Изучение феноменологии и механизмов действия ослабленного геомагнитного поля (ГМП), вызванного электромагнитным экранированием (ЭМЭ), позволило установить, что одновременное даже умеренное снижение интенсивности постоянной и переменной его компонент вызывают существенные изменения в состоянии физиологических систем животных [4, 5, 7]. Для дальнейшего развития этих представлений необходимо продолжить исследования феноменологии ЭМЭ и механизмов его действия на организменном уровне.
Адекватной характеристикой целостных реакций на любое воздействие, в том числе и ЭМЭ, является изменения поведения, которое играет важную роль в адаптации организма и рассматривается как интегральный показатель ответа на любое воздействие. Ранее нами было показано, что в условиях ЭМЭ снижается половая мотивация, развивается депрессивноподобное поведение крыс.
Целью настоящего исследования явилось исследование особенности агрессивного поведения, a также поведения крыс в открытом поле в условиях умеренного ЭМЭ.
Материалы и методы исследования
Исследования проведены на 60 белых беспородных крысах-самцах массой 190 ± 10 г с соблюдением принципов биоэтики в соответствии с международными принципами Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или других научных целей.
Для экспериментов отбирали крыс одинакового возраста, характеризующихся средней двигательной активностью и низкой эмоциональностью в тесте открытого поля. Такой отбор позволил относительно быстро выделить крыс с одинаковыми конституциональными особенностями, одинаково реагирующих на действие различных раздражителей.
Отобранных крыс делили на две группы. Крыс каждой группы помещали в ящики размером 790×450×390 мм из непрозрачного пластика, крышки и стенки которых имели вентиляционные отверстия. Обеспечивался свободный доступ животных к стандартному для грызунов корму и воде. Контейнеры с животными экспериментальной группы (n = 10) помещались в экранирующую камеру ежедневно с 15.00 до 10.00 ч следующего дня, т.е. они находились в условиях ЭМЭ 19 ч в сутки в течение 10 дней.
Ящики с животными контрольной группы (n = 10) находились за пределами камеры в той же комнате. Для животных обеих групп соблюдался одинаковый режим температуры (23 ± 1 °С), влажности, освещенности, шума. Ежедневно с 10.00 до 15.00 ч животных обеих групп извлекали из ящиков для тестирования и уборки клеток.
Ослабление фонового электромагнитного поля (ЭМП) достигалось применением экранирующей камеры размером 2×3×2 м, изготовленной из двухслойного железа «Динамо». Коэффициент экранирования ВDC, измеренный с помощью феррозондового магнитометра, составляет для вертикальной составляющей 4,4, для горизонтальной – 20. Коэффициент экранирования камеры на частотах 50 и 150 Гц порядка трех. В области частот от 150 Гц до 100 кГц происходит слабое экранирование, тогда как на частотах больше 1 МГц имело место полное экранирование. Устройство камеры описано ранее [4, 5].
Освещенность внутри и вне камеры, a также внутри ящиков измерялась с помощью люксметра ТКЛ-ПКМ (модель 63). Внутри ящиков освещенность колебалась от 0,1 до 0,2 лк, внутри экранирующей камеры и в лаборатории, где содержались крысы контрольной группы, освещенность была такого же уровня, а в лаборатории, в которой проводили тестирование и уборку клеток, колебалась от 480 до 500 лк.
Исследования проведены трехкратно с интервалом в 2 месяца с соблюдением принципов двойного слепого эксперимента.
Для изучения агрессивности, вызванной фрустрацией, был использован тест «вызванная агрессия» для 2-х особей [1].
Определялась также межвидовая агрессивность крыс в тесте «реакция на мышь». Для этого в течение 3-х минут определяли контакты каждой крысы с интактной мышью.
Реакцию крысы на мышь оценивали по следующей 5-бальной шкале: 0 баллов – нет реакции; 1 балл – крыса обнюхивает мышь; 2 балла – крыса вылизывает и активно обнюхивает мышь; 3 балла – крыса носит мышь в зубах, покусывает ее или активно преследует; 4 балла – крыса преследует мышь и убивает с латентным периодом более 10 с; 5 баллов – крыса бросается на мышь и убивает ее с латентным периодом менее 10 с.
Открытое поле представляло собой квадратную арену площадью 1 м2 с бортиками высотой 40 см и полом, разделенным на квадраты. Регистрировали горизонтальную и вертикальную двигательную активность, a также число болюсов и уринаций в каждый день 10-тисуточного эксперимента.
Во всех случаях соблюдали следующую последовательность проведения тестов: сначала проводили тест открытое поле, затем реакцию на мышь и тест вызванной агрессии, после чего крыс возвращали в клетку. Эффекты ЭМЭ оценивали по коэффициенту эффективности (КЭ, %), учитывающему изменения изучаемых показателей по отношению к данным контрольной группы.
Статистическую обработку данных проводили с помощью пакета специализированных программ «MedStat». Вычисляли среднее значение каждого из исследованных поведенческих показателей и ошибку средней (M ± S.E.). Для оценки значимости различий исследуемых показателей применялся однофакторный дисперсионный анализ. Сравнение средних величин различных показателей проводили по t-критерию Стьюдента, целесообразность применения которого была показана проверкой полученных данных на закон нормального распределения. Различия между группами, a также исходными данными каждой группы и значениями исследуемых показателей в каждый последующий день эксперимента считали значимыми при p < 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
Как показали проведенные исследования, у животных, находившихся в условиях ЭМЭ, значительно увеличивается внутривидовая и межвидовая агрессивность. Если у крыс контрольной группы на протяжении всего 10-тисуточного эксперимента порог внутривидовой агрессивности изменялся в очень небольших пределах (от 54 до 62 В), то пребывание животных в экранирующей камере на 3 сутки приводило к резкому снижение этого показателя до 34 В, т.е. на 40 % относительно данных контрольной группы животных, КЭэмэ снижался до –39 % (р < 0,01). В последующие сроки эксперимента порог агрессивности несколько возрастал и достигал на 7 сутки 54 В, в дальнейшем вновь снижался, достигая на 10 сутки 40 В (КЭэмэ = –25 %) (р < 0,01) (рис. 1).
Таким образом, в условиях ЭМЭ внутривидовая агрессивность существенно возрастала, причем минимальное значение порога зафиксировано на 3 сутки, a повторное снижение имело место на 10 сутки эксперимента.
Результаты проведенного исследования показали, что ЭМЭ приводит к возрастанию и межвидовой агрессии. Так, крысы контрольной группы на протяжении всего 10-тидневного эксперимента демонстрировали либо полное отсутствие реакции на мышь (0 баллов), либо обнюхивание животного (1 балл). Пребывание животных в экранирующей камере приводило к возрастанию реакции на мышь. Уже на 2 сутки пребывания животных в условиях ЭМЭ агрессивность увеличивалась, a на 4 сутки экранирование приводило к ее возрастанию до 1,70 ± 0,16 балла. На 5–6 сутки наблюдения этот показатель несколько снижался (1,33 и 0,99 баллов соответственно), a на 7–10 сутки снова возрастал, достигая максимума на 7 день (рис 2).
Таким образом, у крыс, помещенных в экранирующую камеру, во все дни десятидневного эксперимента межвидовая агрессивность возрастает. Эти данные согласуются с результатами других работ, в которых изучали влияние ослабленного ГМП на этот компонент оборонительного поведения животных.
Так, показано, что 25-суточное воздействие гипогеомагнитных условий дальнего космического полета приводит к увеличению внутривидовой агрессии в ночное время, снижению адаптивных возможностей циркадианной системы крыс к сезонному дрейфу продолжительности светлого промежутка суток и развитию внешнего и внутреннего десинхроноза [3].
Рис. 1. Динамика порога внутривидовой агрессии (В) у крыс самцов при умеренном электромагнитном экранировании: * р < 0,05 – уровень статистически значимых различий между значениями порога агрессивности у крыс контрольной группы и животных, подвергнутых действию ЭМЭ
Рис. 2. Динамика межвидовой агрессивности у интактных крыс и животных, находящихся в условиях ЭМЭ: * – уровень статистически значимых различий между значениями агрессивности у крыс контрольной группы и крыс, подвергающихся действию ЭМЭ – * р < 0,05; *** – р < 0,001
Пребывание крыс в многослойной пермаллоевой камере (18 часов ежедневного в течение 21 суток), также приводило к возрастанию межвидовой агрессивности крыс, причем по динамике этого показателя описаны индивидуальные различия в реакции животных на гипомагнитную среду [2].
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что пребывание животных в ЭМЭ не приводит к существенным изменениям их поведения в тесте открытого поля по сравнению с данными контрольных животных (рис. 3). Так же как и у контрольных животных, у крыс экспериментальной группы в этом тесте наблюдается одинаковое прогрессирующее с каждым днем снижение вертикальной и горизонтальной двигательной активности, к концу эксперимента значения двигательной активности в тесте открытого поля у экспериментальной и контрольной группы крыс достигают практически одних и тех же значений (рис. 3).
а
б
Рис. 3. Динамика горизонтальной (А) и вертикальной (Б) двигательной активности (M ± SE) у крыс в тесте «открытое поле» в контрольной группе и у животных, содержащихся в условиях ЭМЭ
Таким образом, в проведенных нами экспериментах так же, как в работе [9], не выявлено возрастания горизонтальной и вертикальной двигательной активности крыс, находящихся в условиях ЭМЭ, в тесте открытого поля, свидетельствующего об увеличении возбудимости ЦНС и склонности возбудительного процесса к инертному течению, характерных для стресс-реакций. Наоборот, имело место их прогрессирующее снижение с увеличением сроков наблюдения, т.е. угашение.
Кроме того, согласно данным литературы, изменения поведения в тесте открытого поля, у крыс, находящихся в условиях ЭМЭ не сопровождаются активацией стресс-реализующей гипоталамо-гипофизарной системы, a также экспрессией генов, ассоциируемых со стрессом [9]. Таким образом, эти данные позволяют нам считать, что в условиях ЭМЭ у крыс не развивается стресс-реакция.
Механизмы обнаруженных изменений поведения изучаются. Так, известна тесная взаимосвязь между агрессивным поведением и активностью опиоидной системы [10], a также утверждение A.H. Frey [8] о вовлечении этой системы в реакцию организма на действие электромагнитных факторов. Показано, что снижение числа опиоидергических клеток под влиянием гипомагнитной среды, наиболее выраженное в структурах таламуса и сером околоводопроводном веществе, a также уменьшение числа активных, т.е. экспрессирующих веществ, опиоидергических нейронов [6].
Изменения активности опиоидной системы следует расценить как причину модификации болевой чувствительности животных, что может быть причиной изменения агрессивности животных.
Ранее нами [4] также были обнаружены 3-фазные изменения ноцицепции моллюсков и мышей при длительном ЭМЭ, которые сопровождаются фазными изменениями активности опиоидной системы, определяемыми по влиянию налоксона на параметры реакции избегания термического стимула: I фаза – торможение ее активации, в силу чего прогрессирует гипералгезия, II фаза – возрастание ее активности, результатом чего является полное нивелирование антиноцицептивного эффекта ЭМЭ налоксоном, III фаза – прогрессирующее уменьшение активности опиоидной системы, когда налоксон только редуцирует антиноцицептивный эффект, что, по-видимому, связано с развитием ее толерантности к действию экранирования.
Такие фазные изменения активности опиоидной системы могут быть обусловлены соответствующими перестройками секреции мелатонина, которая меняется под влиянием электромагнитных факторов [4]. При начальном их угнетении секреции мелатонина снижается чувствительность опиоидных рецепторов, уменьшается продукция β-эндорфина. Во II фазе, по-видимому, продукция мелатонина усиливается, активируются М1 и М2 рецепторы, a также опиоидная система, что и обуславливает развитие антиноцицептивного эффекта, снижение агрессивности. Дальнейшее исследования позволят выявить участие и других нейрохимических систем в изменении поведения животных в условиях ЭМЭ.
Работа выполнена при финансовой поддержке в рамках базовой части государственного задания № 2015/701 Минобрнауки России в сфере научной деятельности темы «Обоснование применения оздоровительно-превентивных технологий на основе действия низкоинтенсивных факторов различной природы».