Диссертации и автореферата по вак 03. 00. 02, доктор физико-математических наук Гапеев, Андрей Брониславович
Скачать 0.71 Mb.
|
| ГЛАВА 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В соответствии с поставленной в работе целью исследования физико-химических механизмов биологического действия низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ на клеточном и организменном уровнях нами выполнены дозиметрические исследования по обеспечению электромагнитобиологических экспериментов in vitro и in vivo; проведен выбор оптимальной излучающей системы, свободной от недостатков, присущих стандартным рупорным и диэлектрическим антеннам; с использованием различных моделей активации нейтрофила исследовано действие низкоинтенсивного непрерывного и модулированного ЭМИ КВЧ на продукцию АФК нейтрофилами, облученными в ближней и дальней зонах специального желобкового излучателя; на основе полученных экспериментальных данных разработана и исследована модель мембраносвязанных систем кальциевой сигнализации в нейтрофилах при действии модулирующих сигналов различной формы и аддитивного шума; проведены исследования влияния низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ на различные звенья иммунной системы лабораторных животных; выяснены основные механизмы реализации эффектов низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ на уровне целого организма животных в норме и на фоне искусственно вызванного воспалительного процесса. Для исследования частотнозависимых эффектов ЭМИ КВЧ in vitro, мы отказались от стандартно применяемых для облучения биологических объектов рупорных и диэлектрических антенн. Это связано с установленным фактом, что в ближней зоне этих стандартных антенн неоднородность распределения УПМ в плоскости облучаемого объекта оказывается неприемлемо большой. В результате возникновения в плоскости объекта сложной интерференционной картины распределения ЭМП, как показано, например, в работе [Khizhnyak & Ziskin, 1994], сложно определить характер наблюдаемого эффекта (тепловой или нетепловой), т.к. зависящие от частоты излучения локальные пятна перегрева или температурные градиенты способны оказывать существенное влияние на исследуемый биологический объект, приводя к изменению его функционального состояния. Сравнительное тестирование трех типов антенн: специально разработанного нами желобкового излучателя, рупорной и диэлектрической антенн - показало, что в отличие от рупорной и диэлектрической антенн желобковый излучатель обеспечивает однородное распределение УПМ в плоскости облучаемого объекта без локальных пятен перегрева, что позволяет использовать этот излучатель для исследования биологического действия ЭМИ КВЧ в ближней и дальней зонах излучения [Гапеев и Чемерис, 1999ь]. С помощью известных методов дозиметрии ЭМИ КВЧ (термографический метод, картирование распределения УПМ в облучаемом объекте и метод измерения коэффициента стоячей волны в тракте при различных нагрузках) мы подобрали геометрические параметры взаимного расположения объекта и излучателя с целью обеспечения оптимального согласования излучения с облучаемым объектом. Знание распределения уровней УПМ в плоскости объекта необходимо для корректного проведения облучения и сравнения характеристик обнаруженных эффектов ЭМИ КВЧ при различных параметрах излучения [Чемерис и Гапеев, 2003]. Исходя из теоретических представлений, а также из результатов некоторых модельных расчетов [Iskander et al., 1980; Lachtakia et al., 1981], структура ЭМП в ближней и дальней зонах излучателей различны. Основные различия очевидны: в ближней зоне антенны фронт волны не сформирован; векторы Е и Н электромагнитного поля могут иметь как поперечные, так и продольные составляющие; кроме бегущей возникает стоячая волна; доля реактивной энергии ЭМП резко возрастает по мере приближения к антенне. Корректная дозиметрия ЭМИ КВЧ, выполненная в ближней и дальней зонах желобкового излучателя, позволила нам сравнить эффекты непрерывного ЭМИ КВЧ в ближней и дальней зонах на активацию респираторного взрыва нейтрофилов опсонизированным зимозаном при аналогичных параметрах излучения [Гапеев и др., 1996; Аловская и др., 1997; Gapeyev et al., 1997]. Квазирезонансная зависимость ингибирования продукции АФК нейтрофилами от частоты излучения, обнаруженная в ближней зоне, в дальней зоне отсутствовала. В ближней зоне излучателя обнаружено максимальное ингибирование продукции АФК клетками, составляющее 25% при частоте излучения 41.95 ГГц. В дальней зоне излучателя величина эффекта практически не зависела от частоты и в среднем составляла 12%. Величина эффекта имела S-образную зависимость от ППМ в ближней и дальней зонах излучения, причем половина величины эффекта в обеих зонах достигалась при ППМ около 1 мкВт/см2. Поскольку условия эксперимента при облучении интактных нейтрофилов в ближней и дальней зонах были аналогичны, мы полагаем, что различия в частотных характеристиках эффектов обусловлены принципиальными различиями в структуре ЭМП в ближней и дальней зонах антенны. Неоднородная структура ЭМП и стоячие волны ближней зоны могут оказывать на объект дополнительное возмущающее действие, выводящее систему из состояния равновесия. В таких условиях резонансный отклик высокочувствительных к определенным несущим частотам биохимических систем может проявляться более ярко. Анализ особенностей действия ЭМИ КВЧ на многокомпонентную реакцию активации нейтрофилов опсонизированным зимозаном, включающую в себя взаимодействие лиганда с рецептором, активацию внутриклеточных сигнальных систем и КАБРН-оксидазы, довольно сложен. Поэтому дальнейшие исследования действия излучения на нейтрофилы были проведены на упрощенной модели. Известно, что активация рецептора вызывает в первую очередь мобилизацию внутриклеточного кальция и затем быструю активацию ПКС, которая осуществляет фосфорилирование белков МАБРН-оксидазного комплекса [ТЬе1еп е1 а1., 1993]. Показано, что при одновременной активации ПКС и кальциевой мобилизации специфическими внутриклеточными мессенджерами, ДАГ и Ин-1,4,5-Фз, наблюдается усиленный физиологический ответ нейтрофила в выбросе лизосомальных ферментов и супероксида, в активации ^БРН-оксидазы [Ва(1\уеу & Кагжтку, 1986; МэЫгика, 1992]. Исследования действия ЭМИ КВЧ на активность нейтрофилов были выполнены на модели синергического действия кальциевого ионофора А23187 и форболового эфира ФМА в активации респираторного взрыва клеток. Коэффициент синергизма является отражением л . активности Са - и ПКС-зависимых процессов, ведущих к активации респираторного взрыва. Известно, что в нейтрофилах основным рецептором для ФМА является ПКС. ФМА, подобно ДАГ, вызывает транслокацию растворимой цитоплазматической ПКС в мембранную фракцию. При интенсивной деградации фосфолипидов требуются более низкие концентрации кальция для активации фермента [МэЫгика, 1992]. Мы показали, что достоверные различия коэффициентов синергизма облученных непрерывным ЭМИ КВЧ (41.95 ГГц) и необлученных клеток обнаруживаются при высоких концентрациях А23187, на Л I фоне которых в клетке создается повышенная [Са ]„ поддерживаемая в течение времени облучения [Гапеев и др., 1997; Сафронова и др., 1997; Аловская и др., 1998; Оареуеу а1., 1998а]. В этих условиях ионофор обеспечивает мобилизацию Са2+ из внутриклеточных депо на ранних временах и ионофорный перенос в течение всего времени действия. Полученные изменения коэффициента синергизма при действии ЭМИ КВЧ могут быть следствием Л I изменения скорости деградации фосфолипидов, [Са ], или сродства белков, включая ПКС, для Са2+. В любом случае, эффект излучения на продукцию АФК нейтрофилами, как показано, определяется увеличением [Са2+]| и активацией ПКС. Тезис о том, что непрерывное ЭМИ КВЧ более эффективно воздействует на биологическую систему, выведенную из состояния равновесия, рассматривался нами в работах [Гапеев и др., 1997, 1998; Аловская и др., 1998; Оареуеу е! а1., 1998а]. Мы исследовали действие непрерывного низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ (100 мкВт/см2, 20 мин) на хемилюминесцентные ответы интактных и активированных (предварительно обработанных кальциевым ионофором А23187) перитонеальных нейтрофилов мыши. При облучении интактных нейтрофилов и последующей их активации форболовым эфиром ФМА или кальциевым ионофором А23187 хемилюминесцентные ответы облученных клеток не отличались от ответов необлученных нейтрофилов. При действии ЭМИ КВЧ на синергическую реакцию кальциевого ионофора А23187 и форболового эфира ФМА в нейтрофилах мы обнаружили ингибирование респираторного взрыва. В узком диапазоне частот ЭМИ КВЧ (41.75-42.15 ГГц) наблюдалась высокая селективность систем связанных биохимических реакций, участвующих в активации респираторного взрыва, к несущей частоте излучения. Максимальное ингибирование синергической реакции на 25-30% под действием непрерывного излучения с частотой 41.95 ГГц наблюдалось при высоких концентрациях ионофора, начиная с 5 мкМ. Ингибирование синергической реакции при фиксированной несущей частоте излучения 41.95 ГГц имело S-образную зависимость от ППМ, причем половина величины эффекта достигалась при ППМ около 1 мкВт/см2. Идентификация сенсора крайне высоких частот в биологических системах представляется довольно сложной. Мы полагаем, что системы связанных биохимических реакций должны быть высокочувствительны к действию низкоинтенсивного модулированного ЭМИ КВЧ. Если учесть, что в клетке протекают квазипериодические процессы, характерные частоты которых лежат в крайне низкочастотной области (0-100 Гц) [Jackson, 1985], то, используя модулированное ЭМИ КВЧ, можно попытаться целенаправленно воздействовать на системы колебательных реакций, характеристические частоты которых близки к частоте модуляции. Исследование действия модулированного ЭМИ КВЧ на функциональные реакции клеток иммунной системы представляет практический интерес с точки зрения возможности управления их функционированием. Синергическая реакция кальциевого ионофора А23187 и форболового эфира в активации перитонеальных нейтрофилов мыши является удобной модельной системой, поскольку в нее включены основные системы реакций, участвующих в активации респираторного взрыва; более того, этот путь трансдукции внутриклеточных сигналов в нейтрофилах чувствителен к воздействию непрерывного ЭМИ КВЧ. При действии непрерывного ЭМИ КВЧ низкой интенсивности (ППМ 50 мкВт/см2) на нейтрофилы было обнаружено квазирезонансное ингибирование синергической реакции кальциевого ионофора А23187 и форболового эфира ФМА в активации респираторного взрыва клеток [Сафронова и др., 1997]. Система связанных биохимических реакций, участвующих в генерации АФК нейтрофилами, включает процессы активации ПКС, фосфорилирование белков, в том числе NADPH-оксидазы, конформационные изменения ферментов, изменения их свойств связывания и внутриклеточного распределения, а также ряд других процессов. Из анализа полученных нами данных следует, что мишенью действия модулированного ЭМИ КВЧ может быть система или системный комплекс, высокоселективный к несущей частоте излучения 41.95 ГГц и частоте модуляции 1 Гц [Гапеев и др., 1997; Gapeyev et al., 1998а]. Как показано, действие ЭМИ с этими частотами оказывается для системы критическим: при несущей частоте 41.95 ГГц и частоте модуляции 1 Гц эффект меняет направление, т.е. если действие непрерывного ЭМИ КВЧ с частотой 41.95 ГГц вызывало ингибирование синергической реакции приблизительно на 25%, то при действии модулированного ЭМИ КВЧ с указанными частотами наблюдается активация около 10%. Если зафиксировать другую несущую частоту 41.85 ГГц, то облучение нейтрофилов модулированным ЭМИ КВЧ с частотой 1 Гц вызывает ингибирование синергической реакции, а при частоте модуляции 16 Гц наблюдается активация синергической реакции. Таким образом, в зависимости от определенной комбинации несущей и модулирующей частот ЭМИ КВЧ можно ингибировать либо активировать синергическую реакцию А23187 и ФМА в нейтрофилах, что указывает на высокую селективность и чувствительность систем связанных биохимических реакций, участвующих в активации респираторного взрыва, к несущим и модулирующим частотам излучения. Совокупность полученных нами экспериментальных данных по действию модулированного ЭМИ КВЧ на перитонеальные нейтрофилы доказывают возможность дистантного управления функциями клеток иммунной системы (нейтрофилов) с помощью низкоинтенсивного модулированного излучения [Гапеев и др., 1997; Gapeyev et al., 1998a; Якушина и др., 2000]. Управление осуществляется на уровне систем биохимических реакций, включенных в процесс генерации АФК нейтрофилами при респираторном взрыве. Характер действия излучения на нейтрофилы сильно зависит от несущей и модулирующей частот, что говорит о возможности влияния определенной комбинации этих частот на определенные звенья трансдукции внутриклеточного сигнала при активации нейтрофилов. Доказательством служит различное направление и величина эффекта при определенных комбинациях несущих и модулирующих частот. В реальных условиях биологические системы оказываются под воздействием разнообразных ЭМП естественной и антропогенной природы. При сочетанном действии названных факторов изменения в функционировании биологических объектов могут быть непредсказуемы. Анализ устойчивости и воспроизводимости эффектов ЭМИ КВЧ на биосистемы различного уровня организации позволил нам выдвинуть гипотезу о возможной зависимости эффектов излучения от индукции постоянного магнитного поля, сравнимого по величине с геомагнитным полем Земли [Гапеев и Чемерис, 2000a]. Это предположение косвенно подтверждается сильной зависимостью эффектов переменного магнитного поля от величины постоянного магнитного поля [Lednev, 1991; Yost & Liburdy, 1992; Леднев, 1996]. В ряде работ показано, что ЭМИ КВЧ и переменное магнитное поле эффективно влияют на кальцийзависимые процессы [Walleczek, 1992; Yost & Liburdy, 1992; Гапеев и др., 1993, 1994; Karabakhtsian et al., 1994; Markov & Pilla, 1997; Сафронова и др., 1997; Lagy-Hulbert et al., 1998; Chiabrera et al., 2000]. Это может означать, что молекулярно-клеточные мишени для ЭМИ КВЧ и переменного магнитного поля могут быть сходными, и наводит на мысль о необходимости поиска общих моментов в механизмах действия электромагнитного и переменного магнитного полей, кардинально (~109) различающихся по частоте. При исследовании модифицирующего влияния ПМП на частотнозависимые эффекты низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ мы обнаружили, что двукратное увеличение магнитной индукции ПМП, в условиях которого проводили облучение нейтрофилов, вызывало смену направления эффекта (с ингибирования продукции АФК на активацию во всем исследуемом диапазоне частот) и смещение наиболее эффективной (резонансной) частоты на 50 МГц (с 41.95 ГГц на 42.0 ГГц) [Gapeyev et al., 1998b; Гапеев и др., 1999a'b; Якушина и др., 2000]. Полученные результаты показывают, что изменение индукции ПМП по сравнению с фоновой способно изменять метаболический статус нейтрофилов таким образом, что меняется направление эффекта ЭМИ КВЧ на противоположное и происходит сдвиг резонансной частоты. ЭМИ КВЧ оказывалось неэффективным при облучении нейтрофилов в условиях компенсированного ("нулевого") магнитного поля. Мы полагаем, что ПМП, модифицируя активность ряда ключевых Са -зависимых ферментов, может смещать равновесие внутриклеточных сигнальных систем в ту или иную сторону, что на уровне функциональной активности может отразиться в изменении продукции АФК нейтрофилами при респираторном взрыве. Таким образом, при исследовании биологических эффектов ЭМИ КВЧ на клеточном уровне мы впервые показали, что ответ клеток иммунной системы - нейтрофилов мыши - на л действие низкоинтенсивного 1-150 мкВт/см) ЭМИ КВЧ имеет резонансноподобный характер зависимости как от несущей, так и от модулирующей частот излучения. В зависимости от комбинации несущей и модулирующей частот можно изменять величину и направление эффекта ЭМИ КВЧ на функциональную активность клеток иммунной системы in vitro. Этот результат является принципиальным с точки зрения возможности управления активностью клеток путем воздействия модулированным ЭМИ КВЧ со специальным образом подобранными параметрами. Задачей дальнейших исследований в этом направлении должно стать выявление отдельных ферментов или ферментативных реакций, чувствительных к определенным несущим и модулирующим частотам ЭМИ. Нами впервые получены данные, указывающие на сильную зависимость эффектов ЭМИ КВЧ от индукции постоянного магнитного поля, сравнимого по величине с геомагнитным полем Земли. Исключительную важность этого феномена при исследовании механизмов биологического действия ЭМИ КВЧ и при проведении КВЧ-терапии в клинических условиях еще предстоит оценить по достоинству. |
Похожие:
 | Индивидуализация обучения химии как условие повышения качества знаний... Индивидуализация обучения химии как условие повышения качества знаний учащихсятема диссертации и автореферата по вак 13. 00. 02,... |  | Российской академии наук М. М. Горбунов-Посадов Оформление автореферата диссертации Рекомендации по содержанию и оформлению автореферата диссертации, готовящегося к печати в ипм им. М. В. Келдыша ран |
| Учебно-методический комплекс дисциплины опд. В 1 дополнительные главы... ... | | Значение коррекции неспецифических мышечно-скелетных нарушений в... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины Рецензенты: доктор экономических наук, профессор Лоскутов Владислав Иванович; кандидат физико-математических наук, зав кафедрой Математического... | | Советы по оформлению диссертации и авторефератА Ниже приведены подробные рекомендации по оформлению диссертации и автореферата, позаимствованные с web-ресурса Московского технического... |
| Введение в специальность Составитель: Чикова О. А., доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры технологии | | Покоев Александр Владимирович, профессор, доктор физико-математических наук рабочая программа Физика конденсированного состояния по физико-математическим наукам, утвержденной приказом Министерства образования и науки РФ №274... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... В. И. Игошин, доктор педагогических наук, кандидат физико-математических наук, профессор Саратовского государственного университета... | | Фгбу вниипо мчс россии Составитель: Чикова О. А., доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры технологии |
| Грузоподъемные, транспортирующие и погрузочно-разгрузочные Составитель: Чикова О. А., доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры технологии | | Эконометрика Кафедра математического моделирования Башкирского государственного университета, заведующий кафедрой доктор физико-математических... |
| Влияние электромагнитного излучения на здоровье человека макласова... Министерства здравоохранения Российской Федерациии их реализация на период 2012-2017 г г | | Программа учебной дисциплины математика для специальностей технического... Фгу «Федеральный институт развития образования» авторы: Башмаков М. И., академик рао, доктор физ-мат педагогических наук, профессор;... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Составитель: Чикова О. А., доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры технологии | | Рабочая программы дисциплины Лазерная спектроскопия Лекторы ... |
