CC BY
54
УДК - 612.261 + 615.241
ИЗМЕНЕНИЕ ПРОФИЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ МЫШЕЙ ПОСЛЕ ПРЕБЫВАНИЯ В ГЕРМООБЪЕМЕ
Т.Г. Иванова
Представлены результаты изучения влияния воздействия гипоксии с гиперкапнией на профиль индивидуального поведения белых мышей. Показано, что максимальное повреждение двигательной активности и поведения у мышей наблюдается через 1-2 часа после воздействия. Ключевые слова: Стресс, Гермообъе,. Гипоксия, Паттерны поведения.
Введение. Для выживания организм любого животного (и человека в частности) должен быть способен поглощать кислород из атмосферы и транспортировать его клеткам, где он используется в метаболизме. Некоторые животные клетки могут короткое время вырабатывать небольшое количество энергии без участия кислорода (анаэробный метаболизм). Клетки других органов (например, головного мозга) могут существовать только при наличии постоянного снабжения кислородом (аэробный метаболизм). Мозг и сердце - считаются наиболее уязвимыми органами в условиях гипоксии и аноксии. В начале недостаток кислорода поражает функцию органа, а с течением времени вызывает и необратимые морфологические изменения, когда восстановление функции невозможно, в случае с мозгом и сердцем время повреждения сокращается до минут.
В основе возникновения гипоксических состояний лежат либо нарушения механизмов доставки кислорода к тканям и клеткам и нарушения клеточного метаболизма, либо снижение концентрации кислорода в воздухе. Гипоксия гермообъема является уникальным повреждающим фактором, т.к. связана с прогрессивным снижением кислорода и одновременным накоплением углекислого газа (гиперкапния) во вдыхаемой смеси.
Протекающие в условиях гипоксии с гиперкапнией (ОГсГК) свободнорадикальные реакции деструктурирования органических веществ и их микросомальное окисление приводят к резкому изменению энергетических процессов клетки и дестабилизации их мембран [1, с.78].
Гипоксия с гиперкапнией вызывает реализацию стресс-реакции. Так как воздействие на организм в условиях гермообъема является достаточно сильным, возникающая стресс-реакция из общего, неспецифического звена адаптации переходит в общее, неспецифическое звено патогенеза [2, с. 115].
Гипоксия с гиперкапнией, подавляя метаболические реакции, влияет, прежде всего, на работу головного мозга, нарушаю реализацию инстинктивного поведения и высшую нервную деятельность.
Изменения поведения возможно в случае поражения мозга, особенно корковых отделов. При моделировании поражения мозга используют внешнюю гипоксию, ишемию, сильные стрессы, лекарственные препараты разных групп.
Цель настоящей работы - изучить влияние дозированной гипоксии с гиперкапнией, как сильного стрессорного фактора, на структуру поведения белых мышей (мышь домовая).
Задачи исследования:
1)Разработать модель стессорного гипоксического повреждения организма мышей.
2)Провести экспериментальные исследования поведения белых мышей в постстрессорный период (1-3 час) в камере «открытого поля».
Методика исследований. Опыты проведены на 40 белых беспородных мышах-самцах, масса животных колебалась в пределах 18-22 г.
Для создания стрессорного воздействия использовали модель острой гипоксии с гиперкапнией (гипоксия гермообъема) [3, с.17]. По нашим данным, среднестатистическая мышь живет в гермообъеме 28,6 ± 2,6 минуты. Индивидуальные наблюдения показали, что неустойчивые к воздействию ОГсГК животные гибнут на 12-16 минуте, а устойчивые - после 30-й минуты. Ранняя гибель животных составляет 10-20% от группы, что позволяет считать 20 минутное нахождение в гермообъеме достаточно сильным физиологическим повреждением.
Для изучения этологических аспектов действия ОГсГК была использована методика свободного поведения белых мышей (мышь домовая) в камере "открытого поля" [4, с.14-38]. Степень поражения организма стрессором определяли через 0,5, 1, 2, 3 и 24 часа после воздействия. Сравнивали полученные данные с интактной группой животных.
Мышь помещали в угол камеры и в течение 4 мин фиксировали элементы поведения (паттерны): обнюхивание (О), перемещение (П), движение на месте (ДнМ), норка (Н), груминг (Г), вертикальная стойка (ВС) и стойка с упором (СУ) [5, с.119]. Рассчитывали объем паттернов в
При анализе результатов проведенных исследований было изучено четыре интегральные характеристики поведения: эмоциональная реактивность, эмоциональная тревожность, ориентировочно-исследовательская активность (ОНА) и коэффициент подвижности [6, с.32-37].
Граф-анализ структуры поведения проводили по методике, предложенной A.M. Чирковым и соавторами [7, с.25-32].
Результаты и обсуждения. Поведение мышей, помещенных в ярко освещенное поле, определяется двумя важными стимулами: страхом незнакомой обстановки и исследовательскими рефлексами. Видимое отсутствие внешней угрозы приводит к уменьшению страха и стимулирует познавательную активность мышей, исследовательское поведение которых складывается из четко отличимых друг от друга элементов - паттернов. Таким образом, мыши интактных групп в камере открытого поля демонстрируют выраженное исследовательское поведение.
В наших исследованиях мыши контрольной (интактной) группы в камере открытого поля демонстрировали четко выраженное исследовательское поведение. В структуре их поведения доминировала триада паттернов О-Н-П, что соответствует исследованию неизвестной обстановки (табл.1, рис.1). Самым большим по объему паттерном является обнюхивание, почти равными по объему - паттерны характеризующие движение (П и ДнМ).
У животных достаточно хорошо выражена вертикальная локомоция, отражающая ориентировочно-исследовательскую деятельность.
Известно, что у грызунов груминг специфически активируется при действии стресса, и поэтому он считается одним из его поведенческих маркеров. Сильный стресс приводит к снижению двигательной и исследовательской активности грызунов на фоне заметно возросшего груминга.
Дополнительный расчет интегральных показателей поведения показал, что у животных контрольной группы хорошо выражена двигательная и ориентировочно-исследовательская активность, низкие значения имеют эмоциональная реактивность и тревожность.
Таблица 1.
Структура индивидуального поведения мышей в постгипоксическом периоде_
Паттерн поведения Изменение объема паттернов поведения мышей после ОГсГК, в % к контролю
через 0,5 часа через 1 час через 2 часа через 3 часа через 24 часа
Обнюхивание 100,9 64,1* 62,9 *** 97,1 117,8
Перемещение 62,8 87,3 75,5 91,3 52,4*
Сидит 314,2** 138,5 155,6 112,5 169,2**
Норка 71,6 70,7 109,3 101,3 82,4
Движение на месте 146,9 192,1 218,5* 100,3 201,4**
Груминг В 19,4 раза*** В 13,6 раз*** В 18,5*** В 8,7 раза В 2 раза
Стойка с упором 42,0* 59,7* 69,3 0 36,4
Интегральные показатели поведения
Эмоциональная реактивность 316,6* 138,5 165,3* 123,4 114,8
Эмоциональная тревожность 100,0 116,3 169,4* 67,8 125,6
ОНА 82,2 84,2 78,8 71,4 90,2
Коэффициент подвижности 8,6*** 4,4*** 3 2*** 25,9* 60,9*
Примечание: * - статистически достоверно отличается от значений контрольной группы мьи где достоверность равна или больше * - 0,05 ** - 0,01; *** - 0,001.
Рис 1. Соотношение объемов паттернов поведения мышей контрольной группы и вероятности перехода одного паттерна поведения в другой по тесту «открытое поле»
Условные обозначения на этом и других рисунках:
- вероятность перехода паттернов более 0,5;
- вероятность перехода паттернов от 0,5 до 0,3;
- вероятность перехода паттернов от 0,3 до 0,1.
Масштаб: в 1 см - 20".
Наибольшие изменения в структуре поведения мышей экспериментальных групп отмечались в интервале первого-второго часа после воздействия ОГсГК. Это проявлялось в максимальном снижении объема коммутирующего паттерна поведения - обнюхивания, а также паттернов «перемещение», «стойка с упором» и "норка". Такие изменения соотношений между объемами элементов поведения свидетельствуют, что животные из состояния относительного безразличия (сразу после извлечения из гермообъема) переходят в "ажиатированное" состояние, о чем особенно свидетельствует появление в структуре поведения груминга и увеличение объема паттерна «движение на месте». При этом между элементами поведения возникают дополнительные связи, которые отсутствовали в норме (рис.2).
Рис 2. Соотношение объемов паттернов поведения мышей через 1 час после и вероятности перехода одного паттерна поведения в другой по тесту «открытое поле»
Хаотичное по структуре поведение животных экспериментальных групп можно рассматривать как нервозное, связанное, вероятно, с появлением спонтанного страха.
После воздействия ОГсГК в спектре поведения мышей экспериментальных групп наблюдается угнетение двигательной активности, которая от нормы составляет от 1 до 3,5%. В интервале от 1 до 2 часов наблюдается снижение исследовательской активности, что выражается в уменьшении времени паттернов «обнюхивания» на 35-40% и «норка» - на 30-70%.
В этот же интервал времени резко возрастает эмоциональная реактивность и тревожность. Рост этих интегральных показателей колеблется в пределах 1,5-4 раза.
Эмоциональная реактивность отражает скорость реагирования животного, его отдельных систем на разнообразные внешние факторы. В состоянии покоя этот показатель имеет низкие значения, а в условиях стресса - возрастает. Это позволяет животному быстро принимать решение о типе ответной реакции на раздражитель, т.к. от скорости его реакции зависит выживание.
В наших экспериментах максимальное значение эмоциональной реактивности отмечается в первые полчаса после воздействия ОГсГК, она возрастает в 3,1 раза по сравнению с контрольной группой. В интервале 1-2 часа эмоциональная реактивность остается высокой и составляет 138 и 165% от контроля. Нормализуется значение эмоциональной реактивности только через 24 часа после воздействия ОГсГК.
Второй характеристикой уровня стрессорного воздействия является тревожность. Высокий уровень тревожности проявляется в тенденции оценивать явления и предметы, объективно не опасные, как угрожающие жизни, с последующим переживанием тревоги. Животные в таком состоянии не склонны к исследованию новых объектов и территорий, не вступают во взаимодействия с сородичами.
В ходе наших исследований тревожность животных после гермообъема начинает расти и к 2 часам после воздействия достигает 169,4% по сравнению со значением у контрольной группы.
Через три часа после воздействия ОГсГК исследуемые элементы поведения и характер связей между ними начинают нормализовываться, аналогичные результаты получены для исследований через 24 часа после ОГсГК.
В спектре двигательной активности у всех экспериментальных групп появляется груминг, как компенсация недостаточной двигательной активности и повышенной эмоциональной тревожности. По сравнению с контрольной группой этот паттерн имеет большой объем.
У животных при стрессе снижается мотивация взаимодействовать с окружающей средой, приводя к чрезмерной само-акцентированности животного. При этом активация груминга может отражать перенос внимания животного от анализа среды на собственный организм.
Выводы
1. Двадцатиминутное воздействие на организм гипоксии с гиперкапнией вызывает
-таксимальное нарушение поведения белых мышей через 1-2 часа от повреждения, что может связано с угнетением функций коры переднего мозга. Нарушения поведения отмечаются даже через 24 часа от момента воздействия, что позволяет считать гипоксию гермообъема более сильным и сложным повреждающим фактором, чем остальные виды нормобарической и гипобарической гипоксии.
2. Максимальное угнетение двигательной активности животных наблюдается через 2 часа после повреждения, поэтому проверку корректоров двигательной активности и восстановителей работоспособности на разработанной модели мы рекомендуем проводить в интервале 1,5-2 часа после воздействия.
3. Разработанная модель может быть использована для оценки психотропного эффекта лекарственных препаратов и химсоединений в интервале от 0,5 до 1,5 часа (оптимально - через 1 час), когда у животных резко повышается эмоциональная реактивность и тревожность.
Results of studying the influence of hypoxia with hypercapnia on the profile of individual behavior of white mice. It is shown that the maximum damage to the motor activity and behavior in mice is observed after 1-2 hours after exposure. The key words: Stress. Germoobem (Sealed enclosure). Hypoxia. Patterns of behavior.
Список литературы
1. Меерсон Ф.З. Общий механизм адаптации и роль в нем стресс-реакции, основные стадии процесса// Физиология адаптационных процессов. М., 1986. С.77-123.
2. Меерсон Ф.З. Адаптация. Стресс. Профилактика. М.: Наука, 1981. С.95-180.
3. Методические рекомендации по экспериментальному изучению препаратов, предлагаемых для клинического изучения в качестве антигипоксических средств./ Под ред. Л.Д. Лукьяновой. М., 1990. С .17-19.
4. Пошивалов В.П. Этологический атлас для фармакологических исследований на лабораторных грызунах. М., 1978. ДСПвВИНИТИ, № 3164-78. 43 с.
5. Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Дж.П. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения. М.: Высшая школа, 1991. 398 с.
6. Нестерова Е.Н. Роль физико-химических характеристик в прогнозировании и реализации фармакологических свойств производных 3-оксипридина: Дне....канд. биол. наук. М.- Брянск, 1997.ДСП.188 с.
7. Поведенческие и нейрогормональные проявления эмоционально-стрессорных состояний у обезьян /ЧирковА.М., ЧирковаС. К., ВойтИ.С. идр. // Физиологическийжурнал. 1993. Т.79. №1. С. 25-32.
Об авторе
Иванова Т. Г.- кандидат биологических наук, доцент Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского.
