Реакция экспериментальных животных на слабые электромагнитные поля

На правах рукописи

Чуприкова Елена Михайловна

РЕАКЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЖИВОТНЫХ НА СЛАБЫЕ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

03.00.13 – Физиология

03.00.25 – Гистологи, цитология и клеточная биология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Томск –2003

2

Работа выполнена в Сибирском Государственном медицинском университете и НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете Научные руководители:

академик РАМН, доктор медицинских наук, профессор Медведев Михаил Андреевич доктор медицинских наук, профессор Перельмутер Владимир Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Гриднева Вера Ивановна доктор биологических наук, профессор Логвинов Сергей Валентинович

Ведущая организация: Институт физиологии Сибирского Отделения РАМН (г.Новосибирск)

Защита состоится «_»_ 2003 г. в _ час. на заседании Диссертационного совета Д 208.096.01 при Сибирском государственном медицинском университете (634050 г.Томск, Московский тр., 2)

С диссертацией можно ознакомиться в научно-медицинской библиотеке Сибир ского государственного медицинского университета ( г.Томск, пр.Ленина, 107) Автореферат разослан «_» 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Бражникова Надежда Архиповна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Электромагнитные поля (ЭМП) естественного и искусственного происхо ждения являются существенными компонентами среды обитания. Как установ лено в последние десятилетия, они имеют большое значение в физиологии и биологии живых организмов (Холодов Ю.А. и др., 1987;

Сидякин В.Г. и др., 1985;

Clary S.F, 1993;

Лебедева Н.Н., 1998;

Juutilainen Jukka, 1998;

Akdag M., 1999). Адаптация к внешним раздражителям имеет разные уровни проявления, среди которых поведенческие реакции наиболее наглядны и часто используются экспериментаторами (Михеев В.В. и др., 1986, Пошивалов В.П., 1978, Shively C.A., 1998). Изучение поведенческих реакций позволяет понять взаимосвязь происходящих в процессе адаптации нейрогуморальных реакций и их внешних проявлений. Однако результаты работ по изучению воздействия слабых ЭМП на поведение экспериментальных животных отличаются большой вариабельно стью и низкой воспроизводимостью (Крылова И.Н. и др., 1992, Климовский В.Я. и др., 1992).

Одним из путей преодоления этих недостатков может служить типизация экспериментальных животных. Для большинства из них характерна естествен ная типизация - доминантно-субординатная иерархия (Пошивалов В.П., 1979, Kaplan J.R. et al., 1999, Вековищева О.Ю., 1998), обусловленная исходными психофизиологическими особенностями особей и разной устойчивостью к стрессорным факторам. Имеется лишь несколько работ, в которых показано, что иерархическое положение в группе может быть связано с особенностями сте роидогенеза, в том числе и при стрессе (Shively C.A., 1998, Otten W. et al., 1999).

Однако практически нет работ, в которых бы изучалась роль иерархического статуса в реакции животных на воздействие ЭМП.

Помимо различий, связанных с функционированием адаптивной системы, необходимо учитывать и функционально-структурные особенности одной из наиболее вероятных зон рецепции ЭМП, в качестве которой рассматривается кожа (Лебедева Н.Н., 1993;

Бецкий О.В., 1995;

Шаловай В.В., 1995). Известны особенности формирования волосяного покрова млекопитающих (упорядочен ное расположение волосяных фолликулов - линии Фойта), параметры которых коррелируют как с некоторыми радиофизическими характеристиками кожи, так и с состоянием адаптивной системы животного (Шаловай В.В. и др., 1993;

Пе рельмутер В.М. и др., 1993;

Перфильев В.И. и др., 1989). Однако в настоящее время отсутствуют работы, в которых изучалась бы роль функционально структурной организации кожи в ответной реакции на ЭМП с учетом ориента ции животного относительно вектора напряженности поля.

Цели исследования: Изучить зависимость реакции мышей на воздейст вие слабым электромагнитным полем от доминантно-иерархического статуса животных, их адаптивного состояния, а также взаимосвязь реакции животных с ориентацией линий Фойта кожи относительно вектора поля.

Задачи исследования 1. Исследовать состояние адаптивной системы и поведенческих реакций ин тактных мышей в зависимости от доминантно-иерархического статуса жи вотных.

2. Изучить поведение мышей в геомагнитном и постоянном магнитном полях при ограничении положения животных относительно вектора напряженно сти поля.

3. Исследовать поведение мышей после комбинированного воздействия посто янным магнитным полем и слабой функциональной нагрузкой, в зависимо сти от ориентации вектора напряженности поля относительно кранио каудальной оси тела животного.

4. Исследовать состояние адаптивной системы мышей после комбинированно го воздействия постоянным магнитным полем и слабой функциональной на грузкой в зависимости от ориентации вектора напряженности поля относи тельно кранио-каудальной оси тела животного.

5. Определить параметры линий Фойта на коже мыши и их ориентацию на теле относительно кранио-каудальной оси тела животного.

Научная новизна Впервые показана зависимость чувствительности мышей к вектору напря женности геомагнитного поля от уровня доминирования животного в группе.

Показана также связь уровня стрессированности и особенностей поведения мышей от принадлежности к соответствующей иерархической группе.

В работе впервые предложен способ регистрации биологического действия слабых электромагнитных излучений путем регистрации поведенческих реак ций мышей с учетом их иерархического статуса.

Впервые определены параметры и направление расположения линий Фойта на всех участках тела мыши и получено представление о структурной органи зации кожи мышей в виде системы линий Фойта. Впервые обнаружен половой диморфизм по параметрам линий Фойта и глубине залегания волосяных фолли кулов у мышей.

На предложенной нами модели впервые показано различие адаптогенного действия слабого магнитного поля на мышей в зависимости от взаимной ориен тации вектора напряженности магнитного поля и кранио-каудальной оси тела животного. Впервые предложена гипотеза рецепции ЭМП животными, имеющими волосяной покров, основанная на особенностях структурной организации кожи.

Теоретическая и практическая значимость работы Полученные данные расширяют современные представления о взаимо связи адаптивного состояния животного с его доминантно-иерархическим ста тусом. Разработан способ регистрации биологического действия слабых элек тромагнитных полей путем формирования групп экспериментальных животных с учетом иерархического статуса и ориентацией их относительно вектора поля, который позволяет повышать чувствительность экспериментов, воспроизводи мость и статистическую достоверность экспериментальных результатов, снижая стоимость исследований.

При проведении экспериментальных работ с животными, имеющими воло сяной покров, по изучению воздействия слабых ЭМП и механизмов рецепции ЭМП необходимо учитывать роль в этих процессах структурной организации кожи и взаимной ориентации линий Фойта и вектора напряженности поля.

Полученные результаты могут использоваться биологами, гистологами, физио логами и физиотерапевтами при преподавании соответствующих разделов дис циплин и при проведении экспериментов по исследованию биологического дей ствия естественных и искусственных электромагнитных полей на живые орга низмы вообще и здоровье человека в частности.

Основные положения, выносимые на защиту 1. Степень чувствительности мышей к вектору геомагнитного поля, прояв ляющаяся в поведенческих реакциях, зависит от уровня доминирования жи вотного в группе. Наиболее чувствительны к слабым физическим воздейст виям особи, относящиеся к низшим иерархическим ступеням. Принадлеж ность к соответствующей иерархической группе характеризуется особенно стями поведенческих реакций и связана с морфо-функциональным состоя нием тимико-адреналовой системы.

2. Степень воздействия слабых физических полей на мышей зависит от взаим ной ориентации вектора напряженности поля и кранио-каудальной оси тела животного и максимальна при параллельном расположении вектора и оси.

3. Структурная организация кожи мышей характеризуется упорядоченным расположением волосяных фолликулов (линий Фойта), образующим на всех имеющих объем частях тела систему псевдоколец. Параметры линий Фойта характеризуются асимметрией и зависят от пола животного.

Апробация работы Основные положения работы докладывались и обсуждались на - YII Всесоюзном семинаре «Применение КВЧ-излучения низкой интенсивности в биологии и медицине» (Москва, 1989);

- III Всесоюзном совещании «Ядерно-физические методы анализа в контроле окружающей среды» (Томск, 1985);

- V Всесоюзном семинаре «Изучение механизмов нетеплового воз действия миллиметрового и субмиллиметрового излучения на био логические объекты» (Москва,1983);

- международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружаю щей среды» (Томск, 1998);

- международной конференции «Современные проблемы фундамен тальной и клинической медицины» (Томск, 1999);

- научной конференции, посвященной 80-летию со дня рождения и 50-летию работы в Санкт-Петербургской медицинской академии последипломного образования з.д.н. РФ, члена-корр. РАМН, про фессора Хмельницкого О.К. (Санкт-Петербург, 2000);

второго конгресса молодых ученых «Научная молодежь на пороге XXI века» (Томск, 2001).

- городской научно-практической конференции «Современные ас пекты биологии и медицины» (Томск, 2002);

- Рабочее совещание «Биологические эффекты электромагнитных полей» (Сингапур, 2002).

Публикации По теме диссертации опубликовано 15 научных печатных работ, из них 12 – в центральной печати, в том числе получены патент №2143842 и интеллек туальный продукт №72200200008.

Объем и структура диссертации Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста и состо ит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследова ний, четырех глав собственных исследований, их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 229 – отечественных и зарубежных ис точников. Работа иллюстрирована 3 фотографиями, 19 таблицами и 14 рисун ками.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Исследования проведены на 97 лабораторных беспородных мышах самцах и 5 самках весом 20-25 г в возрасте 8-10 недель. Животные содержа лись по 3 в пластиковых клетках 20х40 см2 со свободным доступом к еде и пи тью. Умерщвление осуществлялось методом дислокации шейного отдела по звоночника. При вскрытии мышей проводили макроскопическую оценку со стояния внутренних органов с целью исключения латентных инфекций.

Для проведения экспериментов, предполагающих исследование морфо функциональных характеристик тимуса и надпочечников, а также поведенче ских реакций, подготовка экспериментальных животных состояла в формирова нии иерархической структуры и последующей идентификации иерархического статуса каждого животного. Для этого, как указано выше, животные помеща лись в клетки по три. Дважды в неделю мониторировались нападения среди мышей во всех экспериментальных группах (Haemisch A.et al., 1994). Через недели животных тестировали на избегание запаха партнера в Т-образном лаби ринте (Наумов Н.П. и соавт., 1972). По итогам тестирования в лабиринте и мо ниторирования количества нападений животные были отнесены к одной из трех категорий: лидеры (), активные () и пассивные субдоминанты ().

Уровень стрессированности животных оценивался по величине тимус индексов правой и левой половин (частное от деления веса соответствующей части органа в миллиграммах к весу тела в граммах) и по коэффициенту асим метрии органа, а также по относительному количеству лимфоцитов в перифери ческой крови животных (Гаркави Л.Х. и соавт, 1977, 1985). Забор крови осуще ствляли из хвостовой вены перед умерщвлением животного. Препараты крови фиксировали метиловым спиртом и окрашивали азуром II и эозином. Количест во лейкоцитов в периферической крови, как и лейкоцитарную формулу подсчи тывали с помощью стандартных гематологических методов. Рассчитывали от носительное и абсолютное количество различных лейкоцитарных элементов в периферической крови.

Основным методом оценки состояния надпочечников и кожи явилась гистометрия. Гистометрические измерения были проведены с помощью ком плекса микроскоп (“Karl Zeiss”) – видеокамера (“Panasonic”) – персональный компьютер (IBM PC Pentium I). С микропрепаратов были получены фотофайлы.

Для масштабирования полученных файлов проводилась калибровочная съемка объект-микрометрической линейки. Измерения изучаемых параметров прово дили в программе «Adobe Photoshop 5.0». Функциональную активность зон над почечников определяли по величине площади ядер адренокортикоцитов клу бочковой, пучковой и сетчатой зон коры и хромаффинных клеток мозгового слоя в препаратах надпочечников, окрашенных гематоксилином и эозином (Хе син Я.Е., 1967).

Для определения параметров линий Фойта и ориентации их на коже мы ши было исследовано 176 фрагментов кожи. Для получения цельной картины отмечались место расположения и ориентация каждого фрагмента кожи относи тельно апико-каудальной оси тела животного. Кусочки кожи для микроскопиче ских исследований фиксировали в 12% нейтральном формалине и заключали в парафин. Срезы толщиной 5-7 мкм производили в плоскости параллельной по верхности кожи и окрашивали гематоксилином и эозином. В микропрепаратах кожи измеряли расстояния между линиями Фойта и ширину самих линий. Для каждого фрагмента кожи измерение параметров проводилось 20-кратно. Допол нительно рассчитывались величина отношения средней ширины линии Фойта к расстоянию между ними и плотность линий Фойта на мм кожи. Измерения про водились с учетом рекомендаций Автандилова Г.Г. (1973) Изучение поведения животных в геомагнитном поле и постоянном маг нитном поле проводили с использованием крестообразного лабиринта. Положе ние животных относительно вектора поля во время эксперимента ограничива лось стенками лабиринта, соседние ветви которого образуют прямые углы. Жи вотное помещалось в центр лабиринта, и в течение 5 минут фиксировалось вре мя пребывания мыши в ветвях лабиринта. Для каждого животного испытание проводилось трижды (один раз в день). Определялся показатель предпочтения ветвей лабиринта, который оценивался как отношение времени пребывания в парных ветвях лабиринта, а также коэффициент вариации (V) этого отношения (V = 100%/xср.). Первая и вторая группы измерений проводились при ориента ции ветвей крестообразного лабиринта относительно вектора геомагнитного или постоянного магнитного поля параллельно и перпендикулярно. Третья и четвертая группы измерений - при повороте лабиринта на 45о относительно вектора поля и, следовательно, равнозначности пар ветвей по ориентации отно сительно вектора напряженности ГМП.

Исследование поведения животных в условиях воздействия искусствен ным магнитным полем проводили в течение трех дней (для каждого животного) путем тестирование в «открытом поле» (Срединин С.Б., Ведерников А.А., 1979, Пошивалов В.Г, 1985). Поведенческие реакции фиксировались в течение 5 ми нут по одному разу в день: первый день – знакомство с площадкой, второй день - контрольное тестирование, третий день – тестирование после эксперименталь ного воздействия. При этом регистрировались показатели поведения, обозна ченные в Таблице 1. Для каждого показателя поведения дополнительно рассчи тывалась величина (изменение), определяемая по формуле = 100% 2(Ппо-Пдо)/ (Ппо+Пдо), где Пдо – величина показателя во время контрольного тестирования, Ппо – величина показателя после экспериментального воздействия.

В качестве воздействующего фактора использовалось комбинированное воздействие постоянным магнитным полем (ПМП), ориентированным относи тельно кранио-каудальной оси тела мыши, и слабой функциональной нагрузкой (изоляция животных в камерах при экспозиции в ПМП). Животные помещались в одиночные цилиндрические горизонтальные камеры, близкие по объему к объему тела мыши, которые устанавливались параллельно или перпендикуляр но вектору напряженности экспериментального поля. Время экспозиции – минут. Тестирование в «открытом поле» проводили сразу после экспозиции.

Забор крови и определение относительного количества лимфоцитов в перифе рической крови животных осуществляли после второго и третьего «прогонов» в «открытом поле». Изменение количества лимфоцитов после экспериментально го воздействия по сравнению с контролем рассчитывалось аналогично измене ниям показателей поведения. По окончании тестирования определяли состояние тимуса и надпочечников.

В экспериментах по исследованию чувствительности к постоянному магнитному полю для его создания были использованы постоянные магниты.

При этом в рабочей зоне создавалось однородное магнитное поле напряженно стью 20,0 ± 1,0 эрстед. Измерения напряженности магнитного поля были прове дены с помощью магнитометра Ш1-1. Параметры геомагнитного поля были оп ределены из среднестатистических данных для места проведения наблюдений и составляли 0,7 эрстед. Направление вектора напряженности магнитного поля в рабочей зоне определяли с помощью компаса.

Полученные данные обрабатывали с помощью пакета программ «Statistic for Windows». Использовали t критерий Стьюдента, непараметрические крите рии 2, точный метод Фишера и дискриминантный анализ. Кроме того, подсчи тывали коэффициент линейной корреляции. Достоверными считали различия между выборками, при которых значения абсолютного показателя точности (p) было равно или меньше 0,05 (Рокицкий П.Ф., 1973) Таблица Элементы оценки поведения животных в «открытом поле»

Мотива- Букв.

ционная Поведенческие элементы Регистрируемый показатель обозна категория чение Исследо- Горизонтальная двигатель- Количество пересеченных квадра- Дв вание ная активность (локомоция) тов Время, затраченное на локомоцию Дввр (% от общего времени наблюдения) Скорость (кол-во квадратов/ сек) Двск Локомоция в центральной Количество пересеченных цен- ЛокЦ части поля тральных квадратов Время, затраченное на локомоцию в ВрЦ центре поля Скорость (кол-во центральных СкЦ квадратов/ сек) Локомоция в перифериче- Количество пересеченных перифе- ЛокП ской части поля рических квадратов Время, затраченное на локомоцию в ВрП периферической части поля Скорость (кол-во центральных СкП квадратов/ сек) Исследовательско- Время, затраченное на подъемы, Иссл ориентировочная актив- принюхивания, напряженное вни ность мание Подъем на задние лапы Количество подъемов Под Время, затраченное на подъемы (% Подвр от общего времени наблюдения) Скорость (кол-во подъемов/ сек) Подск Принюхивания, напряжен- Время, затраченное на принюхива- Нюх ное внимание ние, напряженное внимание (% от общего времени наблюдения) Гигиен. Чистка, отряхивание, выли- Время, затраченное на груминг (% Грум самопод- зывание и выщипы-вание от общего времени наблюдения) держание шерсти - груминг Статич- Сидит, оцепенение Время, затраченное на статичные Стат ные позы позы (% от общего времени наблю дения) «Эмо- Уринация, дефекация Количество актов Эмоц циональ ность»

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 1. Характеристика иерархического статуса животных Размещение и пребывание животных в клетках по три в течение двух недель приводило к формированию иерархических отношений, которые не могли не отразиться на состоянии ГГНС животных. Для выявления различий в состоянии надпочечников, как одного из звеньев ГГНС, и тимуса, органа-мишени для гор монов надпочечников, у животных, принадлежащих к подгруппам разного уровня доминирования, были проведены следующие исследования. Измерение площади ядер адренокортикоцитов и хромаффинных клеток показало, что функциональная активность адренокортикоцитов пучковой зоны коры надпо чечников у лидеров была выше, чем у -мышей (Таблица 2). Пассивные субдо минанты занимали как бы промежуточное положение по этим показателям ме жду - и -животными. Аналогичная ситуация наблюдалась и в остальных зо нах. Исключение составляла только клубочковая зона правого надпочечника, в которой наблюдалось постепенное уменьшение площади ядер от лидеров к пас сивным субдоминантам.

Таблица Функциональная активность адренокортикоцитов и хромаффинных клеток надпочечников мышей разных иерархических подгрупп Сторона Зоны Лидеры () Активные суб- Пассивные суб воздействия надпочечника доминанты () доминанты () Левый Клубочковая 47,62 ± 5,75 42,27 ± 3,91 45,51± 5, надпочечник p 0, (S мкм2) Пучковая 60,79 ± 5,22 53,44 ± 7,32 56,81 ± 10, p 0, Сетчатая 56,34± 5,51 49,46 ± 3,38 52,30± 7, p 0, Мозговое ве- 71,50± 6,81 63,13± 5,46 67,16 ± 8, щество p 0, Правый Клубочковая 47,75 ± 3,76 43,90 ± 3,93 42,12 ± 5, надпочечник p 0,05 p 0, (S мкм2) Пучковая 57,69± 3,94 50,25 ± 6,61 54,44 ± 6, p 0, Сетчатая 54,48± 6,00 48,20 ± 3,38 50,52 ± 6, p 0, Мозговое ве- 68,94± 5,39 60,90± 6,20 64,24 ± 6, щество p 0, Коэффи- Клубочковая -0,25 ± 2,64 1,98 ± 2,04 -3,97 ± 3, циенты (%) p л * ‹ 0,009 p а * ‹ 0, асимметрии Пучковая -3,93 ± 1,42 -3,02 ± 2,93 -0,66 ± 2, площади (%) p л ** ‹ 0,02 p л ** ‹ 0, ядер Сетчатая -1,32 ± 3,41 -1,40 ± 2,11 -0,53 ± 2, (%) p л * ‹ 0, p а * ‹ 0, Мозговое ве- -1,98 ± 1,02 -1,94 ± 2,49 -2,14 ± 2, щество p л ** ‹ 0,008 p л * ‹ 0, (%) p а ** ‹ 0, Здесь и далее: * - обсчет проведен по методу Фишера ** - обсчет проведен по методу Хи Другим важным морфофизиологическим показателем состояния ГГНС явля ется функциональная асимметрия надпочечников, о которой мы судили по ве личине и знаку коэффициентов асимметрии площади ядер адренокортикоцитов и хромаффинных клеток. При интерпретации результатов, включающих показа тели, характеризующие функциональную асимметрию надпочечников и тимуса, мы опирались на закономерности и выводы, полученные Перельмутером В.М. с соавторами (1989, 1991, 1993, 1995, 1996). Сравнительный анализ приведенных результатов позволил выявить следующие закономерности. Для интактных жи вотных, отнесенных к подгруппам лидеров и пассивных субдоминантов, харак терна левосторонняя асимметрия во всех зонах надпочечников. Для активных субдоминантов в большинстве зон за исключением клубочковой зоны также наблюдалась левосторонняя асимметрия. Особое внимание следует обратить на показатели пучковой зоны надпочечников. В данной зоне степень выраженно сти левосторонней асимметрии была тем меньше, чем ниже иерархический ста тус мыши. Левосторонняя асимметрия функциональной активности адренокор тикоцитов пучковой и сетчатой зон максимально была выражена у лидеров и активных субдоминантов, минимально – у пассивных субдоминантов. В то же время величина левосторонней асимметрии функциональной активности хро маффинных клеток и адренокортикоцитов клубочковой зоны пассивных суб доминантов была больше, чем у животных других подгрупп. Можно сказать, что по функциональной асимметрии зон надпочечников животные - и -групп были ближе друг к другу, чем к животным -группы.

Анализ состояния тимуса у мышей разного уровня доминирования согласу ется с нашими результатами по надпочечникам (Таблица 3).

Таблица Параметры тимуса у мышей, принадлежащих к разным иерархическим группам Параметры Лидеры () Активные суб- Пассивные доминанты () субдоминанты () Правый тимус- 0,95 ± 0,063 1,329 ± 0,127 1,173 ± 0, индекс (мг/г) p 0, Левый тимус- 1,169 ± 0,089 1,454 ± 0,124 1,204 ± 0, индекс (мг/г) p 0, Коэффициент - 10,330 ± 1,953 -4,491± 2,330 -2,044 ± 1, асимметрии тимуса p 0,01** p 0, (%) Наименьшие показатели величин как правого, так и левого тимус-индексов наблюдались у лидеров, наибольшие – у активных субдоминантов. У пассив ных субдоминант наблюдались промежуточные по величине показатели. Жи вотные - и -групп были ближе друг к другу по этому показателю, чем – мыши. По величине коэффициента асимметрии тимуса и его знаку, как и в слу чае с показателями функциональной активности пучковой зоны надпочечников, левосторонняя асимметрия тимуса тем меньше, чем ниже иерархический ранг животного в клетке. Поскольку степень асимметрии тимуса уменьшается при переходе к реакции «стресс» (Перельмутер В.М., 1996), это может свидетельст вовать об увеличении уровня стрессированности животных от лидеров к пас сивным субдоминантам.

С помощью дискриминантного анализа из общего ряда приведенных выше морфофизиологических параметров были выделены наиболее информативные, включенные в линейную дискриминантную функцию при разделение животных по степени лидерства. Как следует из результатов дискриминантного анализа, наибольшей информативностью обладают показатели, характеризующие функ циональную асимметрию тимуса и надпочечников. Кроме того, существенную роль в разделении животных по степени доминирования играют функциональ ная активность клеток мозгового слоя левого надпочечника и величина левого тимус-индекса.

При оценке чувствительности, специфичности и безошибочности разде ления мышей-лидеров, активных и пассивных субдоминантов оказалось, что оно равно 80%. При этом уровень достоверности различий между иерархическими подгруппами по шести выделенным признакам соответствует величинам от 0,002 до 0,028.

Известно, что тимус является органом-мишенью для гормонов надпо чечников. Для оценки взаимосвязи и координации на этом уровне функциони рования ГГНС был проведен корреляционный анализ параметров тимуса и надпочечников для животных разного уровня доминирования. Полученные ре зультаты, представлены на Рис.1. Представленные результаты свидетельствуют, что животные, принадлежащие к разным иерархическим группам, различаются по степени координации внутри тимико-адреналовой системы (для и 2=6,0, p0,014;

для и 2=49,0, p0,0001;

для и 2=9,0, p0,0027).

Рисунок 1. Структура корреляционных связей между показателями над почечников и тимуса мышей разных иерархических подгрупп.

Лт и пт –соответственно левый и правый тимус, лти и пти – левый и правый тимус-индекс, лн и пн – левый и правый надпочечник, кат и кан – коэффициент асимметрии тимуса и надпочечников;

зоны надпочечников: 1 –мозговая, 2- сет чатая, 3- пучковая, 4 - клубочковая.

Сплошной линией изображена положительная корреляционная связь, пунк тирной – отрицательная корреляционная связь.

Рис.1 а. Животные подгруппы (лидеры), n = 10, р 0,05;

Рис.1 б. Животные подгруппы (активные субдоминанты), n = 10, р 0,05;

Рис.1 в. Животные подгруппы (пассивные субдоминанты), n = 10, р 0,05;

Наибольшее количество образованных прямых и обратных связей между показателями, характеризующими состояние надпочечников и тимуса, выяв ленное у лидеров, свидетельствует о линейности зависимости между ними. В то же время, у пассивных субдоминант корреляционные связи почти полностью отсутствуют. Активные субдоминанты занимают промежуточное положение как по уровню доминирования, так и по координации внутри тимико адреналовой системы.

Таким образом, из наших результатов следует, что животные, имеющие раз ный уровень доминирования в группе, различаются по таким показателям со стояния тимико-адреналовой системы как функциональная асимметрия тимуса и зон коры надпочечников, а также функциональная активность клеток мозгово го слоя левого надпочечника и величина левого тимус-индекса. Количество вы явленных прямых и обратных корреляционных связей внутри тимико адреналовой системы тем выше, чем выше иерархический статус животного.

Итак, наши исследования показали, что при условии содержания мышей в клетках по три уровень доминирования животного в клетке связан со степенью его стрессированности. Снижение по иерархической лестнице от лидеров к пас сивным субдоминантам сопровождается уменьшением силы асимметрии тимуса (Таблица 3). Это происходит за счет большей инволюции доминирующего ти муса, являющегося мишенью для глюкокортикоидов (Перельмутер В.М., 1996).

В свою очередь, в надпочечниках, главных эффекторах стресса (адаптивной ре акции), нами также обнаружены связанные с иерархическим статусом различия, в частности, по площади ядер в клетках всех функциональных зон (Таблица 2).

Можно предположить, что в данных экспериментальных условиях повышенная активность адренокортикоцитов надпочечников -мышей является следствием стресса. В то время как доминанты отличаются «нестандартным» высоким уровнем глюкокортикоидной активности, являющейся для них «нормой».

Однако особое внимание следует обратить не на абсолютные показатели, а на асимметрию функциональной активности зон коры надпочечников (Таблица 2). Наряду с коэффициентом асимметрии тимуса и левым тимус-индексом, именно они были выделены с помощью дискриминантного анализа в качестве наиболее информативных показателей тимико-адреналовой системы, характе ризующих принадлежность мышей к разным иерархическим подгруппам. Для пучковой зоны коры надпочечников мышей, являющейся основным источников глюкокортикоидов, мы получили ту же зависимость степени выраженности ле восторонней асимметрии от уровня доминирования, что и для коэффициента асимметрии тимуса: левосторонняя асимметрия тем меньше, чем ниже иерархи ческий статус мыши. Для функциональной активности адренокортикоцитов сетчатой зоны максимально выраженая левосторонняя асимметрия была обна ружена у лидеров и активных субдоминантов, а для функциональной активно сти хромаффинных клеток и адренокортикоцитов клубочковой зоны - у пассив ных субдоминантов.

Интересно сравнить наши результаты с литературными данными. Так, важнейшим из проявлений доминантного поведения является агрессивность. В формировании агрессивного поведения значительный вклад вносят андрогены надпочечников, действующие на андрогенные рецепторы (Зайчик А.Ш., Чури лов Л.П., 1999). Возрастание агрессивности наблюдается при хроническом стрессе, когда количество -адренорецепторов в мозге уменьшается ( Эйгелмэн Б.С., Коттон П, 1993). Уровень норадреналина в крови также коррелирует с агрессивностью поведения (Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П., 1999). Однако лидер ские качества являются проявлением не просто соответствующего уровня того или иного гормона, а следствием особенностей стероидогенеза как в «стандарт ных», так и в стрессовых ситуациях. Так, известно, что при стрессе снижается уровень гонадотропных гормонов гипофиза и гонадолиберина гипоталамуса, что подавляет половое поведение самцов (Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П., 1999 ). С другой стороны, под действием возросших концентраций АКТГ при стрессе усиливается как синтез минералкортикоидов (Ж. Ле Кезне и соавт.,1985) и глю кокортикоидов (Дазо А., 1983), так и продукция половых гормонов (Обут Т.А., 1992, 1994). Однако повышенный уровень АКТГ по-разному влияет на образо вание надпочечниковых гормонов у лидеров и у подчиненных животных. У субдоминант наблюдается снижение продукции тестостерона на фоне значи тельного роста глюкокортикоидов и катехоламинов. У лидеров характерен вы брос андрогенов при фоновых значениях глюкокортикоидной активновности (Лешнер А.А., 1978, Гончаров Н.П. и соавт., 1979). Известен феномен Ропарца, в соответствии с которым феромонами одного самца у другого самца через ами гдало-гипоталамические связи активируется стрессорная активность гипоталя мо-гипофизарно-надпочечникового комплекса и подавляется половое поведе ние, то есть в минуты опасности к размножению способны только лидеры (Уил сон Э.О., 1975). Наши данные свидетельствуют о большей функциональной ак тивности адренокортикоцитов и хромаффинных клеток у лидеров по сравнению с субдоминантами и в отсутствии стрессирующих факторов, подтверждая ха рактерные для лидеров особенности гормональных реакций.

2. Поведение животных в «открытом поле» в зависимости от иерархиче ского статуса Обнаруженные нами различия состояния тимико-адреналовой системы у животных разного уровня доминирования имеют прямое продолжение в осо бенностях поведения, поскольку поведенческие реакции отражают состояние центральной нервной системы, взаимосвязаны с уровнем стрессированности и соответствующим гормональным фоном.

В результаты наших исследований поведения мышей, содержащихся в клет ках по три особи, было обнаружено, что в тесте «открытое поле» наблюдаются различия по двум показателям поведения между лидерами и активными субдо минантами (количество и время подъемов), еще по двум – тенденции к различи ям (исследовательская и двигательная активность). Можно говорить о более высокой поведенческой активности животных группы лидеров по сравнению с животными подгруппы активных субдоминантов. Пассивные субдоминанты за няли промежуточное положение по рассматриваемым поведенческим показате лям, что может быть следствием большей, чем у -животных активизацией ГГНС при адаптации к экспериментальной ситуации. При этом высокая двига тельно-ориентировочная активность пассивных субдоминантов сочетается с бльшими временными затратами на статичные позы, чем у лидеров и активных субдоминантов.

Для выявления из общего числа поведенческих реакций (см. Гл. Материалы и методы) наиболее значимых в дифференциации экспериментальных живот ных по иерархическим подгруппам был проведен дискриминантный анализ. В результате анализа были выделены три поведенческих показателя, по которым все три подгруппы могут быть разделены. Это время, затраченное животными на подъемы, средняя скорость подъемов и количество пересеченных квадратов в центральной области поля.

Оценка чувствительности и безошибочности разделения мышей трех иерар хических подгрупп позволила достоверно выделить по выбраным параметрам поведения животных подгруппы лидеров (- p0,0376, – p0,0002). Разде ление животным по поведенческим показателям на основании дискриминантно го анализа представлено на Рисунке 2 а).

3. Реакция животных на слабые электромагнитные воздействия 3.1.Поведение мышей в геомагнитном поле Геомагнитное поле является естественным фактором воздействия слабой си лы. Для выявления реакции экспериментальных животных на направление век тора напряженности магнитного поля Земли был использован крестообразный лабиринт. Стенки лабиринта ограничивали положение животных во время экс перимента и позволяли располагаться в основном из двух взаимно перпендику лярных направлений в соответствии с расположением ветвей лабиринта. В зави симости от серии измерений эти направления либо совпадали с ориентацией частей света (юг-север, запад-восток), либо были повернуты на 45о. Результаты экспериментов представлены в таблице 4.

Как видно из Таблицы 4, ограничение возможности ориентации животных относительно вектора ГМП (в зависимости от выбора ветвей) позволяет зареги стрировать чувствительность мышей к магнитному полю Земли. При равно значности ветвей по отношении к вектору напряженности ГМП (под углом 45о) не наблюдается достоверной разницы между показателями групп с различным иерархическим статусом. Когда же ветви лабиринта сориентированы по вектору ГМП, то наблюдается различие в ориентации животных разного уровня доми нирования. При этом активные субдоминанты предпочитают направление «за пад-восток», а пассивные субдоминанты – «север-юг».

Таблица Предпочтение направления в лабиринте в зависимости от условий про ведения эксперимента и принадлежности к иерархической группе Предпочтение направления Коэффициент вариации V(%) предпочтения направления (tсевер-юг / tзапад-восток) Ветви лабиринт Ветви лабиринт Ветви лабиринт Ветви лабиринт Опытные группы ориентированы повернуты ориентированы повернуты по вектору ГМП под углом 45о по вектору ГМП под углом 45о к вектору ГМП к вектору ГМП Все животные 1,30 ± 0,16 1,15 ± 0,10 323,2 ± 35,2 69,0 ± 7, p 0, 1,31 ± 0,145 1,23 ± 0,089 43,1 ± 7,87 28,0 ± 5, Лидеры () p 0, 0,64 ± 0,09 1,23 ± 0,242 114,0 ± 20,8 88,1 ± 16, Активные субдоминанты () p 0,001 p 0,05 p 0,01 p 0, 2,04 ± 0,43 0,92 ± 0,142 243,0 ± 49,6 64,7 ± 13, Пассивные субдоминанты () p 0,01 p 0,1 p 0,001 p 0, p 0,05 p 0,05 p 0, Дополнительным показателем чувствительности животных к вектору гео магнитного поля может служить вариабельность в выборе положения в лаби ринте среди животных одной подгруппы. В случае ориентации ветвей лабирин та по вектору ГМП наименьшая вариабельность поведения наблюдается у жи вотных, отнесенных к группе лидеров, большая вариабельность - у активных Рисунок 2. Распределение животных разных иерархических подгрупп по ре зультатам дискриминантного анализа поведенческих актов в “открытом поле” а) интактные животные;

б) животные после экспозиции в МП с перпендикуляр ной ориентацией вектора напряженности поля относительно мыши;

в) живот ные после экспозиции в МП с ориентацией вектора напряженности поля отно сительно мыши;

1 – группа “лидеры”;

2 – группа “активные субдоминанты”;

3 – группа “пассивные субдоминанты”.

субдоминантов, и наибольшая – у пассивных субдоминантов. Во второй серии экспериментов (45о) абсолютные значения этого показателя снижаются, в то же время лидеры остаются наиболее однонаправленно реагирующей группой. Из вестно, что чувствительность или реакция организма на внешние воздействия зависит от его функциональных резервов, “емкости”. Чем больше “емкость” адаптивной системы, тем больше устойчивость организма к внешним воздейст виям или способность возврата к прежнему состоянию функций важнейших фи зиологических систем, в том числе и ГГНС, отражающей его адаптивный статус (Лейтес С.М.,1977). Можно думать, что чем выше уровень стрессированности животных, тем меньше “емкость” адаптивной системы, и тем значительнее бу дет его реакция на внешнее воздействие.

Таким образом, реакция мышей на геомагнитное поле в экспериментальных условиях подтверждала их чувствительность к ГМП и зависела от принадлеж ности животных к иерархической подгруппе.

3.2.Характеристика поведенческих реакций мышей после воздействия ПМП в зависимости от ориентации вектора поля Искусственное магнитное поле с напряженностью 20 эрстед, также как и геомагнитное поле относится к факторам воздействия слабой силы. Для оценки воздействия магнитного поля на мышей в зависимости от взаимной ориентации вектора напряженности поля и главной оси тела животного мыши подвергались экспозиции в одной из двух жестко заданных позиций: главная ось тела совпа дает с направлением вектора магнитного поля или перпендикулярна вектору.

Для регистрации реакции животных на действие ПМП был использован тест «открытое поле». Показатели поведения животных, подвергшихся экспозиции в МП, были обработаны с помощью дискриминантного анализа.

В обоих экспериментальных вариантах экспозиция в магнитном поле со четалась со слабым стрессирующим воздействием получасового принудитель ного пребывания в камере для облучения. Однако результаты дискриминантно го анализа свидетельствуют о том, что действие поля различно в зависимости от ориентации животного относительно вектора напряженности поля при экспози ции (Таблица 5).

Оценка чувствительности, специфичности и безошибочности разделения животных по уровню доминирования в первом случае составляет 82,61%, во втором – 100%. При этом уровень достоверности разделения подгрупп свиде тельствует о сходном направлении реагирования животных - лидеров и пассив ных субдоминант на дополнительное стрессирующее воздействие, что приводит в первом варианте воздействия к менее четкому разделению этих подгрупп по сравнению с интактными животными ( – p0,403;

- p0,003;

- p0,0136). Экспозиция в магнитном поле при ориентации тела мыши вдоль век тора напряженности приводит к разделению иерархических подгрупп животных с уровнями достоверности для – p0,049;

для - p0,007;

для - 0,0004. Наглядно разделение животных по решающим правилам представлено на рисунке 2 б) и с). Из рисунка видно, что дополнительное воздействие в виде получасовой экспозиции в ПМП с изоляцией животных в камерах приводит к более выраженным расхождениям в поведенческих реакциях у мышей разных подгрупп. Можно предположить, что это является следствием различий в адап тации животных разного уровня доминирования к дополнительной физиологи ческой нагрузке – пребыванию в камере для облучения. В таком случае, обна руженные различия в эффектах поля в зависимости от ориентации вектора на пряженности ПМП и кранио-каудальной оси тела мыши свидетельствуют о раз ной силе воздействия при этих положениях.

Таблица Оценка информативности показателей поведения, включенных в ли нейную дискриминантную функцию Условия Показатели пове- Критерий вклю- Уровень Квадрат коэффи экспери- дения чения признака в достовер- циента множест мента ЛДФ ности венной корреляции Вектор на- Локомоции Ц (ско- 5,232 0,019 0, пряженно- рость) сти поля Двигательная актив- 2,209 0,144 0, перпенди- ность (скорость) кулярен Эмоциональность 1,406 0,276 0, оси тела Подъемы (скорость) 3,282 0,066 0, Подъемы (время) 3,314 0,064 0, Подъемы (количество) 3,288 0,065 0, Вектор Исследовательская 5,368 0,033 0, напряжен- активность ности поля Локомоции Ц (ско- 8,764 0,009 0, параллелен рость) оси тела Подъемы (время) 18,423 0,001 0, Локомоции Ц (время) 3,370 0,087 0, Локомоции П 9,551 0,008 0, Подъемы (количество) 7,152 0,017 0, Нюханье 12,151 0,004 0, Локомоции П (время) 9,412 0,008 0, Локомоции Ц 6,329 0,022 0, Двигательная актив- 4,360 0,0524 0, ность Таким образом, эффект воздействия слабого магнитного поля зависит от взаимной ориентации в процессе воздействия вектора напряженности поля и главной оси тела животного. Параллельная ориентация оси тела и вектора на пряженности поля приводит к максимальному различию в поведении животных трех иерархических подгрупп.

3.3.Взаимосвязь уровня стрессированности мышей и их поведенческих реакций после воздействия ПМП.

Особенности функционирования тимико-адреналовой системы и поведен ческих реакций у мышей разного уровня доминирования еще более наглядно проявляются при рассмотрении корреляционных связей между этими двумя группами показателей в ответ на воздействие экспериментальными полями.

Адаптация к условиям эксперимента у животных проходит по-разному, в зави симости от взаимной ориентации вектора напряженности поля и оси тела мыши (Таблица 6). В условиях воздействия «параллельным» полем формируется бо лее жесткая структура связей между поведенческими и адаптивными реакция ми, чем в условиях воздействия «перпендикулярным» полем. Об этом можно судить по преобладанию корреляционных связей между показателями стресси рованности и показателями поведения у животных, экспонированных парал лельно вектору поля, по сравнению с животными, экспонированными перпен дикулярно вектору поля. Большее количество корреляционных связей между системами может свидетельствовать о сформировавшейся в данный отрезок времени более тесной функциональной связи между ними (Анохин П.К., 1973).

Таблица Формирование корреляционных связей между показателями поведения жи вотных в «открытом поле» и показателями состояния адаптивной системы Характеристика Вектор поля параллелен главной Вектор поля перпендикулярен эксперимен- оси тела животного главной оси тела животного тальной группы Количество Количество Количество Количество корреляций с корреляций с корреляций с корреляций с показателями показателями показателями показателями тимуса лимфоцитов тимуса лимфоцитов Все животные 2 «+»;

8 «-»

3 «+»;

0 «» 2 «+»;

17 «» 0 «+»;

0 «»

p ** 0, «лидеры» 4 «+»;

2 «» 0 «+»;

1 «» 4 «+»;

1 «» 3 «+»;

0 «»

p** 0, «активные суб- 0 «+»;

8 «» 2 «+»;

9 «» 6 «+»;

0 «» 2 «+»;

9 «»

p ** 0, доминанты»

«пассивные 3 «+»;

0 «» 2 «+»;

7 «» 1 «+»;

0 «» 0 «+»;

1 «»

p ** 0,05 p** 0, субдоминанты»

Различия в количестве формирующихся корреляционных связей, выявлен ные для двух экспериментальных групп, в то же время сочетается с общей на правленностью этих связей. Чем больше выражен глюкокортикоидный эффект, о котором косвенно можно судить по глубине лимфопении и инволюции тимуса (Селье Г., 1960), тем менее уверенно и комфортно чувствует себя животное. Это проявляется в менее продолжительных актах груминга и более активных ориен тировочно-исследовательских действиях. Стоит отметить, что величины ЛТИ и ПТИ у животных в этих группах достоверно не отличаются (для ЛТИ 0,46 в «параллельном» поле, 0,51 в «перпендикулярном» поле, p0,7;

для ПТИ 0,42 и 0,50 соответственно, p0,6). Вероятно, различия в ответной реакции на поля связаны не с выраженностью стресса, а с характеристиками экспериментального воздействия.

Разделение животных на подгруппы в соответствии с уровнем доминиро вания позволяет выявить различия в процессе их адаптации к эксперименталь ному воздействию. Так, в подгруппе активных субдоминантов наблюдается противоположный характер корреляционных связей в «параллельном» и «пер пендикулярном» поле. Это, как нам представляется, не может быть объяснено различиями в исходной выраженности стресса, определяемой по степени инво люции тимуса, так как величины тимус-индексов животных из «параллельной»

и «перпендикулярной» групп близки. Мы предполагаем, что «качество» ответ ной реакции может зависеть от направления вектора напряженности поля. Ре зультаты, полученные для группы пассивных субдоминантов, отражают общие тенденции, выявленные для всей популяции. Это наблюдение представляет практический интерес. Возможно, использование только этой части популяции в качестве тест-системы для регистрации реакции животных на внешнее воз действие по предложенной методике. Стоит отметить, что результаты, получен ные для мышей-лидеров, не совпадают и даже противоположны результатам всей совокупности экспериментальных животных. Это может быть следствием особенностей стероидогенеза в стрессовой ситуации, характерных для лидеров (Leschner A.I.,1978).

Таким образом, полученные нами и обсужденные выше результаты по зволяют говорить о чувствительности мышей к вектору напряженности элек тромагнитного поля, о разной реакции адаптивной системы животных на ЭМП в зависимости от уровня доминирования животного и о разной поведенческой реакции и реакции адаптивной системы животных на ЭМП в зависимости от ориентации вектора напряженности поля относительно кранио-каудальной оси тела животного.

4.Система линий Фойта кожи мыши Результаты исследований особенностей формирования волосяного по крова млекопитающих показали наличие упорядоченного расположения воло сяных фолликулов - линии Фойта (Шаловай В.В., 1995). Было обнаружено, что параметры линий Фойта коррелируют как с некоторыми радиофизическими характеристиками кожи, так и с состоянием адаптивной системы животного (Шаловай В.В. и др., 1993;

Перельмутер В.М. и др., 1993;

Перфильев В.И. и др., 1989;

Диденко Н.П. и др., 1989). Полученные нами факты, в свою очередь, сви детельствуют о зависимости реакции животного (поведение, тимико адреналовая система) от ориентации тела относительно вектора напряженности ЭМП. Предполагая, что зона рецепции ЭМП располагается на уровне кожного покрова, мы исследовали функционально-структурную организацию кожи мы шей более подробно.

У мышей линии Фойта представлены хорошо видимыми при микроско пии полосами, сформированными упорядоченно расположенными волосяными фолликулами с сальными железами. В пределах линии Фойта волосяные фолли кулы располагаются по 3-4. Практически все эти группы соприкасаются между собой, образуя хорошо различимые линии.

Изучение ориентации линий Фойта на участках кожи мышей показало, что вне зависимости от расположения участка кожи на теле направленность линий Фойта подчиняется четко выраженной тенденции. Она характеризуется образо ванием кольцевых структур на поверхности каждой «цилиндрической» части тела: лап, туловища, хвоста, головы. Исследование расположения волосяных фолликулов проводилось и на участках, не имеющих «цилиндрического» строе ния – ушах. Линии Фойта здесь не были обнаружены.

Результаты измерений параметров линий Фойта кожи мышей показали, что ширина линий Фойта и расстояние между ними на разных участках кожи и у разных особей величины не постоянные. На Рисунке 3 приведены параметры ЛФ и результаты их статистической обработки, полученные для дорсальных участков кожи плечевого пояса, середины туловища и тазового пояса самки.

Сравнение симметричных участков кожи свидетельствует о том, что у данной особи на дорсальной поверхности правосторонняя асимметрия параметров ЛФ, наблюдаемая в зоне плечевого пояса, при смещении в апико-каудальном на правлении уменьшается и переходит в левостороннюю асимметрию. Таким об разом, из полученных нами данных следует, что параметры линий Фойта ла бильны и различаются как на разных участках кожи одного животного, так и на идентичных участках кожи разных особей. Характерной особенностью линий Фойта мыши является асимметрия параметров этих линий для парных участков кожи.

Исследование парных симметричных участков кожи самцов и самок мышей из области середины туловища справа и слева на дорсальной и вен тральной поверхностях показало существование полового диморфизма по пара метрам ЛФ. Полученные данные сведены в Таблицу 7.

Рисунок 3. Параметры линий Фойта кожи мыши пр. ЛФ – ширина линий Фойта справа ;

лев. ЛФ – ширина линий Фойта слева;

пр.МЛФ – расстояние между линиями Фойта справа ;

лев.МЛФ – расстояние между линиями Фойта слева;

РР1, РР2, РР3 – участки кожи на уровне плечевого пояса с I по III зону соответственно;

ST1,ST2, ST3 – участки кожи на уровне се редины туловища;

ТР1, ТР2, ТР3 – участки кожи на уровне тазового пояса;

Таблица Параметры линий Фойта парных участков кожи мышей Параметр Сторона Самка Самец Дорсальная Вентральная Дорсальная Вентральная сторона сторона сторона сторона Ширина ЛФ Справа 47,46 ± 1,19 45,07 ± 1,66 45,22 ± 1,07 57,90 ± 1, (мкм) p 0,086 p 0, pдорс 0, Слева 45,40 ± 1,38 47,22 ± 1,90 47,77 ± 1,53 51,66 ± 2, pпр 0,05* pпр 0,09* pпр 0, p 0,05* p 0, pдорс 0, Расстояние Справа 58,22 ± 1,63 66,67 ± 3,29 63,06 ± 2,23 72,68 ± 2, между ЛФ pдорс 0,014 p 0,08 pдорс 0, (мкм) Слева 50,35 ± 1,82 58,88 ± 2,00 61,41 ± 1,80 72,50 ± 2, pпр 0,016 pпр 0,04 p 0,0001 pпр 0,04* pдорс 0,002 p 0, pдорс 0, Отношение Справа 0,825 ± 0,036 0,710 ± 0,125 0,764 ± 0,132 0,830 ± 0, ширины ЛФ pдорс 0,05* p 0,03* к расстоя- Слева 0,934 ± 0,114 0,811 ± 0,057 0,811 ± 0,111 0,71 ± 0, нию pпр 0,05* pпр 0,05* между ЛФ pдорс 0,07* Плотность Справа 95,45 ± 4,54 91,84 ± 9,68 93,56 ± 6,75 77,31 ± 5, ЛФ (кол-во pдорс 0,0004** p 0,066** pдорс 0,0003** линий p 0,0003** Фойта на Cлева 108,52 ± 13,71 96,84 ± 11,83 92,29 ± 4,51 80,58 ± 1, см) pдорс 0,036** p 0,00002** pпр 0,0002** pпр 0,0056** p 0,0016** pдорс 0,0001** Приведенные в Таблице 7 данные, с одной стороны, еще раз свидетель ствуют о наличии асимметрии параметров линий Фойта, характерной для жи вотных любого пола, с другой стороны, убедительно подтверждают существо вание полового диморфизма по таким показателям как ширина линий Фойта, расстояние между линиями Фойта, количество ЛФ на см, а также знак и степень выраженности асимметрии этих показателей.

При изучении микропрепаратов кожи было обнаружено также, что нали чие подкожной жировой клетчатки больше представлено у самок, чем у самцов (2=37,77, p0,0001). В части тех образцов, где была обнаружена жировая клет чатка, уже на этом уровне закладывались волосяные фолликулы, однако и для этого наблюдения характерен половой диморфизм. Так, у самок фолликулы об наружены в 5 из 51 случаях, у самцов – в 15 из 21 (2=28,16, p0,00001). Воло сяные фолликулы, расположенные на этом уровне, не образуют упорядоченных структур, а располагаются хаотично. Формирование линии Фойта происходит на уровне дермы.

Обобщая приведенные выше результаты, можно сказать, что у животных обоего пола обнаружена меньшая плотность линии Фойта и более значительное преобладание расстояния между ними над собственно шириной линий Фойта на вентральной стороне по сравнению с дорсальной стороной. У самцов линии Фойта расположены с меньшей плотностью и с более значительным преоблада нием расстояния между ними над собственно шириной линий Фойта по сравне нию с самками. У самцов менее выражено наличие подкожной жировой клет чатки по сравнению с самками. Формирование волосяных фолликулов на уров не подкожной жировой клетчатки у самцов наблюдается чаще, чем у самок.

Анализ полученных результатов с точки зрения гипотезы рецепции ЭМИ Электромагнитные излучения являются естественной частью окружающей среды, в которой вынуждены обитать и, соответственно, приспосабливаться к ней живые организмы. Для того, чтобы адекватно реагировать на воздействие электромагнитного поля, животное должно обладать некой сенсорной системой, которая позволяла бы ему определять интенсивность и направление электро магнитных полей в широком диапазоне частот. Действительно, мы можем уве ренно говорить о зафиксированной способности разных животных восприни мать изменение в электромагнитном окружении (Beason R.S. et al., 1991, Kalmijn A.J., 1982, Котровская Т.И., 1994), которое чаще всего связывают с ориентацией в пространстве при миграциях или приближением катастрофических природных явлений. Так, наши результаты, в частности, экспериментально подтвердили чувствительность мышей к геомагнитному полю.

Действительно, предпочтения животных в выборе ветвей лабиринта при ориентации последних относительно направления вектора напряженности маг нитного поля и после поворота лабиринта на 450 достоверно различны. Однако эти различия выявляются только при разделении экспериментальных животных на подгруппы, которые мы сформировали по иерархическому принципу. Такое разделение не только позволило подтвердить чувствительность мышей к ГМП, но и выявить различие реакций на слабое воздействие животных разного уровня доминирования.

Возникает вопрос о том, за счет каких структур и механизмов возникает различие эффектов ПМП при изменении ориентации его вектора напряженно сти относительно тела животного? Мы вновь обращаемся к проблеме рецепции ЭМИ. Полученные нами результаты (не приведенные в данном автореферате) показали, что слабые ЭМИ нетеплового уровня могут существенно влиять на функционирование белковых молекул. В работах Киршвинка и др (1981,1989, 1992) говорилось о возможности участия в рецепции ЭМИ у животных кри сталлов магнетита. Однако эти данные не позволяли представить возможный орган магниторецепции млекопитающих.

Исходя из гипотезы, основанной на косвенной магниторецепции, и огра ничений вызванных физическими особенностями воздушной среды обитания, Розенблюм и др (1989) предположили, что орган магниторецепции должен вы глядеть как катушка, состоящая из одного или нескольких витков проводника, и имеющая размеры не менее нескольких миллиметров.

Обнаруженная нами структура линий Фойта идеально соответствует соле ноиду. Линии Фойта, образующие витки «соленоида», как мы предполагаем, представляют физическую систему, которая может формировать сигнал, вос принимаемый организмом животного. Эта система может работать в очень ши роком диапазоне частот, от постоянных до крайне высоких частот (КВЧ) по аналогии с системой связанных колебательных контуров. На низких частотах, в том числе и постоянном магнитном поле, при движении животного в линиях Фойта, как витках соленоида, будут наводиться электрические токи, а в случае КВЧ- полей, система линий выступает в роли дифракционной решетки, модули рующей пропускание волны в подкожные слои. Наводимый сигнал на низких и инфранизких частотах может приводить к возникновению афферентного нерв ного импульса, а на высоких частотах вплоть до КВЧ – медиация может осуще ствляться за счет эффектов воздействия электромагнитного излучения на мо лекулярном уровне.

Мы предполагаем, что независимо от механизма и материального субстра та, который обеспечивает медиацию, самым существенным в рецепции ЭМИ является возникновение афферентного сигнала, приводящего к изменению сте пени активации гипоталямо-гипофизарно-надпочечниковой системы. По сути, животные, благодаря подобной системе, обладают способностью изменять свое адаптивное состояние и, таким образом, поддерживать ее в определенном тону се, оптимальном для реагирования на любые воздействия, с которыми оно, это животное, может сталкиваться. Подтверждением тому служат корреляционные связи, выявленные между параметрами линий Фойта кожи мышей и показате лями адаптивной системы последних (Перельмутер В.М. и соавт., 1993), а также приведенные выше результаты поведения животных в “открытом поле” после воздействия ПМП и поведения животных под действием ГМП в крестообразном лабиринте с ветвями, ориентированными по частям света. Важным моментом в обсуждении предложенной гипотезы является существование асимметрии в системе линий Фойта, которая, по нашему мнению, способствует повышению чувствительности к синфазному сигналу.

На кожу с линиями Фойта, так же, как и на весь организм, электромаг нитное излучение может действовать, вызывая переориентацию фосфолипидно го окружения встроенных в мембрану белков (Симонов А.Н. и соавт., 1984), ме нять скорость химических реакций (Schulten Z, Schulten K., 1977, Liboff A.R.,1992) или непосредственно действовать на ионы Ca2+ (Леднев В.В., 1996).

Однако структурные особенности кожи позволяют предполагать существование и других механизмов взаимодействия биосистемы и излучения. Рассмотрим крайний вариант низкочастотного излучения – геомагнитное поле.

При движении мышь пересекает силовые линии геомагнитного поля. Это может приводить к наведению в «проводниках» токов, величина которых зави сит от скорости изменения магнитного потока через проводящий контур и со противления «проводников» (Ф= HSsin, где Ф – поток магнитной индукции, S – площадь контура, – угол между плоскостью контура и направлением сило вых линий поля).

Таким образом, линейное перемещение мыши, дыхательные движения животного, а также повороты и подъемы могут наводить индукционные токи.

Так, при расположении животного с востока на запад или с запада на восток дыхательные движения не приводят к индуции токов. При движении мыши перпендикулярно горизонтальной составляющей вектора ГМП на дорсальной, вентральной и боковых поверхностях наводится электродвижущая сила, инду цирующая возникновение соответствующих токов:

Uhside = dl/dt · kHh Uvdors = Uvventr = dl/dt · kHv, где Hh - горизонтальная составляющая геомагнитного поля;

Hv – верти кальная составляющая геомагнитного поля;

V – скорость движения мыши;

Ihr – токи, индуцируемые при пересечении горизонтальной составляющей ГМП при дыхании животного;

Ivm - токи, индуцируемые при пересечении вертикальной составляющей ГМП при движении животного;

S – изменение площади сече ния грудной клетки мыши при выдохе.

При движении мыши вдоль горизонтальной составляющей вектора ГМП на дорсальной и вентральной поверхностях наводится электродвижущая сила, индуцирующая возникновение соответствующих токов:

Um = Uvdors + Uvventr При аналогичном расположении мыши ее дыхательные движения, при водящие к изменению площади сечения грудной клетки, наводят эдс на всей поверхности тела. Направление индуцируемых токов при этом зависит от на правления изменения площади сечения, т.е. вдох и выдох приводят к возникно вению разнонаправленных токов. Вдох – выдох:

Ur = ± (Uhdors + Uhventr + 2Uhside);

Суммируя результат действия движения и дыхания мы получим (вдох):

U = 2Uhside + (Uhventr + Uvventr) + (Uhdors – Uvdors) U = 2 dSside/dt · kHh + dSventr/dt · kHh + dlventr/dt · kHv + + dSdors/dt · kHh – dldors/dt · kHv Таким образом, токи, индуцируемые на боковых поверхностях, зависят от дыхательных движений. Наши расчеты показали, что дыхательные движения мыши могут создавать в проводящих структурах (линиях Фойта) электрические поля напряженностью 10 –7 В/м, а линейные перемещения вдоль вектора напря женности магнитного поля со скоростью 10 см/с – 10 –5 В/м, что сравнимо с из менениями напряженности полей, фиксируемыми электрочувствительными ор ганами акулы.

Изложенные выше и полученные ранее результаты позволяют сформу лировать следующую гипотезу:

Животные, обладающие волосяным покровом, имеют систему рецепции электромагнитных излучений широкого диапазона частот, основанную на осо бых свойствах кожного покрова млекопитающих. Упорядоченное расположение волосяных фолликулов (линии Фойта) формирует широкодиапазонную много модальную колебательную систему, в которой под действием внешних полей наводятся токи. В соответствии с этой гипотезой, от ориентации животного от носительно вектора поля, его напряженности или направления, а также мощно сти излучения зависит величина индуцируемых сигналов, запускающих нейро гуморальный механизм ответных реакций. Вследствие этого происходит боль шая или меньшая степень активации гипоталямо-гипофизарно надпочечниковой системы (ГГНС), которой соответствует определенный адап тивный статус животного и, соответственно, адекватность реагирования на со вокупность внешних факторов.

ВЫВОДЫ 1. Принадлежность к соответствующей иерархической группе определяет уро вень стрессированности. Для лидеров характерна максимальная асимметрия тимуса и высокая функциональная активность адренокортикоцитов, а для пассивных субдоминантов – минимальная асимметрия тимуса и минималь ная функциональная активность адренокортикоцитов, активные субдоми нанты занимают промежуточное положение. Функциональная взаимосвязь внутри тимико-адреналовой системы, судя по количеству корреляционных связей, тем выше, чем выше иерархический статус животного.

2. Поведенческие реакции животных зависят от иерархического статуса. Жи вотные группы лидеров характеризуются более высокой двигательной и ис следовательской активностью по сравнению с животными подгруппы актив ных субдоминантов. Пассивные субдоминанты занимают промежуточное положение по данным поведенческим показателям.

3. Для регистрации слабых физических воздействий (ГМП, слабые ПМП, сла бые ЭМИ и т.д.) наиболее чувствительной биологической индикаторной системой являются особи, имеющие низший иерархический статус.

4. Мыши чувствительны к направлению вектора геомагнитного поля. Наи большая чувствительность характерна для животных, принадлежащих к подгруппе пассивных субдоминантов.

5. Постоянное магнитное поле напряженностью 20 эрстед оказывает более сильное стрессорное воздействие в ситуации, когда вектор напряженности поля параллелен кранио-каудальной оси тела мыши и перпендикулярен ли ниям Фойта. Поведенческие реакции животных с учетом их иерархического статуса являются чувствительной индикаторной системой для регистрации эффектов магнитного поля.

6. Характер изменений поведенческих реакций в ранний период после воздей ствия ПМП напряженностью 20 эрстед зависит как от исходного уровня стрессированности животного, так и от ориентации животного относительно вектора напряженности экспериментального поля.

7. Показатели состояния адаптивной системы мышей (коэффициент асиммет рии тимуса, левый и правый тимус-индексы, относительное количество лимфоцитов в периферической крови) после комбинированного воздействия постоянным магнитным полем и ограничением подвижности коррелируют с поведенческими реакциями животных. Характер и степень корреляции от личается у животных разного уровня доминирования. Наименее выраженное влияние магнитного поля на взаимосвязь изучаемых систем обнаружено у лидеров, промежуточное положение занимают животные подгруппы пас сивных субдоминантов, наиболее выраженное – активные субдоминанты.

8. Структурная организация кожи мышей на всех участках кроме ушных рако вин характеризуется упорядоченным линейным расположением волосяных фолликулов (линии Фойта), образующих окружности. Формирование линий Фойта наблюдается только в слое собственно дермы. Расположение волося ных фолликулов в подкожной клетчатке характеризуется половым димор физмом. Параметры линий Фойта (ширина, расстояние между линиями Фойта) асимметричны относительно кранио-каудальной оси тела животно го.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

:

1. Диденко Н.П., Гарапацкий А.А., Горбунов В.В., Зеленцов В.И., Чуприкова Е.М. Влияние структуры гемоглобина на взаимодействие с миллиметровыми волнами при 110 Ко// В кн: «Применение миллиметрового излучения низкой интенсивности в биологии и медицине/Под ред. акад. Н.Д.Девяткова. Моск ва, 1985.-С.117-126.

2. Диденко Н.П., Зеленцов В.И., Ча В.А., Чуприкова Е.М. Сравнительный ана лиз структурных изменений гемопротеинов методами ЯГРС и оптической спектроскопии при воздействии неионизирующих излучений слабой интен сивности.// Тезисы докладов III Всесоюзного совещания «Ядерно-физические методы анализа в контроле окружающей среды», Томск, 1985.-С.80.

3. Диденко Н.П., Зеленцов В.И., Косицын В.С., Ча В.А., Горбунов В.В., Чу прикова Е.М. Влияние температуры на взаимодействие молекулы белка с электромагнитными колебаниями низкой интенсивности.//Тезисы докладов V Всесоюзного семинара «Изучение механизмов нетеплового воздействия миллимет рового и субмиллиметрового излучения на биологические объекты», М:-1983.

4. Диденко Н.П., Чуприкова Е.М., Перфильев В.И., Кречмер А.М., Кулешов В.В., Ча В.А., Зеленцов В.И. Связь радиофизических характеристик гемо глобина с откликом его функциональных свойств на воздействие миллимет ровыми волнами.// Тезисы докладов YII Всесоюзного семинара «Применение КВЧ излучения низкой интенсивности в биологии и медицине», Москва, 1989.-С76.

5. Диденко Н.П., Зеленцов В.И., Фалькович В.М., Федоров Н.П., Чуприкова Е.М. Сверхтонкая структура мессбауэровских спектров гемоглобина в сла бых магнитных полях при воздействии низкоинтенсивного мм излучения»./ Тезисы докладов YII Всесоюзного семинара «Применение КВЧ-излучения низкой интенсивности в биологии и медицине», Москва, 1989.-С71.

6. Чуприкова Е.М., Диденко Н.П., Зеленцов В.И. Исследование воздействия миллиметровых волн на функционально важные движения молекул гемо глобина.// В сб. «Медико-биологические аспекты применения миллиметро вого излучения низкой интенсивности», Москва, 1987.-С.142-149.

7. Зеленцов В.И., Пеккер Я.С., Перельмутер В.М., Фалькович В.М., Чуприкова Е.М. Влияние иерархического статуса мышей на их ориентацию в слабых электромагнитных полях.// Международный симпозиум «Контроль и реаби литация окружающей среды».Тезисы докладов./ Под общей редакцией М.В.Кабанова, Томск: Изд-во «Спектр» института оптики атмосферы СО РАН, 1998.-С.113-114.

8. Зеленцов В.И., Пеккер Я.С., Перельмутер В.М., Фалькович В.М., Чуприкова Е.М. «Cпособ регистрации биологического действия слабых электромагнит ных полей» патент на изобретение №2143842, приоритет от 02.02.1998 г.

9. Чуприкова Е.М. Роль иерархического статуса экспериментальных животных в реагировании на слабые воздействия// «Современные проблемы фунда ментальной и клинической медицины». Сборник статей молодых ученых и студентов (по материалам международной конференции) – Томск, 1999.-196 с.

10. Чуприкова Е.М., Перельмутер В.М. Связь асимметрии морфофункциональ ных зон надпочечников мышей с иерархическим статусом животных// Сбор ник «Актуальные вопросы клинической патоморфологии», Санкт Петербург, 2000.-С.206.

11. Зеленцов В.И., Пеккер Я.С., Перельмутер В.М., Фалькович В.М., Чуприкова Е.М.

Упорядоченное расположение волосяных фолликулов (линий Фойта) и рецепция геомагнитного поля// Бюллетень сибирской медицины. - 2002.-Т.1.-№2.-С.112-117.

12. Зеленцов В.И., Пеккер Я.С., Перельмутер В.М., Фалькович В.М., Чуприкова Е.М. Гипотеза: «Линии Фойта (упорядоченное расположение волосяных фолликулов) – сенсорная система электромагнитных излучений» интеллек туальный продукт №72200200008, зарегистрирован ВНТИЦ 06.03.2002 г.

13. Чуприкова Е.М., Перельмутер В.М. Особенности функциональных характе ристик тимико-адреналовой системы у мышей в зависимости от их иерархи ческого ранга// Материалы второго конгресса молодых ученых «Научная молодежь на пороге XXI века». Сборник статей молодых ученых и студен тов, Томск, 2002.

14. Чуприкова Е.М., Перельмутер В.М. Особенности расположения волосяных фолликулов на коже мыши.// Сб. «Актуальные проблемы медицинской био логии», Томск, 2002.- С.54-56.

15. Чуприкова Е.М. Структура корреляционных связей между показателями ти муса и надпочечников у животных разного уровня доминирова ния.//«Современные аспекты биологии и медицины» //Материалы городской научно-практической конференции, Томск, 2002.-С.131-132.