Effect of long-term geomagneticfield deprivation on bioelectrical activity of brain of laboratory rats.pdf ВведениеГипогеомагнитные условия будут важным факторомпребывания человека в дальнем космосе, при межпланет-ных перелетах, в условиях Луны и Марса, где уровеньмагнитного поля (МП) в сотни раз меньше, чем на Земле[1]. Исследование влияния этого фактора на организмособенно актуально в связи с проблемой 2030 г. - плани-руемым полетом человека на Марс. На Земле тоже име-ются условия, в которых геомагнитное поле (ГМП) суще-ственно ослаблено: в метро, при полете на самолетах, напроизводстве в экранированных сооружениях, железобе-тонных подземных сооружениях, военной технике [2, 3].Существуют два основных способа моделированиягипогеомагнитных условий: экранирование и компен-сация ГМП [4]. Экранирование ГМП создается с по-мощью специальной максимально замкнутой камеры,выполненной из материалов с высокой магнитной про-ницаемостью (мю-металл, пермаллой), которая позво-ляет снизить уровень ГМП в 10-100 раз. При этом эк-ран не поглощает магнитные силовые линии, а отводитих от экранирующего объекта в сторону меньшего со-противления. К сожалению, экспозиция живых объек-тов в течение длительного времени сопряжена со зна-чительными трудностями по вполне понятным причи-нам: многосуточный эксперимент даже при наличииспециальной вентиляции в клетке предполагает обес-печение доступа к животным для кормления, чистки ит.д., что несовместимо с экранированием. Поэтому ис-пользование метода компенсации ГМП при надежномавтоматическом контроле уровня МП внутри установ-ки представляется оптимальным вариантом исследова-ний. Тем не менее небольшое количество исследованийс экранированием живых объектов от ГМП проводи-лось [5-9].Компенсация ГМП создается системой колецГельмгольца, расположенных во взаимно перпендику-лярных плоскостях. По этим кольцам пропускаетсяпостоянный и переменный ток, величина которого рас-считывается так, чтобы МП, образующееся в результа-те индукции, компенсировало колебания сверхнизко-частотных электромагнитных полей. Именно этот видсоздания гипогеомагнитных условий получил наи-большее распространение в исследованиях [5, 6, 8-14].Экспериментальных работ, посвященных изучениювлияния ослабленного ГМП на целостный организм, итем более на организм млекопитающих, немного. В ис-следованиях на человеке показано, что снижение ГМПили создание переменного магнитного поля изменялокритическую частоту мелькания, период циркадныхритмов [4], ухудшало выполнение когнитивных заданий[12], память и снижало время реакции [10, 11]. Исследо-вания на животных показали, что ослабление ГМП мо-жет 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 но-вым стимулам [15]. В работе P. Nemec c соавторами [9]показано, что наиболее вероятными структурами мозга,связанными с магниторецепцией, являются структурысреднего мозга [8, 9], в частности верхние бугорки чет-верохолмия [9] и дорсальные ядра покрышки [8].Таким образом, влияние снижения ГМП на цен-тральную нервную систему показано в значительномчисле работ. Однако во всех работах экспозиция лабо-раторных животных (а в некоторых экспериментах илюдей) была либо однократной, либо ежедневной втечение 5-10 дней, но составляла всего 11-120 мин вдень. Снижение ГМП в течение длительного времени(суток, недель, месяцев) является более адекватнымпри моделировании одного из факторов космическогополета. Проведенные нами эксперименты, где в качест-ве объектов исследования были использованы лабора-торные крысы, показали выраженное нейротропноедействие при длительном (в течение 25 и 10 сут) сни-жении ГМП [16]. В настоящем исследовании отраженыэффекты ослабления ГМП в течение 21 сут. Цельюданной работы являлось исследование влияния дли-тельного снижения ГМП на биоэлектрическую актив-ность мозга и поведение лабораторных крыс.Материалы и методики исследованияОбъект исследования. Исследование проводили восенний период на половозрелых крысах-самцах аут-бредного стока Wistar разведения питомника НИИфармакологии СО РАМН (Томск) с исходной массойтела 160-180 г, со средней массой тела 215,7±2,6 г доначала эксперимента. Животных содержали на стан-дартном пищевом рационе вивария, при свободномдоступе к воде и пище, в соответствии с правилами,принятыми Европейской конвенцией по защите позво-ночных животных, используемых для эксперименталь-ных и иных научных целей.Схема эксперимента. При поступлении в виварийвсе крысы (n = 80) были промаркированы. После 7-днев-ного карантина в условиях вивария 80 крыс были про-тестированы в «открытом поле», а затем методом кла-стерного анализа была выделена наиболее однороднаягруппа - 24 крысы со средней двигательной активно-стью, которые были включены в дальнейшие исследова-ния. Эти крысы были рассажены в четыре домашниеклетки по 6 особей. Через 2 дня после тестирования воткрытом поле у крыс была зарегистрирована биоэлек-трическая активность мозга (ЭЭГ). Через 6 дней послерегистрации ЭЭГ две из четырех клеток (n = 12) былипомещены в камеру гипомагнитного поля на 21 сут. Ещедве клетки с крысами (n = 12) составили контрольнуюгруппу. Контрольные животные в течение всего экспе-римента находились в соседней комнате.После экспозиции в гипомагнитном поле все жи-вотные были протестированы в открытом поле. У 12 из24 крыс (6 опытных и 6 контрольных) была проведенаповторная регистрация ЭЭГ.Для экспозиции животных в гипогеомагнитной средебыла использована специально сконструированнаяВ.П. Сушко и Д.Я. Сухановым камера (рис. 1), позво-ляющая в автоматическом режиме поддерживать в объ-еме 50.50.50 см требуемый постоянный уровень МП соднородностью в пределах 10-7 Тл (+/- 50 нТл). Компен-сация горизонтальной и вертикальной составляющейГМП осуществлялась с помощью соленоидов - колецГельмгольца. Соленоиды установлены в каркасе из не-магнитных материалов. При этом установка ориентиро-вана так, чтобы третья (одна из горизонтальных) компо-нента магнитного поля была равна нулю. Величина маг-нитного поля внутри и снаружи камеры контролирова-лась магниточувствительными датчиками (ООО «Импе-данс»). Сигнал с магнитометра передавался на пультуправления. Расчет силы тока, необходимого для ком-пенсации ГМП, в реальном времени осуществлялся спомощью компьютерной программы. В ходе экспери-мента индукция магнитного поля устанавливалась науровне 0 Тл с колебаниями +/- 50 нТл.Тестирование в «открытом поле». Поведенческиереакции в «открытом поле» изучались по комплексутестов, характеризующих уровень эмоциональности,двигательную и ориентировочно-исследовательскуюактивность, а также интегральную активность поведе-ния животных в условиях свободного поведения [17].Методика «открытое поле» относится к «общеповеден-ческим» тестам, основанным на помещение животногов незнакомую ситуацию новизны - открытого поля,норковой камеры и др. [17]. Методика позволяет оце-нить резистентность ЦНС к воздействию какого-либострессирующего фактора. Согласно методике «откры-тое поле» крысу помещали в центр ярко освещеннойкамеры размером 1.1 м из белого пластика с прозрач-ными бортами высотой 30 см. Поле размечено на25 квадратов, на пересечении квадратов вырезаны от-верстия диаметром 3 см («норки»). В течение 5 миннаблюдали за поведением животного, фиксируя сле-дующие поведенческие акты: горизонтальная актив-ность (количество пересеченных квадратов); верти-кальная активность (стойки); эмоциональность (коли-чество дефекаций и уринаций); норковый рефлекс;груминг; латентный период выхода из центральногоквадрата. После 5 мин исследования крысу помещалиобратно в клетку. Количество пересеченных квадратов,стоек, заглядываний в норку характеризует двигатель-ную активность и исследовательское поведение живот-ных, количество дефекаций - эмоциональную состав-ляющую поведения. Указанные акты поведения под-считывают суммарно в течение 5 мин и по каждой ми-нуте в отдельности. Камеру тщательно мыли после ка-ждого животного. Тестирование проводилось в течениеодного дня до и в течение одного дня после опыта, с10.00 до 12.00.Регистрация ЭЭГ у крыс. За 6 сут до и через 1 ч по-сле экспозиции в гипогеомагнитной среде регистриро-вали ЭЭГ у крыс с помощью подкожных игольчатыхэлектродов [18]. Каждый электрод представлял собойиглу из нержавеющей стали (длина 12 мм, диаметр0,6 мм). Внутри иглы располагалась золотая проволока(регистрирующая часть электрода, диаметр 0,4 мм),покрытая лаковой изоляцией. При регистрации ЭЭГненаркотизированную крысу фиксировали в руке экс-периментатора, вводили подкожно два регистрирую-щих электрода в области левого и правого полушариятеменной части головы и референтный электрод в об-ласти носовой кости, а также фиксировали серебряныеклипсовые мини-электроды (земляной и дополнитель-ный, для контроля артефактов) на левой передней лапеи правой задней лапе животного. Для лучшего контактас кожей для клипсовых мини-электродов использовалиэлектродный гель «Униагель». ЭЭГ регистрировалимонополярно при помощи 24-канального электроэнце-фалографа «Энцефалан-131-03» («Медиком МТД»,Таганрог) в частотном диапазоне от 0,16 до 70 Гц. Час-тота дискретизации составила 250 Гц. Применялся за-пирающий фильтр, вырезающий 50 Гц колебания, свя-занные с сетевой наводкой. ЭЭГ регистрировали в двухрежимах: 1) исходная ЭЭГ в течение 30 с; 2) звуковаястимуляция: частые стандартные (1 000 Гц, 80 дБ) иредкие девиантные (500 Гц, 80 дБ) стимулы с вероят-ностью предъявления 80 и 20%. Звуковой стимуляторрасполагался на расстоянии 20 см от головы крысы справой стороны.Статистическая обработка результатов проводи-лась с помощью пакета прикладных программSTATISTICA 6.0. При типировании крыс на группы поособенностям нервной системы использовали кластер-ный анализ, метод К-средних. Спектральный анализЭЭГ проводили при помощи программного обеспечения«Энцефалан». При исследовании ЭЭГ крыс анализиро-вали следующие показатели: спектр мощности основныхритмов ЭЭГ в дельта- (0,5-4 Гц), тета- (4-8 Гц), альфа-(8-13 Гц), бета- (13-30 Гц), гамма1- (30-49 Гц) и гамма2-диапазонах (51-70 Гц), а также амплитуду и латентныйпериод компонентов вызванных потенциалов. Выделе-ние вызванных потенциалов проводили при помощипрограммного обеспечения «Энцефалан-131-03». Привыделении вызванных потенциалов использовали ли-шенные артефактов участки ЭЭГ, которые выделялисьвизуально. Эпоха анализа, включая фоновый фрагмент100 мс, составила 500 мс. Выделенные вызванные по-тенциалы фильтровали при помощи прямоугольногофильтра с полосой пропускания 0,16-20 Гц. На основепредстимульного фрагмента длительностью 100 мс оп-ределяли базовую линию. Затем определяли амплитудуи латентный период компонентов вызванных потенциа-лов в выбранных временных окнах.Статистическая значимость различий исследуемыхпоказателей оценивалась с использованием непарамет-рического критерия парных сравнений Вилкоксона икритерия Колмагорова-Смирнова. Статистически зна-чимыми считали различия с уровнем значимостир

Скачать электронную версию публикации