CC BY
43
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В МЕДИЦИНЕ
И БИОЛОГИИ
УДК 616-092.9:613.63
Л.М. Соседова, Е.А. Капустина, Е.А. Титов
Половой диморфизм в паттернах поведения потомства, полученного от крыс-сАмцов с винилхлоридной интоксикацией
АФ-НИИ медицины труда и экологии человека ГУ НЦ МЭ ВСНЦ СО РАМН (Ангарск)
В статье представлены результаты обследования потомства белых крыс-самцов с винилхлоридной интоксикацией и интактных самок. Поведение обследованных особей изучалось в тестах «Открытое поле» и «Крестообразный лабиринт». Проведены, патоморфологические исследования. У крыс-самцов опытной группы, выявлено изменение поведения при. сравнении с контролем.. У самок опытной группы, изменения активности менее выражены, при. сравнении с контролем.. При. изучении полового диморфизма в поведении животных не обнаружены, различия, в поведении самцов и. самок опытной группы, характерные для. этого вида. Обнаружено поражение нейронов коры, больших полушарий головного мозга.
Ключевые слова: белые крысы, винилхлорид, поведение, половой диморфизм
MoRpHoLoGicAL ALTERATioNs iN NERvous TissuE AND sexual DiMoRpmsM iN offspring behaviour patterns from rat males with vinylchloride iNToxicATioN
L.M. Sosedova, E.A. Kapustina, E.A. Titov
Angarsk branch of Research institute of occupational medicine and human ecology of SE SC ME ESSC
SB RAMS, Angarsk
The examination results of the sexual matured, offspring of the albino rat males with vinylchloride intoxication joined, with, the intact females are presented, in this paper. The offspring behavior was studied, using the test «OPEN FIELD» and «CROSS-FORMED LABYRINTH». The pathomorphological studies have been performed. The behavior alterations have been revealed, in the rat males exposed, compared, with the control group. In studying the sexual dimorphism in the animal behavior the behavior differences were not found to be in the males and females exposed, characteristic for the rodents. The cortex neuron disturbances of the large brain hemispheres have been revealed, in the albino rats exposed.
Key words: albino rats, vinylchloride, behavior, sexual dimorphism, nervous tissue
В настоящее время чрезмерно ограничены сведения по оценке влияния химических веществ на репродуктивную функцию — исследовано лишь 8 % изученных токсикантов и в большей степени определены химические факторы риска воздействия на женский организм [6, 11]. Вместе с тем данные о состоянии мужской половой сферы при воздействии вредных факторов и возможном влиянии на потомство до настоящего времени очень ограничены [4]. К веществам, воздействующим на мужские гонады, относят некоторые металлы, ароматические углеводороды, органические растворители и винилхлорид [1, 7, 9, 12].
Вместе с тем анализ литературных данных не дает сведений о состоянии здоровья детей, отцы которых контактировали с винилхлоридом. Данный токсикант широко употребляется в химической промышленности, его воздействию в производстве подвергается большое количество людей, что ставит задачи о всестороннем изуче-
нии воздействия винилхлорида на последующие поколения.
Весьма актуальным является вопрос нарушения функции ЦНС у детей, рожденных от лиц, подвергавшихся воздействию токсических веществ, в связи с чем возникает необходимость изучения влияния интоксикации винилхлоридом отцов на развитие и функционирование нервной системы их детей.
Для оценки воздействия токсикантов на высшие функции нервной системы в эксперименте изучается целостная структура видоспецифического поведения белых крыс [3]. Учитывая вышесказанное, нами предприняты экспериментальные исследования влияния винилхлорида на функцию ЦНС потомства белых крыс-самцов с винилхло-ридной интоксикацией.
В связи с этим цель нашего исследования заключалась в установлении в эксперименте влияние винилхлорида на поведение потомства
крыс-самцов, подвергавшихся ингаляционному воздействию данным токсикантом.
материалы и методы
Беспородные крысы-самцы подвергались ингаляционному воздействию винилхлорида в 200литровых газовых камерах на протяжении двух месяцев по четыре часа ежедневно, исключая выходные дни. Средняя концентрация винилхлорида в камерах составляла 1200 мг/м3.
Контрольная группа животных в том же режиме воздействия помещалась в затравочные камеры, не содержащие изучаемого токсиканта.
Потомство было получено при спаривании самцов из опытной и контрольной групп через 3 месяца после окончания воздействия винилхлоридом с ин-тактными самками. Половозрелое потомство самцов контрольной группы (белые крысы обоего пола
— контрольная группа), служило в свою очередь группой сравнения для животных, полученных от самцов, подвергавшихся воздействию винилхлорида (белые крысы обоего пола — опытная группа). Всего было обследовано 100 особей.
Исследования проводились в соответствии с требованиями «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к Приказу Минздрава СССР от 12.08.1977 г. № 755).
Поведение половозрелого потомства оценивали в тестах «Открытое поле» и «Крестообразный лабиринт» [3]. Половой диморфизм оценивали при сравнении поведения самцов и самок опытной или контрольной групп [5].
Для выполнения патоморфологических исследований после декапитации животных быстро извлекали головной мозг, который фиксировали в 70% растворе спирта с последующей заливкой в парафин. Приготовленные срезы толщиной 15 мкм окрашивали общепринятыми методика-
ми: гематоксилин-эозином, по Ван-Гизону и по Нисслю. Весь материал исследовали на световых микроскопах МБИ — 6 (Россия) и NEOVAR 2 (REICHERT - Jung) .
Статистическая обработка полученных результатов проводилась общепринятыми параметрическими и непараметрическими методами с использованием программы «Статистика».
результаты исследования
При изучении поведения половозрелого потомства, полученного от белых крыс-самцов с винилхлоридной интоксикацией и интактных самок, были выявлены изменения в активности этих животных, по сравнению с контрольными (табл. 1). У крыс-самцов опытной группы резко снижалась спонтанная двигательная активность, о чем свидетельствовало статистически значимое уменьшение количества локомоций и большинства поведенческих актов.
Вместе с этим статистически значимое уменьшение актов «обнюхивание», «норка» и тенденция к уменьшению стоек у самцов опытной группы показывало угнетение ориентировочноисследовательского поведения этих животных
[3].
Обследование в «открытом поле» крыс-самок не выявило достоверных отличий в поведении животных опытной и контрольной групп (табл. 1). Однако также просматривалась тенденция к снижению локомоторной активности и ориентировочноисследовательского поведения [3]. Наряду с этим у опытных самок прослеживались элементы негативно-эмоционального состояния - тенденция к увеличению количества акта «груминг».
Поведение самцов и самок опытной группы в крестообразном лабиринте мало отличалось от поведения контрольных животных (табл. 2). Можно выделить тенденцию к увеличению количества
Таблица 1
Поведение половозрелых белых крыс (самцов и самок) в открытом поле
Поведенческие акты Количество Длительность (сек)
Опыт Контроль Опыт Контроль
Локомоция 7,4 ± 0,8* 8,0 ± 1,0 12,6 ± 0,9 10,5 ± 1,1 7.6 ± 0,6* 7.7 ± 0,8 5,5 ± 0,2 6,0 ± 0,4
Обнюхивание 19.3 ± 1,4* 21.3 ± 1,6 25.7 ± 1,4 23.8 ± 1,9 2,6 ± 0,06 2,5 ± 0,07 2.6 ± 0,05 2.6 ± 0,06
Движение на месте 6,7 ± 0,4* 6,5 ± 0,7 10,9 ± 0,6** 6,8 ± 0,8 7,0 ± 0,4*** 11,1 ± 2,5 6,5 ± 0,3** 10,0 ± 1,1
Груминг 1,2 ± 0,2 0,9 ± 0,2 3,4 ± 1,6** 0,4 ± 0,2 29,8 ± 3,3*** 11,9 ± 3,5 55,5 ± 11,5** 16,2 ± 9,5
Стойка 6,4 ± 0,4 6,6 ± 0,9 8,3 ± 0,9 9,7 ± 1,1 8,0 ± 0,4 10,4 ± 1,4 10,2 ± 1,0** 6,7 ± 0,5
Норка 3,3 ± 0,2* 2,8 ± 0,6 6,1 ± 0,6** 3,3 ± 0,7 20,3 ± 2,3* 18,9 ± 3,0 13,6 ± 1,4 17,0 ± 2,6
Сидит 4,5 ± 0,4 5,0 ± 0,4 4,7 ± 0,7 5,1 ± 0,7 12.0 ± 1,7 12.1 ± 1,9 16,5 ± 2,8 16,2 ± 4,5
Суммарное количество поведенческих актов 48,5 ± 3,0* 53,3 ± 4,1 69,9 ± 2,9 60,8 ± 5,1 - -
Примечание: в числителе - результаты обследования самцов, в знаменателе - самок; отличия статистически значимы при сравнении результатов обследования: * - самцов опытной и контрольной групп; ** - самцов и самок контрольной группы; *** - самцов и самок опытной группы (р < 0,05).
Таблица 2
Поведение половозрелых белых крыс (самцов и самок) в крестообразном лабиринте
Поведенческие акты Количество Длительность (сек)
Опыт Контроль Опыт Контроль
Свешивание 0,1 ± 0,09 0,3 ± 0,1 0,1 ± 0,05 0,1 ± 0,1 0,9 ± 0,6 2,1 ± 1,1 0,8 ± 0,8 0,6 ± 0,5
Светлый рукав 0,8 ± 0,2 0,8 ± 0,3 0,8 ± 0,2 0,6 ± 0,2 3.2 ± 1,1 2.2 ± 1,1 2,8 ± 0,7 2,1 ± 0,8
Выглядывание 2,6 ± 0,4 3,4 ± 0,5 2,2 ± 0,3* 3,8 ± 0,6 3,4 ± 0,4 3,3 ± 0,5 3,4 ± 0,4 3,2 ± 0,2
Темный рукав 3,4 ± 0,3 4,3 ± 0,5 3,1 ± 0,3* 4,5 ± 0,5 2,6 ± 0,1 2,5 ± 0,2 2,6 ± 0,1 2,4 ± 0,1
Переходы 0,6 ± 0,2 0,9 ± 0,3 0,4 ± 0,1 0,6 ± 0,3 - -
Суммарное количество поведенческих актов 8.6 ± 0,9 10.6 ± 1,6 7,7 ± 0,7 10,8 ± 1,5 - -
Примечание: в числителе - результаты обследования самцов, в знаменателе - самок; * - отличия статистически значимы при сравнении результатов обследования самцов и самок контрольной группы (р < 0,05).
переходов между темными и светлыми рукавами, выполненных крысами обоего пола, что может свидетельствовать о меньшей рациональности исследовательского поведения опытных животных [3].
При анализе половых отличий в поведении потомства в изучаемых тестах было выяснено, что проявили половой диморфизм в поведении лишь крысы контрольной группы.
Обследование особей контрольной группы в открытом поле показало, что самцы данной группы, по сравнению с самками, продемонстрировали негативно-эмоциональные реакции при помещении их в новую среду, которую имитирует данный тест (табл. 1). Статистически значимое увеличение количества и длительности актов «движение на месте» и «груминг» свидетельствовало о наличии состояния страха у самцов. В то же время они проявили более выраженную ориентировочноисследовательскую активность, что выражалось в увеличении количества акта «норка» и удлинении акта «стойка с упором».
При изучении тревожности в тесте «Крестообразный лабиринт» крысы-самцы контрольной группы проявили статистически значимо меньшее количество актов «выглядывание», по сравнению с самками, что свидетельствовало о наличии негативно-эмоционального состояния животных (табл. 2). В то же время особи мужского пола реже заходили в темный рукав лабиринта, проявив тем самым возбужденное состояние.
Таким образом, активность потомства белых крыс-самцов контрольной группы в различных тестах характеризовалась наличием полового диморфизма в поведении, характерном для животных данного вида [5].
Изучение полового диморфизма в поведении потомства, полученного при спаривании самцов с винилхлоридной интоксикацией, показало, что в активности животных трудно выделить какие-либо отличия в поведении. Так, обследование самцов и самок опытной группы в открытом поле выявило, что мужские особи проявили увеличение длительности акта «груминг» и в то же время укорочение акта «движение на месте» (табл. 1). В связи с тем,
что разность в активности животных в открытом поле отмечена лишь по двум показателям, невозможно выделить какую-либо картину поведения этих особей. Анализ результатов обследования самцов и самок белых крыс опытной группы в тесте «Крестообразный лабиринт» также не выявил межполовых различий (табл. 2).
При изучении препаратов головного мозга половозрелого потомства белых крыс-самцов с винилхлоридной интоксикацией были выявлены различной степени выраженности нарушения структуры нервной ткани.
Поражение нейронов коры больших полушарий носило ишемический характер с присутствием характерных признаков: сморщивание тела нейрона и приобретение им характерной треугольной формы с исчезновением гранул Ниссля. Одновременно с этим наблюдалась повышенная проницаемость сосудов головного мозга, на что указывало наличие в ткани лейкоцитарного инфильтрата и периваскулярный отек (рис. 1).
В большинстве исследованных препаратов обнаруживалась вакуолизация клеток глии с уменьшением количества глиальных элементов. Отмечался ярко выраженный отек лимбической коры с вакуолизацией глиальных элементов и относительным сокращением числа нейронов. Пирамидные клетки гиппокампа, клетки эпителия желудочков и сосудистое сплетение сохраняли свою структуру и плотность. При исследовании препаратов коры головного мозга наблюдалось разрежение плотности ее первого слоя. Обнаруживался выраженный спонгиоз подкоркового вещества, захватывающий также 5-й, 6-й слои коры головного мозга с разрушением цитоархитектоники данного района (рис. 2).
Таким образом, нами показано, что винилх-лорид оказал опосредованное воздействие на нервную систему потомства белых крыс с винилх-лоридной интоксикацией с развитием изменений в поведении животных и морфологическими нарушениями в головном мозге. Механизм развития подобных нарушений при воздействии данного токсиканта неизвестен. Возможно, он обусловлен
Рис. 1. Кора головного мозга. Хорошо виден периваску-лярный отек и вакуолизация глиальных элементов. Ув. х 100. Окраска гематоксилин-эозином.
изменениями генетической информации половых клеток родителей. Показано, что структура мозга у высших животных и некоторые элементы поведения наследуются. Так, анализируя рассудочную деятельность разных линейных животных в экспериментальных условиях, Л.В. Крушинский (1991) приходит к выводу о несомненном влиянии генотипа на этот важный компонент поведения, который, видимо, определяется полигенной системой [2].
Вместе с тем некоторые химические вещества, поступая в организм, могут не только повреждать половые железы и наследственные структуры, но и вступать в конкурентное отношение с половыми гормонами, вызывая тем самым развитие гормональной недостаточности и нарушения в процессах репродукции [4]. И.А. Макаров (1983) выявил влияние винилхлорида на соматотропную функцию гипофиза, что может предполагать и воздействие на гормональную регуляцию функции половой системы [8].
Также необходимо отметить, что потомство было получено при спаривании самцов с винилх-лоридной интоксикацией с интактными самками через 3 месяца после окончания воздействия токсиканта. Известно, что время сперматогенеза составляет у крыс 48 суток [10]. Таким образом, у животных, участвовавших в нашем эксперименте, сменилось несколько поколений сперматозоидов. Появление нарушений функционирования и структуры головного мозга потомства этих крыс свидетельствовало о стойкости изменений, произошедших в гонадах. Возможность такого исхода подтверждают литературные данные, которые говорят о том, что генетические изменения в стволовых сперматогониях могут сохраняться в течение всего репродуктивного периода [1].
Половой диморфизм в поведении животных, не связанный с репродуктивным, характерен для здоровых животных. Так, меньшая эмоциональность самок расширяет у них диапазон приспособительных реакций, что дает им преимущества в борьбе за выживание, воспитание детенышей
Рис. 2. Область стриатума головного мозга. Выраженный спонгиоз. Ув. х 200. Окраска гематоксилин-эозином.
и сохранение вида в целом [5]. Межполовые отличия в поведении животных многими авторами объясняются текущим гуморально-гормональным статусом организма с различиями во влияниях последнего на центральные рецепторы или с дифференциацией мозга, определяемой половыми гормонами [13, 14]. Так, изучение влияния половых гормонов на активность белых крыс в крестообразном лабиринте показало, что самки изменяют свою активность при удалении яичников, кастрированные самцы не реагировали на вмешательство. В нашей экспериментальной работе при обследовании опытных крыс-самок не было обнаружено изменений в поведении этих животных при сравнении с контролем, что, возможно, связано с большей адаптивностью самок к среде. Вместе с тем не было обнаружено и межполовых отличий в поведении опытных самцов и самок, что может свидетельствовать о наличии нарушений в поведении особей женского пола.
выводы
1. У потомства, полученного от самцов с ви-нилхлоридной интоксикацией и интактных самок, выявились изменения поведения и нарушения в структуре нервной ткани головного мозга.
2. Изучение полового диморфизм в поведении особей опытной группы не выявило отличий в активности, проявленной самцами и самками.
литература
1. Антонов О.В. Гигиенические факторы риска формирования врожденных пороков развития / О.В. Антонов, В.А. Ширинский, И.В. Антонова // Гигиена и санитария. — 2008. — № 5. — С. 20 — 22.
2. Булаева К.Б. Генетические основы психофизиологии человека / К.Б. Булаева. — М.: Наука, 1991. - 208 с.
3. Буреш Я. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведении / Я. Буреш, О. Бурешова, Д.П. Хьюстон; под ред. А.С. Батуева.
— М.: Высш. шк., 1991. — 399 с.
4. Измеров Н.Ф. Профессиональная обусловленность нарушений репродуктивного здоровья работников различных отраслей экономики / Н.Ф. Измеров, О.В. Сивочалова // Бюлл. научного совета «Медико-экологические проблемы работающих». — 2006. — № 4. — С. 10—14.
5. Кассиль В.Г. Половой диморфизм в паттернах условнорефлекторной вкусовой аверзии и ориентировочно-исследовательского и пассивнооборонительного поведения / В.Г. Кассиль, М.Ю. Бондаренко // Ж. высшей нервной деятельности. — 1996. — Т. 46, № 1. — С. 63 — 71.
6. Курляндский Б.А. Анализ итогов государственной регистрации потенциально опасных химических веществ в РФ за 2005г. / Б.А. Курляндский, Х.Х. Хамидулина // Токсикологический вестник. — 2006. — № 2. — С. 2 — 4.
7. Курляндский Б.А. Вероятностная оценка сравнительной чувствительности систем организма к отравлению винилхлоридом / Б.А. Курляндский, Н.Н. Стовбур, А.И. Духовная // Гигиена и санитария. — 1978. — № 8. — С. 51—55.
8. Макаров И.А. О влиянии метилметакрила-та и винилхлорида на соматотропную функцию гипофиза / И.А. Макаров, К.И. Макаренко // Гиг. труда и проф. заболевания. — 1983. — № 4. — С. 32 — 36.
9. Саноцкий И.В. Изучение мужской репродуктивной функции при действии некоторых химических веществ / И.В. Саноцкий, Р.М. Давтян,
B.И. Глущенко // Гиг. труда и проф. заболевания.
- 1980. - № 5. - С. 28-31.
10. Саноцкий И.В. Отдаленные последствия влияния химических соединений на организм / И.В. Саноцкий, В.Н. Фоменко. - М.: Медицина, 1979. - 232 с.
11. Тарасова Л.А. Факторы производственной среды и патология репродукции / Л.А. Тарасова, Н.С. Соркина, Г.П. Лагутина // Медицина труда и промышленная экология. - 1999. - № 3. -
C. 13-15.
12. Чащин В.П. Экологическая и этическая проблемы охраны репродуктивного здоровья населения / В.П.Чащин, О.В. Сивочалова, Э.И. Денисов // Вестник РАМН. - 2003. - № 3. - С. 13-17.
13. Ordian N.E. Characteristics of behavior and stress-reactivity of the hyppophyseal-adrenal system in prenatally stressed rats / N.E. Ordian, S.G. Pivina // Neuroscience and behavioral physiology. - 2004.
- Vol. 34, N 6. - Р. 569-574.
14. Zimmerberg B. Sex differences in anxiety behavior in rats: role of gonadal hormones / B. Zimmerberg, M.J. Farley // Physiology and behavior. - 1996. - Vol. 54, N 6. - Р. 1119-1124.
