Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы 10
2.1 Единство Вселенной и Биосферы 10
2.2 Геокосмические основы солнечно-земных связей 13
2.2.1 Солнце - как источник вариаций геокосмических агентов 13
2.2.2 Межпланетное магнитное поле 15
2.2.3 Солнечная активность 17
2.2.4 Солнечные космические лучи 18
2.2.5 Вариации солнечных космических лучей 21
2.2.6 Космические лучи 30
2.2.7 Вариации космических лучей 33
2.2.8 Вторичное космическое излучение 43
2.2.9 Ядерно каскадные процессы в атмосфере 46
2.2.10 Нейтроны 52
2.2.11 Воздействие радиации на ткани живого организма 55
2.2.12 Механизмы первичных процессов 60
2.2.13 Биологическое действие излучений 63
2.2.14 Вариации геомагнитного поля 74
2.2.15 Значение вариаций геомагнитного поля для состояния организма. 82
3. Материалы и методы исследования 88
3.1 Клеточные культуры 88
3.2 Школьники-волонтеры 92
3.2.1 Периферическая кровь 92
3.2.2 Неспецифическая иммунорезистентность 92
3.2.3 Исследования иммуно-реактивного состояния организма на основе реакции везикулообразования (РВО) 93
3.2.4 Бактерицидная активность клеток крови 95
3.2.5 Аутомикрофлора кожных покровов 95
3.3 Больные бронхиальной астмой (ББА) 96
3.4 Геокосмические данные 97
3.5 Статистическая обработка результатов 101
3.6 Технология системных реконструкций 102
4. Результаты и обсуждение 103
4.1 Представление о нуклонной компоненте вторичного излучения космических лучей у поверхности Земли 103
4.2 Солнечная активность в октябре 1989 г 110
4.3 Геомагнитная активность 113
4.4 Состояние клеточных культур 114
4.5 Связь динамики образования многоядерных клеток с солнечными протонными событиями и GLE 115
4.6 Коэффициенты корреляции между индексами слияния клеток и интенсивностями потоков высокоэнергичных частиц в околоземном пространстве 117
4.7 Сравнение возрастаний индексов слияния клеток и интенсивностей потоков высокоэнергичных частиц во время GLE 121
4.8 Реорганизационные процессы в клеточных культурах 130
4.9 ДНК-синтетическая активность 141
4.10 Локальные радиационные эффекты 145
4.11 Связь динамики слияния клеток, растущих in vitro, с фоновыми вариациями интенсивности нейтронов у поверхности земли 173
4.12 Значение вариаций геокосмических агентов для функционального состояния отдельных систем организма 176
4.13 Значение вариаций ГМП для интегральных показателей функционального состояния организма отдельных испытуемых 181
4.14 Значение вариаций ГМП для функционального состояния отдельных систем 184
4.15 Индивидуальная чувствительность организма к действию вариаций ГМП 187
4.16 Геокосмические события в октябре-ноябре 1991 г 189
4.17 Значение вариаций геокосмических агентов для состояния периферической крови 202
4.18 Общая характеристика состояния периферической крови испытуемых (за период с 3 октября по 2 ноября 1991 г.) 206
4.19 Связь содержания гемоглобина и лейкоцитов со знаком сектора ММП 210
4.20 Неспецифическая иммунорезистентность 228
4.21 Реакция везиклообразования (РВО) - как интегральный тест, опосредующий воздействие вариаций геокосмических агентов, состояние периферической крови и неспецифическую иммунорезистентность 238
4.22 Микрофлора кожных покровов 244
4.23 Реакция везикулообразования как индикатор интенсивности нуклоннои компоненты у поверхности Земли 257
4.24 Прогноз функционального состояния периферической крови и неспецифической иммунорезитентности на основе оценки дозового соотношения воздействия вариаций ГМП, интенсивности нуклоннои компоненты вторичного излучения КЛ у поверхности Земли и модулирующего влияния секторной структуры ММП 264
4.25 Возможные мишени воздействия нуклоннои компоненты вторичного излучения космических лучей 272
4.26 Возможный механизм совместного воздействия вариаций ГМП и нуклоннои компоненты вторичного излучения у поверхности Земли 281
5. Заключение 287
6. Основные выводы 289
7. Литература
- Солнце - как источник вариаций геокосмических агентов
- Воздействие радиации на ткани живого организма
- Исследования иммуно-реактивного состояния организма на основе реакции везикулообразования (РВО)
- Связь динамики образования многоядерных клеток с солнечными протонными событиями и GLE
Введение к работе
Актуальность проблемы. Все оболочки Земли, включая биосферу, входят в состав геокосмического ансамбля (Чечельницкий, 1992; Белишева, Троян, 1995; Троян, Белишева, 1996; Trojan, Belisheva, 1996), представляющего собой единую колебательную систему, ритмы которой отражены в динамике всех процессов, идущих в биосфере (Чижевский, 1973,1995; Дубров, 1974; Мирошниченко 1981; Владимирский и др., 1994; Владимирский и др., 1995; Halberg F. et al., 1996; Агулова, 1999; Владимирский, Темурьянц, 2000; Шноль, 2001; Бреус и др., 2002; Breus et al., 1995). Солнце является для Земли ближайшим и одним из главных источником возмущений в ее физических оболочках, контролирующих состояние биосферы. Нарушение динамического равновесия в магнитоплазменных оболочках Земли при вспышках на Солнце порождают широкий спектр явлений, сопровождающихся сложными физико-химическими процессами в атмосфере Земли и на ее поверхности.
Изучению воздействия солнечной активности (СА) на биосферу и отдельные биосистемы посвящены многочисленные работы (Чижевский, 1973,1995; Дубров, 1974; Моисеева, Любицкий, 1986; Темурьянц и др., 1992; Владимирский и др., 1995; Гурфинкель и др., 1995; Чибисов и др., 1995; Владимирский, Темурьянц, 2000; Шноль и др., 2000; Бреус и др., 2002; Tomassen, 1992; Breus et al., 1995; Gurfmkel et al, 2000), однако значение вариаций геокосмических агентов и отдельных компонент геокосмического комплекса, ассоциированных с СА, для функционального состояния биосистем, их развития и эволюции до сих пор, исчерпывающим образом, не изучено.
В настоящее время в большинстве работ, посвященных изучению связи СА с состоянием биосистем оценивается биоэффективность электромагнитных полей (ЭМП) и геомагнитного поля (ГМП) (Музалевская, 1982; Волынский, 1982; Кудрин,
6 Жданова, 1984; Холодов, 1984; Леднев, 1996; Белова, Леднев 1996; Новиков и др.,
1997; Темурьянц и др., 1998; Ledvev, 1991; McLeod et al., 1992; Adey, 1993;
Budagovskii, 1994; Lednev et al, 1999; Blackman et al., 2001; Lednev, Malyshev, 2001).
Ценность экспериментального подхода состоит в возможности однозначной
интерпретации моделируемых эффектов, воспроизводимости результатов, что
позволяет понять, какие эффекты воздействия агентов геокосмического комплекса
можно отнести за счет его электромагнитной составляющей.
Вместе с тем, возмущение магнитоплазменных оболочек Земли порождает не только широкий спектр вариаций ЭМП, но также влияет на свойства земной атмосферы, состояние земной коры (Бутусов, 1972; Кужевский и др., 1993; 1996), области вторжения космических лучей (КЛ) в атмосферу Земли и интенсивность нуклонной компоненты вторичных КЛ у поверхности Земли (Дорман,1963; Мурзин, 1970; Shea & Smart, 1972, 1995; Clem & Dorman, 2000). Однако из-за смещения интересов к биологическим эффектам КЛ в область космических исследований (Акоев и др., 1989; Гецелев и др., 2001; Reitz ,2001; Singleterry et al., 2001; Berger et al., 2004; Ballarini et al., 2004), изучение воздействия вторичных КЛ у поверхности Земли на биосистемы значительно отстает от изучения биоэффектов вариаций ГМП.
Косвенным свидетельством возможной биоэффективности КЛ у поверхности Земли являются определенные теоретические предпосылки (Гак и др., 1997), статистические исследования (Маликов, 1972; Фараоне, 1995; Лушнов, 1996, 1997), результаты экспериментов по выявлению эффектов воздействия на биологические объекты малых (Козлов, 1971, 1972; Кузин, 2002; Kuzin, Surkenova, 1999) и сверхмалых (Бурлакова и др., 1996; 1999; Бурлакова, 1999; Burlakova et al, 1990) доз ионизирующего излучения, а также эксперименты по изучению квантового капала
связи в межклеточных взаимодействиях (Beloussov, Louchinskaia, 1991; Белоусов и др., 2003; Voeikov, Novikov, 1997). Эти исследования дают основу для осмысления возможных эффектов воздействия вариаций вторичного излучения КЛ у поверхности Земли и позволяют признать фундаментальное значение для функционального состояния биосистем излучений крайне низких интенсивностей естественного происхождения.
Глобальный характер воздействия агентов геокосмического комплекса на биосферу и сложность учета всех его составляющих следует из работ, в которых показана связь между состоянием биосистем и вариациями гравитационного поля Земли (Гришкян, 1992; Дацко и др., 1992; Гариб и др., 1995; Горшков и др., 2001; Raibshtein et al., 1992), а также космофизическая обусловленность, невыясненной природы, синхронности флуктуации в состоянии различных систем (Шноль и др., 1992; 1998; 2000; Шноль, 2001; Зенченко и др., 2001).
Трудности в интерпретации результатов, полученных при изучении причинно-следственных связей между СА и состоянием биосистем, связаны, с одной стороны, со сложной природой СА и, соответственно, с различным временным разрешением трансляции возмущений в межпланетной среде (МПС), вызванных СА, в околоземное пространство, с другой стороны, с выявлением биоэффективности отдельных компонент геокосмического комплекса, ассоциированного с СА. В первую очередь, следует принимать во внимание, что в зависимости от природы СА и расположения Земли относительно активной области на Солнце, солнечные эмиссии электромагнитного и корпускулярного происхождения могут достигать Земли за различные временные промежутки (от секунд до нескольких суток). Поэтому, для оценки эффектов воздействия СА на земное окружение и биологические системы
необходимо не только анализировать каждое солнечное событие, имеющее неповторимый характер, но таюке выявлять временное соответствие между событиями, сопровождающими СА в МПС, околоземном пространстве, у поверхности Земли и состоянием биосистем.
Особенностью данной работы является то, что в ней проведено сопоставлению временной последовательности событий, ассоциированных с СА, в МПС, околоземном пространстве и на поверхности Земли, что позволило выявить значение вариаций космических и наземных агентов, включая интенсивность нуклонной компоненты у поверхности Земли, в контрастные периоды СА для функционального состояния биологических систем in vitro и in vivo. Экспериментальный подход, с анализом временного соответствия динамики показателей состояния биосистем и вариаций наземных агентов, позволил выявить отдельные компоненты геокосмического комплекса, обладающие наиболее выраженной биоэффективностью, а таюке обнаружить единый механизм модуляции функционального состояния биосистем, основанный на «дозовом» соотношении воздействия вариаций ГМП и интенсивности нейтронов у поверхности Земли. Актуальность данного исследования определяется возможностью прогноза последствий СА и ассоциированных с ней геокосмических событий для функционального состояния биосистем.
Поскольку последовательность событий, обусловливающих состояние живых систем, предопределяется:
глобальным космическим воздействием, связанным с солнечной активностью (СА), флуктуациями параметров межпланетной среды (МПС), включая вариации солнечных космических лучей (СКЛ), галактических космических лучей (ГКЛ), межпланетного магнитного поля (ММП), магнитосферы Земли;
региональным воздействием, включающим широтные эффекты, в частности вариации геомагнитного поля (ГМП) и вторичных космических лучей у поверхности Земли;
локальным воздействием, связанным с локальными вариациями ГМП и вариациями метеорологических агентов,
и эти воздействия представляют комплексные и взаимообусловленные явления, совокупность всех слагающих этих явлений была названа геокосмическим комплексом. Отдельные составляющие геокосмического комплекса, воздействие которых на биологические объекты изучалось в данной работе, названы компонентами геокосмического комплекса. Совокупность отдельных компонент геокосмического комплекса, имеющих космическое и наземное проявление и оказывающих прямое или опосредованное воздействие на состояние биосистем определена как геокосмические агенты.
Цель данного исследования состояла в выявлении значения вариаций глобальных, региональных и локальных компонент геокосмического комплекса для функционального состояния биосистем различного уровня организации. Задачи исследования:
Проанализировать динамику поведения клеточных систем и вариаций глобальных, региональных и локальных компонент геокосмического комплекса на основе сопряженных биологических и геофизических исследований, а также с привлечением спутниковых данных о состоянии межпланетной среды и СА.
Выяснить значение вариаций глобальных, региональных и локальных компонент геокосмического комплекса для функционального состояния отдельных систем организма.
Выявить степень зависимости состояния отдельных систем организма от вариаций различных компонент геокосмического комплекса.
Выявить наиболее чувствительные мишени в биосистемах к действию отдельных компонент геокосмического комплекса.
Выявить наиболее значимые компоненты геокосмического комплекса для модуляции функционального состояния биосистем.
2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Солнце - как источник вариаций геокосмических агентов
Вариации геокосмических агентов обусловлены двумя основными факгорами: характером солнечной активности (СА) и модуляционными эффектами межпланетной среды (МПС) (Чепмен, 1964; Мирошниченко, 1970;1981; Акасофу, Чепмен, 1974; 1975; Витинский и др., 1976; Гневышев, 1978), определяющими состояние магнитосферы Земли (Десслер, 1966; Акасофу, 1971; Гульельми, Троицкая, 1973; Брюнелли, Логинов, 1974; Оль, 1974; Ковнер и др., 1975; Пудовкин и др., 1975; 1976; Хултквист, 1976; Элеман, 1976; Яновский, 1953, 1978) и условия распространения солнечных (СКЛ) и галактических (ГКЛ) КЛ (Дорман, 1963; Мирошниченко, 1984; Shea & Smart, 1972; 1995; Clem et al., 1997; Clem & Dorman, 2000; Stozhkov , 2003 ). Солнечная активность
Солнце - это типичная звезда нашей Галактики, относящаяся к карликам спектрального класса G2. Оно представляет собой вращающийся плазменный шар, радиус которого R= 6.96- 1010 см, масса М = 1.99- 1033 г. Солнечное вещество состоит из водорода ( 70%), гелия ( 20%) и других элементов ( 2%) (Витинский и др., 1976).
Вращение Солнца имеет дифференциальный характер: экваториальная зона вращается быстрее (14.4 за сутки), чем высокоширотные области ( 10 за сутки). Средний период вращения Солнца Т- 25.38 сут. Светимость Солнца L- 3.86- 1033 эрг/с, эффективная температура поверхности 5780 К. Излучение, приходящее от Солнца к внешнему наблюдателю, возникает в тонком поверхностном слое -фотосфере, толщина которого всего 350 км. Над фотосферой располагаются области солнечной атмосферы, называемые хромосфера и корона (Витинский и др., 1976).
Солнце является центральным телом Солнечной системы, оно обуславливает все основные процессы в гелиосфере являясь главным источником энергии в окружающем пространстве. Солнце - такэ/се и главный источник газовой составляющей вещества в меэ/спланетной среде. Газовая оболочка в короне вокруг Солнца представляет собой практически полностью ионизированную плазму, которая постоянно обновляется, причем основная доля этого вещества не является гравитационно связанной с Солнцем, а распространяется по всем направлениям -вплоть до межзвездных расстояний, поэтому из Солнца постоянно как бы "дует" солнечный ветер.
Солнечный ветер (СВ)- это почти радиальный поток плазмы, движущийся всюду от Солнца. Истечение солнечной плазмы неоднородно. Выделяют, так называемые, "медленные" потоки со средней скоростью v « 320 км/с и "быстрые" потоки, максимальная скорость которых может достигать 600-700 км/с и более (вплоть до 10 км/с). Быстрые потоки истекают из, так называемых, корональных дыр - областей солнечной короны с относительно низкой температурой, пониженной плотностью и приблизительно радиальным направлением магнитного поля. Корональные дыры постоянно существуют на высоких гелиоширотах. Плазма СВ практически полностыо ионизована. Средняя концентрация частиц в ней на орбите Земли составляет п = (5-s-10) см"3 (Витинский и др., 1976; Shea& Smart, 1995).
В СВ могут существовать неоднородности с повышенной концентрацией частиц, которая может достигать 50 см"3. Средний поток плазмы СВ у Земли составляет ,« 108 см"2с"\ Ее состав в целом отражает состав солнечного вещества в короне, поэтому в СВ преобладают протоны и электроны. Концентрации протонов составляет п3 (па 0.05и3), концентрация а-частиц па составляет 4-5% от концентрации протонов, а концентрация ядер (Z 2) - (nz 5- 10"4п3). Возмущенный СВ характеризуется возрастанием энергий и потоков частиц, а также повышенным содержанием а-частиц (Гецелев и др., 2001).
Отличительной особенностью СВ является его высокая ионизационная температура (2- 108 К). Кинетическая температура частиц СВ убывает с удалением от Солнца и на орбите Земли составляем 105 К. Проблема происхождения СВ тесно связана с проблемой нагрева хромосферы и короны (Витинский и др., 1976).
Солнце как звезда является генератором магнитного поля в окружающем его пространстве - межпланетного магнитного поля (ММП). Напряженность магнитного поля на Солнце распределена весьма сложным образом и неоднородно.
Плазма и магнитные поля в атмосфере Солнца находятся в постоянном сложном взаимодействии, которое и определяет всю динамику наблюдаемых здесь процессов и структур. Согласно законам магнитной гидродинамики, магнитное поле и плазма взаимодействуют таким образом, что образуют единую систему, при этом магнитное поле как бы "вморожено" в плазму. Постоянно истекающий СВ как бы уносит "вмороженное" солнечное магнитное поле, растягивая силовые линии в радиальном направлении, и, таким образом, формируя ММП.
Воздействие радиации на ткани живого организма
Биоэффективность вторичных КЛ у поверхности Земли определяется их составом, энергетическим спектром и плотностью потоков частиц. В общем виде, эффекты воздействия вторичного излучения КЛ на биологические системы должны сводиться к радиационным феноменам облучения. При облучении в органах и тканях биологических объектов как и в любой среде в результате поглощения энергии идут процессы ионизации и возбуждения атомов. Эти процессы лежат в основе биологического действия излучений. Его мерой служит количество поглощенной в организме энергии. В реакции организма на облучение можно выделить четыре фазы. Длительность первых трех быстрых фаз не превышает единиц микросекунд, в течение которых происходят различные молекулярные изменения. В четвертой медленной фазе эти изменения переходят в функциональные и структурные нарушения в клетках, органах и организме в целом.
Первая, физическая фаза ионизации и возбуждения атомов длится 10 сек Во второй, химико-физической фазе, протекающей 10 10 сек образуются высокоактивные в химическом отношении радикалы, которые, взаимодействуя с различными соединениями, дают начало вторичным радикалам, имеющим значительно большие по сравнению с первичными сроки жизни. В третьей, химической фазе, длящейся 10"6 сек, образовавшиеся радикалы, вступают в реакции с органическими молекулами клеток, что приводит к изменению биологических свойств молекул.
Описанные процессы первых трех фаз являются первичными и определяют дальнейшее развитие лучевого поражения. В следующей за ними четвертой, биологической фазе химические изменения молекул преобразуются в клеточные изменения. Наиболее чувствительным к облучению является ядро клетки, а наибольшие последствия вызывает повреждение ДНК, содержащей наследственную информацию. В результате облучения в зависимости от величины поглощенной дозы клетка гибнет или становится неполноценной в функциональном отношении. Время протекания четвертой фазы очень различно и в зависимости от условий может растянуться на годы или даже на всю жизнь.
Различные виды излучений характеризуются различной биологической эффективностью, что связано с отличиями в их проникающей способности и характером передачи энергии органам и тканям (http://nuclphvs.npi.msu.su/np/radiation/rad 3.htm)
Взаимодействие с веществом вторичного излучения КЛ определяется, в значительной мере, степенью представленности различных частиц в составе потоков вторичного излучения, а также их энергетическим спектором.
При прохоэ/сдении протона через вещество за счет ионизации атомов среды происходит практически непрерывное уменьшение его энергии. Пробег протона данной энергии в среде определяется как средняя толщина проходимого слоя поглотителя в направлении начального движения. При всех энергиях протонов важную роль играет процесс многократного рассеяния.
Прохождение у-лучей через вещество приводит к частичному поглощению и рассеиванию. В области энергий у-лучей от нескольких кэВ до нескольких Мэв удаление у-квантов из пучка происходит в основном в результате фотоэффекта, комптоновского рассеяния и рождения электронно-позитронных пар. В каждом их этих процессов у-квант передает либо часть своей энергии, либо всю энергию электронам: фотоэлектрону, комптоновскому электрону или паре электрон-позитрон. Электроны передают полученную от у-лучей энергию веществу практически в том же месте, где произошел акт взаимодействия у-кванта с веществом, т.к. пробеги электронов в веществе малы.
Энергия фотоэлектрона Ее = Е у- Jh где Е у - энергия у-кванта, а У„ - энергия связи электрона в той оболочке атома, которую он покинул ( і = К, Lj, Ln и т.д.). Вероятность фотоэффекта растет с ростом Z как Z", где п меняется примерно от 4 до 5. При Е у 0,2 Мэв эффективное сечение фотоэффекта падает с ростом энергии как Еу3 или при Е у 0,5 Мэв как Е. При Е у JK основную часть ( 80%) сечения фотоэффекта на этом та составляет сечение для К- оболочки тк; та 5/4 тк для z 60.
Энергия рассеянного кванта определяется формулой Комптона. При больших энергиях рассеянное излучение направлено преимущественно вперед. Электрон получает наибольшую энергию при рассеянии у-лучей назад. Энергия квантов рассеянных назад, не превышает % тс2 = 255 кэв. При Е у много /4 тс2 - у-кванты почти не теряют энергии при рассеянии. При возрастании Е все большая доля энергии первичных у-лучей передается комптоновским электронам. При Е у = 1,5 Мэв энергия кванта делится в среднем между рассеянным квантом и электроном, а при дальнейшем увеличении Е у доля энергии, отдаваемой электронам, стремится к 100%. Полное интегральное сечение быстро уменьшается с ростом ЕТ При больших энергиях Е у 2тс2 возможно образование пар электрон- позитрон, а также образование пар не электронах.
Исследования иммуно-реактивного состояния организма на основе реакции везикулообразования (РВО)
Кроветворные органы чрезвычайно чувствительны к различным воздействиям на организм, и тонким отражением этих воздействий является картина крови (Новиков, Мастрюков, 1980). О морфофункциональном состоянии крови судили на основании общего и клинического анализа крови: общему количеству лейкоцитов (ммоль/л), уровню гемоглобина ( г/л), скорости оседания эритроцитов (СОЭ) (мм/ч), "формуле" крови, в которой учитывали количество палочкоядерных нейтрофилов (Пал), сегментоядерных нейтрофилов (Сег), эозинофилов (Эоз), лимфоцитов (Лимф), моноцитов (Мон), плазматических клеток (Плаз) (Лабораторные методы исследования в клинике. Справочник, 1987). 3.2.2. Неспецифическая иммунорезистентность
Состояние неспецифической иммупорезистентности организма исследовали на основе реакции везикулообразования (РВО), фагоцитарной активности нейтрофилов, бактерицидной активности и численности микрофлоры кожных покровов. 3.2.3 Исследования иммуно-реактивного состояния организма на основе реакции везикулообразования (РВО)
Реакция везикулообразования (РВО) представляет собой процесс, который развивается в цельной крови при разведении ее концентрированным раствором электролита, и выражается в том, что вокруг отдельных лейкоцитов образуется светлая зона (везикула), вследствие радиального раздвигания эритроцитов. Это явление впервые было описано Н.Н.Клемпарской (Клемпарская, 1969) как "реакция бляшкообразования", но впоследствии было переименовано В.С.Кисляковым в РВО (Кисляков, 1976). Кроме того, в работах М.В.Голованова с соавторами ( Голованов, Терещенко, 1981; Голованов, 1984) аналогичный феномен был назван "ореолообразованием", а клетки, вокруг которых наблюдаюся "ореолы ",-ореолообразующими клетками (ООК).
Полагают, что "везикулы" или "ореолы" возникают в крови вокруг полиморфноядерных лейкоцитов (ПМЯЛ) и, в определенной степени, отражают иммунореактивность организма (Зикевская и др., 1984). Реакция РВО является одним из признаков иммунологической перестройки, сенсибилизации организма к ауто- или гетерологичным антигенам (Кисляков, 1976, Зикевская и др., 1984). При сенсибилизации определенная часть гранулоцитов, поврежденных иммунными комплексами (IK), взаимодействуют с эритроцитами, на поверхности которых сорбированы те же специфические иммунокомплексы (IK). В результате электростатического реагирования одноименных зарядов вокруг поврежденных лейкоцитов отодвигаются эритроциты с образованием округлых пространств "везикул" (Кисляков, 1976). В норме, когда РВО ставится при 37С на 4 ч., среди везикул превалируют "малые" и "средние" и мало "больших" элементов (Печерский и др., 1981). При сенсибилизации, кроме общего увеличения числа везикул, появляются "гигантские" и "сливные" ( Зикевская и др., 1984, Печерский, Сапорбекова, 1985). Количество везикул на единицу объема крови (Nves) и их размеры или площадь (Sves) достаточно стабильны для здорового организма, но меняются в зависимости от состояния внутренней и внешней среды. Изучение РВО у раненых и больных (в частности, с вирусными и бактериальными инфекциями) выявило ее высокую информативность при прогнозировании и оценке тяжести инфекционных осложнений (Зикевская и др., 1984; Позняк и др., 1988). Характер РВО оценивают на основе подсчета везикул в 1 мкл с определением относительного количества везикулообразующих клеток (ВОК) к общему числу лейкоцитов, а также с помощью качественной оценки степени представленности везикул различного диаметра (Зикевская и др., 1984). В нашей работе проведена формализация различных показателей РВО и на основе количественных критериев сделана попытка оценить информативную значимость этого феномена как для характеристики динамики состояния организма, так и для выявления эффектов внешнего воздействия. Для этого цельную кровь, разведенную концентрированным раствором лимоннокислого натрия, наносили на предметное стекло, помещенное во влажную камеру (чашку Петри со смоченной водой фильтровальной бумагой на дне) и инкубировали препараты крови при 37 С в течение 4 ч.( Белишева и др., 1997) Анализ РВО проводили с помощью микроскопа, формализация показателей РВО включала: 1) учет общего количества везикул (N) всех размеров (классов); 2) дифференцированный подсчет везикул в каждом классе и вычисление общей условной площади (S), занимаемой всеми просчитанными везикулами. Разделение везикул на классы производили в соответствии с принятыми рекомендациями (Зикевская и др. 1988). На основе подсчета количества везикул в каждом классе (Nl...Nn) и вычисления их общей площади: 2 п (Rl2xNl+...Rn2xNn), получали значение S. Для характеристики радиуса средней везикулы каждого класса (R) вводили условные коэффициенты (А.Н.Попов, неопубликовано), в которых за единицу измерения принимался диаметр эритроцита. Для выяснения природы феномена РВО, его связи с иммунологическими реакциями и принадлежности ВОК к определенному классу ПМЯЛ, было оценено влияние латекса и его фагоцитоза на показатели РВО, а также поставлен НСТ-тест, отражающий готовность нейтрофила к завершенному фагоцитозу (Белишева и др., 1997).
Связь динамики образования многоядерных клеток с солнечными протонными событиями и GLE
В этом случае мы видим явление взаимной компенсации двух разных, но, вероятно, сцепленных между собой процессов, которые отражают хаотизацию состояния клеточных культур - увеличение разброса показателей во время протонных событий и реорганизацию - сужение разброса показателей при возрастании ГМА. Прямую связь с этими процессами и выполнение стабилизирующей (компенсаторной) функции в поддержании оптимального числа ядер в МК имел процесс образования ГК, который, вместе с тем, отражал и процессы образования гигантских ядер. С одной стороны, гигантские ядра возникали за счет «спекания» ядер, вероятно, в результате локальных радиационных эффектов, связанных с прохождением треков частиц вблизи ядер или через ядерный материал клеток, с другой стороны - за счет слияния ядер в многоядерных клетках и не расхождения ядер во время митоза (Шейкина и др., 1978а,б). «Спекшиеся» ядра сразу разваливались и утилизировались соседним клеточным окружением. Гигантские ядра второго типа, скорее всего, возникали в результате слияния ядер в многоядерных клетках, причем этот процесс наиболее активизировался при возрастании ГМА. Т.е. во время возрастания ГМА, по-видимому, преобладал процесс компактизации ядер в ядерных ассоциатах с образованием одиночных гигантских ядер. Этот процесс осуществлялся параллельно с процессом слияния клеток и степень его выраженности зависела от интенсивности последнего (рис. 15,16 ), который, в свою очередь, зависел от начального значения индекса МК в каждом отдельном эксперименте, что находится в полном соответствии с законом начального значения Д.Уайдлера.
Этот закон гласит, что интенсивность, и направленность ответных реакций организма на воздействие того или иного фактора зависит от уровня начального значения: чем выше этот уровень, тем меньше ответная реакция на возбуждающие раздражители и тем больше выражена реакция на воздействие факторов, способствующих уменьшению значения данной функции. В определенном смысле, закон Уайдлера расширяет возможности закона Чижевского: если последний утверждает непреложность компенсаторных реакций при выведении системы из устойчивого равновесия, то первый позволяет предвидеть характер тех или иных компенсаторных реакций, при условии знания начальных характеристик состояния системы. Если снять ограничения, связанные с размерностью биологических систем, содержащихся в формулировке данных законов (биосфера, организм), то можно полагать, что законы А.Л.Чижевского и Д.Уайдлера приложимы к любым целостным системам, по крайней мере, включающим и клеточный уровень. Во всяком случае, они должны быть выполнимы для всех неустойчивых динамических систем, основные свойства которых определяются стремлением к сохранению устойчивости путем введения противодействия, нейтрализующего дестабилизирующие влияния (Романовский и др., 1984).
Интерпретация полученных результатов в соответствии с утверждениями закона А.Л.Чижевского о "квантитативной компенсации" позволила не только обнаружить сбалансированность динамики морфо-функционалыюго состояния клеточных культур, но также выявить характер компенсаторных реакций на геномном уровне, направленных на стабилизацию генома. В этом случае, нейтрализация морфогенетических эффектов, (образование МК) возникших вследствие внешнего воздействия, посредством компенсаторного процесса (слияния ядер в ГК и распадом ядерного материала), имеют особенно важное значение, поскольку направлена на устранение "запрещенных" генетических вариантов, вероятно, несовместимых с жизнеспособностью клеточных популяций (Бахтин, 1974; 1980; 1984).
Следует также отметить, что наряду с универсальностью характера морфо-функциональных изменений в различных клеточных линиях, величина реакции на варьирующие условия среды для каждой клеточной линии индивидуальна. Вероятно, такая реакция обусловлена исходным функциональным состоянием клеточных культур: так, для L клеток при исходном значении индекса-МК 0.7% , его величина в возмущенный геомагнитный период возрастает в 16.4 раза; а при исходном значении МК 5.7% - только в 1,7 раза. Эти результаты подтверждают данные Маклеода и соавторов (McLeod et al., 1992), которые показали, что чувствительность клеток к низкочастотным ЭМП определяется состоянием клеточных систем. Менее выраженное увеличение многоядерности в клеточных линиях СНО и FHM при вариациях ГМП по сравнению с клетками L также можно объяснить различиями в исходном уровне этого признака в спокойный геомагнитный период: для клеток линии L среднее значение индекса-МК составляет 1.5%, а для клеток линий СНО и FHM 8.2% и 8.5%, соответственно.
Оценка корреляции динамики индекса-МК в исследуемых клеточных линиях показала высокую степень взаимной сцепленности этого параметра для 3-х клеточных линий, несмотря на их филогенетическое и онтогенетическое различие (ранговый коэффициент корреляции между значениями индексов МК для трех клеточных линий в спокойный и возмущенный геомагнитный период составил 0.98 при уровне достоверности 0.99). Дополнительным подтверждением "когерентности" процессов, протекающих в клеточных популяциях при вариациях ГМП служат идентичные морфо-функциональные и генетические изменения, проявляющиеся на внутриклеточном и межклеточном уровнях. «Когерентное» изменение в состоянии клеточных культур свидетельствует, с одной стороны, о наличии общей для этих изменений причины, с другой стороны, об универсальном характере реакций клеточных популяций на вариабельные условия среды. В силу сопряженности динамики морфо-функционального состояния клеточных культур и вариаций ГМП, а также синхронности морфо генетических изменений в клеточных культурах различного филогенетического и онтогенетического происхождения, в качестве внешней причины, меняющей "стратегию" жизни клеточных популяций, можно рассматривать комплексное воздействие геокосмических агентов, которые являются источниками высокой неравновесности среды, вызванной «инъекцией» энергетических потоков электромагнитного и корпускулярного происхождения.
