Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование механизмов действия микроволн на функциональное состояние нервно-мышечного аппарата теплокровных

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Исследование механизмов действия микроволн на функциональное состояние нервно-мышечного аппарата теплокровных"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

ДУБРОВИН ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ДЕЙСТВИЯ МИКРОВОЛН НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ НЕРВНО-МЫШЕЧНОГО АППАРАТА ТЕПЛОКРОВНЫХ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 03.00.02-БИОФ113ИКА

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОП СТЕР""" КАНДИДАТА БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1991

Робота выполнена в Институте физиологии им. И. П. Павлова АН

СССР.

Научный руководитель - д. б. н., с. н. с. Шапков Ю. Т. Официальные оппоненты - д. м. н., профессор Василевский Н. Е

к. 0. н., с. н. с. Быков К. А. Ведущая организация - Институт Биофизики клетки АН СССР, г. Пущино

Защита состоится "/6" 199^2. года в 16 часов

на васедании Специализированного совета К. 063. 57.09 по присужденик ученой степени кандидата биологических наук в Санкт-Петербургскок государственном университете (199034, С-Петербург, Университетам набережная 7/9, ауд. 90)

С диссертацией можно ознакомиться в Библиотеке им. А. М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета. Автореферат равослан " /V " ^еж аур-Я 199 X года

Ученый секретарь кандидат биологических наук

А. Г. Марков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В связи с развитием радиоэлектроники и возросшего применения в промышленности, медицине и быту электромагнитных волн, естесгвеный электромагнитный фон во многих случаях увеличился в несколько раз, что создает измененные условия для существования живых организмов. Вместе с тем,электромагнитное поле Земли занимает важное место в обеспечении нормального существования биологических объектов.

Долгое время в литературе господствовали взгляды, согласно которым единственно возможным механизмом взаимодействия электромагнитных полей и живой природы является преобразование энергии электромагнитных волн в тепловую. Однако, проведенные за последние два десятилетия исследования показали, что волны, не вызывающие нагрева биологической ткани, также, оказывают заметное влияние на функциональное состояние организма, особенно при хроническом облучении. В настоящее время механизмы этих эффектов не ясны, хотя для их объяснения сформулировано множество гипотез. Опуская различия в деталях, разнообразие представлений авторов можно свести к двум основным группам: к первой группе мы отнесли сторонников теплового действия, которое должно проявляться-н&;границах сред с различной диэлектрической проницаемостью ('так называемые зоны локального нагрева) ; ко второй - сторйнникоь специфического механизма действия электромагнитных 'во'лда Наличие в литературе противоречивых точек зрения объянАет^я, по-видимому, недостаточной исследован-ноетью проблемы.-' Так, практически отсутствуют работы, посвященные- действию микроволн на мышечный аппарат теплокровных, хотя именно мышцы составляют большую часть массы тела животных и человека и поглощают основную часть падающей на биообъект электромагнитной энергии.' Единичны исследования эффектов воздействия электромагнитных облучений на нервные стволы и спинной мозг. Изложенное выше подчеркивает актуальность выбранного направления исследований.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы являлось экспериментальное выявление механизмов действия электромагнитных волн СВЧ диапазона нетепловой интенсивности на нерию-мышечный аппарат животных.

Исходя из поставленной цели соновные задачи исследования сводились к следующему: 1) выявить феномены влияния нетеплово-

го облучения электромагнитными волнами СВЧ диапазона на функциональное состояние мышцы, нерва, сегментарного аппарата спинного мозга; 2) определить возможные ионные механизмы выявленных феноменов; 3) провести моделирование процесса мышечного сокращения и исследование на модели возможных механизмов влияния СВЧ облучения на контрактильные свойства мышцы.

Основные задачи исследования были конкретизированы более частными. Предстояло определить степень влияния нетеплового воздействия микроволн в условиях термостатирования на: 1) параметры проведения потенциала действия по нервным волокнам; 2) спонтанную активность мотонейронов и интернейронов и параметры моносинаптического Н - рефлекса при облучении спинного мозга; 3) на скорость пассивного и активного транспорта при помощи калий и кальций селективных микроэлектродов; 4) на контрактильные свойства мышцы и провести исследование на математической модели процесса мышечного сокращения, реализованной на ПЭВМ типа IBM PC /КГ.

Научная новизна. В результате проведенных исследований впервые, при помощи микроэлектродных -измерений внеклеточных концентраций ионов калия, показано различие в механизмах действия теплового и микроволнового воздействий. Экспериментально подтвервдено влияние микроволн на функционирование систем, обеспечивающих активный транспорт ионов.

Впервые показано, что кратковременное облучение мышцы вызывает уменьшение скорости расслабления при одиночном сокращении, что приводит к выраженным изменениям в контрактильных свойствах мышцы при ее работе в релоше зубчатого тетануса.

Проведенные исследования на математической модели мышцы позволили показать, что воздействие электромагнитных волн на мышцу может приводить, как к нарушению работы Na/K насосов, так и активного транспорта кальция.

Практическая значимость работы. Результаты исследования влияния электромагнитных волн на нервно-мышечный аппарат теплокровных, а также определение возможных механизмов действия могут быть использованы для выработки предельно допустимых уровней облучения электромагнитными волнами, а также для более глубокого понимания механизмов действия сверхвыоокочастотных

полей. Полученные данные должны учитываться при применении электромагнитных волн для терапевтических целей в медицине. Разработанные нами методические приемы и исследовательская аппаратура может быть использована в практике дальнейшего изучения механизмов действия электромагнитных волн.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, включающих обзор литературы, описание методики, изложения результатов и их обсуждения, выводов и библиографического указания. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста и имеет 39 рисунков, 1 таблицу. Список литературы содержит 236 наименований, из которых 128 на русском и 108 на иностранных языках.

Аппробация работы. Материалы диссертации докладывались на: Итоговой конференции института физиологии им. И. П. Павлова АН СССР (Ленинград, 1989); Первом Всесоюзном симпозиуме с международным участием "Фундаментальные и прикладные аспекты применения миллиметрового электромагнитного излучения в медицине" (Киев,1989); X Международном симпозиуме по "Моторному контролю". 3-7 июля, Албена,-Болгария, 1989.

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 3 печатных работах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы,}! исследования. Опыты проведены на 126

кошках массойчЯ'-фб'Кг, находившихся под хлоралозо-нембутало-вым наркозом.'* Объектом исследования были различные элементы рефлекторной дуги: мото и интернейроны спинного мозга, нерв tibialis и мышца Soleus. Исследования проведены в режиме тер-мостатирования локально вскрытых участках тела при температуре 37 С. Общую температуру тела животного также, поддерживали на уровне 37 С.

Облучение исследуемых участков рефлекторной дуги осуществляли при различных значениях плотности потока мощности (ППМ). В опытах, при облучении нерва, использовали 10 см волноводный излучатель 72 х 12 мм. При облучении спинного, мозга и мышцы использован разработанный в лаборатории локальный 3 см диэлектрический излучатель с диаметром 10 мы. Облучение спинного

мозга проводили на уровне сегментов L6-L7, при этом, облучатель располагали таким образом, чтобы продольная ось тела животного была параллельна плоскости поляризации электромагнитного поля. Дозиметрию осуществляли с помощью аппарата Я2М-64.

В каждом эксперименте, перед проведением воздействия микроволнами, изучалось влияние тепла на исследуемые параметры. Для этого температура повышалась на 3 С, что значительно больше нагрева наблюдаемого при микроволновом облучении без обеспечения режима термостабилизации.

При исследовании влияния микроволн на порог возбужения нерва tibialis за пороговую величину брали силу тока, при которой амплитуда вызванного двухфазного потенциала действия на отводящих электродах становилась равной 150 мкв, что составляло обычно 4-5 порогов от минимально различимой величины. При этом, длительность раздражающего импульса составляла 0,5 мс.

Спонтанную активность альфа-мотонейронов регистрировали в виде разрядов двигательных единиц, регистрируемых биполярными игольчатыми электродами в ш. Soleus.

Активность интернейронов регистрировали внеклеточно. Стеклянные микроэлектроды заполняли раствором KCL (3 моль/л).

Исследование влияния микроволнового излучения на скорость выхода ионов калия во внеклеточное пространство спинного мозга, а также, на скорость обратного активного транспорта при тетанической стимуляции чувствительных волокон, проводили при помош^ ион-селективных микрозлектродов. Методика изготовления микроэлектродов разработана на кафедре биофизики ЛГУ. (Скачков, 1983,1990).

При исследовании влияния микроволн на мышечное сокращение в качестве исследуемых параметров были выбраны длительность' и амплитуда потенциала действия, а также, сила и скорость сокращения и расслабления мышцы.

■ Статистическая обработка материалов проводилась на созданном автором комплексе на базе микроэвм ДЗ-28 позволяющим обрабатывать как аналоговые, так и импульсные сигналы. Вычислялись средние величины, ошибки средних и среднеквадратичное отклонение (Шгахинский,1970). Достоверность различий оценивали по критерию Стыодента с критическим уровнем значимости (Р)

равным 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУВДЕНИЕ Исследование влияния микроволн на характеристики проведения возбуждения по нерву tibialis. В наших исследованиях было установлено, что облучение нерва в течении 40 минут СВЧ волнами дециметрового диапазона ( =10 см) с плотностью потока мощности 11 мВт/см, в режиме термостатирования, вызывает увеличение длительности потенциала действия (ПД) на 8-13 %. Та^же установлено, что тенденция к восстановлению исходной длительности ПД отмечалась не ранее чем через 10 минут после выключения источника излучения, однако полного восстановления длительности ПД не наблюдалось в теченйи часа. При этом, достоверных изменений порога возбуждения не обнаружено. В то же время тепловое воздействие к достоверным изменениям параметров ПД не приводило.

Влияние электромагнитных волн на спонтанную активность альфа-мотонейронов. Первоначально был определен порог действия микроволновых излучений на спонтанную активность альфа-мотонейронов регистрируемую биполярными электродами в виде разрядов двигательных единиц в m. Soleus. Излучению микроволнами мощностью 1,3 и 6 мВт/с)-!2подвергался открытый участок спинного мозга на уровне сегментов L6 - L7. Время облучения 40 минут. Проведенные исследования показали, что для 60% животных достоверное повышение частоты спонтанной активности наблюдалось начиная с мощности излучения равной 3 мВг/.см2 через 15 - 20 минут после начала облучения. К концу облучения отмечалось весьма значительное увеличение частоты разрядов двигательных единиц. Вместе с тем, наблюдалось увеличение амплитуды разрядов и понижение порога для моносинаптического Н - ответа регистрируемого в заднем корешке при раздражении переднего. Полученные результаты свидетельствуют о включении в работу более высокопороговых двигательных единиц, что в свою очередь указывает на функциональные изменения в возбудимых структурах клеток.

Повышение мощности облучения до 6 мВт/см показало неоднозначность влияния электромагнитного поля на спонтанную активность альфа-мотонейронов и на порог для Н - рефлекса. Расп-

ределение реакций ка микроволновое облучение было следующим: в 20% случаев наблюдалось повышение возбудимости, в 707. -двухфазные изменения и в 102 - изменения были не достоверными.

Двухфазная реакция ка микроволновое воздействие характеризовалась следующим: достоверное повышение частоты разрядов наблюдалось через 4-5 минут; в течении еще 5-7 минут происходило увеличение частоты на 29 -33% сохраняющееся в течении 10 - 15 минут; после этого наступал ее спад, переходящий в конце облучения в стойкое угнетение. Наблюдались изменения и в распределении межкмпульсных интервалов. В период фоновой регистрации оно близко к нормальному. В начале воздействия происходило смещение в сторону более коротких интервалов, с сохранением распределения близким к симметричному. В период повышенной активности форма .распределения межимпульсных интервалов изменяется в сторону бимодального. При дальнейшем облучении наблюдалась сложная перестройка распределения межспайковых интервалов -со смещением его в сторону увеличения. Регистрация моносинаптического ответа в заднем корешке спинномозгового сегмента 17, при тестовой стимуляции переднего, показала, что изменение его амплитуды носило также двухфазный характер. Вначале следовало увеличение амплитуды в среднем на 25 X, а при дальнейшем облучении - уменьшение, в среднем на 84% по сравнению с фоновым ответом. При атом, наблюдалось постепенное увеличение его длительности достигающее максимума к концу облучения.

Эксперименты проведенные с тепловым воздействием показали, что при повышении температуры спинного мозга на 3' С происходит достоверное увеличение спонтанной активности и поникание порога для моносинаптического рефлекса. Однако, после возвращения температуры к исходному уровню происходит полное восстановление измеряемых параметров.

Одновременное повышение амплитуды Н - ответа и спонтанной частоты разрядов альфа-мотбнейронов в первый период облучения, говорит о понижении порога возбудимости алх^а-мотонейронов. Изменение же распределения иежимульсных интервалов, по видимому, говорит об изменении отношения между активацией возбуждающих и тормозных входов мотонейрона. Так как среди возбудитель-

ных и тормозных синапсов мембраны альфа - мотонейрона доля мо-носинаптических связей с соответствующими рецепторами "и суп-распинальными структурами незначительна - подавляюще V "большинство влияний осуществляется через системы, включйоё^е в себя промежуточные нейроны. Кроме того, ¡сак показывай?" морфологические исследования (Башмаков, 1982), определений вклад в изменение активности котонейронов при влиянии " микроволн может вносить нейроглия и синапсы (Суворов, Медведева, Василевский, 1987). Поэтому логично считать, что изменения наблюдавшиеся в спонтанной активности происходят не только из-за непосредственного влияния микроволн на мотонейроны, но и вследствии изменения работы промежуточных нейронов и влияния микроволн на нейроглию,

Влияние микроволнового облучения на спонтанную активность промежуточных нейронов. Облучение спинного мозга осуществляли микроволнами мощюстью 6 мЭг/см? Время облучения - 5 и 20 минут. Пятиминутное облучение в 73 % случаев приводило к повышению частоты спонтанной активности, а после выключения излучения частота разрядов приходила к исходному уровню через 8-15 минут. Дальнейшее облучение спинного мозга животных прореагировавших на облучение в течении 20 минут показало неоднозначность реакций промежуточных нейронов. В 71% случаев было зарегистрировано повышение частоты спонтанной активности на 59%, а в 29 X ее понижение на 30 - 402. При этом, после выключения источника излучения восстановления частоты спонтанной активности не наблюдалось в течении часа.

Исследования с тепловым воздействием также как и в случае с мотонейронами не подтвердили предположения о тепловом механизме действия микроволн.

Влияние электромагнитных"полей на скорость активного и пассивного транспорта ионов калия во внеклеточном пространстве спинного мозга. В работах выполненных на эритроцитах (Исмаи-лов,1972; Шгемлер,1974; Ильина,1982) показано, что микроволновое воздействие приводит к уменьшении активного входа К и увеличению пассивного входа N3 внутрь эритроцитов, что должно приводить к деполяризации мембраны. Деполяризующее действие микроволн было обнаружено в опытах на клетках изолированных

ганглиев моллюска (Мирутенко,Богач, 1972) и подтверждено позднее (Ас1еу, 1931). Однако, как следует из Авторами показано, что изменения поляризации клеточных мембран и мембранного потенциала в ответ на облучение наступает очень быстро, во вся-' ком случае, за Еремя, при котором не может существенно измениться енэ и внутриклеточная концентрация электролита. Это означает, что по крайней мере, первичная реакция на облучение возникает вследствие изменения скорости активного транспорта, а не концентрации ионов.

Для проверки этих предположений нами были проведены микроэлектродные измерения концентрации ионов калия ион-селективным микроэлектродом в IV - V слоях серого вещества спинного мозга. В качестве тестового показателя было выбрано тетаничес-кое раздражение переднего корешка на уровне спинномозгового сегмента Ь7. Частота стимуляции 100 Гц. При этом, внеклеточная концентрация ионов калия изменялась от 3 до 5,8 мМ. Облучение спинного мозга микроволнами на уровне сегментов Ьб - 17 приводило к замедлению скорости обратного активного транспорта, что увеличивало накопление ионов калия во внеклеточном пространстве в ответ на электрическую стимуляцию. Достоверные изменения скорости наблюдались через 20 - 25 минут после начала облучения. I,Максимальные изменения скорости восстановления концентрации от 9 до 13%, по отношению к фоновым значениям, наблюдались в конце облучения при постоянстве скорости выхода ионов калия по концентрационному градиенту. После выключения источника излучения достоверных изменений в скорости восстановления ионной ассиметрии ке отмечалось. В то же время, при тепловом воздействии наблюдалось повышение скоростей выхода ионов калия во внеклеточное пространство и их обратного активного транспорта на 5 - 6% и 8 - 10%, соответственно. После понижения температуры происходит их полное восстановление. Таким образом в наших исследованиях было установлено достоверное различие между действием шкроеолн и общим 'повышением температуры исследуемого участка на пассивный и активный транспорт. Это согласуется с результатами работ полученными на эритроцитах.

' • о

Влияние микроволн на концентрацию свободных ионов кальция во внеклеточном пространстве спинного мозга в отс^сгвии раздражения. При проведении экспериментов нами было обаруж/зно, что концентрация свободных ионов кальция в спинном мозге находится в пределах 1 мМ, изменяясь в зависимости от глубины погружения микроэлектрода в спинной мозг и не меняясь в ответ на тетаническую стимуляцию. При микроволновом облучении спинного мозга изменений концентрации свободных ионов кальция во внеклеточном пространстве, в отсутствие раздражения, получено не было.

Влияние микроволн на контрактильные свойства мышцы. В настоящее время, влияние микроволн на контрактильные свойства мышцы является мало исследованной. В проведенных нами исследованиях на нервно-мышечном препарате лягушки, при 30 минутном облучении мышцы мощностью 30 1/кВг/смяСЛ- 3 см) было обнаружено достоверное увеличение длительности вызванного потенциала действия. Изменений силы сокращения в изометрическом режиме не обнаружено.

Исследования проведенные на кошке, на га Бо1еиз, при большей мощности облучения (6 мВт/см? и в условиях термостатирова-ния (Т - 37 С), привели к более выраженным эффектам, что подтверждает зависимость выраженности эффекта от интенсивности облучения. Время облучения оставалось прежним. Изменения амплитуды потенциала действия носили двухфазный характер. В первые 10 - 15 минут облучений присходил ее рост в среднем на 7 -12Т., после чего, наблюдался спад амплитуды в среднем на 25 -30%. Уже с первых минут облучения наблюдалось и непрерывное увеличение длительности регистрируемых потенциалов действия, достигая' максимальных изменений к концу периода облучения. Длительность регистрируемых потенциалов действия к концу периода облучения изменялась в среднем на 50 - 100 X, при этом отмечалось появление многофазности. Восстановления параметров в течении часа после выключения облучения не происходило.

Кроме изменения длительности и амплитуды было зарегистрировано замедление скорости расслабления мышцы при одиночном сокращении, что к концу облучения составило 5 - 8%. Изменения скорости расслабления мышцы при одиночном сокращении оказались более выраженными при тетанической 10 Гц стимуляции, при сум-иации отдельных сокращений. Наблюдалось увеличение постоянного уровня ответа при первых сокращениях в.'среднем на 10 - 152 от

исходного уровня. Однако, в последующие 6 секунд происходило уменьшение постоянного уровня ответа на 30 - 402. быстрее, по сравнению с контрольной записью. Изменение уровня переменной составляющей было более выраженным. Уменьшение переменной составляющей в первой фазе ответа составляло от 50 до 60% исходного уровня.

Полученные изменения в контрактильных свойствах мышцы дали нам основание предположить, что нарушения работы К/На насоса не является этому единственной причиной.

Из-за отсутствия возможности прямого измерения влияния микроволн на концентрацию ионов кальция в мышце, исследования были проведены на математической модели основанной на теории мышечного сокращения. Исходя из этой теории, на уменьшение величины скорости расслабления и вследствии этого изменения параметров переменной и постоянной составляют« зубчатого тетануса, наиболее существенно могут влиять два фактора. Такими факторами являются; во первых - изменения в скорости утилизации ионов кальция, то есть, нарушения в работе ионных насосов саркоплазматического ретикулума. Во вторых, такое возможно при уменьшении скорости размыкания мостиков. Так как в экспериментах достоверных изменений в скорости сокращения мышцы не обнаружено, при моделировании процессов, происходящих в мышце при вубчатом тетанусе, мы исходили из ее неизменности.

Исследования на математической модели показали, что для получения изменений скорости расслабления мышцы аналогичное реальному, при одиночном сокращении, необходимо уменьшить величину скорости секвестрации ионов кальция на 17,СХ и скорости размыкания мостиков на 8%. Это в свою очередь, при работе модели в режиме вуочатого тетануса, приводило к увеличению постоянной и уменьшению переменной составляющих.

Полученные результаты свидетельствуют о возможном влиянии микроволн на скорость секвестрации ионов кальция иэ мышечной клетки и скорости размыкания мостиков (связей между белками актином и миоаином).

* * *

В заключение необходимо остановиться на кратком обсуждении общих черт, выявленных в процессе исследования влияния микроволн на нервную и мышечную ткань.

Важной общей чертой всех полученных данных является указание на нарушение работы активного ионного транспорта мембраны, о чем свидетельствуют: 1) изменения происходящие в амплитуде и длительности вызванных потенциалов действия нерва, мышцы и моносинаптического Н-ответа; 2) снижение скорости восстановления внеклеточной концентрации ионов калия в спинном мозге после высокочастотного раздражения; 3) уменьшение скорости расслабления мышцы.

Результаты наших исследований указывают на возможные изменения в системах активного транспорта под действием микроволн, однако невозможно однозначно указать на природу этих изменений. В данном случае можно с уверенностью сказать только о различиях в ответах на воздействие общего нагрева и микроволнового облучения. Наши расчеты показали, что при микроволновом воздействия мощностью б и 11 мВт/см? при длине волны 3 и 10 см соответственно, можно ожидать повышение температуры на 0,821 х 10* для спинного мозга и мышцы, и Т - 0,138 х 10" для нерва. При этом, нельзя не учитывать возможности "специфического нагрева" части облучаемой системы относительно всего объема,что было показано Еэаих (1933), так как биологическая ткань является весьма не однородной на микроуровне. Суть его опыта заключалась в необычном повышении температуры эмульсии воды в парафиновом масле. Такая эмульсия, помещенная в конденсаторное поле УВЧ, закипала при температуре 50-60 С. Это связано с особенностями нагревания различных фаз эмульсии с различными электрическими параметрами (£) и б. Вода нагревалась как обычно до 100* С, но парафиновое масло оставалось относительно холодным, поэтому термометр регистрировал среднюю температуру 50 - 60 С. Попытки экстраполяции результатов данного опыта на биообъекты привели к созданию различных теорий объясняющих нетепловое действие микроволн и в том числе, теорию локального нагрева в области двойного электрического слоя (ДЭС), который образован заряженными химическими группами поверхности и диффу8ной оболочкой противоионов среды компенсирующих заряд поверхности

(Шгемлер, 1975). При воздействии ЭМП йа такую систему, объемные токи, индуцированные в растворе, сопрововдаются как бы скольжением зарядов внешней обкладки ДЭС вдоль поверхности, и-следовательно, появлением добавочного поверхностного тока и дополнительного поглощения анергии и выделения тепла на границе раздела фаз в слоях адсорбированной на поверхности воды. Известно, что структура поверхностной воды оказывает существенное влияние на конформацию макромолекулы или макромолекулярных комплексов поверхности мембран и тем самым, на их биологичес-1сую функцию.

В последние годы высказывалось мнение, что эффекты микроволн могут быть объяснены на основе их детектирования в некоторую форму постоянного тока внутри организма оболочками клеток, что было показано при проведении опытов на инфузориях (Пресман,19б8). По в данном случае особый интерес представляют рассуждения Швана (1971) о возможности биофизических взаимодействий OVIII с органическими структурами (мембранами) нервных клеток. Им теоретически показано, что напряжение на мембранах индуциропанное электромагнитными полями СВЧ, будет на два порядка меньше потенциала покоя мембран (70 мВ), что,по его мнению , не может вызвать существенный эффект для возбудимой мембраны. Однако, способность нервной системы к суммированию раздражителей не исключает возможности детектирования микроволн.

Недавно также обнаружено заметное влияние экранировки геомагнитного поля и его модуляции низкочастотными магнитными полями на некоторые физические свойства чистой воды и льда (Семихина,1981; Семихина, Киселев, Любимов, 1986). Оказалось, что после их длительного (5-6 часов) выдерживания в магнитном поле Земли модулированном определенной частотой при строго фиксируемых соотношениях между частотой поля и его амплитудой наблюдается небольшое по величине экстремальное изменение тангенса диэлектрических потерь, электропроводности и других свойств. Самым неожиданным оказалась долговременная (3- 5 часов) "память" водной системы к указанным воздействиям. С целью вняонрния общности наблюдаемых явлений было проведено исследо-вани» изменения спектров поглощения и люминесценции водных рпстпоров родамина (Рбж) и белка после воздействия на них СВЧ

излучения с длиной волны 3 см и слабых переменных магнитных полей модулирующих геомагнитное поле Земли (Киселев, Салецкий, Семихина, 1989). Авторами показано, что воздействие на воду СВЧ поля вызывает рост электропроводности и оптической плотности раствора белка, и приводит к разрушению сложных ассоциа-тов молекул Рбж в растворе и к возгоранию флюоресценции. После выключения СВЧ поля вызванные изменения в спектрах исчезают через 10 часов. В отличии от раствора 'с родамином, где все изменения сопровождались изменением структуры воды, в случае раствора белка, действие поля СВЧ сопровождалось изменением свойств самих макромолекул. Авторы предполагают, что поскольку, гидрагированная поверхность белка взаимодействует с окружающей водой с помощью образования водородных связей , искажение структуры воды может привести к конформации белковых молекул и соответственно к изменению оптической плотности раствора белка

По мнению С.Саре1-ВогЛе (Саре1-ВопЬе,1985) низкоэнергетические физические факторы, включающие многие различные типы излучения могут инициировать важные кинетические эффекты в водной среде, со структурными последствиями. С помощью цепных реакций или структурных изменений в самой воде, водная среда, по видимому, способна переносить воздействия ионизирующих и неионизируюших излучений через среду более быстро, чем можно достичь диффузией незаряженных частиц или подвижностью ионов (отличных от ионов самой воды Н и ОН). Следовательно, вода может получать, передавать и даже запоминать или усиливать воздействия постоянно изменяющихся физических условий.

Вопрос о механизмах биологического действия микроволн ещэ мало изучен, поскольку еще нет достаточно полных сведений о биофизических процессах взаимодействия излучений с биомолекулами и о последующих реакциях трансформации первичных изменений, вплоть до общебиологических нарушений.

ВЫВОДЫ

1. СВЧ облучение (/V -Зсм) • нетепловой мощности (Р-6 мЭг/см}

оказывает воздействие на функциональное состояние мышц, нервных стволов и спинного мозга, что проявляется в изменении характеристик регистрируемых в них ответов на тестовые стимулы.

2. Низкоинтенсивное микроволновое облучение нерва кошки в течение 40 минут в условиях термостатирования приводит к увеличению длительности вызванного потенциала действия (ПД), не меняя порога возбудимости. Наблюдаемый сдвиг является функциональным, так как после выключения источника излучения обнаружена тенденция к восстановлению исходной длительности ПД. Механизм изменения длительности ПД не может быть связан с тепловым эффектом, так как нагревание нерва в контрольных опытах на 3 С не приводит к достоверным изменениям длительности ПД и порога возбудимости, а возможное нагревающее действие использовавшегося излучения составляет 0,138 х 10." 9 3. Локальное облучение спинного мозга в области мотонейронов на уровне сегмента 1.7 в условия* термостатирования в течение 40 минут при мощности облучения 3 мВг/см2приводит к увеличению частоты спонтанной активности и уменьшению порога для Н - рефлекса Увеличение мощности излучения до б мВт/см* вызывает двухфазные изменения активности альфа-мотонейронов и порога для Н - рефлекса

Реакцией промежуточных нейронов на облучение является повышение частоты.

Восстановления первоначальных характеристик ответов в течение длительного времени (до 1 часа) не наблюдалось.

Тепловое воздействие на спинной мозг приводит к достоверному повышении частоты спонтанной активности промежуточных нейронов и альфа-мотонейронов. После понижения температуры до исходного уровня наблюдается быстрое полное восстановление частоты раврядов.

4. Микроволновое облучение спинного мозга в условиях термостатирования при тетанической стимуляции (100 Гц) переднего кор пка на уровне сегмента Ь? приводит к достоверному вамедлению скорости обратного активного транспорта ионов калия ив внеклеточного пространства уже через 20 - 25 минут при практически неизменной скорости выхода ионов по концентрационному градиенту. После выключения источника излучения достоверных изменений скорости восстановления внеклеточной концентрации ионов калия

в течении часа не наблюдается.

При увеличении температуры спинного мозга на 3 С наблюдается повышение как скорости выхода ионов калия во внеклеточное пространство, так и скорости их обратного активного транспорта. После понижения температуры происходит их полное восстановление.

При воздействии СВЧ излучения уровень концентрации свободного кальция во внеклеточном пространстве оставался неизменным.

5. Возможным механизмом действия СВЧ излучений на функциональное состояние нейронов спинного мозга является изменение проницаемости На/К ионных каналов.

6. Микроволновое облучение поперечно-полосатой мышцы в течении 40 минут при мощности облучения 6 мВт/см'в условиях тер-мостатирования приводит:

а) к уменьшению скорости расслабления мышцы в одиночном сокращении, двухфазному изменению амплитуды ПД мышцы и увеличению дли тельности ПД;

б) росту постоянной составляющей ответа к уменьшению переменной составляющей ответа по сравнению с исходным уровнем, при работе мышцы в режиме длительного зубчатого тетануса

7. Исследования процесса мышечного сокращения, проведенные на математической модели показали, что при воздействии микроволн возможны изменения не только работы Иа/К каналов, но также нарушения активного транспорта ионов кальция и замедление скорости размыкания связей между белками миозином и актином.

РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Боже домов ЕА., Дубровин йК Влияние электромагнитного поля сантиметрового диапазона на функциональное состояние скелетной мышцы, Деп. ВИНИТИ. 09.12.87.

2. Божедомов В. А., Дубровин В. а СВЧ - измеритель для исследования динамических процессов в биосистемах, Деп. ВИНИТИ. 09.12.87.

3. Kowalski K, Anlsinova N, Dubrovin V, Shapkova E, Shapkov Yu, ' Shelljkin A. Discharges of DSCT neurons on stimulation of foreliirib and hi rid limb afferents.// X international syrnpoa i urn motor control, 3-7 july, Albena, 1989, p. 128.

/Oy'^yy^/v,

Ptn.rrO. I4.II.9I. SaK.550.T.I00.EecruaTH0.