Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Биологическое действие радиочастотных эми и возможные механизмы влияния. состояние проблемы по литературным данным .20
1.1 Актуальность проблемы биологического действия ЭМИ и необходимость исследования механизмов влияния 20
1.2 Характеристика радиочастотных ЭМИ как фактора, оказывающего влияние на биосистемы 23
1.3 Физиологические системы, чувствительные к действию радиочастотных ЭМИ. Роль ЦНС в формировании реакций организма на воздействие 29
1.4 Биологические мембраны как критическая мишень действия ЭМИ на клетку. Изучение первичных механизмов с помощью БЛМ 33
1.5 Клеточные реакции на радиочастотное электромагнитное воздействие. Нейрофизиологический аспект проблемы 38
1.6 Действие ЭМИ на индивидуальное развитие организмов. Онтогенез Drosophila melanogaster в условиях электромагнитного воздействия 48
1.7 Концепция теплового и нетеплового влияния ЭМИ. Сопоставление эффектов электромагнитного воздействия и повышенной температуры 51
1.8 Особенности биологического действия модулированных ЭМИ в сравнении с смодулированными 58
1.9 Возможные механизмы биологического действия радиочастотных электромагнитных излучений 63
1.10 Биологические эффекты мощных импульсных СВЧ-излучений 72
1.11 Заключение. Необходимость исследования физиологических механизмов действия ЭМИ на модельных объектах разных уровней организации 74
ГЛАВА 2. Методы и объекты исследования. условия проведения спериментов 76
2.1. Методика формирования БЛМ и облучения их ЭМИ 275 - 820 МГц.
Регистрация проводимости БЛМ и оценивание эффекта 76
2.2. Методики исследования влияния ЭМИ и повышенной температуры, имитирующей электромагнитный нафев, на нейроны моллюсков 81
2.2.1. Общая схема экспериментов. Приготовление препаратов и использованные физиологические растворы 81
2.2.2. Характеристика использованного объекта, параметры возбудимости нейронов и растворы для культивирования 81
2.2.3. Методика электромагнитного воздействия на препарат мозга моллюска. Вопросы дозиметрии 87
2.2.4. Методика воздействия на нейроны повышенной температурой (имитация воздействия ЭМИ) 88
2.2.5. Методика регистрации ЭА нейронов во время электромагнитного воздействия или воздействия повышенной температурой 89
2.2.6. Методика регистрации ионных токов при электромагнитном воздействии 92
2.2.7. Изучаемые (регистрируемые) параметры (характеристики) объекта 93
2.3. Тест-культуры, использованные для изучения действия мощного импульсного СВЧ-излучения на клеточное деление 95
2.4. Методика исследования влияния ЭМИ 460 МГц на морфо- и эмбриогенез дрозофил 97
2.4.1. Биология и морфология дрозофилы, как объекта для изучения действия ЭМИ на эмбриогенез 97
2.4.2. Методика ведения культуры дрозофилы и анализа экспериментального материала 101
2.4.3. Методика облучения эмбрионов 103
2.4.4. Методика воздействия повышенной температурой 105
2.4.5. Регистрируемые параметры и статистическая обработка результатов 106
2.5. Методика воздействия мощным импульсным СВЧ-излучением на биологические объекты. Дозиметрия воздействия 108
ГЛАВА 3. Действие эми дециметрового диапазона на биологические мембраны и их модели: изменение проводимости блм и ионных токов диализированных нейронов моллюсков 116.
3.1. Исследование частотной зависимости эффекта на БЛМ 116
3.1.1 .Эксперименты с аламетицином 116
3.1.2. Эксперименты с амфотерицином Б, нистатином и
валиномицином 117
3.2. Частотная зависимость подтверждает тепловой механизм влияния ЭМИ на БЛМ 120
3.3. Исследование влияния ИМ ЭМИ на ионные токи диализированных нейронов прудовика 123
3.3.1. Общие замечания 123
3.3.2. Влияние ЭМИ на быстрый калиевый ток 125
3.3.3. Влияние ЭМИ на медиатор-индуцированные токи 128
3.3.3.1. Дофамин-индуцированный ток 128
3.3.3.2. Ток, индуцированный ацетилхолином 130
3.3.3.3. ГАМК-индуцированный ток 133
3.3.3.4. Серотонин-индуцированный ток 135
ГЛАВА 4. Реализация эффектов эми на клеточном уровне. динамические реакции нейронов моллюска на воздействие радиочастотного эми. влияние мощных микроволновых импульсов на деление клеток 138
4.1 Действие немодулированного ЭМИ 915 МГц на ЭА пейсмекерных нейронов 138
4.2. Изменение ЭА нейронов БП-4 в зависимости от скорости нагрева (тепловое моделирование эффектов ЭМИ) 142
4.3. Анализ изменения ЭА в зависимости от скорости нагрева 146
4.4. Действие ЭМИ КВЧ на ЭА нейронов прудовика 149
4.5. Изучение реакций нейронов на импульсно модулированное воздействие 152
4.5.1. Зависимость эффектов от частоты модуляции 152
4.5.2. Эффекты воздействия импульсами ЭМИ синхронно с ПД нейронов 156
4.5.3. "Вспышечный" тип реагирования нейронов на воздействие ИМ ЭМИ 915 МГц 160
4.6. Влияние мощных микроволновых импульсов на скорость деления клеток 162
4.6.1. Эффект воздействия на кишечную палочку 162
4.6.2. Эффект воздействия на грибки фузариум 164
4.6.3. Эффект воздействия на клетки мастоцитомы Р-815 165
4.7. Тепловое и нетепловое действие ЭМИ: идентификация типа влияния на клеточном уровне 169
ГЛАВА 5. Действие ЭМИ на организменном уровне. сравнительное исследование воздействий радиочастотного эми повышенной температуры на индивидуальное развитие дрозофил 186
5.1. Предварительные замечания 186
5.2. Выбор модельного объекта 186
5.3. Результаты, полученные при исследовании действия ЭМИ 460 МГц на эмбрионы дрозофил 190
5.3.1. Морфозы, индуцированные ЭМИ 190
5.3.2. Зависимость эффекта воздействия ЭМИ от возраста эмбрионов на момент воздействия, длительности облучения и УПМ 191
5.4. Какова причина нарушения морфогенеза под влиянием ЭМИ?... 193
5.5 Кратковременное облучение ЭМИ 460 МГц как фактор, прерывающий индивидуальное развитие дрозофилы 196
5.5.1. Вводные замечания 196
5.5.2. Влияние ЭМИ на эмбрионов возрастов 1,5 и 15 часов 197
5.5.3 Уточнение возраста эмбрионов, облучение которых приводит к наибольшей величине НИР 200
5.6. Влияние повышенной температуры на развитие дрозофилы 203
5.6.1. Возможность влияния повышенной температуры на прерывание развития у дрозофил 203
5.6.2. Анализ кинетических кривых нагрева 204
5.6.3. Действие повышенной температуры на эмбрионы дрозофил...207
5.6.4. Сопоставление биоэффектов ЭМИ с эффектами нагрева 212
5.7. Влияние ИМ ЭМИ на эмбрионов дрозофилы тест-возраста 216
5.7.1. Предварительные замечания 216
5.7.1.1. Зависимость эффекта действия ИМ ЭМИ на эмбриогенез дрозофил от частоты модуляции и интенсивности воздействия 217
5.7.1.2.Частотная зависимость эффекта ИМ ЭМИ на фоне повышенной температуры 224
5.7.1.2.1.Эффект сочетанного действия ЭМИ и нагрева на тест- эмбрионов дрозофилы, оцененный по НИР 225
5.7.1.2.2. Влияние модулированного ЭМИ на соотношение полов вылетевших имаго 228
ГЛАВА 6. Воздействие мощными микроволновыми импульсами наносекундной длительности на развивающийся организм дрозофил 232
6.1. Влияние мощных микроволновых импульсов наносекундной длительности на индивидуальное развитие Drosophila melanogaster. 232
6.1.1. Предпосылки для изучения влияния мощных импульсных микроволновых излучений на развитие дрозофилы 232
6.1.2. Влияние мощных микроволновых импульсов на эмбрионы дрозофил определенного возраста 233
6.2. Влияние импульсного рентгеновского излучения на индивидуальное развитие дрозофил 238
6.3. Влияние мощного микроволнового воздействия на постэмбриональные стадии развития дрозофилы 241
6.4. Исследование возможности кумуляции эффекта при многократных воздействиях повышенной температуры, ЭМИ 460 МГц и мощных микроволновых импульсов на развивающийся организм дрозофил...245
6.5. Сопоставление эффектов мощных микроволновых импульсов и низкоинтенсивного импульсно-модулированного ЭМИ 248
6.6. Обсуждение полученных данных. Возможные физиологические механизмы действия радиочастотных излучений на индивидуальное развитие 249
ГЛАВА 7. Общее заключение 262
7.1. Общие закономерности действия радиочастотных ЭМИ на
функционирование биосистем разного уровня организации 262
7.2. Возможное практическое применение полученных результатов исследований 267
Выводы 276
Литература
- Характеристика радиочастотных ЭМИ как фактора, оказывающего влияние на биосистемы
- Методики исследования влияния ЭМИ и повышенной температуры, имитирующей электромагнитный нафев, на нейроны моллюсков
- Влияние ЭМИ на быстрый калиевый ток
- Результаты, полученные при исследовании действия ЭМИ 460 МГц на эмбрионы дрозофил
Характеристика радиочастотных ЭМИ как фактора, оказывающего влияние на биосистемы
Во множестве случаев различные биосистемы могут подвергаться воздействию нескольких факторов, поочерёдно или одновременно. При таких обстоятельствах действие ЭМИ может сочетаться с действием других излучений (ионизирующей радиации, УФ или видимого света), повышенной или пониженной температуры, химических веществ. Как показывает практика изучения сочетанного действия, реакции могут существенно различаться в зависимости от комбинаций факторов и условий воздействия. С точки зрения модификации радиационных поражений электромагнитными воздействиями было показано (Б.И. Давыдов с соавт., 1984; Ю.Г. Григорьев, 1999), что предварительное воздействие ЭМИ на облучаемые ионизирующей радиацией объекты может оказывать и протекторное, и сенсибилизирующее действие. Исходя из подобных результатов можно ожидать, что и эффекты ЭМИ так же могут модифицироваться действием какого-либо другого сочетанного фактора, например, повышенной температурой, которая достаточно часто наличиствует в природных условиях. Более того, подобное сочетанное воздействие может оказаться перспективным в терапевтической практике или в биотехнологических процессах. Поэтому вопрос о сочетанном действии ЭМИ на биосистемы так же представляет несомненный интерес для исследования. Проблема сочетанного действия оказывается актуальной и при изучении биологического действия мощных наносекундных импульсов генерируемых релятивистскими СВЧ-генераторами, поскольку в этом случае микроволновое излучение сопровождается тормозным рентгеновским излучением.
Помимо эколого-гигиенических аспектов проблемы радиочастотного загрязнения среды, актуальных вследствие неблагоприятного влияния ЭМИ на биообъекты, есть достаточно обширный перечень применения радиочастотных электромагнитных воздействий, которые характеризуются благоприятными или полезными для человека результатами. Имеется в виду использование ЭМИ при изучении фундаментальных свойств живых систем (Х.П. Шван, 1972), применение в медицинской практике в качестве ДМВ- и КВЧ-терапии (О.А. Крылов, 1987; Н.Д. Девятков с соавт., 1989; О.В. Бецкий с соавт., 2000), в других прикладных аспектах , в частности, биотехнологических (В.И. Панасенко, 1987).
Для того, чтобы рационально использовать ЭМИ в указанных сферах, а так же успешно решить проблему безопасного биологического действия ЭМИ в целях гигиенической и экологической практики, необходимо полное и ясное понимание общих закономерностей его влияния на живые системы всех уровней организации. Этому должна способствовать система знаний о механизмах влияния, точнее система представлений о механизмах действия (Г.Ф. Плеханов, 1979, 1990; И.Г. Акоев, 1983; Э.Ш. Исмаилов, 1998,1999), начиная с первичных механизмов, непосредственно связанных с поглощением энергии ЭМИ и реализуемых на физико-химическом, макромолекулярном уровне, а так же субклеточном и клеточном уровнях и запускающих физиологические реакции на более высоких уровнях, в том числе и на уровне целого организма. Запускаемые физиологические реакции будут, в свою очередь, определять конечный результат влияния, полезный или не благоприятный. То есть, научная сторона проблемы в фундаментальном и прикладном аспектах предполагает изучение и понимание полной цепи событий, развивающихся с момента поглощения энергии ЭМИ объектом до формирования биологической реакции целостного организма, где важное, ключевое значение приобретает реализация физиологических механизмов влияния, знание которых оказывается настоятельно необходимым.
С точки зрения изучения и анализа физиологических механизмов влияния ЭМИ на биосистемы наиболее существенны, интересны и важны результаты относительно эффектов кратковременного (не более 5-10 мин) облучения. Этого времени достаточно, чтобы энергия ЭМИ поглотилась системой, перераспределилась и установилась некоторое энергетическое равновесие, на фоне которого сформировались бы эффекты молекулярно-клеточного уровня, способные запустить системные физиологические механизмы реагирования. По сути, логика анализа формирования эффекта должна содержать анализ первичной, "динамической" по характеру протекания (секунды-минуты по длительности) реакции, переходящей в статическую фазу эффекта при продолжительном или хроническом воздействии. Статическая фаза будет отражать реакции уже более высоких уровней организации систем (органы, ткани, организмы) и опосредоваться их адаптивными возможностями применительно к конкретной дозовой нагрузке. При таком анализе с биофизической и физиологической точек зрения более перспективно и более оправданно изучать преимущественно динамические эффекты воздействия, не искаженные системными свойствами всего организма, позволяющие исследовать и понимать стартовые, триггерные механизмы влияния, реализуемые на разных уровнях организации, от мембранного до организменного включительно.
В существующей практике изучения механизмов биологического действия ЭМИ акцентируется внимание на идентификации физической причины, вызвавшей изучаемый эффект или реакцию, например, эффект тепловой (термогенный) или нетепловой (нетермогенный) (Х.П. Шван, 1972; В.В. Тяжелов с соавт., 1983; Б.И. Давыдов с соавт., 1984; И.Г. Акоев с соавт., 1986), с последующим биофизическим, физиологическим или эпидемиологическим анализом и соответствующей интерпретацией. Тепловое действие ЭМИ обусловливается повышением температуры (нагревом) объекта или части объёма в объекте после преобразования поглощённой электромагнитной энергии в тепловую. Сторонников признания только таких механизмов влияния, или преимущественно таких механизмов (Б.Н. Тарусов, 1933; A.W Guy et al., 1978) привлекает ясная физическая картина разворачивающихся событий. Тем не менее, практика научных исследований показывает, что не все полученные результаты могут быть разумно интерпретированы с подобной точки зрения. В частности, ряд эффектов ЭМИ реализуются при очень низких уровнях воздействия, когда повышение температуры в облучаемых тканях или незначительно (Г.Л. Френкель, 1940; М.Б. Голант, 1986) или полностью отсутствует (W.R. Adey, 1981, 1993). Как полагают, нетепловым по своей природе является и механизм биологического влияния мощных электромагнитных импульсов, поскольку при очень малых длительностях импульсов существенного повышения температуры в облучаемых объектах быть не должно (З.С. Чернов с соавт., 1989).
К настоящему времени нет общепринятых, физически корректных механизмов, раскрывающих сущность нетепловых эффектов низкоинтенсивных ЭМИ. Поэтому проблема остается предельно актуальной, учитывая, что в случае формирования эффектов низкоинтенсивных воздействий существенную роль играет модуляция (W.R. Adey, 1981, 1983; Ю.Г. Григорьев с соавт., 1985-1999), но общепризнанного механизма пока предложено не было.
Из анализа состояния проблемы целью данной работы являлось экспериментальное исследование эффектов действия радиочастотных электромагнитных излучений на функционирование биологических объектов для выявления закономерности реализации физиологических механизмов тепловой и нетепловой природы на разных уровнях организации.
Для достижения этой цели решались следующие задачи: 1. Исследовать влияние ЭМИ в диапазоне частот 275 - 820 МГц на ионную проводимость модифицированных бислойных липидных мембран и оценить частотную зависимость эффекта изменения проводимости.
Методики исследования влияния ЭМИ и повышенной температуры, имитирующей электромагнитный нафев, на нейроны моллюсков
Все современные индустриально развитые страны широко используют и внедряют во все сферы жизни и производства различные радиоэлектронные и радиотехнические системы, приборы и устройства , генерирующие или использущие электромагнитные поля и излучения. За счёт этого электромагнитная нагрузка на биологические объекты в последние десятилетия постоянно увеличивалась. К естественному фону электромагнитного излучения в связи с широким внедрением технологического оборудования различного назначения добавился и техногенный фон, существенно превышающий естественный.
Широкое использование радиолокации, радионавигации, радиорелейной и космической связи, телевидения, промышленной и бытовой электроники, пейджинговой и сотовой связи неразрывно связано с масштабным применением электромагнитных излучений радиочастотного диапазона (Давыдов Б.И. с соавт., 1984; Григорьев Ю.Г. с соавт., 1999, Карташев А.Г., 2000). Согласно Шкловскому (1980), усреднённая мощность земного радиоизлучения техногенной природы, оцененная только для метрового диапазона, в котором работают телевизионные передатчики, близка по величине к 1 Вт/Гц, что в сотни раз выше "радиояркости" Солнца. Аналогичная картина характерна и для других радиочастотных диапазонов.
Поэтому ЭМИ стало одним из комплекса значимых факторов окружающей среды. В отличие от других антропогенных факторов, загрязняющих среду, здесь невозможна замена на менее загрязняющий природу фактор, как, например, возможно заменить одно химическое соединение другим, более безвредным (Акоев И.Г., 1983, 1986). Здесь невозможно и создание замкнутого производственного цикла без выброса загрязняющего фактора в окружающую среду. Это обусловлено использованием главного свойства радиоизлучений - способности распространятся на значительные расстояния. Следовательно, невозможно исключить воздействие этого физического фактора на человека и элементы биосферы.
Электромагнитное "загрязнение" биосферы оказалось одним из комплекса техногенных факторов, способных оказывать неблагоприятное влияние на человека и другие живые системы (А.С. Пресман, 1968; Н.В. Тягин, 1971; Б.М. Савин с соавт., 1978; М.Г. Шандала с соавт.,1983, 1985; М.Н. Repacholi, 1999; Н.А. Агаджанян с соавт.,2001). Для людей потенциально наиболее опасным считается воздействие радиочастотными ЭМИ, особенно в дециметровом диапазоне длин волн (А.С. Пресман, 1968; В.М. Штемлер с соавт., 1978; О.Р. Gandhi, 1980), поскольку в сравнении с другими частотными диапазонами длина волны излучения сопоставима с размерами облучаемого тела, органов или тканей, и это способствует более эффективному поглощению энергии, формированию так называемых "горячих" пятен в отдельных участках организма , где может формироваться значительный биологический эффект.
Основными источниками излучения дециметрового диапазона являются системы радиолокации и связи. В первую очередь это телевизионные и радиопередатчики, радиолокационные станции, а также системы сотовой, мобильной и спутниковой связи. Особое внимание привлекает к себе сотовая радиосвязь, число пользователей которой за последние годы во всем мире, в том числе и России, увеличивается с геометрической прогрессией (Григорьев О.А. с соавт, 1999; Григорьев Ю.Г. с соавт., 1999, 2000; Думанский Ю.Д. с соавт., 1999; Худницкий С.С. с соавт., 1999; Hietanen М. et al, 1999; Bernardi P. et al, 1999; deSeze R. et al, 1999; Goodman R. et al, 2000; Cooper J. et al, 2000). Важной особенностью систем сотовой радиосвязи является эффективное использование выделяемого для их работы радиочастотного спектра (многократное использование одних и тех же частот), что делает возможным обеспечение телефонной связью большого числа абонентов. Рабочая полоса частот и вид модуляции зависит от типа систем сотовой связи.
В России используются станции сотовой связи, относящиеся к наиболее распространённым стандартам: MNT-450, AMPS/D - AMPS(IS-136), GSM-900, DSM(GSM-1800), работающие в диапазоне 400-1800 МГц (Ю.Г. Григорьев с соавт.,1999; 2000; О.А. Григорьев с соавт, 1999; Ю.Д. Думанский с соавт., 1999; С.С. Худницкий С.С, 1999). Тенденция развития сотовой связи в России такова, что она в ближайшее время будет активно развиваться. Если в 1998 году в России сотовой связью было охвачено 300 тысяч абонентов, то в 2000 году эта цифра выросла до миллиона, а к 2010 году предполагается, что количество абонентов составит порядка трех миллионов (Ю.Г. Григорьев с соавт., 2000).
Всё это будет и далее усиливать степень электромагнитного загрязнения и оказывать биологическое действие на все элементы биосферы. Мощность излучения базовых станций определяется загрузкой и зависит от времени суток. При использовании сотового телефона речь идет о весьма сложном влиянии ЭМИ на головной мозг: 1) прямое воздействие на центральные структуры мозга; 2) прямое воздействие на периферические рецепторы вестибулярного, слухового и зрительного анализаторов и 3) рефлексогенное влияние на головной мозг через кожные рецепторы лица и уха.
Каков будет результат подобного влияния - пока спрогнозировать в полной мере невозможно, поскольку уровень знаний относительно физиологических механизмов влияния и уровень общественно социального осознания возможной опасности представляется недостаточным. Это обстоятельство ставит перед современной наукой ряд острых вопросов, важнейший из которых - оценка потенциального риска для здоровья населения при воздействии ЭМИ, создаваемого различным радиотехническим оборудованием, в том числе и аппаратурой сотовой связи (Григорьев О.А. с соавт., 1999; Григорьев Ю.Г. с соавт., 1999, 2000; Думанский Ю.Д. с соавт., 1999; Худницкий С.С. с соавт., 1999).
Характеристика радиочастотных ЭМИ как фактора, оказывающего влияние на биосистемы.
К радиочастотным относят электромагнитные излучения в диапазоне частот от ЗхЮ3 до Зх1016Гц. ЭМИ с частотами 0,3-3,0 ГГц относятся к дециметровому диапазону, с частотами 3,0-30 ГГц - к сантиметровому, 30-ЗООГГц - миллиметровому (Р.Э. Тигранян, 1985; Ю.Г. Григорьев с соавт., 1999; А.Г. Карташов,2000).
В соответствие с рекомендациями Международного консультативного комитета, принятыми в 1975 году, излучения дециметрового диапазоны называют ультравысокочастотными (УВЧ), сантиметровые и миллиметровые объединяют как сверхвысокочастотные (СВЧ), причём в последнее время излучения миллиметрового диапазона называют крайне высокочастотными (КВЧ). Иногда, для простоты ЭМИ указанных частотных характеристик называют как СВЧ-излучения (Р.Э. Тигранян, 1985) или, в соответствие с англоязычной литературой, как микроволны. Практически все радиочастотные поддиапазоны используются для задач связи, радиолокации, технологических, научных и лечебно-диагностических целей. Особенно эффективно используется микроволновой диапазон (УВЧ, СВЧ, КВЧ).
Влияние ЭМИ на быстрый калиевый ток
Известно (R.Asher,1972; L.K. Kaczmarek,1986), что дофамин является одним из главных естествееных катехоламиновых медиаторов в мозге моллюсков. Небольшие количества ДА во внешнем физиологическом растворе могут индуцировать в разных нейронах моллюсков, в основном, три типа ответов: быстрый входящий Na-ток, относительно быстрый входящий С1-ток и медленный выходящий К-ток (Н.М. Gershenfeld et al.,1974; А.Р. Акопян с соавт., 1980;). Токи, в свою очередь, либо деполяризуют, либо гиперполяризуют мембрану, вызывая тем самым соответсвующие изменения ЭА. Применительно к нейронам БП-4 прудовика известно (М.И. Сологуб с соавт., 1983), что ДА оказывает торможение ЭА. Гиперполяризация мембраны (Н-реакция) определяется ДА-индуцированным выходящим током, который, как полагают (V.N. Kazachenko et al.,1979; А.Р. Акопян с соавт., 1980; L.K. Kaczmarek, 1986), сопряжён с активацией Na-насоса, возможно, через посредство аденилатциклазной системы. По результатам фармакологического анализа (П.В. Сергеев, Н.Л. Шимановский, 1987) все дофаминовые рецепторы подразделяются на 4 типа (ДА1-ДА4), которые различаются пороговой чувствительностью к ДА. В экспериментах использовались концентрации вещества 10"7-10"5М, которые должны были активировать рецепторы типов ДА, и ДА2 функционирование которых опосредовано дофаминзависимой аденилатциклазой (П.В. Сергеев, Л.Н. Шимановский, 1987).
Было исследовано влияние ИМ ЭМИ на величину ДА-токов, которые инициировались добавлением дофамина в концентрации 2х10 5М. У 10 нейронов из большого париетального ганглия после добавления медиатора в физиологический раствор наблюдалась Н-реакция (рис.17) и у 2-х клеток наблюдалась двухфазная (transient) реакция (Д-Н). Кроме того, на 7 клетках из малого париетального и висцерального ганглиев наблюдались Н-, Д-, Д-Н-отклики. Двухфазная реакция наблюдалась, как правило, однократно, на
Рисунок 17. ДА- индуцированные токи нейрона прудовика. Верхний рисунок - Н-ответы клетки (А- до облучения, Б- во время облучения со средней УПМ 0,5 Вт/кг, В- после облучения); нижний рисунок - пример двухфазного ответа.
первое предъявление медиатора, и на последующие предъявления сохранялся только медленный ответ одного знака. Величина ДА-тока при использованных концентрация медиатора составляла 0,2 - 1,2 нА. После замены физиологического раствора с ДА на нормальный наблюдалась полная отмывка клеток. Стабильные медиатор-индуцированные ответы можно было регистрировать в течение часа.
ДА-токи дважды-трижды записывались с интервалом 8-10 минут перед облучением для получения фоновых, контрольных значений токов, 1 - 2 раза во время 10-20 минутного облучения (с включенным протоком, чтобы выявить только нетермогенную компоненту эффекта), а так же 1 - 2 раза после выключения поля. Обобщённые результаты экспериментов с применявшимися медиаторами представлены в таблице 2. Как оказалось, примерно в половине экспериментов имело место незначительное 10% увеличение ДА-токов, но в среднем величина дофаминовых ответов при облучении не отличалась значимо (р 0,05) от фоновых реакций и откликов на ДА в последействии. Подобное можно интерпретировать как отсутствие нетермогенного влияния ИМ ЭМИ на взаимодействие ДА-рецепторов сомы диализированных нейронов с медиатором.
Ацетилхолин (АХ) взаимодействует с рецепторами, которые принято подразделять на два основных типа: Н- и М-холинорецепторы, причём в пределах каждого типа есть гетерогенность по свойствам (П.В. Сергеев, Л.Н. Шимановский, 1987). Н- и М-холинорецепторы различаются между собой по такому физиологически важному признаку, как скорость формирования ответа на АХ (Р.Д. Пурвес, 1983). Никотиновые рецепторы опосредуют быстрые и непродолжительные ответы, а мускариновые рецепторы реагируют медленно и длительное время.
АХ вызывает деполяризацию большинства интактных нейронов ЦНС прудовика. Это обусловлено взаимодействием медиатора с холинорецепторами никотинового типа ХРН (Л.С. Бочарова, 1975). Изредка встречаются клетки, гиперполяризующиеся в присутствыие АХ (Н-реакция). Перенос зарядов через каналы ХРН осуществляется ионами хлора (В.Н. Казаченко с соавт.,1974: А.Н. Кислов с соавт.,1974). Знак ответа на медиатор зависит от концентрации свободных СГ в клетке (-15-20 мМ в Д-нейронах и -5-Ю мМ в Н-нейронах). Есть клетки, которые дают двухфазный ответ на АХ. В этом случае Д-ответ так же полностью обеспечивается переносом через мембрану СГ, связанным с активацией ХР никотинового типа, в то время как Н-реакция обусловлена активацией медиатором ХР мускаринового типа (ХРМ), что индуцирует выходящий калиевый ток (В.Н. Казаченко с соавт.,1974: А.Н. Кислов с соавт.,1974: А.Н. Качман, 1984). Этот ток обладает чрезвычайно высокой температурной чувствительностью (Q10 может достигать 15). Клетки с таким типом рецепторов обнаружены в висцеральных ганглиях прудовика (Л.С. Бочарова, 1975). Нейроны из большого париетального ганглия проявляют Д-реакцию (Л.С. Бочарова, 1975; О.М. Жерелова, 1971).
В проведённых опытах на диализированных нейронах прудовика при подаче в ячейку с клеткой физиологического раствора с АХ регистрировался ответ с ярко выраженной десенситизацией, характерной для ХРН (рис 18).
Результаты, полученные при исследовании действия ЭМИ 460 МГц на эмбрионы дрозофил
Фазный характер реагирования в зависимости от длительности воздействия (и, соответственно, дозы, рисунок 31), может указывать на то, что ЭМИ оказывает влияние, приводящее к нарушению морфогенеза, на системы, противоположным образом регулирующие процесс развития. При этом процессы, подвергающиеся воздействию, должны иметь разные кинетические характеристики и разную чувствительность к воздействию, Поэтому их действие реализуется поотдельности и не одновременно, что и обусловивает фазный ответ. Аналогичным образом, как уже было показано, реагируют нейроны моллюска изменением ЭА в ответ как на воздействие ЭМИ, так и повышенной температуры.
Не линейная зависимость эффекта от УПМ (морфозы ног) или её отсутствие может быть так же объяснено тем, что ЭМИ инициирует клеточные системы (процессы), противоположный образом оказывающие влияние на протекание индивидуального развития: какие-то способствуют нарушению онтогенеза, какие-то оказывают репарирующее действие. При этом системы, запускающие повреждение, по-видимому, более чувствительны к ЭМИ.
Возможно, что фазный и не линейный характер реагирования может быть обусловлен различной температурочувствительностью указанных выше гипотетических процессов-систем-мишеней. Одна из них реагирует на быстрый, локальный перегрев отдельных участков эмбрионов, обусловленный неравномерным распределением энергии ЭМИ во время облучения (В.В. Тяжелов с соавт.,1983). А более медленное прогревание всей питательной среды и эмбрионов целиком (интегральный перегрев), возможно, влияет на более медленные процессы, определяющие конечный эффект 3-х часового воздействия.
Опыты с нагреванием показали, что эффекты действия ЭМИ и тепла качественно аналогичны. Но количественно они разнятся из-за существенно большей выраженности эффектов ЭМИ. Если предположить, что действие ЭМИ на эмбрионов определяется нагревом (не важно каким, локальным или интегральным), то из сопоставления эффектов ЭМИ и нагрева вытекает, что эффекты ЭМИ сопоставимы по величине эффектам повышения температуры на 15-20 градусов. Реальный перегрев питательной среды за время 5-минутного облучения не превышает 0,1-0,5 градуса. Это позволяет думать о предпочтительности варианта механизма влияния ЭМИ посредством локальных перегревов. Как показали В.В. Тяжелов и СИ. Алексеев (1983), локальные перегревы возникают из-за неоднородности биологических тканей по диэлектрической проницаемости и электропроводности, что и приводит неравномерному по пространству поглощению электромагнитной энергии, а значит, к неравномерному перегреву. В дециметровом диапазоне длин волн размеры облучаемых эмбрионов оказываются менее 0,1 мм и локальные перегревы в них могут существенно (более, чем на порядок) превышать величину всего объёма (интегральный перегрев) (рисунок 1, гл.1.). Поэтому эффект может формироваться в соответствие с величиной локальной УПМ, а не средней УПМ, оцениваемой по величине интегрального повышения температуры.
Проведенные опыты показали полезность и эффективность в использовании эмбрионов дрозофилы при изучении эмбриотропного, в частности, тератогенного действия ЭМИ. Но во время изучения во всей полноте проявился множественный характер эффекта воздействия. А именно, был выявлен широкий спектр морфозов, которые проявились в виде различных дефектов ног, крыльев у имаго обеих полов и нарушения полового аппарата у самцов. Как представляется, в подобной ситуации невозможно без специальных исследований сделать определённых заключений о природе повреждений на молекулярном, эмбрионально-генетичеком уровне, инициируемых ЭМИ. Не понятно, происходит ли нарушение экспрессии определённых генов и в нужный момент отсутствует нужный фермент (или ферменты) или продукты катализируемых реакций. Либо наоборот, имеет место не характерных для номально протекающего процесса развития синтеза белков, например, стресс-шоковых белков, что вносит погрешность в онтогенез. Ясно одно: ЭМИ вмешивается в эволюционно детерминированный процесс, последовательность определённым образом обусловленных событий и нарушает его. Характер нарушений или повреждений, вероятно, имеет общие закономерности и механизмы. По крайней мере, морфозы в виде повреждения конечностей, индуцированные ЭМИ, наличиствуют не только у дрозофил, но они присущи и более высоко организованным организмам, в частности, лабораторным мышам и крысам (М.О Коннор,1980). Поэтому нельзя исключить, что подобные нарушения развития возможны и у человека. Общий характер повреждений позволяет связывать их с определёнными , критическими периодами развития (П.Г. Светлов, 1960; М. O Konnor,1980), критическими по отношению к действию ЭМИ. Поэтому знание общих закономерностей и механизмов влияния ЭМИ на индивидуальное развитие оказывается чрезвычайно актуальным и практически значимым. Для решения подобных задач с использованием модельного объекта-дрозофилы, необходимо выбрать и применять в качестве индикатора влияния не спектр возникающих повреждений организма (морфозы), а некий единообразный признак, например, гибель развивающегося организма, как крайний вариант морфоза.
