Исследование действия ослабленного магнитного поля на функционирование нервной клетки (1103151)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛомоносоваФизический факультетНа правах рукописиНовиков Сергей МихайловичИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ ОСЛАБЛЕННОГО МАГНИТНОГОПОЛЯ НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ НЕРВНОЙ КЛЕТКИСпециальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква 2007 г.Работа выполнена на кафедре магнетизма физического факультетаи кафедре биофизики биологического факультетаМосковского государственного университета им. М.В. ЛомоносоваНаучные руководители:доктор физико-математических наук, доцентШалыгин Александр Николаевичдоктор биологических наук, профессорМаксимов Георгий ВладимировичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессорТвердислов Всеволод Александровичдоктор физико-математических наук, в.н.с.Иванов Валерий АлександровичВедущая организация:ГУП Институт Медико-Биологических ПроблемРАН, г.
МоскваЗащита состоится “ 24 “ мая 2007 года в 16-30 часов на заседании диссертационногосовета К 501.001.02 физического факультета Московского государственногоуниверситета им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992 ГСП-2, г. Москва, Ленинскиегоры, МГУ, физический факультет, аудитория ЮФА .С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУим. М.
В. Ломоносова.Автореферат разослан “” апреля 2007 года.Ученый секретарьДиссертационного Совета К 501.001.02,кандидат физико-математических наукИ. А. Никанорова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыМагнитобиологияизучаетвлияниевнешнихискусственныхиестественных магнитных полей (МП) на биологические системы (клетка,организм, популяция и т.д.). Известно, что слабые магнитные поля (СМП, 10210-3 мкТл) способны менять функциональное состояние биологическогообъекта [Холодов, 1991; Шакура 1987]. При исследовании действия СМП набиологический объект используют различные конфигурации и диапазонымагнитныхполей(ослабленноегеомагнитноеполе,постоянноеМП,переменное МП, комбинированные МП).
Интерес к воздействию ослабленногогеомагнитного поля (ОМП) обусловлен важной ролью геомагнитных полей вжизнедеятельности биосистем, популяций, а так же с коррекцией магнитныхсанитарных норм. Известно, что ослабление МП в три-четыре раза вызываетнарушение функции нервной деятельности человека и животных [Дубров,1974;Бинги,2002].Однакосистематическихисследованийдействияослабленного ГМП на разных уровнях организации биологических систем приодной и той же степени воздействия мало.
В настоящее время не ясенклеточныйимолекулярныймеханизмдействияМП.Существуютпредположения, что действие МП на биологический объект связанно сизменениемсостоянияконформацииотдельныхмолекул,содержащихпарамагнитные атомы (кислород, оксид азота, гемопорфирин, каротин,цитохромы и т.д.), а так же, транспортом электронов или ионов (переносэлектронов в органеллах (митохондрия), транспорт ионов в биологическихмембранах и т.д.).Актуальность темы обусловлена, как необходимостью исследованиякомплекснойзависимостифункционированиявозбудимыхклетокпридействии ослабленного геомагнитного поля, так и перспективами применениярезультатов в практике.3Целью данной работы являлось:1.исследование изменения возбудимости нервного волокна (амплитуда,порог, скорость проведения потенциала действия, форма импульса) вусловиях ослабленного в ~250 раз геомагнитного поля;2.исследование действия ослабленного в ~200 раз геомагнитного поля наконформацию молекул каротиноидов, как выделенных из клеток, так илокализованных в субклеточных органеллах нейронов и плазматическоймембране нервного волокна;3.
исследование действия ослабленного в ~200 раз геомагнитного поля нарегулярныеизменениякоэффициентапреломленияструктур,локализованных в примембранной и цитоплазматической областяхнейрона.Научная новизна работы заключается в следующем: впервые дляисследования действия ослабленного геомагнитного поля, были выбранынаиболеечувствительныефункционирующиебиологическиесистемы(полиеновая молекула каротина, нейрон и нерв).Впервые применялись спектральные методы, не меняющие характерфункционирования объекта (метод спектроскопии комбинационного рассеяния(КР), метод динамической фазовой микроскопии (ДФМ) в сочетании сметодами Фурье-анализа).Впервые проведены системные исследования действия ослабленногогеомагнитного поля на функционирование нейрона (амплитуда и скоростьпроведения возбуждения, порог возбуждения), конформацию полиеновыхмолекул каротиноидов, локализованных в различных областях нервной клетки(в липидах плазматической мембраны или субклеточных органелл), а так жеструктурные изменения различных отделов цитоплазмы клетки.Предложена схема, объясняющая выявленные эффекты (изменениевозбудимости,измененияплазматическойиконформациисубклеточныхмембран,4молекулкаротиноидовсостоянияцитоплазмы),обусловленные действием ослабленного магнитного поля навозбудимуюклетку, с позиций перераспределения молекул кислорода.Научная и практическая ценностьДанные,полученныеприисследованиидействияослабленногогеомагнитного поля на нервные клетки, проясняют и дополняют современноепонимание процессов, связанных с функционированием нервной системы приослаблении естественного геомагнитного поля.
Выявленные изменения намолекулярномиклеточномуровне(возбудимостьнерва,измененияконформации молекул каротиноидов плазматической мембраны и мембрансубклеточных органелл, а также структурной организации цитоплазмы)позволят охарактеризовать состояния клеток, тканей и органов в условияхослабления естественного геомагнитного фона.Полученные данные, могут быть использованы при анализе условийэлектромагнитной безопасности в ходе космического полета, а так же могутбыть учтены при корректировке магнитных санитарных норм.Основные результаты диссертации,которые выносятся на защиту,можно сформулировать следующим образом:1.Ослаблениегеомагнитногополяприводиткувеличениюпорогавозбуждения потенциала действия для чувствительных нервных волокон.2.
Действие ослабленного геомагнитного поля приводит к изменениюконформации молекул каротиноидов, локализованных в мембраненервного волокна и цитосомах нервных клеток.3.Ослабление геомагнитного поля приводит к изменению ритмическихпроцессов движения цитоплазматических структур клетки (митохондрии,цитосомы, нейрофибриллы и т.д.).Апробация работы. Основные результаты работы докладывались иобсуждались на российских и международных конференциях и симпозиумах:Magnetiс International Symposium, (Москва, 1999 г.), Третий Европейскийбиофизический конгресс (Мюнхен, 2000 г.), Третья Всероссийская научнаяконференция “Физические проблемы экологии (Экологическая физика)”5(Москва,2001г.),ЧетвертыйМеждународныйконгресс«Слабыеисверхслабые поля и излучения в биологии и медицине » (Санкт - Петербург,2006 г.). А так же, на научных семинарах кафедры биофизики биологическогофакультета МГУ им.
М.В. Ломоносова.Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 4статьях (одна в печати) и 5 тезисах докладов, список которых приведен вконце автореферата.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трехглав, заключения и списка литературы. Полный объем диссертации 121страниц машинописного текста, включая 44 рисунка и библиографии из 124наименований.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,научная новизна и практическая ценность работы, сформулирована цельработы, излагаются выносимые на защиту положения.Первая глава содержит обзор результатов исследований воздействияОМП на биологические объекты, а так же теоретических работ, объясняющихдействия ОМП. В обзоре показано, что ослабление геомагнитного поля влияетв первую очередь на процессы, связанные с функционированием нервнойсистемы.Вторая глава содержит описание объектов, и методов исследованияприменявшихся в данной работе, а так же способов получения и контроляослабленного магнитного поля.Объектами исследования служили изолированные пейсмекерные нейроны(Ретциус (Rz)-клетки) медицинской пиявки (Hirudo medicinalis) и мотонейроныпедального ганглия прудовика (Lymnaea stagnalis), окологлоточные нервныекольца улиток - катушек (Planorbis carinatus), седалищный нерв травянойлягушки (Rana temporaria), раствор β-каротина (40 мМ).6В работе использовались следующие методы:- метод экстраклеточной регистрации мембранного потенциала [Тасаки,1958],дляисследованияизмененийвозбудимостинервноговолокна(амплитуда, порог, форма импульса, скорость передачи потенциала действия) вОМП (H=0,17±0,02);- метод резонансного комбинационного рассеяния (РКР) для исследованиявыделенного β-каротина и β-каротиноидов нервной клетки, с возбуждением оттвердотельного Nd-лазера (473 нм, мощность 17 мВт) [Maxwell & Caughey,1976; Соловьев и др., 1985; Maksimov et al., 1900; Максимов и др.
2000];-методмодуляционно-интерференционноймикроскопиидляисследования регулярных изменений локального показателя преломленияцитоплазмы и плазматической мембраны нейронов [Тычинский, 2001]. Дляобработки результатов было использовано программное обеспечение Matlab сприменением стандартных процедур быстрого Фурье-преобразования споследующей нормировкой амплитуды.ОМПформировалиспомощьюэкранировкиикомпенсациигеомагнитного поля Земли.
Для экранирования использовалась система камер.Каждая камера (2 шт.) была сделана из переплетенных полос аморфногопермаллоя К74 (Fe 50%, Ni 50%), и имела 8 слоев. Каркасом камер служилкартон. Размеры камер 485х195х205 и 475х106х180 мм соответственно,меньшая камера располагалась в большей, в промежутке между камераминаходилсяпенопласт.использовалосьтриДляпарыкомпенсациикатушекпостояннойГельмгольца,составляющейрасположенныхперпендикулярно друг к другу.
Внешний диаметр 35 мм, внутренний 20 мм,соответственно. Для контроля, за величиной ослабленного МП использовалисьмагнитометры HB 0204, HB 0599A.Третья глава cодержит результаты исследования и их обсуждение.1.Исследованиеизмененийвозбудимостинервногостволаприисследовалиприослаблении МП в 250 раз.Изменениявозбудимостинервного7волокнаэкранированиигеомагнитногополяв~250раз(H=0,17±0,02мкТл),относительно лабораторного значения (H=42,3±0,4 мкТл), используя системукамер из пермаллоя.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
