Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы изучения влияния электромагнитного излучения на биологические системы (обзор литературы) 9
1.1 Реакции биологических систем на воздействие электромагнитного поля 14
1.2 Применение метода биотестирования для оценки влияния комбинированного воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот и химических реагентов на биологические системы 25
2. Материалы и методы исследований 31
3. Биологические эффекты действия электромагнитного излучения крайне высоких частот на тест-объекты в различных частотных диапазонах 44
4. Биологические эффекты комбинированного воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот и загрязняющих веществ на тест-объекты 53
4.1 Биологические эффекты комбинированного воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот и фенола 53
4.2 Биологические эффекты комбинированного воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот и этанола 57
4.3 Биологические эффекты комбинированного воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот и азида натрия 62
4.4 Биологические эффекты комбинированного воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот и ацетата свинца 67
4.5 Биологические эффекты комбинированного воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот и химических факторов на фото-синтетическую активность Sc. quadricanda 70
5. Биологические эффекты комбинированного воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот и биологически активных веществ на тест-объекты 75
5.1 Биологические эффекты комбинированного воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот й гетероауксина 75
5.2 Биологические эффекты комбинированного воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот и метронидазола 82
5.3 Биологические эффекты комбинированного воздействия электромагнитного излучения крайне высоких частот и никотина 85
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88
ВЫВОДЫ 93
Список использованных источников 95
- Реакции биологических систем на воздействие электромагнитного поля
- Материалы и методы исследований
- Биологические эффекты действия электромагнитного излучения крайне высоких частот на тест-объекты в различных частотных диапазонах
Введение к работе
Все многообразие живого на Земле развивается в неразрывном единстве с различными факторами окружающей среды, многие из которых имеют электромагнитную природу. Организмы в процессе эволюции приспособились к определенному уровню ЭМП. Диапазон НЭМИ естественного происхождения у поверхности Земли довольно широк - от 10'4 до 1015 Гц, значительная часть их ММ-волны - ЗхЮ-ЗхЮ11 Гц (Владимирский, 1980). В XX и XXI вв. естественный электромагнитный фон биосферы Земли существенным образом стал дополняться искусственными НЭМИ. Развитие радиоэлектроники, ее внедрение во все области науки и техники является неотъемлемой стороной человеческой цивилизации. С каждым годом возрастают уровни мощности ЭМИ, создаваемые всевозможными искусственными источниками, такими как высоковольтными подстанциями, воздушными ЛЭП высокого, сверхвысокого и ультравысокого напряжений, теле- и радиопередающими центрами, радиолокационными установками, различными системами радиосвязи, в том числе сотовой и спутниковой, электробытовыми приборами (телевизорами, компьютерами, холодильниками, кондиционерами и т. д.). Искусственно созданные ЭМП являются новым фактором окружающей среды, и пока неизвестно, какое именно действие (положительное или отрицательное) он оказывает на биологические системы. Несомненно, превышение природных уровней ЭМИ при повседневном хроническом воздействии на живые организмы может повлечь за собой существенные изменения в популяциях и сообществах. В связи с этим возникла необходимость решения вопросов, касающихся выяснения степени вредности ЭМИ для живых организмов, установления предельно допустимых уровней его воздействия, разработки мер профилактики и защиты.
Однако до настоящего времени достоверно не определены основные механизмы нетеплового действия ЭМИ на клетки и организм в целом. Поскольку в реальных условиях обычно присутствуют и действуют на организмы несколько загрязнителей, способных в сочетании вызвать эффекты, которые невозможно оценить на основе однофакторных экспериментов. При комплексном воз-
действии происходят особые взаимодействия, когда влияние одного фактора в какой-то мере изменяет (усиливает, ослабляет и т.п.) характер воздействия другого. Работы данного направления немногочисленны и противоречивы. В связи с этим в современной экологии актуальной становится проблема оценки комплексного воздействия факторов окружающей среды на биологические системы. Цель данной работы заключается в выявлении особенностей комбинированного воздействия ЭМИ КВЧ и некоторых химических веществ на биологические объекты. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
исследовать реакции биологических систем на воздействие определенных параметров ЭМИ КВЧ;
определить на основе экспериментальных данных резонансный характер воздействия ЭМИ КВЧ при установленных параметрах электромагнитного поля;
исследовать влияние химических веществ (фенола, этилового спирта, азида натрия, ацетата свинца, тиосульфата натрия, среды Успенского, гетероа-уксина, метронидазола, никотина) на биологические системы;
выявить закономерности воздействия ЭМИ КВЧ и химических веществ с учетом вариантов их комбинированного взаимодействия.
Научная новизна. Впервые проведено моделирование комплексного взаимодействия физического и химического факторов окружающей среды на биологические системы. Установлено, что наблюдаемые эффекты зависят от последовательности воздействующих факторов, природы химического реагента, его концентрации, состояния организмов и параметров ЭМИ КВЧ. Выявлена разнонаправленность биологических эффектов от комбинированного влияния на резонансных частотах. В диапазоне частот 53-75 ГГц обнаружено три полосы (59, 65 и 67 ГГц) резонансного воздействия ЭМИ КВЧ на биологические объекты, две из которых совпадают с частотами возбуждения молекулярных волн в воде и водосодержащих средах. Экспериментально доказано опосредованное действие ЭМИ КВЧ на клетку.
Научно-практическая значимость. Результаты исследований имеют важное теоретическое значение для понимания механизмов действия ЭМИ КВЧ на
клеточном уровне. С учетом установленных особенностей комплексного воздействия физического и химического факторов могут быть выработаны практические рекомендации к предельно-допустимому уровню ЭМП и различных химических веществ. Выявленная возможность снижения токсичности среды для гидробионтов под влиянием ЭМИ КВЧ определяет перспективность практического применения облучения для уменьшения токсичности сточных вод. Полученные данные используются в курсе лекций по экологии и на большом практикуме в Саратовском государственном университете.
Апробация работы. Основные результаты и положения работы докладывались на: Второй и Четвертой международных научных конференциях «Биотехнология - охране окружающей среды» (Москва, 2004, 2006 гг.), Международной конференции памяти доктора биологических наук проф. Б.А.Флерова «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок, 2005 г.), IX съезде Гидробиологического общества РАН (Тольятти, 2006 г.), Четвертом международном конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2006 г.), научной конференции Саратовского государственного технического университета «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2007 г.), научных конференциях Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского (Саратов, 2004-2007 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, две из которых в изданиях перечня ВАК РФ.
Декларация личного участия. Диссертантом выполнен весь объем экспериментальных работ, проведены расчеты, обработка и анализ результатов, сформулированы положения, выносимые на защиту, и выводы. Самостоятельно подготовленные автором рукопись диссертации, тезисы докладов и статей были отредактированы научным руководителем. В совместных публикациях доля участия автора составила 50-80%.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и приложения. Объем работы составляет 123 стра-
ницы, содержит 8 таблиц и 37 рисунков. Список литературы включает 230 источников, из которых 45 на иностранных языках. Основные положения, выносимые на защиту:
Одновременное влияние ЭМИ КВЧ (65 ГГц, 120 мкВт/см , время воздействия 15 мин) и химического реагента (в частности, фенола) в низкой концентрации (5 мг/л) стимулирует появление клеток с более высокими адаптационными свойствами к неблагоприятным условиям среды.
Реакция на сочетанное действие ЭМИ КВЧ и биологически активных веществ (БАВ) не является суммой ответных реакций при воздействии этих факторов в отдельности: ЭМИ КВЧ снижает степень потенциального воздействия БАВ на клеточные структуры.
Электромагнитное излучение КВЧ способно уменьшать токсичность сточных вод, так как оно обеспечивает определенную структуризацию водосо-держащих сред.
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
(обзор литературы)
Все живые организмы существуют в тесном взаимодействии с различными элементами внешнего по отношению к ним мира - средой, с которыми они взаимодействуют непосредственно и к воздействию которых адаптированы исторически (Одум, 1979). Функционирование биологических систем зависит от определенной совокупности условий обитания. При этом экологическое значение для них имеет как абсолютная величина того или иного фактора, так и скорость его изменения. Экологические факторы могут не только благоприятно влиять на нормальную жизнедеятельность биологической системы, но и оказывать лимитирующее воздействие на ее присутствие и нормальное функционирование. В настоящее время скорость увеличения вредного воздействия средо-вых факторов и интенсивность их влияния уже выходят за пределы биологической приспособляемости экосистем к изменениям среды обитания и создают прямую угрозу жизни. Нежелательное изменение физических, химических или биологических характеристик условий обитания, которое может сейчас или в будущем оказывать неблагоприятное воздействие, называется загрязнением.
В современных условиях принято выделять: естественное (вулканы, лесные пожары и пр.) и антропогенное загрязнения, являющееся результатом хозяйственной деятельности человека, иногда по масштабам воздействия превосходящее природное. Широко распространены классификации по типам среды (воздух, вода, почва и т.п.) и загрязняющим факторам (свинец, углекислый газ, твердые отходы и т.д.). Различные типы загрязнения окружающей среды подразделяются на три основных: физическое, химическое и биологическое.
В результате расширения хозяйственной деятельности человека и развития информационного пространства количество разнообразных видов загрязнения окружающей среды неуклонно возрастает. Загрязнение химическими веществами окружающей среды стало одним из определяющих факторов существо-
вания и развития экосистем различного уровня организации. В последние годы мировой общественностью признано, что ЭМП антропогенного происхождения являются важным и значимым экологическим фактором с высокой биологической активностью.
Анализ систем отраслей связи, передачи и обработки информации, транспорта и ряда современных технологий показывает, что в ближайшем будущем будет нарастать использование технических средств, генерирующих электромагнитную энергию в окружающую среду. С начала 1990-х гг. XX в. произошли изменения в структуре источников ЭМП, связанные с возникновением их новых видов (сотовой и других видов персональной и мобильной коммуникации), освоением новых частотных диапазонов теле- и радиовещания, развитием средств дистанционного наблюдения и контроля и т. д. Особенностью этих источников является создание равномерной зоны "радиопокрытия", что является ничем иным, как увеличением электромагнитного фона в окружающей среде. Термин "глобальное электромагнитное загрязнение окружающей среды" официально введен в 1995 г. Всемирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ), включившей эту проблему в перечень приоритетных для человечества. В числе немногих всемирных проектов ВОЗ реализует Международный электромагнитный проект (WHO International EMF Project), что подчеркивает актуальность и значение, придаваемое международной общественностью этой проблеме. В свою очередь практически все технически и культурно развитые страны реализуют свои национальные программы исследования биологического действия ЭМП и обеспечения безопасности человека и экосистем в условиях нового глобального фактора загрязнения окружающей среды.
Как физический фактор ЭМИ характеризуется целым рядом биотропных параметров: интенсивностью (плотностью потока энергии (ППЭ)), частотой (или соответствующей длиной волны), структурой ЭМП (ближней или дальней зоной излучения), наличие или отсутствие модуляции и тип модуляции (амплитудная, частотная, импульсная, фазовая или сложная), поляризация (линейная или круговая), длительность и режим экспозиции (острое или хроническое воз-
действие, непрерывное или прерывистое), локализация воздействия и др. ЭМП
это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины ее существования связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное Н, а изменяющееся Н - вихревое Е: обе компоненты Е и Я, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц ЭМП «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне). Электромагнитные волны характеризуются длиной волны X, основная единица измерения - метр (м). Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуется понятием частота генерации/ единица измерения - герц (Гц). Электромагнитные волны, возникающие при колебании электрических зарядов (при прохождении переменных токов), называются радиоволнами. Интервал длин радиоволн - от мм до десятков км, что соответствует частотам колебаний в диапазоне от ЗхІО4 до ЗхІО11 Гц. Интенсивность ЭМП в какой-либо точке пространства зависит от мощности генератора и расстояния от него. На характер распределения поля в помещении влияет наличие металлических предметов и конструкций, которые являются проводниками, а также диэлектриков, находящихся в ЭМП. Важной особенностью ЭМП является деление на так называемую «ближнюю» и «дальнюю» зоны. В «ближней» зоне, или зоне индукции, на расстоянии от источника г<\ ЭМП можно считать квазистатическим. Здесь оно убывает с расстоянием обратно пропорционально квадрату г или кубу f расстояния. В «ближней» зоне электромагнитная волна еще не сформирована. Для характеристики ЭМП измерения Е и Я производятся раздельно. «Дальняя» зона
это зона сформировавшейся электромагнитной волны, которая начинается с расстояния г>Ъ\. В «дальней» зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника г'1.
Рассматривая проблему электромагнитного загрязнения окружающей
среды, следует отметить, что ЭМИ не является абсолютно новым видом воз
действия, ранее не существовавшим в природе. В этом состоит его принципи
альное отличие от многих химических загрязнителей, никогда не существовав
ших в природе и появившихся в результате научно-технического прогресса.
ЭМИ (естественный, природный электромагнитный фон) сопровождало все ста
дии развития живого на Земле. В спектре электромагнитного фона условно мож
но выделить несколько составляющих: постоянное (геомагнитное), переменное
магнитное и электростатическое поле в диапазоне частот от 3-10-1012 Гц. Осо
бое внимание при изучении влияния естественных ЭМИ на живую природу
уделяется геомагнитному полю, как одному из важнейших факторов окружаю
щей среды и являющимся существенным компонентом среды обитания (Поток
энергии..., 1980). Природные ЭМП радиочастотного диапазона характеризуют
ся относительно низким уровнем излучения, нерегулярным характером воздей
ствия. Считается, что суммарный эффект воздействия естественных источников
на биообъекты незначителен (Григорьев, 2000). !,-
Техногенные источники ЭМИ можно разделить на два больших класса. К первому относятся источники, специально предназначенные для излучения электромагнитной энергии в окружающую природную среду. К этим источникам относятся радиолокационные, радиопередающие, телевизионные, радиорелейные станции, станции спутниковой связи, физиотерапевтические установки, различные системы радиосвязи, технологические установки в промышленности и др. Ко второму классу относятся источники, не предназначенные для излучения электромагнитной энергии в окружающую среду, но при работе которых происходит излучение электромагнитных волн. К таким источникам следует отнести системы передачи и распределения электроэнергии и приборы, потребляющие электроэнергию (электронагревательные приборы, компьютеры, телевизоры, холодильники, СВЧ-печи и Т.п.).
С точки зрения гигиенического нормирования ЭМИ разделяются на два частотных диапазона: излучение промышленной частоты (0.1-3000 Гц) и ра-
диочастотного диапазона (3-3000 ГГц) (табл. 1). При этом в разных частях спектра ЭМИ оказывает свои специфические свойства на биосистемы (Григорьев, 2000). При относительно высоких уровнях мощности облучающего ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия. При относительно низких уровнях принято говорить о нетепловом или информационном характере воздействия на организм, поскольку речь идет о влияниях сверхслабых излучений нетепловой интенсивности, которые не оказывают энергетического воздействия (Пресман, 1968, 1971; Девятков, 1973; Голант, 1986а; Froh-lich, 19686).
Таблица 1 Международная классификация электромагнитных волн радиочастотного диапазона (Григорьев и др., 1999)
. Живые организмы в процессе эволюции приспособились к определенному уровню ЭМП. Однако, резкое, значительное его повышение (в историческом аспекте) вызывает напряжение адаптационно-компенсаторных возможностей организма. Долговременное действие этого фактора может привести к его истощению, что повлечет необратимые последствия на системном уровне (Григорьев и др., 2003). Проблема адаптации организма к физическим факторам окружающей среды охватывает большой круг вопросов, включая поиск физиологических методов управления адаптацией, возможности воздействия на различ-
ные стороны ее проявления, усиления противодействия нарушениям гомеостаза с помощью средств коллективной и индивидуальной защиты, повышения биологической устойчивости организма к неблагоприятному воздействию фактора.
Реакции биологических систем на воздействие электромагнитного поля
Проблема изучения воздействия неионизирующего ЭМИ радиочастотного диапазона низкой интенсивности на биологические системы является одной из наиболее актуальных в экологии (Бецкий и др., 2004). Анализ литературы показывает, что обширный экспериментальный материал носит крайне противоречивый характер. Кроме того, до настоящего времени достоверно не установлено, что же является первичной мишенью, воспринимающей ЭМИ КВЧ. В последнее время появились многочисленные теоретические разработки и отдельные, правда, еще не бесспорные эксперименты по поводу того, что ЭМИ является не только фоном, на котором разворачиваются основные биологические процессы, но оно играет определяющую роль во всех процессах обмена (Гапеев, Чемерис, 2007). Согласно существующим представлениям, влияние ЭМП может осуществляться как на всю биологическую систему, так и реализо-вываться на отдельных уровнях ее организации (Кудряшов, 1980; Ковешников, 1988; Петросян и др., 1996; Малинина и др., 2001). Как правило, в работах изучается реакция отдельных особей или различных видов живых организмов на воздействие ЭМИ. Есть единичные материалы исследований, посвященных изучению влияния ЭМП на природные биологические системы организменного и надорга-низменного уровня (популяции, сообщества, экосистемы) (Шляхтин и др., 2000).
Варианты воздействия фактора на живые организмы разнообразны: непрерывное и прерывистое, общее и местное, комбинированное от нескольких источников и т. д. (Гапеев, Чемерис, 1999). На биологическую реакцию влияют интенсивность, частота, продолжительность облучения, модуляция сигнала и сочетание частот, а также периодичность действия и комбнирование ЭМИ с рядом других физических факторов (Девятков и др., 1981). Особенности взаимодействия ЭМП с живыми организмами зависят, прежде всего, от таких био-тропных параметров, как частота колебаний и интенсивность излучения (Бец-кий, Девятков, 1996). Частота колебаний определяет квант энергии hv и собственно характер воздействия (ионизирующие и неионизирующие излучения). В зависимости от интенсивности колебаний выделяют слабые (низкоинтенсивные, нетепловые) и сильные поля. Условной границей этих полей является величина 10 мВт/см2, при которой нагрев тканей не превышает 0.1 С, что не считается физиологически значимой величиной (Пресман, 1971; Девятков, 1973; Голант, 19866). В связи с этим наибольший научный и практический интерес представляет изучение воздействия на различные объекты малых, нетепловых доз излучения с целью направленного изменения свойств или функций облучаемого объекта. Эти колебания занимают частотный диапазон 30-300 ГГц (крайне высокие частоты - КВЧ-диапазон), что соответствует длинам волн в воздухе 1-Ю мм (миллиметровые волны - ММ-волны). Низкоинтенсивные ММ-волны играют важную информационную роль в процессах жизнедеятельности биологических объектов (Девятков и др., 1981, 1991; Хадарцев, 1999; Григорьев, 2000; Webb et al., 1977).
Идея о возможности специфического воздействия электромагнитных колебаний КВЧ-диапазона на биологические структуры и организмы высказана в 1964-1965 гг. (Девятков, 1973). К настоящему времени накоплен большой материал по экспериментальному и теоретическому изучению биологических эффектов низкоинтенсивного КВЧ-излучения. При этом основное внимание уделялось исследованию частотной зависимости изменений параметров биологических систем под действием ЭМИ КВЧ. В работе (Филиппова, Алексеев, 1995) авторами предпринята попытка систематизировать экспериментальные данные, отражающие участие хеморецепторных структур в формировании биологических эффектов ЭМИ радиочастотного диапазона. Такой подход авторов обусловлен тем, что на любое внешнее воздействие в первую очередь реагируют регуляторные системы организма - нервная, иммунная и эндокринная. Данные литературы показывают, что эффект воздействия ЭМИ КВЧ на уровне орга низма млекопитающего может реализовываться посредством запуска системных механизмов регуляции гомеостаза, в частности, через нейро-эндокринно-иммунную систему регуляции (Алексеев и др., 1987; Мудрик и др., 1995; Walleczek, 1992). Первичная рецепция может происходить в периферических нервных окончаниях, находящихся в коже (Аловская и др., 1998). Далее сигнал поступает в ЦНС, где происходит изменение соотношения биогенных аминов, перестройка ритмики мозга реагирования. Сигналы о произошедших изменениях по эфферентным нервным волокнам поступают в органы иммунной системы и вызывают локальные изменения, в частности, изменение концентрации моноаминов, что и влияет на процессы иммуногенеза (Grundler et al., 1977; Belyaev et al., 1993). Нервные окончания могут воспринимать сигналы как непосредственно (влияние ЭМИ КВЧ на внутриклеточную сигнализацию), так и в виде различных нейромедиаторов и цитокинов, высво-бождающихся из секреторных клеток кожи. При действии ЭМИг КВЧ может развиваться адаптационный синдром и повышение устойчивости к неблагоприятным воздействиям (Воробьев и др., 1999). Однако, хроническое действие ЭМИ КВЧ, оказывая постоянный прессинг на регуляторные системы организма, вероятно, способно истощать резервы организма и вызывать нарушение гомеостаза (Belyaev, Kravchenko, 1994).
Анализ данных литературы, посвященной действию как кратковременного, так и хронического облучения низкой интенсивности на организм млекопитающего показал наличие неспецифических изменений во многих его системах (Тяжелова, 1982; Гарибов и др., 2005). При исследовании воздействия ЭМИ КВЧ на репродуктивные функции мышей отмечено прогрессирующее уменьшение численности потомства, преобладание во всех поколениях самцов над самками, а также появление мертворожденных мышей (Субботина и др., 2004). Авторами не исключается и ситуация индуцированного канцерогена на уровне генома клеток (Иванов и др., 2005).
Материалы и методы исследований
Исследования влияния комбинированного воздействия ЭМИ КВЧ и химических реагентов на биологические системы проводились в 2004-2007 гг. на базе кафедры морфологии и экологии животных биологического факультета и лаборатории электромагнитных полей Научно-исследовательского института Естественных наук Саратовского государственного университета.
В качестве моделей животной и растительной клеток использовали простейших инфузорий P. caudatum и одноклеточных протококковых зеленых водорослей Sc. quadricauda, которые, являясь одноклеточными формами, представляют собой целостный организм со всеми его жизненными проявлениями. Воздействие факторов также оценивали по результатам острых и хронических экспериментов на многоклеточных организмах -D. magna. Результаты, полученные на этих тест-объектах, имеют высокий коэффициент корреляции с результатами подобных исследований на теплокровных животных, что дает возможность экстраполяции данных на человека. Биотестирование проводили в соответствии с действующей нормативно-технической документацией: ПНДФТ 14.1:2:3:4.2-98, ФР 1.39.2001.00284, ФР 1.39.2001.00283. Общее количество экспериментов, выполненных в работе на всех группах тест-организмов, отражено в табл. 2.
В работе представлены тест-отклики организмов на воздействие ЭМИ КВЧ в частотном диапазоне 53-75 ГГц, в котором был обнаружен СПЕ-эффект - эффект резонансного возбуждения объемных молекулярных волн миллиметровым излучением в воде и водосодержащих средах (Синицын и др., 1998), а также в диапазоне 150-170 ГГц.
При проведении исследований биологических эффектов в диапазоне частот 53-75 ГГц использовался генератор Г4-142 (рис. 1). Биологические объекты облучались с помощью пирамидальной рупорной антенны длиной 12 см и апертурой 42x50 см2. Уровень мощности регулировался встроенным аттенюатором, измерялся термисторной головкой М5-50 и измерительным мостом М4-3. Максимальная мощность генератора (положение 100 внутреннего аттенюатора) в рабочей полосе частот изменялась от 7 до 12 мВт. Уста-навливались два дискретных уровня ППЭ: 4 и 120 мкВт/см . При проведении экспериментов в ручную перестраивали частоты с 53 по 75 ГГц с шагом 1ГГц.
При исследовании воздействия ЭМИ на тест-объекты в частотном диапазоне 150-170 ГГц использовали высокочастотную установку, источником излучения в которой являлась лампа обратной волны ЛОВ-87 «А». Облучение тест-объекта осуществляли с помощью параболической антенны апертурой 15x25 см; коэффициент усиления антенны был равен 50 дБ. Частоту излучения определяли прецизионным волномером с погрешностью 10"4. Кюветы с тест-объектами располагали на расстоянии 40 см от антенны. Плотность потока энергии ЭМИ в месте расположения антенны составляла 4-6 мкВт/см2. При данном уровне излучения возникновение тепловых эффектов практически исключалось, поскольку изменение температуры не превышало 0.1 С.
При исследовании биоэффектов комбинированного воздействия в качестве химического фактора использованы вещества: фенол, этиловый спирт, азид натрия, ацетат свинца, тиосульфат натрия (гипосульфит), среду Успенского и вещества с высокой биологической активностью (БАВ): гетероауксин, или индолил-3-уксусная кислота (ИУК), метронидазол (1-(2 гидроксиэтил)-2-метил-5-нитроимидазол), никотин (C10H14N2). Такой выбор химических веществ обусловлен механизмами их влияние на клетки: вещества, оказывающие токсическое действие на организмы, и биологически активные вещества, участвующие в различных процессах жизнедеятельности. В особую группу отнесен ацетат свинца из-за способности тяжелых металлов к аккумуляции. В табл. 1 приложения приведены харак теристики этих химических веществ. Выбор концентраций проводили согласно данным литературы (Баталь, 1979; Машковский, 1979; Ярушек и др., 1988; Иванова и др., 1999; Перечень..., 1999; Заботкина и др., 2005; Васин, 2006).
Методика биотестирования с использованием инфузорий P. caudatum. При исследовании воздействия химических веществ в различных концентрациях и ЭМИ КВЧ использовали культуру инфузорий P. caudatum (рис. 2).
Биологические эффекты действия электромагнитного излучения крайне высоких частот на тест-объекты в различных частотных диапазонах
Оценку биологических эффектов изолированного действия ЭМИ КВЧ проводили на трех группах организмов: P. caudatum, Sc. quadricauda и D. magna. Основными задачами данного этапа исследований были выявление особенностей воздействия ЭМИ КВЧ на биологические системы и выбор тест- объектов, которые позволяют наиболее быстро оценить степень воздействия данного фактора. Первоначально было проведено исследование зависимости числа подвижных инфузорий P. caudatum от частоты в диапазоне 53-75 ГГц при различной ППЭ и времени излучения. При определении тест-отклика на каждой частоте использовали кюветы с новыми (необлученными) образцами. Результаты представлены на рис. 6 и 7. Изменение концентрации движущихся инфузорий P. caudatum: время воздействия ЭМИ КВЧ - 15 мин; облучение тест-объектов в разных кюветах; ППЭ: 1 - 120 мкВт/см2,2-4 мкВт/см2 Как показали полученные данные, концентрация движущихся инфузорий изменяется при воздействии ЭМИ КВЧ. При этом на биологическую реакцию влияют частота, интенсивность и продолжительность облучения. Наиболее вы-ражена реакция P. caudatum при ППЭ 120 мкВт/см и времени воздействия ЭМИ КВЧ 15 мин. При этом на определенных частотах среднее значение числа подвижных парамеций, проходящих через луч света фотометра, резко изменяется. Максимальный отклик зарегистрирован на частоте 65 ГГц, для которой был обнаружен наибольший резонансный отклик воды. На частоте 55 ГГц эф-фект проявился лишь при ППЭ 120 мкВт/см и уменьшении времени воздействия ЭМИ до 3-х мин, что в принципе совпадает с результатами предшествующих работ (Синицын и др., 1998). Однако, нами было обнаружено резонансное изменение концентрации движущихся инфузорий под действием ЭМИ КВЧ и в районе частоты 60 ГГц, что, вероятно, объясняется экспериментом с живым биообъектом, а не с водой. Анализируя результаты исследований, следует от-метить, что снижение ППЭ до 4 мкВт/см (см. рис. 6) приводит к незначительному сдвигу пиков активности инфузорий по частотам. С другой стороны, уменьшение времени воздействия ЭМИ КВЧ с 15 до 3 мин (см. рис. 7) приводит к значительному увеличению тест-отклика на частоте 56 ГГц при его уменьшении на частотах 59 и 65 ГГц. Исследуя влияния физических и технических факторов на воспроизведение СПЕ-эффекта, было обнаружено (Синицын и др., 1998), что резонансный отклик воды на частоте 52 ГГц был получен только при использовании генератора Г4-141 (рабочий диапазон частот 37.5-53.57 ГГц). При использовании генератора Г4-142 отклик на этой частоте зарегистрирован не был. Можно предположить, что для появления резонансного отклика воды на частоте 52 ГГц необходимо ее предварительное облучение на одной из частот в полосе перестройки генератора Г4-141, т.е. необходимо предварительно перевести атом водорода на энергетический уровень, на котором может проявляться эффект возбуждения объемных молекулярных волн. Здесь мы сталкиваемся с эффектом «памяти воды» при воздействии ЭМИ. Синицын с соавторами (1998) связывают эффект «памяти воды» с состоянием структуры сетки водородных связей, т.е. под воздействием миллиметрового излучения атом водорода переходит на новый энергетический уровень и сохраняется на нем определенный период времени (момент релаксации). При наблюдении СПЕ-эффекта облучали воду в полосе частот 53-78 ГГц в сканирующем режиме с шагом 0.1 ГГц с временной разверткой 24 с. Расчеты показывают, что время релаксации СПЕ-эффекта должно быть как минимум меньше 0.1 с. К сожалению, авторы работы не приводят сравнительные результаты проведенных ими экспериментальных исследований, когда в одной серии экспериментов использовалась одна и та же вода, а в другой серии при каждом измерении заливалась новая (необлученная вода). Для исследования влияния эффекта «памяти воды» на организм нами были проведены дополнительно два эксперимента: в первом из них на каждой исследуемой частоте облучали новые кюветы с образцами тест-объекта; во втором одну и ту же кювету облучали на всех частотах поочередно, снимая показания после каждого воздействия ЭМИ КВЧ. Было проведено также сравнительное экспериментальное исследование наблюдаемых эффектов при различном времени облучения биообъектов. Полученные данные экспериментов представлены на рис. 8 и 9.
