она посредством синтеза сигнальных веществ и регуляторов метаболизма должна оказывать влияние на весь организм, в том числе на головной мозг [3, 4]. Как было показано ранее, ежедневное воздействие ИПМИ в течение десяти дней на жировую ткань опосредовало реакции головного мозга [5]. При этом после облучения мышей с разными частотами повторения импульсов ИПМИ наблюдалось повышение уровня гормона кортикостерона в крови, что можно трактовать как развитие реакции стресса [2, 5].

Ганс Селье [6], характеризуя реакцию стресса, выделил три стадии этого синдрома – стадию тревоги, резистентности и истощения. Стадия тревоги развивается, когда объект исходно подвергается воздействию. При продолжительном действии этого фактора возникшие изменения в организме в первую стадию постепенно исчезают, и наступает вторая стадия – адаптации, или резистентности (устойчивости) к стрессору. Это означает, что организм приспосабливается к конкретному раздражителю. Если раздражитель продолжает действовать, стадия резистентности сменяется третьей стадией – истощения. В этой стадии организм уже не в состоянии поддерживать резистентность, поэтому изменения во внутренних органах проявляются в значительно большей степени, в результате чего животное погибает. Несколько десятилетий спустя Селье определил стресс как «неспецифический ответ и реакцию всего организма», которая имеет общие черты независимо от типа воздействия. Одной из таких черт у лабораторных животных может выступать изменение поведенческой активности.

Исследование динамики общей двигательной активности мышей показало ее немонотонный характер в течение 10 дней облучения [2]. Более того, было не ясно, на каких стадиях формирования стресса находится организм животных в ходе десятидневного облучения. Поэтому представлялось необходимым более подробное исследование динамики изменения поведенческих реакций животных, облученных в течение разного количества дней.

Цель исследования – оценить динамику поведения животных в «открытом поле» в ходе ежедневного однократного в течение 3, 5, 7, и 10 дней облучения эпидидимальной жировой ткани наносекундным импульсно-периодическим микроволновым излучением с точки зрения динамики развития стресса в облученном организме.

Материалы и методы исследования

Эксперименты выполнены на нелинейных половозрелых белых мышах самцах массой 25–30 г. Животные содержались в клетках при комнатной температуре, постоянной влажности и режиме освещения 12:12, на стандартном рационе питания со свободным доступом к воде и пище. Исследование проводилось в соответствии с этическими нормами работы с лабораторными животными и санитарными правилами по устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник [7]. Мыши были разделены на облученных и ложнооблученных (ЛО) по шесть животных для каждого из использованных режимов воздействия. Ложнооблученные мыши подвергались всем аналогичным манипуляциям, что и облученные, но без включения источника микроволнового излучения. В качестве контрольного показателя использовались усредненные значения поведенческих реакций в «открытом поле» за день до начала экспериментов с воздействием. Для определения динамики изменения поведения животных в «открытом поле» были сформированы группы мышей применительно к различным вариантам продолжительности облучения (3, 5, 7 и 10 дней). Процедуры облучения проводились в одно и то же время суток (9–11 часов). Во время воздействия мыши размещались в пластиковых контейнерах таким образом, что паховая область, где сосредоточена вся масса эпидидимальной жировой ткани, располагалась в зоне микроволнового излучения. Для обеспечения локальности воздействия на эпидидимальную жировую ткань тело мыши покрывалось радиопоглощающим материалом. В этих условиях эпидидимальный жир животных подвергался ежедневному воздействию 4000 импульсов ИПМИ с пиковой плотностью потока мощности (пППМ) 1500 Вт/см2 и частотами повторения 13 и 22 Гц. Выбор частот повторения был обусловлен результатами предыдущих экспериментов, в которых воздействие ИПМИ на жировую ткань с этими режимами было наиболее эффективным [1, 2, 5]. Продолжительность облучения варьировала от 3 до 5 минут в зависимости от частоты повторения импульсов. Источником ИПМИ служил лабораторный генератор на основе магнетрона МИ-505 (несущая частота 10 ГГц, длительность импульсов 100 нс). Оценка интенсивности воздействия проводилась по методике, описанной в [8].

В качестве индикатора воздействия ИПМИ на эпидидимальную жировую ткань использовались поведенческие реакции мышей в тесте «открытое поле», который позволяет оценить реактивность или устойчивость ЦНС к воздействию какого-либо фактора, в том числе стрессирующего [9]. Этот тест основан на естественной оценке оборонительных, исследовательских и пищедобывательных поведенческих реакций грызунов в новом открытом пространстве [10] и считается одним из наиболее адекватных способов оценки тревожности животных на основе показателей их подвижности в результате воздействия различными внешними физическими факторами.

Тестирование экспериментальных и ложнооблученных мышей проводилось в утренние часы (9.00–12.00) дважды – за сутки до начала облучения и через сутки после окончания воздействий в соответствующих группах согласно количеству дней облучения (3, 5, 7 и 10 дней). Установка «открытое поле» представляла собой круглую арену диаметром 50 см в основании с бортами высотой 25 см, расчерченную на 18 секторов и центральную зону. В местах пересечений линий секторов в полу имелись отверстия – «норки» (16 штук). Животные тестировались при освещенности арены 180 лк (измеритель потока света Pocket light meter 8581, Тайвань). Непосредственно перед проведением тестирования мышей в соответствии с общепринятыми правилами [11] они предварительно в течение 3 минут выдерживались в затемненном пространстве клеток, в которых мыши содержались. После этого тестируемое животное помещалось в центральную зону «открытого поля» и в течение 5 минут отслеживалось его поведение. В качестве индикаторных показателей фиксировались горизонтальная активность (количество пересеченных секторов), вертикальная активность (стойки на задних лапах с опорой и без), норковый рефлекс (количество заглядываний в норки), эмоциональность (количество дефекаций и уринаций), груминг. Количество пересеченных секторов и заглядываний в норки характеризовало двигательную и исследовательскую активность, вертикальная активность, количество дефекаций/уринаций и груминг – эмоциональную составляющую поведения и тревожность у мышей.

Полученные результаты подвергали статистической обработке с помощью пакета прикладных программ Statsoft STATISTICA for Windows 8.0. Рассчитывалась средняя арифметическая величина показателя и ошибка среднего. Значимость различий между показателями облученных и ложнооблученных животных определялась с помощью непараметрического U-критерия Манна – Уитни.

Результаты исследования и их обсуждение

Выполненные эксперименты показали, что после облучения эпидидимальной жировой ткани наносекундным ИПМИ некоторые показатели поведенческой активности мышей в «открытом поле» изменяются. Обнаруженные эффекты воздействия зависят от частоты повторения импульсов и количества дней облучения.

ker1a.tif ker1b.tif

ker1c.tif ker1d.tif

ker1e.tif

Поведенческая активность мышей в «открытом поле» после облучения ИПМИ эпидидимальной жировой ткани. Примечание: показатели нормированы относительно контрольной группы, контроль принят за 1, заштрихованное пространство – 95 % доверительный интервал среднего значения показателя в группе ЛО животных. * – различия статистически значимы по отношению к соответствующим показателям ЛО животных для каждой группы (р ≤ 0,05)

Облучение в течение 3 дней. Через 3 дня после облучения мышей с частотами повторения 13 и 22 Гц в показателях поведения в «открытом поле» обнаруживается статистически значимое снижение горизонтальной активности у облученных животных (рисунок, А), что свидетельствует об угнетении ориентировочно-исследовательской компоненты поведения. При тех же самых режимах воздействия увеличивается показатель дефекации (рисунок, Д), а показатель груминга увеличивается только после облучения с частотой 22 Гц (рисунок, Г). Такие изменения характеризуют развитие эмоциональной напряженности (беспокойства или страха) у животных, что может указывать на развитие первой стадии стресса – тревоги.

Облучение в течение 5 дней. У мышей после 5 дней облучения сохранялось статистически значимое понижение показателей горизонтальной активности (рисунок, А). Уровень дефекаций, характеризующий эмоциональную составляющую поведения у животных, так же как и после трехдневного воздействия, возрастал после облучения с частотой 13 Гц (рисунок, Д), а показатель груминга увеличивался после облучения с частотой 22 Гц (рисунок, Г). Выявленные изменения поведенческих реакций указывают на сохранение высокой эмоциональной напряженности, соответствующей стадии тревоги.

Облучение в течение 7 дней. Через семь дней воздействия ИПМИ наблюдалось статистически значимое увеличение в «открытом поле» вертикальной активности (рисунок, Б) и груминга (рисунок, Г) в группах, облученных с частотой 13 Гц, а также повышение вертикальной активности (рисунок, Б) и уровня дефекаций (рисунок, Д) с одновременным снижением норкового рефлекса после воздействия с частотой 22 Гц (рисунок, В). Однако показатель норковой активности, который у предыдущих исследуемых групп оставался неизменным, в целом дополняет установленное ранее снижение активно-поисковой и исследовательской компонент поведения после облучения с меньшим количеством сеансов при одновременном поддержании на высоком уровне тревожности и эмоциональной нестабильности. По-видимому, после 7 дней облучения стадия тревоги в организме мышей сохраняется, однако, повышение активно-поисковой горизонтальной компоненты поведения до уровня ложнооблученной группы указывает на начинающееся развитие адаптации к воздействиям ИПМИ.

Облучение в течение 10 дней. Анализ результатов десятидневного облучения продемонстрировал противоположно направленные эффекты по некоторым поведенческим реакциям относительно более коротких периодов облучения. Если через 3 и 5 дней облучения норковый рефлекс в «открытом поле» у животных достоверно не изменялся, а после 7 дней облучения с частотой 22 Гц он значительно снижался (рисунок, В), то в результате десятидневного воздействия с использованием частот повторения импульсов 13 и 22 Гц уровень норковой активности статистически значимо возрос (рисунок, В). Обращает на себя внимание тот факт, что параллельно с активацией исследовательской компоненты поведения у животных сохранялся повышенным показатель актов дефекаций в результате облучения с частотой 13 Гц (рисунок, Д). Можно предположить, что у животных в результате облучения к 10 дню возникает конфликт между эмоциональной и исследовательской компонентами поведения и повышается интерес к открытому пространству с одновременным снижением страха. Следовательно, можно предположить, что после 10 дней облучения в организме у животных начинают развиваться адаптивные реакции к воздействующему фактору и стадия тревоги сменяется стадией резистентности.

Заключение

Из полученных результатов следует, что воздействие наносекундным ИПМИ на эпидидимальную жировую ткань мышей после 3 и 5 дней облучения инициирует немонотонное изменение поведенческой активности, которое характеризует формирование у животных тревожности и подавленного состояния. Обнаруженные эффекты подтверждают включение нейроэндокринной функции жировой ткани в формирование ответных реакций организма на воздействие, в том числе опосредованное деятельностью головного мозга. В ходе облучения после 7 и 10 суток в организме мышей возникают адаптивные реакции, сопровождаемые повышением двигательной активности с сохранением некоторого уровня тревожности. По-видимому, конфликт между этими показателями сопряжен с изменением содержания кортикостерона в организме мышей, что некоторые авторы рассматривают как адаптивную реакцию организма, позволяющую осуществить необходимую мобилизацию ресурсов для формирования резистентности [12, 13]. Из полученных результатов следует, что воздействие с разными частотами повторения импульсов инициирует изменение поведенческих реакций с разной динамикой. По-видимому, воздействие с разными частотами повторения импульсов обеспечивает выработку жировой тканью сигнальных веществ и метаболических факторов (например, лептин, грелин и др.), которые соответствующим образом влияют на головной мозг, прежде всего на гипоталамус, что способствует выбросу глюкокортикоидов. Очевидно, что увеличение выброса глюкокортикоидов в кровь будет связано с усилением образования экстрагипоталамического кортиколиберина, являющегося основным медиатором тревожности, и сопровождаться повышением тревожности [14], что позволяет рассматривать воздействие наносекундного ИПМИ рассматривать как стресс-фактор.

Априори нельзя исключить, что формирование ответной реакции организма на облучение жировой ткани ИПМИ может реализовываться по аналогичной схеме при воздействии и другими физическими факторами. Поэтому это представляется актуальным для процедур, используемых современной косметической медициной при воздействиях различными факторами на жировую ткань человека (RF-липолиз, электролиполиз, ультразвуковой липолиз, лазерная терапия, миостимуляция). Такие процедуры помимо желаемого эффекта уменьшения массы избыточной жировой ткани могут сопровождаться и непрогнозируемыми нежелательными реакциями со стороны центральной нервной системы, в том числе развитием стресса. Возникновение подобного неблагоприятного результата в настоящее время никак не учитывается и поэтому исследование состояния организма после различных физических воздействий на жировую ткань приобретает особую актуальность.

Работа выполнялась по программе Президиума РАН № 10 «Мощные ультракороткие электромагнитные импульсы, а также их взаимодействие с объектами и средами».


Библиографическая ссылка

Керея А.В., Жаркова Л.П., Большаков М.А., Купцова А.Е., Кутенков О.П., Ростов В.В. ДИНАМИКА ПОВЕДЕНЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ МЫШЕЙ В ХОДЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЖИРОВУЮ ТКАНЬ НАНОСЕКУНДНЫМ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИМ МИКРОВОЛНОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2018. – № 3. – С. 105-109;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=12158 (дата обращения: 19.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074