Введение
В современном мировом пространстве при стремительном развитии техники жизнь человека весьма насыщена и для нормальной жизнедеятельности в новых или неблагоприятных условиях необходимо длительное время для адаптации и/или реабилитации организма. В связи с этим разработка новых программ и способов восстановления после действия разных стресс-факторов на организм является актуальным научно-практическим направлениемфизической и реабилитационной медицины. Доказано, что большие объемы физических нагрузок, нарушения биологических ритмов, неблагоприятные экологические условия и их сочетанное, последовательное воздействие сопровождаются мощным психоэмоциональным стрессом, который выражается в нарушении компенсаторных механизмов саморегуляции физиологических функций [1—3]. На фоне таких воздействий в организме человека могут возникнуть психоневрологические, сердечно-сосудистые и другие нарушения. Например, у спортсменов высоких достижений при длительном психоэмоциональном стрессе были выявлены гормональные сдвиги, выраженный дефицит витаминов и микроэлементов, рост числа гипотиреозов и аутоиммунных заболеваний, отмечены также риск возникновения анемий, изменение иммунореактивности организма [4, 5].
Существующие программы постстрессорного восстановления включают как стандартные методы фармакотерапии [6], так и методы физиотерапии [7—9]. Однако при назначении определенных видов физиотерапевтических процедур не учитывается сезон года. Известно, что имеется сезонная зависимость адаптивных процессов организма к стресс-нагрузкам [10]. Таким образом, при разработке и реализации новых комплексов реабилитирующих мероприятий необходимо учитывать сезонный фактор, который может повлиять на результативность восстановительного процесса.
Цель исследования — в периоды летнего и зимнего солнцестояний изучить особенности постстрессорного восстановления психофизиологических функций лабораторных крыс после световых или темновых деприваций с последующей физической нагрузкой и процедурами в виде водных и пантовых ванн (далее — пантованн).
Материал и методы
Экспериментальное исследование выполнено в периоды солнцестояний (лето, зима) на 160 половозрелых крысах-самцах линии Wistar массой 220—250 г. Животных во время проведения эксперимента содержали в стандартных условиях со свободным доступом к воде и пище. Все манипуляции с животными выполняли в соответствии с международными правилами и нормами [11]. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБУН «ТНИИКиФ ФМБА» России (протокол №3 от 22.03.2012).
Животные были разделены на 8 групп по 10 особей в каждый период солнцестояний. В 1-й группе (интактная) животных не подвергали никаким экспериментальным воздействиям; во 2-й группе предъявляли только 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 10-дневного светового десинхроноза с последующей физической нагрузкой. В 4, 5, 7 и 8-й группах после всех вышеупомянутых 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).
В состав препарата «Пантованна» входят активная субстанция дегидратированной крови алтайского марала (пантогематоген сухой), набор неорганических солей (натрий хлористый, кальций хлористый двуводный, магний сернокислый семиводный), мочевина, аскорбиновая кислота, экстракт черноплодной рябины, глицерин, масло ростков пшеницы, инфезол (Сертификат соответствия №РОСС RU.АЕ96.Н03928).
Моделирование экспериментального десинхроноза осуществляли следующим образом: животных 3—8-й групп помещали на 10 сут в условия либо искусственно яркого освещения 150 Лк (3, 4 и 5-я группы), либо в условия полного затемнения 2—3 Лк (6, 7 и 8-я группы) [12]. В качестве модели физического переутомления использовали методику принудительного плавания с грузом (10% от массы животного) до полного утомления в собственной модификации [13]. Плавательный тест проводили ежедневно в течение 5 сут в одно и то же время во всех группах (кроме интактной) параллельно сразу после помещения животных из депривированных условий освещения в естественные (свет—темнота).
Для приготовления ванн с препаратом «Пантованна» сырье в расчете 0,2 г на 1 л воды заливали горячей водой (95—98 °C), после чего разбавляли холодной водой и доводили до объема 10 л с температурой раствора 35—37 °C. Затем полученный раствор заливали в кювету на высоту 15 см. Животных опытной группы по очереди помещали в кювету и накрывали решетчатой крышкой. По истечении 10 мин животных вынимали из кюветы и, не вытирая, оставляли на воздухе при комнатной температуре (22—24 °C). Крыс 4-й и 7-й групп аналогично выдерживали в ваннах с проточной водой с соблюдением температурного и временного режимов. Курс применения водных и пантовых ванн состоял из 10 процедур.
По завершении всех экспериментальных воздействий проводили оценку поведенческих реакций крыс в тесте «открытое поле» [14]. Наблюдения в тест-системе проводили в течение 3 мин для каждого животного. Для определения содержания гормона стресса (кортикостерона) методом иммуноферментного анализа у декапитированных животных проводили забор крови для получения сыворотки. Измерения выполняли с помощью программируемого фотометра для микрострипов STAR FAX 303 PLUS (США). Иммуноферментный анализ осуществляли с применением поликлональных антител кортикостерона согласно рекомендациям производителя. Оптическую плотность измеряли при длине волны 450 нм.
Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета программы StatSoft Statistica v8.0 (Dell, 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 критерий Вилкоксона, используемого для проверки различий между зависимыми выборками. Статистически значимыми принимали различия с p<0,05.
Результаты
В период летнего солнцестояния через сутки после ежедневной физической нагрузки в течение 5 сут подряд уровень кортикостерона в сыворотке крови крыс резко возрастал (в 4,4 раза) в сравнении с аналогичным показателем интактных животных, не подвергавшихся никаким воздействиям, что указывает на выраженную стрессогенность физической нагрузки [1, 15]. Об этом же свидетельствует и тест «открытое поле» (табл. 1). В указанных условиях активно-поисковая составляющая поведения крыс статистически значимо подавлялась в сравнении с аналогичным показателем у интактных животных, не получавших таковой нагрузки, что отражалось как на горизонтальной, так и на вертикальной активности.
Таблица 1. Уровень кортикостерона в сыворотке крови и поведенческая активность лабораторных крыс в тесте «открытое поле» в период летнего солнцестояния
| Группа животных | Кортикостерон, нг/мл | Активность в открытом поле | ||||
| горизонтальная активность | вертикальная активность | груминг | норковая активность | дефекация | ||
| Интактная | 51,1 [40; 60,1] | 48 [34; 53] | 12 [9; 16] | 2 [0; 2] | 2 [2; 5] | 3 [1; 3] |
| ЕО+ФН | 226,1 [160,7; 365] p0=0,0005 | 31 [20; 42] p0=0,05 | 6 [5; 10] p0=0,02 | 2 [0; 2] | 5 [2; 6] | 2 [0; 3] |
| СС+ФН | 11,8 [8,1; 14,3] р0=0,0002 p1=0,0002 | 32 [18; 39] | 10 [4; 14] p1=0,04 | 3 [2; 3] | 1 [0; 2] p1=0,009 | 2 [0; 3] |
| СС+ФН+ВВ | 10,6 [8,3; 16,5] р0=0,0002 p1=0,0002 | 37 [18; 46] | 11 [9; 16] p1=0,03 | 3 [1; 3] | 1 [0; 2] p1=0,009 | 2 [0; 3] |
| СС+ФН+ПВ | 16,8 [3,5; 22,3] р0=0,0002 p1=0,001 | 30 [27; 14] | 13 [9; 17] | 2 [2; 3] | 3 [0; 4] | 1 [1; 1] |
| ТТ+ФН | 18,3 [14,4; 39,9] p0=0,02 p1=0,0002 | 57 [36; 61] p1=0,02 | 16 [5; 18] | 2 [0; 2] | 3 [1; 4] | 1 [1; 2] |
| ТТ+ФН+ВВ | 20,1 [18,2; 40,6] p0=0,02 p1=0,0002 | 54 [34; 57] p1=0,02 | 14 [4; 17] | 2 [0; 3] | 3 [0; 5] | 2 [1; 2] |
| ТТ+ФН+ПВ | 49,2 [36,8; 65] p1=0,001 p2, 3=0,03 | 37 [31; 39] p2=0,05 p3=0,05 | 17 [13; 21] p0=0,04 p1=0,0003 | 4 [2; 5] p1=0,03 | 3 [1; 4] | 2 [1; 3] |
Примечание. Здесь и в табл. 2: ЕО — естественное освещение; ФН — физическая нагрузка, СС — режим темновой депривации (животные на круглосуточном освещении); ТТ — режим световой депривации (животные круглосуточно в темноте); ВВ — водные ванны; ПВ — пантовые ванны. 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 со световыми десинхронозами (СС- или ТТ-режимы) и физическими нагрузками; p3 — по отношению к группам со световыми десинхронозами (СС- или ТТ-режимы) и физическими нагрузками и водными ваннами.
Световая или темновая депривации в комбинации с физической нагрузкой сопровождались резким понижением уровня кортикостерона в сыворотке животных в сравнении с аналогичным показателем у интактных крыс в 2,8 и 4,2 раза соответственно, и тем более контрольных — в 13 и 18 раз соответственно (см. табл. 1). При этом все поведенческие компоненты в этих условиях имели тенденцию к восстановлению.
Водные процедуры в обоих случаях деприваций существенных изменений в уровень кортикостерона не внесли, так же как и пантованны после СС-режима (искусственное круглосуточное освещение). Однако в условиях ТТ-режима (искусственная круглосуточная темнота) в сочетании с последующей физической нагрузкой пантованны оказывали реабилитирующее действие: уровень кортикостерона восстанавливался до аналогичного показателя у интактных животных и достоверно отличался от групп, подвергавшихся световой депривации, физической нагрузке и водным процедурам. Пантованны оказывали такое же благоприятное воздействие на поведение животных, способствуя восстановлению горизонтальной активности до таковой у интактных крыс, повышению груминговой и вертикальной активности в сравнении с аналогичными показателями контрольной группы (см. табл. 1). Таким образом, в летний период после ТТ-режима и физических нагрузок применение пантованн показало наилучшие возможности в отношении последствий стресса, обусловливая восстановление уровня кортикостерона в сыворотке крови животных и их поведенческой активности в «открытом поле» до значений аналогичных показателей в интактной группе.
В период зимнего солнцестояния на фоне исходно низкого уровня содержания кортикостерона (29,4 нг/мл) физическая нагрузка вызывала повышение его уровня в 3,5 раза (табл. 2).
Таблица 2. Уровень кортикостерона в сыворотке крови и поведенческая активность лабораторных крыс в тесте «открытое поле» в период зимнего солнцестояния
| Группа животных | Кортикостерон, нг/мл | Активность в открытом поле | ||||
| горизонтальная активность | вертикальная активность | груминг | норковая активность | дефекация | ||
| Интактная | 29,4 [23,9; 40,2] | 47 [43; 58] | 13 [9; 16] | 1 [1; 2] | 7 [6; 10] | 2 [0; 2] |
| ЕО+ФН | 104,1 [62; 127,7] p0=0,0005 | 35 [32; 40] p0=0,005 | 6 [5; 9] p0=0,004 | 2 [1; 3] | 4 [3; 5] | 3 [2; 5] p0=0,04 |
| СС+ФН | 37,5 [29,7; 41,8] p1=0,0004 | 38 [31; 43] p0=0,02 | 8 [5; 10] p0=0,001 p1=0,0002 | 2 [2; 3] | 5 [1; 7] | 2 [0; 2] |
| СС+ФН+ВВ | 30 [25,7; 36,3] p1=0,0005 | 39 [27; 42] p0=0,02 | 7 [4; 8] p0=0,001 p1=0,0002 | 2 [1; 3] | 4 [0; 6] | 2 [1; 2] |
| СС+ФН+ПВ | 16,8 [3,5; 22,3] p0=0,05 p1=0,0004 p2, 3=0,0002 | 34 [29; 46] p0=0,02 | 7 [4; 9] p0=0,007 | 3 [0; 3] | 5 [1; 7] | 3 [2; 4] p0=0,04 |
| ТТ+ФН | 34,8 [25,1; 57,4] p1=0,02 | 37 [31; 54] | 9 [7; 12] p0=0,03 | 2 [1; 3] | 3 [0; 4] p0=0,0007 p1=0,005 | 2 [1; 3] |
| ТТ+ФН+ВВ | 35,5 [26,8; 62,7] p1=0,02 | 38 [32; 57] | 9 [6; 11] p0=0,03 | 2 [0; 4] | 2 [0; 2] p0=0,0008 p1=0,0002 | 2 [2; 3] |
| ТТ+ФН+ПВ | 45,5 [40,7; 47,4] p0=0,003 p1=0,006 | 47 [44; 61] p1=0,003 | 8 [6; 14] | 2 [1; 2] | 1 [0; 2] p0=0,0008 p1=0,006 | 3 [2; 4] |
Световые десинхронозы с последующей физической нагрузкой способствовали восстановлению уровня кортикостерона до значений у интактных животных. Водные процедуры воздействовали аналогично в указанных условиях [16]. Подключение пантованн в условиях СС-десинхроноза приводило к резкому понижению уровня гормона в сравнении с аналогичным показателем как у контрольных, так и интактных животных, что указывает на выраженное стрессирующее действие пантованн, способствующее истощению кортикостероидов. В условиях ТТ-десинхроноза пантованны, наоборот, увеличивали содержание гормона в 1,5 раза по отношению к показателю у интактных крыс, но уменьшали в 2,3 раза по отношению к показателю у животных контрольной группы (см. табл. 2). Следовательно, при ТТ-десинхронозе пантованны смягчали стрессорное воздействие физической нагрузки.
Что касается поведения крыс при проведении теста «открытое поле» в обсуждаемых условиях, то оно изменялось следующим образом. Физическая нагрузка ослабляла активно-поисковую составляющую (горизонтальная, вертикальная и норковая активность) за счет активации отрицательной эмоции страха (дефекации). СС-режим ослаблял воздействие физической нагрузки на эмоциональный компонент и активно-поисковую форму, сохраняя то же воздействие только на вертикальный компонент. Водные процедуры не изменили характер воздействия СС-режима на стрессорную нагрузку в виде плавательного теста, а пантованны, наоборот, усилили стрессорное воздействие физической нагрузки. Структура поведения животных при проведении теста «открытое поле» в этих условиях мало отличалась от таковой при естественном режиме, т.е. в контрольной группе. После световой депривации, т.е. после 10-дневного ТТ-режима и физической нагрузки у животных происходило ослабление активно-поисковой компоненты поведения за счет уменьшения вертикальных перемещений и норковой активности, без воздействия на тормозные формы. Водные ванны в этих условиях не изменяли поведенческие реакции крыс, впрочем, так же, как и пантованны; при этом пантованны в сравнении с контрольной и интактной группами, не влияя на вертикальную активность и восстанавливая горизонтальную, значительно подавляли норковую (табл. 2). Следовательно, если при СС-режиме после пантованн усиливалось стресс-воздействие физической нагрузки на поведенческие реакции, то при ТТ-режиме, наоборот, ослаблялось. Полученные результаты согласуются с данными, которые были получены при изучении уровня кортикостерона.
Обсуждение
Результаты проведенного исследования показали, что постстрессорное восстановление и его эффективность после последовательного воздействия стресс-факторов в виде световых десинхронозов и физического переутомления зависят от исходного уровня кортикостерона и периода солнцестояния. Так, летом, при естественных условиях освещения наблюдали умеренный подъем гормона в сыворотке крови под влиянием физической нагрузки. В указанных условиях подавлялась исключительно активно-поисковая составляющая поведения в сравнении с аналогичными показателями у интактных животных. Зимой, при самом невысоком подъеме кортикостерона в ответ на стресс, ослаблялась активно-поисковая составляющая (горизонтальная, вертикальная активности), возможно, за счет активации отрицательной эмоции страха (дефекации). Таким образом, по мере увеличения реакции кортикостерона на стресс (от зимы к лету) у контрольных крыс наблюдали сначала ослабление активно-поисковой формы поведения, а затем активацию тормозных форм, что следует, очевидно, рассматривать как отражение нарастания фазы тревоги общего адаптационного синдрома и один из системных (поведенческих) механизмов ее ограничения.
Предъявление последовательного воздействия стресс-факторов — световых десинхронозов и физической нагрузки в период зимнего солнцестояния — способствовало восстановлению уровня кортикостерона в сыворотке крови лабораторных крыс. При этом в поведении проявлялось эмоциональное напряжение и дополнительно восстанавливалась подавленная физической нагрузкой активно-поисковая составляющая. В период летнего солнцестояния десинхронозы в комбинации с физической нагрузкой сопровождались резким уменьшением содержания кортикостерона в сыворотке крови животных в сравнении с аналогичным показателем как у интактных, так и контрольных животных, что может свидетельствовать об истощающем сочетанном воздействии на надпочечники двух стресс-воздействий — депривации и физической нагрузки [2, 17, 18]. Однако результаты теста «открытое поле» в этих условиях указывают на мобилизующее действие двух нагрузок на поведение, поскольку все его компоненты восстанавливались до значений аналогичных показателей в интактной группе. Следовательно, через сутки после последнего предъявления стресс-агента структура поведения животных уже успела восстановиться за счет выраженной активации стрессреализующей системы (т.е. гормона кортикостерона).
Таким образом, если в периоды зимнего солнцестояния темновая или световая депривация в течение 10 сут повышала устойчивость животных к стрессу последующей физической нагрузки, т.е. проявляла тренировочный эффект или эффект перекрестной адаптации [15], то в период летнего солнцестояния световые десинхронозы в комбинации с последующей физической нагрузкой приводили к истощению уровня кортикостерона в сыворотке крови, несмотря на то, что структура поведения животных существенным изменениям не подвергалась.
Восстановительные постстрессорные процедуры в виде водных и пантовых ванн в течение 10 сут в условиях последовательного воздействия световых десинхронозов и физического переутомления в разные периоды солнцестояний неоднозначно влияли на уровень кортикостерона и поведенческую активность животных при проведении теста «открытое поле». В период летнего солнцестояния после СС-режима с последующей физической нагрузкой водные и пантовые процедуры не внесли особых изменений в поведение животных и не влияли на уровень гормона стресса. Однако после ТТ-режима, при том что водные ванны не оказывали особого влияния на изучаемые показатели, а курсовое применение пантованн, наоборот, способствовало восстановлению уровня кортикостерона до величин этого показателя у интактных животных, благоприятно влияло на их поведение [18].
В период зимнего солнцестояния в условиях СС- и ТТ-режима с последующей физической нагрузкой водные процедуры не оказывали воздействия на структуру поведения животных и не влияли на уровень кортикостерона в сыворотке крови. Подключение 10-дневного применения пантованн после СС-режима с последующим плаванием в течение 5 дней подряд выявило их стрессирующее влияние на изучаемые показатели. При этом в условиях ТТ-режима пантованны, наоборот, ослабляли стресс-воздействие физической нагрузки на поведенческие реакции и уровень гормона стресса.
Следовательно, пантованны оказались эффективны в качестве восстановительной физиотерапевтической процедуры как в период летнего, так и зимнего солнцестояния, однако только после световой депривации.
Заключение
Существующие постстрессорные реабилитационные процедуры и фармако-, и физиотерапевтического профиля редко учитывают возможное воздействие на их результативность фактора сезонности. В настоящей работе удалось продемонстрировать тот факт, что в периоды летнего и зимнего солнцестояний существуют определенные особенности восстановления психофизиологических функций лабораторных крыс после последовательных стрессирующих нагрузок — световой или темновой деприваций в течение 10 сут с последующей физической нагрузкой на протяжении 5 последовательных суток в виде плавательного теста до полного утомления.
Установлено, что постстрессорная реабилитация в течение 10 последовательных суток с помощью пантованн определяется периодом солнцестояния и характером десинхроноза. Если после световой депривации и физической нагрузки как в период летнего, так и зимнего солнцестояний с использованием пантованн были продемонстрированы наилучшие возможности в отношении постстрессорного восстановления животных (уровень кортикостерона и поведение животных стали соответствовать норме), то после темновой депривации и физической нагрузки пантованны в период летнего солнцестояния были индифферентны в отношении последствий стресса, а в период зимнего солнцестояния эта процедура усиливала стрессирующее воздействие нагрузок на организм животных, что проявлялось в виде резкого понижения уровня гормона кортикостерона в сравнении с аналогичным показателем и в контрольной, и в интактной группе.
Таким образом, проведенный эксперимент указывает на необходимость принимать во внимание сезон года и направление трансмеридианного перелета на бальнеологические курорты. На примере солнцестояний в экспериментальных условиях на крысах было показано, что бальнеопроцедуры наилучшим образом способствуют восстановлению функций организма при расширении в результате такого перемещения светлой фазы суток, но не темной. Возможно, эта особенность также характерна и для человека, поскольку ранее была установлена более быстрая адаптация организма человека к новым свето-темновым условиям при расширении светлой фазы, но не темной [19, 20].
Участие авторов: анализ данных литературы в системах Scopus и РИНЦ по представленной тематике, анализ и интерпретация полученных результатов, переработка статьи на предмет важного интеллектуального содержания — Т.А. Замощина; проведение экспериментальной и аналитической части исследования, анализ и интерпретация данных, подготовка первого варианта статьи — А.А. Гостюхина; участие в наборе первичного материала, проведение экспериментальной части исследования, оформление статьи по правилам журнала — А.В. Прокопова; разработка концепции и дизайна экспериментальной части, участие в редактировании статьи — К.В. Зайцев; статистическая обработка полученных результатов — В.В. Ярцев; участие в наборе первичного материала, проведение экспериментальной части исследования, оформление статьи по правилам журнала — О.С. Дорошенко; анализ данных литературы в системах Scopus и РИНЦ по представленной тематике, редактирование статьи — О.Б. Жукова.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.