Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

МОДИФИЦИРУЮЩЕЕ ВЛИЯНИЕ ПОСТОЯННОГО ОСВЕЩЕНИЯ НА ОРГАНИЗМ КРЫС В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СРОКОВ НАЧАЛА ВОЗДЕЙСТВИЯ

Лотош Т.А. 1 Виноградова И.А. 1 Букалев А.В. 2 Анисимов В.Н. 3
1 ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет»
2 Республиканская больница им. В.А. Баранова
3 НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова Росмедтехнологий
Целью экспериментальной работы явилось сравнительное изучение влияния постоянного освещения в зависимости от сроков начала воздействия (с одномесячного и с четырнадцатимесячного возраста) на такие показатели как заболеваемость, продолжительность жизни и спонтанный онкогенез у самцов крыс. Результаты проведенного исследования показывают, что снижение функциональной активности эпифиза под воздействием постоянного освещения с одномесячного возраста увеличивает заболеваемость и спонтанный онкогенез, ведет к быстрому развитию возрастной патологии, сокращению продолжительности жизни. Напротив, содержание крыс в режиме постоянного освещения с 14 месяцев увеличивает среднюю и максимальную продолжительность жизни, замедляет развитие возрастной патологии и уменьшает спонтанный онкогенез. Таким образом, изменение показателей заболеваемости, продолжительности жизни и динамики онкогенеза у крыс зависят от возраста, в котором начинается воздействие постоянного освещения.
крысы
старение
продолжительность жизни
постоянное освещение
онкогенез
1. Анисимов В.Н. Молекулярные и физиологические механизмы старения. – СПб.: Наука, 2008. – Т. 2. – 434 с.
2. Световое загрязнение увеличивает заболеваемость и смертность от разных причин у самцов крыс / А.В. Букалев, И.А. Виноградова, М.А. Забежинский др. // Успехи геронтологии. – 2012. – Т. 25. – № 1. – С. 49–56.
3. Влияние светового режима и мелатонина на гомеостаз, продолжительность жизни и развитие спонтанных опухолей у самцов крыс / И.А. Виноградова, А.В. Букалев, М.А. Забежинский и др. // Вопросы онкологии. – 2008. – Т. 54. – № 1. – С. 70–77.
4. Виноградова И.А., Шевченко А.И. Влияние различных световых режимов на показатели биологического возраста и возрастную патологию // Мед. академ. журнал. – 2005. – Т. 5. – № 2. – Прил. 6. – С. 16–18.
5. Зайцев В.М., Лифляндский В.Г., Маринкин В.И. Прикладная медицинская статистика. – СПб., 2006. – 432 с.
6. Мелатонин: перспективы применения в клинике / под ред. С.И. Рапопорта. – М., 2012. – 176 с.
7. Рапопорт С.И. Хрономедицина, циркадианные ритмы. Кому это нужно? // Клиническая медицина. – 2012. – № 8. – С. 73–75.
8. Влияние длительного непрерывного освещения самок крыс на показатели развития мозга их 40-дневного потомства / Б.Я. Рыжавский, И.В. Николаева, Р.В. Учакина и др. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2009. – Т 147. – № 1. – С. 8–11.
9. Этическая экспертиза биомедицинских исследований: практические рекомендации / под ред. Ю.Б. Белоусова. – М., 2005. – 156 с.
10. Anisimov V.N., Popovich I.G., Zabezhinski M.A., Anisimov S.V. Melatonin as antioxidant, geroprotector and anticarcinogen // Biochimica and Biophysica Acta. – 2006. – Vol. 1757. – P. 573–589.
11. Baturin D.A., Alimova I.N., Anisimov V.N. et al. Effect of light regime and melatonin on the development of spontaneous mammary tumors in HER-2/neu transgenic mice is related to a downregulation of HER-2/neu gene expression // Neuroendocrinol. Lett. – 2001. – Vol. 22. – P. 439–445.
12. Deerberg F., Bartsch C., Pohlmeyer G., Bartsch H. Effect of melatonin and physiological epiphysectomy on the development of spontaneous endometrial carcinoma in BDII/HAN rats // Cancer Biother. Radiopharmacol. – 1997. – Vol. 12. – P. 420.
13. Pierpaoli W., Bulian D. The pineal aging and death program. I. Grafting of old pineals in young mice accelerates their aging // J. Anti–Aging. Med. – 2001. – Vol. 4. – № 1. – P. 31–37.
14. Pierpaoli W., Bulian D. The pineal Aging and Death Program. Life Prolongation in Pre-aging Pinealectomized Mice // Annals of the New York Academy of Sciences. – 2005. – P. 133–144.
15. Turusov V.S., Mohr U. Pathology of tumours in laboratory animals. Vol. 1. Tumours of the rat // IARC Sci. Publ. – IARC, Lyon. – 1990. – № 99 – 740 p.
16. Vinogradova I.A., Anisimov V.N., Bukalev A.V. et al. Circadian disruption by light-at-night accelerates aging and promotes tumorigenesis in rats // Aging. – 2009. – Vol. 1. – № 10. – P. 855–865.

Для обеспечения циркадианной ритмики организма существует система, состоящая из сетчатки глаза, супрахиазматических ядер гипоталамуса, эпифиза и определяющая околосуточные и сезонные ритмы любого живого организма. Перестройка привычного заданного ритма жизни, ведущая к конфликтам с циркадианными ритмами (например, при сменной и ночной работе, ночном отдыхе и т.д.) чаще всего является причиной возникновения десинхроноза [1, 7].

Мелатонин является гормоном эпифиза и универсальным адаптагеном, который «подстраивает» функции организма к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. В связи с этим любое изменение продукции мелатонина, выходящее за рамки естественных физиологических колебаний, может привести к рассогласованию биологических ритмов [6].

Работы последних лет показали негативную роль воздействия постоянного освещения на молодых крыс, приводящего к снижению толерантности к глюкозе и чувствительности к инсулину; накоплению висцерального жира и развитию метаболического синдрома, к увеличению возрастной патологии и спонтанных новообразований [3, 4, 16]. Эпифизэктомия в раннем возрасте у крыс ведет к уменьшению продолжительности жизни и повышению частоты развития онкологических заболеваний [12]. Содержание животных с периода полового созревания при постоянном освещении стимулирует рост спонтанных и индуцированных опухолей, в то время как световая депривация тормозит онкогенез [10, 11]. Световое воздействие на самок в период, предшествующий беременности, приводит к отклонениям в физическом развитии, в развитии надпочечников, гонад и мозга у потомства [8]. В литературе имеются сведения о том, что пинеальная железа в определенные возрастные периоды способна тормозить или активировать внутреннюю «программу» старения организма. В этих работах отмечено значительное удлинение продолжительности жизни мышей и поддержание их гомеостаза на уровне 5-месячных животных при выполнении эпифизэктомии в 14-месячном возрасте. Авторы считают, что именно в этом возрасте пинеальная железа запускает «программу» старения [13, 14].

Целью нашего исследования явилось сравнительное изучение влияния постоянного освещения в зависимости от сроков начала воздействия (с одномесячного и с четырнадцатимесячного возраста) на развитие возрастной патологии, онкогенеза и продолжительность жизни у самцов крыс.

Материалы и методы исследования

В работе использован 221 самец крыс собственной разводки, первоначально полученных из НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова. Работа выполнена с соблюдением международных принципов Хельсинской декларации о гуманном отношении к животным (2000), принципов гуманности, изложенных в директиве Европейского Сообщества (86/609/ЕС), «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных», «Биоэтических правил проведения исследований на человеке и животных» [9]. Исследование проводили до естественной гибели животных. Для измерения освещенности помещений, в которых содержали животных, использовали люксметр «Ф-107» (Россия).

В одномесячном возрасте всех крыс рандомизировано разделили на 2 группы. Первая группа крыс (159 самцов) находилась в условиях стандартного фиксированного режима освещения (LD). Люминесцентные лампы (освещенность 750 лк на уровне клеток на 1 м2 площади) освещали помещение в течение 12 дневных часов, на ночь (12 часов) свет отключали. Окна в помещении отсутствовали. Свет включали в 7 часов утра и выключали в 19 часов вечера. Вторую группу крыс (62 самца) с одномесячного возраста содержали при круглосуточном постоянном освещении (LL-1) люминесцентными лампами (750 лк на 1 м2 площади на уровне клеток). В 14 месяцев крыс первой группы рандомизировано разделили на 2 подгруппы. Крысы первой подгруппы (69 самцов) оставались в условиях стандартного фиксированного режима освещения. Крыс второй подгруппы (90 самцов) перевели в условия постоянного освещения люминесцентными лампами (750 лк на 1 м2 площади на уровне клеток; LL-14).

Всех павших по ходу опыта животных подвергали вскрытию. Основные внутренние органы исследовали микроскопически. Новообразования классифицировали согласно рекомендациям Международного агентства по изучению рака (МАИР) и оценивали как «фатальные» (то есть послужившие непосредственной причиной гибели животных) или как «случайные» (в случаях, когда животное погибло от других причин) [15]. При анализе онкопатологии у крыс определяли количество крыс с опухолями, частоту новообразований различных локализаций, множественность опухолей на одну крысу, время обнаружения 1-й опухоли. Исследовали динамику гибели животных, среднюю продолжительность жизни всех и последних 10 % максимально проживших крыс, а также максимальную продолжительность жизни.

Полученные в экспериментах результаты подвергали статистической обработке [5]. Анализ данных проводили в среде статистической программы ЕXCEL общепринятыми методами вариационной статистики. Достоверность результатов оценивали по непараметрическому U-критерию Уилксона–Манна–Уитни, а также P-value, рекомендованного МАИР.

Результаты исследования и их обсуждение

Обнаруженные в ходе эксперимента данные указывают на неблагоприятное воздействие избыточного освещения в течение длительного времени на молодой организм, тогда как нахождение крыс в условиях постоянного освещения, начиная с 14-месячного возраста, способствует уменьшению возрастной патологии, спонтанного онкогенеза и существенному увеличению продолжительности жизни.

В режиме LL-1 количество крыс с хронической патологией респираторной и сердечно-сосудистой систем, выявленной постмортально, превышало количество особей с патологией в группах LD и LL-14. Среди другой патологии, часто наблюдаемой на вскрытии самцов в режиме LL-1, отмечались инфекционные заболевания, катаракта и злокачественные опухоли (табл. 1). Следует отметить, что максимальное значение количества заболеваний, приходящихся на 1 крысу, наблюдали в режиме LL-1 (2,7), что согласуется с другими экспериментальными работами [2]. В режиме LL-14 пневмонии, гепатопатии, катаракта и злокачественные опухоли, обнаруженные на вскрытии, регистрировались реже, чем у крыс контрольной и LL-1 групп, а количество заболеваний, приходящихся на 1 крысу, в условиях LL-14 было минимальным – 1,6.

Влияние постоянного освещения на самцов крыс как с одномесячного, так и с 14-месячного возраста приводило к более раннему появлению спонтанных опухолей, как злокачественных, так доброкачественных по сравнению с аналогичным параметром в условиях стандартного освещения (на 428 и 469 день соответственно). Тем не менее в условиях LL-1 время обнаружения первой опухоли зафиксировано на 41 день раньше, чем в режиме LL-14. Количество крыс с опухолями, в том числе со злокачественными, в группе LL-14 было наименьшим (28,9 и 10,0 % соответственно), а в условиях LL-1 – наибольшим (35,3 и 29,4 % соответственно) по сравнению с контрольной группой. Показатель множественности опухолей в группе LL-1 был минимальным вследствие преобладания крыс-самцов со злокачественными опухолями по сравнению с особями контрольной группы (табл. 2). Количество опухолей на одну крысу-самца в режиме LL-14 было незначительно меньше (1,31) по сравнению с аналогичным параметром в стандартном режиме освещения (1,4).

Таблица 1

Виды патологии, обнаруженные на вскрытии у самцов крыс, в зависимости от светового режима (%)

Виды патологии

LD

LL-1

LL-14

Хронические заболевания респираторной системы

82,4

100

72,2

Доброкачественные опухоли

24,6

8

27,8

Инфекционные заболевания

15,8

48

38,8

Злокачественные опухоли

15,8

20

10

Хронические заболевания сердечно-сосудистой системы

5,3

12

1,1

Гепатопатии

1,7

8

1,1

Катаракта

-

24

6,7

Прочие заболевания

28,1

50

2,2

Примечание. Стандартное освещение (LD), постоянное освещение с одномесячного возраста (LL-1), постоянное освещение с 14 месяцев (LL-14). Значения даны в % к числу животных в группе.

Таблица 2

Влияние постоянного освещения на частоту и локализацию опухолей у самцов крыс

Локализация и тип опухолей

Световой режим

LD

LL-1

LL-14

Легкие: светлоклеточный рак

1

анапластический рак

1

Анапластическая карцинома верхней челюсти

1

Надпочечники: аденома коры

3

3

феохромацитома

1

   

Семенники: лейдигома

7

3

16

кавернозная гемангиома

1

1

Кроветворная ткань: лейкоз

4

1

злокачественная лимфома

3

2

3

Кишечник: аденокарцинома

1

-

Печень: гепатоцеллюлярный рак

1

2

1

Уретра: фиброма

1

   

Мягкие ткани: фиброма

1

саркома

1

4

злокачественная фиброзная гистиоцитома

2

-

Ангиофиброма коленного сустава

1

Параганглиома

1

Фиброаденома молочной железы

1

Хондрома

1

Множественность опухолей

1,40

1,08

1,31

Время обнаружения 1-й опухоли, сут.

600

428

469

Всего опухолей:

21

13

34

доброкачественных

13

3

25

злокачественных

8

10

9

Число крыс с опухолями, %

34,9 %

35,3 %

28,9 %

Число крыс со злокачественными опухолями, %

18,6 %

29,4 %

10 %

Примечание. Обозначение режимов как в табл. 1.

В процентном отношении количество самцов-крыс с опухолями в режиме LL-14 в течение всего эксперимента всегда было меньшим, чем в двух других группах (табл. 2). В режиме LL-1 динамика возникновения опухолей, как видно из рис. 1, а, в течение первых 900 дней жизни значительно превышала показатели контрольной группы, и общее количество крыс с новообразованиями было наибольшим (35,3 %). Также количество самцов со злокачественными опухолями на протяжении всего исследования было наибольшим в режиме LL-1, и наименьшим – в режиме LL-14 (рис. 1, б). Наши наблюдения совпадают с исследованиями, в которых изучали воздействие света ночью на спонтанный канцерогенез [11, 12]. Известно, что постоянное освещение стимулирует развитие индуцированного химическими агентами канцерогенеза печени, молочной железы, аденокарциномы толстого кишечника и трансплацентарного канцерогенеза [1].

pic_18.tif

а б

Рис. 1. Влияние постоянного освещения на динамику возникновения опухолей (А) и динамику возникновения злокачественных опухолей (Б) у самцов крыс. Примечание. Обозначение режимов как в табл. 1. Значения даны в % от числа животных в группе

Как можно судить по данным, представленным в табл. 3, содержание самцов крыс в условиях постоянного освещения с одномесячного возраста сопровождалось уменьшением средней продолжительности жизни (СПЖ) на 3 % и максимальной продолжительности жизни (МПЖ) на 4 % по сравнению с группой крыс, содержавшихся при стандартном режиме освещения. СПЖ крыс с опухолями, в том числе СПЖ самцов со злокачественными новообразованиями, в режиме LL-1 уменьшалась по сравнению с другими экспериментальными группами (табл. 3). Данные результаты находят подтверждение в работах других исследователей [3, 16]. Напротив, содержание крыс при постоянном освещении с 14 месяцев сопровождалось увеличением средней продолжительности жизни на 6,7 % и максимальной продолжительности жизни на 9,2 % по сравнению с группой крыс, содержавшихся в режиме LD. Содержание крыс в режиме LL-14 сопровождалось достоверным увеличением СПЖ последних 10 % крыс на 9,4 %, а МПЖ – на 9,2 % по сравнению с самцами группы LD. СПЖ животных в режиме LL-14 с новообразованиями, а также со злокачественными опухолями увеличивалась по сравнению с особями в стандартном режиме освещения (табл. 3).

На рис. 2 можно видеть, что кривая выживаемости для крыс-самцов группы LL-1 существенно смещена влево по отношению к кривой выживаемости для крыс группы LD. Кривая выживаемости для самцов группы LL-14, начиная с 32 месяцев, смещена вправо по отношению к кривой выживаемости для крыс группы LD.

Результаты проведенного исследования показывают, что снижение функциональной активности эпифиза под влиянием постоянного освещения с одномесячного возраста индуцирует спонтанный онкогенез и уменьшает среднюю и максимальную продолжительность жизни. Напротив, воздействие постоянного освещения на лабораторных животных, начиная с 14-месячного возраста, оказывает модулирующее влияние на возрастную патологию: уменьшает количество доброкачественных и злокачественных новообразований, увеличивает среднюю и максимальную продолжительность жизни по сравнению с самцами в условиях стандартного режима освещения.

Таблица 3

Влияние постоянного освещения на продолжительность жизни самцов крыс

Показатель

Световой режим

LD

LL-1

LL-14

СПЖ, сут.

766 ± 25,4

744 ± 28,0 (– 3 %)

818 ± 18,1 (+ 6,7 %)

МПЖ, сут.

1045

1005 (– 4 %)

1141 (+ 9,2 %)

СПЖ последних 10 % крыс, сут.

994 ± 9,2

1002 ± 1,8 (+ 0,8 %)

1087 ± 8,3 (+ 9,4 %)**

СПЖ крыс с опухолями, сут.

849 ± 34,7

786 ± 65,3

897 ± 32,1

СПЖ крыс со злокачественными опухолями, сут.

821 ± 52,2

794 ± 72,8

879 ± 62,5

Примечание. Обозначение режимов как в таб. 1. CПЖ – средняя продолжительность жизни; МПЖ – максимальная продолжительность жизни. ** – р < 0,01 изменения достоверны по сравнению с показателем, полученным в LD режиме в том же месяце (критерий Уилкоксона–Манна–Уитни).

pic_19.wmf

Рис. 2. Влияние постоянного освещения на продолжительность жизни самцов крыс. Примечание. Обозначение режимов как в рис. 1

Таким образом, изменение показателей заболеваемости, продолжительности жизни и динамики онкогенеза у крыс зависят от возраста, в котором начинается воздействие постоянного освещения. Подавление функциональной активности эпифиза, вызванное действием постоянного света, на разных этапах постнатального онтогенеза может как индуцировать (в молодом возрасте) так и ингибировать (в старческом возрасте) процессы старения и онкогенеза у самцов-крыс.

Работа выполнена в рамках Программы стратегичеcкого развития 2012-2016 гг. «Университетский комплекс ПетрГУ в научно-образовательном пространстве Европейского Севера: стратегия инновационного развития» и при поддержке гранта РГНФ № 12-06-00340 «Циркануальные ритмы в процессе адаптации организма к условиям Европейского Севера: механизмы и пути профилактики».

Рецензенты:

Шевченко А.И., д.м.н., профессор кафедры фармакологии, организации и экономики фармации, микробиологии и гигиены, ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет», г. Петрозаводск;

Горанский А.И., д.м.н., профессор кафедры анатомии, физиологии и гигиены, ФГБОУ ВПО «Карельская государственная педагогическая академия», г. Петрозаводск.

Работа поступила в редакцию 11.04.2013.


Библиографическая ссылка

Лотош Т.А., Виноградова И.А., Букалев А.В., Анисимов В.Н. МОДИФИЦИРУЮЩЕЕ ВЛИЯНИЕ ПОСТОЯННОГО ОСВЕЩЕНИЯ НА ОРГАНИЗМ КРЫС В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СРОКОВ НАЧАЛА ВОЗДЕЙСТВИЯ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 5-2. – С. 308-313;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31610 (дата обращения: 14.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074