Impacto da exposição precoce a diferentes sistemas de iluminação e fotoperíodo sobre o desenvolvimento do comportamento animal

Abstract

Relevância: O crescente avanço na diversidade tecnológica apresenta consequências que nem sempre constituem vantagens a nossa condição. A descoberta e as melhorias relacionadas à luz elétrica transformaram o estilo de vida humano e a disseminação global foi inevitável. As mudanças foram tão expressivas que, atualmente, estamos cercados por um ambiente de poluição luminosa generalizada. Diante das consequências do excesso de luz artificial, é necessário que busquemos outras opções para a luz elétrica disponível, pois apesar de a luz ser extremamente importante para a nossa fisiologia normal, especialmente para os ritmos biológicos, a exposição desnecessária e inadequada à luz artificial podem afetar a saúde humana de diversas formas. Objetivos: O objetivo deste estudo foi avaliar o impacto da exposição precoce a diferentes sistemas de iluminação e fotoperíodo no comportamento de roedores durante as fases iniciais do desenvolvimento. Métodos: Considerando os modelos clássicos para estudo dos ritmos com exposição a condições constantes e variações naturais e sazonais de iluminação, ratos Wistar machos foram divididos em quatro diferentes grupos. Luz constante (LL); escuro constante (DD); luz circadiana acesa durante o fotoperíodo do ciclo claro/escuro 16:8h (CL); e luz padrão acesa durante o fotoperíodo do ciclo claro/escuro 16:8h (SL). A partir do dia do desmame, dados durante atividade e repouso foram coletados continuamente. Parâmetros para avaliação do comportamento de atividade/repouso foram obtidos através de análises de séries temporais. Resultados: Os animais dos grupos LL e DD apresentaram padrão típico free-running no ritmo de atividade/repouso, reproduzindo perfeitamente achados clássicos no campo da cronobiologia. Um pico de atividade foi detectado no grupo SL logo após o início da fase clara, o que não ocorreu no grupo CL. Isto indica que a mudança gradual na temperatura de cor da iluminação utilizada foi percebida pelos animais e isso influenciou o comportamento de atividade animal. As acrofases dos animais CL ocorreram antes em comparação com as dos animais SL, indicando a habilidade de predição do início da fase de atividade (escuro) em função da variação da luz. Os animais dos grupos DD, CL e SL exibiram o espectro de poder para os harmônicos do ritmo de atividade/repouso com o primeiro harmônico, o circadiano, sendo o mais forte durante praticamente todos os dias de registro. Por outro lado, os animais do grupo LL apresentaram uma evolução do harmônico mais forte sendo o ultradiano até o ponto onde o primeiro harmônico circadiano começou a se tornar o principal, o que ocorreu na terceira semana de avaliação. Conclusões: Nossos resultados sugerem que a luz circadiana é uma opção em potencial para minimizar os efeitos da poluição luminosa. De acordo com a nossa hipótese, a tentativa de simular as variações naturais de luz através da alteração gradual na temperatura de cor permitiu ao organismo antecipar as variações cíclicas do ambiente. Isto foi demonstrado pelas mudanças no comportamento de atividade de roedores. Para que o sistema de iluminação aqui proposto possa se tornar padrão para utilização em biotérios e para que seja utilizado em estudos clínicos, com o intuito de minimizar os efeitos da exposição excessiva à iluminação artificial em humanos, é necessário aprofundar os conhecimentos acerca dos efeitos deste sistema sobre o metabolismo, humor e ritmos cerebrais.

Relevance: The unrestrained advances in technology have consequences that not always constitute advantages to our lives. The discovery and improvement of electric light transformed the life style of humankind and its worldwide dissemination was inevitable. The changes were so impressive that today, we are surrounded by an environment of general light pollution. As we are facing global consequences of artificial light in excess, it is necessary to search for other options of available electric light. Although light is extremely important for normal physiology, especially for biological rhythms, the unnecessary and inadequate exposure to artificial light can affect human health in many ways. Objectives: The objective of this study was to evaluate the impact of early exposure to different lighting systems and photoperiods on behavior during the initial phases of development in rodents. Methods: Considering classical models to study rhythms with exposure to constant conditions and the seasonal and natural variations of lighting, male Wistar rats were divided into four different groups as follows. Constant light (LL); constant dark (DD); circadian light on during photoperiod of light / dark cycle 16: 8h (CL); and standard light on during photoperiod of light / dark cycle 16: 8h (SL). Data during activity and at rest were collected continuously from the day of weaning. Parameters for behavioral evaluation of the rest/activity rhythm during development were obtained through the time series analysis. Results: The animals of the LL and DD groups presented a typical free-running rest/activity rhythm, perfectly reproducing the classic findings in the chronobiology field. A peak of activity was detected in the SL group shortly after the beginning of the light phase, but not in the CL group. This indicates that the gradual change in the color temperature of the applied illumination was perceived by the animals and it influences in the animal activity behavior. The acrophases of CL animals occurred earlier when compared to SL animals, indicating the ability of the animals to predict the onset of the (dark) activity phase due to the light variation. The animals from DD, CL and SL groups presented the power spectrum for harmonics for rhythm of rest/activity with the first harmonic, the circadian, the strongest during practically all recording days. On the other hand, the animals from LL group presented an evolution of the stronger ultradian harmonics up to the point when the first circadian harmonic started to become the main one, at the third week of evaluation. Conclusions: Our results suggest that the circadian light is a potential option to minimize the effects of light pollution. According to our hypotheses, the attempt to simulate the natural variations of light through the gradual alterations of color temperature, allowed the organism to anticipate cyclical variations of the environment. This was demonstrated by changes in the behavior activity of rodents. For a future use of the proposed lighting system as standard in animal facilities and in clinical studies, pursuing to minimize the effects of excessive exposure to artificial lighting in humans, it is imperative to understand deeply the effects of this system on metabolism, mood behavior and on the rhythms of the brain.