ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НА ФУНКЦИОНАЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ МИТОХОНДРИЙ Шаповалова, Любовь Анатольевна

Введение к работе

Актуальность темы.

Одной из важнейших проблем молекулярной биологии яиляется изучение реакции клеток, субклеточных структур II бпомакромолекул на воздействие факторами внешней среды, среди которых значительное место принадлежит электромагнитным полям (ЭМП). Интерес исследователей к действию электромагнитных полей на биологические объекты вызван как практическими потребностями биологии, ветеринарии, медицины и техники безопасности при работах с большими ни-тенсивностямн ЭМП, так и стремлением понять роль и значение ЭМП в процессах жизнедеятельности. Многочисленные литературные данные свидетельствуют о том, что воздействие электромагнитных нолей на организм вызывает изменение активности различных физиологических процессов на тканевом, органном и системном уровнях (Н. Н. Лифшиц, 1958; С. Ф. Городецкая, I960; М. М. Садчикова, I960; Л. Н. Будко, 1964; А. Г. Суббота, 1964; Н. Л. Левитина, 1966; Л. Д. Руста-мов. 1970; Е. Л. Лобанова, Л. В. Гончарова, 1971; М. С. Толг-ская, 3. В. Гордон, 1971; К. Т. Кулші, 1972; Н. Harmsen, 1959; Д1, Ali'Chaelson. 1969 и многие другие).

На основании литературных данных считается, что основными путями влияния электромагнитных полей на организм яиляется рефлекторный и гуморальный, а также непосредственное воздействие на нервную систему, на внутренние органы и ткани (3. В. Гордон, 1966; Ю. А. Холодов; 1966, Р, Л. Чиженкова, 1966; В. Р. Файтельберг-Бланк, 1971; Л. Г. Суббота, 1973; М. И .Яковлева, 1973: К- Marha. 1968 „ др.). Биофизический механизм действия электромагнитных колебаний зависит от их физической характеристики (Ю. Е. Москаленко, 1961; Л. С, Пресман, 1-968; 3, В, Гордон, 1970; И. Р. Петров, 1970 и др.). При облучении миллиметровыми волнами электромагнитная энергия почти полностью поглощается кожен и действует на ее рецепторы. В диапазоне сантиметровых и особенно дециметровых и метровых волн в коже поглощается NtV-іЦЛ-чнтельная часть энергии, а основная часть проникает глубже,

оказывая прямое действие на центральную нервную систему и внутренние органы. Глубина проникновения электромагнит-нон энергии в ткапп организма определяется частотой электромагнитной волны.

Влияние электромагнитных нолей па субклеточные структуры изучено недостаточно и не все участки спектра ЭМП в равной мере привлекают внимание исследователей. Наиболее глубоко изучено действие ионизирующих излучений НЛ функциональную активность субклеточных структур. Работами Э. Ф. Деркачева, 1964; К. 11. Хансона, 1964; С. Е. Маной-лова, 1968; Е. Thomson et al„ І966 и других установлено, что при воздействии на организм рентгеновских лучей наиболее чувствительными клеточными структурами являются ядерные компоненты и митохондрии. По современным данным, митохондрии представляют собой метаболический аппарат клетки, в котором происходит «сжигание» различных субстратов клеточного дыхания и образуется основное количество макро-аргон. Обеспечение клетки энергией, необходимой для выполнения специфических функций, несомненно играет важную рать в разных условиях существования организма, в том чи-j-ле и при воздействии электромагнитных колебаний.

Всестороннее изучение механизма действия физических факторов па организм с учетом достижении клиники, физиологии и биохимии в значительной мере способствует широкому применению электромагнитных полей в ветеринарной и медицинской практике. (Л, И. Журавлев, В. Ф. Красота, Е. И-Пасынков, Л. С. Пресмап, Л. А. Скурихнна, В. Р. Файтель-берг-Бланк и др.).

Цель и задачи исследования. Учитывая, что влияние электромагнитных полей сверхвысокочастотного (СВЧ), ультрависокочастотного (УВЧ) п высокочастотного (ВЧ) диапазонов на митохондрии не изучено, а развитие биофизических исследований на клеточном, субклеточном и молекулярном уровне является той основой, без которой невозможно понимание механизмов влияния ЭМП на целостный организм, мы поставили перед собой задачи:

1. Исследовать дыхание п окислительное фосфорилирова-ние митохондрий клеток печени и почек на воздействие электромагнитных нолей частотами 1,62 Мгц, 13~56~Мгц, 40,68 Mm и 2375 Мгц, т. е. метрового ц сантиметрового диапазонов;

1. Исследовать влияние этих частот на активность адеио-зннтрпфосфатазы митохондрии печени и почек;

2. Установить влияние различных частотных диапазону'! ЭЛ\П на структуру митохондрий;

1. Исследовать возможность направленного воздействия электромагнитными волнами на процессы энергообразованпн в митохондриях, нарушенные при Экспериментальном токсическом гепатите.

Научная н о п и з н а и практическая ценность работы. Впервые проведено изучение дыхательной, фосфорнлнрующей, ЛТФ-азноіі активности и структуры митохондрии печении почек при воздействии терапевтическими* дозировками электромагнитных полей СВЧ, УВЧ, ппдуктотермпн п диатермии. Экспериментально обоснован терапевтический эффект курсового воздействия микроволнами интенсивностью \2мвт/см^г в течение 10 минут при экспериментальном токсическом гепатите.

Полученные данные должны быть использованы клиницистами для оценки наиболее оптимальных терапевтических доз электромагнитных нолей СВЧ, УВЧ, нндуктотермпи и диатермии, используемых в ветеринарной и медицинской практике.

Объект исследований. Исследования проводились в 37 сериях па 542 белых крысах — самцах весом 180-220 г.

Методика исследований. Воздействие электромагнитным полем СВЧ производилось с помощью магнетронного генератора сверхвысокой частоты «Луч-58», предназначенного для микроволновой терапии. Прибор генерирует высокочастотные электромагнитные колебания частотой 237?; Мш и длиной полны 12,6 см. Воздействие производилось па область проекции печени животных с помощью цилиндрического излучателя дпяметром 11 см. Плотность потока мощности (ППЛі) непосредственно в месте нахождения животного составляла 12, 20 и 30 мвт/смЛ Воздействие проводилось однократно продолжительностью 10 минут при всех указанных ип-тепепвностях. При ППМ = 12 мвт/см³'воздепствне проводилось Также продолжительностью 20 минут однократно и десятикратно, по 10 минут ежедневно. Животных брали в опит сразу после отключения генератора н через 24 часа после однократного 10-мппутпого воздействия ППМ = 30 мвт/см*.

Облучение -ультравысокочасгогным полем (УВЧ) пронзво-

лилось с помощью аппаратов УВЧ-4 и УВЧ-62, генерирующих электромагнитные колебания частотой 40,68 Мгц и длиной полны 7,37 м. Зафиксированные подопытные животные пометались между дисковыми пластинами конденсатора диаметром 8 см, расстояние между пластинами постоянно составляло 16 см. Воздействовали на животных полем УВЧ однократно мощностью 30 н 80 вт, продолжительностью 10 и 20 минут, к десятикратно, мощностью 30 вт по 10 минут ежедневно.

Облучение животных электромагнитным полем ВЧ-днапа-зона производили с помощью аппарата нндуктотермии, работающего на частоте 13,56 Мгц, соответствующей длине волны 22,12 м. Расстояние электрода-диска от поверхности кожи живота составляло постоянно 1,5-2,0 см. Воздействовали полем нндуктотермии однократно продолжительностью 10 н 20 минут при силе анодного тока 200 н 280 ма, продолжительностью 30 минут при силе анодного тока 280 ма, и десятикратно при силе тока 200 ма по 10 минут ежедневно.

Воздействие полем диатермии производилось контактным методом. Животным п области проекции печени нрекрепля-лись свинцовые электроды-пластинки площадью К) см¹, подсоединенные к генератору УДЛ-200 М. Генератор настроен на основную частоту в 1,625 Мгц, что соответствует длине волны 184,62 м. Воздействие проводилось однократно продолжитель. постыо 10 минут, силой тока 0,1а и 0.2а (плотность тока соответственно равнялась 10 и 20лш/'с.«²) и десятикратно силой тока 0,2 а при той же экспозиции.

После окончания действия электромагнитного поля в течение 1-2 минут животных декапнтнровалп, быстро извлекали печень и почки и промывали охлажденной средой выделения (0,25 М сахарозы и 0,001 М. ЭДТЛ, рН 7,4). Митохондрии из печени и почек выделяли общепринятым методом дифференциального центрифугирования (С. Hogeboom, W. Shneider, G. Palade 1948) на рефрижераторной ультрацентрифуге Г-120, Чистоту митохондриальной фракции контролировали периодически с помощью электронной микроскопии. Поглощение кислорода определяли маїїометрнческим методом в аппарате Варбурга. Об уровне окислительного фосфорилирова-ния судили по убыли неорганического фосфата из инкубационной среды за 20 минут инкубации при температуре 26С. Неорганический фосфат определяли но методу J. Lecoco (1966). Величину поглощенного за время инкубации кислорода

и убыли неорганического фосфата (в мкА) относили к 1 Mr белка митохондрий и рассчитывали коэффициент Р:0. Концентрацию белка в суспензии митохондрий определяли по методу О, Lowry, N. Rosebrough, Л. Farr. R. Randall (1951).

Инкубационная среда для определения дыхания и окислительного фосфорилировапня содержала : 100 мкМ калия хлористого, 30 мкМ фосфата калия, 10 мкМ магния хлористого, 5 мкМ АТФ, 100 мкМ глюкозы, 0,5 мг гексокиназы кристаллической, I мл суспензии митохондрий. Конечный объем инкубационной среды — 2 мл, рН 7,4. Газовая среда — воздух (В. П. Скулачев, 1962).

Об активности К ~'~ + Na !- — стимулируемой аденозип-трнфосфатаэы митохондрий печени н ночек судили по наростанню неорганического фосфата в инкубационной среде за 20 минут инкубации при 2СС (В. П. Скулачев, 1962). Инкубационная среда для определения активности ЛТФ-азы содержала: калий хлористый (0,3 М), сахарозу (0,3 М), трис-буфер (0,15 М), 0,2 мл раствора натриевой со.тн ЛТФ (20 .«гЛТФ в 1 мл), 0,2 мл суспензии митохондрии (около 2 мг белка). Конечный объем смеси 2 мл, рН 7,4.

О степени набухания и сокращения митохондрий в норме н при воздействии электромагнитным полем судили по величине оптической плотности частиц, которую измеряли на спектрофотометре СФ-4А прн длине волны 520 ммк по методу . К. Cleland (1952). Ультраструктуру митохондрии печени и ночек нсследоралн с помощью электронного микроскопа НИ-11Е-1 с разрешающей способностью 3,1А прн увеличении 20000—29000.

Контролем служили показатели функциональной активности и оптической плотности митохондрий, выделенных из печени н почек интактиых жнпотных. Определение контрольных величин проводилось параллельно с опытными на протяжении всех исследований.

Токсический экспериментальный гепатит вызывали подкожными инъекциями смеси четыреххлористоГо углерода с персиковым маслом в соотношении 1:1 п течение 7 дней из расчета 0,1,«л чистого CCU на 100 г веса животного. Метод использован рядом исследователей и хорошо изучен в морфологическом отношении (Е. Ф. Шамрай, М. Г. Кокаровцева, 1967; М, Л, Мустафаев, 1970; К. KiessUng, К. Tilander, 1960). Воздействие ил область печени электромагнитным полем СВЧ интенсивностью 12,и«т./с.к* в течение 10 минут начинали через 48 часов после последнего введення четырёххлорнстого

углерода. Митохондрии из печени it почек выделяли из 5, І О и 15 сутки лечения экспериментального гепатита. Параллельно н опыт брали животных с экспериментальным гепатитом, пе подвергавшихся воздействию ЭМП.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методики исследований, 3-х глав с описанием результатов исследований, обсуждения полученных данных, выводов, списка использованной литературы [і приложения. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, включает 28 графиков, 11 микрофотографий. Список использованной литературы включает 423 наименования, п том числе 135 работ зарубежных авторов. Приложение включает 51 таблицу.