Введение
На организм современного человека комплексно воздействуют различные факторы окружающей среды. Они включают урбанизацию, ускорение темпа жизни, снижение физической активности, информационные и интеллектуальные перегрузки. В силу того, что процесс урбанизации и общественного развития во много раз опережает процесс эволюции человека, адаптационные возможности его организма в современных условиях жизни ограничены. Следствием влияния совокупности этих факторов является нарушение эмоционально-поведенческого комплекса, проявляющееся на когнитивном, конативном и аффективном уровнях и формирующее у человека психическую усталость и эмоциональные стрессы, которые, в свою очередь, сопровождаются развитием многих вегетативных и неврологических дисфункций и расстройств [1]. В связи с этим одной из важнейших задач восстановительной медицины является оценка эффективности использования немедикаментозных методов. Большой интерес относительно реабилитации представляют методы физиотерапии и санаторно-курортного лечения, поскольку считается, что они оказывают комплексное пато- и саногенетическое действие, предотвращающее потенциальную хронизацию патологических процессов, повышающее адаптационные резервы организма и улучшающее качество жизни человека [2].
Проведенные в последнее время многочисленные исследования свидетельствуют о том, что сезонная изменчивость климата в комбинации с изменениями гелиогеофизических параметров (магнитной и солнечной активности) значительно влияет на организм человека [3]. Известна неодинаковая чувствительность человека и животных к стрессу [4, 5], фармакологическим [6, 7], токсическим [8, 9], физиотерапевтическим [10] и другим воздействиям в зависимости от времени суток и сезона года. В более ранних исследованиях [11] была изучена годовая динамика содержания кортикостерона в сыворотке крови лабораторных крыс и показано, что в период весеннего равноденствия его уровень оказался самым высоким, а в период осеннего — самым низким. Аналогичные результаты были получены в работах других исследователей [4, 12, 13]. Исходя из значимости кортикостерона в реакциях организма на стресс [11], было сделано предположение, что по этой причине, по-видимому, весной животные должны быть более чувствительны к стрессу, чем в остальные периоды года. По той же причине активное или пассивное восстановление после стрессорных воздействий также должно иметь свои сезонные особенности. С учетом вышесказанного в эксперименте было проведено сравнительное изучение чувствительности лабораторных крыс к стрессу и эффективности активных восстановительных постстрессорных программ в виде водных и пантовых ванн [14—16], которые издавна используются для этих целей [10, 17] в разные сезоны года в периоды равноденствия.
Цель исследования — провести сравнительное изучение эффективности бальнеотерапевтических процедур в отношении восстановления психофизиологических показателей лабораторных крыс после последовательного стрессирующего воздействия световых десинхронозов и физической нагрузки до состояния полного утомления в период осеннего и весеннего равноденствия.
Материал и методы
Настоящее экспериментальное исследование было выполнено в периоды равноденствия (весна, осень) на 160 половозрелых крысах-самцах породы Wistar массой 220—250 г, содержавшихся в стандартных условиях вивария на обычном рационе со свободным доступом к воде и пище при температуре окружающего воздуха 22—24 °C. Все процедуры с животными выполняли в соответствии с международными правилами и нормами [18]. Исследование было одобрено локальным этическим комитетом ФГБУН «ТНИИКиФ ФМБА» России (протокол №3 от 22.03.12).
Животные были разделены на 8 групп по 10 особей в каждой в оба периода равноденствия. Животных 1-й группы (интактная) не подвергали экспериментальным воздействиям. Животным 2-й группы предъявляли физическую нагрузку в виде плавательного теста до полного утомления в течение 5 сут подряд. Эти две группы находились в естественных условиях освещения. В 3—8-й группах животных подвергали стресс-нагрузкам в виде десятидневного светового десинхроноза с последующей физической нагрузкой. Животным 4, 5, 7 и 8-й групп после всех выше упомянутых экспериментальных воздействий проводили восстановительные постстрессорные программы с использованием водных ванн (4-я и 7-я группы) и ванн с препаратом «Пантованна» (5-я и 8-я группы). Основным компонентом препарата «Пантованна» являлась активная субстанция дегидратированной крови алтайского марала (пантогематоген сухой) (Сертификат соответствия №РОСС RU. АЕ96.Н03928), которая была исследована рядом авторов на предмет воздействия на многие системы организма, в том числе и на нервную систему [19, 20].
Для индукции экспериментального десинхроноза животные 3—8-й групп в течение 10 сут круглосуточно находились при искусственном ярком освещении 150 LX (3—5-я группы — СС-режим) либо полном затемнении 2—3 LX (6—8-я группы — ТТ-режим) [21]. В качестве модели физической нагрузки была выбрана методика принудительного плавания крыс с дополнительным грузом до полного утомления в авторской модификации [22]. О работоспособности судили по продолжительности плавания в секундах (с). Плавательный тест проводили для всех группах животных, кроме интактных, параллельно в одно и то же время суток (с 10:00 до 11:00) в течение 5 сут подряд сразу после помещения животных из депривированных условий освещения в естественные (свет/темнота).
Для приготовления ванн с препаратом «Пантованна» (в последующем пантованна) использовали навеску (0,2 г на 1 л воды), которую заливали горячей водой температурой 95—98 °C, затем разбавляли холодной водой до объема 10 л (температура раствора 35— 37 °C). Раствор переливали в кювету размером 20×30×20 см слоем 15 см. Животных по одному помещали в кювету и накрывали решетчатой крышкой. Животных выдерживали в кювете 10 мин, после чего вынимали и, не вытирая, оставляли на воздухе при температуре 22—24 °C. Крыс 4-й и 7-й групп аналогично выдерживали в ваннах с проточной водой с соблюдением температурного и временно́го режимов. Курс приема водных и пантовых ванн состоял из 10 процедур.
После завершения всех экспериментальных воздействий через 24 ч проводили тест «открытое поле» в условиях естественного освещения с 08:00 до 09:00 утра. Тест заключался в количественном измерении показателей поведения животного, помещенного в новое открытое пространство (арену), выбраться из которого ему мешает огораживающая арену стенка. Не менее чем за 1 ч до тестирования исключались перегруппировка животных, кормление, взятие в руки и другие активные манипуляции.
Затем, через 1 ч после тестирования в «открытом поле», все группы животных в течение 1 ч выводили из эксперимента одномоментным декапитированием под CO2-наркозом согласно Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации о гуманном отношении к животным и приказу Минздрава СССР №577 от 12.08.77 «Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных» [18].
У декапитированных животных собирали кровь в чистую сухую пробирку для получения сыворотки с целью определения уровня кортикостерона. Забор биологического материала выполняли строго в утренние часы: с 10:00 до 11:00. Определение исследуемого гормона выполняли с помощью иммуноферментного метода. Измерения проводили на программируемом фотометре для микрострипов STAR FAX 303 PLUS (США). Иммуноферментный анализ осуществляли с использованием поликлональных антител кортикостерона согласно рекомендациям производителя тест-систем IBL (Германия). Оптическую плотность измеряли при длине волны 450 нм.
Статистическую обработку полученных результатов выполняли на основе пакета программ Statistica v8.0 (StatSoft, США). Результаты представлены в виде медианы (Me) и квартилей [Q1 — 25%; Q3 — 75%]. Достоверность различий между группами определяли с помощью непараметрического критерия Манна—Уитни, используемого для двух независимых выборок, и критерия Вилкоксона для проверки различий между зависимыми выборками (p<0,05).
Результаты
Анализ экспериментальных данных показал, что весной при самом высоком уровне кортикостерона у интактных животных в сравнении с остальными сезонами [4, 11, 13] ежедневная физическая нагрузка (контрольная группа) до состояния полного утомления на протяжении 5 сут подряд приводила к резкому понижению содержания гормона в сыворотке крови подвергнутых стрессу животных, что указывает на истощающее действие этого стресс-фактора на надпочечники (табл. 1). При гистологическом анализе в надпочечниках исследованных животных отмечено наличие деструктивных процессов (признаки вакуольной дистрофии эндокриноцитов коркового и мозгового вещества надпочечников), что в совокупности указывает на угнетение функционального состояния органа [23]. В тесте «открытое поле» изменялся только один показатель — «горизонтальная компонента» — в сравнении с интактной группой, не получавшей никаких нагрузок. Полученные результаты свидетельствуют об угнетении активно-поисковой составляющей поведения у контрольных животных, что может быть связано с обычным утомлением.
Таблица 1. Уровень кортикостерона в сыворотке крови и поведенческая активность лабораторных крыс в тесте «открытое поле» в период весеннего равноденствия
| Группа | Кортикостерон, нг/ммоль | Активность в тесте «открытое поле» | ||||
| горизонтальная активность | вертикальная активность | груминг | норка | дефекация | ||
| Интактная | 192,5 [188,6; 196,8] | 48 [32; 54] | 11 [11; 16] | 1 [0; 3] | 2 [0; 6] | 2 [1; 3] |
| ЕО+ФН | 76,4 [15,6; 153] p0<0,01 | 31 [24; 34] p0<0,05 | 8 [6; 13] | 0 [0; 1] | 2 [0; 4] | 1 [1; 2] |
| СС+ФН | 195,9 [189,5; 197,6] p1<0,01 | 37 [18; 48] | 10 [9; 16] | 2 [1; 3] p1<0,05 | 0 [0; 2] | 1 [0; 3] |
| СС+ФН+ водные ванны | 195,9 [188,3; 197,6] p1<0,01 | 25 [16; 26] p0<0,05 | 6 [4; 8] | 2 [1; 3] p1<0,05 | 2 [1; 3] | 2 [0; 3] |
| СС+ФН+ пантовые ванны | 201 [198,6; 207,7] p1<0,01 | 18 [11; 25] p0<0,01 | 5 [4; 6] | 1 [0; 1] | 1 [0; 2] | 2 [2; 3] |
| ТТ+ФН | 130,5 [29,45; 231,5] p0<0,05 p1<0,05 | 39 [26; 47] | 8 [6; 16] | 3 [2; 4] p1<0,05 | 0 [0; 4] | 3 [2; 4] p1<0,05 |
| ТТ+ФН+ водные ванны | 198 [196,4; 200,1] p1<0,01 | 39 [27; 45] | 9 [6; 15] | 3 [2; 4] p1<0,05 | 1 [0; 4] | 3 [2; 4] p1<0,01 |
| ТТ+ФН+ пантовые ванны | 190 [187,1; 197,6] p1<0,05 | 35 [28; 43] | 12 [9; 17] | 4 [1; 5] p1<0,05 | 1 [0; 2] | 3 [1; 4] p1<0,05 |
Примечание. ЕО — естественное освещение; ФН — физическая нагрузка; СС — режим темновой депривации (животные на круглосуточном освещении); ТТ — режим световой депривации (животные круглосуточно в темноте). Результаты представлены в виде Me [Q1; Q3]; p0 — уровень статистической значимости по отношению к интактной группе; p1 — по отношению к группе ЕО+ФН.
Темновая депривация (СС-режим) и подключение к ней водных процедур или пантованн одинаково эффективно предупреждали падение уровня кортикостерона после физических нагрузок, поскольку его содержание в сыворотке в этих условиях не отличалось от значений этого показателя у интактных животных. Примечательно, что в структуре поведения крыс по мере подключения очередного раздражителя (десинхроноз, водные процедуры, пантованны) усиливались процессы торможения. Если после СС-режима физическая нагрузка у животных вызывала увеличение только актов груминга, то водные процедуры и пантованны приблизительно в равной степени подавляли уже и активно-поисковую компоненту, сохраняя повышенным груминг. Следовательно, и водные процедуры, и пантованны действовали на животных в указанных условиях успокаивающе, седативно, о чем свидетельствуют результаты многих других исследований [24—27].
Сочетание ТТ-десинхроноза и физической нагрузки в период весеннего равноденствия сопровождалось повышением уровня кортикостерона относительно аналогичного показателя у контрольных животных, получавших физическую нагрузку без предварительного десинхроноза. Однако содержание гормона не достигало тех величин, которые наблюдались у интактных животных, находившихся в естественных условиях освещения и не получавших никаких воздействий. И только водные процедуры и пантованны в одинаковой степени способствовали восстановлению уровня гормона до его значений у интактных крыс. При этом в поведении животных по мере подключения очередного раздражителя нарастал груминг и акты дефекаций, т.е. тормозные формы, без изменения активно-поисковых компонентов поведения. Таким образом, в период весеннего равноденствия световой десинхроноз, водные процедуры и пантованны показали равноэффективное предупреждающее действие в отношении гормонального и психофизиологического истощения организма крыс стрессом физической нагрузки. Очевидно, световые десинхронозы сыграли здесь роль тренировочной процедуры и повысили адаптивность животных к последующему стрессу физической нагрузки [28], при этом эффективность темновой депривации была выше, чем световой. Водные процедуры и пантованны закрепили эти адаптации на уровне поведенческой активности, усиливая процессы торможения также более эффективно после СС-режима.
Осенью, также в период равноденствия, в интактной группе, находившейся на естественном освещении и не получавшей физической нагрузки, уровень кортикостерона был существенно ниже (в 7 раз), чем в соответствующей группе весной (табл. 2).
Таблица 2. Уровень кортикостерона в сыворотке крови и поведенческая активность лабораторных крыс в тесте «открытое поле» в период осеннего равноденствия
| Группа | Кортикостерон, нг/ммоль | Активность в тесте «открытое поле» | ||||
| горизонтальная активность | вертикальная активность | груминг | норка | дефекация | ||
| Интактная | 27,7 [21,8; 57,5] | 32 [18; 37] | 10 [6; 12] | 0 [0; 0] | 2 [0; 4] | 2 [1; 2] |
| ЕО+ФН | 199,8 [150,6; 218,3] p0<0,01 | 31 [22; 44] | 10 [8; 11] | 1 [0; 1] p0<0,05 | 1 [0; 5] | 4 [3; 4] p0<0,05 |
| СС+ФН | 55,4 [51,3; 63,4] p0<0,05 p1<0,01 | 33 [25; 35] | 8 [5; 9] | 1 [0; 2] p0<0,05 | 1 [0; 1] | 2 [1; 4] |
| СС+ФН+ водные ванны | 57,5 [52,6; 66,6] p0<0,05 p1<0,01 | 34 [26; 38] | 7 [4; 9] | 1 [0; 2] p0<0,05 | 1 [0; 2] | 2 [2; 3] |
| СС+ФН+ пантовые ванны | 22,8 [16,3; 24,6] p1<0,01 p2,3<0,01 | 18 [11; 25] p0<0,05 p1<0,05 p2,3<0,05 | 5 [4; 6] p0<0,05 p1<0,05 | 1 [0; 1] p0<0,05 | 1 [0; 2] | 2 [2; 3] |
| ТТ+ФН | 23,6 [20,5; 24,2] p1<0,01 | 30 [24; 40] | 8 [7; 9] | 0 [0; 0] | 2 [1; 5] | 2 [1; 2] p1<0,05 |
| ТТ+ФН+ водные ванны | 22,8 [19,5; 26,6] p1<0,01 | 29 [23; 39] | 8 [6; 9] | 0 [0; 1] | 3 [0; 5] | 2 [2; 2] p1<0,05 |
| ТТ+ФН+ пантовые ванны | 49,1 [21,4; 57,9] p1<0,01 | 27 [22; 34] | 7 [7; 10] | 0 [0; 1] | 0 [0; 2] | 2 [1; 2] p1<0,05 |
Примечание: ЕО — естественное освещение; ФН — физическая нагрузка; СС — режим темновой депривации (животные на круглосуточном освещении); ТТ — режим световой депривации (животные круглосуточно в темноте). Результаты представлены в виде Me [Q1; Q3]; p0 — уровень статистической значимости по отношению к интактной группе; p1 — по отношению к группе ЕО+ФН; p2 — по отношению к группам с световыми десинхронозами (СС- или ТТ-режимы) и физическими нагрузками; p3 — по отношению к группам с световыми десинхронозами (СС- или ТТ-режимы) и физическими нагрузками и водными ваннами.
Кроме того, в контрольной группе, отличавшейся от интактной тем, что животные получали ежедневно на протяжении 5 сут подряд физическую нагрузку до полного утомления, через сутки после нее статистически значимо в 7 раз повышался уровень кортикостерона в сыворотке крови. СС- и ТТ-режимы ослабляли стрессирующее действие физической нагрузки на этот показатель. Водная процедура не изменяла эту реакцию животных ни в случае СС-режима, ни в случае ТТ-режима, а пантованны после СС-режима восстанавливали уровень кортикостерона до значений аналогичного показателя в интактной группе. Причем после ТТ-режима этот показатель несколько увеличился, но недостоверно в сравнении с тем, который наблюдался после водных процедур. Таким образом, реабилитирующее действие пантованн в отношении стрессогенности физической нагрузки в осенний период проявляло себя только в условиях десинхроноза, развивающегося при резком расширении светлой фазы суток, т.е. с осеннего режима освещенности СТ 12:12 до летнего солнцестояния, что, например, может наблюдаться при перелете в юго-западном направлении [10].
Анализ поведения крыс при тесте «открытое поле» в указанных выше условиях подтвердил полученный вывод. Во-первых, необходимо подчеркнуть, что структура поведенческой активности животных, получавших физическую нагрузку, претерпевала существенные изменения в сравнении с таковой у интактной группы, не получавшей физической нагрузки. Эти изменения касались тормозных пассивно-оборонительных форм и эмоциональной компоненты, которые усилились в виде увеличения эпизодов груминга и количества дефекаций. Во-вторых, после СС-режима уровень дефекаций восстановился до аналогичного показателя в интактной группе, а груминг сохранился на том же уровне. Следовательно, СС-режим ослабил тормозные формы и эмоциональность, которые были значительно усилены физической нагрузкой. В этих условиях погружение крыс в водные ванны никак не повлияло на поведение в «открытом поле»: оно сохранило ту же структуру, что и без водных процедур. В отличие от этого, пантованны существенно изменили структуру поведения крыс в «открытом поле», ослабив значительно активно-поисковую составляющую в виде горизонтальной и вертикальной компонент и сохранив повышенным груминг, причем в отношении горизонтальной активности наблюдались статистически значимые изменения по отношению к аналогичному показателю всех четырех контрольных групп. В-третьих, ТТ-режим ослабил активирующее действие физической нагрузки на тормозные формы, поскольку увеличилось только количество дефекаций, причем в меньшей степени, чем при естественном режиме. В этих условиях ни водные процедуры, ни пантованны существенной модификации в поведение животных не внесли, оно оставалось таким же, как и в группах, не получавших эти процедуры. Таким образом, действительно, только после СС-десинхроноза и гормональные, и поведенческие показатели восстанавливались до уровня нормальных под воздействием пантованн, что указывает на их реабилитирующие возможности. После ТТ-десинхроноза они существенных преимуществ перед водными процедурами не имели.
Обсуждение
Результаты исследования продемонстрировали, что в период равноденствий исходный уровень кортикостерона определял чувствительность и устойчивость лабораторных крыс к стрессу физической нагрузки в виде плавательного теста до полного утомления, что четко отражалось как на последующем содержании гормона в крови, так и на структуре поведения животных в тесте «открытое поле» (см. контрольные животные в табл. 1, 2). Если весной при исходно высоком уровне кортикостерона физическая нагрузка вызывала резкое его понижение в сыворотке крови, то осенью при значительно более низком исходном его содержании стрессорная нагрузка сопровождалась повышением количества гормона в крови. Основываясь на представлениях Г. Селье [28], можно полагать, что весной при высоком исходном напряжении надпочечников стрессорное воздействие на организм крыс сопровождалось истощением этой системы, о чем свидетельствует и соответствующая морфология надпочечников в этих условиях [23], а осенью при исходном низком напряжении надпочечников аналогичное воздействие вызывало развитие фазы тревоги. К аналогичным выводам можно прийти, если проанализировать структуру поведения животных в этих условиях, поскольку эта структура, являясь интегральным показателем функционального состояния организма, отражает реакцию животных на стресс [29, 30]. Несмотря на то что весной, судя по кортикостерону и гистологическому анализу надпочечников, под влиянием физической нагрузки у животных формировалась фаза истощения, структура поведения подвергнутых стрессу животных менялась в сравнении с интактными только по одному показателю (горизонтальная активность), что можно связать с обычным утомлением. В период осеннего равноденствия наблюдали несколько иную картину, а именно: изменения поведения касались тормозных пассивно-оборонительных форм, которые усиливались в виде увеличения эпизодов груминга и количества дефекаций. Последние, как известно, свидетельствуют о формировании у животных отрицательных эмоций (страха, тревоги), за счет чего могло дополнительно активироваться пассивно-оборонительное поведение [29], что следует, вероятно, рассматривать как отражение нарастания фазы тревоги и один из системных механизмов ее ограничения через поведенческие адаптации [28].
Помещение животных на 10-е сут на СС-режим или ТТ-режим, т.е. темновая или световая депривации, и последующее предъявление в течение 5 сут ежедневной физической нагрузки до состояния утомления в разные периоды равноденствия вызывало неоднозначную реакцию как со стороны надпочечников, так и поведения крыс. Но обращает на себя внимание тот факт, что в этих условиях и темновая, и световая депривация в большей или меньшей степени ослабляли воздействие стресса физической нагрузки на уровень кортикостерона, предупреждая как его падение весной после физической нагрузки без десинхроноза, так и повышение осенью. Стратегия поведения изменялась аналогичным образом. Весной в этих условиях в структуре поведения усиливались тормозные формы, а осенью ослаблялось эмоциональное напряжение, наблюдавшееся под воздействием физической нагрузки без предварительного десинхроноза.
Таким образом, в периоды равноденствий темновая или световая депривация в течение 10 сут повышала устойчивость животных к стрессу последующей физической нагрузки, т.е. проявлялся тренировочный эффект или эффект перекрестной адаптации [28]. Следовательно, весной и осенью световые десинхронозы в соответствующие периоды естественного освещения и последующая физическая нагрузка в виде плавательного теста до состояния полного утомления приводили к формированию фазы резистентности общего адаптационного синдрома.
Водные процедуры и пантованны как модель бальнеопроцедур также неоднозначно влияли на уровень кортикостерона и структуру поведения крыс в тесте «открытое поле» в разные периоды равноденствия и при разных десинхронозах. Если весной в отношении нормализации уровня кортикостерона после стресса физической нагрузки и светового десинхроноза пантованны существенных преимуществ перед водными процедурами не имели вне зависимости от характера десинхроноза, то осенью отмечалось их более эффективное влияние после СС-режима. Что касается поведения, то пантованны также только после СС-режима оказывали на него воздействие: ослабляли активно-поисковую составляющую и сохраняли повышенной пассивно-оборонительную компоненту.
В целом настоящее исследование подтвердило нашу гипотезу, что у лабораторных крыс чувствительность к стрессирующим воздействиям — световому десинхронозу с последующей физической нагрузкой до состояния утомления, а также активное постстрессорное восстановление определяются характером десинхроноза и сезоном года. В период весеннего равноденствия стресс-нагрузка сопровождалась фазой истощения, в период осеннего — фазой тревоги. Весной пантованны в качестве процедуры активного постстрессорного восстановления были малоэффективны, осенью они оказывали нормализующее воздействие на уровень кортикостерона и поведение только после темновой депривации.
Заключение
Таким образом, проведенный эксперимент указывает на необходимость принимать во внимание сезон года и направление трансмеридианного перелета на санаторно-курортное лечение с бальнеотерапевтическими процедурами. На примере равноденствий в экспериментальных условиях на лабораторных крысах показано, что бальнеопроцедуры будут эффективнее выполнять реабилитирующие функции при расширении в результате такого перемещения светлой фазы суток, но не темной. Вероятно, у человека также будет наблюдаться эта особенность, поскольку ранее установлена ускоренная его адаптация к новым свето-темновым условиям также при расширении светлой фазы, но не темной [10].
Источник финансирования. Исследование проведено в рамках государственного задания ФМБА России.
Участие авторов: концепция и дизайн исследования — К.В. Зайцев; сбор и обработка материала — А.В. Прокопова, В.В. Ярцев; анализ данных — Т.А. Замощина, А.А. Гостюхина, О.Б. Жукова; написание статьи — А.А. Гостюхина; редактирование — Т.А. Замощина, О.С. Дорошенко, К.В. Зайцев, О.Б. Жукова.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.