Роль катехоламинов в регуляции тканевого кровотока при действии низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высокой частоты

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Роль катехоламинов в регуляции тканевого кровотока при действии низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высокой частоты Чуян Е.Н.1, Раваева М.Ю.2

1 Чуян Елена Николаевна/ Chuyan Elena Nikolaevna - кафедра физиологии человека и животных и биофизики, факультет биологии и химии, доктор биологических наук, профессор;

2Раваева Марина Юрьввна/Ravaeva Marina Yurievna - кафедра физиологии человека и животныгх и биофизики, факультет биологии и химии, кандидат биологических наук, доцент Таврический национальный университет имени В.И. Вернадского, г. Симферополь

Аннотация: показано, что при многократном воздействии электромагнитным излучением крайне высокой частоты происходит увеличение амплитуды нейрогенных колебаний, оказывающее значительное влияние на состояние микрососудистого тонуса тканевого кровотока, зарегистрированное в результате спектрального анализа ЛДФ-граммы. Предполагается, что данный эффект связан с уменьшением содержания катехоламинов в периферической крови.

Abstract: it is shown that repeated exposure to electromagnetic radiation of extremelyhigh frequency is increased the amplitude of neurogenic fluctuations have a significant impact on the microvascular tone tissue blood flow, recorded as a result of the spectral analysis ofLDF-gram. It is assumed that this effect is associated with a decrease in the content of catecholamines in the peripheral blood.

Ключевые слова: электромагнитное излучение крайне высокой частоты, микроциркуляция, катехоламины. Keywords electromagnetic radiation of extremely high frequency, catecholamines, microcirculation.

В наших предыдущих исследованиях [1] методом лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) показано, что низкоинтенсивное электромагнитное излучение крайне высокой частоты (ЭМИ КВЧ) оказывает действие на кожную микрогемодинамику человека и экспериментальных животных, что выражается в увеличении перфузии тканей, снижении периферического сопротивления (вазодилатации) и, следовательно, повышении нутритивного кровотока.

Исследование осцилляторных характеристик ЛДФ-граммы с применением амплитудно-частотного анализа позволило установить, что воздействие низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ привело к существенному изменению, помимо эндотелиального и миогенного, нейрогенного ритма, оказывающего значительное влияние на состояние микрососудистого тонуса тканевого кровотока. В частности, отмечалось увеличение амплитуды нейрогенного ритма на фоне снижения нейрогенного тонуса [1].

Известно, что физиологическая природа нейрогенных колебаний связана с симпатическими адренергическими влияниями на гладкие мышцы артериол и артериолярных участков артерио-венулярных анастомозов [2,3].

Поэтому целью настоящего исследования явилось определение изменения содержания катехоламинов (КА), основных медиаторов симпатоадреналовой системы (САС), периферической крови под влиянием ЭМИ КВЧ.

Материал и методы

Экспериментальная часть работы выполнена на 40 белых беспородных белых крысах-самцах, массой 180-220 граммов, полученных из опытно -экспериментального питомника Института гигиены и медицинской экологии, фирма «Феникс» (г. Киев).

В экспериментальные группы отбирали животных одинакового возраста и веса со средней двигательной активностью и низкой эмоциональностью, определяемых в тесте «открытого поля» [4]. Такой отбор позволил сформировать однородные группы животных, однотипно реагирующих на воздействия. Предварительно отобранные животные были разделены на четыре группы по десять особей в каждой.

К первой группе относились животные, которые в течение девяти суток содержались в обычных условиях вивария и служили биологическим контролем (К). Крысы второй группы ежедневно подвергались 30-ти минутному воздействию ЭМИ КВЧ на затылочно-воротниковую область (КВЧ). Третью группу составляли крысы, находившиеся в условиях экспериментальной стресс-реакции, которая моделировалась девятисуточным ограничением подвижности (гипокинезия, ГК). Крысы четвертой группы подвергались комбинированному воздействию ГК и ЭМИ КВЧ (ГК+КВЧ).

Воздействие ЭМИ КВЧ осуществляли ежедневно с 8.30 до 11.00 часов по 30 минут в течение девяти суток с помощью одноканальных генераторов «Луч. КВЧ-071» (регистрационное свидетельство № 783/99 от 14.07.99, выданное КНМТ МОЗ Украины о праве на применение в медицинской практике в Украине): рабочая длина волны - 7,1 мм; плотность потока мощности - 0,1 мВт/см2; частота модуляции 10±0,1 Гц;

габаритные размеры излучателя, выполненного в виде «точки» - 18 х 23 мм. Для осуществления контроля над наличием ЭМИ и его мощности на выходе канала излучателя использовали сервисный прибор «РАМЕД. ЭКСПЕРТ» (ТМ 0158.00.00.00. - СП). Приборы изготовлены Центром радиофизических методов диагностики и терапии «РАМЕД» Института технической механики НАНУ, г. Днепропетровск.

ГК создавалась путем помещения крыс в специальные кассеты из оргстекла (140 х 60 х 60 мм для каждой крысы), в которых они находились в течение девяти суток по 20 часов. Ограничение подвижности крыс в клетках-пеналах вызывает стрессовую реакцию, которая зависит от степени жесткости ГК [4]. В течение четырех остальных часов проводили экспериментальные исследования, кормление и уход за животными. Полученная экспериментальная модель позволила создать одинаковую степень «жесткости» ГК для всех животных, что является необходимым условием для получения сопоставимых результатов.

Крыс содержали в условиях вивария при температуре 18-22оС на стандартном пищевом рационе и в стандартных условиях освещения (12 часов темнота: 12 часов свет). Световая фаза начиналась в 7.00 утра. Эксперименты проводились с соблюдением принципов «Европейской конвенции о защите позвоночных животных, которые используются для экспериментальных и других научных целей».

Забор периферической крови осуществлялся в первые, третьи, пятые, седьмые и девятые сутки эксперимента путем пункции хвостовой вены.

Определение содержания КА в лейкоцитах проводили по методу В^а1ск [6] в модификации В.П. Новицкой [7].

Метод основан на реакции моноаминов с формальдегидными парами, в ходе которой образуются флуоресцирующие соединения, дающие ярко-зеленую флуоресценцию. КА (дофамин, норадреналин и адреналин) содержат в своем составе бензольное кольцо с двумя гидроксильными группами в положениях 3 и 4 или 4 и 5 и этаноламиновой группой. В результате протекания реакции Пикте-Шпенглера амины реагируют с альдегидами, образуя имины с хорошим выходом [8]. Циклизация последних приводит к образованию тетрагидроизохинолинов и может катализироваться кислотами. В том случае, когда в бензольном кольце присутствуют активирующие заместители, реакция циклизации происходит в очень мягких, иногда даже в физиологических условиях (рН среды, температура, концентрации реагентов) и приводит к гидрированным производным изохинолина с высоким выходом.

Для определения содержания КА в лейкоцитах одну каплю крови смешивали с равным объемом 5% раствора М£§04 на предметном стекле. Мазок высушивали потоком горячего воздуха в течение 15 минут, затем в эксикаторе под средним вакуумом в течение 30 минут. После высушивания мазки помещали в пары формалина при температуре 80°С на 1 час. Для этого в эксикатор объемом 1,7 л помещали навеску параформа 1,244 г и добавляли 350 мкл дистиллированной воды.

После инкубации в формальдегидных парах мазки исследовали под глицериновой иммерсией с использованием люминесцентного микроскопа (МЛ-4 с фотометрической насадкой ФМЭЛ) на длине волны 450 нм, при длине волны возбуждающего света 405 нм.

Величину сигнала учитывали в условных единицах (усл.ед), что не является истинным показателем абсолютного количества вещества в клетке, но прямо пропорционально этому количеству.

Содержание КА (усл.ед.) рассчитывали по средней интенсивности люминесценции после измерения яркости свечения десяти лимфоцитов и нейтрофилов. Автофлюоресценцию предметного стекла без мазка крови использовали в качестве контроля и вычитали из средней величины флюоресценции лейкоцитов.

Оценку достоверности наблюдаемых изменений проводили с помощью ^критерия Стьюдента для независимых выборок после проверки на нормальность распределения. Корреляционный анализ проводили по методу Пирсона. Расчеты и графическое оформление полученных в работе данных проводились с использованием программы Мсгобой Ехсе11 [9] и программного пакета «8ТАТ18Т1СА-6.0» [10].

Результаты

У интактных животных содержание КА в лейкоцитах находилось в пределах от 108.80 10.13 до 115,661-14,58 усл.ед. Значения этого показателя в контрольной группе животных в течение всего срока эксперимента изменялись незначительно (р>0,05).

При воздействии ЭМИ КВЧ на интактных животных наблюдалась снижение содержания КА в лейкоцитах периферической крови относительно исходных и контрольных значений этого показателя в среднем на 17 - 20 % (р<0,05) (см. рис.).

Полученные данные согласуются с результатами наших предыдущих исследований [11], в которых показано, что при изолированном действии ЭМИ КВЧ на животных потенциальная мощность центрального звена САС - надпочечников увеличилась, однако усиления выхода КА в кровь при этом не наблюдалось, о чем свидетельствовало отсутствие увеличения их накопления в ушках миокарда и твердой мозговой оболочке, а также снижение содержания КА в эритроцитах крови периферической крови крыс относительно значения этого показателя у животных контрольной группы, но дополняют их сведениями об уменьшении содержания КА в лейкоцитах.

При ограничении двигательной активности крыс содержание КА в лейкоцитах, напротив, возросло на 21,94% (р<0,01) уже к 5-м суткам, а максимального значения достигло к 7-м суткам ГК и составило 151,07% (р<0,001) относительно значений в контрольной группе животных (см. рис.).

Известно, что в основе изменений функционирования организма при стрессе лежит активация стресс -реализующих систем и, в том числе, САС [12]. Стресс-факторы, вызывая активацию коры и

лимбикоретикулярной системы, приводят к освобождению норадреналина из гипоталамуса, который, действуя на адренореактивные элементы ретикулярной формации, возбуждает симпатические центры головного мозга и тем самым активирует САС [13]. При этом увеличивается продукция КА, которые играют роль пускового фактора в развитии стресса [14, 15]. Известно, что при увеличении концентрации КА в крови усиливается и скорость их элиминации, что приводит к повышению депонирующей функции клеток крови [16].

Рис. 1. Содержание катехоламинов в лейкоцитах периферической крови (%) при воздействии ЭМИКВЧ (КВЧ), гипокинезии (ГК) и их комбинации (ГК+КВЧ) по отношению к таковым в контрольной группе, принятой за 100 %.

Примечание: * - достоверность различий при сравнении с данными контрольной группы; # - достоверность различий при сравнении с данными группы КВЧ; " - достоверность различий при сравнении с данными группы ГК, & - достоверность различий при сравнении с данными группы ГК+КВЧ.

Причем, увеличение активности САС выявлялось при самых различных стрессорных воздействиях: ограничении подвижности [3, 17-19], действии высокой внешней температуры [18], социальной изоляции на ранних этапах, эмоционально-болевом стрессе, экспериментальной массивной легочной эмболии у животных [20], во время и после кардиохирургических операций [21], у тяжелобольных с пороками сердца [22].

Следовательно, как свидетельствуют собственные и литературные данные, в условиях ГК стресса произошло усиление активности САС.

При комбинированном воздействии ГК и ЭМИ КВЧ содержание КА в лейкоцитах значительно отличалось от значений этого показателя у животных, которые также находились в условиях ограничения подвижности, но дополнительно не подвергались КВЧ-воздействию (см. рис.). Так, произошло достоверное снижение содержания КА уже на пятые сутки эксперимента на 20% (р<0,05), максимальное снижение наблюдалось на девятые сутки (на 31%; р<0,001) относительно значений у животных, которые подвергались изолированному действию ГК.

Таким образом, воздействие ЭМИ КВЧ ограничивало развитие стресс-реакции при ГК стрессе за счет предупреждения вызываемого стрессом увеличения функциональной активности САС, которая играет существенную роль в формировании ответа организма на действие раздражителей различной природы и интенсивности [23-25].

Изменение функциональной активности САС под воздействием ЭМИ КВЧ в клинических и лабораторных исследованиях отмечено и другими авторами. Так, воздействие ЭМИ КВЧ привело к снижению повышенного стрессом уровня КА в крови людей, гомогенатах структур мозга (стволе, гипоталамусе, коре), в клетках тимуса и селезенки животных [26].

Таким образом, полученные данные свидетельствуют об определенных изменениях содержания КА в лейкоцитах, степень выраженности которых зависит от характера воздействий, оказываемых на животных.

Известно, что для регуляции процессов микроциркуляции важное значение имеют циркулирующие КА [2]. Причем в физиологических условиях влияние КА крови на величину сосудистого тонуса клинически незначимо, а регулирующая роль циркулирующих КА проявляется в стрессовых условиях. При выраженной активации симпатических вазомоторных волокон симпатическая импульсация усиливается, приводя к увеличению нейрогенного компонента артериолярного тонуса, возрастанию жесткости сосудистой стенки и снижению амплитуды нейрогенного ритма, что и наблюдалось у животных, находившихся в условиях хронической стресс-реакции на ограничение подвижности. Увеличение амплитуды нейрогенных колебаний, зарегистрированное при многократном КВЧ-воздействии, наблюдается при снижении прессорных симпатических влияний.

Выводы

1. При изолированном и комбинированном с гипокинетическим стрессом действии ЭМИ КВЧ происходит снижение содержания катехоламинов в лейкоцитах периферической крови экспериментальных животных.

2. Увеличение амплитуды нейрогенных колебаний, оказывающее значительное влияние на состояние микрососудистого тонуса тканевого кровотока, зарегистрированное в результате спектрального анализа ЛДФ-граммы, при многократном КВЧ-воздействии, может быть связано с уменьшением содержания катехоламинов в периферической крови.

Литература

1. Механизмы действия низкоинтенсивного миллиметрового излучения на тканевую микрогемодинамику / Е.Н. Чуян, Н.С. Трибрат, М.Н. Ананченко, М.Ю. Раваева. Симферополь: Информ.-изд. отдел ТНУ им.

B. И. Вернадського. 2011. 324 c.

2. Крупаткин А. И. Клиническая нейроангиофизиология конечностей (периваскулярная иннервация и нервная трофика) / А. И. Крупаткин М.: Научный мир, 2003,328 с.

3. Synergetic interpretation of patterned vasomotor activity in microvascular perfusion: descrete effects of myogenic and neurogenic vasoconstriction as well as arterial and venous pressure fluctuations / H. Schmid -Schonbein, S. Ziege, R. Grebe ^t al.] // Int. J. Microcir. 1997. № 17. P. 346-359.

4. Hall C.S. Emotional behavior in the rat: 1. Defecation and urination as measures of individual differences in emotionality // J. Сотр. Psychol. 1934. Vol. 18. P. 385-403.

5. Коваленко Е.А., Гуровский Н.Н. Гипокинезия. - М.: Медицина, 1980. 307 с.

6. Falck, B., Owman, C. A detailed methodological description of the fluorescence method for the cellular demonstration of biogenic monoamines // Acta Univ. Lundensis. № 7. 1965. P. 79-83.

7. Новицкая В.П. Модификация метода определения моноаминов в лейкоцитах на мазках периферической крови // Клиническая лабораторная диагностика. 2002. № 1. 2002. С. 24-33.

8. Джоуль Дж., Смит Г. Основы химии гетероциклических соединений. М.: Мир, 1975. 398 с.

9. Лапач С.Н., Чубенко А.В., Бабич П.Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Ехсе1. К.: Модмон, 2000. 319 с.

10. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ Statistica. М.: МедиаСфера, 2006. 312 с.

11. Чуян Е.Н. Нейроiмуноендокриннi мехашзми адаптацп до дп низько штенсивного електромагнггного випромiнювання надто високо1 частоти // Автореф. дис... докт. бюл. наук. Кшв, 2004. 40 с.

12. Chrousos G.P., Gold P. W. The concepts of stress system disorders: overview of behavioral and physical homeostasis // J. A. M. A. 1992. Vol. 267. P. 1244-1252.

13. Кассиль В.Г., Бондаренко М.Ю., Михайленко В.А. Реакция симпато-адреналовой системы на действие безусловного и условного стимулов при формировании и угашении условно-рефлекторной вкусовой аверсии у половозрелых крыс линии Вистар // Успехи физиол. наук. 1994. Т. 25, № 3. С. 32.

14. Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме. М.: Медицина, 1960. 254с.

15. Панин Л.Е. Биохимические механизмы стресса. Новосибирск: Наука, 1983. 232 с.

16. Мардарь А.И., Кладиенко Д.П. Цитохимический способ выявления катехоламинов в эритроцитах // Лаборат. дело. 1986. № 10. С. 586-590.

17.Малыгина В.И. Симпатоадреналовая система крыс при адаптации к гипокинезии: Автореф. дис. канд. биол. наук: 03.00.13 / СГУ. - Симферополь, 1989. 23 с.

18. Палладий Е.С., Ревенко П.Ф., Мырзак Н.В. Функциональное состояние симпато-адреналовой системы при введении альфа-МСГ на фоне воздействия неблагоприятных факторов (гипокинезия и высокая внешняя температура) // Нейроэндокринные корреляты стресса и адаптации. Кишинев: Штиинца, 1985.

C. 60-73.

19. Темурьянц Н.А. Нервные и гуморальные механизмы адаптации к действию неионизирующих излучений: Автореф. дисс. ... д-ра биол. наук, М., 1989. 44 с.

20. Тверская М.С., Карпова В.В., Макарова Л.Д. Состояние симпатико-адреналовой системы при экспериментальной массивной легочной эмболии // Бюллетень эксп. биол. и медицины. 1993. № 4. С. 347-372.

21. Цветковская Г.Н., Науменко С.Е., Князькова Л.Г. Реакция симпатоадреналовой системы при коррекции приобретенных митральных пороков в условиях бесперфузионной гипотермии // Анестезиология и реаниматология. 1996. № 3. С.135-138.

22. Гоженко А.1., Беляков О.В., Кавалевська Л.А. Вмют катехолмшв у мiокардi хворих на природжеш та набуп пороки серця // Фiзiол. журнал. 2001. Т. 47. № 3. С.47-53.

23. Горизонтов П.Д., Белоусова О.И., Федотова М.М. Стресс и система крови. М.: Медицина, 1983. 240 с.

24. Гриневич В.В., Поскребышева Е.А., Савелов Н.А. и др. Иерархические взаимоотношения между органами гапоталамо-гипофизарно-адреналовой системы (ГГАС) при воспалении // Успехи физиол. наук. 1999. Т. 30, № 4. С. 50-66.

25. Пшенникова М.Г. Феномен стресса. Эмоциональный стресс и его роль в патологии // Пат. физиол. 2001. № 2. С. 26-30.

26. Ситько С.П., Скрипник Ю.А., Яненко А.Ф. Аппаратурное обеспечение современных технологий квантовой медицины / Под ред. С.П. Ситько. К.: ФАДА, ЛТД, 1999. 199 с.