Диссертация (Функциональное состояние клеток при действии ультразвуковых волн (биохимические и физиологические аспекты)), страница 5

Концентрация электромагнитных волн в порах мембранлокально повышает температуру, которая существенно превышает общий разогрев. Возникаетвозможность денатурации пептидных каналообразующих молекул, стрикция мембран,15приводящая к генерации акустических волн, которые, в свою очередь, могут являться факторомвоздействия и служить сигналом для других клеток. Локальные разогревы в мембранных порах,стрикционные сжатия и расширения мембран могут увеличивать или уменьшать открытоесостояние каналов. При импульсных ЭМИ реализуется термоэластическое возбуждениеакустических волн с частотой, зависящей от частоты импульсации или модуляции. Поэтому придействии ЭМИ крайне высокой частоты (30–300 ГГц) в импульсном режиме возможноглубинное воздействие на органы человека и животных за счёт воздействия генерируемыхв результате поглощения ЭМИ [192].

Для сверхвысокочастотных непрерывных ЭМИ показанавозможность возбуждения тороидальных вихрей в воде, существующих длительное времяс колоссальными скоростями перемешивания молекул, пульсирующими в сверхнизкочастотныхдиапазонах [302].При воздействии акустических волн за счёт сжатия в волне клеточных мембрани реализациипьезоэффектавозможноизменениеповерхностногозарядаи изменениефункционального состояния мембран. Таким образом, мембрана может быть мишенью, науровне которой реализуются цепи одинаковых в дальнейшем эффектов как для акустических, таки для электромагнитных волн.

Клетки, находящиеся в акустической волне, являются точечнымипо сравнению с длиной волны и могут испытывать сжатия и расширения объёма, достигающие20%, при действии волн с амплитудой до 100 кПа. Это может уменьшить количество активныхканалов за счёт латеральной диффузии молекул липидного бислоя и изменить функциональноесостояние клетки.Важную роль в функционировании клеток играет состояние воды, особенно вблизизаряженных поверхностей.

Поэтому влияние магнитных, электромагнитных, акустических полейна воду и водные растворы, приводящее к структуризации диполей воды, может инициироватьи существенное изменение функционального состояния клеток в сторону ухудшения из-засущественного уменьшения коэффициентов проницаемости различного вида ионов черезнеперемешиваемые слои.Влияние переменных магнитных полей в последнее время изучается в многочисленныххимических и биохимических экспериментах [198, 199]. Теория, объясняющая механизмыбиологического действия магнитных полей на биологические системы, основана на фактесуществования биологических эффектов комбинированных (постоянного и переменного)магнитных полей при определённых, теоретически предсказуемых, значениях частот переменнойкомпоненты поля, формально соответствующим циклотронным частотам ряда ионов (кальция,калия, магния).

В основе расчёта частот воздействия лежит Ларморова прецессия как результатвлияния магнитного поля на электронную орбиту с появлением дополнительного орбитальногоэлектронного тока и индуцированного магнитного момента электрона [116].16Механизмы, объясняющие биологическую активность ЭМИ, рассмотрены в работеД. Панагопулоса с сотрудниками [347]. Вынужденные колебания свободных ионов вблизиповерхности плазматических мембран, индуцированные внешним полем, генерируют колебания,ускоряя транспорт ионов через ЦПМ и специализированные ионные каналы в системе активноготранспорта.Особое внимание следует обратить на действие физических полей на активностьферментов из-за особенностей функционирования как отдельных клеток (систем активноготранспорта, участие в проведении нервного импульса, в наработке энергетических эквивалентови так далее), так и биологических систем в целом.

В связи с чем, изменение активностиферментов и показателей углеводного обмена при воздействии физических полей и вибрацииможет приводить к фатальным для клеток и тканей последствиям [62].Результаты изучения особенностей импеданса биологических объектов животногопроисхождения под действием переменного электрического тока в диапазоне частот от 20 до106 Гц выявили сложный характер частотной зависимости [51].

В ряде работ была теоретическирассмотрена возможность резонансного поглощения электромагнитного поля (ЭМП) белковымимолекулами в связи с так называемыми дисперсионными силами взаимодействия [161, 301].В белках, содержащих ряд нейтральных и отрицательно заряженных основных боковых групп,среднеквадратичная величина дипольного момента отлична от нуля, даже если их среднийпостоянный момент равен нулю. Это обусловлено тем, что число поляризованных боковых группв белковой молекуле обычно превышает число связанных с ними протонов, поэтому существуетмножество возможных конфигураций распределения протонов в молекуле, мало отличающихсяпо свободной энергии (за исключением случая сильно кислых растворов).

Если предположитьнепрерывное распределение основных групп молекул ферментов, то происходящие за счётфлуктуации распределения протонов диполь-дипольные взаимодействия между группами можетвызывать поглощение кванта энергии, соответствующего частоте 10 ГГц.Исследование кинетики клеточной пролиферации гепатоцитов в процессе регенерацииоргана выявило, что облучение животных рентгеновыми лучами приводило к обратимойзадержке клеточного деления гепатоцитов, которая линейно зависела от дозы облучения [47].Индуцированная нейтронами полиплоидизация непролиферирующих гепатоцитов, так же, какполиплоидизация при регенерации органа, обратно зависела от возраста облучаемого животного.Выявлен генотоксический эффект хронического воздействия низкоинтенсивногоионизирующего излучения на фолликулярный эпителий щитовидной железы полёвок, живущихна участке с уровнем радиоактивности (0.520 мкГр/ч), проявляющийся в увеличении частотыклеток с микроядрами. Повышенный пролиферативный потенциал может быть расценён как17неспецифическаяадаптивнаяреакцияоргананахроническоерадиоиндуцированноеповреждение железистых клеток [177].Учёными из Института биофизики клетки РАН (Пущино) [161] было изучено изменениеотносительнойактивностихолинэстеразыпридействиимодулированногосверхвысокочастотного ЭМИ в опытах in vitro.

Анализ результатов экспериментов позволилустановить, что значимое влияние на активность холинэстеразы — от выраженногостимулирующего действия до уровня исходной активности и наоборот — оказывали частотаи интенсивность воздействия. Это позволяет выделять модулированное ЭМП в особую группуизлучений, биологический эффект которых зависит и от величины поглощённой энергии, и оттипамодуляции,«адресованной»к первичноймишенив функционирующейсистеме.Следовательно, для выработки практических рекомендаций по применению электромагнитныхи других видов полей в терапии необходимо будет учитывать амплитудно-частотную структурувоздействия наравне с величиной поглощённой энергии.ЭМП радиочастотного диапазона с частотой 925 МГц (частотная модуляция 217 Гц)являются генотоксическим повреждающим ДНК стрессором для клеток млекопитающих,повышающим частоту клеток с микроядрами в культуре лимфоцитов периферической кровичеловека при воздействии in vitro и частоту эритроцитов с микроядрами в костном мозгеу мышей [100].

Воздействие ЭМП радиочастотного диапазона низкой интенсивности (несущаячастота 925 МГц) приводило к развитию в костном мозге и периферической крови беременныхмышей линии СВА компенсаторно-приспособительных реакций, которые проявлялисьв увеличении общего числа эритроцитов и лейкоцитов в периферической крови [82].Генотоксический эффект ЭМП мог проявляться также увеличением числа полихроматофильныхэритроцитов в селезёнке плода.ЭМП радиочастотного диапазона по сравнению с эффектом электрического и магнитногополей (аналогичных по энергетическому уровню воздействия) соответствует влияниюэлектрического поля с напряжённостью 300 В/м. Магнитное поле (напряжённость 0.7 А/м)оказывало более выраженный генотоксический эффект, что может свидетельствовать о болеезначимом вкладе магнитной составляющей в биологические эффекты ЭМП.

ВзаимодействиеЭМП с биологическим объектом зачастую приводит к развитию адаптивных реакций,направленныхнагематологическихповышениепоказателей,выживаемостив сниженииклетоки проявляетсявероятностивапоптознойизменениигибелибласттрансформированных лимфоцитов, инициацией в клетках костного мозга мышей развитияадаптивного ответа [101, 128]. Воздействие также может приводить к ускорению клеточногоцикла в культуре бласттрансформированных лимфоцитов периферической крови человека [тамже].18В случае действия физических факторов на живой организм in vivo через 6 ч послестрессорного воздействия развивается «реакция тревоги». Она проявляется уменьшениемтимуса, лейкоцитозом, определённым соотношением форменных элементов белой крови:лимфопения, анэозинофилия, нейтрофилёз. В работе адаптационных систем организма одна изведущих ролей отводится энзимоцитохимическим показателям форменных элементов крови.В частности, установлено, что лактатдегидрогеназа (ЛДГ) лимфоцитов является показателемфункционального состояния клетки [43], чей уровень активности характеризует интенсивностьгликолитических процессов.В метаболизме происходят волнообразные колебания, ведущие к снижению уровняобмена до энергетически выгодного с минимальным количеством расходования пластическихвеществ.

Стадию первичной активации, так же, как и стадию ориентировки и реакцию тревоги,характеризуют определённые соотношения форменных элементов белой крови. Числолимфоцитов может находиться в пределах верхней нормы и выше, сегментоядерныхнейтрофилов —в пределахнижнейпалочкоядерныхнейтрофиловнормыи моноцитов —и ниже,числов пределахлейкоцитов,нормы.эозинофилов,Наиболеепростымпоказателем адаптационных реакций является морфологический состав белой крови, преждевсего,процентноесодержаниелимфоцитовв лейкограмме.Лейкоцитоз,лейкопения,эозинопения или эозинофилия, моноцитоз, монопения, базофилия, сдвиг «влево» говорято разбалансировке подсистем организма.

При этом число сегментоядерных нейтрофилов можетизменяться значительно.Вначале адаптационные реакции in vivo были изучены в экспериментах на животныхс помощью разной силы электрического раздражения гипоталамической области головногомозга. Дальнейшие исследования показали, что эти реакции могут быть вызваны бесконтактнымраздражением гипоталамуса магнитными полями разной силы [79]. Проведённые опыты повоздействию электромагнитных полей (ЭМП) на людей и животных позволили определитьчастоты, вызывающие резкие изменения в функциональном статусе организма. Отклик на такиечастоты, названные биоэффективными, может быть и положительным (переход в состояниеболееблизкоеопределённыек оптимальному),и отрицательным.«частотно-амплитудныеокна»,Быловнутрипоказано,которыхчтосуществуютреакциябиообъектадетектируется, а вне их отсутствует [59, 60, 176]. При этом наиболее информативной являетсячастота воздействия, а амплитуда определяет лишь механизм реализации отклика организма.Научные интересы исследований почти целиком лежали в сфере воздействия ЭМП;влияние механических колебаний (вибраций, акустических колебаний, микрофлуктуацийдавления) на функционирование живых организмов изучено мало.

[203].19Отечественными учёными к 2013 году экспериментально была проведена апробацияиспользования метода амплитудной и частотной модуляции кровотока при исследованиисосудистых функций системы кровообращения на лабораторных животных (кошках обоегопола). Было детально изучено влияние пульсовой волны на резистивную, ёмкостную и обменнуюфункции сосудов системы кровообращения, и установлено [170], что при переходе отнепульсирующейк пульсирующейперфузиивеличинаи направлениеизмененийгемодинамических параметров зависели от амплитуды и частоты пульсации.