Исследование поможет изучить адаптационные механизмы людей, вынужденных переезжать в высокие широты.
Сотрудники лаборатории экологической физиологии животных Института биологии КарНЦ РАН изучили влияние темноты на лабораторных крысах, у которых ритм синтеза гормона мелатонина совпадает с человеческим. У животных, находившихся долгое время в полной темноте, зафиксирована повышенная смертность потомства при рождении, задержка физического развития и полового созревания детенышей.
«Влияние темноты на организм связано с работой органа, который называется эпифиз или пинеальная железа. Он вырабатывает гормон мелатонин, который регулирует циркадные (суточные) ритмы у всех животных и человека, в частности. Поэтому результаты, получаемые в исследованиях на лабораторных крысах, можно в определенной мере экстраполировать на человека», – пояснил Евгений Хижкин, руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории экологической физиологии животных Института биологии КарНЦ РАН.
Мелатонин называют гормоном молодости. Он не вырабатывается при свете – солнца, лампы, монитора и т.п. В этих случаях организм «думает», что сейчас день, нужно бодрствовать и активно проводить время. Но с наступлением ночи и темноты концентрация мелатонина в крови увеличивается: отсутствие света служит для эпифиза сигналом того, что световой день заканчивается и можно начинать синтез важного гормона. Он, в свою очередь, запускает в организме жизненно важные биохимические механизмы. Именно поэтому эксперты часто предупреждают о том, что нужно ложиться спать вовремя и в полной темноте.
Об отрицательном влиянии на здоровье человека избыточного искусственного освещения, которое часто встречается в современном мире, широко известно. Это было экспериментально подтверждено в результате исследований карельских ученых под руководством доктора биологических наук, профессора Петрозаводского государственного университета Ирины Виноградовой в начале 2000-х годов.
Однако информации о воздействии недостаточного освещения или полной темноты в научной литературе крайне мало.
Для проведения эксперимента лабораторных крыс разделили на три группы. В первой и родителей, и потомство содержали в стандартных световых условиях – 12 часов света и часов темноты (LD – light-dark); во второй крысят вместе с самками после рождения переместили в полную темноту (LD/DD); в третьей в полной темноте содержали и самок во время беременности, и родившихся детенышей (DD/DD). Далее ежемесячно ученые измеряли различные физиологические показатели животных.
Неожиданными стали результаты протекания беременности и появления потомства у крыс в условиях постоянной световой депривации [лат. deprivatio — потеря, лишение].
«В подопытной группе имелась часть самок, у которых в помете было по 17–18 крысят, что примерно в два раза превышало количество крысят в помете у самок в обычных стандартных условиях. Самое удивительное: в условиях темноты самки выкармливали всех этих крысят, смертность в этих больших пометах была достаточно низкая. При этом самки, которые рожали по 18 крысят, после лактации были сильно истощены. Биохимический анализ крови показал, что уровень белка в плазме был достоверно ниже, чем у самок, принесших обычное количество крысят», – рассказал Евгений Хижкин.
В то же время наблюдалась и другая особенность: число крыс в условиях темноты, вообще не принесших приплода, было в 2,7 раза больше, а количество мертворожденных крысят более чем в два раза превышало аналогичный показатель у самок при стандартном освещении. Наконец, на момент отсадки потомства от самок, через 25 дней после рождения, в группе DD/DD количество выживших животных также было ниже.
«Это свидетельствует о более низкой выживаемости животных, рожденных самками, находившимися в период беременности при световой депривации», – констатировали эксперты.
У крысят, которые находились в темноте, происходила задержка развития: у них позже открывались глаза, «отлипали» уши, они чуть позже достигали полового созревания. Эксперты объяснили описанные явления нарушением суточного ритма синтеза мелатонина эпифизом у беременных и кормящих самок. Известно, что этот гормон играет существенную роль в регуляции целого ряда физиологических процессов, в том числе полового созревания, репродуктивных циклов, а также стрессорной реакции.
Еще один показатель, который исследовали ученые – это влияние темноты на возрастную динамику поведенческих и психоэмоциональных реакций. Крыс помещали в различные тестовые ситуации и наблюдали реакцию. Повышенный уровень тревожности больше наблюдался у крыс из группы LD/DD, чем у группы DD/DD, которые, по всей вероятности, успели адаптироваться к темноте.
«Это говорит о том, что резкое перемещение в темноту действительно может причинить вред психоэмоциональному состоянию», – отметил Евгений Хижкин.
Также ученые проводят биохимические исследования различных показателей, в том числе, уровня витаминов. Научная статья в Bulletin Of Experimental Biology And Medicine посвящена влиянию темноты на содержание альфа-токоферола – одной из форм витамина E, основного природного антиоксиданта. В раннем возрасте у крысят из группы DD/DD его уровень в почках, сердце, легких и скелетной мышце оказался значительно ниже, чем у контрольных животных.
«В большей степени на содержание витамина повлияло отсутствие освещения в период внутриутробного развития, поскольку в данном случае модулирующее влияние световой депривации на физиологические системы начиналось раньше», – отмечают авторы статьи.
«Витамин Е является жирорастворимым, его метаболизм тесно связан с обменом жиров. Нарушение ритмичности секреции мелатонина влияет на разные процессы в организме, в том числе и на липидный обмен. Мы предполагаем, что с этим связано снижение содержания альфа-токоферола у животных, которое наблюдалось на раннем этапе развития. Далее организм приспосабливался к экспериментальным световым условиям, и к возрасту 2–3 месяцев у крыс не наблюдалось различий в уровне альфа-токоферола», – пояснила Ирина Баишникова, автор статьи, старший научный сотрудник лаборатории экологической физиологии животных Института биологии КарНЦ РАН.
В планах карельских ученых – изучение механизмов старения организма, появления и развития заболеваний, связанных со старением, и, в частности, возникновения опухолей, а также поиск возможных способов коррекции патологических состояний, вызванных воздействием длительной световой депривации.
Статья вышла в этом году в международном журнале Bulletin Of Experimental Biology And Medicine.