Влияние КВЧ-излучения на периферические нервные структуры и сублетальные состояния лабораторных животных Сазонов, Андрей Юрьевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Электромагнитные волны (ЭМВ) низкой интенсивности миллиметрового (ММ) диапазона широко используются в медицине уже более 10 лет в качестве терапевтического и диагностического средства. Перечень заболеваний, при которых КВЧ-терапия применяется в качестве основного и сопутствующего лечебного метода, насчитывает более 80 нозологии. Однако после 30-летнего периода биофизических исследований, проводимых крупнейшими научными центрами страны, не существует единой общепризнанной концепции о механизмах влияния КВЧ излучения на живые организмы. Это привело к тому, что в настоящее время промышленностью выпускается множество разновидностей аппаратуры для КВЧ-терапии, технические характеристики которой часто не имеют серьезного научного обоснования. Такая ситуация вызывает вполне обоснованные скептицизм и сомнения у врачей. Таким образом, существует необходимость в продолжении и развитии фундаментальных биофизических исследований, на основе которых должны формулироваться технические условия разработки КВЧ-терапевтических медицинских приборов. Исследование механизмов воздействия низкоинтенсивного электромагнитного излучения (ЭМИ) миллиметрового диапазона позволит также оптимизировать существующие методики КВЧ-терапии и сформулировать методические рекомендации по развитию этого направления лечения.

В то же время, если при медицинском применении КВЧ излучения воздействие строго дозировано, хотя и требует дальнейшей оптимизации, то в других областях использования КВЧ сложилась иная ситуация. Этот диапазон длин волн нашел широкое применение в различных отраслях промышленности, системах наземной и космической связи, РЛС, системах спутникового телевидения, на транспорте и в бытовых устройствах. Выходная импульсная мощность сверхмощных приборов СВЧ может достигать десятков ГВт. Учитывая неспецифический, "информационный" характер воздействия волн этого диапазона на биообъекты, когда эффект может сказываться при інтенсивностях всего в несколько мкВт/см², биофизические исследования должны лежать в основе таких направлений, как электромагнитная экология, биоэлектромагнитная совместимость, обоснование истинных гигиенических и санитарных нормативов в промышленности, вблизи передающих станций, при пользовании бытовыми устройствами КВЧ диапазона.

Особенно актуальным является изучение биофизических механизмов влияния ЭМИ КВЧ на нервную систему, как интегрирующую деятельность всех других систем организма. Учитывая, что ММ волны

поглощаются в тонком поверхностном слое кожи (толщиной в несколько сотен микрон), можно предположить, что нервные структуры периферической нервной системы являются одной из мишеней воздействия ММ волн, определяя ответ всего организма на данный физический фактор.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей диссертационной работы явилось изучение биофизических механизмов КВЧ-рецепции организмом позвоночных животных в норме и при воздействии патологических агентов. Исходя из цели работы были поставлены следующие задачи:

1. Исследование биофизических механизмов влияния КВЧ излучения на периферические сенсорные окончания.

2. Исследование влияния КВЧ излучения на проведение нервных импульсов в периферических нервных волокнах.

3. Разработка физико-химической концепции воздействия КВЧ излучения на периферическую нервную систему.

4. Изучение особенностей восприятия КВЧ излучения патологически измененными организмами животных и поиск оптимальных режимов КВЧ воздействия для терапевтической практики.

Объектами исследования в работе являлись: комплекс нервных стволов (состоящий из стволов поясничного сплетения, седалищного и большеберцового нервов) и кустиковидные интероцепторы мочевого пузыря лягушки Rana temporaria; электрорецепторы и механорецепторы черноморских скатов Raja clavata и Dasyatis pastinaca; белые беспородные мыши - самцы весом 15 -^ 20 грамм.

Основные методы исследований. Для проведения исследований
использовались КВЧ генераторы, обеспечивающие излучение в диапа
зоне частот 37 + 55 ГГц, с излучающими устройствами в виде рупора и
открытого конца диэлектрического волновода. Применялись стандар
тные волноводные методы измерения отражения и затухания ЭМВ.
Для отведения и регистрации биоэлектрической активности от
периферических нервов использовались классические электрофизио
логические методы. Гамма облучение мышей проводили однократно
на аппарате ЦГО (¹³⁷Cs) в сублетальной дозе 6,5 Грей. В другой серии
опытов осуществляли заражение мышей вирусом гриппа

А/Бетезда/10/63 (H2N2) в 1 -г 10 летальных дозах. Оценка эффекта воздействия ЭМИ КВЧ велась по динамике гибели животных, по средней продолжительности жизни (СПЖ), по выживаемости и по изменению веса животных. В работе применялся биокибернетический подход с использованием элементов теории информации и теории регулирования. Математическое моделирование проводилось с использованием методов прикладной электродинамики, при расчетах применялись специализированные программные средства.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Показано, что реакция организма на КВЧ излучение может
быть связана с его влиянием на периферическую нервную систему.

2. Показано, что КВЧ излучение влияет на функциональное состояние нервных волокон, выражающееся в изменении проведения возбуждения по нерву.

3. Предложена физико-химическая концепция влияния КВЧ излучения на сенсорные рецепторы кожи и внутренних органов.

4. Получено радиопротекторное действие КВЧ излучения при у-облучении лабораторных животных.

5. Впервые показано стимулирующее действие КВЧ излучения на организм теплокровных животных при повреждении гриппозным токсином.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. КВЧ излучение оказывает воздействие на функциональное состояние периферической нервной системы, что проявляется в изменении процессов трансформации и передачи импульсной активности в сенсорных рецепторах и нервах.

2. Восприятие КВЧ излучения осуществляется как за счет непосредственного воздействия на нервные структуры, так и вследствие вызываемых физико-химических процессов в окружающей их среде. При этом влияние КВЧ излучения не сводится только к обычному тепловому воздействию на биологические объекты.

3. Предварительное КВЧ облучение перед воздействием у-радиа-ции обладает протекторным эффектом. КВЧ облучение является действенным профилактическим и терапевтическим средством в случае гриппозной инфекции.

Научно-практическая значимость результатов. Результаты диссертационной работы могут использоваться в экспериментальной и клинической медицине. Показана возможность реализации лечебного эффекта КВЧ излучения посредством стимуляции периферических нервных структур. Возможно применение КВЧ излучения в качестве радиопротекторного средства в здравоохранении (при лучевой терапии в онкологии), а также в различных областях народного хозяйства для подготовки организма к возможному радиационному воздействию. КВЧ облучение может применяться в качестве профилактического и терапевтического средства в предэпидемические периоды и во время эпидемий гриппа, особенно при невозможности по клиническим показаниям применения лекарственных препаратов. В этих целях отработаны режимы КВЧ воздействия, дающие наибольший лечебный эффект. Реальная клиническая практика подтвердила обоснованность полученных в лабораторных экспериментах результатов. Конкретные клинические разработки защищены патентами на изобретение.

Апробация работы. Основные результаты и положения настоя
щей диссертационной работы докладывались и обсуждались: на VII
Всесоюзном семинаре "Применение КВЧ излучения низкой интенсив
ности в биологии и медицине" (Звенигород, 1989), на V национальном
симпозиуме по телекоммуникации с международным участием KST-89
(Быдгощь, Польша, 1989), на XX и XXVI Европейских конференциях
по СВЧ "ЕиМС" (Будапешт, Венгрия, 1990; Прага, Чехия, 1996), на
XII международной конференции "Научные достижения техники и
технологии приборостроения" (Дрезден, Германия, 1990), на XIV
международном симпозиуме по клинической гипертермии
(Дубна,1991), на IX международной конференции по СВЧ "MICON-91"
(Рыджина, Польша, 1991), на II Всесоюзной научно-технической
конференции "Устройства и методы прикладной электродинамики"
(Одесса, 1991), на международном симпозиуме "Микроволны в
медицине-91" (Белград, Югославия, 1991), на международном
симпозиуме "Миллиметровые волны низкой интенсивности в биологии и
медицине" (Москва, 1991), на I Украинском симпозиуме "Физика и
техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн" (Харьков,
Украина, 1991), на межреспубликанской научно-технической

конференции "Фазированные антенные решетки и их элементы: автоматизация проектирования и измерений" (ФАР-92) (Казань, 1992), на II конгрессе Европейской ассоциации электромагнитобиологии ЕВЕА (Блед, Словения, 1993), на X и XI Российских симпозиумах с международным участием "Миллиметровые волны в медицине и биологии" (Москва, 1995; Звенигород, 1997), на V и VI рабочих совещаниях "Применение миллиметровых волн в медицине" (Звенигород, 1995, 1996), на II международной научно-технической конференции "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии" (Владимир, 1996), на международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем" (Пенза, 1996), на региональной научно-технической конференции "Методы и средства измерений физических величин" (Нижний Новгород, 1996), на международном симпозиуме "Мониторинг окружающей среды и проблемы солнечно-земной физики" (Томск, 1996), на международной научно-технической конференции "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность-96" (ДИМЭБ-96) (Санкт-Петербург, 1996), на III международном симпозиуме "Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология" (ЭМС-97) (Санкт-Петербург, 1997), на I международном конгрессе "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине" (Санкт-Петербург, 1997), на I международном симпозиуме "Фундаментальные науки и альтернативная медицина" (Пущино, 1997), на

Всероссийской научно-технической конференции "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы" (Рязань, 1997), на I Международном симпозиуме «Электроника в медицине. Мониторинг, диагностика, терапия» (Санкт-Петербург, 1998), на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 32 печатные работы, получено 2 патента на изобретения.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения и трех приложений. Работа изложена на 163 страницах машинописного текста и содержит 81 рисунок и 12 таблиц. Библиография включает 225 наименований, в том числе и работы автора.