Введение к работе
Актуальность проблемы. Электромагнитные поля радиочастотного диапазона (ЭМП РЧ) всегда существовали в природе, но в результате повышенной потребности в электричестве, беспроводной технике, изменений производственных процессов в двадцатом веке воздействие от искусственных источников ЭМП РЧ непрерывно возрастало (Григорьев Ю.Г., 2005). Современный человек подвергается сложному сочетанию электрических и магнитных полей разных частот. Электромагнитные взаимодействия являются неотъемлемой частью физиологических процессов в клетке (Пряхин Е.А., Аклеев А.В., 2006), поэтому влияние внешних ЭМП РЧ имеет важное биологическое значение.
Проведено большое количество работ по оценке влияния факторов электромагнитной природы на млекопитающих и человека (Нагdell L. et al., 2006; Maes, A., 2001; McNamee, J.P, 2002; Vijayalaxmi, B.Z., 2001; REFLEX Final report, 2004; Пряхин E.A., 2007). Однако большой массив противоречивой информации о биологическом действии неионизирующих ЭМП РЧ не позволяет к настоящему времени прийти к обоснованному заключению об отсутствии неблагоприятных эффектов для здоровья человека при воздействии ЭМП РЧ с уровнями, соответствующими современным нормативам безопасности (СанПин 2.2.4/2.18. 055-96). До сих пор не решен вопрос, является ли ЭМП РЧ низкого, нетеплового уровня воздействия стрессором для биологических систем и, соответственно, может ли такое воздействие запускать адаптивные реакции в клетках. Известными проявлениями стресс реакции в клетках являются повреждения биологически значимых молекул и, прежде всего, ДНК (REFLEX Final report, 2004). Адаптивные клеточные реакции включают в себя изменение экспрессии генов, и с частности генов, кодирующих белки теплового шока, изменение энергетического обмена, повышение репарации ДНК, изменение длительности клеточного цикла, снижение или повышение вероятности апоптозной гибели клеток и др. (REFLEX Final report, 2004).
Прояснение механизмов адаптивных клеточных реакций при воздействии ЭМП РЧ являются необходимым для создания, по крайней мере, гипотетической базы для понимания механизмов биологического действия этого фактора. Кроме того, именно клеточные реакции лежат в основе стресс и адаптивных реакций на более высоких уровнях организации биологических систем и, по существу, определяют возможные последствия влияния ЭМП РЧ на здоровье человека.
Цель работы: Оценка адаптивных реакций клеток крови человека и экспериментальных животных при воздействии электромагнитных полей радиочастотного диапазона.
Задачи исследования:
1. Оценить влияние ЭМП РЧ с уровнями удельной поглощенной мощности (УПМ) от 0,29 до 8,1 Вт/кг на частоту клеток с микроядрами и на частоту апоптоза в культуре лимфоцитов периферической крови человека при воздействии in vitro.
С помощью метода ДНК-комет провести оценку влияния ЭМП РЧ с уровнями УПМ от 0,29 до 8,1 Вт/кг на состояние ДНК клеток периферической крови мышей при воздействии in vivo.
Сравнить эффекты воздействия факторов электромагнитной природы (ЭМП РЧ с разной поляризацией, электрическое поле, магнитное поле) на частоту эритроцитов с микроядрами в костном мозге у мышей при воздействии in vivo.
Определить, может ли воздействие факторов электромагнитной природы (ЭМП РЧ с разной поляризацией, электрическое поле, магнитное поле) приводить к развитию адаптивного ответа при использовании в качестве нагрузочного теста острого внешнего у-облучения в дозе 2 Гр.
Научная новизна работы. Впервые показано, что ЭМП РЧ с частотой 925 МГц (частотная модуляция 217 Гц) при воздействии с низкими нетермическими уровнями (УПМ в ближней зоне от 0,29 до 1,2 Вт/кг; ППМ в дальней зоне 1,2 мВт/см ) является генотоксическим стрессором для клеток млекопитающих, повреждающим ДНК, который индуцирует адаптивные реакции, направленные на повышение резистентности клеток к ионизирующему облучению и на снижение вероятности апоптозной гибели лимфоцитов периферической крови.
Впервые выявлено дозозависимое повышение частоты микроядер в трех-, четырехядерных лимфоцитах при воздействии ЭМП РЧ в ближней зоне излучающей антенны с УПМ от 0,29 до 8,1 Вт/кг.
Теоретическая и практическая значимость работы. В работе получены новые теоретические знания о стресс реакции и адаптивных клеточных реакциях при воздействии низкого уровня неионизирующих ЭМП РЧ, которые вносят вклад в развитие теоретических знаний по физиологии клетки при воздействии естественных и экстремальных факторов.
Выявленные особенности реакции биологических систем на ЭМП РЧ с разной поляризацией, магнитное поле, электрическое поле расширяют представления о свойствах биологических мишеней ЭМП.
Предложенный подход по оценке потенциально летальных повреждений ДНК в культуре лимфоцитов периферической крови человека (дозозависимое повышение частоты микроядер в трех-, четырехядерных лимфоцитах) может быть использован при оценке воздействия ЭМП РЧ на человека.
Результаты диссертационной работы включены в курсы лекционных и лабораторных занятий по дисциплине «Экология человека» биологического факультета ГОУ ВПО «Челябинский государственный университет». Полученные экспериментальные данные используются в научно-исследовательской работе экспериментального отдела ФГУН УНПЦ РМ при разработке подходов и методов оценки биологических эффектов ЭМП РЧ.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. ЭМП РЧ с частотой 925 МГц (частотная модуляция 217 Гц; УПМ в ближней зоне от 0,29 до 8,1 Вт/кг; ППМ в дальней зоне 1,2 мВт/см ) является генотоксическим стрессором для клеток млекопитающих, повреждающим
ДНК.
Биологические мишени для ЭМП РЧ обладают свойствами, которые реализуются в избирательном реагировании на воздействие ЭМП РЧ с разной поляризацией: ЭМП РЧ с правой поляризацией обладает максимальным эффектом, ЭМП РЧ с левой поляризацией - минимальным, а реакция на воздействие ЭМП РЧ с линейной поляризацией занимает промежуточное положение по показателю индукции микроядер в эритроцитах костного мозга у мышей.
ЭМП РЧ с частотой 925 МГц (частотная модуляция 217 Гц; УПМ в ближней зоне от 0,29 до 8,1 Вт/кг; ППМ в дальней зоне 1,2 мВт/см ) индуцирует в клетках адаптивные реакции, направленные на повышение резистентности клеток к ионизирующему облучению и на повышение выживаемости клеток.
Апробация материалов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2004), IV Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2004), Всероссийском молодежном научном симпозиуме «Безопасность биосферы-2005» (Екатеринбург, 2005), I Международной научно-практической конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2006), Научно-практической конференции, посвященной 10-летию биологического факультета ЧелГУ (Челябинск, 2008), Втором Санкт-Перербургском международном экологическом форуме «Окружающая среда и здоровье человека» (Санкт-Петербург, 2008), 12th International Congress of the international radiation protection association (Buenos Aires, Argentina, 2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 2 публикации - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы, описывающей материалы и методы исследований, главы результатов собственных исследований, главы обсуждения полученных результатов, выводов, списка литературы. Указатель использованной литературы включает 243 источника.
