Введение к работе
Актуальность
Возрастание электромагнитной составляющей техногенной нагрузки является актуальной проблемой в исследовании биологических эффектов различных физических фактов, с целью выявления диапазонов негативного или позитивного воздействия и прогноза возможных последствий, как для клетки, так и для организма в целом. Изменение свободнорадикальных процессов имеет важное значение при развитии отклика клеточных мембран на физико-химические воздействия.
Уровень свободнорадикальных процессов в клетке строго контролируется антиоксидантными системами. Однако интенсификация свободнорадикальных процессов и изменение соотношения окисленных и восстановленных продуктов может приводить к необратимым нарушениям в мембранах клеток, тканях и органах (Владимиров, 1972, Каган, 1986, Бароненко, 1988, Савич, 1993,).
В последнее время, как в России, так и за рубежом ведется исследование биологических эффектов высокоэнергетических импульсных электрофизических факторов. Особенностью высокоэнергетических импульсных факторов является высокая плотность энергии и микросекундная или наносекундная длительность импульса. Изменение интенсивности и длительности действия высокоэнергетических импульсных факторов приводит к изменению свободнорадикальной активности в среде (Авраменко Р.Ф.,1990, 1992, Pettersson J.B., Lindroth H.C. 1992, Franke K.-P, Meissner H. 2000, Ивановский А. В., 2000, Бугаенко Л.Т., 2002, Спиров, Иванова 2005). Поэтому в настоящее время высокоэнергетические импульсные воздействия применяют для очистки воды, разложения органических веществ, стерилизации и дезинфекции (Верещагин И.П., 2000, Hoeben W.F., 2000, Пискарев И.М, 2000, 2001, 2003 Иванова И.П., Зуймач Е.А. 2008).
В результате действия высокоэнергетических факторов образуются электронновозбужденные состояния молекул с переносом энергии кванта, что влечет за собой электролитическую диссоциацию и ионизацию молекул (Райзер Ю.П. 1992, Базелян Э.М., 1997, 1998, 1998, Пискарев, 2008), которые в свою очередь могут изменять структурно-функциональное состояние мембран и метаболизм клеток. В связи с этим актуальным является изучение свободнорадикальных процессов и структурно-функционального состояния клеток после воздействия высокоэнергетических электрофизических факторов короткоимпульсных разрядов.
Цель и задачи исследования
Цель работы – исследование свободнорадикальных процессов и структурно-функциональных изменений мембран эритроцитов, лимфоцитов, костного мозга при действии высокоэнергетических электрофизических факторов для определения диапазонов воздействия, ведущих к эффектам стабилизации и дестабилизации клеточных структур.
Основные задачи исследования.
-
Изучение свободнорадикальных процессов и суммарной концентрации радикалов под действием основных факторов высокоэнергетических разрядов (некогерентное излучение, озон) в дистиллированной воде, водном растворе хлорида натрия, растворе Хенкса, водных растворах фенола и гидрохинона.
-
Оценка вклада основных факторов высокоэнергетических разрядов в свободнорадикальные процессы и перекисное окисление липидов мембран эритроцитов, лимфоцитов и клеток костного мозга.
-
Исследование фосфолипидного состав мембран и состояния надмембранных структур после высокоэнергетического воздействия.
-
Определение адгезивной активности, резистентности мембран клеток и уровня молекул средней массы после высокоэнергетических воздействий в различных режимах.
Научная новизна.
Впервые изучен вклад основных факторов высокоэнергетических разрядов озона и некогерентного излучения в свободнорадикальные процессы модельных систем и мембран клеток.
Выявлены закономерности свободнорадикальных процессов под действием высокоэнергетических факторов, на основе которых разработан способ активации свободнорадикальных процессов и оценки антирадикальной и антиоксидантной активности веществ.
Показано, что после воздействия основными факторами высокоэнергетических разрядов возрастает концентрация радикалов и уровень свободнорадикальных процессов в воде и растворах солей. Исследована динамика разложения органических соединений фенола и гидрохинона после воздействия высокоэнергетическими факторами.
Оценены изменения структурнофункциональных свойств клеточных мембран, адгезии, резистентности и клеток при воздействии основными факторами высокоэнергетических импульсных разрядов. Основные факторы высокоэнергетических импульсных разрядов вызывают активацию или торможение свободнорадикальных реакций, определяя стабилизацию или деструкцию мембран в зависимости от режима воздействия.
Установлено, что высокоэнергетические факторы изменяют фосфолипидный состав мембран, что приводит к изменению резистентности.
Теоретическая и практическая значимость работы
Анализ проведенных исследований показал, что полученные данные позволяют объяснить биологические эффекты высокоэнергетических импульсных воздействий и обосновать рекомендации по их использованию при исследовании биологических мембран. По результатам работы предложен метод изучения антирадикальной и антиоксидантной активности веществ «Способ оценки антиокислительной активности химиических соединений и биологических жидкостей» Патент на изобретение РФ N 2337359 2008 г.
Результаты исследований положены в основу разработанных РФЯЦ-ВНИИЭФ г. Сарова в 2005 и 2008 году устройств используемых для медико-биологических и электрохимических исследований в НИИ ПФМ НижГМА г. Н.Новгород, РФЯЦ ВНИИЭФ г. Саров.
Положения, выносимые на защиту.
1. Высокоэнергетическое воздействие активирует свободнорадикальные процессы в модельных растворах. После воздействия искровым разрядом в течение 100 секунд свечение хемилюминесценции сохраняется в течение 1,5 часов. Наибольшее суммарное количество активных форм кислорода детектируется в растворе Хенкса. Высокоэнергетическое воздействие искровым разрядом в течение 0,3 -1,5 часов на растворы фенола и гидрохинона вызывают разложение этих органических соединений.
2. Основные факторы высокоэнергетических импульсных воздействий вызывают активацию или торможение свободнорадикальных реакций в суспензиях клеток, в зависимости от режима воздействия. Наибольшая активация свободнорадикальных процессов наблюдается после воздействия плазмой разряда, а торможение после некоторых режимов искрового и коронного разряда. Вклад озона не является определяющим в развитии свободнорадикальных процессов, инициируемых в растворах и клетках.
3. Режимы воздействия высокоэнергетических факторов определяют степень адгезии, стабилизации и деструкции мембран и надмембранных структур клеток. Наибольшую степень деструкции мембран вызывает воздействие энергоемким плазменным образованием. Некоторые режимы искрового и коронного разрядов стабилизируют мембраны эритроцитов.
4. Высокоэнергетические факторы изменяют фосфолипидный состав мембран, изменение фосфолипидного состава мембран после воздействия коррелирует с их устойчивостью.
Апробация работы.
International conference “Reaktive oxygen and nitrogen species antioxidants and human health” Smolensk 2003; Международное совещание “Человек и электромагнитные поля”, Саров 2003; III съезд биофизиков России, Воронеж, 2004; Международный симпозиум «Актуальные проблемы биофизической медицины» г. Киев, 27-29 мая 2004 года; Международный научный семинар «Высокоинтенсивные физические факторы в биологии, медицине, сельском хозяйстве и экологии» апрель Саров,2004; Международном семинаре-презентации инновационных научно-технических проектов «Биотехнология-2005» Пущино, 2005, Международная конференция “Активные формы кислорода, оксид азота, антиоксиданты и здоровье человека” Смоленск,2005,. II Международная научная конференция “Человек и электромагнитные поля” Саров, 2007;Общероссийский медицинский форум «Медицина за качество жизни» ноябрь 2008 Нижний Новгород; II Международная научная конференция «Высокоинтенсивные физические факторы в биологии, медицине, сельском хозяйстве и экологии» Саров, апрель 2008;
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ из них 3 работы в журналах рекомендованных ВАК и 1 патент на изобретение РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на ______страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, характеристики материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов. Список цитируемой литературы включает_______ источников (_______ отечественных и _____ зарубежных). Работа содержит _____ рисунков и _____ таблиц.
