Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

Для обеспечения циркадианной ритмики организма существует система, состоящая из сетчатки глаза, супрахиазматических ядер гипоталамуса, эпифиза и определяющая околосуточные и сезонные ритмы любого живого организма. Перестройка привычного заданного ритма жизни, ведущая к конфликтам с циркадианными ритмами (например, при сменной и ночной работе, ночном отдыхе и т.д.) чаще всего является причиной возникновения десинхроноза [1, 7].

Мелатонин является гормоном эпифиза и универсальным адаптагеном, который «подстраивает» функции организма к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. В связи с этим любое изменение продукции мелатонина, выходящее за рамки естественных физиологических колебаний, может привести к рассогласованию биологических ритмов [6].

Работы последних лет показали негативную роль воздействия постоянного освещения на молодых крыс, приводящего к снижению толерантности к глюкозе и чувствительности к инсулину; накоплению висцерального жира и развитию метаболического синдрома, к увеличению возрастной патологии и спонтанных новообразований [3, 4, 16]. Эпифизэктомия в раннем возрасте у крыс ведет к уменьшению продолжительности жизни и повышению частоты развития онкологических заболеваний [12]. Содержание животных с периода полового созревания при постоянном освещении стимулирует рост спонтанных и индуцированных опухолей, в то время как световая депривация тормозит онкогенез [10, 11]. Световое воздействие на самок в период, предшествующий беременности, приводит к отклонениям в физическом развитии, в развитии надпочечников, гонад и мозга у потомства [8]. В литературе имеются сведения о том, что пинеальная железа в определенные возрастные периоды способна тормозить или активировать внутреннюю «программу» старения организма. В этих работах отмечено значительное удлинение продолжительности жизни мышей и поддержание их гомеостаза на уровне 5-месячных животных при выполнении эпифизэктомии в 14-месячном возрасте. Авторы считают, что именно в этом возрасте пинеальная железа запускает «программу» старения [13, 14].

Целью нашего исследования явилось сравнительное изучение влияния постоянного освещения в зависимости от сроков начала воздействия (с одномесячного и с четырнадцатимесячного возраста) на развитие возрастной патологии, онкогенеза и продолжительность жизни у самцов крыс.

Материалы и методы исследования

В работе использован 221 самец крыс собственной разводки, первоначально полученных из НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова. Работа выполнена с соблюдением международных принципов Хельсинской декларации о гуманном отношении к животным (2000), принципов гуманности, изложенных в директиве Европейского Сообщества (86/609/ЕС), «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных», «Биоэтических правил проведения исследований на человеке и животных» [9]. Исследование проводили до естественной гибели животных. Для измерения освещенности помещений, в которых содержали животных, использовали люксметр «Ф-107» (Россия).

В одномесячном возрасте всех крыс рандомизировано разделили на 2 группы. Первая группа крыс (159 самцов) находилась в условиях стандартного фиксированного режима освещения (LD). Люминесцентные лампы (освещенность 750 лк на уровне клеток на 1 м2 площади) освещали помещение в течение 12 дневных часов, на ночь (12 часов) свет отключали. Окна в помещении отсутствовали. Свет включали в 7 часов утра и выключали в 19 часов вечера. Вторую группу крыс (62 самца) с одномесячного возраста содержали при круглосуточном постоянном освещении (LL-1) люминесцентными лампами (750 лк на 1 м2 площади на уровне клеток). В 14 месяцев крыс первой группы рандомизировано разделили на 2 подгруппы. Крысы первой подгруппы (69 самцов) оставались в условиях стандартного фиксированного режима освещения. Крыс второй подгруппы (90 самцов) перевели в условия постоянного освещения люминесцентными лампами (750 лк на 1 м2 площади на уровне клеток; LL-14).

Всех павших по ходу опыта животных подвергали вскрытию. Основные внутренние органы исследовали микроскопически. Новообразования классифицировали согласно рекомендациям Международного агентства по изучению рака (МАИР) и оценивали как «фатальные» (то есть послужившие непосредственной причиной гибели животных) или как «случайные» (в случаях, когда животное погибло от других причин) [15]. При анализе онкопатологии у крыс определяли количество крыс с опухолями, частоту новообразований различных локализаций, множественность опухолей на одну крысу, время обнаружения 1-й опухоли. Исследовали динамику гибели животных, среднюю продолжительность жизни всех и последних 10 % максимально проживших крыс, а также максимальную продолжительность жизни.

Полученные в экспериментах результаты подвергали статистической обработке [5]. Анализ данных проводили в среде статистической программы ЕXCEL общепринятыми методами вариационной статистики. Достоверность результатов оценивали по непараметрическому U-критерию Уилксона–Манна–Уитни, а также P-value, рекомендованного МАИР.

Результаты исследования и их обсуждение

Обнаруженные в ходе эксперимента данные указывают на неблагоприятное воздействие избыточного освещения в течение длительного времени на молодой организм, тогда как нахождение крыс в условиях постоянного освещения, начиная с 14-месячного возраста, способствует уменьшению возрастной патологии, спонтанного онкогенеза и существенному увеличению продолжительности жизни.

В режиме LL-1 количество крыс с хронической патологией респираторной и сердечно-сосудистой систем, выявленной постмортально, превышало количество особей с патологией в группах LD и LL-14. Среди другой патологии, часто наблюдаемой на вскрытии самцов в режиме LL-1, отмечались инфекционные заболевания, катаракта и злокачественные опухоли (табл. 1). Следует отметить, что максимальное значение количества заболеваний, приходящихся на 1 крысу, наблюдали в режиме LL-1 (2,7), что согласуется с другими экспериментальными работами [2]. В режиме LL-14 пневмонии, гепатопатии, катаракта и злокачественные опухоли, обнаруженные на вскрытии, регистрировались реже, чем у крыс контрольной и LL-1 групп, а количество заболеваний, приходящихся на 1 крысу, в условиях LL-14 было минимальным – 1,6.

Влияние постоянного освещения на самцов крыс как с одномесячного, так и с 14-месячного возраста приводило к более раннему появлению спонтанных опухолей, как злокачественных, так доброкачественных по сравнению с аналогичным параметром в условиях стандартного освещения (на 428 и 469 день соответственно). Тем не менее в условиях LL-1 время обнаружения первой опухоли зафиксировано на 41 день раньше, чем в режиме LL-14. Количество крыс с опухолями, в том числе со злокачественными, в группе LL-14 было наименьшим (28,9 и 10,0 % соответственно), а в условиях LL-1 – наибольшим (35,3 и 29,4 % соответственно) по сравнению с контрольной группой. Показатель множественности опухолей в группе LL-1 был минимальным вследствие преобладания крыс-самцов со злокачественными опухолями по сравнению с особями контрольной группы (табл. 2). Количество опухолей на одну крысу-самца в режиме LL-14 было незначительно меньше (1,31) по сравнению с аналогичным параметром в стандартном режиме освещения (1,4).

Таблица 1

Виды патологии, обнаруженные на вскрытии у самцов крыс, в зависимости от светового режима (%)

Примечание. Стандартное освещение (LD), постоянное освещение с одномесячного возраста (LL-1), постоянное освещение с 14 месяцев (LL-14). Значения даны в % к числу животных в группе.

Таблица 2

Влияние постоянного освещения на частоту и локализацию опухолей у самцов крыс

Примечание. Обозначение режимов как в табл. 1.

В процентном отношении количество самцов-крыс с опухолями в режиме LL-14 в течение всего эксперимента всегда было меньшим, чем в двух других группах (табл. 2). В режиме LL-1 динамика возникновения опухолей, как видно из рис. 1, а, в течение первых 900 дней жизни значительно превышала показатели контрольной группы, и общее количество крыс с новообразованиями было наибольшим (35,3 %). Также количество самцов со злокачественными опухолями на протяжении всего исследования было наибольшим в режиме LL-1, и наименьшим – в режиме LL-14 (рис. 1, б). Наши наблюдения совпадают с исследованиями, в которых изучали воздействие света ночью на спонтанный канцерогенез [11, 12]. Известно, что постоянное освещение стимулирует развитие индуцированного химическими агентами канцерогенеза печени, молочной железы, аденокарциномы толстого кишечника и трансплацентарного канцерогенеза [1].

а б

Рис. 1. Влияние постоянного освещения на динамику возникновения опухолей (А) и динамику возникновения злокачественных опухолей (Б) у самцов крыс. Примечание. Обозначение режимов как в табл. 1. Значения даны в % от числа животных в группе

Как можно судить по данным, представленным в табл. 3, содержание самцов крыс в условиях постоянного освещения с одномесячного возраста сопровождалось уменьшением средней продолжительности жизни (СПЖ) на 3 % и максимальной продолжительности жизни (МПЖ) на 4 % по сравнению с группой крыс, содержавшихся при стандартном режиме освещения. СПЖ крыс с опухолями, в том числе СПЖ самцов со злокачественными новообразованиями, в режиме LL-1 уменьшалась по сравнению с другими экспериментальными группами (табл. 3). Данные результаты находят подтверждение в работах других исследователей [3, 16]. Напротив, содержание крыс при постоянном освещении с 14 месяцев сопровождалось увеличением средней продолжительности жизни на 6,7 % и максимальной продолжительности жизни на 9,2 % по сравнению с группой крыс, содержавшихся в режиме LD. Содержание крыс в режиме LL-14 сопровождалось достоверным увеличением СПЖ последних 10 % крыс на 9,4 %, а МПЖ – на 9,2 % по сравнению с самцами группы LD. СПЖ животных в режиме LL-14 с новообразованиями, а также со злокачественными опухолями увеличивалась по сравнению с особями в стандартном режиме освещения (табл. 3).

На рис. 2 можно видеть, что кривая выживаемости для крыс-самцов группы LL-1 существенно смещена влево по отношению к кривой выживаемости для крыс группы LD. Кривая выживаемости для самцов группы LL-14, начиная с 32 месяцев, смещена вправо по отношению к кривой выживаемости для крыс группы LD.

Результаты проведенного исследования показывают, что снижение функциональной активности эпифиза под влиянием постоянного освещения с одномесячного возраста индуцирует спонтанный онкогенез и уменьшает среднюю и максимальную продолжительность жизни. Напротив, воздействие постоянного освещения на лабораторных животных, начиная с 14-месячного возраста, оказывает модулирующее влияние на возрастную патологию: уменьшает количество доброкачественных и злокачественных новообразований, увеличивает среднюю и максимальную продолжительность жизни по сравнению с самцами в условиях стандартного режима освещения.

Таблица 3

Влияние постоянного освещения на продолжительность жизни самцов крыс

Примечание. Обозначение режимов как в таб. 1. CПЖ – средняя продолжительность жизни; МПЖ – максимальная продолжительность жизни. ** – р < 0,01 изменения достоверны по сравнению с показателем, полученным в LD режиме в том же месяце (критерий Уилкоксона–Манна–Уитни).

Рис. 2. Влияние постоянного освещения на продолжительность жизни самцов крыс. Примечание. Обозначение режимов как в рис. 1

Таким образом, изменение показателей заболеваемости, продолжительности жизни и динамики онкогенеза у крыс зависят от возраста, в котором начинается воздействие постоянного освещения. Подавление функциональной активности эпифиза, вызванное действием постоянного света, на разных этапах постнатального онтогенеза может как индуцировать (в молодом возрасте) так и ингибировать (в старческом возрасте) процессы старения и онкогенеза у самцов-крыс.

Работа выполнена в рамках Программы стратегичеcкого развития 2012-2016 гг. «Университетский комплекс ПетрГУ в научно-образовательном пространстве Европейского Севера: стратегия инновационного развития» и при поддержке гранта РГНФ № 12-06-00340 «Циркануальные ритмы в процессе адаптации организма к условиям Европейского Севера: механизмы и пути профилактики».

Рецензенты:

Шевченко А.И., д.м.н., профессор кафедры фармакологии, организации и экономики фармации, микробиологии и гигиены, ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет», г. Петрозаводск;

Горанский А.И., д.м.н., профессор кафедры анатомии, физиологии и гигиены, ФГБОУ ВПО «Карельская государственная педагогическая академия», г. Петрозаводск.

Работа поступила в редакцию 11.04.2013.