CC BY
1УДК 612.66 DOI: 10.36028/2308-8826-2023-11^-6-11
ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ КРЫС РАЗНЫХ ВОЗРАСТОВ В ТЕСТЕ «ОТКРЫТОЕ ПОЛЕ» ПОСЛЕ АНТИОРТОСТАТИЧЕСКОГО ВЫВЕШИВАНИЯ
Н.Г. Искаков1,2, М.Э. Балтин1,2, О.В. Герасимов1,2, А.О. Федянин1,2
1Поволжский государственный университет физической культуры, спорта и туризма, Казань, Россия; 2Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия.
Аннотация
Цель исследования - оценить изменения двигательного и исследовательского поведения в тесте «Открытое поле» в модели антиортостатического вывешивания у крыс в зависимости от возраста. Материалы и методы исследования. Тест «Открытое поле», 35-суточное антиортостатическое вывешивание.
Результаты исследования. Наши данные показали, что 35-суточное антиортостатическое вывешивание изменяет ориентировочно-исследовательское поведение крыс независимо от возраста. Исключением оказались крысы старого возраста, что требует дальнейших исследований.
Заключение. Результаты показали, что 35-суточное антиортостатическое вывешивание снижает двигательную активность у крыс обоих полов и всех возрастных групп, кроме группы старых самцов. Также мы отмечали, что антиортостатическое вывешивание угнетает исследовательскую деятельность у крыс обоих полов и всех возрастных групп.
Ключевые слова: Антиортостатическое вывешивание, поведенческий тест, открытое поле.
FEATURES OF BEHAVIOR IN RATS OF DIFFERENT AGES IN THE OPEN FIELD TEST AFTER HINDLIMB UNLOADING
12N.G. Iskakov, e-mail: NGIskakov@kpfu.ru, ORCID: 0000-0002-3737-9363 12M.E. Baltin, e-mail: baban.bog@mail.ru, ORCID: 0000-0001-5005-1699 12O.V. Gerasimov, e-mail: OleVGerasimov@kpfu.ru, ORCID:0000-0002-8297-8437 12A.O. Fedianin, e-mail: artishock23@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1315-6050 1Volga Region State University of Physical Culture, Sports and Tourism, Kazan, Russia 2Kazan Federal University, Kazan, Russia
Abstract
The purpose of the research was to evaluate the changes in motor and research behavior in the "open field" test
in the model of hindlimb unloading in rats, depending on age.
Materials and research methods. Open field test, 35-day hindlimb unloading.
Research results. Our data showed that 35-day hindlimb unloading changes the tentative research behavior of rats regardless of age. The exception turned out to be elderly rats, which requires further research. Conclusion. The results showed that 35-day hindlimb unloading reduces motor activity in rats of both sexes and all age groups, except for the group of old males. We also noted that hindlimb unloading inhibits research activity in all age groups and in rats of both sexes. Keywords: hindlimb unloading, behavioral test, open field.
ВВЕДЕНИЕ
Модель антиортостатического вывешивания (АОВ) концептуально не изменилась с самого начала ее использования. Данные лабораторий, использовавших модель, показали дифференциальную мышечную атрофию, смещение жидкости в краниальном направлении, возможность животных передвигаться, есть и ухаживать за собой передними конечностями, а также разгрузку задних конечностей без паралича, чтобы животные могли восстановиться после разгрузки [3]. Точно так же известно, что физическая активность оказывает влияние на мышечную массу и силу [13]. Было показано, что отсутствие активности приводит к потере мышечной массы и силы в любом возрасте, а ис -следования при постельном режиме показали, что уменьшение мышечной силы происходит до уменьшения мышечной массы [8]. Однако в разных лабораториях фиксация животного с помощью системы ремней безопасности и степень мобильности существенно различались. Изменение веса животных (набор у растущих крыс или потеря у взрослых животных), которое сохранялось на протяжении всего эксперимента, стало одной из проблем, возможно, связанных с этими различиями. Для решения этого вопроса требовались конструкции менее стрессовых обвязок. Идея хвостовой упряжи была разработана российскими учеными В. Е. Новиковым и Е. А. Ильиным в 1981 году [10]. Фактически масса тела растущих крыс, разгруженных с использованием тяги за хвост, оставалась сопоставимой с массой тела контрольной группы, получавшей такое же количество пищи (т. е. среднегрупповой контрольной группы), в отличие от крыс, разгруженных с использованием тазовых упряжек, то есть было продемонстрировано снижение стрессового воздействия вывешивания [6]. Одной из особенностей использования модели АОВ является возраст используемых животных. По литературным данным возраст используемых грызунов варьируется от нескольких часов (послеродовой) до 6 месяцев [9; 12].В связи с этим целью данного исследования было оценить изменения двигательного и исследовательского поведения в тесте «Открытое поле» в модели антиортостатического вывешивания у крыс в зависимости от возраста.
МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили на нелинейных лабораторных крысах молодого, зрелого и старого возрастов. Экспериментальный протокол был одобрен Локальным этическим комитетом Поволжского государственного университета физической культуры, спорта и туризма (Заключение локального этического комитета ПГУФКСиТ, протокол №2, от 26.05.2023). Содержание, питание и уход за животными осуществлялись согласно международному стандарту [1].
Для моделирования гравитационной разгрузки использовали метод антиортостатического вывешивания (АОВ) по модели Е. R. Могеу-Нокоп в модификации В. Е. Новикова и Е. А. Ильина[10].Перед вывешиванием животное усыпляли. Хвост обрабатывали антисептическим средством, обматывали гипоаллергенным «дышащим» пластырем примерно на две трети, чтобы защитить кожу и избежать повреждений хвоста. На пластырь крепили клейкую упругую полосу и устанавливали дополнительные бандажи лейкопластыря и бечевки, чтобы сформировать ручку, за которую животное подвешивается таким образом, чтобы задние конечности не касались поверхности. Животное помещали в специальную клетку размером 25х25х30 см с открытой верхней частью. Хвост фиксировали на специальном штыре с кольцом для свободного перемещения животного в клетке. Передняя стенка клетки была сделана из оргстекла и позволяла осуществлять постоянное наблюдение за животным.
Для поведенческих тестов использовали тест «Открытое поле». Тестирование проводили в круглой арене (ООО "НПК Открытая наука", Россия), изготовленной из неламинированно-го поливинилхлорида серого цвета, при искусственном освещении. Диаметр арены 97 см, высота стенок 42 см, в полу арены проделаны 13 отверстий ("норки") диаметром 2 см. Область арены поделена на 12 секций периферической (преферентной) зоны и на 7 секций центральной (аверсивной) зоны. Длительность теста — 5 мин.Тест проводили 3 раза: 1 — фоновое тестирование (до АОВ), 2 — тестирование на 35 сутки после вывешивания.
Методика «Открытое поле» (ОП) позволяет изучить врожденные особенности ориентировоч-
ного и исследовательского поведения и сопротивляемость к стрессу [2]. Животное, которое помещено на незнакомую открытую площадку, демонстрирует ориентировочно-исследовательские реакции, например, характерное замирание, которое необходимо для оценки степени риска.
С помощью данного метода оценивали:
1) ориентировочно-исследовательское поведение по количеству стоек на задних лапах (вертикальная двигательная активность, ВДА);
2) горизонтальную двигательную активность (ГДА). Основным критерием ГДА является участие в перемещении животного всех четырех лап. За единицу перемещения считали один пересеченный квадрат всеми лапами. Регистрируют ГДА на периферии, в 2/3, и в центре арены; Животные были разделены на несколько групп: Молодые самки (2-3-месячные) до и после 35-су-точного АОВ — МГД (п=5); молодые самцы (2-3-месячные) до и после 35-суточного АОВ — МГМ (п=5); самки зрелого возраста (10-12-месячные) до и после 35-суточного АОВ — КГД (п=5); самцы зрелого возраста (10-12-месячные) до и после 35-суточного АОВ — КГМ (п=5); самки старого возраста (30- месячные и более) до и после 35-суточного АОВ — СГД (п=5); самцы старого возраста (30-месячные и более) до и после 35-суточного АОВ — СГМ (п=5).
Во всех группах до и после 35 суток АОВ животное помещали всеми 4-я лапами в центральный квадрат арены и с помощью видеосистемы фиксировали его передвижения в установке в течение 5 минут. После прохождения тестирования каждого животного, арену обрабатывали водой для удаления запаха.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ ориентировочно-исследовательской активности в тесте «Открытое поле» показал, что у животных всех групп после 35 суток горизонтальная двигательная активность (ГДА) была снижена по сравнению с контрольной группой. Однако группа старых самцов показала обратный результат, а именно увеличение двигательной активности после вывешивания. Изначальная активность была 26,5±4,2 (р<0.05), после вывешивания составила 41,5±6,4 (р<0.05). Молодые группы животных показали наибольшую активность до вывешивания, а именно значение
активности самцов составило 66,5±14 (р<0.05), самок - 83±14,3 (р<0.05). Также было показано снижение активности этих групп после 35-су-точного вывешивания, самцы - 9±4,1(р<0.05) и самки - 15±7,2(р<0.05). После выхода из центральной зоны поля возвращение в него не наблюдалось у групп после антиортостатическо-го вывешивания, что свидетельствует о более высокой тревожности животных. Вертикальная двигательная активность (ВДА), отражающая как двигательные, так и исследовательские реакции, была ниже у животных всех групп после антиортостатического вывешивания (рисунок 2). У вывешенной группы прослеживалась тенденция к пониженной двигательной активности, а также повышенной тревожности. В результате анализа было выявлено, что самыми активными были молодые группы как группа самцов 32,2±8,2 (р<0.05), так и самок 29±9,3 (р<0.05). Полученные данные могут демонстрировать повышенную исследовательскую деятельность у молодых особей. При этом исследовательская деятельность старых самцов до вывешивания была значительно выше, чем у самок. И составляла 22±3,2 (р<0.05), а у самок соответственно - 6±1,5 (р<0.05). Поведение в открытом поле у молодых крыс было значительно активнее по сравнению с контрольными группами и группами старых крыс. Схожие результаты были получены у Viktor S. Kokhan в 2019 году с соавторами [7]. Однако после вывешивания происходит значительное снижение активности. Сама модель походки меняется, становясь более «резкой», что также было ранее описано как негативное влияние 35-суточного вывешивания [5]. Однако в группе старых самцов наблюдается увеличение активности, что, на наш взгляд, связанно с повышением тревожно-фобического состояния. Модель АОВ одобрена комиссиями по биомедицинской этике научных организаций в различных странах мира, в том числе физиологической секцией Российской Национальной Комиссии по биологической этике. При правильном выполнении всех условий содержания животных эксперименты с использованием этой модели, как правило, не сопровождаются гормональными проявлениями стресс-реакции. В частности, отсутствие увеличения кортикостерона в сыворотке крови у вывешенных животных было показано как в работах российских [11; 14], так и в
Горвзовтальвая двигательная активность
л т. и ч
3Ï
О о.
120
100
а g
m
- EL
s 2 и
V W J"
s г о x
о
зс
80
60
40
20
0
I
I
кгм
сгм
мгм
кгд
сгд
мгд
Рисунок 1- Показатели горизонтальной (ГДА) двигательной активности животных в тесте «Открытое поле». МГД - молодые самки (2-3-месячные); МГМ - молодые самцы (2-3- месячные); КГД -самки зрелого возраста (10-12-месячные); КГМ -самцы зрелого возраста (10-12-месячные); СГД -самки старого возраста (30-месячные и более); СГМ -самцы старого возраста (30-месячные и более); Чёрные столбцы - значения до 35 суток антиортостатического вывешивания, серые столбцы - значения после 35 суток антиортостатического вывешивания,* - p<0.05
Figure 1 - Indicators of horizontal (HMA) motor activity of animals in the "Open field" test. MGD - Young females (2-3 months old); MGM - Young males (2-3 months old); CGD - Mature females (10-12 months old); KGM - Mature males (10-12 months old); SGD - Old females (30 and more months old); SGM - Old males (30 and more months old); Black columns - values up to 35 days of hindlimb unloading, gray columns - values after 35 days of hindlimb unloading, * - p<0.05
Рисунок 2- Показатели вертикальной (ВДА) двигательной активности животных в тесте «Открытое поле». Описание как на рисунке 1, * - p<0.05
Figure 2 - Indicators of vertical (VMA) motor activity of animals in the "Open field" test. Description as in Figure 1, * - p<0.05
работе зарубежных исследователей [4]. Однако наши данные показали, что 35-суточное АОВ изменяет ориентировочно-исследовательское поведение крыс независимо от возраста. Исключением оказались крысы старого возраста, что требует дальнейших исследований.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты исследования показали, что 35-су-точное антиортостатическое вывешивание сни-
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 33216-2014 Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за лабораторными грызунами и кроликами. - М.: Стандартинформ. - 2019. -15с.
2. Судаков, С.К. Определение уровня тревожности у крыс: расхождение результатов в тестах «открытое поле», «крестообразный приподнятый лабиринт» и тесте Фогеля / C. К. Судаков, Г. А. Назарова, Е. В. Алексеева, В. Г. Башкатова // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2013. - № 3(155). - С. 7-12.
3. Baek, K. W. Rodent Model of Muscular Atrophy for Sarcopenia Study / K.W. Baek, Y. K. Jung, J. S. Kim // Journal of bone metabolism. - 2020. -2(27). - P. 97-110
4. Gaignier, F. Three weeks of murine hindlimb unloading induces shifts from B to T and from th to tc splenic lymphocytes in absence of stress and differentially reduces cell-specific mitogenic responses / F. Gaignier, V. Schenten, M. De CarvalhoBittencourt // PloS one. -2014. - 3(9). - art. e92664. - https://doi.org/10.1371/ journal.pone.0092664.
5. Gerasimov O. Automation of bone strenght assessment based on CT data/O. Gerasimov, O. Sachenkov, R. Rakhmatulin, T. Baltina, M. Baltin, A. Fedianin, E. Semenova//AGING CLINICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCH. - 2022. - 1(34). - P.S222-S222
6. Halloran, B. P. Glucocorticoids and inhibition of bone formation induced by skeletal unloading / B. P. Halloran, D. D. Bikle, C. M. Cone, E. Morey-Holton // The American journal of physiology. - 1988. -6(255). - P. 875-879
7. Kokhan V. An investigation of the single and combined effects of hypogravity and ionizing radiation on brain
REFERENCES
1. GOST 33216-2014 Guidelines for the maintenance and care of laboratory animals. Rules for the maintenance and care of laboratory rodents and rabbits. - M.: Standartinform, - 2019. -15p
2. Sudakov, S.K. NazarovaG. A., AlekseevaE. V., BashkatovaV. G. Determination of anxiety level in rats: discrepancy in results in the "open field" tests, "cruciform raised maze" and the Vogel test. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2013.on.3(155),pp. 7-12 (in Russ.).
3. Baek KW, Jung YK, Kim JS, Park JS, Hah YS, Kim SJ, Yoo JI.
жает двигательную активность у крыс обоих полов и всех возрастных групп, кроме группы старых самцов. Также мы отмечали, что антиортостатическое вывешивание угнетает исследовательскую деятельность у крыс обоих полов и всех возрастных групп.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ и Кабинета Министров Республики Татарстан в рамках научного проекта №23-25-10065.
monoamine metabolism and rats' behavior / V. Kokhan, K. Lebedeva-Georgievskaya, V. Kudrin, A. Bazyan, A. Maltsev, A. Shtemberg // Life Sciences in Space Research - 2019.
- 20. - P. 12-19
8. Kortebein, P. Effect of 10 days of bed rest on skeletal muscle in healthy older adults / P. Kortebein, A. Ferrando, J. Lombeida, R. Wolfe, W. Evans // J JAMA. - 2007. -16(297). - P.1772-1774
9. Morey-Holton, E. R. Hindlimb unloading rodent model: technical aspects / E. R. Morey-Holton, R. K. Globus // J. Appl. Physiol. - 2002. -4(92). - P.1367-1377
10. Novikov, V. E. Age-related reactions of rat bones to their unloading / V.E. Novikov, E. A. Ilyin // Aviat. Space Environ. Mad. - 1981. - 52. - P.551-553
11. Ogneva, I. V. Possible role of non-muscle alpha-actinins in muscle cell mechanosensitivity / I. V. Ogneva, N. S. Biryukov, T. A. Leinsoo, I. M. Larina // PloS one. - 2014.
- 4(9). - art. e96395. - https://doi.org/10.1371/journal. pone.0096395.
12. Ohira Y. Ontogenetic, gravity-dependent development of rat soleus muscle / Y. Ohira, T. Tanaka, T. Yoshinaga // Am. J. Physiol-Cell Physiol. - 2001. - 280. - P. 1008-1016
13. Phu, S. Effect of Denosumab on Falls, Muscle Strength, and Function in Community-Dwelling Older Adults. / K. Baek, E. Bani Hassan, S. Vogrin, B. Kirk, G. Duque // J Am Geriatr Soc. - 2019. -12(67). - P. 2660-2661
14. Tyganov, S. A. Effects of Plantar Mechanical Stimulation on Anabolic and Catabolic Signaling in Rat Postural Muscle Under Short-Term Simulated Gravitational Unloading / S. A. Tyganov, E. P. Mochalova, S. P. Belova // Frontiers in physiology. - 2019. - 10. - art. 1252. -https://doi.org/10.3389/fphys.2019.01252.
Rodent Model of Muscular Atrophy for Sarcopenia Study. J Bone Metab., 2020.on.27 (2),pp. 97-110.
4. Gaignier F, Schenten V, De CarvalhoBittencourt M, Gauquelin-Koch G, Frippiat JP, Legrand-Frossi C. Three weeks of murine hindlimb unloading induces shifts from B to T and from th to tc splenic lymphocytes in absence of stress and differentially reduces cell-specific mitogenic responses. PLoS One. 2014.on.9(3),pp. e92664.
5. Gerasimov O. Sachenkov O., RakhmatulinR.,BaltinaT., BaltinM.,FedianinA.,SemenovaE.Automation of bone strenght assessment based on CT data. AGING CLINICAL
AND EXPERIMENTAL RESEARCH,2022.on. 1(34),pp. S222-S222.
6. HaUoran BP, BikLe DD, Cone CM, Morey-HoLton E. Glucocorticoids and inhibition of bone formation induced by skeletal unloading. Am J Physiol., 1988.on. 255 (6),pp. E875-879.
7. Kokhan VS, Lebedeva-Georgievskaya KB, Kudrin VS, Bazyan AS, Maltsev AV, Shtemberg AS. An investigation of the single and combined effects of hypogravity and ionizing radiation on brain monoamine metabolism and rats' behavior. Life Sci Space Res (Amst), 2019.on. 20,pp. 12-19.
8. Kortebein P, Ferrando A, Lombeida J, Wolfe R, Evans WJ. Effect of 10 days of bed rest on skeletal muscle in healthy older adults. JAMA, 2007.on.297 (16),pp.1772-1774.
9. Morey-Holton ER, Globus RK. Hindlimb unloading rodent model: technical aspects. J Appl Physiol., 2002. on. 92 (4),pp.1367-1377.
10. Novikov VE, Ilyin EA. Age-related reactions of rat bones
to their unloading. Aviat Space Environ Med., 1981. on.52 (9),pp. 551-553.
11. Ogneva IV, Biryukov NS, Leinsoo TA, Larina IM. Possible role of non-muscle alpha-actinins in muscle cell mechanosensitivity. PLoS One, 2014.on.9 (4),pp. e96395.
12. Ohira Y, Tanaka T, Yoshinaga T, Kawano F, Nomura T, Nonaka I, Allen DL, Roy RR, Edgerton VR. Ontogenetic, gravity-dependent development of rat soleus muscle. Am J Physiol Cell Physiol., 2001.on.280(4),pp. C1008-1016.
13. Phu S, Bani Hassan E, Vogrin S, Kirk B, Duque G. Effect of Denosumab on Falls, Muscle Strength, and Function in Community-Dwelling Older Adults. J Am Geriatr Soc., 2019.on.67 (12),pp. 2660-2661.
14. Tyganov SA, Mochalova EP, Belova SP, Sharlo KA, Rozhkov SV, Vilchinskaya NA, Paramonova II, Mirzoev TM, Shenkman BS. Effects of Plantar Mechanical Stimulation on Anabolic and Catabolic Signaling in Rat Postural Muscle Under Short-Term Simulated Gravitational Unloading. FrontPhysiol., 2019.on. 10,pp. 1252.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:
ИскаковНикитаГеоргиевич (Iskakov Nikita Georgievich) -кандидат биологических наук, ведущий специалист лаборатории биомеханики спорта Поволжского государственного университета физической культуры, спорта и туризма, 420010, Россия, Казань, территория Деревни Универсиады, зд. 35;Старший преподаватель кафедры охраны здоровья ИФМиБ Казанского Федерального университета, Россия, 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 76, корп. 2; e-mail: NGIskakov@kpfu.ru; ORCID: 0000-0002-3737-9363.
Балтин Максим Эдуардович (Baltin Maxim Eduardovich) - научный сотрудник НИЛ "Механобиология" Казанского Федерального университета, Россия, 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 76, корп. 2; Ведущий специалист лаборатории биомеханики спорта Поволжского государственного университета физической культуры, спорта и туризма, 420010, Россия, Казань, территория Деревни Универсиады, зд. 35; e-mail: baban.bog@mail.ru; 0RCID:0000-0001-5005-1699. Герасимов Олег Владимирович - Ведущий специалист лаборатории биомеханики спорта Поволжского государственного университета физической культуры, спорта и туризма, 420010, Россия, Казань, территория Деревни Универсиады, зд. 35; научный сотрудник НИЦ НИИММ им. Н.Г. Чеботарева Казанского Федерального университета, Россия, 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 76, корп. 2; e-mail: OleVGerasimov@kpfu.ru; 0RCID:0000-0002-8297-8437.
Федянин Артур Олегович (Fedianin Artur Olegovich) - Младший научный сотрудник лаборатории физиологии спорта Поволжского государственного университета физической культуры, спорта и туризма, 420010, Россия, Казань, территория Деревни Универсиады, зд. 35; научный сотрудник НИЛ "Механобиология" Казанского Федерального университета, Россия, 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 76, корп. 2; e-mail: artishock23@gmail.com; ORCID: 0000-0002-1315-6050.
Поступила в редакцию 17 ноября 2023 г. Принята к публикации 3 декабря 2023 г.
ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ
Искаков, Н.Г. Особенности поведения у крыс разных возрастов в тесте открытое поле после антиортостатического вывешивания / Н. Г. Искаков, М. Э. Балтин, О. В. Герасимов, А. О. Федянин // Наука и спорт: современные тенденции. -2023. - Т. 11, № Б - С. 6-11. РО!: 10.36028/2308-8826-2023-11-Б-6-11
FOR CITATION
Iskakov N.G. Features of behavior in rats of different ages in the open field test after hindlimb unloading. N.G. Iskakov, M.E. Baltin, O.V. Gerasimov, A.O. Fedianin. Science and sport: current trends, 2023, vol. 11, no. S. - pp. 6-11. DOI: 10.36028/2308-8826-2023-11-S-6-11
