CC BY
42
УДК 612.028
НЕЙРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ САХАЛИНСКОГО ЦЕОЛИТА В ЭКСПЕРИМЕНТЕ НА ЖИВОТНЫХ
А.А. СЕРГИЕВИЧ*, К.С. ГОЛОХВАСТ**
Продемонстрированы экспериментальные показатели инструментального поведения у лабораторных животных с различной типологической принадлежностью при применении цеолита Сахалинского. Показано, что. тенденция изменения параметров мотивационноэнергетической и когнитивной сфер в проблемной камере отличается от аналогичной в подопытных группах, получавших синтетические нейротропные вещества.
Ключевые слова: когнитивный показатель, универсальная проблемная камера, цеолит Сахалинский, лабораторные крысы.
С точки зрения теории функциональных систем, предложенной нашим выдающимся отечественным физиологом П.К. Анохиным, нормальное функционирование организма, ткани, клетки, молекулы невозможно без поддержания жестких и пластичных констант организма, являющихся основополагающим компонентами в поддержании постоянства внутренней среды организма (гомеостаза) и осуществлении жизненно необходимых функций.
Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов, от морфологически самых простых до наиболее сложных, выработались разнообразные анатомические, физиологические и поведенческие приспособления, служащие одной цели - сохранению постоянства внутренней среды.
Жизнь организма возможна при условии сохранения состава внутренней среды в определенных пределах. У одноклеточных организмов пределы, в которых постоянство внутренней среды может быть сохранено, очень ограничены, причем основным стабилизирующим фактором является саморегуляция на уровне самих биохимических процессов, протекающих в клетке. Поэтому жизнь одноклеточного организма находится в очень высокой зависимости от внешней среды, и основной причиной смерти у одноклеточных является смерть, вызванная действием внешних причин.
В процессе эволюции возникли сложные высокодифференцированные организмы. Кардинальным их отличием от одноклеточных является способность к поддержанию постоянства внутренней среды в условиях довольно значительных колебаний внешней среды. Эта способность обеспечивается функционированием сложных гомеостатических систем, деятельность которых направлена на сохранение постоянства состава тела.
Однако функционирование этих гомеостатических систем не может происходить на одном и том же уровне в течение всей жизни индивида, так как в процессе развития и роста организма происходят изменения в интенсивности метаболических процессов и функции ряда ключевых систем. Поэтому для обеспечения стабильности в развивающемся многоклеточном организме необходимо, чтобы гомеостатические системы сами развивались параллельно во времени. Только принцип саморазвития гомеостатических систем может обеспечить постоянство среды в развивающемся организме [1].
Структурными субстратами, лежащими в основе гомеостаза могут служить различные органические и неорганические вещества, принимающие прямое участие в работе системных механизмов организма.
Цеолиты, являющиеся представителями неорганических компонентов, многое время учеными медико-биологических направлений не рассматривались как субстанции, способные влиять каким-либо образом на функциональные особенности живого организма. Но с течением определенного времени появились факты, доказывающие участие минералов в метаболических процессах макро- и микроорганизмов [2-11].
Таким образом, несмотря на отсутствие подробных знаний
о механизмах влияния цеолитов, в настоящее время их применение считается перспективным направлением в медикобиологических исследованиях. Большую популярность они имеют в практике животноводства [12], где данные минералы вклю-
* Амурская государственная медицинская академия, 675000, г. Благовещенск, Горького, 95, [email protected]
Дальневосточный федеральный университет, 690990, Владивосток, Пушкинская, 37, [email protected]
чаются в пищевой рацион различных животных с целью увеличения сельскохозяйственной продукции. В настоящее время имеются результаты (и продолжают проводиться исследования в этом направлении) по влиянию цеолитов различного происхождения на разные физиологические функции, в частности на систему пищеварения [13,14]. При этом отсутствуют на сегодняшний день работы, отражающие способность цеолитов влиять на поведенческие функции. Последнее имеет немаловажное значение, поскольку с точки зрения функциональных систем поведение всегда будет являться внешним контуром регуляции, независимо от того на какие гомеостатические системообразующие факторы (константы) оказывается то или иное внешнее или внутреннее влияние.
Цель исследования - изучение инструментального поведения в универсальной проблемной камере после применения цеолита Сахалинского в сравнительном аспекте с известными нейротропными средствами у лабораторных животных.
Материалы и методы исследования. Опыты выполнены на 42 (по 14 особей в контроле, в подопытной группе с мексидо-лом и подопытной группе с цеолитом), беспородных крысах-самцах массой 200-250 г. Предварительно у всех животных вырабатывали инструментальный рефлекс активного избегания из проблемной камеры (ПК). Данные экспериментальные особи (согласной нашей классификации относились к средней типологической группе [15]) с средними значениями изначального уровня когнитивных способностей и исследовательской активности. Условным раздражителем служил электрический ток, подаваемый на электродный пол установки силой, не достигающей болевого порога чувствительности (аверсивный). Далее формировали информационно-эмоциональный стресс путем помещения в проблемную камеру, где в один и тот же выход произвести побежку возможно только один раз и каждая повторная попытка выхода в заблокированную дверь расценивалась как ошибочная. Этим самым перед тестируемой особью формировался дефицит прогностической информации. Процентное соотношение ошибочных к безошибочным побежкам определяло когнитивный показатель (КП). Время принятия решения (ВПР) равнялось периоду от момента помещения в камеру до момента первого выхода из нее. Время от момента правильного выхода в первую найденную дверь до последнего (правильного) составило показатель времени поисковых действий (ВПД). Количество побежек в
1 минуту определяло параметр частоты поиска (ЧП).
Мексидол (100 мг/кг) в виде 5% раствора в ампулах по 2 мл вводился внутрибрюшинно за 2 ч до начала эксперимента. В равном объеме животным контрольной группы инъецировали стерильный 0,9% раствор натрия хлорида. Цеолиты измельчались с помощью ультразвукового гомогенизатора Bandelin Sonopulse 3400 (пр-во «Bandelin», Italy), согласно нашей методики [16], в течение 10 минут и размер частиц цеолитов составлял около 10 мкм. Изучаемый цеолит добавлялся в корм из расчета 5% от массы сухого корма. Эксперименты проводились согласно правилам о гуманном отношении к животным.
Таблица 1
Влияние мексидола на стратегию ошибочных побежек в проблемной камере
Процент ошибочных побежек
Порядковый Первые сутки Последние сутки
номер тестирования тестирования
выхода Контрольная Опытная Контрольная Опытная
из ПК группа группа группа группа
№ 1 2% 6% 0% 14%
№ 2 0% 14% 4% 19%
№ 3 5% 11% 21% 21%
№ 4 73% 37% 53% 23%
№ 5 11% 25% 21% 11%
№ 6 9% 7% 0% 12%
Результаты и их обсуждение. В исследуемой группе, получающей мексидол, наблюдались изменения как качественных, так и количественных параметров поведения при сформированном информационно-эмоциональном стрессе. Оптимальное изменение стратегии ошибочных побежек связано, по-видимому, с анксиолитическим эффектом мексидола. Снижение уровня тревожности опытных животных являлось прогностической предпосылкой для совершенствования параметров когнитивной сферы при дальнейшем их тестировании. У данной группы как в первый, так и в последний день тестирования зарегистрировано
более равномерное распределение доли неверных действий в шесть возможных выходов из ПК (табл. 1). Данный факт, на наш взгляд, отражает позитивную динамику исследуемой сферы. Когнитивный показатель контрольных особей был ниже во все дни наблюдения (р<0,05), максимальная разница составляла 23,8% в четвертые сутки эксперимента.
Наиболее низкие значения ВПР в проблемной камере приходились на опытную группу животных (табл. 2), они снизились с 9,4 с (1 сутки) до 4,1 с (5 сутки).
Таблица 2
Влияние мексидола на параметры приобретенного поведения в проблемной камере при информационно-эмоциональном стрессе
параметры сутки 1 сутки 2 сутки 3 сутки 4 сутки 5 сутки
группа
ВПР (с) контрольные 12,1±2,1 10,8±3,3 9,3±1,1 8,1±1,3 7,9±0,6
мексидол 9,4±1,3 7,7±0,9 5,2±0,3* 4,8±1,4 4,1±0,3*
ВПД (с) контрольные 94,3±9,3 81,2±8,7 71,8±10,2 61,7±3,9 54,7±11,2
мексидол 53,1±8,4* 44,3±6,8* 46,4±15,3 39,4±7,1* 37,4±10,8
ЧП (в мин) контрольные 11,7±0,6 11,9±0,3 12,5±1,2 13,3±0,9 13,7±0,8
мексидол 14,1±0,5* 16,2±0,7* 16,9±1,4 17,3±0,7* 17,3±0,3*
КП (%) контрольные 39,4±3,7 44,3±4,2 47,4±2,9 45,3±3,1 49,9±3,4
мексидол 56,8±4,9* 61,2±3,7* 68,2±3,7* 69,1±4,2* 71,4±2,8*
Примечание: * - р<0,05, различия достоверны по сравнению с контрольными животными
Аналогично изменялся показатель ВПД, совершаемых при нахождении всех имеющихся выходов из камеры, изменяясь с 94,3 с (1 сутки) до 54,7 с (5 сутки) у контрольных и с 53,1 с (1 сутки) до 37,4 с (5 сутки). ЧП у опытных крыс по сравнению с контрольными была выше во все дни тестирования (табл. 2).
О противотревожном эффекте мексидола мы также судили на основании визуальных наблюдений за опытными крысами в ПК. У этих животных по сравнению с контрольными наблюдался более низкий уровень локомоции и вокализации, более целенаправленные побежки к предполагаемым незаблокированным выходам после повторного помещения внутрь установки. Учитывая высокий уровень значений интегративных показателей поискового поведения у опытных особей, мы считаем, что мекидол не подавляет, подобно транквилизаторам [17], поведенческие сорт§-механизмы, а, умеренно снижая эмоциональность, оказывает регулирующее действие в зависимости от исходного биохимического и функционального состояния мозга, при необходимости снижая возбуждение (в аверсивной обстановке) или повышая его (в норме). Мексидол относят к ноотропным препаратам смешанного типа с широким спектром эффектов, к подгруппе антиоксиданты [18]. Парадоксальное явление увеличения КП, наряду с возрастающими значениями ЧП, в данном случае возможно объяснить нейропротекторными свойствами препарата.
Таблица 3
Стратегия ошибочных побежек в проблемной камере у животных, получавших цеолит
Процент ошибочных побежек
Порядковый номер выхода из ПК Первые сутки тестирования Последние сутки тестирования
Контрольная группа Опытная группа Контрольная группа Опытная группа
№ 1 2% 11% 0% 5%
№ 2 0% 21% 4% 18%
№ 3 5% 16% 21% 32%
№ 4 73% 30% 53% 26%
№ 5 11% 20% 21% 8%
№ 6 9% 2% 0% 11%
Стратегия ошибочных побежек у экспериментальных особей, получавших цеолит, имела свои характерные особенности (табл. 3). В первые сутки исследования на два (№ 4 и № 5) из шести имеющихся выходов пришлось 50% ошибочных побежек, совершенных животными. В контрольный группе и группе, получавшей мекси-дол, наблюдалась схожая картина, где доля неправильных действий в указанные выходы составила 84% и 62% соответственно. К последнему дню наблюдения стратегия ошибочных побежек у животных из цеолит-группы была аналогична тенденции в группах с мексидолом и контроле. При этом, в отличие от контроля, как у экспериментальных особей получавших цеолит, процент побежек в
выходы № 3 и № 4 снизился на 16% (в мексидол-группе на 30%). Исходя из этого, можно предположить, что используемый цеолит в некоторой степени оказывает схожее с мексидолом действие. Естественно, данное влияние будет менее выражено в сравнении с мек-сидолом, обладающим выраженным нейротропным эффектом. Но учитывая, что цеолит - это компонент природного происхождения, в получении которого отсутствует финансово затратная необходимость, открывается определенная степень рациональности его использования с целью оптимизации параметров нервной системы и других систем организма.
Таблица 4
Параметры приобретенного поведения в проблемной камере при информационно-эмоциональном стрессе у животных, получавших цеолит
параметры сутки группа 1 сутки 2 сутки 3 сутки 4 сутки 5 сутки
ВПР (с) контрольные 12,1±2,1 10,8±3,3 9,3±1,1 8,1±1,3 7,9±0,6
цеолит 10,2±1,3 9,4±1,9 9,0±0,7 8,3±1,1 7,1±0,8
ВПД (с) контрольные 94,3±9,3 81,2±8,7 71,8±10,2 61,7±3,9 54,7±11,2
цеолит 75,3±11,4 71,0±8,3 58,3±9,4 47,1 ±7,4 41,7±10,0
ЧП (в мин) контрольные 11,7±0,6 11,9±0,3 12,5±1,2 13,3±0,9 13,7±0,8
цеолит 11,8±0,8 12,5±1,0 11,8±0,9 14,4±1,3 14,6±1,1
КП (%) контрольные 39,4±3,7 44,3±4,2 47,4±2,9 45,3±3,1 49,9±3,4
цеолит 43,9±6,3 43,6±5,1 53,0±3,5 58,9±3,0* 64,1±7,4*
Примечание: * - р < 0,05, различия достоверны по сравнению с контрольными животным
Анализируя параметры мотивационно-энергетической и когнитивной сфер поведенческой активности у животных, получавших цеолит, отмечена характерная картина (табл. 4). Временные характеристики этапа принятия решения, поисковых действий и частоты побежек во все сутки тестирования не имели достоверно значимой разницы с контролем, но при этом прослеживалась общая положительная динамика, схожая с значениями аналогичных параметров в группе экспериментальных особей, получавших мекси-дол. Так, ВПР снизился к последнему дню наблюдения на 30,4% (р>0,05), ВПД на 44,6% (р>0,05). Частота побежек в группе с цеолитом практически не отличалась от контрольных значений, в отличие от мексидола, что можно объяснить менее выраженным ноотропным эффектом и типологической особенностью данной группы, а именно: данный тип животных обладает средним уровнем тревожности и исследовательской активности, а это прямым образом отражается на рассматриваемом показателе.
Когнитивная составляющая, о которой мы судили по когнитивному показателю, отражающему процентное соотношение правильных и неправильных побежек, также имела в процессе обучения положительную тенденцию с достоверно значимой разницей в предпоследний и последний день тестирования. В 4 сутки тестирования разница КП увеличился на 30% (р<0,05) в 5 на 28,5% (р<0,05). Данный факт можно объяснить как с естественным совершенством процесса обучения в течение периода наблюдения, так и с особенностью воздействия минерала на нервную систему. Таким образом, используемый цеолит способен оптимизировать процессы обучения и памяти, механизм которого, вероятнее всего, связан с активизацией метаболических процессов на уровне целостного организма.
Организмы за время существования на нашей планете научились приспосабливаться к колебаниям абиотических факторов среды в виде различных физиологических и морфологических механизмов. К числу этих факторов можно отнести и кристаллы минералов, находящихся в воздухе и воде в виде взвесей, а также горные породы, служащие средой обитания для живых организмов (почва). Минерально-кристаллический фактор напрямую и косвенно влияет на физиологические процессы в организмах и находится во взаимосвязи с другими абиотическими факторами. Было показано, что различные горные породы и минералы (цеолиты, бентониты, диатомиты и т.д.) при поедании могут менять некоторые физиологические процессы в организме диких и домашних животных. Этот процесс в отечественной научной литературе носит название - литофагия, а в зарубежной - геофагия. В некоторых работах сообщается, что животные потребляют природные минералы в стрессовых ситуациях, сопровождающихся психо-физиологической дизадаптацией [19].
Проведенное исследование феномена литофагии среди животных, а также анализ опубликованных материалов, посвящен-
ных изучению медико-биологических свойств природных минералов, употребляемых животными и человеком, позволяют нам сделать вывод о том, что феномен литофагии во всем многообразии его проявлений можно объяснить только как инстинктивное стремление организмов корректировать вещественный состав и функции различных своих систем, которые могут подвергаться рассогласованию под воздействием самых различных неблагоприятных средовых стресс-факторов, с помощью широко распространенных природных минералов. По сути речь идет о периодически возникающих проблемах адаптации организмов с развитием стресса под воздействием неблагоприятных геологических, геофизических и космофизических факторов и эволюционно сложившегося инстинктивного универсального способа коррекции таких нарушений с использованием природных минералов. Стресс у животных, вызванный средовыми факторами, может усугубляться беременностью, линькой, а также ранениями и другими патологическими состояниями. Если же говорить о причинах литофагии не в обобщенном виде, а применительно к конкретным случаям, то они могут быть весьма различными. Различия эти можно подразделять исходя либо из первичных причинных стресс-факторов (таких, например, как особенности геохимии и биогеохимии конкретного района, особенности климата, доля токсичных растений в составе кормов и т.п.), либо из вторичного причинного комплекса соответствующих нарушений в организме. Сама возможность коррекции организма через лито-фагию обусловлена однотипными свойствами, которыми обладают многие гипергенные минералы (формируемые в зоне выветривания горных пород) в плане регуляции физиологических, информационных и энергетических процессов в живых организмах. минералам, обладающим выраженными регулирующе-стабилизирующими свойствами по отношению к живым системам, уже смело можно отнести смектиты, минералы группы каолинита, хлориты, гидрослюды, вермикулиты, некоторые разновидности цеолитов, а также некоторые формы оксидов кремния. Благоприятная по отношению к организму млекопитающих их активность уже имеет многочисленные экспериментальные подтверждения [19].
Литература
1. http: // www.miomed.ru.
2. Silicatein alpha: cathepsin L-like protein in sponge biosilica / K. Shimizu, J.H. Cha, G.D. Stucky, D.E. Morse // Proc Natl Acad Sci USA, 1998.- № 95.- Р. 6234-6238.
3. Silicatein filaments and subunits from a marine sponge direct the polymerization of silica and silicones in vitro / J.N. Cha [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1999.- № 96.- Р. 361-365.
4. Колесников М.П. Формы кремния в растениях / М.П. Колесников // Успехи биологической химии, 2001.- Т. 41.- C. 301-332.
5. Silicase, an enzyme which degrades biogenous amorphous silica: contribution to the metabolism of silica deposition in the demos-ponge Suberites domuncula / H.C. Schroder [et al.] // Prog. Mol. Subcell. Biol, 2003. - № 33.- Р. 249-68.
6. Weaver J.C. Molecular biology of demosponge axial filaments and their role in biosilicification / Weaver J.C., Morse D.E. // Microsc. Res. Tech, 2003.- № 62.- Р. 356-367.
7. Histochemical and electron microscopic analysis of spiculo-genesis in the demosponge suberites domuncula / C. Eckert [et al.] // J. of Histochemistry and Cytochemistry, 2006.- Vol. 54.- № 9.-Р. 1031-1040.
8. Schroder Siliceous spicules in marine demosponges (example Suberites domuncula) / W.E.G. Muller [et al.] // Micron, 2006.- № 37.- Р. 107-120.
9. Калюжная О.В. Поиск и исследование силикатеинов пресноводных губок (автореф. дисс. ... канд. биол. Наук) / О.В. Калюжная // Владивосток, 2007.- 22 с.
10. Идентификация силикатеинов пресноводной губки Lubomirskia baicalensis / О.В. Калюжная [и др.] // Молекулярная биология, 2007.- Т. 41.- № 4.- С. 616-623.
11. Взаимодействие глинистых минералов с микроорганизмами: обзор экспериментальных данных / Е.Б. Наймарк [и др.] // Журнал общей биологии, 2009.- Т. 70.- № 2.- С. 155-167.
12. Гамидов М.Г., Быстрова Е.Г. Перспективы применения
минеральных ресурсов в животноводстве Дальнего Востока / Гамидов М.Г., Быстрова Е.Г. // Успехи наук о жизни, 2009.-
№1.- С. 153-161.
13. Бердников П.П. Опыт лечения гастроэнтеритов с применением цеолита и его влияние на функции пищеварительного аппарата / Бердников П.П. // Материалы 8-го международного конгресса по проблемам ветеринарной медицины. М, 2000.- С. 86.
14. Калачнюк Г.И. Физиолого-биохимическое и практическое обоснование скармливания цеолитов / Калачнюк Г.И. // Вестник сельскохозяйственной науки, 1990.- № 3.- С. 56-64.
15. Типологические особенности поведения крыс / Н. Р. Григорьев [и др.] // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2007.- № 8.- С. 817-826.
16. Способ измельчения природного цеолита для производства биологически активных добавок / К.С. Голохваст, А.М. Па-ничев, И.Ю. Чекрыжов, М.И. Кусайкин // Химикофармацевтический журнал, 2010.- Т. 44.- №2.- С. 54-57.
17. Островский О.В., Спасов А.А. Изучение стресспротек-тивного влияния фенозапама на крыс с различной способностью к избавлению в острой аверсивной ситуации / Островский О.В., Спасов А. А. // ВНД, 1995.- Т.45.- №5.- С. 1014-1021.
18. Воронина ТА., Середенин С.Б. Ноотропные препараты, достижения и новые проблемы / Воронина Т.А., Середенин С.Б. // Экспериментальная и клиническая фармакология, 1998.- Т.61.-№4.- С.3-9.
19. Паничев А.М., Голохваст К.С. О причинах и следствиях литофагиального инстинкта / Паничев А.М., Голохваст К.С. // Успехи наук о жизни, 2009.- №1.- С.70-81.
NEUROBIOLOGICAL CHARACTERISTICS USING OF SAKHALIN ZEOLITE IN EXPERIMENT WITH ANIMALS
A.A. SERGIEVICH, K.S. GOLOHVAST
Amur State Medical Academy, 675000, Blagoveshchensk, 95 Gorkiy St., [email protected]
Far Eastern Federal University, 690990, Vladivostok, 37 Pushkinskaya St., droovv@mail. ru
The experimental characteristics of instrumental behavior of laboratory animals with different typological properties during using of Sakhalin zeolite were demonstrated. The tendency of changes of parameters of motivational - energetic and cognitive spheres in problems chamber has differed from analogical parametrs in experimental groups received synthetic neurotropic substances.
Key words: cognitive characteristic, universal problems chamber, Sakhalin zeolite, laboratory rats.
УДК 616.831+615.835.3-092]:541.135
ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТНОГО ОБМЕНА КАК САНОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ГИПЕРОКСИИ ПРИ ИШЕМИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА
Л.Д. МАЛЬЦЕВА*
Рассматриваются механизмы лечебного действия гипербарической оксигенации (ГБО) на электролитный обмен и активность аденозин-трифосфатаз (ATФаз) в коре и стволе головного мозга при острой ишемии головного мозга продолжительностью 90 минут. Исследуется концентрация ионов натрия и калия в тканях мозга, К+/№+ коэффициент, активность суммарной АТФазы и Na+-K+-АТФазы по окончании 90 минуты ишемии головного мозга при действии ГБО. Ги-пербарический кислород при острой церебральной ишемии нормализует активность суммарных и Na+-K+-АТФаз клеток головного мозга, восстанавливает электролитный обмен в различных структурах головного мозга с более выраженным терапевтическим действием на структуры ствола головного мозга.
Ключевые слова: ишемия головного мозга, гипероксия элетролит-ный обмен, тизменение, саногенетический эффект
Гипербарическая кислородная терапия в настоящее время достаточно широко изучена, что связано с возможностью гипер-барической оксигенации (ГБО) значительно насыщать ткани головного мозга кислородом. «Во время терапии» клиническое выздоровление было зарегистрировано уже 100 лет назад. Многочисленные эксперименты подтвердили саногенетический эффект ГБО на животном организме [1-4].
Идеальным фактором, позволяющим нейронам головного мозга сохранить жизнеспособность при ишемии, безусловно, является гипербарический кислород, увеличивающий содержание рас-
* Россия, г. Воронеж, ул. Студенческая, д. 10, Воронежская государственная медицинская академия имени Н.Н.Бурденко, кафедра патологической физиологии, тел. (84732) 69-77-31.
