Динамика антиоксидантной системы организма под действием сверхвысокочастотного излучения

обмен опытом

Вестник Челябинского государственного университета. 2014. № 13 (342).

Образование и здравоохранение. Вып. 4. С. 134-139.

УДК 612.12:616-008

ББК 28.7:53.6

динамика антиоксидантной системы организма под действием сверхвысокочастотного излучения

Э. Б. Александрова

ФГБУН ГНЦРФ «Институт медико-биологических проблем РАН», Москва, Россия

Результаты наших исследований позволят расширить представления об изменениях показателей, характеризующих процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ) и функции антиоксидантной системы организма, и могут быть использованы для выявления полной цепочки взаимодействия между собой процессов ПОЛ и механизма активации этих процессов СВЧ-излучениями.

Ключевые слова: перекисное окисление липидов (липидная пероксидация), антиоксидантная система, ферментное и неферментное звено антиоксидантной системы, антиоксидантный стресс, влияние СВЧ-излучений на организм, тепловые и нетепловые интенсивности.

Одним из важных процессов, связанных с клеткой и клеточными мембранами, является перекисное окисление липидов (ПОЛ). В процессе ПОЛ, происходящего в биологических мембранах, участвуют свободные радикалы ненасыщенных жирных кислот клеточных мембран. При его активации нарушаются барьерные, ре-цепторные и каталитические функции мембран. В настоящие время рассматриваются в основном три механизма повреждения мембран при усилении ПОЛ:

— появление гидрофильных гидроперекисных групп в полиненасыщенных жирных кислотах фосфолипидов, нарушающих гидрофобность ли-пидного бислоя и вызывающих резкое возрастание пассивной проницаемости мембраны для ионов;

— возникновение в ходе липопереокисления диальдегидов (например, малонового), способных вызвать полимеризацию и агрегацию белков и липидов в мембране;

— окисление перекисными радикалами аминокислотных остатков мембранных белков (в первую очередь гистидина, триптофана и аминокислот, содержащих сульфгидрильные группы), присутствие которых в активных центрах ферментов вызывает потерю ферментативной активности.

Названные первичные изменения приводят к серьёзным нарушениям функционирования мембран, что проявляется и на уровне организма.

Материалы и методы исследования. Универсальной реакцией любого организма на дей-

ствие одного или группы вредных факторов является повышение энергообразования в клетках адаптивных систем. Это в свою очередь приводит к повышению содержания перекисных соединений в клетках и тканях. Избыток перекисных соединений особенно инактивируется антиокси-дантной системой посредством витаминов и компонентов ферментного и неферментного звена, в том числе витаминов С, Е, А, Р, РР и др., глута-тионом (восстановленным и невосстановленным) и др. компонентами. Известно, что истощённые запасы витаминов антиоксидантного действия и перекисных соединений начинают повреждать мембраны и рецепторный аппарат функционирующих и делящихся клеток.

Известно, что ПОЛ представляет собой процесс непосредственного переноса кислорода на субстрат с образованием пероксидов, кетонов, альдегидов и других соединений. Реакция эта носит цепной самоиндуцирующий характер и возникает под действием активных форм кислорода. Особой активностью обладает супероксидный анион, который в организме может действовать как окислитель с образованием пероксида водорода и как восстановитель с образованием молекулярного кислорода. Наиболее легко отрывается атом водорода от углерода, находящегося в а-положении по отношению к двойной связи в молекуле ненасыщенной жирной кислоты. В результате в молекулах жирных остатков появляется система сопряжённых двойных связей или

конъюгированных диенов, которые легко взаимодействуют с кислородом с образованием перок-сидных радикалов, а в дальнейшем и гидроперок-сидов (первичных продуктов ПОЛ) [2]. Поэтому в качестве показателей, оценивающих состояние процессов ПОЛ, обычно определяют содержание первичных (диеновых конъюгатов и кетодиенов), вторичных (малонового диальдегида) и конечных продуктов (основания Шиффа) процесса перекис-ного окисления.

В последнее время в научных публикациях, посвящённых процессам ПОЛ при воздействии электромагнитных полей различных частотных диапазонов (О. А. Григорьев, Г В. Жукова, К. С. Аманова, И. Р. Князева, Т. И. Хаймович, Е. П. Лобкаева и др.) приводятся интересные данные, свидетельствующие о достоверных сдвигах в этих процессах. Комплексного анализа и обобщения этих результатов до настоящего времени не проводилось, однако существующих на сегодняшний день данных достаточно, чтобы высказать предположение о том, что взаимоотношение показателей ПОЛ и антиоксидантной системы организма является одним из наиболее информативных и значимых биохимических параметров для диагностики и оценки тяжести электромагнитного воздействия различной интенсивности.

Настоящий литературный обзор посвящён анализу российских и зарубежных публикаций последних лет, по исследованиям изменения процессов ПОЛ и функции антиоксидантной системы организма при воздействии электромагнитного излучения различных частотных диапазонов и интенсивности.

Реакции с ПОЛ участвуют в процессах регуляции липидного состава биомембран и активности ферментов. Последнее является результатом как прямого действия продуктов липопероксидных реакций на энзимы, так и опосредованного — через изменения состояния мембран, с которыми ассоциированы многие ферменты.

В исследованиях влияния импульсно-периоди-ческого микроволнового излучения (10 ГГц, длительность импульсов 330 нс, частота повторения импульсов 10-25 Гц, импульсная УПМ 5 • 106 Вт) на печень белых мышей [2] установлено, что однократное 5-минутное воздействие в этом режиме вызывает изменения перекисного окисления липидов, в частности на первые сутки после облучения на всех частотах, за исключением 10 Гц, ПОЛ уменьшился вдвое. Содержание общего белка через 72 ч после облучения снизилось пример-

но на 40-50 % по сравнению с контрольной (лож-нооблучённой)группой.

В работе К. С. Амановой исследовалось влияния СВЧ-облучения нетеплового и теплового диапазонов на некоторые показатели обменных процессов организма животных [1]. В этой работе в плазме крови животных определяли содержание общего белка (ОБ), общих липидов (ОЛ), холестерина (ХС), триглицеридов (ТГ), мочевой кислоты (МК) и гемоглобина (НЬ) определяли с помощью наборов фирмы «Лахема». В этих экспериментах было установлено, что на 30-е сутки СВЧ-облучения нетеплового и теплового диапазона прослеживалась тенденция к увеличению содержания гемоглобина в крови животных. В то же время в плазме крови животных этой группы достоверно снижалось содержание общего белка в среднем на 30 % по сравнению с контролем.

Амановой также было установлено, что на 30-е сутки СВЧ-облучения нетеплового диапазона в плазме крови крыс достоверно снижается содержание общих липидов — на 75 % по сравнению с контролем, тогда уровень ХС и ТГ от значений нормы не отличались [1].

При облучении крыс, находящихся на расстоянии 4-6 см по 6-8 ч в сутки 6 раз в неделю у монитора персонального компьютера (характеристики: электрическое поле при 2кГц — 72 В/м, при 2-400кГц — 9 В/м, магнитное поле при 5-2 000 Гц — 1960 нТл, при 2-400 кГц — 196 нТл, электростатический потенциал — 2,53 кВт), содержание МДА в цельной крови крыс снижалось на 31,5 %, в то время как содержание восстановленного глутатиона в эритроцитах крови крыс у условиях адаптации к электромагнитному облучению увеличивалось на 35 %. Также в этих исследованиях у облучённых крыс было отмечено снижение активности глутатионпероксидазы в эритроцитах и снижение активности глутатион-5-транссферазы. В исследованиях содержания ли-пидов в эритроцитах и сыворотки крови показано, что ЭМП оказывает влияние на липиды эри-троцитарных мембран, но не влияет на липиды сыворотки крови [6].

Весьма интересные данные в исследованиях суммарного содержания антител приводятся в работе Ю. Г. Григорьева с соавторами [4]. Ими установлено, в частности, что значение ^М на 7-е сутки после окончания СВЧ-воздействия, специфичных к жирным кислотам с малой цепью, к ги-дроксилированным жирным кислотам и пальми-тиновой/миристиновой / олеиновой жирным кис-

лотам (С6-С8-С10-С12; С6-С8-С10-С12ОН; PAL/ MYR/OLE), в опытной группе («ЭМП СВЧ») было статистически достоверно выше (0,362 ед. OD), чем в группах ложного облучения и биоконтроля (0,262 и 0,241 ед. OD соответственно). В дальнейшем, на 14-е сутки, разница между группами нивелировалась. Григорьев и др., считают, что эти данные демонстрируют, что в ранние сроки после воздействия ЭМП СВЧ у части клеток в липид-ной компоненте возникают процессы, которые отличаются от таковых у крыс других групп и могут быть обусловлены активацией оксидатив-ных внутриклеточных реакций.

Изменение значений показателей процессов ПОЛ и функции антиоксидантной системы организма происходит не только при описанных выше вариантах облучения. Сегодня можно считать достоверно доказанным факт значительных сдвигов показателей ПОЛ и функции антиокси-дантной системы организма при различных комбинациях сочетанного воздействия ЭМП СВЧ. В качестве примера таких сдвигов для нашей работы представляют интерес данные, полученные Савином и др. (2010), при попытке изучения регуляции свободнорадикальных процессов модулирующим воздействием электромагнитного излучения в сочетании с введением стволовых клеток. В этой работе авторами изучение активности свободнорадикальных процессов проводилось в условиях гипоплазии красного костного мозга, которая достигалась путём внутривенного введения 0,1 мл фторурацила. Первой группе животных внутривенно вводили фторурацил. Вторая группа животных одновременно с введением ци-тостатика подвергалась воздействию электромагнитных полей миллиметрового диапазона частотой 37 ГГц, мощностью 0,3 мВт/см2.

Продолжительность однократного облучения составила 30 минут, суммарное время воздействия составило 180 минут. Животным третьей группы, кроме воздействия на них цитостати-ков и ЭМИ КВЧ, осуществлялось введение стволовых клеток. Уровень свободнорадикальных процессов оценивался на основании активности оксидантов и антиоксидантной защиты по стандартным методикам. В качестве исследуемых показателей определяли уровень гидроперекисей липидов, концентрацию малонового диальдеги-да, антиокислительную активность плазмы, активность каталазы и супероксиддисмутазы.

На основании полученных результатов было установлено, что в первой группе эксперимен-

тальных животных после введения фторурацила наблюдается достоверное повышение активности гидроперекисей липидов и малонового диальде-гида, сопровождающееся снижением антиокислительной активности плазмы и ключевых ферментов, регулирующих активность свободнорадикальных процессов — каталазы и супероксид-дисмутазы, что свидетельствует об избыточном накоплении первичных свободных радикалов, обусловленном воздействием на организм цито-статика.

Во второй группе животных наблюдались аналогичные изменения, но в сравнении с первой группой отмечается незначительное снижение концентрации гидроперекисей липидов и малонового диальдегида на фоне возрастания активности каталазы, супероксиддисмутазы и, как следствие, антиокислительной активности плазмы. Выявленные изменения авторы связывают с возрастанием активности антиоксидантной системы под действием электромагнитного излучения [5].

При изучении влияния низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ с шумовым спектром на систему крови и ПОЛ лабораторных животных КВЧ-воздействие проводилось на область тазовых костей и затылка после радиационного поражения в течение 10 дней ежедневно. Установили, что облучение контрольных животных вызвало увеличение продуктов ПОЛ. Содержание диеновых конъюгатов также возрастало примерно на 30 % по сравнению с интактными животными, триеновых — увеличивалось постепенно и к 18-м суткам после облучения превышало норму почти в 3 раза. Накопление продуктов ПОЛ связано с развитием пострадиационных свобод-норадикальных реакций. Конечный результат поражающего действия радиации в этой работе авторы предлагают наблюдать по изменению содержания оснований Шиффа. Их количество на 11-е сутки после облучения возросло в 3,5 раза по сравнению с нормой. Это говорит об истощении антиоксидантной системы. Но к 18-м суткам, а ещё более к 25-м суткам замечено снижение концентрации оснований Шиффа, что свидетельствует о начале репарационного процесса и восстановлении антиоксидантной системы. У животных, прошедших КВЧ-терапию в затылочной области, содержание диеновых конъюгатов возрастает в 2,5 раза по сравнению с контролем. Следовательно, КВЧ-излучение усиливает уже идущий процесс ПОЛ. Головной мозг является

органом с высокой предрасположенностью к индукции свободнорадикальных реакций. На 18-е сутки количество диеновых конъюгатов возрастает в 5 раз. К 25-м суткам их количество снижается, оставаясь выше уровня интактных животных.

В содержании триеновых конъюгатов снижения не было замечено даже к 25-м суткам после облучения. Оно возросло по сравнению с контролем в 5 раз. По-видимому, это обусловлено спецификой ПОЛ в головном мозге. Содержание оснований Шиффа постепенно уменьшается к концу периода наблюдений, но остаётся выше контроля. Это говорит о неэффективности КВЧ-терапии на затылочную область.

У животных, прошедших КВЧ-терапию в области таза, наблюдался подъём уровня первичных продуктов пероксидации. В качестве источника КВЧ-облучения в этой работе использовалась терапевтическая установка «Агат-С». Мощность облучения — 1 Гр/мин. КВЧ-терапию начинали через 1 час после облучения в области тазовых костей (1 опытная группа) и затылочной области (2 опытная группа). Животные контрольной группы лечению не подвергались. Лечение проводилось с помощью аппарата КВЧ-терапии с шумовым излучением «АМФИТ-0,2/10-01» в течение 10 дней по 20 минут ежесуточно. Аппарат разработан в НИФТИ ННГУ и производится серийно. Диапазон частот составляет 53,57-78,33 ГГц, мощность излучения шумового сигнала — 0,2-1,5 мкВт.

Результаты исследования и их обсуждение.

Несмотря на огромное количество научных публикаций, посвященных исследованию изменения показателей ПОЛ при облучении СВЧ-полем в различных комбинациях воздействия и при разных интенсивностях, набор изучаемых параметров, характеризующих состояние процесса ПОЛ и функции антиоксидантной системы организма,

представленных в работах последних лет, весьма разрознен и ограничен. Как правило, это упоминание об изменениях в значении вторичных (МДА) и конечных (основания Шиффа) показателей, выявленных на фоне исследования общих биохимических, гематологических и морфологических показателей крови экспериментальных животных.

Сведения о состоянии первичных параметров (диеновых конъюгатов и кетодиенов) процесса ПОЛ, изменения показателей функции антиоксидантной системы при воздействии ЭМП СВЧ-диапазона в проанализированных работах встречаются редко, представлены не в полном объёме либо отсутствуют полностью.

Это говорит о необходимости проведения более детального и углублённого изучения показателей, характеризующих процессы ПОЛ и функции антиоксидантной системы организма, выявления полной цепи их взаимодействия между собой и механизма активации этих процессов СВЧ-излучениями.

Заключение. Всё вышеизложенное свидетельствует о том, что сдвиги в процессах ПОЛ и функции антиоксидантной системы организма присутствуют при воздействии ЭМП различных частотных диапазонов, но эти сведения не систематизированы, противоречивы и не раскрывают полной информации о механизме действия этого фактора на организм. Таким образом, возникает необходимость в проведении дальнейших исследований в этом направлении. Кроме того, обобщение полученных экспериментальных результатов может лечь в основу разработки методических рекомендации по оказанию первой помощи пострадавшим в случаи возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, связанных с электромагнитным воздействием.

Список литературы

1. Аманова, К. С. Влияние СВЧ-облучения нетеплового и теплового диапазонов на некоторые биохимические показатели в крови крыс / К. С. Аманова // Pfedni vedecke novinky - 2008 : materialy IV mezinarodni vedeco-praktika konference. Dil 4. Lekafstvi. Biologicke vedy. Chemie a chemicka technologie. Ecologie. Praha : Publishing House «Education and Science» s.r.o., 2008. 28-32 stran.

2. Замай, Т. Н. Особенности функционирования клеточной мембраны в условиях воздействия электромагнитного поля / Т. Н. Замай, Е. В. Маркова, Н. М. Титова // Вестн. Краснояр. гос. ун-та. Естеств. науки. 2003. № 5. С. 151-159.

3. Кислицкая, В. Н. Влияние хронического СВЧ-излучения мощностью 5 Вт и 10 Вт на некоторые показатели ПОЛ в эксперименте / В. Н. Кислицкая, Б. Ж. Култанов, Н. У. Танкибаева, Т. Г. Фролова,

К. С. Аманова // Инновационные технологии в медицине и образовании : материалы Междунар. науч.-метод. конф., посв. 100-летию со дня рождения Я. А. Лазариса. Караганда, 2004. С. 189-190.

4. Кислицкая, В. Н. Влияние СВЧ-излучения мощностью 5 Вт на показатели окислительной модификации белка и уровень оксида азота в плазме крови крыс / В. Н. Кислицкая // Медицина и экология. 2004. № 3. С. 97-98.

5. Князева, И. Р. Изучение биохимических показателей печени мышей при воздействии микроволнового излучения / И. Р. Князева, М. А. Большаков // Бюл. сиб. медицины. 2005. Т. 4. С. 63.

6. Мельчиков, А. С. Влияние воздействия микроволн тепловой интенсивности на органы и ткани экспериментальных животных / А. С. Мельчиков, Ю. С. Яковлева // Совр. наукоёмкие технологии. 2007. № 6. С. 67-68.

7. Савин Е. И. Регуляция свободнорадикальных процессов модулирующим воздействием электромагнитного излучения в сочетании с введением стволовых клеток / Е. И. Савин, А. А. Хадарцев, Д. В. Иванов и др. // Междунар. журн. приклад. и фундамент. исслед. 2010. № 5. С. 77-79.

Сведения об авторе

Александрова Элеонора Борисовна — старший инженер по радиационной безопасности Института медико-биологических проблем РАН, Москва, Россия. elona6@yandex.ru

Bulletin of Chelyabinsk State University. 2014. № 13 (342). Education and Healthcare. Issue 4. P. 134-139.

dynamics of the antioxidant system of the organism under the action of microwave radiation

E. B. Aleksandrova

Senior Engineer for Radiation Safety of Institute of Biomedical Problems of RAN, Moscow, Russia. elona6@yandex.ru

Results of our researches will allow to expand ideas of changes of indicators characterizing processes of lipid peroxidation and functions of antioxidant system of an organism, and can be used for identification of a full chain of interaction among themselves processes of lipid peroxidation and the mechanism of activation of these processes by microwave radiations.

Keywords: perekisny oxidation of lipids (lipidic peroksidation), antioxidant system, fermental and not fermental link of antioxidant system, antioxidant stress, influence of microwave radiations on an organism, thermal and not thermal intensity.

References

1. Amanova, K. S. Vliyanie SVCh-oblucheniya neteplovogo i teplovogo diapazonov na nekotorihe biokhi-micheskie pokazateli v krovi krihs [Influence of microwave radiation of not thermal and thermal ranges on some biochemical indicators in blood of rats] / K. S. Amanova // Pfedni vedecke novinky - 2008 : materialy IV mezinarodni vedeco-praktika konference. Dil 4. Lekafstvi. Biologicke vedy. Chemie a chemicka technologie. Ecologie. Praha : Publishing House «Education and Science» s.r.o., 2008. 28-32 stran.

2. Zamayj, T. N. Osobennosti funkcionirovaniya kletochnoyj membranih v usloviyakh vozdeyjstviya ehle-ktromagnitnogo polya [Features of functioning of a cellular membrane in the conditions of influence of an electromagnetic field] / T. N. Zamayj, E. V. Markova, N. M. Titova // Vestn. Krasnoyarsk. gos. un-ta. estestv. nauki. 2003. № 5. S. 151-159.

3. Kislickaya, V. N. Vliyanie khronicheskogo SVCh izlucheniya mothnostjyu 5 Vt i 10 Vt na nekotorihe pokazateli POL v ehksperimente [The effect of chronic microwave radiation power 5 W and 10 W on some of the indicators processes of lipid peroxidation in experiment] / V. N. Kislickaya, B. Zh. Kultanov, N. U. Tankibaeva, T. G. Frolova, K. S. Amanova // Innovacionnihe tekhnologii v medicine i obrazovanii. Materialih mezhdun-arodnoyj nauchno-metodicheskoyj konferencii, posvyathennoyj 100-letiyu so dnya rozhdeniya Ya. A. Lazarisa. Karaganda. 2004. S. 189-190.

4. Kislickaya, V. N. Vliyanie SVCh izlucheniya mothnostjyu 5 Vt na pokazateli okisliteljnoyj modifikacii belka i urovenj oksida azota v plazme krovi krihs [The effect of microwave radiation power 5 W on the indices of oxidative modification of proteins and the level of nitric oxide in the blood plasma of rats] / V. N. Kislickaya // Medicina i ehkologiya. 2004. № 3. S. 97-98.

5. Knyazeva, I. R. Izuchenie biokhimicheskikh pokazateleyj pecheni mihsheyj pri vozdeyjstvii mikrovolno-vogo izlucheniya [The study of biochemical indicators of liver of mice when exposed to microwave radiation] / I. R. Knyazeva, M. A. Boljshakov // Byul. sibirs. medicinih. 2005. T. 4. S. 63.

6. Meljchikov, A. S. Vliyanie vozdeyjstviya mikrovoln teplovoyj intensivnosti na organih i tkani ehksperi-mentaljnihkh zhivotnihkh [The impact of exposure to microwaves heat intensity on the organs and tissues of experimental animals] / A. S. Meljchikov, Yu. S. Yakovleva // Sovremennihe naukoemkie tekhnologii. 2007. № 6. S. 67-68.

7. Savin E. I. Regulyaciya svobodnoradikaljnihkh processov moduliruyuthim vozdeyjstviem ehlektromag-nitnogo izlucheniya v sochetanii s vvedeniem stvolovihkh kletok [Regulation of free radical processes modulating influence of electromagnetic radiation in combination with the introduction of stem cells] / E. I. Savin, A. A. Khadarcev, D. V. Ivanov i dr. // Mezhdunarodnihyj zhurnal prikladnihkh i fundamentaljnihkh issledo-vaniyj. 2010. № 5. S. 77-79.