CC BY
169
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2013. № 1 (21). С. 146-160
УДК 612.821
М.Ю. Ходанович1, Е.В. Гуль1, 2, А.Е. Зеленская1, Э.С. Пан1, 2, Н.А. Кривова1
1 Научно-исследовательский институт биологии и биофизики Томского государственного университета (г. Томск)
2 Биологический институт Томского государственного университета (г. Томск)
ВЛИЯНИЕ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ОСЛАБЛЕНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА АГРЕССИВНОСТЬ ЛАБОРАТОРНЫХ КРЫС И АКТИВАЦИЮ ОПИОИДЕРГИЧЕСКИХ НЕЙРОНОВ
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках госзадания (проект № 01201261196) и представлена на молодежной научной школе, проведенной в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (ГК № 14.741.11.0373).
Исследовано влияние длительного ослабления геомагнитного поля (ГМП) на агрессивное поведение лабораторных крыс, а также общую нейрональную активацию различных структур мозга по белкам раннего ответа c-fos и, в частности, активацию опиоидергических нейронов. Снижение ГМП в течение 21 сут до нулевой отметки достигалось с помощью компенсации магнитного поля Земли системой колец Гельмгольца. Обнаружено значимое повышение агрессивности опытных животных по сравнению с контролем. Анализ срезов мозга, проведенный с помощью двойного иммуноокрашивания антителами к белкам раннего ответа c-fos и /и-опиоидным рецепторам, показал снижение числа опиоидергических клеток под влиянием гипомагнитной среды, наиболее выраженное в структурах таламуса и сером околоводопроводном веществе, а также уменьшение числа активных, т.е. экспрессирующих с-О опиоидергических нейронов под влиянием исследуемого фактора. Это могло вызывать снижение болевого порога у лабораторных крыс и являться причиной увеличения актов агрессивного поведения животных, находящихся в условиях сниженного ГМП.
Ключевые слова: гипогеомагнитная среда; агрессивное поведение; иммуногистохимия; белки раннего ответа c-fos; ноцицептивная система; /и-опиоидные рецепторы; крысы.
Введение
Эволюция биосферы всегда протекала в условиях геомагнитного поля, однако мы пока очень немного знаем о конкретных механизмах его влияния на организм. Одним из методов, позволяющих понять механизмы действия на организм какого-либо постоянно действующего фактора среды, является модель, в которой это влияние отсутствует. В данном случае речь идет о создании условий ослабленного геомагнитного поля, т.е. гипомагнитной среде (ГМС). Кроме того, гипомагнитная среда является моделью пребывания человека в дальнем космосе, при межпланетных перелетах, в условиях Луны и Марса, где уровень магнитного поля (МП) в сотни раз меньше, чем
на Земле [1]. Однако и на Земле имеются условия, в которых ГМП существенно ослаблено: в метро, при полете на самолетах, на производстве в экранированных сооружениях, в железобетонных подземных сооружениях, военной технике [2, 3].
Гипогеомагнитные условия моделируют с помощью экранирования ГМП, которое создается с помощью материалов с высокой магнитной проницаемостью (ц-металл, пермаллой), либо компенсации [4-9]. Компенсация ГМП создается системой колец Гельмгольца, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. По этим кольцам проходит ток, величина которого рассчитывается так, чтобы МП, образующееся в результате индукции, компенсировало колебания сверхнизкочастотных электромагнитных полей. Именно этот вид создания гипогеомагнитных условий получил наибольшее распространение в исследованиях [5, 6, 8-14].
Экспериментальных работ, посвященных изучению влияния ослабленного ГМП на целостный организм, и тем более на организм млекопитающих, немного. В исследованиях на человеке показано, что снижение ГМП или создание переменного магнитного поля изменяло критическую частоту мелькания, период циркадных ритмов [4], ухудшало выполнение когнитивных заданий [12], память и снижало время реакции [10, 11]. Исследования на животных показали, что ослабление ГМП может вызывать уменьшение антиноцицептивных ответов [5, 6], ингибировать норадренергическую систему [14], ухудшать процессы консолидации памятного следа [8, 9], а также связано с более быстрым привыканием к новым стимулам [15]. В работе [9] показано, что наиболее вероятными структурами мозга, связанными с магниторецепцией, являются структуры среднего мозга [8, 9], в частности верхние бугорки четверохолмия [9] и дорсальные ядра покрышки [8].
Таким образом, влияние снижения ГМП на центральную нервную систему показано в значительном числе работ. Однако во всех работах экспозиция лабораторных животных (а в некоторых экспериментах и людей) была либо однократной, либо ежедневной в течение 5-10 дней, но составляла всего 11-120 мин в день. Снижение ГМП в течение длительного времени (суток, недель, месяцев) является более адекватным при моделировании одного из факторов космического полета. Проведенные нами эксперименты, где в качестве объектов исследования были использованы лабораторные крысы, показали выраженное нейротропное действие при длительном (в течение 25 и 10 сут) снижении ГМП [16]. В недавнем исследовании показаны снижение общей двигательной активности и изменения ЭЭГ при ослаблении геомагнитного поля в течение 21 сут. В настоящем исследовании отражено влияние ослабления ГМП в течение 21 сут на другие аспекты поведения. В частности, исследовано влияние длительного ослабления ГМП на агрессивность, а также предпринята попытка выяснить механизмы этих изменений с помощью оценки общего уровня нейрональной активации различных структур мозга по белкам раннего ответа с-Ю и активацию опиоидергиче-
ских нейронов в частности. Этот анализ был выполнен с использованием двойного иммуноокрашивания замороженных срезов мозга крыс, которые подверглись длительному воздействию ГМС в эксперименте.
Белок раннего ответа c-fos является продуктом протоонкогена c-fos и признанным маркером активации нейронов [17-20]. Он выполняет функцию регулятора транскрипции ряда индуцибельных генов, формируя комплексы с белками трансфакторами АР-1, NF-AT [17]. Показано, что ген c-fos играет существенную роль в процессах клеточного роста и дифференцировки, а также временно активируется в ответ на воздействия самого широкого спектра [17]. Так, О.Е. Сварник, К.В. Анохин и Ю.И. Александров [20] установили, что данный ген идеально подходит на роль универсального зонда для картирования мозга. В спокойном состоянии клетки он показывает небольшой фоновый уровень активности, но активируется в ответ на какие-либо новые информационные процессы, причем экспрессия c-fos наблюдается в разных отделах центральной нервной системы [17-20].
Материалы и методики исследования
Объект исследования. Исследование проводили в осенний период на половозрелых крысах-самцах аутбредного стока Wistar разведения питомника НИИ фармакологии СО РАМН (г. Томск) со средней массой тела 215,7 ± 2,6 г до начала эксперимента. Животных содержали на стандартном пищевом рационе вивария, при свободном доступе к воде и пище, в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и иных научных целей.
Схема эксперимента. При поступлении в виварий все крысы (п = 80) были промаркированы. После 7-дневного карантина в условиях вивария 80 крыс были протестированы в «открытом поле» [21], а затем методом кластерного анализа была выделена наиболее однородная группа - 24 крысы со средней двигательной активностью, которые были включены в дальнейшие исследования. Крысы были рассажены в 4 домашние клетки по 6 особей. Две из четырех клеток (п = 12, по 6 особей в каждой клетке) были помещены в условия ослабленного гипомагнитного поля (0 ± 50 нТл) на 21 сут. Еще две клетки с крысами (п = 12, по 6 особей в каждой клетке) составили контрольную группу. Контрольные животные в течение всего эксперимента находились в соседней комнате.
Для экспозиции животных в гипогеомагнитной среде была использована специально сконструированная В.П. Сушко и Д.Я. Сухановым камера (рис. 1), позволяющая в автоматическом режиме поддерживать в объеме 50^50x50 см требуемый постоянный уровень магнитного поля с однородностью в пределах 10-7 Тл (± 50 нТл). Компенсация горизонтальной и вертикальной составляющих ГМП осуществлялась с помощью соленоидов -
колец Гельмгольца. Соленоиды установлены в каркасе из немагнитных материалов. При этом установка ориентирована так, чтобы третья (одна из горизонтальных) компонента магнитного поля была равна нулю. Величина магнитного поля внутри и снаружи камеры контролировалась магниточувствительными датчиками (ООО «Импеданс»). Сигнал с магнитометра передавался на пульт управления. Расчет силы тока, необходимого для компенсации ГМП, в реальном времени осуществлялся с помощью компьютерной программы. В ходе эксперимента индукция магнитного поля устанавливалась на уровне 0 Тл с колебаниями ± 50 нТл.
Через 1,5 ч после пребывания в ГМП все животные были подвергнуты эфирному наркозу и декапитированы. Мозг быстро извлекали, замораживали в парах жидкого азота и помещали в морозильную камеру при -80°С для дальнейшего получения срезов, иммуногистохимического и гистологического окрашивания.
Рис. 1. Конструкция и внешний вид камеры: 1 - каркас соленоидов компенсации вертикальной составляющей ГМП; 2 - соленоиды компенсации вертикальной составляющей ГМП; 3 - каркас соленоидов компенсации горизонтальной составляющей ГМП; 4 - соленоиды компенсации горизонтальной составляющей ГМП
Анализ агрессивного поведения. В течение всего эксперимента проводилась круглосуточная видеосъемка клеток при помощи камеры с инфракрасной подсветкой. Видеофайлы сохранялись и в дальнейшем анализировались.
Анализ видеофайлов проводился путем просмотра видеозаписи всего эксперимента каждые три часа и дополнительно часы смены освещения, т.е. на каждые сутки было получено 10 временных точек (0, 3, 6,
8, 9, 12, 15, 18, 20, 21 ч), просматривался полностью весь час. Во время просмотра видеозаписи фиксировали для каждой группы животных число агрессивных межиндивидуальных взаимодействий. Видеофайлы анализировали «вслепую», т.е. исследователь не был осведомлен о том, опытную или контрольную группу он анализирует. Это было сделано для того, чтобы исключить субъективность при подсчете агрессивных взаимодействий.
Иммуноокрашивание. Для выявления механизмов влияния гипогеомаг-нитной среды на агрессивность был проведен дополнительный иммуно-гистохимический анализ срезов мозга двух опытных и двух контрольных животных, включающий двойное иммуноокрашивание: первая флуоресцентная метка - к белкам раннего ответа c-fos, вторая - в ц-опиоидным рецепторам. Поскольку опиоидергическая система имеет непосредственное отношение к болевой чувствительности, мы предположили, что именно изменение болевого порога при воздействии гипогеомагнитной среды [5, 6, 15, 23] является причиной агрессивного поведения животных. В качестве структур мозга были проанализированы: фронтальная кора, верхние бугры четверохолмия, таламус и серое околоводопроводное вещество. Фронтальная кора, как показано в литературе, имеет отношение к агрессивному поведению [24], таламус и околоводопроводное серое вещество - к болевой чувствительности [25], в то же время эти структуры, наряду с серым около-водопроводным веществом, содержат значительное количество клеток, содержащих ц-опиоидные рецепторы. Верхние бугры четверохолмия, как показано в работах [26, 27], характеризуются изменением экспрессии белков раннего ответа под влиянием измененного ГМП.
Для окраски срезов применяли так называемый «сэндвич» - метод, использующийся при непрямом выявлении антител и антигенов. Преимуществом данного метода является повышение чувствительности реакции и более интенсивной флуоресценции. Для выявления антигена необходимы две различные сыворотки: немеченая и меченая. Немеченые тела сначала связываются с антигеном, а затем связанные антитела выявляются с помощью меченой сыворотки.
Для иммуноокрашивания использовали следующие первичные антитела: 1) Rabbit polyclonal с-fos: sc-52, rabbit anti-rat, Santa Cruz Biotechnology inc.; 2) goat polyclonal MOR-1 (Q-18), Santa Cruz, sc-27072. Используемые вторичные антитела: 1) donkey anti-goat IgG, конъюгированные с Texas Red. Santa Cruz, sc-2783; 2) donkey anti-rabbit IgG (H+L), конъюгированные с Al-exa Fluor® 488, Invitrogen, A-21206.
Статистическая обработка результатов проводилась с помощью пакета прикладных программ «StatSoft STATISTICA 6.0». При типировании
крыс на группы по особенностям нервной системы использовали кластерный анализ, метод К-средних.
Статистическая значимость различий агрессивного поведения оценивали с помощью непараметрического критерия парных сравнений Вилкоксона и дисперсионного анализа ANOVA с повторными измерениями (факторы «влияние гипомагнитной среды» и «сутки эксперимента»).
Для определения уровня нейрональной активации проводился анализ микрофотографий срезов мозга, полученных с помощью флуоресцентного микроскопа Axio Imager Z1 («Carl Zeiss», Германия).
При анализе фиксировались следующие показатели:
1) общее количество клеток по DAPI (синий цвет, ядра клеток);
2) доля клеток, экспрессирующих белки c-fos (зеленый цвет, ассоциированный с ядром), от общего количества клеток;
3) доля клеток, имеющих ц-опиоидные рецепторы (красный цвет, ассоциированный с ядром), от общего количества клеток;
4) доля активированных опиоидергических клеток (сочетание красной и зеленой меток, ассоциированных с ядром) от общего количества опиоидер-гических клеток.
Для статистической обработки иммуногистохимического анализа использовались непараметрический критерий Манна - Уитни, ранговый критерий Краскела - Уолисса, а также дисперсионный анализ ANOVA. Статистически значимыми считали различия с уровнем значимости р<0,05. Данные на рисунках представлены в виде средней арифметической со стандартной ошибкой.
Результаты исследования и обсуждение
Анализ суточной динамики агрессивного поведения показал, что под действием гипомагнитной среды происходит увеличение числа агрессивных взаимодействий как в ночные, так и в дневные часы (рис. 2). У животных контрольной группы число агрессивных взаимодействий в ночные часы увеличивается в 5-30 раз по сравнению с дневными часами, в то время как для животных опытной группы количество актов агрессивного поведения ночью увеличивается только в 1,2—1,5 раза по сравнению с тем же показателем в дневное время. Такие изменения могут свидетельствовать о нарушении ритмики суточной активности животных, что подтверждает полученные ранее результаты [28].
Обнаружены статистически значимые различия числа взаимодействий между опытной и контрольной группами в 0, 8, 9, 12, 15, 18, 20 и 21 ч, связанные с увеличением агрессивных взаимодействий опытных животных в 4-10 раз в дневное время и в среднем в 1,5 раза в дневное время суток по сравнению с контрольной группой. Рис. 2 демонстрирует независимость влияния воздействующего фактора от так называемого «эффекта группы»
(cage effect) - различия между двумя контрольными клетками и между двумя опытными клетками гораздо менее существенны, чем воздействие исследуемого фактора. Дисперсионный анализ также показал значимость влияния гипогеомагнитной среды на проявление агрессии (F(1; 107) = 15,261; p = 0,00016). Обнаружено значимое взаимодействие факторов «воздействие гипомагнитной среды» и «время суток» (F(9; 107) = 3,3182; p = 0,00131), связанное с большим воздействием на опытную группу в дневные часы. В то же время влияние фактора «клетка», характеризующее возможный cage effect, оказалось незначимым (F(1; 107) = 0,63275; p = 0,42811).
Рис. 2. Суточная динамика агрессивных взаимодействий у крыс на 2-3-й неделе 21-суточного эксперимента. Звездочкой обозначены статистически значимые различия между опытными и контрольными животными, критерий Вилкоксона (р < 0,05)
Анализ динамики агрессивных межиндивидуальных взаимодействий в течение эксперимента показал, что со второй недели и до конца эксперимента число агрессивных взаимодействий у опытной группы крыс превышает те же показатели контрольной группы (рис. 3). Выявлены достоверные раз-
личия в числе агрессивных взаимодействий между опытной и контрольной группами на 9, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 18 и 20-е сут эксперимента. Дисперсионный анализ также показал значимость взаимодействия факторов «влияние гипомагнитной среды» и «сутки эксперимента» ^(12; 93) = 3,0273; р = 0,00127), связанного с тем, что наибольшие различия между контрольными и опытными животными наблюдались на 9-16-е сут эксперимента.
Рис. 3. Динамика агрессивных взаимодействий у крыс на 2-3-й неделе 21-суточного эксперимента
Иммуногистохимический анализ показал отсутствие значимых различий между контрольной и опытными группами крыс по общему уровню экспрессии с-Ю (рис. 4). Дисперсионный анализ показал отсутствие значимого эффекта влияния ГМС на долю клеток, экспрессирующих с-Ю ^(1; 38) = 1,2854; р = 0,26399). Наиболее высокий уровень нейрональной активации наблюдался во фронтальной коре и верхних буграх четверохолмия (Б(3; 114) = 66,697; р = 0,0000).
Рис. 4. Процент клеток, экспрессирующих е-1э8, в различных структурах мозга для опытной и контрольной групп крыс
Кроме того, обнаружено снижение числа опиоидергических клеток под влиянием ГМС (Б(1; 38) = 13,947; р = 0,00062). Наиболее выраженным это снижение было в структурах таламуса и сером околоводопроводном веществе, где наблюдались достоверные отличия от контрольной группы согласно критерию Манна - Уитни (рис. 5).
Влияние ГМС на количество активных опиоидергических клеток (рис. 6), т.е. экспрессирующих c-fos, также оказалось статистически значимым ^(1. 38) = 30,869; р = 0,00000). У опытной группы крыс количество активных опиоидергических клеток, т.е. экспрессирующих белки c-fos, оказалось значительно ниже по сравнению с контрольной группой во всех исследуемых структурах мозга (рис. 7).
Снижение количества активных опиоидергических клеток в опытной группе животных свидетельствует о возможном влиянии ГМС на уровень болевого порога у лабораторных крыс, что может быть причиной повышения агрессивности животных, находящихся в гипомагнитных условиях.
Рис. 5. Процент клеток, содержащих ц-опиоидные рецепторы, в различных структурах мозга для опытной и контрольной групп крыс. Статистическая значимость различий, критерий Манна-Уитни: ** р < 0,01; *** р < 0,001
Рис. 6. Микрофотография среза мозга, окрашенного антителами к ц-опиоидным рецепторам (MOR, красный цвет), к белкам раннего ответа c-fos (с-Fos, зеленый цвет) и DAPI (синий цвет). Стрелками показаны активные опиоидергические клетки
Рис. 7. Процент активных, т.е. экспрессирующих c-fos, опиоидергических клеток, в различных структурах мозга для опытной и контрольной групп крыс. Статистическая значимость различий, критерий Манна - Уитни:
* р < 0,05; ** р < 0,01; *** р < 0,001
Некоторые литературные данные также свидетельствуют о влиянии ГМС на опиоидную антиноцицептивную систему. Так, в работах Del Seppia [5, 6, 15, 23] исследовалось влияние ГМС на антиноцицептивные ответы мышей-самцов при стрессорном воздействии. ГМС создавалась путем экранирования естественного магнитного поля Земли. Мыши на 90 мин помещались в камеру, изготовленную из ц-металла, где создавалось МП, сниженное приблизительно в 10 раз по сравнению с геомагнитным. Было показано, что антиноцицептивные ответы мышей, находящихся в гипомаг-нитных условиях, ниже по сравнению с мышами, находящимися в переменном магнитном поле, а также по сравнению с мышами, которым вводили антагонист опиатов - налоксон. Сходство эффектов налоксона, пребывания в переменном магнитном поле и в гипомагнитных условиях указывает на то, что магнитное поле, отличающееся от ГМП, имеет тормозное влияние на систему опиатов.
Результаты данного исследования показывают, что уменьшение антино-цицептивного ответа может быть получено не только нахождением живот-
ных в переменном магнитном поле, но также и после краткосрочного пребывания в почти нулевом МП.
Результаты Del Seppia были воспроизведены Choleris и др. [23]. Было показано, что сокращение антиноцицептивного ответа на стрессорное воздействие геомагнитным экранированием - восстанавливаемое явление. Эффект не наблюдался для ГМС с нулевым вектором, созданным противоположно направленным искусственным магнитным полем. Также не было обнаружено уменьшения антиноцицептивного ответа, когда использовалась медная коробка, экранирующая электрический, но не магнитный компонент поля. Это доказывает специфику магнитно-связанных эффектов.
В ряде работ исследовано влияние экранирования ГМП непосредственно на болевую чувствительность. Прато и др. [32] продемонстрировали, что геомагнитное экранирование на 1 ч в день в течение 10 дней оказывает двухфазное влияние на болевой порог у нестрессируемых мышей с начальным уменьшением в течение первых 2 дней, сопровождаемых острым увеличением, достигающим максимума на 5-й день, и возвращением к прежнему уровню в течение 8 дней. Антиноцицептивные эффекты после введения налоксона и налтрексона, возможно, связаны с предотвращением передачи нервных сигналов к рецепторам опиатов ГМП [23].
Исследования А.С. Костюка и Н.А. Темурьянца [33] подтверждают данные о влиянии ГМС (электромагнитное экранирование) на болевую чувствительность. Исследования проводились на моллюсках Helix Albescens. Результаты исследований свидетельствуют о том, что экранирование ГМП на 1 ч/сут в течение 30 сут вызывает фазные изменения показателей болевого порога, связанные в его уменьшением на 1—5-е сут, увеличением на 6-13-е сут, возвращением к исходному уровню на 14—18-е сут и последующей стабилизацией на уровне, превышающем исходный на 29% [33]. Авторы связывают изменение болевой чувствительности с опиоидергической системой. Это подтверждают и полученные нами результаты.
Заключение
Таким образом, проведенный анализ выявил выраженное влияние ГМС на агрессивное поведение в условиях хронического снижения гипогеомаг-нитного поля, связанное с повышением агрессивности в гипогеомагнит-ных условиях. Иммуногистохимический анализ показал отсутствие значимых различий между контрольной и опытными группами крыс по общему уровню экспрессии c-fos. Однако обнаружено снижение числа клеток, содержащих ц-опиоидные рецепторы, под влиянием гипомагнитной среды, наиболее выраженное в структурах таламуса и сером околоводопроводном веществе, а также снижение активных, т.е. экспрессирующих, c-fos клеток под влиянием исследуемого фактора во фронтальной коре, таламусе, сером околоводопроводном веществе и верхних буграх четверохолмия. Снижение
количества активных опиоидергических клеток свидетельствует о возможном повышении болевой чувствительности под воздействием ГМС, что могло являться причиной повышения агрессивности животных, находящихся в гипомагнитных условиях.
Литература
1. МаровМ.Я. Планеты Солнечной системы. М. : Наука, 1986. 320 с.
2. Любимов В.В., Рагульская М.В. Электромагнитные поля, их биотропность и нормы
экологической безопасности // Успехи современной радиоэлектроники. 2004. № 3. C. 49-60.
3. Походзей Л.В. Гипомагнитные условия как неблагоприятный фактор производствен-
ной среды. М. : Медицина труда, 2004.
4. Гривенная Н.В. Анализ методов и методик коррекции влияния космического и сол-
нечного электромагнитных полей на биологические объекты // Вестник СевКавГТУ Сер. Естеств. науки. 2003. № 1(6). С. 163-168.
5. Del Seppia C., Luschi P., Ghione S. et al. Exposure to a hypogeomagnetic field or to oscil-
lating magnetic fields similarly reduce stress-induced analgesia in C57 male mice // Life Sciences. 2000. Vol. 66, № 14. P. 1299-1306.
6. Del Seppia C., Ghione S., Luschi P. et al. Pain perception and electromagnetic fields // Neu-
roscience and Biobehavioral Reviews. 2007. Vol. 31. P. 619-642.
7. Kakuda T. Inhibiting effects of theanine on caffeine stimulation evaluated by EEG in the rat
// Biosci. Biotecnol. Biochem. 2000. № 64. P. 287-293.
8. Burger T., Lucova M., Moritz R.E. et al. Changing and shielded magnetic fields suppress c-
Fos expression in the navigation circuit: input from the magnetosensory system contributes to the internal representation of space in a subterranean rodent // Journal of Royal Society Interface. 2010. Vol. 7. P. 1275-1292.
9. Nemec P., Altmann J., Marhold S. et al. Neuroanatomy of мagnetoreception: the superior
colliculus involved in magnetic orientation in a mammal // Science. 2001. Vol. 294. P. 366368.
10. Бинги В.Н., Миляев В.А., Саримов Р.М., Заруцкий А.А. Влияние «нулевого» магнитного и электростатического полей на психофизиологическое состояние человека // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006. № 8. С. 48-58.
11. Бинги В.Н., Саримов Р.М., Миляев В.А. Влияние компенсации геомагнитного поля на когнитивные процессы человека // Биофизика. 2008. Т. 53, № 5. С. 856-866.
12. Саримов Р.М., Бинги В.Н., Миляев В.А. Метод исследования влияния «магнитного вакуума» на цветовую память человека // Радиационная биология. Радиоэкология. 2005. Т. 45, № 4. С. 451-456.
13. Xiao Y., Wang Q., Xu M-L., Jiang J-C., Li B. Chicks incubated in hypomagnetic field need more exogenous noradrenaline for memory consolidation // Advances in Space Research. 2009. № 44. P. 226-232.
14. ZhangX., Li J.-F., Wu Q.-J., LiB., Jiang J.-C. Effects of hypomagnetic field on noradrenergic activities in the brainstem of golden hamster // Bioelectromagnetics. 2007. № 28. P. 155-158.
15. Del Seppia C., Mezzasalma L., Choleris E. et al. Effects of magnetic field exposure on open field behaviour and nociceptive responses in mice // Behavioural Brain Research. 2003. Vol. 144. P. 1-9.
16. Кривова Н.А., Труханов К.А., Замощина Т.А. и др. Повышение агрессивности крыс при экспозиции в условиях гипогеомагнитного поля // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2008. Т. 42, № 6/1. С. 30-32.
17. Губский Ю.П., Беленичев И.Ф., Павлов С.В. и др. Роль гена раннего реагирования cfos в норме и нейродеструктивной патологии. Возможности фармакокоррекции ней-ропептидными лекарственными средствами // Новости медицины и фармации. 2008. Т. 244, № 9. С. 16-19.
18. VanElzakkerM., Fevurly R.D., Breindel T., SpencerR.L. Environmental novelty is associated with a selective increase in Fos expression in the output elements of the hippocampal formation and the perirhinal cortex // Learning and Memory. 2008. Vol. 12, № 15. P. 899-908.
19. DragunowM., FaullR. The use of c-fos as a metabolic marker in neuronal pathway tracing // Journal of Neuroscience Methods. 1989. Vol. 29, № 3. Р. 261-265.
20. Сварник О.Е., Анохин К.В., АлександровЮ.И. Распределение поведенчески специализированных нейронов и экспрессия транскрипционного фактора c-Fos в коре головного мозга крыс при научении // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2001. T. 51, № 6. C. 758-761.
21. Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Дж. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения. М. : Высш. шк., 1991. 399 с.
22. Eriksson J., Villa A. E.P. Event-related potentials in an auditory oddball situation in the rat // Biosystems. 2005. Vol. 79, is. 1-3. P. 207-212.
23. Choleris E., Del Seppia C., Thomas A.W. et al. Shielding, but not zeroing of the ambient magnetic field reduces stress-induced analgesia in mice // Proceedings of the Royal Society of London. 2002. Vol. 269. P. 193-201.
24. Del Seppia C., Ghione S., Luschi P. et al. Pain perception and electromagnetic fields // Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 2007. Vol. 31. P. 619-642.
25. Del Seppia C., Luschi P., Ghione S. et al. Exposure to a hypogeomagnetic field or to oscillating magnetic fields similarly reduce stress-induced analgesia in C57 male mice // Life Sciences. 2000. Vol. 66, № 14. P. 1299-1306.
26. Del Seppia C., Mezzasalma L., Messerotti M. et al. Simulation of the geomagnetic field experienced by the International Space Station in its revolution around the Earth: Effects on psychophysiological responses to affective picture viewing // Neuroscience Letters. 2006. 400. P. 197-202.
27. Halasz J., Toth M., Kallo I., Liposits Z., Haller J. The activation of prefrontal cortical neurons in aggression - A double labeling study // Behavioural Brain Research. 2006. Vol. 175. P. 166-175.
28. ОдинакМ.М., Живолупов С.А., Самарцев И.Н. Болевые синдромы в неврологической практике // Журнал неврологии и психиатрии. 2009. Вып. 109, № 9. С. 80-89.
29. Neymec P., Altmann J., Marhold S. et al. Neuroanatomy of Magnetoreception: The Superior Colliculus Involved in Magnetic Orientation in a Mammal // Science. 2001. Vol. 294. P. 366-368.
30. Neymec P., Burda H., Oelschlager H.H.A. Towards the neural basis of magnetoreception: a neuroanatomical approach. Naturwissenschaften. 2005. Vol. 92. P. 151-157.
31. Замощина Т.А., Кривова Н.А., Ходанович М.Ю. и др. Влияние моделируемых гипо-магнитных условий дальнего космического полета на ритмическую организацию поведенческой активности крыс // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2012. Т. 46, № 1. С. 17-23.
32. Prato F.S. et al. Daily repeated magnetic field shielding induces analgesia in CD-1 mice // Bioelectromagnetics. 2005. Vol. 26. P. 109-117.
33. Костюк А.С., Темурьянц Н.А. Динамика болевой чувствительности моллюсков Helix Albescens в условиях продолжительного электромагнитного экранирования // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Сер. Биология, химия. 2009. Т. 22 (61), № 3. С. 75-82.
Поступила в редакцию 21.11.2012 г.
Tomsk State University Journal of Biology. 2013. № 1 (21). P. 146-160
Marina Yu. Khodanovich1, Elizaveta V. Gul1’ 2, Anna E. Zelenskaja1,
Edgar S. Pan1, 2, Natalia A. Krivova1
1 Research Institute of Biology and Biophysics of Tomsk State University, Tomsk, Russia
2 Biological Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia
EFFECT OF LONG-TERM GEOMAGNETIC FIELD WEAKENING ON AGGRESSIVENESS OF RATS AND OPIOIDERGIC NEURONS ACTIVATION
Geomagnetic field (GMF) is one of the most important environmental factors, but its effects are poorly understood. In the present study a model of long-term GMF weakening was created by compensation of the Earth’s magnetic field to zero with Helmholtz coils. The experimental group of Wistar rats was placed in hypomagnetic conditions for 21 days, the control group was in the next room. The daily video recording of the experiment was carried out, and then it was used to evaluate the number of violent behavior acts. After the experiment a double immunostaining of frozen brain sections was performed. We used the antibodies to c-fos proteins, the immediately early genes products, as a marker of neuronal activation, and the antibodies to ^-opioid receptors.
We found a significant increase in aggressiveness in experimental animals compared to the control group within 2-3 weeks of GMF deprivation. The double immunostaining of c-fos and ^-opioid receptors showed a decrease in the number of opioidergic cells after GMF weakening. This decrease was significant in the thalamus and the periaqueductal grey matter. Also we revealed the reduced activity of opioidergic neurons that express c-fos neurons under hypogeomagnetic conditions. Significant differences between the experimental and the control group according to the level of active opioi-dergic neurons were found in the thalamus, the periaqueductal grey matter, the frontal cortex and the superior colliculus. No significant differences in general neuronal activation were detected.
A decrease in activation of opioidergic neurons may have resulted in increased pain sensitivity of rats and caused an increase in detected aggressive animal behavior.
Key words: magnetic field; aggressive behaviour; immunochemistry; immediate-early genes; c-fos, nociception; opioid receptors; pain; rats.
Received November 21, 2012
