Диссертация (Функциональное состояние клеток при действии ультразвуковых волн (биохимические и физиологические аспекты)), страница 3

Проявление механизма биологического действия зависит отинтенсивности УЗ и времени воздействия [9, 111, 156, 200]. При воздействии акустических волнна живую клетку происходит изменение её функционального состояния, что проявляетсяизменением поверхностного заряда вследствие последовательного сжатия и разреженияцитоплазматических мембран (ЦПМ). Это как уменьшает, так и увеличивает количествоактивных каналов за счёт латеральной диффузии молекул липидного бислоя и можетзначительно изменить физиологическое состояние клетки [9, 154].

Указанные механизмыопределяют интерес по выяснению процессов, проходящих на уровне клеток, после УЗвоздействия in vitro и in vivo. Однако в литературных источниках данные о взаимодействии7непрерывного и модулированного УЗ с подвижной тканью организма животного — кровью —или отсутствуют вовсе или представлены недостаточно. Также не указаны спектры опасныхи безопасных частот модуляции при работе с УЗ терапевтических интенсивностей.Таким образом, недостаточная научная разработанность означенной проблемы и тосущественное значение, которое она приобретает для ветеринарной медицины, определяютактуальность темы, цель и задачи диссертационного исследования.Цели и задачиЦелью исследования стало изучить физиологические и биохимические эффектывоздействияультразвуканаклеткии организмживотныхдляхарактеристикиразнонаправленных изменений указанных систем.Для реализации указанной цели были поставлены задачи:1) изучить влияние непрерывного и модулированного УЗ на клетки бактерий;2) изучить влияние непрерывного и модулированного УЗ на клетки археи;3) исследовать влияние in vitro непрерывного и модулированного УЗ на клетки кровиздоровых животных в зависимости от вида клеток и вида животных;4) провести исследования по изучению особенностей влияния in vitro непрерывногои модулированного УЗ на клетки крови больных и инвазированных животных;5) изучитьдействиемодулированногоУЗнапродукциюинтерферона(ИФН)лейкоцитами;6) изучить влияние непрерывного и модулированного УЗ на активность ферментов кровиразных видов животных;7) провести испытания влияния in vivo модулированного УЗ на целый организм.Научная новизна работыСостоит в следующем:1.

Впервые в качестве воздействующего фактора на клетки крови различных животныхприменён амплитудно-модулированный УЗ и изучено его влияние. Впервые из акустическогоспектра действия экспериментально найдены частоты модуляции ультразвуковых волн дляактивного облучения (инсонации) конкретных биологических систем, позволяющие приравноэнергетическом воздействии получать биологические эффекты разного знака и амплитуддля разных частот модуляции.2. Установлено, что воздействие модулированных УЗ волн терапевтического диапазонаинтенсивностей с частотой модуляции от 0.10 до 1000 Гц и временем экспозиции от 10 с до 5 минможет оказывать стимулирующее, тормозящее или разрушающее воздействие на клетки.ОпределеныУЗдиапазоны,оказывающиеэтиэффекты.Впервыевыявленаособая8чувствительность эритроцитов и нейтрофилов, содержащих внутриклеточных паразитов(бабезии), к воздействию модулированного УЗ.3.

Впервые показано однонаправленное стимулирующее действие непрерывногои амплитудно-модулированного УЗ на клетки люминесцирующих бактерий, архей, лейкоциты,сперматогенные клетки и выявлены оптимальные режимы воздействия: интенсивность, времяи диапазоны активных частот модуляции.3.1. Стойкий стимулирующий эффект эмиссионной активности фотобактерий вызываеттрёхминутное облучение непрерывным УЗ интенсивностью 0.2–0.4 Вт/см2, амплитудномодулированным — из диапазона активных частот 85–100 Гц при интенсивности 0.2 Вт/см2,а также 10–12 Гц при интенсивности 0.4 Вт/см2.3.2.

Стимулирующее воздействие на клетки архей оказывает УЗ интенсивностью 0.4 Вт/см2частотой 0.25–0.7 Гц.3.3. Стимулирующее действие на лейкомассу оказывает УЗ интенсивностью 0.05 Вт/см2,частотоймодуляции800 Гцв течение30 с —1 мин,насперматогенныеклетки —интенсивностью 1.0 Вт/см2, частотой модуляции 250 Гц в течение 5 мин.4. Впервые на клетках крови, культурах микробных клеток: бактерий Aliivibrio fischeri,архей Halobacterium halobium 1001 (H. salinarum; Natrinema pallidum) — показано тормозящее,супрессорное и разрушающее действие амплитудно-модулированного УЗ как самостоятельногофактора.5. Впервые показаны физиологические изменения in vitro грануло — и агранулоцитовв поле бегущей непрерывной и амплитудно-модулированной УЗ волны, а также особенности еёвлияния на ЦПМ, цитоплазму (ЦП) и ядра клеток крови различных видов животных. Выявленавидоваячувствительностьк амплитудно-модулированномуУЗ.Выполненырасчётно-экспериментальные исследования динамики изменения лейкограмм разных видов животныхпосле воздействия непрерывного и модулированного УЗ.6.

Впервые выявлены особенности действия модулированного УЗ на форменные элементыкрови животных с моно– и смешанными инвазиями.7. Впервые выявлены особенности поведения клеток крови в электростатическом поле(СЭП, статическое электрическое поле) и установлена аналогия с процессами, происходящимив акустическом поле.8. Благодаряувеличению проницаемости мембранклетокмодулированныйУЗинтенсифицировал процессы метаболизма, выход эндогенных (ИФН) веществ через клеточнуюстенку.

Биохимическими методами подтверждена полноценность, отсутствие токсичностиполученного ИФН.99.Впервыепоказанавозможностьодномоментноговоздействияамплитудно-модулированного УЗ из экспериментально выявленного диапазона активных частот на рядферментов крови (аланинаминотрансферазу [АлАТ], аспартатаминотрансферазу [АсАТ],креатинкиназу [КК], лактатдегидрогеназу [ЛДГ] и щелочную фосфатазу [ЩФ]) животногоопределённого вида, направленно уменьшающее активность одних, увеличивающее активностьдругих, не затрагивая при этом активность остальных.10. Впервые показана возможность термального воздействия на клетки крови in vitroамплитудно-модулированного УЗ терапевтического диапазона интенсивностей с частотойгенерации 0.88 МГц, начиная с минимальной интенсивности 0.05 Вт/см2, и найден минимальныйпорог биологического действия.11.

Установлены математические модели с расчётными коэффициентами, адекватноописывающиеизменениеоптическойплотностиклеточныхсуспензийкультур,жизнеспособности лейкоцитов и эмиссионной активности в зависимости от интенсивностинепрерывного УЗ и от частоты модуляции при действии модулированного УЗ.Теоретическая и практическая значимость работыРезультаты экспериментальных биохимических, физиологических и биофизическихисследований, проведённых автором, позволили расширить представления о механизме УЗвоздействия.Созданыи верифицированыметодыУЗобработкиклетокс цельюактивации/супрессии их физиологических процессов.Экспериментальные данные по характеристике и особенностям влияния на клеткуамплитудно-модулированного УЗ терапевтических интенсивностей в широком диапазоне частотмодуляции могут быть использованы при составлении рекомендаций по подбору частотныххарактеристик диагностических и терапевтических приборов, а также позволят обосноватьи сформулировать основные подходы к защите человека, работающего с модулированнымиполями.Экспериментальные и расчётные данные по динамике клеточного отклика на акустическоевоздействие могут быть использованы для обоснования возможности направленногои избирательного влияния на клетки-мишени.Для новых биологических объектов определены активные частоты, вызывающиенаправленные биологические эффекты модулированного УЗ.

Выявлены спектры активныхчастот и диапазоны интенсивностей, стимулирующих получение практически важныхметаболитов (ИФН, бактериородопсин).Разработаны: способ диагностики наличия заболевания у животных по изменениюлейкограммы после ультразвукового воздействия; способ окраски тромбоцитов после10воздействия непрерывным и модулированным УЗ (рисунки 115–119 в Приложении Б1 настраницах 321–322) [149–151].Установлено, что ведущей (основной) причиной цитоморфологических изменений поддействием непрерывного УЗ является дозовая зависимость, а в случае модуляционноговоздействия — диапазон активных частот и интенсивность УЗ.Практическая значимость исследований состоит в определении диапазонов воздействияУЗ — от стимулирующего до разрушающего; в возможности применения результатов приразработке новых, более эффективных и направленных воздействий ультразвука при леченииразличных патологий животных и создании новых методов в физиотерапии.

Также исследованияявляются основой для разработки УЗ аппаратов нового поколения с программируемымирежимами физиотерапии и заданием эффективных частот модуляции при избирательномлечении ряда патологий. Научные положения, выводы и рекомендации диссертационной работыиспользуются при чтении лекций, проведении лабораторно-практических занятий и привыполнении научно-исследовательских работ на кафедрах Радиобиологии и вирусологии имениакадемиков А.

Д. Белова и В. Н. Сюрина, Физиологии, фармакологии и токсикологии имениА.Н. Голикова и И. Е. Мозгова, а также Информационных технологий, математики и физикиФГБОУ ВО МГАВМиБ — МВА имени К. И. Скрябина.Методология и методы исследованияМетодология проведённых исследований базировалась на теоретических, численныхи эмпирических подходах.