Экспериментальные исследования влияния десинхроноза на жизнедеятельность приматов

Ряд административных и законодательных решений в сфере изменений систем исшюлешш времени на территории России, обусловили актуальность исследований для получения достоверной и объективной информации о дезадаптации и адаптации организма человека к временному десинхроноз)7 (лат. de -отрицание, syn — вместе, chronos — время), а также об уровне его стресса, при различных сценарных условиях изменений во времени [Колесников, 2011; Новиков, 2011].

Активное обсуждение проблем, связанных с изменением времяисчисления, на уровне общества и органов государственной власти позволило инициировать ряд научных исследований по оценке влияния отклонений административного времени от астрономического (временного десинхроноза) на здоровье населения, в результате которых были получены закономерности формирования наруше ния популяционного здоровья населения Пермского края и г. Перми [Новикова, Кирьянов, 20В; Кирьянов, Новикова, Алексеев, 2013: сравнительный .... 2014].

Цель представленной работы: оценить степень влияния изменений параметров системы исчисления времени на адаптационные возможности живых организмов, в том числе человека.

Для достижения поставленной цели был разработан план экспериментальных исследований влияния десинхроноза на жизнедеятельность приматов. который заключался в проведении наблюдения за приматами, а также проведении сбора моче-фекальных масс для изучения уровня гормонов стресса (кортизола и кортикостерона).

Материал и методы

Работа была выполнена на основе проведения и анализа результатов эксперимента по моделирова-

(С Углицких О. С., Кирьянов Д. А., Устинова О.Ю., 2015

нию десинхроноза на животных. В качестве модели животных была выбрана стая приматов вида Японский макак ^Масаса Juscata^ [Японский макак]. содержащихся в Пермском зоосаде.

Эксперимент обшей длительностью 3 недели проводился в два этапа. На первом этапе производился замер фонового уровня контролируемых параметров в естественных условиях содержания приматов. Длительность первого этапа составляет одну' неделю. Второй этап эксперимента связан с моделированием изменения условий исчисления времени с последующим замером изменения контролируемых параметров. Длительность второго этапа составляла две недели.

Моделирование изменения условий исчисления времени производилось за счет смещения времени кормления приматов на 2 ч. вперед относительно обычного времени кормления.

В ходе экспериментальных исследований определялось влияние смещения режимов кормления относительного естественного светового дня на жизнедеятельность приматов и изменение параметров поведения (всего 9 показателей), выраженное в проявлении локомоции (перемещение животных в пространстве, обусловленное их активными действиями), груминга (активное поведение животных, направленное на очистку поверхности тела), пищевой деятельности (еда), агрессии. Кроме того, изучалась степень стрессированности животных путем проведения измерений уровня гормонов в моче животных.

В ходе всего эксперимента учитывались климатические показатели (осадки, давление, температура и ветер). Данные были занесены в специальный журнал наблюдений за животными, всего произведена 21 запись.

Определение параметров поведения заключалось в визуальном наблюдении за проявлениями активности, коммуникабельности, локомоции, нервного состояния и агрессии у приматов. Замер биохимических показателей, отражающих степень стрессированности приматов (кортизола и кортикостерона) производился с помощью методов бесконтактного анализа (ИФА) уровня гормонов в среднегрупповых пробах мочи. Отбор проб и визуальные наблюдения производились ежедневно, за 2 ч. до начала кормления.

В основе обработки данных экспериментальных исследований поведения животных при изменении режима кормления лежат методы непара-метрической статистики (критерий хи-квадрат и критерий Манна-Уитни). Сравнительный анализ результатов лабораторных исследований выполнялся на основе двухвыборочного критерия Стьюдента.

Анализ динамики поведенческих показателей

На основании критерия Манна-Уитни (р<0.05) был выполнен сравнительный анализ показателей поведения животных до начала эксперимента (первая неделя) и после начала эксперимента (последующие две недели), в результате были получены достоверные различия по следующим показателям: «нервное состояние», «крикливость», «агрессия», «питание», «коммуникабельность» и «активность». При этом по показателям «состояние здоровья», «отношение к игрушкам», «расположение в вольере» на протяжении всего наблюдения у всех особей оставалось стабильным.

На рис. 1 приведена динамика показателей поведения.

Рис. L Динамика изменения показателей поведения у исследуемых особей в среднем по группе

Из рис. 1 видно, что начиная с 09.09.2013 (начало моделирования десинхроноза). повышаются средний балл показателей «нервное состояние», «крикливость», «агрессия», «питание». Причем после резкого скачка «нервное состояние» через 5 дней начинает постепенно снижаться, но все еще продолжает находиться на достаточно высоком уровне, что может быть связано с адаптацией к изменению режима.

Кроме того, анализ показал, что изменения динамики показателей поведения нс зависят от пола и возраста особи, т.е. животные реагируют на изменение режима кормления одинаково.

Следует отмстить, что средние значения показателей «нервное состояние», «крикливость» и «агрессия» среди особей мужского пола выше, чем среди особей женского пола, что может говорить о большей восприимчивости мужских особей к смене режима.

Изменения показателей «активность», «коммуникабельность» и «отношение к игрушкам» в результате смены режима выражены нс так ярко, но являются важными критериями для нормальной жизнедеятельности приматов.

Сравнивая показатели у особей с различным положением в иерархии стаи, можно отметить, что у особей, занимающих доминирующее положение, показатели «нервное состояние», «агрессия», «крикливость» выше, чем у особей, нс занимающих данное положение.

В наблюдаемый период отмечены тенденции к понижению температуры и к снижению влажности воздуха. Характер изменений давления и скорости ветра не имеет явного тренда, высокие и низкие значения присутствуют как в первую, так и в последующие две недели.

Динамика изменения уровня гормонов стрессированное™ у приматов

В результате исследований было обнаружено, что при смоделированном путем смещения времени кормления десинхронозе ответ организма выражается всплеском гормонов стресса, а именно, кортизола и кортикостерона. В качестве критерия для оценки различий использовался двухвыборочный критерий Стьюдента.

На рис. 2 и 3 приведена динамика изменения уровня кортизола и кортикостерона.

Рис. 2. Динамика изменения уровня кортизола (нг/мл) в отобранных пробах

Рис. 3. Динамика изменения уровня кортикостерона (пг/мл) в отобранных пробах

Наблюдается тенденция к увеличению в моче уровня гормонов стресса (рис. 2, 3).

На рис. 4 и 5 приведены средние значения кортизола и кортикостерона в первую неделю и две последующие недели эксперимента.

Анализ средних концентраций показателей в первую и в две последующие недели выявил статистически достоверное межгрупповое различие между ними (р<0.03) (рис. 4. 5).

Кортизол, нг/мл

350 зоо

150 юо

О

первая неделя вторая и третья неделя

Рис. 4. Средние значения кортизола (нг/мл) в отобранных пробах

Анализ средних концентраций показателей в первую и в две последующие недели выявил статистически достоверное межгрупповое различие между ними (р<0.03) (рис. 3).

Для связи показателей, наблюдаемых у приматов. с факторами среды обитания было проведено стандартное многомерное линейное регрессионное моделирование. Выбор модели был выполнен на основе нашего анализа и предварительных знаний о взаимосвязи факторов. Коэффициенты были получены обычным методом наименьших квадратов. Последовательно построены модели влияния погодных условий и временного фактора на каждый параметр, характеризующий состояние приматов.

Концентрация кортизола

При рассмотрении зависимости выработки кортизола была принята гипотеза о временном лаге между воздействием и ответом, в данном случае значение лага составило двое суток. Полученная зависимость влияния погодных и временных условий на концентрацию кортизола записывается в следующем виде (1):

Cortisol = 3.823 хНит + 4.63 х Press +15.539 х Fez?//?+

+ 35.079 х Wind +169.81 \х (Рас tor = 1)- 3802.425

где Cortisol - концентрация кортизола, нг/мл;

Нит - влажность воздуха, %;

Press - давление атмосферного воздуха. мм рт.ст.;

Тетр - температура воздуха, °C:

Wind- скорость ветра, м/с;

Factor - фактор временного смещения (1 -смещение кормления на 2 часа. О - отсутствие смещения).

Сравнение результатов численного моделирования и реальных данных приведено на рис. 6.

Рис. 6. Динамика изменения значений кортизола, полученных в реальных замерах и с помощью модели

Проведенный дисперсионный анализ выявил статистически значимую связь между* кортизолом и временным фактором. Предикторы Hum, Wind, Factor с большой вероятностью влияют на величину' кортизола. Коэффициент детерминации полученной модели составил 0.23.

Концентрация кортикостерона

При рассмотрении зависимости выработки кортикостерона была принята гипотеза о временном лаге между воздействием и ответом, в данном случае значение лага составило одни сутки. Полученная зависимость влияния погодных и временных условий на концентрацию кортикостерона записывается в следующем виде (2): Cortic=0.131xHi/m+0.31 lx Press+1.707хТемр+ (2) 4-1.09х Wind + 9.337х (^Factor = 1) -257.532

где Cortic - концентрация кортикостерона, нг/мл;

Нит - влажность воздуха. %:

Press - давление атмосферного воздуха, мм рт.ст.;

Тетр - температура воздуха. °C:

Wind - скорость ветра, м/с;

Factor - фактор временного смещения (1 -смещение кормления на 2 часа. 0 - отсутствие смещения).

Сравнение результатов численного моделирования и реальных данных приведено на рис. 7.

Проведенный дисперсионный анализ выявил статистически значимые связи между кортикостероном и влажностью, температурой, временным фактором. Предикторы Hum. Wind. Factor с большой вероятностью влияют на значение концентрации кортикостерона. Коэффициент детерминации полученной модели составил 0.417.

Кортикостерон, нг/мл

О

♦ Ре^льнех? зилчрние ■ рдг*х>тнор значение

Рис. 7. Динамика изменения значений кортикостерона, полу ченных в реальных замерах и с помощью модели

Проведенный дисперсионный анализ нс выявил статистически значимых связей между активностью (коэффициент детерминации полученной модели составил 0.04) и параметрами окружающей среды, а также между коммуникабельностью (коэффициент детерминации полученной модели составил 0.37) и параметрами окружающей среды.

Проведенный дисперсионный анализ выявил статистически значимые связи между питанием и всеми анализируемыми параметрами окружающей среды, а также между крикливостью и всеми анализируемыми параметрами окружающей среды, кроме скорости ветра. Предиктор Factor с большой вероятностью влияет на значение параметров питания (коэффициент детерминации полученной модели составил 0.774.) и крикливости приматов (коэффициент детерминации полученной модели составил 0.577).

Проведенный дисперсионный анализ выявил статистически значимые связи между нервным состоянием приматов и всеми анализируемыми параметрами окружающей среды, кроме давления. Предикторы Factor и Press с большой вероятностью влияют на значение параметра нервного состояния приматов. Коэффициент детерминации полученной модели составил 0.885.

Проведенный дисперсионный анализ выявил статистически значимые связи между агрессией и всеми анализируемыми параметрами окружающей среды, кроме скорости ветра и темпсрату ры воздуха. Предикторы Factor и Нит с большой вероятностью влияют на значение параметра агрессивного состояния приматов. Коэффициент детерминации полученной модели составил 0.696.

Результаты

Проведенный анализ выявил статистически значимую связь между содержанием адаптивных гормонов надпочечников (кортизола и кортикостерона) в пробах мочи и временным фактором. Но в связи с тем, что гормоны меряются не напрямую в крови, существует временной лаг между воздействием и ответом.

Несмотря на то. что обнаружены значимые влияния погодных условий, таких как влажность, температура и ветер, основной стресс у животных наблюдается за счет изменения временного фактора.

При этом не было выявлено явного влияния ни одного из выбранных природных факторов на такие поведенческие проявления приматов как активность И коммуникабельность. Это может говорить о более отдаленных эффектах влияния выбранных факторов, превышающих по времени анализируемый период.

Также в результате эксперимента, была выявлена явная статистически значимая связь между временным фактором и параметрами поведения, такими как питание, нервное состояние, крикливость. агрессия. Данные поведенческие параметры в большей степени характеризуют состояние дезадаптации приматов.

В заключение можно сказать, что в результате эксперимента была выявлена связь между сдвигом кормления приматов по времени и показателями, отражающими дезада птащпо приматов, что может говорить о влиянии фактора смены исчисления времени на их жизнедеятельность. Также было учтено влияние погодных условий на проявление стресса. Результаты показывают, что через 2-3 недели можно ожидать адаптащпо к этому’ стрессу, как по поведенческим показателям, так и по уровню стресса. Проведенное исследование является одним из оснований для утверждения того, что незначительные нарушения здоровья живых организмов, в том числе и человека, могут возникать в период смены исчисления времени, с незначительным периодом адаптации.