Влияние различных режимов освещения на репродуктивную активность и темпы физиологического развития потомства крыс

В районах Крайнего Севера и на приравненных к ним территориях (Республика Карелия) существует проблема нарушения циркадианных ритмов и светового загрязнения. В данных регионах наблюдается естественное изменение соотношения светлого и темного времени суток, что отражается на световом режиме проживающего на данной территории населения. Характеристики светового режима в значительной степени зависят от широты места проживания. Суточный ритм освещенности стабилен в течение года на экваторе и подвержен существенным сезонным изменениям на Севере: от полярной ночи зимой до полярного дня летом. Введение часовых поясов на территории России привело к тому, что на

большей части солнечное время перестало совпадать с социальным, что в последующем привело к изменению роли географических факторов на рост новообразований у женщин и мужчин и преобладанию влияния экономических факторов [5]. Известно, что свет в ночное время (световое загрязнение) вызывает нарушение функций циркадианной системы, что является фактором риска возникновения злокачественных новообразований, серьезных расстройств поведения и состояния здоровья, включая сердечно-сосудистые заболевания [1]. Установлено, что развитие детей в районах Крайнего Севера сопряжено с более частыми отклонениями от нормы и развитием соматических заболеваний [12].

Нарушение циркадианных ритмов, как независимый фактор окружающей среды, по всей видимости, также может влиять на способность к оплодотворению, вынашиванию потомства и скорость развития в раннем постнатальном онтогенезе [15]. При изучении комплексного регулирования процессов выработки гормонов эпифиза у млекопитающих установлена прямая связь между характером освещенности и процессом выработки мелатонина [19].

Цель данного исследования – изучение влияния различных световых режимов на самок крыс в период беременности и на динамику физиологического созревания потомства.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В эксперименте были использованы крысы линии Вистар. Животных содержали в стандартных клетках при температуре окружающего воздуха 22 ± 2 °C [11]. Все животные получали стандартный готовый лабораторный корм [4] и имели свободный доступ к отстоянной водопроводной воде. Работа выполнена с соблюдением международных принципов Хельсинкской декларации о гуманном отношении к животным, принципов гуманности, изложенных в директиве Европейского сообщества (86/609/ЕС), «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» [14].

Беременные самки крыс были рандомизиро-ванно (по весу) разделены на три группы и содержались до родов в различных световых режимах. Первая группа (n = 13) находилась при постоянном искусственном освещении (750 лк; LL). Вторая группа (n = 16) – в условиях естественного освещения (NL). В данном случае учитывались особенности светового режима Северо-Запада России (Петрозаводск расположен на 61°40' северной широты). В августе в период разведения продолжительность светового дня составила 15,5 часа; в сентябре в период още-нения – 11,75 часа; в октябре – 9,6 часа. Таким образом, происходило естественное постепенное уменьшение светового дня. Также освещенность в помещении менялась в течение суток

(на уровне клеток в утренние часы – 50–200 лк, днем – до 1000 лк в ясный день и 500 лк в пасмурный день, к вечеру – 150–500 лк). Третья группа (n = 20) содержалась при искусственно созданном стандартном фиксированном чередующемся режиме освещения (750 лк; 12 часов свет и 12 часов темнота, LD) и рассматривалась в качестве контроля.

Потомство от самок, находившихся во время беременности при естественном (NL) и постоянном (LL) режимах освещения, оставалось в тех же световых условиях, что и их матери при естественном (NL/NL) и постоянном освещении (LL/ LL) соответственно. После рождения потомство от самок группы LD было рандомизированно разделено на две подгруппы. Первая подгруппа была переведена в условия постоянного освещения (LD/LL), вторая – оставалась в условиях стандартного освещения (LD/LD) и считалась группой контроля.

В каждой группе фиксировали: количество щенков в помете, число мертворожденных щенков, случаи поедания самками детенышей. Ежедневно производился учет числа павших особей в помете. Кроме этого, определяли время отлипания ушных раковин, открытия глаз, появления первичного волосяного покрова и скорость полового созревания (опускание семенников у самцов и открытие влагалища у самок).

Для данных была применена описательная статистика: подсчитаны средние значения и стандартные ошибки среднего. В качестве непараметрического критерия использован критерий Вилкоксона – Манна – Уитни. Различия определены при 0,05 уровне значимости. Статистическую обработку полученных результатов проводили на персональном компьютере с помощью пакета прикладных программ STATISTICA 5.5 и Microsoft Excel 2007 [9].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ

Изменение нормального чередования света и темноты в нашем эксперименте оказывало достоверное влияние на количество беременностей, приплода и его жизнеспособность. Влияние фотопериодических экспозиций в конце беременности на лактацию и репродуктивную активность грызунов было показано в работах ряда авторов [15].

В режимах NL и LL по сравнению с контрольной группой (LD) отмечалось снижение частоты случаев беременности и ощенений, уменьшение количества щенков в пометах (см. таблицу). У крыс, содержащихся в LD-режиме, количество беременностей и ощенений составило 75 % от общего числа самок. В естественном освещении у 68 % самок крыс произошло оплодотворение и ощенение, а в режиме постоянного освещения – только у 61 % особей. Число беременностей в условиях постоянного

Показатели разведения крыс в различных режимах освещения

№ п/п	Показатель	Режимы освещения
		LD	NL	LL
1	Количество самок (шт.)	20	16	13
2	Количество ощенений (шт.), в скобках в процентах от числа самок, участвующих в разведении	15 (75 %)	11 (68 %)	8 (61 %)*
3	Гибель самок в разведении (шт.), в скобках в процентах от числа самок, участвующих в разведении	0	1 (6,25 %)*	1 (7,69 %)*
4	Всего щенков (шт.)	124	77	70
5	Гибель щенков (%)	6,2 %	23,3 %*	15,7 %*
6	Среднее количество щенков в помете (шт.)	6,2	4,8*	5,3
7	Количество беременностей на 1 самку	0,75	0,68	0,61*

Примечание. * р < 0,01 - изменения достоверны по сравнению с аналогичным показателем в LD-режиме (метод х2).

освещения было сопоставимо с аналогичным параметром в условиях естественного освещения Карелии в осенний период. Таким образом, количество беременностей на одну самку составило в режимах: LD - 0,75; NL - 0,68; lL - 0,61. Гибель самок при разведении и во время родов произошла в режимах NL и LL и составила 6,25 % и 7,69 % соответственно. Гибель самок при разведении и во время родов в режиме NL составила 6,25 %, в режиме LL - 7,69 %. Возможно, в нашем эксперименте наблюдалась материнская передача фотопериодической информации [16].

В естественном и постоянном режимах освещения смертность в период раннего постнатального развития была достоверно выше, чем в контрольной группе: в группе контроля - 6,2 %; в естественном освещении Карелии - 23,3 %; при постоянном освещении - 15,7 %. Таким образом, среднее количество щенков в помете составило: в режиме LD - 6,2; NL - 4,8; LL - 5,3.

Согласно эпидемиологическим исследованиям, в условиях Севера отмечается ухудшение биологических свойств материнского и детского организмов, что проявляется более высокой частотой осложненного течения беременности и родов у женщин, высокой заболеваемостью детского населения [10], [12], возможно, что одним из факторов риска является нарушение светового режима, что косвенно подтверждают наши экспериментальные исследования.

Соотношение самцов и самок в помете сохраняло общебиологическую закономерность: в каждом из световых режимов количество самцов преобладало над количеством самок.

Скорость физиологического созревания потомства определяли по темпам отлипания ушной раковины, появления первичного волосяного покрова, открытия глаз и времени полового созревания. Из рис. 1 и 2 видно, что отлипание ушей и появление шерсти у щенков происходили в определенной последовательности: быстрее у особей, перемещенных в условия постоянного освещения сразу после рождения (LD/LL). Замедленное появление первичного волосяного покрова и отлипание ушных раковин по сравнению с группой контроля (LD/LD) наблюдалось в режимах постоянного (LL/LL), а затем и естественного освещения (NL/NL).

возраст, сутки

Рис. 1. Отлипание ушных раковин у крысят в различных световых режимах (линии тренда).

В режиме LD/LL - сплошная линия; в режиме NL/NL -прерывистая линия; в режиме LL/LL - точечная линия; в режиме LD/LD - штриховая линия

Рис. 2. Появление первичного волосяного покрова у крысят в различных световых режимах (линии тренда). Обозначения, как на рис. 1

Открытие глаз у потомства проходило несколько в другой последовательности (рис. 3). Первыми открыли глаза (как отлипание ушной раковины и появление шерсти) щенки в режиме LD/LL на 16-е сутки. Затем следовали особи в режимах NL/NL и LL/LL. Последними открыли глаза крысята в стандартном режиме освещения (LD/LD).

Очевидно, что воздействие постоянного (LL/ LL), а особенно естественного, освещения Карелии осеннего сезона (NL/NL) в анте- и постнатальный период онтогенеза приводило к нарушению темпов физиологического развития потомства крыс. Естественное освещение Севе-

Рис. 3. Открытие глаз у крысят в различных световых режимах (линии тренда).

Обозначения, как на рис. 1

ро-Запада являлось тем фактором окружающей среды, которое оказывало влияние на развитие потомства. Имело место отставание сроков появления первичного волосяного покрытия, отлипания ушных раковин по сравнению с аналогичными показателями в режиме стандартного чередующегося освещения. В работе Б. Я. Ры-жавского и соавт. [13] показано, что потомство самок крыс, находившихся при длительном непрерывном освещении, отличалось от контрольного меньшей массой тела, яичников, толщиной коры надпочечников, диаметром извитых семенных канальцев, толщиной коры полушарий мозга.

В нашем исследовании половое созревание у самок крыс, содержащихся в LD/LD-режиме, наступало в среднем на 42-й день жизни (первые особи с раскрывшимся влагалищем зафиксированы на 38-е сутки, последние – на 46-е), что является физиологической нормой. В условиях естественного освещения (NL/NL) в осенний период среднее время созревания самок крыс наступало в среднем на 48-й день жизни (первые особи с раскрывшимся влагалищем зафиксированы на 38-е сутки, последние – на 61-е) (рис. 4). При постоянном освещении (LL/LL) среднее время созревания самок составило 50 суток (первые особи с раскрывшимся влагалищем зафиксированы на 40-е сутки, последние – на 61-е сутки).

В группе крыс с измененными условиями светового режима (LD/LL) среднее время созревания самок зафиксировано на 44-е сутки (первые особи с раскрывшимся влагалищем зафиксированы на 37-е сутки, последние – на 52-е).

Таким образом, изменение нормального чередования света и темноты в период анте- и постнатального онтогенеза приводило к замедлению полового созревания самок во всех экспериментальных группах, причем наиболее поздние сроки отмечались в режимах LL/LL и NL/NL. Так, в работе И. А. Виноградовой и соавт. [6] установлено, что на возрастную динамику показателей эстральной функции у крыс-самок оказывали влияния различные световые режимы. Отмечено, что воздействие круглосуточного освещения в течение всего года вызывало более выраженные и более ранние изменения эстрального цикла, чем воздействие естественного освещения Северо-Запада России со своеобразной годовой фотопериодичностью (короткий световой день в осенне-зимний период и белые ночи в весенне-летний период).

У самцов наблюдалась несколько отличная картина по срокам полового созревания, чем у самок. У крыс-самцов, содержащихся в LD/LD-режиме, среднее время созревания составляло 38 дней (первые особи с опустившимися в мошонку яичками зафиксированы на 34-е сутки, последние – на 40-е), что соответствовало физиологической норме (рис. 5). Половое созревание самцов, находящихся в условиях NL/ NL, запаздывало и наступало в среднем на 41-й день жизни (первые половозрелые особи зафиксированы на 36-е сутки, последние – на 46-е). В условиях постоянного освещения с периода беременности (LL/LL) и с момента рождения (LD/LL) половое созревание начиналось несколько позже, на 35–36-й день жизни, но заканчивалось к 39–40-м суткам, как и в группе контроля (LD/LD). Известно, что женский организм более чувствителен к действию света, чем мужской [3].

Рис. 4. Динамика полового созревания самок крыс. LD/LD – стандартное освещение; LL/LL – постоянное освещение; NL/NL – естественное освещение; LD/LL – постоянное освещение с рождения

Рис. 5. Динамика полового созревания самцов. Обозначения, как на рис. 4

В наших исследованиях крысята-самцы оказались менее чувствительными к изменениям светового режима, чем крысята-самки. Сроки полового созревания в режимах LL и LD/LL достоверно не отличались от физиологической нормы. Тем не менее в группе NL/NL сроки опускания семенников сдвигались в сторону удлинения, аналогично измерению у крысят-самок.

На рост и темпы индивидуального развития животных и человека оказывает воздействие множество биотических и абиотических факторов. Длительность светового дня и интенсивность освещения влияют на показатели биологического возраста и продолжительность жизни млекопитающих, в частности мышей, активная роль в этом процессе отведена пептиду эпифиза [2]. Известно, что искусственное увеличение продолжительности светового периода у самок крыс приводит к увеличению продолжительности эстрального цикла и его нарушению [7]. Вместо циклической продукции гонадотропинов, пролактина, эстрогенов и прогестерона, характеризующей нормальный репродуктивный период, в условиях постоянного освещения эти гормоны секретируются ациклически, что приводит к нарушению репродуктивной функции животных [6]. В период беременности и раннего постнатального онтогенеза организм млекопитающих наиболее чувствителен к различного рода воздействиям [8], [20].

Из изученных показателей наиболее сильно изменялись темпы полового созревания самок крыс, развивавшихся в естественных условиях и при постоянном освещении. Нами установлено неблагоприятное влияние постоянного и естественного режимов освещения на показатели физиологического созревания самок крыс, что согласуется с результатами ряда исследований о связи эпифиза с эндокринной регуляцией обменных процессов [6], [15], [16], [17], [19], [20].

Полученные данные не противоречат ранее опубликованным результатам, свидетельствующим о том, что уже в период внутриутробного развития световой сигнал передается от матери к плоду [15], [20]. В качестве возможного канди- дата, опосредующего передачу этого сигнала, можно рассматривать мелатонин [16], [18].

Световое загрязнение, отсутствие нормального чередования света и темноты приводило к нарушению репродуктивной активности млекопитающих, изменялась частота беременностей и число щенков в помете [15]. Нарушение фотопериодичности в период внутриутробного развития особи приводит к снижению ее жизнеспособности. Нарушение циркадианных ритмов явилось причиной изменения темпов физиологического развития потомства и темпов полового созревания больше у самок, чем у самцов крыс. Подобные изменения отмечаются и у других животных, в частности у самцов хомячков [18]. Наиболее выраженные негативные последствия на развитие потомства наблюдались при постоянном освещении щенков с момента их рождения при условии нормального чередования света в период внутриутробного развития.

Воздействие естественного освещения Карелии осеннего сезона, характеризующегося пониженным уровнем освещенности, на антеи постнатальный период онтогенеза приводило к нарушению темпов физиологического развития потомства крыс. Имело место отставание скорости появления первичного волосяного покрытия, отлипания ушных раковин и темпов полового созревания по сравнению с аналогичными показателями в режиме стандартного чередующегося освещения. Наши исследования согласуются с работами по изучению сезонных изменений здоровья новорожденных [10], в которых выявлены определенные закономерности в распространенности осложнений у детей, рожденных в разные сезоны года, в частности, показано, что в осенний период наблюдалась большая частота преждевременных родов, внутриутробной гипотрофии плода, чаще рождались дети с низкой массой тела [12].

Вероятно, именно нарушения циркадианных ритмов и световое загрязнение в районах Крайнего Севера можно рассматривать в качестве независимых факторов риска в нарушении темпов развития различных систем и органов млекопитающих.

INFLUENCE OF DIFFERENT ILLUMINATION MODES ON REPRODUCTIVE ACTIVITY

AND RATES OF PHYSIOLOGICAL DEVELOPMENT IN RATS’ OFFSPRING