В современных условиях лекарственные средства используются не только для лечения и коррекции патологических состояний, но и практически здоровыми людьми с целью адаптации к изменяющимся условиям среды, улучшения качества жизни [1]. Примером может служить фармакологическое обеспечение спортсменов, людей экстремальных профессий (космонавты, альпинисты, шахтеры, личный состав военизированных формирований и т.д.), профилактика психоэмоциональных и физических нарушений при смене климатических и часовых поясов и т.д. [5].
Для оценки перенесенных физических и стрессовых нагрузок существует большое количество различных методик [4]. Однако ввиду индивидуальных особенностей организма животного в экспериментальных условиях не всегда представляется возможным адекватно оценить степень перегрузок, поэтому актуальной становится разработка новых методических подходов к изучению психоэмоционального и физического перенапряжения.
Цель работы
Цель данного исследования состояла в комплексной валидационной оценке нового методического подхода к изучению физического и психоэмоцинального перенапряжения в эксперименте.
Материалы и методы исследования
Исследование проводилось на 45 беспородных мышах-самцах, массой 20–25 граммов, разделенных на 2 группы. Первая группа – 30 интактных животных. Вторая группа – 15 мышей (группа негативного контроля), в течение 10 дней подвергалась физическим нагрузкам в тесте «принудительное плавание «до отказа» с модифицированной 20 %-й нагрузкой от массы тела животного. Интактные животные также подвергались принудительному плаванию с аналогичной нагрузкой группами по 10 мышей, с периодами отдыха. Плавание осуществлялось в цилиндре диаметром 10 см и высотой 30 см с водой температурой 15 °С (аверсивная среда). Время плавания фиксировалось. Для оценки психоэмоционального статуса использовали тесты «открытое поле» и «приподнятый крестообразный лабиринт» в начале эксперимента и по истечении 10-дневного плавания. Для оценки состояния некоторых показателей общего обмена проводили клинический анализ крови с использованием анализатора Mindray BC-2800Vet и клинический анализ мочи на анализаторе CL-50 URINE ANALYZER. Результаты опытов выражали в % к интактной группе. Статическую обработку данных осуществляли путем проверки данных на нормальность распределения с использованием критерия Колмогорова-Смирнова. В случае нормального распределения использовали параметрический t-критерий Стьюдента. При ненормальном распределении дальнейшую статистическую обработку данных проводили с использованием критерия Манна-Уитни.
Результаты исследования и их обсуждение
В группе интактных мышей исходное время плавания составило 311,32 + 17,352 сек. На протяжении всех 10 дней эксперимента продолжительность плавания интактной группы мышей оставалась практически неизменной (рисунок).
Исходное время плавания группы негативного контроля составляло 282,65 + 24,389 сек. Начиная со второго дня продолжительность плавания данной группы животных уменьшалась практически линейно, до значения 151,15 + 16,387 сек, что соответствует 6-му дню плавания с нагрузкой. Таким образом, на 6-й день эксперимента продолжительность плавания мышей группы негативного контроля уменьшилась на 46,5 % относительно исходного значения и на 50,5 % относительно интактной группы. Изменения носили достоверный характер (Р ≤ 0,05). На седьмой день в группе мышей, ежедневно подвергавшихся плаванию с 20 %-й нагрузкой, наблюдалось увеличение работоспособности. Так, время плавания возросло, до 204 + 23,191 сек, что составляет 125,9 % относительно 6-го дня плавания данной группы животных. Однако затем у группы негативного контроля наблюдалось дальнейшее снижение продолжительности принудительного плавания, до 121 + 11,801 сек, т.е. на 40,69 % относительно времени 6-го дня плавания данной группы мышей и на 62,4 % по сравнению с интактной группой (рисунок). На 10-й день в группе негативного контроля продолжительность плавания статистически достоверно (Р ≤ 0,05) снизилась на 48,2 % относительно исходного значения и на 53,4 % по сравнению с интактной группой.
Продолжительность плавания интактных животных и группы негативного контроля. Примечание. * – достоверно относительно интактной группы (Р ≤ 0,05)
При оценке психоэмоционального статуса в тесте «открытое поле» у животных, подвергавшихся ежедневным физическим и психоэмоциональным нагрузкам, было установлено статистически достоверное снижение количества пройденных квадратов на 38,93 % и числа стоек на 184,2 % относительно исходного значения (табл. 1).Относительно интактной группы также было установлено статистически достоверное (Р ≤ 0,05) снижение локомоторной и ориентировочно-исследовательской активности на 40,83 % и 257,9 % соответственно. Полученные в тесте «открытое поле» данные свидетельствуют о значительном уменьшении двигательной и исследовательской активности, причем падение поисковой активности преимущественно произошло за счет снижения вертикальной ее составляющей (число стоек), что может свидетельствовать о значительном перенапряжении скелетной мускулатуры [6] и согласуется с результатами теста принудительного плавания.
В тесте «приподнятый крестообразный лабиринт («ПКЛ») у группы негативного контроля произошло снижение количества переходов между рукавами «ПКЛ» на 26,92 % и числа стоек на 25 %, без статистической достоверности относительно исходного значения. В сравнении с интактной группой наблюдалась аналогичная тенденция. Количество переходов достоверно (Р ≤ 0,05) снизилось на 47,37 %, число стоек на 60,78 %, что коррелирует с данными, полученными в тесте «открытое поле» и также может свидетельствовать о снижении поисковой и двигательной активности.
Кроме того, наблюдалось снижение времени пребывания животных, подвергавшихся ежедневным физическим и психоэмоциональным перегрузкам, в открытых рукавах «ПКЛ» более чем в 7 раз (∆ % 614,29 %) и увеличение времени нахождения в центральном квадрате на 270,59 %, по сравнению с исходными показателями. Относительно интактной группы данные показатели изменялись аналогично, так время в открытых рукавах «ПКЛ» снизилось более чем в 5 раз, а продолжительность нахождения в центральном квадрате увеличилась на 88,46 %. Изменения носили достоверный характер. Значительно возросла и продолжительность груминга у группы негативного контроля изменения относительно исходного значения составили 156,41 %, в сравнении с интактной группой время груминга увеличилось на 128,31 % без статистической достоверности (табл. 2).
Приведенные данные позволяют предположить, что перенесенные физические нагрузки способствовали формированию тревожности у животных [3].
Проведенный клинический анализ крови показал, что в группе животных, подвергавшихся длительным физическим нагрузкам наблюдается увеличение количества лейкоцитов на 46,36 % относительно интактной группы мышей, при этом значительно увеличилось содержание моноцитов (61,01 %). Содержание гемоглобина и тромбоцитов незначительно повысилось (табл. 3). Возникшие изменения состава периферической крови у группы негативного контроля, вероятно, связаны с возросшей активностью симпато-адреналовой системы, а также усиленной деятельностью коры надпочечников, что в свою очередь является следствием стресса, во время перенесенных физических и психоэмоциональных нагрузок [2].
Таблица 1
Изменение физического и психоэмоционального статуса животных в тесте «открытое поле»
|
Открытое поле |
Число пройденных квадратов |
Число стоек |
Число заглядываний |
Груминг |
Время в центральном квадрате |
|
|
Исходное значение |
Ср. знач. |
97,75 |
10,8 |
2,5 |
2,55 |
2,55 |
|
+/– |
6,231 |
1,358 |
0,494 |
1,225 |
1,148 |
|
|
После 10 дней плавания |
Ср. знач. |
59,7 |
3,8 |
2,6 |
1,75 |
1,6 |
|
+/– |
5,13 |
0,863 |
0,386 |
0,691 |
0,892 |
|
|
∆ % |
– 38,93 %δ |
– 184,2 %δ |
4 % |
– 45,71 % |
– 59,38 % |
|
|
Интактная группа |
Ср. знач. |
100,89 |
13,6 |
2,3 |
3,11 |
2,9 |
|
+/– |
4,348 |
2,541 |
0,657 |
1,755 |
1,523 |
|
|
∆ % |
– 40,83 %* |
– 257,9 %* |
8,7 % |
– 77,71 % |
– 81,25 % |
|
Примечания. * – достоверно относительно интактной группы (Р ≤ 0,05), δ – достоверно относительно исходного значения (Р ≤ 0,05).
Таблица 2
Изменение физического и психоэмоционального статуса животных в тесте «приподнятый крестообразный лабиринт»
|
ПКЛ |
Время в закр. рук. |
Время в центр. квадр. |
Время в откр. рук. |
Стойки |
Груминг |
Число переходов |
|
|
Исходное значение |
Ср. знач. |
100,6 |
11,9 |
67,5 |
3,4 |
1,95 |
3,9 |
|
+/– |
11,881 |
1,633 |
11,743 |
0,741 |
0,977 |
0,684 |
|
|
После 10 дней плавания |
Ср. знач. |
126,45 |
44,1 |
9,45 |
2,55 |
5 |
2,85 |
|
+/– |
8,099 |
5,894 |
3,908 |
0,573 |
1,988 |
0,35 |
|
|
∆ % |
20,44 % |
270,59δ |
– 614,29 %δ |
– 25 % |
156,41 % |
– 26,92 % |
|
|
Интактная группа |
Ср. знач. |
109,3 |
23,4 |
47,3 |
4,1 |
2,19 |
4,2 |
|
+/– |
13,852 |
2,658 |
6,337 |
0,169 |
1,011 |
0,844 |
|
|
∆ % |
15,69 % |
88,46 %* |
– 400,53 %* |
– 60,78 % |
128,31 % |
-47,37 % |
|
Примечания. * – достоверно относительно интактной группы (Р ≤ 0,05), δ – достоверно относительно исходного значения (Р ≤ 0,05).
Таблица 3
Изменения состава периферической крови, после перенесенных физических и психоэмоциональных нагрузок
|
Показатель |
WBC* 109/L |
LYM* 109/L |
MON* 109/L |
GRAN* 109/L |
RBC* 1012/L |
HGB, g/L |
PLT* 109/L |
|
|
Негатив. Контроль |
Ср. знач. |
8,352 |
3 |
0,59 |
4,76 |
5,799 |
108,8 |
519,3 |
|
+/– |
0,493 |
0,296 |
0,106 |
0,574 |
0,187826 |
3,002 |
36,775 |
|
|
Интакт |
Ср. знач. |
4,48 |
1,765* |
0,23* |
2,8* |
5,59 |
100,6 |
466,75 |
|
+/– |
0,448 |
0,342 |
0,036 |
0,381 |
32,825 |
2,5602 |
25,617 |
|
|
∆ % |
+ 46,36 %* |
+ 41,76 %* |
+ – 61,01 %* |
+ 41,17 %* |
– 3,6 % |
+ 7,54 % |
+ 10,12 % |
|
Примечание. * – достоверно относительно интактной группы (Р ≤ 0,05).
Таблица 4
Изменения состава мочи после перенесенных физических и психоэмоциональных нагрузок
|
Показатель |
Лейкоциты кл/мкмоль |
Кетоны ммоль/л |
Белок г/л |
Глюкоза ммоль/л |
Эритроциты кл/мкл |
рН |
|
|
Опыт |
Ср. знач |
84,25 |
0,325 |
0,94* |
0 |
22,5 |
6,475 |
|
+/– |
33,441 |
0,083 |
0,280 |
0 |
10,8002 |
0,236 |
|
|
Интакт |
Ср. знач |
0 |
0 |
0,025 |
0 |
0 |
6,6 |
|
+/– |
0 |
0 |
0,0170783 |
0 |
0 |
0,305505 |
|
Примечание. * – достоверно относительно интактной группы (Р ≤ 0,05).
При анализе мочи в группе животных, подвергавшихся ежедневному принудительному плаванию, наблюдалась выраженная протеинурия, содержание белка возросло в 37,6 раз относительно значения интактной группы. Обнаружены кетоновые тела в количестве 0,325 + 0,083 ммоль/л. Ввиду изменения состава периферической крови у данных животных наблюдались лейкоцитурия и микрогематурия (табл. 4).
Полученные данные о составе мочи, в частности протеинурия и кетонурия, также свидетельствуют о значительном физическом и эмоциональном перенапряжении организма животных [2].
Выводы
Продолжительность принудительного плавания с 20 %-й нагрузкой от массы тела животного на 10-й день достоверно снизилась на 48,2 % по сравнению с исходными данными и на 53,4 % относительно интактной группы. При оценке психоэмоционального статуса и локомоторной активности в тесте «открытое поле» было выявлено статистически достоверное снижение двигательной и ориентировочно-исследовательской активности на 38,93 % и числа стоек на 184,2 % относительно исходного значения, относительно интактной группы на 40,83 % и 257,9 % соответственно. В тесте «приподнятый крестообразный лабиринт» наблюдалось повышение уровня тревожности, о чем свидетельствует достоверное уменьшение времени пребывания животных в открытых рукавах креста более чем в 7 раз, по сравнению с исходными показателями, и более чем в 5 раз, относительно интакной группы, а также увеличение продолжительности груминга на 156,41 %, относительно исходного значения и в сравнении с интактной группой на 128,31 %. Определенные показатели состава периферической крови и мочи группы негативного контроля показали наличие выраженного лейкоцитоза (содержание лейкоцитов возросло на 46,36 %, относительно интактной группы), а также значительного количества белка (0,94 + 0,025 г/л) и кетоновых тел (0,325 + 0,083 ммоль/л) в моче, что может свидетельствовать о перенесенном физическом и психоэмоциональном перенапряжении. Сопоставляя полученные данные, можно сделать вывод, что новый методический подход к изучению физического и психоэмоцинального перенапряжения на протяжении 10 дней с 20 %-й нагрузкой от массы тела животного является валидным и может применяться в экспериментальной практике.
Рецензенты:
Черников М.В., д.м.н., профессор. заведующий кафедрой биологии и физиологии ГБОУ ВПО «Пятигорского медико-фармацевтического института-филиала Волгоградского государственного медицинского университета», г. Пятигорск;
Погорелый В.Е., д.б.н., профессор кафедры фармакологии с курсом клинической фармакологии ГБОУ ВПО «Пятигорского медико-фармацевтического института-филиала Волгоградского государственного медицинского университета», г. Пятигорск.