CC BY
61
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2015 БИОЛОГИЯ Вып. 2
УДК 574.24
О. С. Углицких% Д. А. Кирьянов" ъ, О.Ю. Устинова3 b
а Пермский государственный национальный исследовательский университет. Пермь, Россия
ь, ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, Пермь Россия
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ДЕСИНХРОИОЗА НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПРИМАТОВ
Рассматривается проблема влияния временного десиилроноза на жизнедеятельность приматов. Приведены результаты экспериментальных данных. Выявлена связь между сдвигом кормления приматов по времени и показателями, отражающими дезадаптацию и последующую адаптацию приматов, что может говорить о влиянии фактора смены исчисления времени на жизнедеятельность живых организмов, в том числе и человека.
Ключевые слова: десинхроноз; жизнедеятельность приматов; сценарные условия; гормоны стресса; адаптация.
О. S. Ugl¡tskikh\ D. A. Kiryanov3 \ О, Y. Ustinova* ь
а Perm State University. Perm, Russian Federation
b Federal Scientific for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies. Perm, Russian Federation
EXPERIMENTAL RESEARCH OF INFLUENCE DESYNCHRONOSIS ON THE LIFE OF PRIMATES
Considered the problem of influence desynehronosis on the life of primates. Shows the results of the data experimental, identify the connection between the displacement feeding time for primate and indicators reflecting disadaptation and following adaptation of primates that can talk about the influence factor calculation time change oil the life organisms, including humans.
Key n ords: desynchronosis, livelihoods of primates; scenario conditions; stress hormones: adaptation.
Введение
Ряд административных и законодательных решении в сфере изменений систем исчислений времени на территории России, обусловили актуальность исследований для получения достоверной и объективной информации о дезадаптации и адаптации организма человека к временном}' десинхронозу (лат. de -отрицание, Буп — вместе, сИгопоб — время), а также об уровне его стресса, при различных сценарных условиях изменений во времени [Колесников, 2011; Новиков, 2011].
Активное обс>ждение проблем, связанных с изменением времяисчисления, на уровне общества и органов государственной власти позволило инициировать ряд научных исследований по оценке влияния отклонений административного времени от астрономического (временного десинхроноза) на здоровье населения, в результате которых были получены закономерности формирования наруше-
ния популяционного здоровья населения Пермского края и г, Перми [Новикова. Кирьянов. 2013; Кирьянов. Новикова. Алексеев, 2013: сравнительный .... 2014],
Цель представленной работы: оценить степень влияния изменений параметров системы исчисления времени на адаптационные возможности живых организмов, в том числе человека.
Для достижения поставленной цели был разработан план экспериментальных исследований влияния десинхроноза на жизнедеятельность приматов. который заключался в проведении наблюдения за приматами, а также проведении сбора моче-фекальных масс для изучения уровня гормонов стресса (кортизола и кортикостерона).
Материал и методы
Работа была выполнена на основе проведения и анализа результатов эксперимента по моделирова-
V, Углииких О. С., Кирьянов Д. А., Устинова О ТО, 2015
196
нию десинхроноза на животных. В качестве модели животных была выбрана стая приматов вида Японский макак (Macaca fuscatá) [Японский макак]. содержащихся в Пермском зоосаде.
Эксперимент обшей длительностью 3 недели проводился в два этапа. На первом этапе производился замер фонового уровня контролируемых параметров в естественных условиях содержания приматов. Длительность первого этапа составляет одну неделю. Второй этап эксперимента связан с моделированием изменения условий исчисления времени с последующим замером изменения контролируемых параметров. Длительность второго этапа составляла две недели.
Моделирование изменения условий исчисления времени производилось за счет смещения времени кормления приматов на 2 ч. вперед относительно обычного времени кормления.
В ходе экспериментальных исследований определялось влияние смещения режимов кормления относительного естественного светового дня на жизнедеятельность приматов и изменение параметров поведения (всего 9 показателей), выраженное в проявлении локомоции (перемещение животных в пространстве, обусловленное их активными действиями), груминга (активное поведение животных, направленное на очистку поверхности тела), пищевой деятельности (еда), агрессии. Кроме того, изучалась степень стрессированности животных путем проведения измерений уровня гормонов в моче животных.
В ходе всего эксперимента учитывались климатические показатели (осадки, давление, температура и ветер). Данные были занесены в специальный журнал наблюдений за животными, всего произведена 21 запись.
Определение параметров поведения заключалось в визуальном наблюдении за проявлениями активности, коммуникабельности, локомоции. нервного состояния и агрессии у приматов. Замер биохимических показателей, отражающих степень стрессированности приматов (кортизола и корти-костерона) производился с помощью методов бесконтактного анализа (ИФА) уровня гормонов в среднегрупповых пробах мочи. Отбор проб и визуальные наблюдения производились ежедневно, за 2 ч. до начала кормления.
В основе обработки данных экспериментальных исследований поведения животных при изменении режима кормления лежат методы непараметрической статистики (критерий хи-квадрат и критерий Манна-Уитни). Сравнительный анализ результатов лабораторных исследований выполнялся на основе двухвыборочного критерия Стью-дента.
Анализ динамики поведенческих показателей
На основании критерия Манна-Уитни (р<0.05) был выполнен сравнительный анализ показателей поведения животных до начала эксперимента (первая неделя) и после начала эксперимента (последующие две недели), в результате были получены достоверные различия по следующим показателям: «нервное состояние», «крикливость», «агрессия», «питание», «коммуникабельность» и «активность». При этом по показателям «состояние здоровья», «отношение к игру шкам», «расположение в вольере» на протяжении всего наблюдения у всех особей оставалось стабильным.
На рис. 1 приведена динамика показателей поведения.
Рис. 1. Динамике! изменения показателей поведения у исследу емых особей в среднем по группе
Из рис. 1 видно, что начиная с 09.09.2013 (начало моделирования десинхроноза). повышаются средний балл показателей «нервное состояние», «крикливость», «агрессия», «питание». Причем после резкого скачка «нервное состояние» через 5 дней начинает постепенно снижаться, но все еще продолжает находиться на достаточно высоком уровне, что может быть связано с адаптацией к изменению режима.
Кроме того, анализ показал, что изменения динамики показателей поведения не зависят от пола и возраста особи, т.е. животные реагируют на изменение режима кормления одинаково.
Следует отметить, что средние значения показателей «нервное состояние», «крикливость» и «агрессия» среди особей мужского пола выше, чем среди особей женского пола, что может говорить о большей восприимчивости мужских особей к смене режима.
Изменения показателей «активность», «коммуникабельность» и «отношение к игрушкам» в результате смены режима выражены не так ярко, но являются важными критериями для нормальной жизнедеятельности приматов.
198
О. С Углицкпх, Д. А. Кирьянов, 0.Л9. Устинова
Сравнивая показатели у особей с различным положением в иерархии стаи, можно отметить, что у особей, занимающих доминирующее положение, показатели «нервное состояние», «агрессия», «крикливость» выше, чем у особей, не занимающих данное положение.
В наблюдаемый период отмечены тенденции к понижению температуры и к снижению влажности воздуха. Характер изменений давления и скорости ветра не имеет явного тренда, высокие и низкие значения присутствуют как в первую, так и в последующие две недели.
Динамика изменения уровня гормонов
стрессированности у приматов
В результате исследований было обнаружено, что при смоделированном путем смещения времени кормления дссинхронозе ответ организма выражается всплеском гормонов стресса, а именно, кортизола и кортикостсрона. В качестве критерия для оценки различий использовался двухвыбороч-ный критерий Стьюдснта.
На рис. 2 и 3 приведена динамика изменения уровня кортизола и кортикостсрона.
Кортизол, нг/мл
500 450 400 ЗБО
зоо
250 200 1ЬО 100
сёЗоЗЗЗЗ
8 8 3 3
Э 3 3 3 о 5 й <2 2 Я Я Я
Рис. 2. Динамика изменения уровня кортизола (нг/мл) в отобранных пробах
Кортикостерон, пг/мл
• •
ООО
На рис. 4 и 5 приведены средние значения кортизола и кортикостерона в первую неделю и две последующие недели эксперимента.
Анализ средних концентраций показателей в первую и в две последующие недели выявил статистически достоверное межгрупповое различие между ними (р<0.03) (рис. 4. 5).
Кортизол, нг/мл
400 350
зоо
250 200 150 100
347.4
первая неделя
вторая и третья неделя
Рис. 4. Средние значения кортизола (нг/мл) в отобранных пробах
Кортикостерон, пг/мл
первая неделя
вторая и третья неделя
Рис. 3. Динамика изменения уровня коргикостерона (пг/мл) в отобранных пробах
Наблюдается тенденция к увеличению в моче уровня гормонов стресса (рис. 2, 3).
Рис. 5. Средние значения кортикостерона (пг/мл) в отобранных пробах
Анализ средних концентраций показателей в первую и в две последующие недели выявил статистически достоверное межгрупповое различие между ними (р<0.03) (рис. 3).
Для связи показателей, наблюдаемых у приматов, с факторами среды обитания было проведено стандартное многомерное линейное регрессионное моделирование. Выбор модели был выполнен на основе нашего анализа и предварительных знаний о взаимосвязи факторов. Коэффициенты были получены обычным методом наименьших квадратов. Последовательно построены модели влияния погодных у словий и временного фактора на каждый параметр, характеризующий состояние приматов.
Концентрация кортизола
При рассмотрении зависимости выработки кортизола была принята гипотеза о временном лаге между воздействием и ответом, в данном случае значение лага составило двое суток. Полуденная зависимость влияния погодных и временных условий на концентрацию кортизола записывается в следующем виде (1):
Сот5о1 = 3.823 х Нит + 4.63 х Рг еж +15.539 х Тетр+ + 35.079 х \Yind +169.81 \х(Гас(ог = 1)- 3802.425
где Cortisol - концентрация кортизола, нг/мл;
Hum - влажность возду ха. %;
Press - давление атмосферного воздуха, мм рт.ст.;
Temp - температура воздуха. °С;
Wind - скорость ветра, м/с;
Factor - фактор временного смещения (1 -смещение кормления на 2 часа. О - отсутствие смещения).
Сравнение результатов численного моделирования и реальных данных приведено на рис. 6.
Кортизол, нг/мл
» Реальное значение 1 Расчетное значение
Рис. 6. Динамика изменения значений
кортизола. полученных в реальных замерах и с помощью модели
Проведенный дисперсионный анализ выявил статистически значимую связь между кортизолом и временным фактором. Предикторы Hum, Wind, Factor с большой вероятностью влияют на величину кортизола. Коэффициент детерминации полученной модели составил 0.23.
Концентрация кортикостерона
При рассмотрении зависимости выработки кортикостерона была принята гипотеза о временном лаге между воздействием и ответом, в данном случае значение лага составило одни сутки. Полученная зависимость влияния погодных и временных условий на концентрацию кортикостерона записывается в следующем виде (2): Cortic = 0.13 lx Hum+0.31 lx Press +1.707х Temp + (2) +1.09х Wind+9.337х (.Factor=1) - 257.532
где Cortic - концентрация кортикостерона, нг/мл;
Hum - влажность воздуха, %:
Press - давление атмосферного воздуха, мм рт.ст.;
Temp - температура воздуха, °С;
Wind- скорость ветра, м/с:
Factor - фактор временного смещения (1 -смещение кормления на 2 часа, 0 - отсутствие смещения).
Сравнение результатов численного моделирования и реальных данных приведено на рис. 7.
Проведенный дисперсионный анализ выявил статистически значимые связи между кортикосте-роном и влажностью, температурой, временным фактором. Предикторы Hum, Wind, Factor с большой вероятностью влияют на значение концентрации кортикостерона. Коэффициент детерминации полученной модели составил 0.417.
Рис. 7. Динамика изменения значений кортикостерона. полученных в реальных замерах и с помощью модели
Проведенный дисперсионный анализ не выявил статистически значимых связей между активностью (коэффициент детерминации полученной модели составил 0.04) и параметрами окружающей среды, а также между коммуникабельностью (коэффициент детерминации полученной модели составил 0.37) и параметрами окружающей среды.
Проведенный дисперсионный анализ выявил статистически значимые связи между питанием и всеми анализируемыми параметрами окружающей среды, а также между крикливостью и всеми анализируемыми параметрами окружающей среды, кроме скорости ветра. Предиктор Factor с большой вероятностью влияет на значение параметров питания (коэффициент детерминации полуденной модели составил 0.774.) и крикливости приматов (коэффициент детерминации полученной модели составил 0.577).
Проведенный дисперсионный анализ выявил статистически значимые связи между нервным состоянием приматов и всеми анализируемыми параметрами окружающей среды, кроме давления. Предикторы Factor и Press с большой вероятностью влияют на значение параметра нервного состояния приматов. Коэффициент детерминации полученной модели составил 0.885.
Проведенный дисперсионный анализ выявил статистически значимые связи между агрессией и всеми анализируемыми параметрами окружающей среды, кроме скорости ветра и температуры воздуха. Предикторы Factor и Hum с большой вероятностью влияют на значение параметра агрессивного состояния приматов. Коэффициент детерминации полученной модели составил 0.696.
30 Кортикостерон, нг/мл
2S Л *
20 ■
1S •
10 •
5 •
О ■ > ^ ^ лЛГ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ У <Г У У оГ У У —•— РМЛЬИО* значение ■ Расчетное значение
Результаты
Проведенный анализ выявил статистически значимую связь между содержанием адаптивных гормонов надпочечников (кортизола и кортикосте-роиа) в пробах мочи и временным фактором. Но в связи с тем, что гормоны меряются не напрямую в крови, существует временной лаг между воздействием и ответом.
Несмотря на то. что обнаружены значимые влияния погодных условий, таких как влажность, температура и ветер, основной стресс у животных наблюдается за счет изменения временного фактора.
При этом не было выявлено явного влияния ни одного из выбранных природных факторов на такие поведенческие проявления приматов, как активность и коммуникабельность. Это может говорить о более отдаленных эффектах влияния выбранных факторов, превышающих по времени анализируемый период.
Также в результате эксперимента, была выявлена явная статистически значимая связь между временным фактором и параметрами поведения, такими как питание, нервное состояние, крикливость. агрессия. Данные поведенческие параметры в большей степени характеризуют состояние дезадаптации приматов.
В заключение можно сказать, что в результате эксперимента была выявлена связь между сдвигом кормления приматов по времени и показателями, отражающими дезадаптацию приматов, что может говорить о влиянии фактора смены исчисления времени на их жизнедеятельность. Также было учтено влияние погодных условий на проявление стресса. Результаты показывают, что через 2-3 недели можно ожидать адаптацию к этому стрессу, как по поведенческим показателям, так и по уровню стресса. Проведенное исследование является одним из оснований для утверждения того, что незначительные нарушения здоровья живых организмов, в том числе и человека, могут возникать в период смены исчисления времени, с незначительным периодом адаптации.
Библиографический список
Кирьянов ДА,, Новикова О.С., Алексеев В.Б. Оценка влияния на здоровье населения систем исчисления времени И Здоровье населения и среда обитания. 2013. № II (248). С. 46-47. Колесников C.IL Пусть всегда будет лето: о проблеме перехода на летнее/зимнее время // Профиль. 2011. №10. С 59.
Новиков Н.Ю. Отмена переходов на летнее и зимнее время в Российской Федерации // Федеральный справочник. IVL 2011, Вып. 25. С. 189-194.
Новикова О.С., Кирьянов ДА. Медико-биоло-гические аспекты изменения соотношения административного и астрономического времени на территории РФ // Экологические проблемы антропогенной трансформации городской среды: сб. материалов науч.-практ. конф. Пермь. 2013. С 228-231.
Сравнительный анализ вероятных последствий влияния на здоровье граждан различных сценарных условий исчисления времени / В.Б. Алексеев, Д А, Кирьянов, М.Ю. Цинкер и др. // Анализ риска здоровью. 2014, №1, С. 88-98.
Японский макак, URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/ Японский макак (дата обращения: 25.12.2014).
References
Alekseev V.B., Kiryanov D.A. Cinker M.Ju„ Кл-maltdinov M.R„ Novikova O S. [Comparative analysis of expectable consequences of impact on the health of citizens of different scenario conditions of time computation]. Analiz riska zdorov'ju. N 1 (2014): pp. 88-98. (In Russ.).
ICiryanov DrAT, Novikova OS.. Alekseev V.B. [Assessment of the computation of tune systems' impact on the people health]. Zdorov'e naselenija i sreda ohitanija. N 11 (248) (2013): pp. 46-47, (111 Russ).
Kolesnikov S.I. [Let it always be summer about the questions during day-light saving timej. Profi!', N 10 (2011): p, 59. (In Russ.).
Japanese macaque. Available at: http://ru wikipedia о^и1к1/Японский_макак (accessed: 25.12.2014). (In Russ.).
Novikov N.Ju. [Cancellation of day-light saving tune in Russian Federation]. HederaVnyj sprm'ochmk I Federal information guide] Moscow. 2011. vol 25, pp. 189-194. (In Russ ).
Novikova O.S., Kiryanov D A. [Medical and biological aspects of the modification in proportion of the administrative and astronomic time on the territory of Russian Federation]. Ekologicheskie prob-lemy antropogennoj transformacii gorodskoj sredy. [Ecological problems of the urbane human-caused transformation. The collection of materials of scientific-practical conference]. Perm, 2013, pp. 228-231. (In Russ.).
Поступила в редакцию 24.04.2015
Об авторах
Углицких Ольга Сергеевна, магистрант биологического факультета ФПБОУВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» 614099, Пермь, ул. Букирева, 15; [email protected]; +79082738715
Кирьянов Дмитрий Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры экологии человека и безопасности жизнедеятельности ФГБОУВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» 614099, Пермь, ул. Букирева. 15 начальник отдела математического моделирования систем и процессов
ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками чдоровью населения» 614045, Пермь, ул. Монастырская. 82; [email protected]: (342)2371804
Устинова Ольга Юрьевна, доктор медицинских наук, профессор кафедры экологии человека и безопасности жизнедеятельности ФГБОУВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» 614099. Пермь, ул. Букирева, 15; (342)2363264
заместитель директора по лечебной работе ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий у отравления рисками здоровью населения» 614045, Пермь, ул. Монастырская. 82; ustinova@fcriskщ: (342)2372534
About the authors
Uglitskikh Olga Sergeevna. graduate student of biological faculty
Perm State University. 15, Bukirev str„ Perm, Russia, 614990, [email protected]; +79082738715
Kirvanov Dmitriv Aleksandrovich, candidate of technical Sciences, associate professor of the Department of human ecology and life safety Perm State University. 15, Bukirev str. Pemi. Russia, 614990
head of Department of mathematical modeling of systems and processes
FBSI "Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies"
82; Monastyrskaya St.. Perm, 614045, Russia; [email protected]; (342)2371804
Ustinova Olga Yurievna, Doctor of medicine,
associate professor, professor of the Department of
human ecology and life safety
Perm Stale University. 15. Bukirev sir.. Perm,
Russia, 614990; (342)2363264
Deputy Director for clinical work
FBSI "Federal Scientific Center for Medical and
Preventive Health Risk Management Technologies"
82; Monastyrskaya SL Perm. 614045. Russia;
usti nova@fcrisk. ru: (342)2372534
