Содержание к диссертации
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 8
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 18
1.1 ЭМИ как экологический фактор 18
1.2 Генетические эффекты ЭМП 25
1.3 Биологическое действие непрерывного и модулированного ЭМИКВЧ 32
1.4 Клинико-эпидемиологические эффекты ЭМИ 36
1.5 Морфофункциональное состояние щитовидной железы при воздействии электромагнитного излучения 46
ГЛАВА П.ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 56
2.1 Методическое обоснование проведения экспериментов 56
2.2 Параметры ИЭМИ 57
2.3 Объект исследования, методы морфологической обработки и анализа 62
2.4 Принципы оценки состояния системы крови в условиях воздействия импульсного ЭМИ 65
2.5 Методы статистической обработки и анализа 68
2.6 Описательная статистика 68
2.7 Парный двухвыборочный тест Стьюдента 68
2.8 Корреляционный анализ 69
2.9 Регрессионный анализ 70
2.10 Дисперсионный анализ 72
ГЛАВА Ш. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ... 73
3.1 Состояние системы крови в условиях воздействия импульсного ЭМИ 73
3.2 Морфофункциональное состояние ЩЖ контрольных животных в возрастной динамике 78 3.3 Морфофункциональное состояние ЩЖ в условиях 5 месячного воздействия ИЭМП с различной ПНТ и частотой 85
ПНТ 2.7кА/м2 85
ПНТ 0.8кА/м2 89
ПНТ 0.7кА/м2 94
ПНТ 0.37 кА/м2 99
3.4 Морфофункциональное состояние ЩЖ в условиях 7 месячного воздействия ИЭМП с различной ПНТ и частотой 104
ПНТ2.7кА/м2 104
ПНТ 0.8кА/м2 109
ПНТ 0.7 кА/м2 114
ПНТ 0.37 кАУм2 119
3.5 Морфофункциональное состояние ЩЖ в условиях 10 месячного воздействия ИЭМП с различной ПНТ и частотой 124
ПНТ2.7кА/м2 124
ПНТ 0.8кА/м2 129
ПНТ 0.7 кА/м2 134
ПНТ 0.37 кА/м2 139
ГЛАВА IV. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МОРФО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЩЖ У КРЫС В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТ
РОВ ИЭМП 146
4.1 Высота тироцитов 147
4.2 Диаметр тироцитов 149
4.3 Активность ЩФ 151
4.4 Активность КФ 153
4.5 Йодированные аминокислоты коллоида фолликулов 155
4.6 Частично йодированные аминокислоты коллоида фолликулов.. 156
4.7 Нейодированные аминокислоты коллоида фолликулов 158
4.8 «Пустые» фолликулы 159
4.9 Тканевые базофилы соединительной ткани ЩЖ 162
ГЛАВА V. ПРОГНОСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИО ТРОПНОГО ЭФФЕКТА ИМПУЛЬСНОГО ЭМП РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ЩИТОВИДНУЮ ЖЕЛЕЗУ КРЫС 173
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 198
ВЫВОДЫ 210
ЛИТЕРАТУРА 213
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Введение к работе
Актуальность проблемы
Повышенный интерес к биологическому действию электромагнитных полей определяется прежде всего тем фактом, что они являются физическим фактором среды, который оказывает существенное влияние на живые организмы различного уровня организации (Андреев Е.А. с соавт., 1985; Агаджанян Н.А. с соавт., 1995; Алексеев А.Г. с соавт, 1997; Григорьев Ю.Г., 1999). Использование источников электромагнитного излучения в технологических процессах, внедрение средств радиоэлектронной связи, рост сетей воздушных и кабельных линий электропередач, развитие электрифицированного городского и железнодорожного транспорта, широкое использование компьютерных технологий и бытовой техники существенно изменили электромагнитную среду обитания человека. Фоновые уровни ЭМИ выросли в тысячи, десятки тысяч раз (Григорьев Ю.ПД999; Крюков В.И., 2000; Якушкина Г.И., 2001). Есть все основания прогнозировать дальнейшее увеличение интенсивности электромагнитного загрязнения окружающей среды (Соколов Э.М. с соавт., 2001).
Отсутствие зависимости доза-эффект заставляет обратить пристальное внимание не только на мощные источники излучения, но и на источники ЭМП относительно небольших интенсивностей. Поэтому неотложными задачами электромагнитобиологии должны являться разработки: эффективных мер профилактики избыточного воздействия ЭМИ; адекватных диагностических методов раннего выявления негативных последствий (в том числе и отдаленных) воздействия ЭМП; новых методологических подходов в гигиеническом нормировании ЭМИ. Важным направлением исследований в современной электромагнитобиологии является изучение биологических закономерностей воздействия ЭМП низкой интенсивности (Субботина Т.И. с соавт., 2003).
Несмотря на большое число публикаций, посвященных вопросу вредности электромагнитного фактора для человеческого организма, в настоящее время не представляется возможным однозначно интерпретировать эти данные. Результаты завершенных исследований разнонаправ-леньг и не подтверждают друг друга. Из всего многообразия электромагнитных полей наиболее биологически активными и менее изученными являются импульсные ЭМП (Абдуллина З.М., 1975; Бородкина А.Г., На-хильницкая З.Н., 1974; Григорьев Ю.Г., 1999). Биологическое действие электромагнитных импульсов ультракороткой длительности представляется вообще малоизученным, хотя область их распространения имеет стратегическое значение. Авиационные специалисты сталкиваются в повседневной профессиональной деятельности с чрезвычайно неоднородными частотными ЭМП, источниками которых являются открытые распределительные устройства и силовые высоковольтные линии, наземные и бортовые радиотехнические средства (радиорелейные и радиолокационные станции, средства навигации, оповещения, опознавания и связи и прочее), ЭМ-импульсов - средства радиоэлектронной борьбы, ЭМ-импульсов разряда молний и высоковольтные разряды, испытательные установки для перспективной военной техники, которая должна быть устойчива к импульсам ЭМИ.
Потенциальная опасность ЭМИ обусловлена специфическими характеристиками взаимодействия ЭМП и биологических объектов: зависимостью реакции не только от интенсивности облучения, но и модуляции (Бурлакова Е.Б., 1999), влиянием на конечный эффект облучения биотропных параметров поля (интенсивность, градиент, вектор, частота излучения, форма импульса, локализация, экспозиция, периодичность действия), сочетание которых может давать существенно разные последствия для них.
Многочисленные клинико-эпидемиологические исследования (Лысина Г.Г., Никонова К.В., 1986; Лисовский В.А. и соавт., 1989; Сиско Ж.В., 1990; Виевская Г.А. и соавт.,1993; Карпикова Н.И., 1994; Крюков В.И., 2000) свидетельствуют о том, что уже в первые годы контакта с ЭМИ персонал начинает предъявлять жалобы на головную боль, боли в сердце, понижение работоспособности. С увеличением профессионального стажа работы частота жалоб нарастает. При инструментальном обследовании выявлены функциональные расстройства ЦНС и сердечнососудистой системы. У персонала, контактирующего с ЭМИ, раньше и чаще, чем у лиц контрольной группы, диагностировались гипертоническая болезнь, церебральный атеросклероз, гастриты, гастродуодениты, язвенная болезнь, дискинезия кишечника и желчевыводящих путей. С увеличением стажа работы частота и распространенность различных заболеваний нарастает.
Анализ заболеваемости с временной утратой трудоспособности свидетельствует о том, что работающие в условиях хронического воздействия ЭМИ чаще и длительнее болеют (Нестеренко А.О. и соавт., 1989; Петленко СВ., Смирнов B.C., 1993; Новиков B.C., 1995). При этом в структуре заболеваемости на первый план выступают функциональные расстройства ЦНС и сердечно-сосудистой системы, повышается частота острых респираторных заболеваний, что объясняется снижением иммунитета.
Изучение влияния ЭМИ на репродуктивную функцию показало, что у мужчин, профессионально связанных с ЭМИ, наблюдается большая частота импотенции и снижение потенции (Шаляпина В.Г. и соавт., 1990; Андриенко Л.Г. и соавт.,1993; Никитина В.Н. и соавт., 1996). Примечательно, глубина изменений основных показателей репродуктивной функции зависела от профессионального стажа. У женщин, профессионально связанных с ЭМИ, были выявлены нарушения детородной функции (расстройства менструального цикла, токсикозы беременности, самопроизвольные выкидыши, патологии родов) (Муратова Е.В. и со-авт.,1988; Чернова С.А., 1996).
Изучены проявления синдрома раннего старения организма, развивающегося у людей, профессионально связанных с воздействием ЭМП (Зуев В.Г., Ушаков И.Б., 2001). Оказалось, что у персонала, имеющего контакт с ЭМИ, со стажем работы 13-15 лет, биологический возраст опережает календарный на 7-8 лет. При этом процесс старения в группе профессионального контакта с ЭМИ опережает таковой в 2 раза при сравнении с группой лиц, работающих в аналогичных условиях производства, но без воздействия данного фактора.
В многочисленных экспериментальных исследованиях было установлено, что ЭМИ воздействует на организм как непосредственно, взаимодействуя со структурами субклеточного и клеточного уровней, так и опосредованно, реализуя свои эффекты через такие критические системы, как нервная, эндокринная, иммунная (Хадарцев А.А., 2003; Lourencini da Silva R., 2000; Abhold А., и соавт., 2001).
Среди органов эндокринной системы особая роль принадлежит щитовидной железе (ЩЖ), поскольку установлено, что у экспериментальных животных, облученных ЭМП, существенно повышается потребность тканей в тироксине. Некоторые исследования подтверждают факт участия тироидных гормонов в реализации генетических эффектов микроволн (Антипенко Е.Н. и соавт., 1984; Смилевич В.Б., 1999; Gurney JB., 1999), Изучение ЩЖ, как наиболее чувствительного органа эндокринной системы к воздействию ЭМП, обусловлено необходимостью выявления системных эффектов взаимодействия ЭМП с биологическими объектами (в том числе и организмом человека) для формирования корреги-рующих и управляющих воздействий.
Известно, что регуляция деятельности ЩЖ осуществляется главным образом через гипоталамо-гипофизарные влияния по принципу обратных связей. Тем не менее существенная роль принадлежит и внутриклеточным механизмам, которые обеспечивают форсированное поступление тироидных гормонов в кровь в экстренных ситуациях. В реализации этих механизмов принимают участие тканевые базофилы соединительной ткани ЕДЖ, которые, как полагают, могут определять уровень функциональной активности ЩЖ (Павлов В.Б., 1989), особенно в ее непосредственных реакциях на воздействие факторов внешней среды различной природы.
Цель работы - провести системный анализ морфологических эквивалентов функционального состояния щитовидной железы и создать прогностическую модель последствий длительного воздействия импульсных электромагнитных полей ультракороткой длительности.
Задачи исследования
1 Выполнить морфологическое исследование функционального состояния ЩЖ животных и установить зависимость ее состояния от:
- воздействия характеристик импульсов ЭМП (различной плотности наведенных токов в теле экспериментальных крыс, частоты импульсов);
- продолжительности воздействия; 2 Провести корреляционный анализ изученных данных морфологических эквивалентов функционального состояния ЩЖ для выяснения их связи с параметрами и длительностью воздействия ЭМИ;
3 Изучить зависимость состояния системы крови от выбранных параметров импульсного ЭМП;
4 Проанализировать состояние тканевых базофилов соединительной ткани ЩЖ в условиях хронического воздействия импульсов ЭМП;
5 Построить математическую модель морфофункционального состояния ЩЖ с целью прогнозирования последствий хронического воздействия импульсов ЭМП.
Научная новизна работы
Впервые проведен комплексный анализ реакции ЩЖ крыс на хроническое воздействие импульсов широкополосного ЭМП ультракороткой длительности различных параметров, который позволил доказать, что ЩЖ является критическим органом при системном ответе организма на определенный вид импульсного ЭМ-воздействия. Получены оригинальные данные, свидетельствующие о том, что тканевые базофилы соединительной ткани ЩЖ крыс могут служить чувствительным тестом состояния данного органа (возможно, и организма в целом) при хроническом действии ИЭМП различных параметров. Разработана математическая модель морфофункционального состояния ЩЖ, позволяющая прогнозировать последствия воздействия ИЭМП на ЩЖ. Предлагаемый математический подход позволяет прогнозировать характер и направленность морфофункциональных изменений в ЩЖ в зависимости от параметров ЭМП, Впервые была изучена реакция системы крови при данных параметрах. Теоретическая и практическая значимость
Полученные экспериментальные данные доказывают, что ЩЖ является критическим органом для воздействия импульсов ЭМП, и позволяют проводить достоверную оценку адаптивных возможностей организма лиц, профессионально связанных с воздействием импульсов ЭМП различных параметров.
Морфофункциональные изменения ЩЖ в зависимости от длительности действия ИЭМИ определенных параметров могут быть использованы при разработке гигиенических нормативов.
Предложенный системный анализ реакции ЩЖ на хроническое воздействие ИЭМП является теоретической предпосылкой изучения других видов неионизирующего излучения, особенно для прогнозирования последствий хронического воздействия тех факторов внешней среды, при которых ЩЖ является критическим органом.
Положения, выносимые на защиту:
1. Системный анализ реакции ЩЖ как критического органа при хроническом воздействии ИЭМП адекватен для оценки реакции организма в целом к изученным условиям ЭМ-воздействия.
2. Реакция тканевых базофилов соединительнотканной стромы ЩЖ является чувствительным тестом для оценки интегративно-адаптивных возможностей не только ЩЖ, но и организма в целом на воздействие ИЭМП.
3. Разработанная математическая модель морфофункционального состояния ЩЖ на хроническое воздействие ИЭМП различных параметров может быть использована как исходная для оценки биологической эффективности излучений других видов и параметров.
4. Развиваемый подход является перспективным средством исследования влияния ЭМИ на организм в целом с целью наиболее эффективной обработки информации и прогнозирования последствий (в том числе отдаленных) облучения.
Внедрение результатов в практику
Полученные экспериментальные данные использованы при составлении отчетов и реализованы в составной части комплексно-научной исследовательской работы «Разработка системы мероприятий по обеспечению электромагнитной безопасности личного состава при проведении испытаний вооружений и военной техники на стойкость к воздействию электромагнитных импульсов», шифр «Тесла-2000-АКМ» в центральном физико-техническом институте Министерства Обороны Российской Федерации.
Сформулированные и обоснованные различия морфофункциональ-ных характеристик ЩЖ в зависимости от длительности определенного вида ЭМИ использованы при разработке гигиенических нормативов по защите персонала от воздействия импульсных электромагнитных полей (Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.2.4.1329-03, Минздрав России, Москва, 2003. - 28 с).
Разработанный метод анализа морфологических изменений щитовидной железы внедрен в практику гистологического исследования эндокринной системы ВГМА им.Н.Н.Бурденко, полученные в работе данные используются в учебном процессе и элективном курсе лекций „Морфофункциональные основы радиобиологии", изложены в методическом пособии „Морфофункциональные основы радиобиологии", предназначенного для студентов младших курсов медицинских и фармацевтических ВУЗов и факультетов.
Апробация работы прошла на 17-ом заседании научно-методического Совета 10-го Управления Государственного научно-исследовательского испытательного института военной медицины МО РФ (г.Москва, 23 октября 2003 г.) и в Диссертационном совете Д 212.271.06 при Тульском государственном университете (г.Тула, 09.04.2004).
Основные результаты исследования были представлены на 10-ти Международных, 3-х Российских и 1-й региональной конференциях, симпозиумах и съездах: Второй международной конференции «Электромагнитные поля и здоровье человека: проблемы электромагнитной безопасности человека. Фундаментальные и прикладные исследования. Нормирование ЭМП: философия, критерии и гармонизация» (Москва, 1999); Международном экологическом симпозиуме «Перспективные информационные технологии и проблемы управления рисками на пороге нового тысячелетия» в рамках научных чтений «Белые ночи 2000» (Санкт-Петербург, 2000); Международном экологическом конгрессе в рамках IV-oro Петербургского экономического форума «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 2000); Втором Европейском конгрессе по Биогеронтологии (Санкт-Петербург, 2000); X Международном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 2001); IX Международной конференции и дискуссионном научном клубе «Новые информационные технологии в медицине и экологии» (Гурзуф, 2001); Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург, 2001); Научной конференции «Морфологические основы гистогенеза и регенерации тканей» (Санкт-Петербург, 2001); IV Съезде по радиационным исследованиям (Москва, 2001); XII конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2002); X Международной конференции и дискуссионном научном клубе «Новые информационные технологии в медицине и экологии» (Ялта-Гурзуф, 2002); Третьей международной конференции «Электромагнитные поля и здоровье человека. Фундаментальные и прикладные исследования» (Москва-Санкт-Петербург, 2002); Международной научно-практической конференции «Здоровье в XXI веке - 2002» (Москва -Тула, 2002); Международной конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург, 2003).
Публикации. Общее число работ по теме диссертации - 50, из них - 2 монографии, 1 - учебное пособие, 13 статей, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из общей характеристики работы, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов собственных данных, заключения, выводов, приложения, списка литературных источников, изложена на 319 страницах машинописного текста. Работа содержит 17 рисунков, 128 таблиц. Список литературы включает 308 источников, из них - 199 отечественных и 109 зарубежных.
