Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Реакции ГАМК-, глутамат- и холинергической систем мозга на действие электромагнитного излучения дециметрового диапазона

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Реакции ГАМК-, глутамат- и холинергической систем мозга на действие электромагнитного излучения дециметрового диапазона"

а

ч ">' РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

X ИНСТИТУТ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И НЕЙРОФИЗИОЛОГИИ

на правах рукописи

ЮРИНСКАЯ МАРИНА МИХАЙЛОВНА

УДК 577.391.591.48.611.84/.88

РЕАКЦИИ ГАМК-, ГЛУТАМАТ- И ХОЛИНЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМ МОЗГА НА ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЕЦИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

Специальность 03.00.02 "Биофизика"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА-1994

Работа выполнена в Институте биофизики клетки РАН

Научные руководители :

доктор физико-математических наук 0.В.Коломыткин, кандидат биологических наук В.И.Кузнецов.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор О.В.Бецкий доктор биологических наук, профессор A.D.Буданцев

Ведущая организация - Институт биофизики Минздрава РФ

Защита состоится 6 апреля 1994 г. в 14 часов на заседании Специализированного Ученого совета по биофизике Д.003.10.02. при Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН по адресу: 117865, г. Москва ГСП-7., ул. Бутлерова, 5 а.

С диссертацией можно ознакомиться^ библиотеке Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.

Автореферат разослан

1994 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор биологических наук

Н.Н.Лебедева

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Широкое применение во всех сферах жизнедеятельности разнообразных средств и систем, использующих электромагнитное излучение (ЭМИ) различного спектра частот, существенно повысило электромагнитный фон Земли (Шкловский, 1980). Биосфера в целом и ее отдельные элементы оказались подвержены воздействии электромагнитного излучения, которое наряду с другими факторами окружающей среды, способно оказывать неблагоприятное влияние на различные биологические объекты, в том числе и на человека (Сердюк, 1977). Для людей потенциально наиболее опасным может быть электромагнитное излучение в дециметровом диапазоне длин волн, поскольку в данном случае длина волны сопоставима с размером облучаемого тела, которое будет являться своеобразным резонатором. В итоге возможно повышенное, по сравнение с другими частотами, поглощение энергии как всем, телом, так и отдельными его частями (Штемлер, Колесников, 1978; Gandhi, 1980).

В настоящее время существует достаточно экспериментальных . данных, свидетельствующих как о полезном, так и о неблагоприятном действии ЭМИ. В медицине широко применяется лечебное действие электромагнитных полей (ЭМП) (Крылов, 1983; Бецкий, 1992; Guy, 1984), существуют предпосылки использования ЭМИ в биотехнологии (Панасен-ко, 1987).

Действие ЭМИ на организм характеризуется прежде всего изменением функционирования центральной нервной системы (ЦНС), которой принадлежит ведущая роль в формировании и контроле реакций организма на воздействие излучения (Холодов, Лебедева, 1992). Наиболее чувствительными к действию ЭМП считают такие отделы головного мозга, как гипоталамус, кора, гиппокамп (Пресман, 1968; Холодов, 1982; Adey, 1988, 1989). Показана возможность адаптации к повторным воздействиям и формирования адаптационных реакций, вызывающих повышение резистентности организма к инфекциям и температурным изменениям (Холодов, 1966, 1982). Кроме того, известно, что микроволны воздействуют на биологические объекты и при малых интенсивностях (Пресман, 1968; Акоев, 1983; Adey, 1988, 1989). Влияние электромагнитного поля на мозг реализуется благодаря молекулярным процессам, механизм и локализация которых практически не исследованы. Имеются лишь единичные несистематизированные биохимические данные об изменении некоторых функционально активных соединений в организме. Обнаружен колебательный характер изменений концентраций ряда медиа-

торов, исследуемых показателей в крови и ткани мозга экспериментальных животных при воздействии электромагнитного излучения.

Из вышеизложенного следует, что важнейшие вопросы, касающиеся как феноменологии, так и механизмов действия электромагнитного излучения низкой интенсивности на центральную нервную систему остаются практически не изученными.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является сравнительное исследование действия ЭМИ дециметрового диапазона на ГАМК-, глутаыат- и холинергическую системы мозга крысы. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1 - исследовать влияние ЭМИ дециметрового диапазона с различными

биотропными параметрами на связывание нусцимола - агониста гамма-аминомасляной кислоты - ГАМКД- рецепторами;

2 - исследовать влияние ЭМИ на связывание медиатора (лиганда) ре-

цепторами глутамата;

3 - исследовать влияние ЭМИ дециметрового диапазона на активность

ацетилхолинэстеразы;

4 - для выяснения специфичности действия ЭМИ провести сравнительное

исследование влияния ЭМИ дециметрового диапазона и »-излучения. Основные положения, выносимые на защиту. ЭМИ дециметрового диапазона вызывает изменения функциональной активности ГАМК-, глу-тамат- и холинергической систем головного мозга. При этом изменения в функционировании ГАМК- и глутаматергической систем зависят от биотропных параметров: интенсивности излучения, времени воздействия и частоты модуляции микроволн. Облучение немодулированными микроволнами не вызывает достоверных изменений в функционировании исследуемых рецепторных систем.

Ответные реакции холинергической системы изменяются пропорционально времени облучения и слабо зависят от частоты модуляции ЭМИ дециметрового диапазона.

Механизм воздействия модулированного ЭМИ низкой интенсивности на ГАМКд- рецепторы и рецепторы глутамата различен : для ГАМКд-ре-цепторов наблюдается уменьшение связывания, для глутаматных рецепторов - увеличение связывания, что, по-видимому, объясняет возбуждающее действие ЭМИ дециметрового диапазона на живой организм.

Научная новизна. Проведенные в настоящей работе исследования показали, что сродство лигандов р ГАМКд-рецепторам: и рецепторам-: глутамата в мозге изменяется при воздействии модулированного ЭМИ низкой интенсивности (10 - 50 мкВт/см2) противоположным образом, в соответствии с тем как они меняются при различных стрессовых воз-

действиях и при некоторых патологиях ЦНС (уменьшение сродства для ГАМКд-рецепторов и увеличение для глутаматных рецепторов). Обнаружено различие действия ЭМИ дециметрового диапазона на различные структуры мозга (гиппокамп, неокортекс, мозжечок). Установлена способность организма к адаптации и кумуляции при длительном или повторном воздействии электромагнитного излучения дециметрового диапазона. Показано, что действие ЭМИ на ГАМКд- и глутаматные рецепторы зависит от плотности потока мощности. Действие ЭМИ на ГАМК-и глутаматергические рецепторы существенным образом зависит от частоты модуляции ЭМИ дециметрового диапазона. В то же время для ацетилхолинэстеразы такой зависимости обнаружено не было.

Научно-практическое значение работы. Полученные данные расширили и углубили знания о влиянии ЭМИ дециметрового диапазона на рецепторные системы мозга. Они имеют как теоретическое, так и практическое значение, поскольку позволяют объяснять и предсказывать некоторые важные физиологические реакции на облучение. Полученные данные о действии импульсно модулированного ЭМИ дециметрового диапазона на рецепторные системы мозга необходимы для совершенствования научной основы нормирования ЭМИ, воздействующего на человека.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на и Международной школе-конференции молодых ученых социалистических стран "Молекулярные основы биотехнологии" (Пущино, 1987), Всесоюзной конференции "Исследование глутаматергических синапсов" (Ленинград, 1987), Всесоюзной научно-практической конференции по актуальным проблемам лечения физическими факторами (Сочи, 1990), научной конференции ИБК РАН (Пущино, 1993), и Международной научной конференции "Микроволны в медицине" (Рим, Италия, 1993), и Европейском конгрессе ассоциации биоэлектромагнетиков (Блед, Словения, 1993).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 3 глав, включающих обзор литературы, описание материалов и методов, изложение результатов и их обсуждение, а также заключения, выводов и списка цитированной литературы, включающего наименований. Диссертация изложена на страницах, содержит у таблицы и 9 рисунков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Работу проводили на крысах-самцах породы "(Пз1аг", массой 150-200 грамм. Животных содержали в нормальных условиях, адаптиро-

вали к условиям новой среды и ручным манипуляциям в течение 7-10 дней, чтобы уменьшить стрессовое воздействие этих манипуляций на концентрацию ГАМКд-рецепторов в мозге. Эксперименты проводили в одно и то же время суток.

Работу выполняли на экспериментальной установке, созданной в ИБК РАН. Облучение животных, помещенных в камеру из оргстекла, осуществляли из рупорной антенны, состыкованной с волноводным трактом. Действию ЭМИ дециметрового диапазона подвергали одновременно трех животных. В контрольных опытах крыс также помещали в камеру на соответствующее время без облучения.

Несущую частоту электромагнитного излучения - 800 МГц или 915 МГц модулировали прямоугольными импульсами 0; 2,5; 3; 5; 7; 16 и 30 Гц, с использованием установки "Гном", скважность 85%.

Плотность потока мощности (ППМ) электромагнитного излучения в различных экспериментах в пустой камере была равна 10 мкВт/см2, 50 мкВт/см2, 100 мкВт/см2 и 1 мВт/см2. Время облучения в разных сериях опытов составляло 1, 5, 15 и 60 минут.

Животных декапитировали сразу же после воздействия микроволн, контрольных - сразу после "ложного" облучения.

1 о «г

В качестве источника r-излучения использовали cs, установка "Гупос". За время облучения 45 секунд крыса получала дозу 2 Гр.

В качестве агониста ГАМКд-рецептора использовали радиоактивный мусцимол (Johnston, 1978).

Исследование связывания 3Н-ыусцимола проводили на синаптоней-росомах и на синаптических мембранах, а связывание 3Н-глутамата- на фракции грубых синаптосомальных мембран.

Синаптонейросомы получали из коры головного мозга крыс по (Schwartz et ai., 1986). Синаптические мембраны выделяли согласно (Кузнецов и др., 1991).

Связывание 3Н-мусцимола проводили как описано в (Enna and Snyder, 1975), в отдельных экспериментах по (Жариков и др., 1987) с некоторыми модификациями.

Исследование связывания 3Н-глутамата проводили на хорошо отмытой грубой синаптосомальной фракции из коры головного мозга крыс по

(Majewska et al.,1990) С НвКОТОрЫМИ ИЗМвНеНИЯМИ.

Концентрацию белка определяли по методу Лоури (Lowry et ai., 1951).

Определение активности ацетилхолинэстеразы (АХЭ) проводили ПО методу Элмана (Ellman et al, 1961).

- 5 -

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Зависимость связывания 3Н-мусцимола и 3Н-глутамата от плотности потока мощности ЭМИ. Исследование влияния ЭМИ дециметрового диапазона при общем воздействии на организм показало, что и ГАМК- и глутаматергическая системы мозга крысы очень чувствительны к действию микроволн низкой интенсивности (Рис. 1). При облучении микроволнами изменения в связывании агонистов с ГАМКД- и глутаматным рецепторами происходят различным образом: для ГАМКд-рецепторов наблюдается уменьшение связывания, для глутаматных рецепторов -увеличение. Т.е., ГАМК- и глутаматергическая системы мозга крысы

Плотность потока мощности, шсВт/см^

Рис. 1. Зависимость связывания 3Н-мусцимола и 3Н-глутамата от плотности потока мощности (несущая частота 915 МГц, время облучения 5 минут, частота модуляции 16 Гц). Связывание у контрольных животных принималось за 100 %.

реагируют на действие ЭМИ дециметрового диапазона противоположным образом, как это имеет место при стрессе и некоторых патологиях в центральной нервной системе (Squires and Saederup, 1991).

Таким образом, результаты, представленные на Рис. 1, свидетельствуют о том, что при воздействии модулированного ЭМИ децимет-

рового диапазона на интактное животное изменяется функциональная активность ГАМК- и глутаматергической систем в головном мозге. Изменения в функционировании указанных систем зависят от мощности модулированного ЭМИ: чем больше мощность излучения, тем более выражено его действие. В наших экспериментах максимальный эффект наблюдался при плотности потока мощности 1 мВт/см2. Но следует отметить, что ЭМИ дециметрового диапазона оказывало влияние на связывание 3Н-мусцимола и 3Н-глутамата и при более низких значениях мощности электромагнитного поля. При значении плотности потока мощности ЭМИ 10 мкВт/см2 уменьшение связывания 3Н-мусцимола составило 88 ± 12 % по сравнению с контролем, а увеличение связывания 3Н-глутамата равнялось 120 ± 12

То, что эффекты воздействия ЭМИ дециметрового диапазона на живой организм наблюдаются при столь низких значениях мощности излучения, а также результаты исследований (Adey, 1981 а,Ь; Biack-

man et al., 1985: Lyle et al, 1988) ПОЗВОЛЯвТ СДеЛЗТЬ предположение

о том, что это действие имеет нетепловой характер.

Действие ЭМИ различной частоты модуляции на связывание 3Н-мусцимола и 3Н-глутамата. Облучение животных микроволнами при несущей частоте 800 МГц (Табл. 1) не вызывало достоверных изменений в количестве связывающих участков для мусцимола. Мы исследовали влияние модулированного ЭМИ дециметрового диапазона на живой орга-

Таблица 1.

Зависимость связывания 3Н-мусцимола рецептором ГАМК от частоты модуляции ЭМИ (несущая частота 800 МГц, плотность потока мощности 1 мВт/см2, время облучения 5 минут). В - отношение связывания мусцимола с ГАМК-рецептором для облученных крыс к связыванию мусцимола с рецептором для контрольных (необлученных) крыс.

Частота модуляции, Гц В

3 1,07 ± 0,31

5 0,96 ± 0,17

7 0,83 ± 0,25

16 0,70 ± 0,05

30 1, 35 ± 0,30

без модуляции 1,12 ± 0,13

низм. Видно, что эффективность действия ЭМИ существенно зависит от частоты модуляции. Но статистически достоверные и наиболее значительные изменения были обнаружены на частоте модуляции 16 Гц. Количество связанного мусцимола в опыте уменьшалось на 30 - 35 ¡6 по сравнению с контролем. Также заслуживает внимания факт, что именно на частоте 16 Гц среднеквадратичное отклонение минимально (по сравнению с разбросом на других частотах модуляции). Это объясняется

%

Частота модуляции, Гц

Рис. 2. Зависимость связывания 3Н-глутамата синаптическими мембранами от частоты модуляции ЭМИ (несущая частота модуляции 915 МГц, плотность потока мощности 1 мВт/см2, время облучения 5 минут). По оси ординат - связывание 3Н-глутамата в I к контролю.

тем, что при этой частоте абсолютно у всех крыс наблюдалось уменьшение связывания мусцимола. В то время как при облучении ЭМИ с другими частотами модуляции крысы реагировали неоднозначно: некоторые в сторону уменьшения связывания, некоторые в сторону увеличения.

При исследовании действия модулированного ЭМИ на связывание глутамата (Рис. 2) использовали несущую частоту 915 МГ, ППМ - 1 мВт/см2, время облучения - 5 минут. Частота модуляции равнялась 2,5 Гц, 5 Гц и 16 Гц.

Наибольший эффект, также как и в случае связывания мусцимола, наблюдался при частоте модуляции 16 Гц, но имел противоположную направленность. Количество связанного глутамата увеличивалось в опыте по сравнению с контролем до 200-220 %, в то время как для мусцимола происходит уменьшение связывания. Причем, при одинаковых параметрах поля: ППМ = 1 мВт/см2, время облучения - 5 минут, частота модуляции 16 Гц, действие ЭМИ дециметрового диапазона на связывание мусцимола и глутамата было примерно равным по модулю и проти-

А

А

¡р

(4?|

60

Рис. 3. Зависимость связывания Н-мусцимола синаптическими мембранами от времени воздействия ЭМИ. А - отношение связывания лиганда с рецептором для облученных крыс к связыванию для контрольных животных (в * к контролю). По оси абсцисс - время облучения в минутах. Несущая частота 800 или 915 МГц, плотность потока мощности 1 -мВт/см2, частота модуляции 16 Гц.

воположным по направлению.

При частотах модуляции 3 Гц и 5 Гц мы наблюдали незначительное уменьшение связывания 3Н-мусцимола по сравнению с контролем. Для глутамата же при частоте модуляции 2,5 Гц наблюдалось уменьшение связывания на 40 С, а при 5 Гц - на 20-30 % относительно контроля. Видно, что реакции глутаматергической системы на действие низкоинтенсивного ЭМИ в наших экспериментах более разнообразны, чем реак-

ции ГАМКергической системы. Значительные эффекты наблюдаются- не только при частоте модуляции 16 Гц, но и при 2,5 и 5 Гц, при этом действие ЭМИ имеет протовоположную направленность. Возможно, ЭМИ дециметрового диапазона при частотах модуляции 2,5 и 5 Гц взаимодействует с глутаматергической системой по механизму, отличному от механизма взаимодействия при частоте модуляции 16 Гц.

Таким образом, частота модуляции играет несомненную роль в эффективности микроволнового облучения дециметрового диапазона.

В дальнейшем все эксперименты проводились при частоте модуляции 16 Гц.

Зависимость связывания 3Н-мусциыола и 3Н-глутамата от времени воздействия ЭМИ. Проведенные исследования показали, что для ГАМКергической системы максимальный эффект наблюдается при облучении животных в течение 1 минуты, уменьшение связывания меченного мусци-мола составляет примерно 50-55* по сравнению с контрольными животными (Рис 3). При 5 минутах экспозиции происходит уменьшение связывания примерно на 30-35* по сравнению с контролем, а при 15 и 60-минутном воздействии эффект становится менее выраженным. Возможно, проявляется компенсаторный механизм в ответ на действие микроволн.

При исследовании связывания глутамата в зависимости от времени действия микроволн, животных облучали в течение 1 и 5 минут (частота модуляции 16 Гц). В наших экспериментах максимальный эффект наблюдался при 5 минутах облучения, увеличение связывания составило 200-220 % относительно контроля (при 1-минутном облучении увеличение связывания 3Н-глутамата равнялось 130 ± 6 %).

Действие ЭМИ на концентрационные зависимости связывания 3Н-мусцимола и 3Н-глутамата. В отдельных экспериментах изучали вопрос о том, за счет чего происходит изменение количества связанного меченного лиганда - меняется ли сродство связывания лиганда или меняется количество связывающих участков. Для этого были получены концентрационные зависимости связывания 3Н-мусцимола и 3Н-глутамата для контрольных и облученных животных и построены графики Скэтчарда.

Согласно нашим данным, константа диссоциации мусцимола у контрольных животных (Рис. 4) составляет 48 ± 6 нМ, что вполне согласится с данными, полученными другими авторами (Olsen et ai., 1981). После облучения константа диссоциации увеличилась и стала равна 416 ± 20 нМ, следовательно, сродство связывания уменьшилось (Рис. 4). Таким образом, реакции ГАМКергической системы мозга крыс при действии микроволн обусловлены уменьшением сродства связывания

5/Ь,(ГМ>1/П9>/П1Ю1

$, Гпо1/пд

Рис. 4. График Скэтчарда для определения параметров связывания 3Н-мусцимола синаптическими мембранами. 1 - связывание 3Н-мусцимола в контроле, 2 - связывание 3Н-мусцимола после облучения. Несущая частота 915 МГц, плотность потока мощности 1 мВт/см2, частота модуляции 16 Гц, время облучения 5 минут. По оси абсцисс-количество мест связывания, по оси ординат-концентрация свободного лиганда^

лиганда к рецептору.

Как видно на Рис. 5, константа диссоциации глутамата у контрольных животных (277 ±15 нМ) больше значения константы диссоциации в опыте (103 ± 10 нМ), т.е. после облучения сродство связывания возрастает. Таким образом, наблюдаемые эффекты при воздействии ЭМИ на глутаматергическую систему происходят за счет увеличения сродства, в противоположность влиянию микроволн на систему ГАМКд-рецепто-ров.

Количество мест связывания как для мусцимола, так и для глутамата изменяется после облучения в меньшей степени, чем значения констант связывания: для мусцимола увеличивается с 0,16 до 0,83 пмоль/мг белка, а для глутамата незначительно уменьшается с 2,5 до 2,38 пмоль/мг белка.

Таким образом, как видно из приведенных данных, при облучении ЭМИ дециметрового диапазона вероятнее всего имеет место смешанный эффект: меняется сродство связывания и в меньшей степени - коли-

S, fnol/ng

>ис. 5. График Скэтчарда для определения параметров связывания глу-■аыата синаптическими мембранами. 1 - связывание 3Н-глутамата в ;онтроле, 2 - связывание 3Н-глутамата после облучения. Условия >блучения как на Рис. 4. По оси абсцисс-количество мест связывания, ю оси ординат-концентрация свободного лиганда/^у

шство связывающих участков.

Действие ЭМИ на связывание 3Н-мусцимола различными облас-■ями мозга крысы. Из литературы известно, что различные структуры оловного мозга обладают неодинаковой чувствительностью к электро-шгнитным полям. Мы в своих экспериментах исследовали действие ЭМИ (ециметрового диапазона на связывание мусцимола корой, гиппокампом г мозжечком головного мозга крысы (Рис. 6).

После облучения у каждого животного извлекали кору, гиппокамп I мозжечок. Аналогично исследовались контрольные (необлученные) сивотные, т.е. для каждой структуры мозга был сделан свой контроль, 'меныдение связывания 3Н-мусцимола происходило во всех исследуемых ;труктурах. Наиболее чувствительным к действию микроволн был гип-юкамп, уменьшение связывания,мусцимола составляло 33 ± 2 %, наиме-iee подверженным действию электромагнитного излучения в наших ¡кспериментах оказался мозжечок (уменьшение связывания равнялось 18 : 4 I), а кора головного мозга занимала промежуточное положение и

эффект составлял 25 ± 3 % от контроля.

Гиппокамп является первой структурой в организме, котора( реагирует на новизну стимула и, возможно, по этой причине гиппокам1 сильнее всего реагирует на действие ЭМИ дециметрового диапазона.

Действие повторных облучений ЭМИ на связывание 3Н-мусцимола. Для того, чтобы исследовать вопрос не накапливается ли действш ■микроволн в организме, животных облучали в течение нескольких дне! по 5 минут ежедневно.

Как видно из экспериментальных данных (Рис. 7), наиболыии] эффект наблюдался на 3-й день облучения, уменьшение связывашп 3Н-мусшшола составляло 50 а затем он становился менее выраженным и на 6-й день уменьшение связывания мусцимола составляло всег< примерно 10 * относительно контроля. Т.е. ГАМКд-рецепторное связывание при повторном облучении уменьшается в течение первых тре:

юо -

гиппокамп неокортекс мозжечок

Рис. 6. Действие ЭМИ на связывание 3Н-мусцимола различными области ми мозга крысы. Несущая частота 800 МГц, ППМ 1 мВт/см2, частот модуляции 16 Гц, время облучения 5 минут. По оси ординат - связы вание 3Н-мусцимола в i к контролю.

дней и затем начинает возвращаться к норме. Это указывает, с одно стороны, на аддитивность повторных облучений, а с другой, на кои пенсаторные процессы, связанные с адаптацией организма.

Действие ЭМИ на связывание %-мусцимола сииаптическими мембра нами в экспериментах in vitro. С целью возможного объяснения меха низма действия ЭМИ нами также был проведен модельный эксперимент

Рис. 7. Действие повторных облучений ЭМИ на связывание 3Н-мусцимола синаптическими мембранами. Животных облучали ежедневно по 5 минут. Условия облучения как на Рис. 6. По оси ординат - связывание 3Н-мусцимола в Ж к контролю.

Вначале мы получили препарат синаптических мембран, облучили его и измерили связывание 3Н-мусцимола.

Эксперименты показали, что облучение суспензии синаптических мембран ЭМИ с параметрами: несущая частота 915 МГц, частота модуляции - 16 Гц, время облучения -5 минут, не вызывает изменений в связывании 3Н-мусцимола с точностью до погрешности измерений (Табл.2).

Таблица 2.

Влияние ЭМИ на связывание 3Н-мусцимола синаптическими мембранами в экспериментах in vitro* (несущая частота 915 МГц, частота модуляции - 16 Гц, время облучения - 5 мин.).

Плотность Немодулированное Модулированное

потока мощности облучение облучение

500 мкВт/см2 - 96 ± 8

1000 мкВт/см2 92 ± 9 -

Данные представлены в * относительно контроля, принятого за 100 I. В контроле значение связывания мусцимола составляло 0,18 ± 0,05 нмолей/мг белка за 30 минут (средняя ± стандартное отклонение). Число животных в каждой группе равнялось 9, эксперименты проводили в трех параллельных пробах.

В связи с тем, что эффекты действия ЭМИ мы наблюдали только на синаптических мембранах, выделенных из коры головного мозга предварительно облученных интакткых животных, но не в опытах in vitro, можно предположить, что наблюдаемые эффекты обусловлены тем, что облучается целый организм. И именно живой организм реагирует на весьма незначительные по мощности электромагнитные поля. Возможно, в живых организмах существуют какие-то механизмы, усиливающие действие ЭМИ дециметрового диапазона низкой интенсивости. Или в организме облученных животных происходят метаболические изменения, которые приводят в действие механизм, обеспечивающий активацию процессов синаптической передачи.

Действие ЭМИ на активность ацетилхолинэстеразы. Исследование

зависимости активности ацетилхолинэстеразы от времени облучения

р

(при частоте модуляции 16 Гц и ППМ = 1,5 мВт/см ) показало, что при времени воздействия ЭМИ дециметрового диапазона 5 и 15 минут не наблюдается статистически достоверных различий в активности ацетилхолинэстеразы между облученными и контрольными животными. Лишь облучение в течение 60 минут дало значительные отклонения в активности фермента. Снижение активности фермента составило 24 ± 3 $.

В Табл. 3 приведены результаты определения активности ацетилхолинэстеразы после 60 мин воздействия ЭМИ, промодулированного с различными частотами.

При всех использованных частотах модуляции 5, 16 и 30 Гц наблюдались однонаправленные изменения активности фермента, а именно снижение его активности. При этом степень снижения активности аце-

Таблица 3.

Зависимость активности ацетилхолинэстеразы от частоты моду-

р

ляции (800 МГц, 1,5 мВт/см , время облучения 60 мин), А-отношение активности АХЭ облученных крыс к активности АХЭ контрольных (необлученных) крыс.

Частота модуляции, Гц

5 16 30

0,85 * 0,04 0,76 ± 0,03 0,70 * 0,04

тилхолинэстеразы была тем больше, чем выше частота модуляции. При 30 Гц наблюдали снижение активности фермента на 30 ± 6 X. Снижение активности этого фермента означает соответствующее повышение активности холинергической системы, способствующей возбуждению процессов синаптической передачи.

Дейстаие -у-облучения на связывание 3Н-мусцимола ГАМКд- рецептором. Для того, чтобы выявить специфичность действия ЭМИ дециметрового диапазона, мы исследовали действие ионизирующей радиации на связывание 3Н-мусцимола (всего было проведено восемь экспериментов, в каждом по три контрольных и три опытных крысы). Связывание 3Н-мусцимола в контроле составляло 1438 ± 83 имп/мин, после облучения - 1237 ± 153 имп/мин. (различие с вероятностью 0,75 статисти^ чески достоверно). В трех экспериментах различия с контролем практически не было. В пяти экспериментах уменьшение связывания 3Н-мусцимола составляло от 22 до 42 что в среднем на 30 % меньше по сравнению с контролем (достоверно с вероятностью 0,75). По-видимому, указанные различия в выраженности эффекта связаны с индивидуальной радиочувствительностью животных. В целом же, исходя из наших экспериментальных данных, уменьшение связывания 3Н-мусцимола составляло 14 Т.е. эффект менее выражен, чем при действии модулированного ЭМИ дециметрового диапазона низкой интенсивности (ППМ = 1 мВт/см2).

По своему биологическому действию ионизирующее излучение качественно отличается от микроволнового излучения. Когда »-фотон троходит через вещество, он, производя ионизацию, разрывает химические связи, что приводит к повреждению тканей организма. В то же зремя энергия фотона излучения, соответствующая частоте 1 ГГц, составляет лишь 1/6000 от той кинетической энергии, которую имеют юлекулы в тканях живого организма при обычном тепловом движении, г.е. она значительно меньше, чем энергия, необходимая для разрушения самых слабых химических связей. Это, конечно, не исключает юзможности того, что микроволновое излучение низкой интенсивности 1епосредственно изменяет молекулы живой ткани. Однако механизм зазвития такого рода эффектов продолжает оставаться до настоящего зремени неизвестным и требует проведения дальнейших исследований.

выводы

1. Показано, что важнейшие рецепторные системы - ГАМК-, глута мат- и холинергическая - головного мозга крысы чувствительны общему воздействие низкоинтенсивного электромагнитного излучени дециметрового диапазона на целый организм.

2. Реакции ГАШД- и глутаматных рецепторов на действие элект ромагнитного излучения дециметрового диапазона зависят от частот модуляции (максимальны при частоте модуляции 16 Гц), от времен действия (наибольшие изменения наблюдаются при 1-5 минутах воз действия ЭМИ) и от интенсивности излучения (чем больше ыощност излучения, тем более выражено его действие).

В отличие от ГАМКд- и глутаматных рецепторов, изменение актив ности ацетилхолинэстеразы под действием ЭМИ дециметрового диапазон пропорционально времени излучения и слабо зависит от частоты моду ляции.

3. Под действием ЭМИ дециметрового диапазона (ППМ = 1 мВт/см2 сродство лигандов с ГАМКд-рецепторами и рецепторами глутамата изме няется противоположным образом: у ГАМКергических синапсов уменьша ется примерно в 2 раза, а у глутаматергических- увеличивается в раза, что, по-видимому, объясняет возбуждающее действие ЭМИ н живой организм.

4. Действие ЭМИ дециметрового диапазона низкой интенсивност на связывание 3Н-мусцимола и 3Н-глутамата имеет, по-видимому, не тепловой характер, о чем свидетельствуют зависимость связывани лигандов с рецепторами от частоты модуляции ЭМИ и низкие мощности при которых наблюдаются эффекты ЭМИ.

5. Воздействие электромагнитного излучения дециметрового дие лазона на ГАМК- и глутаматергическуг системы не является прямы» оно опосредовано через другие системы организма.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Кузнецов В.И., Юринская М.М. Функциональное сопряжение рецептора ГАМК с хлорной проводимостью мозга крысы. Материалы Всесоюзной конференции "Исследование глутаматергических синапсов". Ленинград, 1987, с. 40.

2. Юринская М.М., Кузнецов В.И. Структурно-динамические основы функционального сопряжения рецепторов ГАМК с анионными каналами в мембранах "синаптонейросом". Материалы и Международной школы-конференции молодых ученых социалистических стран "Молекулярные основы биотехнологии". Пущино, 1987, с.50-51.

3. Жариков С.И., Жарикова А.Д., Юринская М.М. Транспорт [3Н]дофамина через синаптосомную мембрану : влияние р-фенилэтил-амина. Нейрохиыия, 1987, т.6, № 3, с. 311-316.

1. Кузнецов В.И., Юринская М.М., Колоыыткин 0.В., Акоев И.Г. Действие ионизирующей радиации на связывание мусшдазла с синаптичес-кими мембранами мозга крысы. Радиобиология, 1989, т. 29, вып. 5, с.705-706.

5. Кузнецов В.И., Юринская М.М., Коломыткин О.В., Акоев И.Г. Действие микроволн с разной частотой модуляции и временем экспозиции на концентрацию рецепторов ГАМК в коре мозга крыс. Радиобиология, 1991. Т.31, ВЫП. 2, С.257-260.

5. Kolomytkin О.V., Kuznetsov V.I., * Yurinska М.М. High sensitivity of brain receptor systems to low intensity of microwaves. Proceedings of 2nd International Scientific■ meeting "Microwaves in medicine", Коше-Italy, 1993, 281-284.

7. Kolomytkin O.V., Kuznetsov V.I., Yurinska M.M. Comparetive analysis of microwave effect on glutamate and GABAergic synaptic receptors of the brain. Transactions of the 2nc* European Bioele-ctromagnetics Association Congress, Bled, Slovenia, 1993, p. 7172.

3. Kolomytkin O.V., Kuznetsov V.I., Yurinska M.M., Zharikova A.D., Zharikov S.I. Response of brain receptor systems to microwave energy exposure. In: Interactions of electromagnetic fields with biological systems. Ed. A.Frey, N.Y., 1994, (in press ).'