Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние ЭМИ дециметрового диапазона на электрическую активность нейронов головного мозга морской свинки IN VITRO

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Влияние ЭМИ дециметрового диапазона на электрическую активность нейронов головного мозга морской свинки IN VITRO"

4V

На правах рукописи

ЗАХАРОВА НАДЕЖДА МИХАЙЛОВНА

ВЛИЯНИЕ ЭМИ ДЕЦИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ НЕЙРОНОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА МОРСКОЙ СВИНКИ IN VITRO

03.00.02 - биофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание'ученой степени кандидата биологических наук

Пущино - 1998

Работа выполнена в Институте биофизики клетки РАН.

Научные руководители:

доктор биологических наук, член-кор. РАЕН М.Н. Жадин.

кандидат физико-математических наук С. И. Алексеев-

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Ю.А. Холодов, доктор биологических наук 0.В. Годухин

Ведущая организация - НИИ медицины труда РАМН , г. Москва

, > ' \

Защита состоится "20" 1998 г. в {С_ часов на заседании

Диссертационного Совета Д 200.22.01 в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН по адресу: 142292, г. Пущино. Московской области, проспект Науки, ИТЭБ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научного Центра биологических исследований РАН (г:Пущино, ИТЭБ РАН).

Автореферат разослан а^хи^Х- 1998г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета кандидат биологических наук " ^/¡^¿ИС^^ - Нелипович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Электромагнитные волны, являясь физическим фактором окружающей среды, влияют на состояние организма (Нотте1, 1987). Проблема охраны здоровья населения от воздействия электромагнитных излучений с каждым годом приобретает все более важное значение. Это связано с увеличением количества и "качества" источников ЭМИ. Источниками антропогенного ЭМИ в населенных местах являются радиовещательные станции, телевизионные и радиолокационные станции, и ряд других объектов.

Самое пристальное внимание уделялось и уделяется тому, какое воздействие оказывает ЭМИ на центральную нервную систему (ЦНС) и каковы механизмы его воздействия, поскольку именно нервная система реагирует на ЭМИ в первую очередь (Холодов, 1982). Особенно эффективно оказывают влияние на ЦНС излучение дециметрового диапазона (от 300 МГц до 3 ГГц), легко проникающие во все структуры головного мозга (Пресман, 1968; Файтельберг-Бланк, Перевалов, 1977).

Фоновая активность корковых нейронов является одной из важнейших их функциональных характеристик. Поэтому исследование закономерностей, проявляющихся в изменениях ФИА, обнаруживаемых при облучении, существенно для понимания механизма воздействия ЭМИ на мозг.

Целью работы являлось детальное исследование влияния ЭМИ дециметрового диапазона на фоновую импульсную активность нейронов срезов неокортекса.

Были поставлены следующие задачи: 1) Сравнить влияние ЭМИ (немодулированного и импульсно-модулированного) и обычного теплового воздействия на ФИА; 2) Провести сравнительные исследования влияния нескольких частот модуляции ЭМИ на ФИА;3) Используя си -наптический блокатор, выяснить роль медиаторной системы в эффектах, вызванных ЭМИ; 4) Исследовать влияние ЭМИ на связанные пары нейронов.

Научная новизна исследования. В условиях безартефактной регистрации впервые исследовано влияние ЭМИ в непрерывном и им-

Обозначения. принятые в тексте: АКФ-автокорреляционная функция, ГМИ-гистограмма межимпульсных интервалов, ККФ-кросскор-' реляционная функция, ИМ-импульсно-кодулированное, УПМ-удельная поглощенная мощность, ФИА-фоновая импульсная активность, ЭМИ-электромагнитное излучение.

пульсно-модулированном,режимах на кору мозга млекопитающих in vitro. Впервые было исследовано влияние ЭМИ на связанные процессы, взаимную корреляцию в электрической активности клеток неокор-текса. Впервые, с помощью полной синаптической блокады было показано участие медиаторной системы в модулировании эффектов ЭМИ.

Научно-практическая ценность. Полученные данные расширили и углубили знания о влиянии ЭМИ на функционирование нервной клетки коры мозга. Они имеют как теоретический, так и практический интерес, поскольку позволяют объяснить и понять ранее полученные данные, а также предсказать возможные функциональные изменения, связанные с облучением. Данные уточняют представление относительно механизмов действия импульсно-модулированного ЭМИ низкой интенсивности. необходимых для установления научно обоснованных .нормативов.

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на Международном симпозиуме "Взаимодействие электромагнитных полей с биологическими системами" (Пущино, 1995), ежегодной научной конференции Института биофизики клетки РАН (Пущино, 1995), I Международном симпозиуме "Electrical activity of the brain; Mathematical models & analytical methods" (Пущино, 1997).

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методик, результатов исследования, их обсуждения, выводов и списка литературы, включающего 480 наименований. Диссертация изложена на /й-3 страницах, содержит 1 таблицу и 18 рисунков.

По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Исследование выполнялось на инкубируемых in vitro срезах неокортекса морских свинок. Опыты проводились с соблюдением правил Европейской конвенции по обращению с лабораторными животными. Животные весом 250-400 г подвергались декапитации с помощью гильотины. Фронтальные срезы сенсомоторной области коры толщиной 400-500 мкм готовили помощью механического слайсера и помещали в экспериментальный отсек термостатируемой камеры. Через камеру со скоростью 4 мл/мин с помощью водоструйного насоса осуществлялся проток насыщенного карбогеном стандартного раствора (t = 35°С, рн

= 7,2) следующего состава (в' миллимолях на 1 л): NaCl - 131,5, KCl - 5, КН2Р 04 - 1,24, СаС1г - 2, MgS04 - 2, NaHC03 - 13.5. глюкоза - 10. Для блокады синаптической передачи использовался аде-нозин (9-ß-d-RibofuranosylacJenine) фирмы Sigma (США) в виде раствора в концентрации 100 мкмоль/л,* который вводился в проток инкубационной среды.

После 2-х часового выдерживания срезов в инкубационной среде, регистрация электрической активности велась по принципу "одна клетка - один срез" до облучения, во время и после воздействия ЭМИ.

Для выполнения этой работы была реализована методика, обеспечивающая контролируемое воздействие ЭМИ на срезы мозга и регистрации ФИА нейронов при облучении. Источником ЭМИ служил лабораторный генератор с частотой 0.9 ГГц и выходной мощностью до 30 Вт в режиме непрерывной генерации и до 300 Вт в импульсно-мо-дулированном режиме. Импульсная модуляция в интервале частот от 7 до 60 Гц (7, 16, 30, 60) осуществлялась с помощью лабораторного электростимулятора ЭСУ-1. Интенсивность облучения оценивалась по удельной поглощенной мощности (УПМ) в ячейке со срезом.

Срез мозга помещался в экспериментальную ячейку объемом 1 см3 с проточно обновляемой инкубационной средой. Ячейка со срезом через люк волновода (рис.1) диаметром 110 мм устанавливалась на: подвижном столике волновода сечением 30x240 мм,-в котором обеспечивалось распространение ЭМИ в режиме бегущей волны ТЕ01. Экспериментальная ячейка и подвижной столик, изготовленные из оргстекла не вносили заметных искажений в картину ■ силовых линий ЭМИ. Электроды подводились к срезу через щель (20x30 мм) в сетчатой

Рис.1. Ориентация электрического (Е) и магнитного (Н) компонентов ЭМИ в волноводе. 1 - экспериментальная ячейка. г - люк волновода;

3 - индифферентный электрод;

4 - проточные трубки.

крышке волноводного люка. Фоновая импульсная активность клеток неокортекса регистрировалась по стандартной электрофизиологической методике, но с учетом ряда особенностей, связанных с облучением. По методике, предложенной Тяжеловым (Туа2йе1оу е1 а1., 1977) и Большаковым (Большаков, 1989): электрод заполнялся 0,1 М раствором КС1 (сопротивление 1,5-2 МОм) для снижения концентрации поля на кончике электрода при облучении; держатель микроэлектродов тщательно экранировался, что предотвращало попадание высокочастотного сигнала на вход предусилителя; индифферентный электрод и трубки протока физраствора выводились через низкочастотные фильтры (медные трубочки диаметром 3 мм и длиной 80 мм).

Регистрируемая электрическая активность нейронов визуально контролировалась по осциллографу, записывалась на магнитофон для последующей обработки на ЭВМ.

При изучении температурных реакций клеток неокортекса, изменение температуры физиологического раствора достигалось пропусканием его через теплообменник, в котором циркулировала вода, нагреваемая термостатом. Во всех экспериментах температура в ячейке измерялась игольчатым миэдзотермистором МТ - 54 вблизи поверхности среза.

Было проведено поминутное интегрирование текущей частоты каждого нейрона. Проведен статистический анализ текущей средней частоты в контроле и опыте для каждой минуты, участвующих в данном тесте нейронов, вычислено стандартное отклонение средней (Глотов и др. 1982).

Обработку записей ФИА осуществляли на ЭВМ после амплитудной дискриминации. Автокоррелограмма импульсного потока позволяла судить о наличии скрытых периодичностей в разрядах данного нейрона. Кросскоррелограмма служила для оценки характера связи между разрядами пары нейронов. Нормированные ККФ импульсных потоков вычислялись по известной формуле ШасЦп, 1988).

В экспериментах с аденозином для ввода в ЭВМ импульсных потоков использовалась аналогово-цифровая плата с частотой опроса 40 кГц.

Была исследована импульсная активность 80 нейронов в экспериментах с модулированным облучением, 28 нейронов с немодулиро-ванным облучением, 13 нейронов с температурным воздействием и 10 клеток с воздействием ИМ ЭМИ на фоне синаптической блокады. Заре-

гистрирована ФИА 40 пар нервных клеток.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

Сравнительные исследования влияния немодулированнного. им-пульсно-мод.улированного ЭМИ и температурных реакций нейронов нео-кортекса.

Результаты проведенных нами экспериментов позволяют констатировать, что ЭМИ изменяет электрическую активность нейронов срезов неокортекса. Можно также заключить, что эффекты импуль-сно-модулированного ЭМИ зависят от частоты модуляции. При воздействии непрерывным ЭМИ, импульсно-модулированным и при обычном нагреве клетки реагировали либо снижением частоты ФИА, либо слабым статистически незначимым повышением, либо не меняли своей частоты.

Однонаправленность доминирующих реакций нервных клеток в наших экспериментах возможно связана с тем, что мы осуществляли регистрацию электрической активности на одной глубине 800-1200 мкм (между пиальной оболочкой и белым веществом). Гистологический контроль показал, что в этом диапазоне глубин находятся тела больших пирамидных нейронов (Карнуп и др., 1985).

Поскольку частоты модуляции в диапазоне 0-100 Гц рассматриваются (Jackson, 1985) как биологически активные, для тестирования были выбраны частоты импульсной модуляции 7, 16, 30 и 60 Гц. Скважность для всех частот модуляции была одинаковой и равнялась 5, что позволяло уравнять среднюю УПМ.

На действие ЭМИ модулированного частотой 7 Гц (длительность импульса 28 мс) нейроны в большинстве случаев (13 из 17 клеток) уже на первой минуте облучения реагировали уменьшением частоты разрядов на 27%. Такое количественное изменение частоты сохранялось в течение всего времени облучения, а после прекращения воздействия тенденции к восстановлению частоты не наблюдалось (рис.2А). Остальные 4 клетки не прореагировали на облучение.

ЭМИ модулированное частотой 16 Гц (длительность импульса 12 мс) у 15 из- 17 клеток вызвало уменьшение частоты фоновой активности на 24% на первой минуте облучения и на 65% к пятой минуте воздействия. Тенденции к восстановлению ФИА также не прослежи-

Рис.2. Влияние ИМ ЭМИ на фоновую импульсную активность срезов не-окортекса.' Каждый столбец диаграммы - среднее значение частоты ФИА всех исследуемых в данном тесте клеток за минуту и стандартное отклонение среднего: К - в контроле, во время облучения- линии под графиками . последующие столбцы отражают время после облучения ИМ ЭМИ. Частоты модуляции указаны над каждой диаграммой. Средняя УПМ составляла 1.4 мВт/г для всех частот модуляции.

валось (рис.2Б).

Воздействие ИМ ЭМИ (частота модуляции 30 Гц. длительность импульса 6,7 мс) вызвало реакцию торможения ФИА лишь у 7 из 16 исследуемых клеток примерно на 28%, и в этом случае тенденции к восстановлению также не прослеживалось после выключения генератора (рис.2В). Остальные 9 клеток в этой серии в ответ на облучение достоверно не прореагировали.

ЭМИ с частотой модуляции 60 Гц вызвало статистически значимое относительно контроля кратковременное уменьшение частоты 'ФИА менее, чем у трети (у 5 из 19) исследуемых клеток примерно на 20% в первую минуту после прекращения облучения, при этом тенденция к восстановлению частоты появилась на 2-ой минуте после облучения (рис.2Г).

В наших экспериментах с непрерывным облучением средняя УПМ подбиралась равной средней УПМ, используемой в экспериментах с модулированным облучением (1,4 мВт/г). В исследованиях с непрерывным облучением мы также обнаружили торможение ФИА у 16 из 28 клеток (рис.3), но динамика изменения частоты, наблюдаемая при поминутном интегрировании была более монотонной, чем при модулированном облучении. При немодулированном облучении прослеживалась тенденция к восстановлению частоты ФИА после облучения к уровню контроля. Значимое торможение наступало только к четвертой минуте облучения- и усиление эффекта не наблюдалось после прекращения облучения (рис.3).

Рис.3. Среднее значение частоты ФИА нейронов срезов неокортекса и его стандартное отклонение за каждую минуту до (К), во время (1-4 мин) и после (5-8 мин) облучения немодулированным ЭМИ (0,9 ГГц) со средней УПМ 1.4 мВт/г. Линия под графиком - время облучения.

облучение

Следующим этапом'исследования явилось изучение термочувствительности клеток неокортекса. Это было необходимо для сопоставления с наблюдаемыми эффектами воздействия ЭМИ, поскольку уже отмечалась (Акоев и др., 1985; Тяжелов, Алексеев, 1983) возможность локальных перегревов при воздействии ЭМИ низкой интенсивности, возникающих вследствие гетерогенности биологических тканей по диэлектрической проницаемости и электропроводности, что приводит к неравномерному поглощению энергии. Поэтому эффект может формироваться в соответствии с величиной локальной УПМ, а не средней УПМ, оцениваемой по интегральному нагреву всей системы. С этой целью мы повышали температуру инкубационной среды со скоростью 0,33 град/мин, достигая температурй на порядок большей, чем та, которую мы фиксировали сразу после облучения термистором, максимально приближенным к поверхности среза.

Результатом нагревания инкубационного раствора явилось снижение частоты ' ФИА у 7 клеток на '50% относительно контрольного уровня. Возвращение температуры омывающего раствора к исходной температуре среды привело к медленному повышению частоты разрядов к фоновому уровню (рис.4). У оставшихся 6 клеток частота ФИА при

Рис.4. Изменение Фоновой импульсной активности нейроиов при повышении температуры инкубационного раствора со скоростью 0.33 град/мин. Среднее значение ФИА и его стандартное отклонение за каждую минуту в контроле (К), при нагревании (1-4 мин) и при охлаждении (5-8 мин) до исходной температуры. Сплошные линии под графиком - время нагревания и охлаждения.

нагрев й!=Г охлаждение Л1 = 1°

повышении температуры инкубационной среды не изменилась. Динамика изменения частоты (монотонность, тенденция к восстановлению) была подобна динамике, полученной нами при непрерывном облучении (рис.3), и по указанным признакам отличалась от таковой при им-пульсно-модулированном ЭМИ (рис.2).

Результаты проведенных нами экспериментов позволили сравнить также влияние нескольких частот модуляции на ФИА нейронов срезов неокортекса.

В наших экспериментах наиболее сильная реакция торможения ФИА на воздействие ИМ ЭМИ и наиболее выраженный ответ на прекращение воздействия были получены в экспериментах с частотой модуляции 16 Гц (рис.2Б). Это согласуется с результатами Эйди (1980), также обнаружившего эффекты ЭМИ слабых интенсивностей (0,1-1 мВт/см2) с модуляцией в диапазоне 6-20 Гц на мозговую ткань. Эффективность частоты модуляции 16 Гц была показана другими авторами в экспериментах по влиянию ИМ ЭМИ на ЭЭГ (Тйигосгу et а1, 1994), на спонтанную активность нейронов моллюсков (Большаков, Алексеев, 1987), на рецепторные системы'мозга (Акоев и др., 1985; Кузнецов и др.. 1991; Ко1отуШп е1 а1. 1993; Юринская и др., 1996).

На частотах модуляции 7 и 30 Гц эффект подавления частоты разрядов нейронов был более слабым, чем на частоте модуляции 16 Гц, но также необратимым (рис.2А, 2В). На частоте модуляции 60 Гц эффект подавления ФИА -на фоне ИМ ЭМИ отсутствовал (рис.2Г).

Таким образом, модулированное и немодулированное ЭМИ при равных средних значениях УПМ вызывает соизмеримый нагрев объекта и, следовательно, равнозначный тепловой эффект. То, что эффекты ЭМИ при разных частотах модуляции, но равных значениях УПМ, различаются, свидетельствует презкде всего о том, что механизмы, лежащие в основе их действия, -различны. Эффекты немодулированного облучения можно отнести за счет' теплового действия, так как изменения фоновой электрической активности в этом случае подобны тем изменениям, которые наблюдаются при обычном нагреве объекта. При использовании модулированного облучения зависимость эффектов от частоты модуляции и их необратимость не позволяют связать измене--ния ФИА только с тепловым действием ЭМИ.

К сожалению, механизм действия ИМ ЭМИ низкой интенсивности на функционирование нейронов не ясен. Можно предположить, что результат воздействия ИМ ЗМИ складывается из тепловой компоненты подавления ФИА, и нетепловой компоненты ИМ ЭМИ, обуславливающей частотную зависимость и необратимость эффекта.

Следует отметить, что попытка "разделить" термогенный и нетермогенный вклад ЭМИ в наблюдаемые реакции предпринимались и ранее на модельных бислойных липидных мембранах (Sandblom, Thean-der, 1991).

Реакция гиперполяризации, которую мы наблюдали при облучении, отмечалась ранее и в исследованиях по температурному воздействию на ФИА пирамидных клеток срезов гиппокампа. Подавление ФИА при нагревании до температур не выше критических в этих экспериментах было обратимым (Schiff, Somjen, 1985b; Shen, Schwart-zkroin, 1988). Предполагается (Alekseev et al, 1997), что нагревание вызывает гиперполяризацию мембраны нейронов вследствие усиления активности натриевого насоса. Одной из причин гиперполяризации может быть развитие гипоксии (Fuji! et al, 1982), которую начинают испытывать рабочие клетки более глубоких слоев срезов коры, поскольку при нагреве скорость потребления кислорода увеличивается достаточно быстро вследствие активации электрогенного насоса (Carpenter et al., 1984) , что вызывает депрессию спонтан-

ной активности (Лукьянова, Власова, 1989). .Так Luhmann et al (1992, 1993) показали, что при гипоксии на 71 % подавляется частота спонтанной активности у нейронов соматосенсорной области срезов неокортекса крысы.

Однако, если при обычном нагреве до температур не выше критических этот процесс обратим (Fujii et al, 1982; Luhmann et al, 1992), что наблюдалось и в наших экспериментах с обычным нагревом и с непрерывным облучением, то при воздействии модулированным ЭМИ нами такой тенденции отмечено не было.

В наших экспериментах с немодулированным облучением и обычным нагреванием у части клеток не обнаруживались изменения в ФИА. Возможно, причиной отсутствия реакции являлся более высокий порог чувствительности клетки к гипоксии, либо другой порог реактивности к, данной скорости изменения температуры (Василенко, 1991).

Возможно, что более глубокое воздействие модулированного ЭМИ связано с тем, что оно, как известно, уменьшает количество ферментов, участвующих в энергетических механизмах клетки (Sanders et al, 1985), и тормозит выработку АТФ (Chalng et al, 1984). Иначе говоря, ИМ ЭМИ запускает процессы, вызывающие необратимое ухудшение функционального состояния среза (Годухин и др., 1992; Schurr et al, 1984).

Но вероятнее всего, более сильное воздействие модулированного ЭМИ связано с тем, что оно влияет на синаптические связи между клетками, изменяя уровень их поляризации. В приведенных ранее данных о влиянии ЭМИ на ЦНС высказано мнение, что значительную чувствительность к облучению имеют синаптические контакты между нейронами (Акоев и др., 1985; Лебеденко, Шугуров, 1990; Суворов и др., 1987; Федоров и др., 1987).

При построении гистограмм межимпульсных интервалов, мы обнаружили в ГМИ исследуемых нейронов срезов неокортекса появление нескольких мод. что говорит о группировании разрядов в ФИА под воздействием ИМ ЭМИ (для 7. 16 и 30 Гц)(рис.5) у части клеток, структура ФИА которых изначально была одиночной; причем после облучения группирование спайков становилось наиболее отчетливым (рис.бв). Группирование наблюдалось в ГМИ клеток, частота которых достоверно снижалась. При немодулированном облучении появления группирования импульсов не наблюдалось.

- и -

Рис.5. Усиление группирования в ГМИ импульсной активности нервной клетки под воздействием ЭМИ (ИМ 7 Гц). ГМИ: а - до облучения; б -зо время облучения и в - после облучения. По осям абсцисс - период анализа в мс; по осям ординат - число интервалов.

В экспериментах с воздействием, как немодулированного, так и импульсно-модулированного ЭМИ вычислялись АКФ всех зарегистрированных нейронов.

При немодулированном облучении и при облучении с частотой модуляции 60 Гц мы не выявили ни одного случая изменения в ритмике ФИА. Но для остальных тестируемых частот модуляции обнаружилось усиление ритмических процессов во время облучения (рис.6). Однако статистически значимой частотной зависимости в появлении ритмики в АКФ в диапазоне частот модуляции 7-30 Гц выявлено не было. Ранее было показано, что хотя тормозные нейроны в коре in vitro сохраняются, они не участвуют в организации ФИА в срезе (Карнуп,1989). Поэтому параметры импульсного потока могут обус-

Рис.6. Автокорреляционные функции одного из нейронов, показывающие усиление ритмических процессов под влиянием ЭМИ во время облучения. Частота модуляции 16 Гц. По осям абсцисс - время, мс. По осям ординат - значения соответствующих функций. Доверительный уровень - 5%, а - до облучения, б - во время облучения, в - после облучения.

лавливаться в основном функциональным состоянием клетки и поступающим синаптическим возбуждением от других клеток, создающим необходимый уровень деполяризации. Можно предположить, что ИМ ЭМИ меняет характер импульсации, воздействуя на синаптический приток, приходящий к тестируемой клетке от других клеток неокортекса.

Влияние ИМ ЭМИ на ФИА нейронов на Фоне синаптической блокады.

Следующий этап наших исследований был связан с предположением, что именно синапс является наиболее уязвимым звеном для ИМ ЭМИ. и поэтому нами были поставлены опыты с синаптическим разобщением нейронов в срезе.

У нейронов неокортекса, которые продолжали автономно генерировать импульсную активность при синаптической блокаде аденози-ном обычно снижалась частота ФИА (рис.7А). Это было связано с тем. что синаптический приток от других клеток блокируется и меняется исходный уровень деполяризации эндогенноактивной клетки. В этих экспериментах мы использовали ЭМИ. модулированное частотой

16 Гц. как наиболее эффективную в наших экспериментах.

50 МО

Рис.7. Лействие КМ ЗМИ на ФИА нейрона на фоне синаптического бло-катсра - аденозина. На верхней осциллограмме (фон) показана одиночная регулярная активность одного нейрона в контроле. Осциллограмма а - показывает снижение частоты ФИА нейрона при синаптичес-ком разобщении. Осциллограмма 0 - воздействие ИМ ЭМИ. (ИМ 16 Гц): характер импульсной активности нейрона при облучении не изменился. Осциллограмма в - последействие, отмыв от аденозина.

В результате мы выявили, что клетки, продолжающие генерировать спонтанную импульсную активность на фоне аденозина, при последующем облучении не меняли характера импульсации (рис.7Б). После прекращения облучения клетка обычно восстанавливала структуру импульсной активности (рис.7В), хотя и измененную ранее под действием аденозина.

Отсутствие эффекта модулированного облучения на выявленные сикаптическик блокатором эндогенноактивные клетки, в то время, когда такой эффект был обнаружен на клетках срезов без синаптического разобщения, позволяет предположить, что ИМ ЭМИ выбранных нами параметров влияет на эффективность синаптической передачи в

срезах неокортекса. В связи с этим, можно полагать, что ИМ ЭМИ действует только на экзогенноактивные нейроны, ФИА которых обусловлена лишь притоком возбуждения по синаптическим входам.

Логическим продолжением нашего исследования явилось тестирование эффективности корковых синапсов пом влиянием импуль-сно-модулированного ЭМИ посредством кросскорреляционного анализа активности пар двух соседних нейронов.

Мультинейронная регистрация импульсной активности одним и тем же микроэлектродом и последующее разделение импульсных потоков, генерируемых двумя нейронами, с помощью амплитудной дискриминации применялись в соответствии методиками, описанными ранее в ряде работ (Гасанов, Галашина, 1975; Мержанова и др., 1981; Яку-пова, 1987). После этого проводился кросскорреляционный анализ.

Серия экспериментов с одновременной регистрацией электрической активности пар соседних клеток в срезах неокортекса позволила нам обнаружить изменение степени взаимной корреляции в ФИА корковых нейронов при облучении с частотой модуляции 7, 16 и 30 Гц и отсутствие эффекта при ИМ 60 Гц. Анализ данных выявил снижение межимпульсной корреляции в электрической активности 18 из 40 пар соседних клеток при облучении (рис.8).

Это свидетельствует, что ЭМИ, модулированное частотами 7, 16 и 30 Гц снижает эффективность синапсов и ослабляет межнейронное взаимодействие в неокортексе. Но статистически значимой частотной зависимости в этом диапазоне частот модуляции мы не обнаружили. Поэтому общая статистическая оценка велась по критерию знаков' для всех данных частот модуляции вместе (Гублер, Генкин, 1969).

Изменение корреляции в активности пар близлежащих исследуемых нервных клеток при модулированном облучении мы связываем с влиянием излучения на синаптическую передачу между нейронами. Одной из причин ухудшения проведения синаптического сигнала в нервной ткани может быть угнетение энергетического метаболизма либо истощение пула нейромедиаторов. Известно (Кертис, 1989), что нейроны очень чувствительны к различным метаболическим нарушениям, которые могут, вызываться модулированным ЭМИ (Sanders et al., 1985). Кроме того, имеются данные (Vasguer et al., 1983, Jevric et al, 1985), непосредственно говорящие о влиянии электромагнитного излучения на концентрацию и скорость обращения различных

нейромедиаторов, а также на уменьшение мест связывания медиаторов с рецепторами (Филиппова, 1993). Все это, естественно, может повлечь за собой изменение эффективности синапсов.

-188 -288 8 288 181 688 8вв 1888

Рис.8. Снижение взаимной кросскорреляаии в ФИА нейронов при воздействии ЭМИ (ИМ 16 Гц). Доверительный уровень - 5%. ККФ: а - до облучения, б - во время облучения, в - после облучения. По осям абсцисс - временной сдвиг, мс. по осям ординат - величины кросс-корреляционных функций.

Можно предположить, что более глубокие эффекты модулированного ИИ ЭМИ по сравнению с смодулированным облучением в наших экспериментах связаны с воздействием ИМ ЭМИ на локализацию кальция в синаптической щели ( Kittel et al, 1996). Поскольку секреция медиаторов является Са2+- зависимым процессом, ИМ ЭМИ может проявлять модифицирующее воздействие на свойства рецепторов различных медиаторных систем.

Вопрос о возможности нетеплового действия ЭМИ по-прежнему дискутируется (Schwan, 1992). Некоторые авторы (Feirabend et al, 1992; Marani et al, 1993) подвергают сомнению возможность существования нетепловых эффектов электромагнитного излучения, другие говорят об отсутствии таковых только при тести "=мых ими дозах

(Fukui et al, 1992; Chou et al, 1992), в то время, как Эйди (Adey, 1993), например, настаивает исключительно на нетепловом механизме влияния модулированного излучения низких интенсивностей до 1 мВт/см2.

Таким образом, безусловная частотная зависимость и необратимость эффекта, а также обнаруженные изменения характера импульсных последовательностей позволяют сделать вывод, что нетепловая компонента ИМ ЭМИ в наших экспериментах, по - видимому, преобладает. Наиболее вероятным уязвимым звеном в наблюдаемых эффектах являются синаптические межнейронные контакты.

ВЫВОДЫ.

1. Воздействие низкоинтенсивного электромагнитного излучения дециметрового диапазона на срезы неокортекса вызывает изменение частоты фоновой импульсной активности нервных клеток.

2. Немодулированное ЭМИ вызывает обратимое снижение частоты фоновой импульсной активности нейронов. Эффект имеет тепловую природу.

3. Импульсно-модулированное ЭМИ более эффективно влияет на электрическую активность нервных клеток по сравнению с немодули-рованным, поскольку при равных средних УПМ частота фоновой импульсной активности нейронов подавляется необратимо, что, по-видимому, имеет нетепловую природу. Эффект зависит от частоты модуляции ЭМИ.

4. Импульсно-модулированное ЭМИ вызывает снижение взаимной корреляции в фоновой активности нервных клеток срезов неокортекса.

5. Не обнаружено изменения в импульсации эндогенноактивных нейронов неокортекса при облучении импульсно-модулированным ЭМИ на фоне блокады синаптической передачи.

6. Полученные результаты дают основание предположить, что импульсно-модулированное ЭМИ снижает эффективность синаптической передачи в срезах неокортекса.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТБКБ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Хижняк' Е.П., Тяжелов Б. Б., Захарова Н. М. (1987). Влияние импульсных электромагнитных излучений на электрическую активность головного мозга кроликов. Тезисы докладов Симпозиума "Механизмы биологического действия электромагнитных излучений" г. Пущино. -2. Захарова Н.М., Алексеев С.И.. Жадин М.Н. (1993). Воздействие СВЧ-излучения на спонтанную импульсную активность переживающих срезов коры мозга. Биофизика, .т.38, вып.3, с. 520-523. 3. Захарова Н.М.(1995). Усиление ритмических процессов в срезах коры мозга под воздействием импульсно-модулированного микроволнового излучения. Биофизика, т. 40, вып. 3. с. 639-643. ¿.Захарова Н.М., Карпук Н. Н., Жадин М.Н. (1996). Кросскорреляцион-кый анализ взаимосвязи в иипульсадаи нейронов переживающих срезов неокортекса под воздействием микроволнового излучения. Биофизика, т. 41, вып. 4, с. 913-915.

5. ZaKharova i.'.И. (1997). Influence of electromagnetic radiation on statistical characteristics and interrelations in pulse neuronal activity within the neocortlcal surviving slices. Proceedings of the i-st international Sympodsiura "Electrical Activity of the Brain:Mathematical Models & Analytical Methods", Pushchino, May 25-28, p 90-92. .

Научное издание

Автореферат Захаровой Н.М.

Налоговая льгота - общероссийским классификатор продукции ОК-005-93; том'2; 9.53000 - книги п брошюры.

. 13.01.98 г. 3. 7974Р. 'Г. 100 экз. Усл.печ.л. 1,0. Отпечатано с оригинала-макета .в Отделе научно-технической информации Путинского научного центра РАН. 1-12292 г. Пущино Московской обл., проспект Науки, 3. ОЦТН ПНЦ РАН.