Диссертация (Функциональное состояние клеток при действии ультразвуковых волн (биохимические и физиологические аспекты)), страница 9

Обработка частотой 2.64 МГц и интенсивностью 0.05–0.7 Вт/см2в течение 1–5 мин не оказывала влияния на развитие зародышей амфибий и их выживаемость.При увеличении интенсивности УЗ этой частоты до 1.0 Вт/см2 и времени экспозиции до 5 минуменьшилось количество нормально развивающихся эмбрионов на 35%. [200]. Показано, чтоэффект непрерывного УЗ на развитие зародышей лягушки зависит от интенсивностии частоты генерации. Стимулирующий эффект при одинаковой длительности воздействиянаблюдалипослеобработкиУЗ0.05–0.4 Вт/см2,супрессорный —0.7–1.0 Вт/см2.Впоследствии было обнаружено, что наиболее высокой выживаемостью обладали зародыши,взятые в эксперимент на стадии бластулы и обработанные в течение 5 мин модулированнымУЗ с частотой генерации 0.88 МГц, интенсивностью 0.4 Вт/см2, вблизи частот модуляции40 Гц и 100 Гц [201]. Ранние зародыши амфибий на стадии выклева. Параметры облучения: частота генерации0.88 МГц, УЗ интенсивность 0.4 Вт/см2, частота модуляции 40 Гц и 98 Гц в течение 5 мин.Воздействие модулированного УЗ вышеуказанных параметров с частотой модуляциив диапазоне 10–100 Гц в целом вызывает повышение выживаемости.

В то же времяобнаружены диапазоны частот модуляции, приводящие к снижению выживаемости такихзародышей относительно контроля [Там же]. Асцитная жидкость, содержащая опухолевые клетки цистаденокарциномы яичника. Действиевысокоамплитудного низкочастотного УЗ при максимальной экспозиции 60 с. Результат:показана динамика достижения канцероцидного эффекта [162]. Escherichia coli [250]. Высокочастотный УЗ (мощность 30 Вт, частота 1.7 МГц в течение 1–25 мин). Результат: инактивация [15].31 Клетки гепатокарциномы человека SMMC-7721.

Низкоинтенсивный УЗ: 3.0 Вт/см2, 1 мин.Результат: митохондриальная дисфункция, разрывы ДНК и апоптоз [263]. Клетки HeLa. УЗ низкой интенсивности 0.08–0.11 Вт/см2. Результат: механическиеповреждения раковых клеток [268]. Эритроциты морских свинок и крыс, клетки дрожжей. 10 мин инсонации клеток в полестоячей ультразвуковой волны частотой 2.64 МГц и максимальной средней плотности энергии2.5×103 Дж/см3.

Исследуемые клетки оставались в нативном состоянии [178]. Выявленыпоказатели, определяющие особенности концентрирования и разделения клеток в УЗ поле:частота и энергия УЗ, форма поля или пространственное распределение энергии (для плоскогоили фокусирующего излучателя), вид и частота модуляции УЗ; размер и форма клетки,скорость УЗ в ней, плотность клеток в суспензии и её концентрация [155]. Тромбоциты и эритроциты донорской крови человека. Воздействие непрерывного УЗ0.88 МГц интенсивностью 0.05 до 1.0 Вт/см2 в течение от 1 до 5 мин. Наблюдалимеханическое разрушение клеток при обработке интенсивностью 0.7 и 1.0 Вт/см2. [41].

Привоздействии импульсного УЗ на тромбоциты отмечали повреждение, усиление их АДФиндуцированной агрегации [357, 241, 402].Из анализа всех приведённых выше данных видно, что диапазоны биологическойактивности УЗ, выявленные разными авторами, часто пересекаются. Это может служитькосвенным подтверждением «работы» одних и тех же клеточных механизмов при инсонации.Для оптимального использования терапевтического УЗ был детально исследован эффектнизкоинтенсивного импульсного УЗ на культуру фибробластов [342]. Показано, что в случаепримененияимпульсногорежимаосновополагающимфакторомвоздействияпрификсированном времени облучения является интенсивность. Оптимальной была признанаинтенсивность терапевтического ультразвука 0.2–0.6 Вт/см2 при работе в импульсном режиме10% (1:9) в течение двух минут при комнатной температуре.

Такие параметры воздействия неизменяли клеточную морфологию [292], не вызывали повреждения клеток и индуцировалипролиферацию клеток фибробластов [342, 341, 356].Причём интенсифицирование пролиферативной активности клеток может бытьрезультатом чисто механической стимуляции клеточных мембран в процессе подачи энергии[310]. После инсонации УЗ интенсивностью от 0.2 Вт/см2 до 0.6 Вт/см2 культуры фибробластовчерез 24 часа было показано возрастание жизнеспособности клеток по сравнению с контролем32(p = 0.001), что, по-видимому, явилось косвенным подтверждением изменения проницаемостиЦПМ вследствие примембранного движения жидкости.Атермальный механизм оказывает значительное влияние на терапевтические результатыоблучения: регенерация тканей, увеличение проницаемости ЦПМ, диффузия внутриклеточногокальция через клеточную мембрану, а также изменение электрической активности ткани [292,314].Тем не менее, существует широкий спектр ультразвуковых параметров, которыенеобходимо тщательно контролировать, чтобы свести к минимуму повреждения клеток.

Этоуровень звукового давления, свойства текучести и температура [294], акустическая частота,давление среды, время экспозиции и рабочий цикл. За большинство УЗ биоэффектовисследователи считают ответственной кавитацию [284]. УЗ интенсивностью около 0.5 Вт/см2(импульсный режим, и частота 1–3 МГц) способствует заживлению воспаления, стимуляциипролиферативной активности фибробластов и восстановлению клеток [341, 356].Дайсон с соавторами [256] опубликовали данные, что увеличение интенсивности УЗкоррелирует с уменьшением числа жизнеспособных клеток, клеточной гибелью и изменениямив мембране культивированных клеток в течение 1 ч после инсонации.Изучено действие непрерывного УЗ терапевтического диапазона интенсивностей наклетки в суспензии, а именно: на интенсивность биолюминесценции и ростовые характеристикилюминесцирующих бактерий Aliivibrio fischeri, а также на перевиваемую культуру клеток почкителёнка MDBK [138, 185, 237, 238].

Впервые на указанных культурах клеток MDBK, A. fischeri,а также лейкоцитов показано стимулирующее действие УЗ как самостоятельного фактора, таки совместно с биологически активными веществами. Благодаря увеличению проницаемостимембран клеток, УЗ индивидуально и в сочетании с другими стимуляторами интенсифицировалпроцессы метаболизма, пролиферацию клеток, проникновение экзогенных (митагены,цитостатики и др.) и эндогенных (интерферон) веществ через клеточную стенку.

Былоустановлено,чтолюминесценцииУЗнизкихсветящихсяинтенсивностейбактерийA. fischeri.являетсяПриэффективнымвоздействииУЗстимуляторомоптимальнойинтенсивности 0.4 Вт/см2 и времени экспозиции 3 мин уровень свечения увеличивался на 35%.При интенсивностях УЗ, больших 0.6 Вт/см2, наблюдали подавление биолюминесценции,уменьшение жизнеспособности клеток, совпадающее с порогами кавитации в суспензии.Обработка перевиваемой культуры клеток почки телёнка MDBК УЗ низкой интенсивности0.05 Вт/см2 с экспозицией 10 с (0.88 МГц) увеличивала индекс пролиферации с 3.8 до 9.0 [138].Необходимо отметить, что при комбинированном воздействии с УЗ стимулирующая33концентрация конканавалина А уменьшалась в 1000 раз по сравнению с концентрацией,интенсифицирующей пролиферацию индивидуально.Подобные результаты были получены и при совместном действии УЗ (I = 0.05 Вт/см2,10 с) и фитогемагглютинина.

Оптимальная концентрация фитогемагглютинина при совместномдействии с УЗ уменьшалась в 10 раз. При этом число клеток увеличивалось в 3 раза зааналогичный период культивирования по сравнению с контролем — клетками, выращеннымитрадиционным способом. Проведённые исследования свидетельствовали о значительномпреимуществе применения УЗ как с агентами, усиливающими пролиферацию клеточныхкультур, так и с препаратами, тормозящими процессы метаболизма и клеточного деления.Использование УЗ допускает возможность сокращения в десятки раз стимулирующих дозэкзогенных веществ за счёт увеличения проницаемости клеточных мембран.§ 2.3. Биохимические эффекты ультразвука на примере измененияферментативной активностиВ исследованияхА.

А. Вронской[41]былоустановлено,чтоУЗусиливаетантигепариновые свойства крови, уменьшая фибринообразование. Воздействие непрерывным УЗуменьшает активность супероксиддисмутазы и перекисную резистентность эритроцитов.В работе В. А. Игнатенко подробно рассмотрены механизмы действия УЗ на белки кровичеловека. В УЗ поле происходило окисление дезоксигемоглобина без повреждения белковойглобулы.В связизарегистрировать:с образованиемсвободныхкатионоввозникновениегидроксильныхжелезаи другихв УЗполекислородныхудалосьрадикаловметгемоглобина [87]; быстрое разрушение дисульфидных мостиков в белках и образованиецистеиновой кислоты; в меньшей степени разрушались ароматические аминокислоты. Авторпоказал, что температура денатурации ферроформ гемоглобина коррелирует с их устойчивостьюк воздействию гидроксильных радикалов.Измерение транспорта ДНК при УЗ обработке (концентрация 107 клеток/мл, частота500 кГц, поток звуковой энергии 10–30 Дж/см2 при температуре 37°C) показало, что ДНК удаётсяобнаружить в 21% опытных клеток [409].