Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Реакция организма здоровых животных и животных с асцитной карциномой Эрлиха на воздействие сверхвысокочастотного электромагнитного излучения

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Реакция организма здоровых животных и животных с асцитной карциномой Эрлиха на воздействие сверхвысокочастотного электромагнитного излучения"

На правах рукописи

005552103

Кругаик Ольга Витальевна

Реакция организма здоровых животных и животных с

асцитной карциномой Эрлиха на воздействие сверхвысокочастотного электромагнитного излучения

Специальность - 03.02.08 (экология)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Красноярск, 2014

005552103

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» и ФГБУН «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»

Научный руководитель: доктор физико-математических паук,

профессор Хлебопрос Рема Григорьевич

Официальные оппоненты: Замай Татьяна Николаевна

доктор биологических наук, доцент, ГБОУ ВПО «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого», профессор кафедры биологической химии с курсом медицинской, фармацевтической и токсикологической химии

Спиридонова Мария Сергеевна

кандидат биологических наук, ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения», Красноярский институт железнодорожного транспорта, доцент кафедры эксплуатации железных дорог

Ведущая организация: ФГБУН «Институт теоретической и

экспериментальной биофизики Российской академии наук»

Защита состоится «26» июня 2014 г. в 9.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.04 при ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, проспект Мира, 90, факс: (391) 227-36-09, е-шаП: dissovet@kgau.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» и на сайте www.kgau.ru

Автореферат разослан апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ' ,'; Г.А. Демиденко

Общая характеристика работы

Актуальность Электромагнитное излучение входит в число значимых экологических факторов. В настоящее время происходят изменения естественного электромагнитного фона в окружающей среде крупных городов за счет увеличения электромагнитной нагрузки в результате активного развития и внедрения в повседневную жизнь новых теле- и радиокоммуникационных технологий, в частности, систем мобильной сотовой связи (Kovacic, P. et al., 2010; Ozgur Е. et al., 2010; Aydin В. et al., 2011; Григорьев Ю.Г. и др., 2011; Перов С.Ю. и др., 2012; Kesari К.К. et al., 2012; Kerman M. et al., 2012; Liu C., 2013; Bilgici В., 2013; Баджинян М.Г. и др., 2013; Grenier К. et al., 2013). Всемирная организация здравоохранения определяет необходимость повышения уровня знаний о последствиях влияния на организм электромагнитных полей в диапазоне частот работы системы сотовой связи.

Одним из побудительных мотивов к экспериментальному исследованию влияния ЭМИ СВЧ-диапазона на организм млекопитающих в лабораторных условиях послужил анализ данных по расчету коллективной и индивидуальной электромагнитной нагрузки в Красноярске, показавший, что с одной стороны произошло увеличение площади электромагнитного загрязнения, с другой, при снижении индивидуальной нагрузки в основном за счет повышения качества выпускаемых средств связи, имеется тенденция к увеличению коллективной нагрузки на территории города (Жуль Е.Г. и др., 2008; Кочемарова Ю.В. и др., 2010).

В связи с этим актуальным является изучение реакций организма на изменение уровня электромагнитного фона окружающей среды для оценки рисков нарушения гомеостаза организма и возникновения заболеваний. Несмотря на большое количество исследований по влиянию СВЧ-излучения на организм животных и человека, вопрос об уровне его вреда для здоровья (особенно при малых мощностях) остается открытым (Guney M. et al., 2007; Amman M. et al., 2008; Григорьев Ю.Г.,2011; Volkow N.D. et al., 2011; Esmekaya M.A. et al., 2011; Arendash G.W. et al., 2012; Grenier K. et al., 2013; Apollonio F. et al., 2013). С другой стороны, в большинстве работ рассматривается реакция здорового организма на воздействие ЭМИ, а то, каким образом ведет себя организм в патологическом состоянии при изменении электромагнитной нагрузки радиочастотного диапазона, изучено крайне мало.

Цель работы - выявление особенностей энергетического метаболизма здоровых животных и животных-опухоленосителей при адаптации к действию электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона.

Задачи:

1. Определить показатели энергетического обмена у здоровых животных и животных с асцигной карциномой Эрлиха, подвергшихся воздействию электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона.

2. Определить ключевые параметры метаболической адаптации изолированной перфузируемой печени крыс после воздействия электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона.

3. Оценить адаптационные возможности клеток асцитной карциномы Эрлиха и гепатоцитов в динамике развития опухолевого процесса под действием электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона.

Научная новизна заключается в установлении особенностей энергетического обмена у здоровых животных и животных-опухоленосителей в условиях действия абиотического фактора окружающей среды - электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона. Показано наличие адаптации к действию электромагнитного излучения в диапазоне частот работы системы сотовой связи у здоровых животных и ее отсутствие у животных с асцитной карциномой Эрлиха.

Получены новые данные по жизнеспособности и функциональной активности гепатоцитов и клеток асцитной карциномы Эрлиха в динамике развития опухоли в ответ на действие электромагнитного излучения в диапазоне частот работы системы сотовой связи.

Впервые проведен комплексный анализ влияния электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона одновременно на разных уровнях организации биологических систем: от уровня целого организма до уровня клетки.

Положения, выносимые на защиту:

1. В процессе адаптации к электромагнитному излучению сверхвысокочастотного диапазона (1 ГГц, ППЭ ¡=70 мкВт/см2) у здоровых животных происходит включение в энергетический метаболизм в качестве основного субстрата белков, а у животных-опухоленосителей - липидов.

2. Увеличение времени воздействия электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона (1 ГГц, ППЭ ^70 мкВт/см2) на организм приводит к развитию адаптивного ответа в печени здоровых крыс в виде повышения генерации активных форм кислорода в клетках печени, при этом изменения функций печени отсутствуют.

Теоретическая значимость заключается в выявлении метаболических и физиологических изменений, возникающих в организме как у здоровых животных, так и у животных с асцитной карциномой Эрлиха, под действием низкоинтенсивного СВЧ-излучения в диапазоне частот работы сотовой связи. Полученные результаты могут способствовать пониманию механизмов адаптации и поддержания гомеостаза на разных уровнях организации биологических систем в состоянии нормы и при патологии в меняющихся условиях окружающей среды.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых нормативных документов по электромагнитной нагрузке в диапазоне частот сотовой связи, мер профилактики и регламентов работы технического персонала, обслуживающего базовые станции.

Апробация результатов. По теме диссертационного исследования опубликовано 18 научных работ, из которых 4 - в журналах, предусмотренных перечнем ВАК РФ.

Основные результаты работы были представлены на ХП1 Международном симпозиуме «Сложные системы в экстремальных условиях» (2006 г., Россия); XTV Всероссийском симпозиуме с международным участием «Сложные системы в экстремальных условиях» (2008 г., Россия); II съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (2008 г., Молдова); VII Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» (2008г., Россия); Ш Международного молодежного медицинского конгресса «Санкт-петербургские научные чтения — 2009» (2009г., Россия); XV Всероссийском симпозиуме с международным участием «Сложные системы в экстремальных условиях», (2010 г., Россия); 2 Всероссийской научно-практической конференции «Физиология адаптации» (2010 г., Россия); Ш съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (2011 г., Украина); XVI Всероссийском симпозиуме с международным участием «Сложные системы в экстремальных условиях» (2012г., Россия); Международной научной конференции «Фундаментальные науки - медицине» (2013 г., Беларусь); Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности: психолого-педагогические и медико-биологические аспекты» (2013 г., Россия).

Структура диссертации. Диссертация изложена на 118 страницах машинописного текста, состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и списка использованных литературных источников. Работа иллюстрирована 43 рисунками и 6 таблицами. Список использованной литературы состоит из 161 источника, из них - 79 отечественных и 82 зарубежных.

Личный вклад автора. Экспериментальные исследования, анализ полученных результатов, приведенных в диссертационной работе, выполнены автором лично. Исследования проведены в рамках базовых проектов фундаментальных исследований П.9.2.5. «Исследование закономерностей динамики смены клеточных популяций в системе крови» и П. 11.2.1. «Физические характеристики функционирования системы крови» Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук».

Содержание работы

Глава 1. Общая характеристика неиоинзнрующего электромагнитного излучения как фактора окружающей среды

В первой главе представлен обзор литературных источников по теме исследования. Приводятся данные о влиянии ЭМИ на биологические системы разного уровня организации.

Глава 2. Материалы и методы

В качестве объекта исследования выбраны белые лабораторные мыши-самцы аутбредной популяции ICR массой 25-27 г и крысы-самцы популяции Wistai массой 200-250 г. Всего в работе использовано 520 животных.

Исследования проводили в соответствии международными правилами работы с лабораторными животными с соблюдением биоэтических норм.

В качестве экспериментальной модели быстро развивающейся клеточной популяции использовали асцнгная карцинома Эрлиха (АКЭ).

Для выполнения работы в качестве источников электромагнитного излучения использовали сотовые телефоны марок Nokia 6300, Sony Ericsson W610i (900 МГц, ППЭ 7-9 мкВ/см2) и установку для облучения лабораторных животных электромагнитным полем СВЧ-диапазона, разработанную совместно с сотрудниками кафедры Радиотехники Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ (1 ГГц, максимальная мощность на выходе волновода 80мВт, ППЭ «70 мВт/см2).

Для оценки реакции организма на воздействие электромагнитного излучения СВЧ-диапазона использовали биофизические, биохимические и цитологические методы анализа:

1. Определение микровязкости мембраны клеток по движению флуоресцентного зонда - пирена, включенного в мембрану. Спектры флуоресценции регистрировали на снекгрофлуориметре Aminco Bowman Series 2 (Thermo Spectronic, USA) и рассчитывали коэффициент эксимеризации, который обратнопропорционален значению микровязкости мембраны.

2. Определение функциональной активности изолированной печени проводили на установке для проточной перфузии органов мелких лабораторных животных. Установка и методология перфузии изолированных органов разработана в МНЦИЭСО при Президиуме КНЦ СО РАН.

3. Биолюминесцентное определение активности НАД(Ф) -зависимых дегидрогеназ в клетках с использованием сопряженной биолюминесценшой системы, содержащей люциферазу и НАД(Ф)Н оксидоредукгазу. Измерение интенсивности свечения производили биолюмшюметром «БЛМ-8802» (сконструирован в СКТБ «Наука», г. Красноярск). Ферментативная система НАД(Ф)Н:ФМНоксидоредуктаза-люцифераза изготовлена в Институте биофизики СО РАН.

4. Определение образования активных форм кислорода (АФК) при антигенной активации опсонизированными частицами латекса in vitro и без неё проводили на аппаратурно-программном комплексе «Хемилюминометр CL-3604-ПВЭМ», предназначенном для измерения сверхслабых свечений биологической и физико-химической природы. В качестве зондов использовали люминал и люцигенин.

5. Определение содержания кислорода, углекислого газа в выдыхаемой животным газовой смеси, содержание глюкозы и лактата в крови определяли на анализаторе газов и метаболитов ABL 800 FLEX (Radiometer, Дания).

6. Определение жизнеспособности клеток асцитной карциномы Эрлиха по окраске трипаноным синим в камере Горяева на 100 клеток.

7. Определение количества клеток в состоянии блеббинга производили методом дифференцированного подсчета на препаратах окрашенных по Романовскому-Гимзе (200 клеток).

8. Определение диаметра эритроцитов на мазках крови и построение кривых Прайс-Джонса

Статистическую обработку результатов производили с применением критерия Стьюдента. Различия между выборками считали достоверным при уровне значимости меньше 0,05.

Глава 3. Результаты исследовании и их обсуждепис 3.1. Реакция организма здорового животного и животного с асцитной карциномой Эрлпха на действие ЭМИ СВЧ-диапазона

На первом этапе работы использовали мышей, которых разделили на 4 группы: 1руппа 1 - контроль, здоровые животные, которые не подвергались воздействию; группа 2 - здоровые животные, ежедневно в течение 1 часа облучаемые ЭМИ СВЧ в установке на протяжении 12 суток; группа 3 -животные, которым перевивали АКЭ; группа 4 - животные с АКЭ, ежедневно в течение 1 часа облучаемые ЭМИ СВЧ в установке на протяжении 12 суток.

На втором этапе работы использовали крыс, которых разделили на две группы: контрольную (группа 1) и экспериментальную (группа 2). Животные экспериментальной группы подвергались облучению ЭМИ СВЧ-диапазона в установке (1 ГТц, ППЭ =¡70 мкВт/см2) по 3 часа ежедневно в течение 5 суток.

В результате работы были получены данные о динамике потребления кислорода из воздушной среды и выделении углекислого газа мышами, об изменении концентраций углекислого газа, кислорода, глюкозы и лактата в крови мышей, об изменении размеров эритроцитов в периферической крови крыс и генерации активных форм кислорода в крови и гомогенате печени крыс после воздействия ЭМИ СВЧ-диапазона.

Для определения особенностей обмена веществ в организме животного важное значение имеет показатель дыхательного коэффициента (отношение объема выделяемого из организма углекислого газа к объему поглощаемого за то же время кислорода). Поскольку в организме все питательные вещества подвергаются окислению, определяя величину дыхательного коэффициента, можно судить о преимущественном использовании в качестве субстратов окисления жиров (0,7), белков (0,8) или углеводов (1).

В контрольной группе наблюдали самый большой разброс значений дыхательного коэффициента по сравнению с экспериментальными группами животных. У животных группы 2 дыхательный коэффициент преимущественно равен 0,8±0,02. У животных-опухоленосителей с ростом опухоли в организме снижается запас углеводов и усиливается диссимиляция жиров, о чем и свидетельствуют полученные значения дыхательного коэффициента в группах 3 и 4. Вероятно, выравнивание значений дыхательного коэффициента в группах, подвергшихся воздействию ЭМИ СВЧ, является ответной реакцией на стресс, вызванный влиянием фактора внешней среды - электромагнитного поля.

У здоровых животных после 10 ч воздействия СВЧ излучения, происходит снижения содержание глюкозы и лактата в крови относительно контроля (рис. 1 а, 6), о чем свидетельствует уменьшение доли гликолиза в

энергетическом обмене и смещение дыхательного коэффициента в сторону включения белков в процесс окисления и получения энергии организмом альтернативным путем.

□ группа! йЯ группа 2

ммоль/л

16 -г-------

и группа! ЕЯ группа 2

Рисунок 1 - Содержание глюкозы (а, в) и лакгата (5, г) в крови здоровых животных и животных-опухоленосигелей

Низкое содержание глюкозы и лактата в периферической крови животных-опухоленосителей по сравнению с контрольной группой может быть связано с развитием опухоли в организме, т.к. известно, что клетки асцитной карциномы Эрлиха обладают мощной гликолитической активностью.

Следует отметить, что при воздействии ЭМИ СВЧ-диапазона (группы 2 и 3) динамика содержания глюкозы и лактата в крови на протяжении всего времени эксперимента сходная и отличается от значений, полученных в группе 1 (у здоровых животных). Одновременное повышение содержания гтокозы и лактата в периферической крови может свидетельствовать о рассогласовании процессов аэробного и анаэробного гликолиза, что, вероятно, приводит к включению белков и липидов в энергетический обмен и изменению значения дыхательного коэффициента.

В периферической крови крыс, подвергавшихся воздействию ЭМИ СВЧ-диапазона в установке для облучения в течение 5 суток по 3 часа ежедневно, оценивали изменения внешнего диаметра эритроцитов (рисунок 2). На вторые-четвертые сутки (суммарное время воздействия 6-12 ч) после облучения животных в периферической крови наблюдали увеличение среднего диаметра эритроцитов с 7 до 8 мкм (кривая распределения смещена

вправо). На пятые сутки средний диаметр эритроцитов возвращается к норме - 7 мкм.

ti g ™

5

s 40

120 о

4

73Т

w

7 8 9 10 Размер, ь

- группа 2

Ж

//

л;

/У

V

м о

Гч

г

\

v

9 10 Разьгер, мкм

Рисунок 2 - Кривые Прайс-Джонса для эритроцитов крыс после облучения ЭМИ СВЧ-диапазона: а - после 3 часов облучения; б - после 6 часов облучения; в - после 9 часов облучения; г-после 12 часов облучения; д - после 15 часов облучения.

Эти изменения, могут быть связаны с выбросом на периферию незрелых крупных форм эршроидных предшественников-полихроматофилов, т.н. резервный эритропоэз.

Методом хемилюминесценгного анализа при оценке генерации активных форм кислорода (АФК) в периферической крови и гомогенате печени крыс, подвергшихся воздействию ЭМИ СВЧ-диапазона, получены данные, свидетельствующие об отклике клеток на воздействие (рис.3-4).

Характер изменения продукции первичных свободно-радикальных форм в клетках периферической крови крыс под действием электромагнитного поля, регистрируемого в хемилюминесцентной реакции с люцигенином (рис.3 а) (как в спонтанной, так и активированной in vitro), сходен с процессом, наблюдаемым в гомогенате печени крыс (рис.4 а).

Продукция АФК в крови в реакции с люминолом после 3 ч ежедневного облучения крыс также выше, т.е. длительное воздействие ЭМИ СВЧ в эксперименте приводит к увеличению способности клеток вырабатывать АФК (рис. 3 б)

спонтанная

т | □ группа 1 ] Пфуплаг | И группа 3

}

1

г

1 —Ь^

антиггнактивированная ». 600

спонтанная антигенактивироеанная

Рисунок 3 - Значения максимума активности хемшпоминесцентной реакции в клетках периферической крови крыс, регистрируемые при антигенной активации и без нее в хемилюминесцентаой реакции с люцигенином (а) и люминолом (б) в зависимости от длительности воздействия ЭМИ СВЧ-диапазона (имп./с)

спонтанная

антиггнактивированная

|

□ группа 1 1 □ 1рупла2 Я группа 3

I 250 | 200

_ Т 7

1 50

! „

1

спонтанная антигенактивированная б

Рисунок 4 - Значения максимума активности хемшпоминесцентной реакции в гомогенате печени крыс, регистрируемые при антигенной активации и без нее в хемилюминесцентной реакции с люцигенином (а) и люминолом (б) в зависимости от длительности воздействия ЭМИ СВЧ-диапазона (имп./с)

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют об адаптационной направленности процессов, происходящих в организме здорового животного при увеличении времени экспозиции в электромагнитном поле СВЧ-диапазона. Асцигная карцинома Эрлиха как патологическое состояние организма при совместном действии с абиотическим фактором - электромагнитной нагрузкой - процесс адаптации нарушают.

3.2. Влияние ЭМИ СВЧ-диапазона на функциональную активность изолированной перфузируемой печени крыс

В эксперименте животные были разделены на две группы: группа 1 -контроль; группа 2 - животные, которые подвергались облучению ЭМИ СВЧ-диапазона в установке (1 ГГц, ППЭ ~70 мкВт/см2) по 3 часа ежедневно в течение 5 суток. Животные группы 1 находились в таких же условиях, но были изолированы от источника ЭМИ СВЧ-диапазона. После окончания периода облучения печень извлекали и подключали к установке для перфузии органов мелких лабораторных животных. Орган находился в установке 120 мин. В качестве перфузата использовали раствор Кребса-Хенселейта с добавлением глюкозы (10 мМ) и лактата (6 мМ).

В результате проведенных исследований параметров изолированной печени, характеризующих ее функционирование (давление в воротной вене, содержание глюкозы, лактата и кислорода в оттекающем от органа перфузате) существенных отличий от контрольных значений не наблюдали.

Таким образом, после воздействия ЭМИ СВЧ-диапазона на организм животного в печени сохраняется нормальное течение метаболических процессов, что способствует выполнению органом своих функций и формированию адаптации к действию фактора внешней среды.

3.3. Физиологические и метаболические изменения клеток в суспензии в ответ на воздействие ЭМИ СВЧ-диапазона

Влияние ЭМИ СВЧ-диапазона на клетки исследовали на модели АКЭ и гепатоцитах мышей-опухоленосителей. Клетки для исследования у животного забирали на 5, 7, 9, 11, 12, 13,15 сутки роста опухоли.

Суспензию АКЭ, полученную от животных-опухоленосителей, разделяли на три группы: группа 1 - контроль, клетки не подвергались воздействию ЭМИ СВЧ; группа 2 - клетки in vitro подвергались воздействию электромагнитного поля, генерируемого телефоном Nokia 6300; группа 3 — клетки in vitro подвергались воздействию электромагнитного поля, генерируемого телефоном Sony Ericsson W610i. Воздействие производили в течение 30 мин (900МГц, ППЭ 7-9мкВт/см2) на расстоянии не более 1 см от объекта.

В результате проведенной работы были получены данные о динамике гибели клеток и содержанию клеток с морфологически измененной клеточной мембраной (блеббинг) в суспензии АКЭ после воздействия ЭМИ СВЧ-диапазона, которые представлены на рисунке 5.

Рисунок 5 - Содержание погибших клеток (а) и клеток в состоянии блеббинга (б) в суспензии асцитной карциномы Эрлиха

Изменение содержания погибших клеток в суспензии АКЭ в контрольной группе соответствует фазам развития опухоли в организме животного-опухоленосителя: плавное увеличение количества погибших клеток в суспензии АКЭ к 13 суткам отражает динамику изменения соотношения процессов пролиферации и гибели клеток опухоли. Увеличение количества погибших клеток в суспензии АКЭ после воздействия ЭМИ СВЧ на 5-7 сутки, может свидетельствовать о том, что клетки, находящиеся в стадии активной пролиферации, чувствительны к воздействию ЭМИ СВЧ-диапазона. Снижение к 11 суткам доли погибших клеток в суспензии может быть связано с переходом клеток опухоли в стационарную фазу роста и уравновешиванием процессов пролиферации и гибели в популяции клеток АКЭ.

В группах 2 и 3 содержание клеток с признаками блеббинга выше в несколько раз по сравнению с контролем (рис. 5 б). При воздействии ЭМИ морфологические изменения мембраны имели место на всех стадиях развития опухоли. Известно, что состояние блеббинга предшествует гибели клетки путем апоптоза. Сравнивая данные рисунков 5 а и 5 б, можно видеть, что увеличение количества клеток в состоянии блеббинга (начиная с 11 суток) предшествует увеличению количества погибших клеток в суспензии на 13 сутки развития опухоли.

Существенная роль в регуляции процессов, происходящих в мембранах, принадлежит их микровязкости - комплексному показателю, который отражает как структурные, так и функциональные (диффузионные) аспекты липидной составляющей мембраны. Изменения микровязкости мембран опухолевых клеток регистрировали в зоне белок-лшшдных и липид-лшшдных контактов. Достоверное изменение микровязкости мембран в зоне липид-липидных и белок-липидных взаимодействий при воздействии ЭМИ СВЧ-диапазона наблюдали только на 7 сутки развития опухоли. При этом в каждом эксперименте микровязкость мембран в зоне белок-лшшдных взаимодействий возрастает при воздействии ЭМИ СВЧ-диапазона по отношению к контролю, а в зоне липид-липидных контактов снижается.

Можно полагать, что на 7 сутки значительное возрастание количества погибших клеток и клеток в состоянии блеббинга связано с изменениями микровязкости плазматической мембраны опухолевых клеток.

Изменения микровязкости мембраны тесно связаны с метаболическими изменениями, происходящими в клетке. Достаточно высокой информативностью при оценке метаболизма клеток обладают дегидрогеназы, поскольку они осуществляют ключевые реакции метаболизма и переключение субстратных потоков между сопряженными метаболическими путями. В связи с этим в динамике роста опухоли в клетках АКЭ и гепатоцигах животных-опухоленосителей измеряли активность ключевых дегидрогеназ: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г6ФДГ),

лактатдешдрогеназы (ЛДГ), НАД-зависимой малатдегидрогеназы (НАДМДГ,), НАД- и НАДФ-зависимых глутаматдегидрогеназ (НАДГДГ, НАДФГДГ), глутатионредуктазы (ГР), НАД-зависимой

изоцитратдешдрогеназы (НАДИТТДГ). Активность ЛДГ НАДМДГ НАДГДГ и НАДФГДГ определяли как для прямых, так и для обратных реакций (соответственно, Обр.ЛДГ, Обр.НАДМДГ, Обр.НАДГДГ, Обр.НАДФГДГ) после воздействия ЭМИ СВЧ, генерируемого сотовым телефоном.

Особое внимание следует уделить данным об активности Г6ФДГ и ГР в клетках АКЭ и гепатоцигах животных-опухоленосителей (рисунок 6).

глюкозо-6-фосфатдезидрогеназа

15

1. суши

а

глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа глутатионредуктаза б

Рисунок 6 - Активность Г6ФДГ и ГР в клетках АКЭ (а) и гомогенате печени животных-опухоленосителей (б) без воздействия и после облучения. По оси ординат - активность фермента, выраженная в мкЕ в пересчете на 1г белка, по оси абсцисс - супси роста опухоли

Учитывая взаимосвязь в работе этих ферментов следовало ожидать, что активность ГР будет изменяться синхронно с изменением активности ГбФДГ, поскольку НАДФ восстановленный в результате работы Г6ФДГ используется ГР для восстановления глутатиона. Однако зарегистрированные изменения носят несогласованный характер при воздействии электромагнитного поля, излучаемого сотовым телефоном, что в свою очередь приводит к уменьшению способности клетки противостоять процессам свободно-радикального окисления макромолекул.

Нарушение согласованности процессов окисления-восстановления в клетках может быть причиной изменения относительной микровязкости мембран клеток и возрастания количества погибших клеток и клеток в состоянии блеббинга в суспензии АКЭ.

Заключение

Подводя итог результатам проделанной работы, можно заключить, что электромагнитное излучение на частотах, соответствующих диапазону работы систем сотовой связи, является стрессорным экологическим фактором, вызывающим в организме млекопитающих цепь неспецифических характерных реакций.

Скоординированная деятельность механизмов гомеостаза в нормальных условиях работы организма обеспечивает транспорт необходимых субстратов и кислорода к месту их использования, эффективную утилизацию этих субстратов и удаление конечных продуктов окисления. Под действием абиотического фактора окружающей среды - сверхвысокочастотного электромагнитного излучения - нормальное течение этих процессов может нарушаться, в результате чего возникает абсолютная или относительная недостаточность биологических энергетических реакций, которая в свою очередь приводит к разнообразным структурно-функциональным нарушениям. Эти нарушения проявляются на уровне организма как стресс. Во время стресса максимально активизируются функции основных защитных систем организма, поддерживая, насколько это возможно, гомеостаз.

Представленные результаты отражают изменения метаболизма, происходящие как на уровне целого организма, так и на клеточном уровне у здоровых животных и животных-опухоленосителей. Биохимическими процессами, преобладающими в организме под действием электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона, являются процессы расщепления биологических макромолекул с целью получения дополнительной энергии, которым сопутствует усиление генерации активных форм кислорода.

Действие ЭМИ СВЧ-диапазона у здоровых животных приводило к появлению признаков адаптации, а у животных-опухоленосителей -дезадаптации. Продолжительность суммарного воздействия ЭМИ СВЧ-диапазона, приводящего к развитию наиболее выраженных изменений -12 ч. Важно отметить, что адаптационная реакция на действие электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона у здоровых животных гораздо ярче выражена, чем у животных-опухоленосителей. Вероятно, действие

факторов опухолевого процесса, связанных с ростом асцитпой карциномы Эрлиха преобладает над действием внешнего фактора - электромагнитного излучения, т.е. дня организма более существенным является «борьба» с опухолевой прогрессией. Возможно, адаптационный эффект у животных-опухолепосителей так и не наступает, в отличие от здоровых животных.

С другой стороны, было обнаружено, что при воздействии на суспензию опухолевых клеток ЭМИ СВЧ-диапазона в ней наблюдали резкое уменьшение содержание клеток АКЭ, в основе которого лежат такие процессы как нарушение микровязкости мембраны и запуск процессов запрограммированной гибели. Этот эффект может быть использован для моделирования процессов элиминации опухолевых клеток из организма.

Наблюдаемые нами метаболические изменения в гепатоцитах и клетках АКЭ, вероятно, тесно связаны с чувствительностью клеток к ЭМИ СВЧ-диапазона, реализующейся посредством деформационной неустойчивости, возникающей при высоких напряженностях электрического поля в клеточной мембране. Эта неустойчивость приводит к резкому изменению диффузионной «прозрачности» плазматической мембраны клеток, чем, по-видимому, можно объяснить перераспределение метаболических потоков при получении энергии клетками, а возможно, и к деструктивным изменениям мембраны клеток АКЭ в суспензии.

Для детализации механизмов и оценки рисков влияния на биологические системы ЭМИ в диапазоне частот работы систем сотовой связи необходимы междисциплинарные исследования с использованием многоуровневых подходов. В данной работе была предпринята попытка рюализации такого подхода — выявление закономерностей влияния электромагнитного поля сверхвысокочастотного диапазона на разных уровнях организации биологических систем. Полученные результаты работы обобщены в схеме, представленной на рисунке 7.

Рисунок 7 - Реакция здорового животного и животного-опухоленоситаля на воздействие электромагнитного излучения сверхвысокочасготного диапазона

Выводы

1. В процессе адаптации организма к действию электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона (1 ГГц, 70 мкВт/см2) наблюдается компенсаторная реакция, проявляющаяся в смене энергетического субстрата: у здоровых животных в энергетический обмен вовлекаются белки, а у животпых-опухолепосителей - преимущественно липиды.

2. В ответ на ежедневное воздействие электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона суммарной продолжительностью 6 ч происходит выброс в периферическую кровь крупных незрелых эритроидных клеток. Реакция нормализуется после 12 ч воздействия.

3. Увеличение продолжительности воздействия электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона (1 ГГц, 70 мкВт/см2) на организм здоровых крыс приводит к увеличению продукции активных форм кислорода в гомогенате печени. В то же время функциональные изменения в печени в условиях перфузии изолированного органа отсутствуют.

4. Действие электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона (900 МГц, 7-9 мкВт/см2) на суспензию клеток асцитпой карциномы Эрлиха в процессе роста опухоли приводит к увеличению содержания погибших клеток на фоне наблюдающихся морфологических и биохимических изменений.

5. У здоровых животных электромагнитное излучение сверхвысокочастотного диапазона после 12 ч суммарного воздействия приводит к развитию реакции адаптации. У животных-опухоленосителей фактор внешней среды — электромагнитное излучение сверхвысокочастотного диапазона и внутренний фактор - асцитная карцинома Эрлиха - действуют синергично, приводя к гибели животного.

Практические рекомендации

1. Полученные результаты по изменениям диаметров эритроцитов в условиях воздействия ЭМИ СВЧ-диапазона на организм животных могут быть использованы при выполнении НИР в Красноярском филиале ФГБУ «Гематологический научный центр» Минздрава РФ и в ФГБУ «НИИ Медицинских проблем Севера» СО РАМН

2. Результаты исследований используются в учебном процессе студентов Института управления, экономики и природопользования ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» в курсе «Экологические проблемы освоения природных ресурсов», ГБОУ ВПО «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф.Войно-Ясенецкого» в курсе «Медицинская и биологическая физика» и ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф.Решетнева» в курсе «Безопасность жизнедеятельности».

Список работ, опубликованных по теме диссертации В журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Круглик О.В., Моргулис ИИ. Хлебопрос Р.Г. Влияние электромагаитпого излучения сверхвысокочастотного диапазона на жизнеспособность клеток экспериментальной опухоли // Доклады Российской академии наук. - 2013. -Т. 449. № 1. - С. 104- 106.

2. Кочемарова Е.В., Кочемарова Ю.В., Круглик O.R, Моргулис И.И. Хлебопрос Р.Г Электромагнитная нагрузка на человека и природу // Инженерная экология. -2012. - № 6. -С. 35- 46.

3. Рупенко А.П., Круглик О.В., Моргулис ИИ Снабжение печение крыс кислородом в условиях изолированной перфузии // Доклады Российской академии наук. - 2008. - Т. 418, №1. -С. 128- 130.

4. Рупенко А.П., Круглик О.В., Моргулис ИИ Функциональная активность изолированной перфузируемой печени крыс зависит от состава среды//Бюллетень эксперим. биол. имед. -2008. -Т. 146,№7. - С. 117- 120.

В других научных изданиях

5. Копылов А.Ф., Круглик О.В., Хлебопрос Р.Г.Радиофизическая СВЧ установка для исследования биологических эффектов у лабораторных животных // Universum: технические науки: электрод, научн. журнал. - 2013 -№1. - С. 2.

Электронный доступ: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/785

6. Кочемарова E.B., Круглик O.R Исследование влияния электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона на состояние клеток асцитной карциномы Эрлиха в динамике роста опухоли// Бюллетень Северного государственного медицинского университета. -2010. -№1, вып. XXIV. -С 145-146.

7. Нефедов В.П., Моргулис ИИ, Круглик О.В, Доррер Г.А. Нефедова В.В. Гомеостаз организма и экстремальные состояния // Коррекция гомсостаза организма при экстремальных состояниях: Сб.науч. тр. - Новосибирск: Наука 2000.-С. 5-15.

8. Круглик О.В., Рупенко А.П. Функциональная активность печени крыс при изолированной перфузии зависит от состава среды // Сложные системы в экстремальных условиях: Тезисы докладов ХШ Международного симпозиума. - Красноярск, 2006. - С. 93-94.

9. Моргулис И.И., Круглик О.В., Рупенко А.П. Как организм переносит недостаток кислорода // Идентификация систем и задачи управления: Материалы Международной конференции. - Москва, 2008. - С. 628-643.

10-Моргулис ИИ, Круглик O.R, Рупенко АП. Зависимость показателей жизнедеятельности изолированной печени от условий перфузии // Научные труды П съезда физиологов СНГ, Кишинев, Молдова, 29-31 октября 2008. -Москва-Кишинев: Москва-здоровье, 2008. - С. 140.

1 ¡.Кочемарова Е.В., Кочемарова Ю.В., Круглик O.R Влияние микроволнового электромагнитного излучения на жизнеспособность клеток асцитной карциномы Эрлиха// Сборник тезисов Ш Международного

молодежного медицинского конгресса «Санкт-петербургские научные чтения - 2009», С-Петербург, 2-4 декабря 2009 г. - СПб, 2009. - С. 101.

12.Круглпк О.В., Макарская Г.В., Тарских C.B. Функциональная активность фагоцитирующих клеток в системе иммунокомпетентных органов мышей при развитии асцитной формы карциномы Эрлиха // Сложные системы в экстремальных условиях: тезисы докладов XV Всероссийского симпозиума с международным участием. - Красноярск, 2010. - С. 49.

13.Кочемарова Е.В., Кочемарова Ю.В., Круглик О.В., Моргулис И.И. Состояние клеток экспериментальной опухоли при влиянии электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона// Физиология адаптации: Материалы 2-й Всероссийской научно-практической конференции, г. Волгоград, 22-24 июня 2010г./ Науч. ред. А.Б. Мулик. - Волгоград: Волгоградское научное издательство, 2010. - С. 191-194.

14.Круглик О.В., Инжеваткин Е.В., Макарская Г.В., Тарских C.B. Исследование интенсивности образования активных форм кислорода в различных тканях мышей с асцитной карциномой Эрлиха в динамике роста опухоли// Научные труды Ш съезда физиологов СНГ. - М.: Медицина-здоровье, 2011. - С. 172.

15. Круглик О.В., Кочемарова Е.В., Моргулис И.И. Влияние электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона на показатели микровязкости мембран клеток // Научные труды Ш съезда физиологов СНГ. - М: Медицина-здоровье, 2011. - С. 172.

16.Круглик О.В., Данилина П.Е. Активность ферментов печени мышей с асцитной карциномой Эрлиха после воздействия электромагнитного излученифя СВЧ-диапазона// Сложные системы в экстремальных условиях: тезисы докладов XVI Всероссийского симпозиума с международным участием. - Красноярск: КНЦ СО РАН, 2012. - С. 57.

171Сруглик О.В., Пахомова В. Г., Шадрин К. В., Рупенко А. П., Моргулис И.И. Влияние электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на функциональную активность изолированной перфузируемой печени крыс // Фундаментальные науки - медицине: материалы Международной научной конференции, Минск, 17 мая 2013 г. В 2 ч. Ч. 1 / Национальная академия наук Беларуси, Институт физиологии; ред.кол.: И. В. Залуцкий [и др.]. - Минск: Беларус. навука, 2013. - С.385-388.

18. Круглик ОЛЗ., Копылов А.Ф. Изменение дыхательного коэффициента у мышей при воздействии электромагнитного шля сверхвысокочастотного диапазона// Материалы Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности: психолого-педагогические и медико-биологические аспекты», Ярославль, 27-28 ноября 2013 г. / науч.ред. А.Г. Гущин. - Ярославль: Издательство ЯГПУ, 2013. - С.260-263.

Список сокращений

АКЭ - асцитная карцинома Эрлиха

АФК - активные формы кислорода

ГбФДГ - ггаокозо-6-фосфатдегидрогеназа

ГР - глутатионредукгаза

ЛДГ - лактатдегидрогеназа

НАД - никотинамиддинуклеотид

НАДГДГ - НАД-зависимая

глутаматдегидрогеназа

НАДИЦДГ - НАД-зависимая

изоцитратдегидрогеназа

НАДМДГ - НАД-зависимая

малатдегидрогеназа

НАДФ - никаганамвддинуклеотидфосфат НАДФГДГ - НАДФ-зависимая глутаматдегидрогеназа НАДФМДГ - НАДФ-зависимая малатдегидрогеназа

Обр.ЛДГ - лактатдегидрогеназа для обратной реакции Обр. НАДГДГ - НАД-зависимая глутаматдегидрогеназа для обратной реакции

Обр. НАДМДГ - НАД-зависимая малатдегидрогеназа для обратной реакции Обр. НАДФГДГ - НАДФ-зависимая глутаматдегидрогеназа для обратной реакции

ППЭ - плотность потока энергии СВЧ - сверхвысокочастотный диапазон ЦТК - цикл трикарбоновых кислот ЭМИ — электромагнитное излучение

Подписано в печать 28.04.2014 г. Заказ №429 Отпечатано на ризографе на бумаге офсетной 80 г/м2 Формат 60x84/16 Уч. узд. листов 0,96. Тираж 100 шт.

Отпечатано в типографии И.П. Дворядкин Б.В. г. Красноярск, Академгородок, 50, стр. 28, оф. 156 тел. 290-72-32 е-шаИ: darma@akadem.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Круглик, Ольга Витальевна, Красноярск

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»

04201469015

На правах рукописи

Круглик Ольга Витальевна

Реакция организма здоровых животных и животных с

асцитной карциномой Эрлиха на воздействие сверхвысокочастотного электромагнитного излучения

03.02.08 (экология)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Р.Г. Хлебопрос

Красноярск, 2014

Список использованных сокращений

АКЭ - асцитная карцинома Эрлиха

АФК - активные формы кислорода

БТШ - белок теплового шока

ВДД - волны дециметрового диапазона

ВМП - внешнее магнитное поле

ВОЗ - Всемирная организация здравоохранения

Г6ФДГ - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа

ГМП - геомагнитное поле

ГР - глутатионредуктаза

ЛДГ - лактатдегидрогеназа

МПД - мощность поглощенной дозы

НАД - никотинамиддинуклеотид

НАДГДГ - НАД-зависимая глутаматдегидрогеназа

НАДИЦ ДГ - НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа

НАДМДГ - НАД-зависимая малатдегидрогеназа

НАДФ - никотинамиддинуклеотидфосфат

НАДФГДГ - НАДФ-зависимая глутаматдегидрогеназа

НАДФМДГ - НАДФ-зависимая малатдегидрогеназа

Обр.ЛДГ - лактатдегидрогеназа для обратной реакции

Обр.НАДГДГ - НАД-зависимая глутаматдегидрогеназа для обратной реакции

Обр.НАДМДГ - НАД-зависимая малатдегидрогеназа для обратной реакции

Обр.НАДФГДГ - НАДФ-зависимая глутаматдегидрогеназа для обратной реакции

ПДУ - предельно допустимые уровни

ППЭ - плотность потока энергии

СОД - супероксиддисмутаза

СВЧ - сверхвысокочастотный диапазон

ЦТК - цикл трикарбоновых кислот

ЭМИ - электромагнитное излучение

ЭМП - электромагнитное поле

Содержание

Введение...........................................................................................................................5

Глава 1. Общая характеристика неионизирующего электромагнитного излучения

как фактора окружающей среды..................................................................................10

1.1. Естественные электромагнитные поля................................................................11

1.2. Источники электромагнитного излучения антропогенного происхождения 13

1.4. Биологическое действие электромагнитных излучений сверхвысокочастотного диапазона на разных уровнях организации биологических систем...............................................................................................16

1.5. Механизмы действия электромагнитного поля сверхвысокочастотного диапазона на клетки...................................................................................................24

Глава 2. Материалы и методы......................................................................................27

2.1. Объект исследования..........................................................................................27

2.1.1. Лабораторные животные............................................................................27

2.1.2. Характеристика штамма асцитной карциномы Эрлиха..........................27

2.2. Источники электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, используемые в эксперименте..............................................................................................................29

2.3. Биофизические методы исследования..............................................................31

2.3.1. Измерение микровязкости мембран клеток асцитной карциномы Эрлиха......................................................................................................................31

2.3.2. Метод перфузии изолированной печени крыс..........................................32

2.4. Биохимические методы исследования..............................................................34

2.4.1. Определение содержания кислорода и углекислого газа в выдыхаемой животным газовой смеси.......................................................................................34

2.4.2. Определение содержания кислорода, углекислого газа, глюкозы и лактата в периферической крови животных........................................................35

2.4.3. Определение содержания глюкозы и лактата в оттекающем от органа перфузате.................................................................................................................35

2.4.4. Биолюминесцентное определение активности НАД(Ф)-зависимых

дегидрогеназ в клетках.........................................................................................36

2.4.6. Определение уровня генерации активных форм кислорода методом хемилюминесцентного анализа............................................................................40

2.5. Цитологические методы.....................................................................................41

2.5.1. Определение жизнеспособности клеток опухоли....................................41

2.5.2. Приготовление и окраска препаратов........................................................42

2.6. Статистическая обработка результатов............................................................43

Глава 3. Результаты исследования и обсуждение......................................................44

3.1. Реакция организма здорового животного и животного с асцитной карциномой Эрлиха на действие ЭМИ СВЧ-диапазона........................................44

3.2. Влияние ЭМИ СВЧ-диапазона на функциональную активность изолированной перфузируемой печени крыс.........................................................66

3.3. Физиологические и метаболические изменения клеток в суспензии в ответ на воздействие ЭМИ СВЧ-диапазона......................................................................71

Заключение....................................................................................................................94

Выводы...........................................................................................................................97

Использование полученных результатов и практические рекомендации...............98

Список использованной литературы...........................................................................99

Введение

Актуальность работы.

В формировании живых организмов в процессе эволюции важная роль отводится электромагнитным полям природного происхождения. В современном мире в окружающей среде крупных городов происходят изменения естественного электромагнитного фона за счет увеличения электромагнитной нагрузки в результате активного развития и внедрения в повседневную жизнь новых теле- и радиокоммуникационных технологий, в частности, систем мобильной сотовой связи [1-10]. Авторы [4, 5] отмечают, что существующие дозиметрические характеристики для оценки нового потока электромагнитного воздействия на окружающую среду уже малопригодны и нормирование ЭМИ должно иметь иной характер. Так, Всемирной организацией здравоохранения проблема изучения последствий влияния на живые объекты электромагнитных полей в диапазоне частот работы системы сотовой связи выделена как приоритетная.

Одним из побудительных мотивов к экспериментальному исследованию влияния ЭМИ СВЧ-диапазона на организм млекопитающих в лабораторных условиях послужил анализ данных по расчету коллективной и индивидуальной электромагнитной нагрузки в Красноярске, показавший, что с одной стороны с 2002 по 2006 гг. произошло увеличение площади ЭМ загрязнения, с другой, при снижении индивидуальной нагрузки в основном за счет повышения качества выпускаемых средств связи, имеется тенденция к увеличению коллективной нагрузки на территории города [11]. Было также показано, что на территории Красноярска доля базовых станций сотовой связи среди других источников электромагнитного излучения радиочастотного диапазона составляет 80 % [12].

В связи с этим актуальным является изучение реакций организма млекопитающих на изменяющийся уровень электромагнитного фона окружающей среды для оценки рисков нарушения гомеостаза организма и возникновения заболеваний. Несмотря на большое количество исследований по влиянию СВЧ-излучения на организм животных и человека, вопрос об уровне его вреда для

здоровья, особенно при малых мощностях, остается открытым [8, 13-22]. С другой стороны, в большинстве работ рассматривается реакция здорового организма на воздействие ЭМИ, а то, каким образом ведет себя организм в патологическом состоянии при изменении электромагнитной нагрузки радиочастотного диапазона, изучено крайне мало.

Цель работы - выявление особенностей энергетического метаболизма здоровых животных и животных-опухоленосителей при адаптации к действию электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона. Задачи:

1. Определить показатели энергетического обмена у здоровых животных и животных с асцитной карциномой Эрлиха, подвергшихся воздействию электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона.

2. Определить ключевые параметры метаболической адаптации изолированной перфузируемой печени крыс после воздействия электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона.

3. Оценить адаптационные возможности клеток асцитной карциномы Эрлиха и гепатоцитов в динамике развития опухолевого процесса под действием электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона.

Научная новизна заключается в установлении особенностей энергетического обмена у здоровых животных и животных-опухоленосителей в условиях действия абиотического фактора окружающей среды -электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона. Показано наличие адаптации к действию электромагнитного излучения в диапазоне частот работы системы сотовой связи у здоровых животных и ее отсутствие у животных с асцитной карциномой Эрлиха.

Получены новые данные по жизнеспособности и функциональной активности гепатоцитов и клеток асцитной карциномы Эрлиха в динамике

развития опухоли в ответ на действие электромагнитного излучения в диапазоне частот работы системы сотовой связи.

Впервые проведен комплексный анализ влияния электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона одновременно на разных уровнях организации биологических систем: от уровня целого организма до уровня клетки.

Положения, выносимые на защиту:

1. В процессе адаптации к электромагнитному излучению сверхвысокочастотного диапазона (1 ГГц, ППЭ -70 мкВт/см2) у здоровых животных происходит включение в энергетический метаболизм в качестве основного субстрата белков, а у животных-опухоленосителей - липидов.

2. Увеличение времени воздействия электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона (1 ГГц, ППЭ =70 мкВт/см2) на организм приводит к развитию адаптивного ответа в печени здоровых крыс в виде повышения генерации активных форм кислорода в клетках печени, при этом изменения функций печени отсутствуют.

Теоретическая значимость заключается в выявлении метаболических и физиологических изменений, возникающих в организме, как у здоровых животных, так и у животных с асцитной карциномой Эрлиха под действием низкоинтенсивного СВЧ-излучения в диапазоне частот работы сотовой связи. Полученные результаты могут способствовать пониманию механизмов адаптации и поддержания гомеостаза на разных уровнях организации биологических систем в состоянии нормы и при патологии в меняющихся условиях окружающей среды.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых нормативных документов по электромагнитной нагрузке в диапазоне частот сотовой связи, мер профилактики и регламентов работы технического персонала, обслуживающего базовые станции.

Апробация результатов. По теме диссертационного исследования опубликовано 18 научных работ, из которых 4 - в журналах, предусмотренных перечнем ВАК РФ.

Основные результаты работы были представлены на ХШ Международном симпозиуме «Сложные системы в экстремальных условиях» (4—10 сентября 2006 г., Красноярск, Россия); XIV Всероссийском симпозиуме с международным участием «Сложные системы в экстремальных условиях» (23-28 июня 2008 г., природный парк «Ергаки», Красноярский край, Россия); II съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (29-31 октября 2008 г., Кишинев, Молдова); УП Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» (28-31 января 2008г., Москва, Россия); Ш Международного молодежного медицинского конгресса «Санкт-петербургские научные чтения -2009» (2-4 декабря 2009г., С-Петербург, Россия); XV Всероссийском симпозиуме с международным участием «Сложные системы в экстремальных условиях», 1621 августа, 2010 г., Красноярск, Россия); 2 Всероссийской научно-практической конференции «Физиология адаптации» (22-24 июня 2010 г., Волгоград, Россия); Ш съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (1-6 октября 2011 г., Ялта, Украина); XVI Всероссийском симпозиуме с международным участием «Сложные системы в экстремальных условиях» (20-23 мая 2012г., Красноярск, Россия); Международной научной конференции «Фундаментальные науки -медицине» (17 мая 2013 г., Минск, Беларусь); Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности: психолого-педагогические и медико-биологические аспекты» (27-28 ноября 2013 г., Ярославль, Россия).

Структура диссертации. Диссертация изложена на 118 страницах машинописного текста, состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и списка использованных литературных источников. Работа иллюстрирована 43 рисунками и 6 таблицами. Список использованной литературы состоит из 161 источника, из них - 79 отечественных и 82 зарубежных.

Личный вклад автора. Автору принадлежит определяющая роль в постановке задач исследования. Экспериментальные исследования, анализ полученных результатов, приведенных в диссертационной работе, выполнены автором лично в рамках базовых проектов фундаментальных исследований 11.9.2.5. «Исследование закономерностей динамики смены клеточных популяций в системе крови» и II. 11.2.1. «Физические характеристики функционирования системы крови» Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук».

Автор выражает благодарность научному руководителю - Рему Григорьевичу Хлебопросу, сотрудникам лаборатории Международного научного центра исследований экстремальных состояний организма при Президиуме КНЦ СО РАН и отдельно сотрудникам сектора иммунологии Галине Владимировне Макарской и Светлане Вениаминовне Тарских, а также доценту кафедры Радиофизики Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Алексею Филипповичу Копылову.

Глава 1. Общая характеристика неионизирующего электромагнитного излучения как фактора окружающей среды

К неионизирующим электромагнитным излучениям принято относить электромагнитные излучения оптического и радиочастотного диапазона, а также условно-статические электрические и постоянные магнитные поля, излучениями не являющиеся. Электромагнитные излучения (ЭМИ) распространяются в виде электромагнитных волн, характеризующихся: длиной волны, частотой колебаний (Гц) и скоростью их распространения (м/с) [23, 24]. Шкала электромагнитных волн представлена на рисунке 1.

«гмия волны 10* 10* шг 10° 10"5 ю4 104 Ю* 1б" 1бп

■мвфои рад« твя^вишие радар Уёйждаж уямрафиеда* рв<п«и яящта® фйзжа

щцучдиие 1ВДЙЮ юмад

Рисунок 1 - Шкала длин волн, частот и диапазонов излучения [Цит. по 25, с. 112]

1.1. Естественные электромагнитные поля

Электромагнитное излучение с точки зрения экологии является важным абиотическим фактором, под действием которого в процессе эволюции сформировались живые организмы [26].

В настоящее время электромагнитный фон Земли представляет собой совокупность естественного и искусственного излучения. Естественные ЭМП подразделяют на поля земного и внеземного происхождения. К внеземным в первую очередь относят радиоизлучение солнечной атмосферы в диапазоне волн от долей миллиметра до нескольких километров. Радиоизлучение Солнца на волнах длиннее нескольких километров практически полностью поглощается в межпланетном газе и недоступно наблюдениям. [27, 28].

Коротковолновое излучение Солнца относительно слабо; оно выходит из хромосферы, расположенной над видимой поверхностью Солнца. Солнечная атмосфера всегда испускает невидимое коротковолновое излучение, которое бывает особенно мощным в годы максимума солнечной активности: в это время ультрафиолетовое излучение возрастает примерно в два раза, а рентгеновское - в десятки и сотни раз. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучения частично ионизуют слои земной атмосферы, образуя на высотах 200-500 км от поверхности Земли ионосферу. Состояние ионосферы меняется в зависимости от условий освещения ее Солнцем и от происходящих на нем явлений [23, 27].

Излучение, исходящее от Солнца и достигающее поверхности Земли, -основной источник энергии для поддержания теплового баланса окружающей среды, создания и превращения органических веществ автотрофным звеном биосферы, что в конечном итоге делает возможным формирование среды, способной удовлетворять жизненные потребности организмов, сформировавшиеся в процессе эволюции. Специфическое значение светового фактора заключается в том, что интенсивность и закономерная (суточная и сезонная) динамика условий освещения играет важную роль в регуляции периодических явлений в жизни представителей органического мира [26] .

Ряд геофизических явлений (магнитные бури, т.е. кратковременные изменения магнитного поля Земли, полярные сияния и др.) тоже связан с изменением солнечной активности. Но эти явления происходя