Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние КВЧ-излучения на периферические нервные структуры и сублетальные состояния лабораторных животных

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Влияние КВЧ-излучения на периферические нервные структуры и сублетальные состояния лабораторных животных"

На правах рукописи

Сазонов Андрей Юрьевич

ВЛИЯНИЕ КВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ НЕРВНЫЕ СТРУКТУРЫ И СУБЛЕТАЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ

Специальность: 03.00.02 - биофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете

Научный руководитель - доктор технических наук

профессор Мироненко И.Г.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Дубовой Л.В. доктор медицинских наук Енин Л.Д.

Ведущая организация - Санкт-Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН

заседании диссертационного совета Д 1)53.38.23 Санкт-Петербургского государственного технического университета по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Автореферат разослан «_ Д<Р » сеьгтЪ/УЯ 1998 г.

Защита состоится <<¿23.

»

1998 года в /V часов на

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат физико-математических наук

Власова О.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Электромагнитные волны (ЭМВ) низкой интенсивности миллиметрового (ММ) диапазона широко используются в медицине уже более 10 лет в качестве терапевтического и диагностического средства. Перечень заболеваний, при которых КВЧ-терапия применяется в качестве основного и сопутствующего лечебного метода, насчитывает более 80 нозологии. Однако после 30-летнего периода биофизических исследований, проводимых крупнейшими научными центрами страны, не существует единой общепризнанной концепции о механизмах влияния КВЧ излучения на живые организмы. Это привело к тому, что в настоящее время промышленностью выпускается множество разновидностей аппаратуры для КВЧ-терапии, технические характеристики которой часто не имеют серьезного научного обоснования. Такая ситуация вызывает вполне обоснованные скептицизм и сомнения у врачей. Таким образом, существует необходимость в продолжении и развитии фундаментальных биофизических исследований, на основе которых должны формулироваться технические условия разработки КВЧ-терапевтических медицинских приборов. Исследование механизмов воздействия низкоинтенсивного электромагнитного излучения (ЭМИ) миллиметрового диапазона позволит также оптимизировать существующие методики КВЧ-терапии и сформулировать методические рекомендации по развитию этого направления лечения.

В то же время, если при медицинском применении КВЧ излучения воздействие строго дозировано, хотя и требует дальнейшей оптимизации, то в других областях использования КВЧ сложилась иная ситуация. Этот диапазон длин волн нашел широкое применение в различных отраслях промышленности, системах наземной и космической связи, РЛС, системах спутникового телевидения, на транспорте и в бытовых устройствах. Выходная импульсная мощность сверхмощных приборов СВЧ может достигать десятков ГВт. Учитывая неспецифический, "информационный" характер воздействия волн этого диапазона на биообъекты, когда эффект может сказываться при интенсив-ностях всего в несколько мкВт/см2, биофизические исследования должны лежать в основе таких направлений, как электромагнитная экология, биоэлектромагнитная совместимость, обоснование истинных гигиенических и санитарных нормативов в промышленности, вблизи передающих станций, при пользовании бытовыми устройствами КВЧ диапазона.

Особенно актуальным является изучение биофизических механизмов влияния ЭМИ КВЧ на нервную систему, как интегрирующую деятельность всех других систем организма. Учитывая, что ММ волны

поглощаются в тонком поверхностном слое кожи (толщиной в несколько сотен микрон), можно предположить, что нервные структуры периферической нервной системы являются одной из мишеней воздействия ММ волн, определяя ответ всего организма на данный физический фактор.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей диссертационной работы явилось изучение биофизических механизмов КВЧ-рецепции организмом позвоночных животных в норме и при воздействии патологических агентов. Исходя из цели работы были поставлены следующие задачи:

1. Исследование биофизических механизмов влияния КВЧ излучения на периферические сенсорные окончания.

2. Исследование влияния КВЧ излучения на проведение нервных импульсов в периферических нервных волокнах.

3. Разработка физико-химической концепции воздействия КВЧ излучения на периферическую нервную систему.

4. Изучение особенностей восприятия КВЧ излучения патологически измененными организмами животных и поиск оптимальных режимов КВЧ воздействия для терапевтической практики.

Объектами исследования в работе являлись: комплекс нервных стволов (состоящий из стволов поясничного сплетения, седалищного и большеберцового нервов) и кустиковидные интероцепторы мочевого пузыря лягушки Rana temporaria; электрорецепторы и механорецепторы черноморских скатов Raja clavata и Dasyatis pastinaca; белые беспородные мыши - самцы весом 15 ^ 20 грамм.

Основные методы исследований. Для проведения исследований использовались КВЧ генераторы, обеспечивающие излучение в диапазоне частот 37 -н 55 ГГц, с излучающими устройствами в виде рупора и открытого конца диэлектрического волновода. Применялись стандартные волноводные методы измерения отражения и затухания ЭМВ. Для отведения и регистрации биоэлектрической активности от периферических нервов использовались классические электрофизиологические методы. Гамма облучение мышей проводили однократно на аппарате ЦГО (137Cs) в сублетальной дозе 6,5 Грей. В другой серии опытов осуществляли заражение мышей вирусом гриппа А/Бетезда/10/63 (H2N2) в 1 н- 10 летальных дозах. Оценка эффекта воздействия ЭМИ КВЧ велась по динамике гибели животных, по средней продолжительности жизни (СПЖ), по выживаемости и по изменению веса животных. В работе применялся биокибернетический подход с использованием элементов теории информации и теории регулирования. Математическое моделирование проводилось с использованием методов прикладной электродинамики, при расчетах применялись специализированные программные средства.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Показано, что реакция организма на КВЧ излучение может быть связана с его влиянием на периферическую нервную систему.

2. Показано, что КВЧ излучение влияет на функциональное состояние нервных волокон, выражающееся в изменении проведения возбуждения по нерву.

3. Предложена физико-химическая концепция влияния КВЧ излучения на сенсорные рецепторы кожи и внутренних органов.

4. Получено радиопротекторное действие КВЧ излучения при у-облучении лабораторных животных.

5. Впервые показано стимулирующее действие КВЧ излучения на организм теплокровных животных при повреждении гриппозным токсином.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. КВЧ излучение оказывает воздействие на функциональное состояние периферической нервной системы, что проявляется в изменении процессов трансформации и передачи импульсной активности в сенсорных рецепторах и нервах.

2. Восприятие КВЧ излучения осуществляется как за счет непосредственного воздействия на нервные структуры, так и вследствие вызываемых физико-химических процессов в окружающей их среде. При этом влияние КВЧ излучения не сводится только к обычному тепловому воздействию на биологические объекты.

3. Предварительное КВЧ облучение перед воздействием у-радиа-ции обладает протекторным эффектом. КВЧ облучение является действенным профилактическим и терапевтическим средством в случае гриппозной инфекции.

Научно-практическая значимость результатов. Результаты диссертационной работы могут использоваться в экспериментальной и клинической медицине. Показана возможность реализации лечебного эффекта КВЧ излучения посредством стимуляции периферических нервных структур. Возможно применение КВЧ излучения в качестве радиопротекторного средства в здравоохранении (при лучевой терапии в онкологии), а также в различных областях народного хозяйства для подготовки организма к возможному радиационному воздействию. КВЧ облучение может применяться в качестве профилактического и терапевтического средства в предэпидемические периоды и во время эпидемий гриппа, особенно при невозможности по клиническим показаниям применения лекарственных препаратов. В этих целях отработаны режимы КВЧ воздействия, дающие наибольший лечебный эффект. Реальная клиническая практика подтвердила обоснованность полученных в лабораторных экспериментах результатов. Конкретные клинические разработки защищены патентами на изобретение.

Апробация работы. Основные результаты и положения настоящей диссертационной работы докладывались и обсуждались: на VII Всесоюзном семинаре "Применение КВЧ излучения низкой интенсивности в биологии и медицине" (Звенигород, 1989), на V национальном симпозиуме по телекоммуникации с международным участием KST-89 (Быдгощь, Польша, 1989), на XX и XXVI Европейских конференциях по СВЧ "ЕиМС" (Будапешт, Венгрия, 1990; Прага, Чехия, 1996), на XII международной конференции "Научные достижения техники и технологии приборостроения" (Дрезден, Германия, 1990), на XIV международном симпозиуме по клинической гипертермии (Дубна,1991), на IX международной конференции по СВЧ "MICON-91" (Рыджина, Польша, 1991), на II Всесоюзной научно-технической конференции "Устройства и методы прикладной электродинамики" (Одесса, 1991), на международном симпозиуме "Микроволны в медицине-91" (Белград, Югославия, 1991), на международном симпозиуме "Миллиметровые волны низкой интенсивности в биологии и медицине" (Москва, 1991), на I Украинском симпозиуме "Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн" (Харьков, Украина, 1991), на межреспубликанской научно-технической конференции "Фазированные антенные решетки и их элементы: автоматизация проектирования и измерений" (ФАР-92) (Казань, 1992), на II конгрессе Европейской ассоциации электромагнитобиологии ЕВЕА (Блед, Словения, 1993), на X и XI Российских симпозиумах с международным участием "Миллиметровые волны в медицине и биологии" (Москва, 1995; Звенигород, 1997), на V и VI рабочих совещаниях "Применение миллиметровых волн в медицине" (Звенигород, 1995, 1996), на II международной научно-технической конференции "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии" (Владимир, 1996), на международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем" (Пенза, 1996), на региональной научно-технической конференции "Методы и средства измерений физических величин" (Нижний Новгород, 1996), на международном симпозиуме "Мониторинг окружающей среды и проблемы солнечно-земной физики" (Томск, 1996), на международной научно-технической конференции "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность-96" (ДИМЭБ-96) (Санкт-Петербург, 1996), на III международном симпозиуме "Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология" (ЭМС-97) (Санкт-Петербург, 1997), на I международном конгрессе "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине" (Санкт-Петербург, 1997), на I международном симпозиуме "Фундаментальные науки и альтернативная медицина" (Пущино, 1997), на

Всероссийской научно-технической конференции "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы" (Рязань, 1997), на I Международном симпозиуме «Электроника в медицине. Мониторинг, диагностика, терапия» (Санкт-Петербург, 1998), на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 32 печатные работы, получено 2 патента на изобретения.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения и трех приложений. Работа изложена на 163 страницах машинописного текста и содержит 81 рисунок и 12 таблиц. Библиография включает 225 наименований, в том числе и работы автора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и практическая значимость темы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные научные положения, выносимые на защиту, кратко описано содержание глав диссертационной работы.

Первая глава имеет обзорный характер и посвящена особенностям воздействия низкоинтенсивного электромагнитного излучения миллиметрового диапазона на биологические системы. Приводятся основные концепции воздействия ЭМИ КВЧ, результаты теоретических и экспериментальных исследований биофизических механизмов, выполненных другими авторами, методические аспекты проведения исследований. На основании этого, а также данных по влиянию на нервный аппарат, по профилактическому и иммуностимулирующему действию ЭМИ КВЧ проведена оценка состояния проблемы и сформулировано содержание исследований.

Во второй главе приводятся результаты исследований по воздействию ЭМИ КВЧ частотой 42,19 ГГц ± 150 МГц с ППМ < 10 мВт/см2 (генератор УНТВ-2 на диоде Ганна, ЛОЭП "Светлана") на седалищный нерв и на кустиковидные рецепторы мочевого пузыря лягушки.

В первом исследовании нерв непосредственно после препарирования размещался в лунке измерительной камеры с вазелиновым маслом, КВЧ облучение из торца диэлектрической антенны велось снизу через тонкое предметное стекло. Всего проведено 2 серии опытов. В 1-ой серии предпринята попытка зарегистрировать изменения проводимости потенциала действия (ПД) в нерве под влиянием ЭМИ. Для этого антенна подводилась под различные участки нерва: под раздражающие электроды, под отводящие электроды, между раздражающими и отводящими электродами в середине нервного ствола.

Тестирующие импульсы подавались с частотой 1 Гц. При этом достоверно выявить влияние облучения на проводимость ПД не удалось. В некоторых случаях значение амплитуды увеличивалось в 1,5 - 2 раза по сравнению с контролем и на протяжении 10-часового наблюдения не падало. Важным результатом этой серии опытов является значительное увеличение времени жизнедеятельности нерва при КВЧ облучении (10 часов по сравнению с 1 - 2 часами в контроле).

Во второй серии опытов исследовалась динамика восстановления ПД после его пессимальной ритмической стимуляции с частотой 1 кГц. Торцевая площадка антенны помещалась под раздражающими электродами. В контроле опыт проходил без облучения (1 режим). Три группы этой серии отличались тем, что облучение осуществлялось либо в течение 1 часа до пессимальной активации (3-й режим, Товл=60мин), либо в период раздражения и восстановления нерва (2-й режим, Тобл = 20 мин), либо и до и во время всего эксперимента активация - восстановление (4-й режим, Тобл = 20 мин). Проводилось сравнение значений времени восстановления амплитуды ПД до уровней 80%, 85%, 90% без воздействия и при воздействии КВЧ облучения. Во всех сериях опытов отмечались разбросы во времени восстановления ПД, носящие сезонный характер и определяющиеся состоянием животных. Отмечено существенное ускорение (в 3-5 раз) под влиянием ЭМИ процесса восстановления ПД по сравнению с контролем. Результаты экспериментов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Средние значения времени восстановления амплитуды ПД

Уровень амплитуды Время восстановления амплитуды ПД (мин)

контроль 2-й режим 3-й режим 4-й режим

80% Ао 3,5+1,1 0,9 ± 0,4 1,0 ±0,4 0,8 ±0,5

85% Ао 6,3 ± 2,3 1,4±1,0 1,6 + 0,6 1,1 ±0,3

90% Ао 8,9 ± 0,8 3,3 ± 1,4 3,0 ± 1,3 1,7 ±0,3

Итак, эффективность КВЧ воздействия повышалась с увеличением длительности облучения нерва. Предварительное КВЧ облучение нерва (до повреждения) было также эффективным. Для разных режимов облучения относительное уменьшение времени восстановления ПД нерва составляло 60 - 80 % со сравнительно небольшим разбросом ± (10 - 15) % от опыта к опыту и для разных партий лягушек.

Исследование зависимости эффекта ускорения роста амплитуды ПД от частоты ЭМИ, показало, что частотная зависимость в полосе частот ± 150 МГц от центральной отсутствовала.

Во всех опытах при различных режимах не было отмечено влияние КВЧ облучения на форму нервного импульса.

В исследованиях на кустиковидных рецепторах изучалось изменение частоты и характера импульсации, отводимой от пузырного нерва, при КВЧ воздействии с расстояния 2 - 3 мм над уровнем раствора Рингера, который покрывал препарат слоем в 300 мкм, в сравнении с ИК-облучением (при сопоставимом нагреве - 0,1 * 0,2 °С).

Морфологические исследования препарата показали, что облучению ЭМИ подвергается безмякотная часть рецептора, зоны генерации потенциалов действия (первые полуперехваты Ранвье) и проводящая система - миелинизированные волокна. КВЧ облучение никаких морфологических изменений в препарате не вызывало.

В контрольной серии (9 опытов) препарат мочевого пузыря не облучали. При этом производили запись фоновой активности в начале опыта и затем каждые 10 минут. Нами не было зарегистрировано достоверного изменения суммарной импульсной активности рецепторов в течение первых 20 мин. В большинстве случаев при переживании препарата частота суммарной импульсной активности начинает уменьшаться через 1-1,5 часа от начала опыта.

Иная картина наблюдается при действии ЭМИ КВЧ (42,19 ± 0,15 ГГц, ППМ < 1 мВт/см2). Сразу после начала облучения средняя суммарная частота хотя и незначительно , но достоверно повышается с 31 имп/сек до 32 имп/сек. Через 20 мин суммарная частота существенно возрастает (в 1,5 раза), достигая 48 имп/сек.

Изменение импульсной активности кустиковидного рецептора в процессе эксперимента показано на Рис. 1.

а) Фоновая активность

>50 мс

100 мкВ

б) Через 20 мин КВЧ облучения (перед выключением)

в) Через 10 мин после выключения КВЧ излучения

Рис. 1. Реакция кустиковидного рецептора на КВЧ облучение

Динамика изменения частоты суммарной импульсной активности при КВЧ воздействии имеет следующий вид: сразу после начала облучения частота возрастает и достигает максимального значения к концу облучения (через 20 мин); сразу после выключения ЭМИ частота снижается, однако не достигает фонового значения. В данной серии опытов не удалось обнаружить каких-либо изменений характера импульсной активности или существенных изменений амплитуды регистрируемых импульсов.

Облучение рецепторов (2-я серия - 8 опытов) ИК излучением малой интенсивности (диод АЛ107Б, А. = 950 нм, Р = 6мВт) показало следующее: во всех опытах не было обнаружено достоверных изменений частоты или амплитуды импульсов, но в 5 опытах в афферентных импульсных потоках появлялись типичные групповые (содержащие 10-15 и более импульсов в группе) и пачечные (по 2-4 импульса в пачке) разряды при сохранении средней частоты импульсации. В норме данный феномен регистрируется крайне редко.

Различное кодирование информации рецепторами в этих опытах может определяться особенностями влияния КВЧ и ИК излучений.

Реакция кустиковидных интероцепторов на КВЧ облучение может рассматриваться как биофизическое основание для полостной КВЧ-терапии. Для полостной КВЧ-терапии предлагается использовать различные известные типы излучателей, и в частности модифицированную миниатюрную сканирующую антенну.

Третья глава посвящена исследованию биофизических механизмов реакции электрорецепторов (ЭР) скатов на КВЧ облучение области поры в диапазоне 37 - 55 ГГц (генератор Г4-141, Ризл = 0 + 20 мВт) рупором или диэлектрическим волноводом. ЭР скатов - полимодальные, и поэтому являются хорошим объектом для изучения особенностей взаимодействия ЭМИ КВЧ с биосистемами.

Проведено электродинамическое описание условий эксперимента в целях учета шероховатости, кривизны, плоскослоевого строения поверхности скатов, высокого содержания воды и других факторов при расчетах отражения и поглощения КВЧ энергии.

При изучении биофизического механизма влияния ЭМИ КВЧ на электрорецепторы скатов необходимо было определить, достигают ли ММ волны чувствительного рецепторного эпителия и оказывают на него непосредственное воздействие, или же реакция определяется процессами, возникающими в результате облучения на поверхности или в коже рыбы. В связи с этим исследовались электрофизические свойства на КВЧ кожи рыбы, а также других тканей и сред ската. Проведенные теоретические расчеты и прямые панорамные измерения КСВ и потерь для различных областей и участков поверхности кожи,

для слизи, влажной, подсушенной и сухой кожи, ампулярного желе, стенок ампулярного канала показали, что КВЧ облучение не оказывает прямого влияния на саму чувствительную ампулу Лоренцини.

Полученные значительные различия в диэлектрических свойствах кожи, слизи, ампулярного желе, с одной стороны, и стенок ампулярных каналов, с другой стороны, позволяют предположить, что вследствие этого может возникать сильная неоднородность электромагнитного поля (ЭМП) в области поры, которая в значительной степени будет определять реакцию ЭР.

Учитывая экспериментальные данные электрофизических характеристик оболочек и желе ампулярных каналов в КВЧ диапазоне, а также их строение, существовало основание предположить, что по такой структуре может распространяться ЭМВ от поверхности ската до ампулы и оказывать непосредственное воздействие на рецепторный эпителий ампулы Лоренцини. Проведенный электродинамический расчет возможности канализации ММ волн по ампулярным каналам показал, что при данных геометрических размерах, длинах волн и диэлектрических проницаемостях сред ЭМВ не распространяется.

Итак, поскольку КВЧ излучение не проникает на глубину залегания ампулы Лоренцини, то реакция ЭР скатов на КВЧ облучение обусловлена процессами на поверхности ската, причем характер отклика зависит от распределения ЭМП на облучаемой поверхности рыбы.

Возбудительные реакции ЭР на КВЧ воздействие наступали при значениях усредненной по облучаемой поверхности ППМ порядка 0,5 - 1 мВт/см2. Амплитуды возбудительных и тормозных реакций зависели от ППМ (увеличивались при повышении ППМ и наоборот). Наиболее выраженная реакция ЭР на КВЧ облучение получена на частотах 53 - 55 ГГц.

Существовала сильная зависимость реакции ЭР на КВЧ облучение от состояния поверхности рыбы, в частности, от толщины слизи и водяной пленки на коже ската. Возможно, реакция ЭР определяется изменением в результате КВЧ облучения потенциала кожи ската.

При КВЧ облучении ската из дальней и из ближней зоны были обнаружены качественные различия в характере ответов рецепторов при сравнимой ППМ на поверхности рыбы. Так, при облучении волноводом с расстояния 20 мм получены длительные медленноадаптиру-ющиеся возбудительные реакции (~ 10 мин), в то время как при облучении из ближней зоны рецептор адаптировался быстро (1 т 2 мин). Предполагается, что реакции ЭР зависят и от площади облучаемой поверхности в области поры, поскольку длительные медленноадапти-рующиеся реакции наблюдались и при облучении рупором.

В ряде экспериментов при изменении поляризации излучения, а точнее при повороте излучателя вокруг своей оси на 90° наблюдалось

изменение реакции ЭР (см. Рис. 2), но однако не было обнаружено однозначной связи между направлением вектора Ё КВЧ-излучения относительно оси рыбы и реакциями ЭР.

Г. имп/сек 1 мин

V ! I ^ 1 1 55 ГГц

А1 = 5 м и н | / Г—

П \ I 1

Г. II м п/сек

I г 1 ......................1................4!...........Т 1 55 ГГц

! :: ^ ----------- -..........-

Рис. 2. Зависимость реакции электрорецептора ската от ориентации КВЧ излучателя (стрелками показаны моменты включения и выключения излучения)

Полученные качественно различные реакции ЭР в этих опытах заставляют с большим вниманием отнестись к таким медико-техническим аспектам исследований и лечения, как выбор типа и конструкции излучателя, дистанции до объекта, поляризации и др.

Сравнение реакции ЭР на КВЧ воздействие и на нагрев поверхности различными способами подтвердили неспецифический характер влияния (и в том числе, нагрева) КВЧ, выразившийся в качественном различии реакций ЭР. На нагрев поверхности ЭР чаще всего отвечали торможением импульсной активности, а на КВЧ облучение - быстро-или медленноадаптирующимися возбудительными реакциями, в отличие от механорецепторов, которые реагировали одинаково - только снижением частоты импульсации.

На основании результатов 2-ой и 3-ей главы предложена физико-химическая концепция влияния ЭМИ КВЧ на рецепторы, в соответствии с которой существует два возможных механизма: 1) возникающие температурные градиенты и градиенты поля вызывают конвективные процессы, перемещение заряженных частиц в окружающей среде, которые воспринимаются рецепторами как механический, химический или тепловой стимулы; 2) за счет непосредственного действия электромагнитного излучения на мембранные процессы в нервных структурах.

Продемонстрированное в опытах влияние ЭМИ КВЧ на нервные структуры позволило предположить, что в соответствии с биокибернетическими принципами будет оказываться влияние на уровне целостного организма. Это и было показано в опытах, описанных в главе 4.

В четвертой главе задача исследования состояла в экспериментальной оценке перспективности КВЧ облучения как физического фактора с позиции лечебно-профилактического применения при поражающем действии радиоактивных источников излучения и в случае вирусных инфекций. Проводится поиск оптимальных режимов облучения. Параметры КВЧ облучения: длины волн 7,1 мм и 5,6 мм (Г4-141, УНТВ-02) при ППМ 15 ч- 17 мВт/см2, по 25 минут ежедневно. Существенная новизна методики состояла в использовании длительного, в течение нескольких дней, КВЧ облучения до воздействия поражающего фактора.

При исследовании влияния КВЧ в случае у-облучения эксперимент проводился на 7 группах по 20 животных в группе. Режимы облучения групп и результаты опыта приведены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты опыта через 30 дней после у-облучения

№ гр. Режим КВЧ облучения % погиб, мышей СПЖ, дни

1 5 дн. до и 30 дн. после (53,57 ГГц) у-облучения 75 13,3 ±2,3

2 30 дн. (42,19 + 0,15 ГГц) после у-облучения 75 13,8 + 2,3

3 (РК). Контроль с у-облучением 60 17,6 ±2,4

4 5 дн. до и 30 дн. после (42,19 ГГц) у-облучения 56 20,9 ± 2,0

5 5 дн. до и 30 дн. после (42,19 ± 0,15 ГГц) у-обл. 43 19,6+2,7

6 20 дней (42,19 + 0,15 ГГц) до у-облучения 30 24,6+1,9

7 (К). Контроль без у-облучения 0 30,0

Группы 5 и 6 дали эффект уменьшения смертности в 1,5 + 2 раза. Группа 4 не дала эффекта изменения смертности, но получена задержка развития болезни. Группы 1 и 2 дали увеличение смертности в 1,3 раза. Результаты демонстрируют сильную зависимость величины и знака эффекта от режима КВЧ воздействия. Радиомодифицирующий эффект при имеющемся сочетании параметров облучения не был достигнут. На основании опыта получен патент на изобретение. Радиопротекторный эффект ЭМИ КВЧ предложено использовать в медицине для защиты от лучевого поражения при лечении онкологических заболеваний, а также в других областях при возможном радиационном поражении.

Режимы облучения различных подопытных групп и результаты опытов по исследованию влияния ЭМИ КВЧ в случае летальной гриппозной инфекции приведены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты опытов при 70 % гибели животных от гриппа в контроле и по СПЖ за 14 дней наблюдения

№ гр. Режим КВЧ облучения % погиб, мышей СПЖ, ДНИ

1 Контроль с заражением вирусом 70 ± 14 7,6 ±0,8

2 14 дней (42,19 ±0,15 ГГц) после заражения 42 ± 12 8,3 ±0,9

3 7 дней (42,19 ± 0,15 ГГц) до заражения 36+14 8,6 + 0,9

4 7 дней до + 14 дней после (53,57 ГГц) заражения вирусом 25 ± 13 10,1 ±0,7

5 7 дней до + 14 дней после (42,19 ±0,15 ГГц) заражения вирусом 16± 10 11,1 +0,6

6 17 дней (42,19 ± 0,15 ГГц) до заражения 0 14,0

7 Чистый контроль (без заражения вирусом) 0 14,0

В результате проведенных опытов получен профилактический и терапевтический эффект защиты от летальной гриппозной инфекции. Выживаемость и СПЖ зависели от режима облучения. Профилактический эффект возрастает при увеличении длительности КВЧ облучения с 7 до 17 дней. При этом получен эффект полной защиты организма от летальной дозы гриппозной инфекции при 90% смертности в контроле. Вторая серия опытов с большим количеством мышей при профилактическом облучении с частотой 42,19 ± 0,15 ГГц в течение 17 дней по 25 мин в день подтвердила эффект полной защиты от гриппозной инфекции. Профилактический эффект был позднее подтвержден во время эпидемий 1990, 1991, 1992 гг. на трех видах вируса А1, А2, В1. По результатам исследований получен патент на изобретение. Рекомендовано использовать КВЧ облучение против гриппа в практическом здравоохранении.

В заключении приводятся основные выводы по диссертационной работе, данные по внедрению, использованию и апробации результатов.

В приложении приведены акты проведения исследований и акты внедрения результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана биофизическая концепция влияния ММ волн, в соответствии с которой КВЧ излучение воспринимается периферической нервной системой животных и через нее оказывает воздействие на уровне целостного организма.

2. КВЧ облучение изолированного седалищного нерва лягушки приводило к : а) значительному уменьшению времени восстановления

нерва (на 60+80%) после повреждающего воздействия электрическими импульсами; б) значительному продлению времени переживания препарата; в) в отдельных опытах - к росту амплитуды суммарного потенциала действия.

3. Проведен биофизический анализ зависимости реакции электрорецепторов скатов от мощности и частоты КВЧ излучения, от дистанции до излучателя, площади и состояния облучаемой поверхности, от направления вектора Е поля (ориентации излучателя относительно объекта), типа излучателя (рупор или диэлектрический волновод).

4. ЭМИ КВЧ может восприниматься рецепторными аппаратами, которые по своей модальности не предназначены для восприятия этого физического фактора. КВЧ излучение может оказывать воздействие на нервные структуры не только непосредственно, но и через окружающие их ткани.

5. Показано достоверное отличие влияния КВЧ излучения на исследуемые биообъекты от обычного теплового воздействия.

6. Предварительное КВЧ облучение лабораторных мышей на длине волны 7,1 мм в режиме частотной модуляции ± 150 МГц при ППМ 15 мВт/см2 в течение 20 дней перед у-облучением в сублетальной дозе 6,5 Гр повышает выживаемость животных в 2 раза и увеличивает среднюю продолжительность жизни в 1,5 раза. Лечебное действие применяемых режимов КВЧ излучения без профилактического облучения при дозе у-облучения 6,5 Гр не обнаружено.

7. Показана эффективность КВЧ облучения против гриппозной инфекции (как по выживаемости, так и по СПЖ). Наилучшие результаты (полная защита организма) получены при предварительном в течение 17 дней КВЧ облучении до заражения. Использование КВЧ облучения в качестве терапевтического средства тоже эффективно.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Восстановительные процессы в нерве при его облучении ЭМП низкой интенсивности диапазона КВЧ / Гальченко C.B., Рыжкова Л.В., Сотников О.С., Старик А.М., Сазонов А.Ю. // VII Всесоюз. семинар "Применение КВЧ излучения низкой интенсивности в биологии и медицине": Тез. докл.- М.: ИРЭ АН СССР, 1989. - С. 79.

2. Рыжкова Л.В., Гальченко C.B., Сазонов А.Ю. Элементы СВЧ радиоэлектронной аппаратуры для медико-биологических исследований // V Referaty sesji Krajowe Sympozjum Telekomunikacji-89 (KST-89). - Bydgoszczy, Polska: Polska Akademia Nauk, 1989. - T. D. - S. 114 - 123.

3. Гальченко C.B., Рыжкова Л.В., Сазонов А.Ю. Исследование влияния низкоинтенсивного миллиметрового излучения на живые нервные клетки // Известия ЛЭТИ,- 1989.- Вып. 430,- С. 88 - 94.

4. Study of mechanisms of electromagnetic-fields therapeutic effect. Elements of microwave medical apparatus / S.V. Galtchenko, L.V. Ryzhko-va, A.Yu. Sazonov, O.S. Sotnikov, A.M. Starik // Proc. of XX European microwave conference. - Budapest, Hungary, 1990. - P. 1683 - 1688.

5. Ryzhkova L., Sazonov A., Galtchenko S. Study of mechanisms of low-intensity MMW fields theraupeutic effect // Proc. of IX Microwave Conference "MICON-91". - Rydzyna, Poland: Polish Academy of Sciences, 1991.-Vol. l.-P. 471 -475.

6. Рыжкова JI.B., Гальченко C.B., Сазонов А.Ю. Антенна миллиметрового диапазона с электрическим сканированием луча // II Всес. науч.-техн. конф. "Устройства и методы прикладной электродинамики": Тез. докл. - М.: Изд-во МАИ, 1991. - С. 124.

7. Ryzhkova L.V.,Galtchenko S.V., Sazonov A.Yu. Combinative effect of mm-range electromagnetic radiation and gamma-radiation // Digest of papers of the International Scientific Meeting "Microwaves in Medicine'91". -Beograde, Jugoslavia, 1991. - P. 254 - 256.

8. The influence of weak millimeter waves on rehabilitating processes in the nerve / O. Sotnikov, A. Starik, S. Galtchenko, L. Ryzhkova, A. Sazonov // Digest of papers of the International Scientific Meeting "Microwaves in Medicine'91". - Beograde, Jugoslavia, 1991. - P. 257 - 263.

9. Защитный эффект КВЧ-терапии при летальной гриппозной инфекции / Рыжкова JI.B., Старик A.M., Волгарев А.П., Гальченко С.В., Сазонов А.Ю. // Тр. междунар. симп. "Миллиметровые волны низкой интенсивности в биологии и медицине". - М.: ИРЭ АН СССР, 1991. -С. 373 - 378.

10. Защитный эффект КВЧ облучения при летальной гриппозной инфекции / JI.B. Рыжкова, A.M. Старик, А.П. Волгарев, С.В. Гальченко, А.Ю. Сазонов // Тез. докл. 1-го Украинского симп. "Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн". - Харьков, Украина, 1991.-С. 138.

11. Рыжкова JI.B., Сазонов А.Ю., Гальченко С.В. Экспериментальная оценка возможности применения электромагнитного излучения КВЧ-диапазона при у поражении // Тез. докл. 1-го Украинского симп. "Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн". -Харьков, Украина, 1991.-С. 141 - 142.

12. Патент СССР на изобретение N 1822522 МКИ А 61 5/02 Способ профилактики лучевой болезни в эксперименте / JI.B. Рыжкова, А.Ю. Сазонов, С.В. Гальченко (СССР). - ф. № 4913863/14: Заявл. 14.01.91.-2с.

13. Восприятие электромагнитного излучения крайне высоких частот электрорецепторами скатов / Г.Н. Акоев, В.Д. Авелев, Л.В. Рыжкова, С.В. Гальченко, А.Ю. Сазонов // Сенсорные системы. - 1992. -Т.6, № 4. - С. 88 - 92.

14. Защитный эффект низкоинтенсивного миллиметрового облучения при летальной гриппозной инфекции / Рыжкова Л.В., Старик A.M., Волгарев А.П., Гальченко С.В., Сазонов А.Ю. // Межреспубл. науч.-техн. конф. "Фазированные антенные решетки и их элементы: автоматизация проектирования и измерений" (ФАР - 92): Тез. докл. - Казань: КАИ, 1992. - С. 82 - 83.

15. Prophilactic effects of EHF-therapy / L.V. Ryzhkova, S.V. Gal-chenko, A.Yu. Sazonov, A.M. Starik // Trans, of the 2-nd Congress of the European Bioelectromagnetics Association. - Bled, Slovenia, 1993. - P. 115.

16. Патент РФ на изобретение № 2008681 МКИ G 01 N 33/483 Способ защиты организма от гриппозной инфекции / Л.В. Рыжкова, А.Ю. Сазонов, С.В. Гальченко и др.(Россия). - ф. № 4918109/14: Заявл. 11.03.91; Опубл. 28.02.94. Бюл. № 4 - 3 с.

17. Сазонов А.Ю., Замураев И.Г., Лукашин В.Г. Исследование воздействия ЭМИ мм-диапазона на кустиковидные рецепторы II 10-й Российский симп. с междунар. участием "Миллиметровые волны в медицине и биологии": Сб. докл. - М.: ИРЭ РАН, 1995. - С. 105 - 107.

18. Сазонов А.Ю., Рыжкова Л.В. Воздействие ЭМИ ММ-диапа-зона на биологические объекты различной сложности // 10-й Российский симп. с межд. участием "Миллиметровые волны в медицине и биологии": Сб. докл. - М.: ИРЭ РАН, 1995. - С. 112 - 114.

19. Сазонов А.Ю., Замураев И.Г., Лукашин В.Г. Влияние электромагнитного излучения крайне высокой частоты на кустиковидные рецепторы мочевого пузыря лягушки // Физиологический журнал. - 1995. - Т. 81, № 5. - С. 46 - 49.

20. Сазонов А.Ю., Рыжкова Л.В. Экологические и медико-технические аспекты эффектов низкоинтенсивного КВЧ-излучения // Материалы II междунар. науч.-техн. конф. «Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии». - Владимир: Владим. гос. техн. ун-т, 1996.-Ч. 1,-С. 72 - 75.

21. Сазонов А.Ю., Рыжкова Л.В. Вопросы повышения качества и эффективности КВЧ-терапевтической аппаратуры // Междунар. науч.-техн. конф. "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем": Сб. докл. - Пенза: Пенз. гос. техн. ун-т, 1996. - Ч. 2.-С. 151 - 153.

22. Сазонов А.Ю., Рыжкова Л.В. Измерение характеристик нервных импульсов // Региональная науч.-техн. конф. "Методы и средства измерений физических величин": Тез. докл. - Нижний Новгород: Нижегор. гос. техн. ун-т, 1996. - С. 40.

23. Сазонов А.Ю., Рыжкова Л.В. Исследование эффектов низкоинтенсивного КВЧ-излучения в контексте электромагнитной экологии //Междунар. симп. "Мониторинг окружающей среды и проблемы

солнечно-земной физики": Тез. докл. - Томск: Томск, гос. ун-т, Сиб. физ.-тех. ин-т, 1996. - С. 111.

24. Сазонов А.Ю. Биотехнические комплексы, методы и результаты исследования взаимодействия КВЧ-излучения с биологическими системами // Научно-техн. конф. "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность-96" (ДИМЭБ-96): Тез. докл. - Санкт-Петербург: СПбГЭТУ, 1996. - С. 252 - 253.

25. Ryzhkova L., Sazonov A. Study of mm-range electromagnetic radiation effects on biological systems as a basis of the EHF therapeutic equipment and its clinical employment II Proc. of XXVI European Microwave Conference. - Prague, Czech Republic: Nexus Media Ltd, 1996. -Vol. l.-P. 366-369.

26. Рыжкова JI.В., Сазонов А.Ю., Кавин В.И. Миллиметровые волны в терапии спортивных лошадей // 11-й Российский симп. с междунар. участием "Миллиметровые волны в медицине и биологии": Сб. докл. - М.: ИРЭ РАН, 1997. - С. 220 - 222.

27. Исследование взаимодействия КВЧ-излучения с нервными структурами / А.Ю. Сазонов, JI.B. Рыжкова, В.Д., Авелев, И.Н. Заму-раев, A.M. Старик // 1-й Междунар. конгресс «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине»: Тез. докл. - СПб: РАЕН, 1997. -С. 58 - 59.

28. Сазонов А.Ю., Рыжкова Л.В., Старик A.M. Экспериментальные исследования протекторного действия КВЧ-излучения // 1-й Междунар. конгресс «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине»: Тез. докл. - СПб: РАЕН, 1997. - С. 122 - 123.

29. Восприятие КВЧ-излучения простыми нервными структурами / А.Ю. Сазонов, Л.В. Рыжкова, И.Г. Мироненко, В.Д. Авелев, И.Н. Замураев // 1-й междунар. симп. "Фундаментальные науки и альтернативная медицина": Тез. докл. - Пущино: Ин-т теор. и экспер. биофизики РАН, 1997. - С. 71.

30. Сазонов А.Ю., Мироненко И.Г., Рыжкова Л.В. Использование методов прикладной электродинамики в биомедицинских исследованиях II Всерос. науч.-техн. конф. "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы": Тез. докл. - Рязань: Ряз. гос. радиотехн. академия, 1997. - С. 40 - 42.

31. Experimental and theoretical electrodynamic modelling of mm-wave effects on simple nervous systems / A.Yu. Sazonov, L.V. Ryzhkova, I.G. Mironenko, O.S. Sotnikov, V.D. Avelev, I.N. Zamuraev // 1-й Междунар. симп. «Электроника в медицине. Мониторинг, диагностика, терапия»: Тез. докл. - СПб: НИИ кардиологии. - Вестник аритмологии. - 1998. - № 8-С. 591 - 592.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Сазонов, Андрей Юрьевич, Санкт-Петербург

Государственный комитет РФ по высшему образованию

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет имени В.И. Ульянова (Ленина)

САЗОНОВ АНДРЕЙ ЮРЬЕВИЧ

УДК [577.352.56 + 577.34 + 578.832.1]:537.868:621.3.029.65

ВЛИЯНИЕ КВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ НЕРВНЫЕ СТРУКТУРЫ И СУБЛЕТАЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ

На правах рукописи

Специальность 03.00.02

Биофизика

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор И.Г. Мироненко

Санкт-Петербург - 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.....................................................5

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО

КВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ.............11

1.1 Основные закономерности и концепции воздействия миллиметровых волн на биологические объекты.........................11

1.2. Методические аспекты проведения исследований. .................................17

1.3. Физико-химические процессы в водных

средах при КВЧ облучении......................22

1.4. Данные по реакции нервных структур

на КВЧ облучение..............................39

1.5. Иммуностимулирующее и профилактическое действие КВЧ облучения........................46

1.6. Выводы.......................................51

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КВЧ

ИЗЛУЧЕНИЯ НА НЕРВНЫЕ СТРУКТУРЫ ЛЯГУШКИ.............52

2.1. Исследование влияния КВЧ облучения на восстановительные процессы в нерве............52

2.1.1. Материал и методика.........................52

2.1.2. Собственные данные..........................61

2.1.3. Обсуждение результатов и сравнение

с другими данными...........................68

2.2. Исследование воздействия ЭМИ КВЧ диапазона

на кустиковидные рецепторы лягушки............75

2.2.1. Характеристика кустиковидных рецепторов лягушки.....................................75

2.2.2. Методики исследований.......................78

2.2.3. Резуль таты исследований.....................83

2.2.4. Обсуждение результатов......................93

2.3. Выводы........................................98

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ БИОФИЗИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ РЕАКЦИИ ЭЛЕКТРОРЕЦЕПТОРОВ ЧЕРНОМОРСКИХ СКАТОВ НА КВЧ ОБЛУЧЕНИЕ..........................................99

3.1. Описание объекта исследований: строение, физико-химические свойства и механизм

работы электрорецепторов скатов..............100

3.2. Методики и методы исследований...............109

3.3. Электродинамическое описание условий эксперимента.................................124

3.4. Экспериментальное исследование электрофизических свойств тканей скатов в

КВЧ диапазоне................................131

3.5. Электродинамический расчет возможности

канализации ММ волн по ампулярным каналам....152

3.6. Экспериментальное исследование реакции электро- и механорецепторов скатов на

КВЧ облучение................................158

3.6.1. Зависимость реакции электрорецепторов

от параметров КВЧ излучения..................160

3.6.2. Реакции механорецепторов боковой

линии скатов.................................174

3.6.3. Сравнение реакций электрорецепторов на

КВЧ облучение и тепловое воздействие.........177

3.6.4. Анализ полученных данных...................193

3.7. Обсуждение результатов.......................198

3.8. Выводы.......................................217

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТЕКТОРНОГО ДЕЙСТВИЯ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КВЧ ОБЛУЧЕНИЯ....................219

4.1. Исследование радиопротекторного действия

ЭМИ КВЧ при у-облучении.......................219

4.1.1. Материал и методика исследований. ..........220

4.1.2. Результаты исследований....................225

4.1.3. Обсуждение результатов и сравнение с данными других исследований..................230

4.2. Исследование воздействия КВЧ излучения

в случае гриппозной инфекции.................233

4.2.1. Материал и методика........................233

4.2.2. Результаты.................................234

4.2.3. Обсуждение результатов.....................241

4.3. Выводы.......................................245

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................246

ЛИТЕРАТУРА..................................................251

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Излучательные параметры используемых в

исследованиях Ж-диодов АЛ 107Б...............279

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Дополнительные сведения об электрорецепторах

скатов........................................280

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты о проведении исследований, акты

внедрения результатов диссертационной работы..283

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Электромагнитные волны (ЭМВ) низкой интенсивности миллиметрового (ММ) диапазона широко используются в медицине уже более 10 лет в качестве терапевтического и диагностического средства. Перечень заболеваний, при которых КВЧ-терапия применяется в качестве основного и сопутствующего лечебного метода, насчитывает более 80 нозологий. Однако после 30-летнего периода биофизических исследований, проводимых крупнейшими научными центрами страны, не существует единой общепризнанной концепции о механизмах влияния миллиметроволно-вого (ММВ) излучения на живые организмы. Это привело к тому, что в настоящее время промышленностью выпускается множество разновидностей аппаратуры для КВЧ терапии, технические характеристики которой часто не имеют серьезного научного обоснования . Такая ситуация вызывает вполне обоснованные скептицизм и сомнения у врачей. Таким образом, существует необходимость в продолжении и развитии фундаментальных биофизических исследований, на основе которых должны формулироваться технические условия разработки КВЧ-терапевтических медицинских приборов. Исследование механизмов воздействия низкоинтенсивного электромагнитного излучения (ЭМИ) миллиметрового диапазона позволит также оптимизировать существующие методики КВЧ-терапии и сформулировать методические рекомендации по развитию этого направления лечения.

В то же время, если при медицинском применении КВЧ излучения воздействие строго дозировано, хотя и требует дальнейшей оптимизации, то в других областях использования КВЧ сложилась иная ситуация. Этот диапазон длин волн нашел широкое применение в различных отраслях промышленности, системах наземной и

космической связи, РЛС, системах спутникового телевидения, на транспорте и в бытовых устройствах. Выходная импульсная мощность сверхмощных приборов СВЧ может достигать десятков ГВт. Учитывая неспецифический, "информационный" характер воздействия волн этого диапазона на биообъекты, когда эффект может сказываться при интенсивностях всего в несколько мкВт/см2, биофизические исследования должны лежать в основе таких направлений, как электромагнитная экология, биоэлектромагнитная совместимость, обоснование истинных гигиенических и санитарных нормативов в промышленности, вблизи передающих станций, при пользовании бытовыми устройствами КВЧ диапазона.

Особенно актуальным является изучение биофизических механизмов влияния ЭМИ КВЧ на нервную систему, как интегрирующую деятельность всех других систем организма. Учитывая, что ММ волны поглощаются в тонком поверхностном слое кожи (толщиной в несколько сотен микрон), можно предположить, что нервные структуры периферической нервной системы являются одной из мишеней воздействия ММ волн, определяя ответ всего организма на данный физический фактор.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей диссертационной работы явилось изучение биофизических механизмов КВЧ-реце-пции организмом позвоночных животных в норме и при воздействии патологических агентов. Исходя из цели работы были поставлены следующие задачи:

1. Исследование биофизических механизмов влияния КВЧ излучения на периферические сенсорные окончания.

2. Исследование влияния КВЧ излучения на проведение нервных импульсов в периферических нервных волокнах.

3. Разработка физико-химической концепции воздействия КВЧ излучения на периферическую нервную систему.

4. Изучение особенностей восприятия КВЧ излучения патологически измененными организмами животных и поиск оптимальных режимов КВЧ воздействия для терапевтической практики.

Объектами исследования в работе являлись: комплекс нервных стволов (состоящий из стволов поясничного сплетения, седалищного и большеберцового нервов) и кустиковидные интероцепто-ры мочевого пузыря лягушки Rana temporaria; электрорецепторы и механорецепторы черноморских скатов Raja clavata и Dasyatis pastinaca; белые беспородные мыши-самцы весом 15 ч- 20 грамм.

Основные методы исследований. Для проведения исследований использовались КВЧ генераторы, обеспечивающие излучение в диапазоне частот 37 -г- 55 ГГц с излучающими устройствами в виде рупора и открытого конца диэлектрического волновода. Применялись стандартные волноводные методы измерения отражения и затухания ЭМВ. Для отведения и регистрации биоэлектрической активности от периферических нервов использовались классические электрофизиологические методы. Гамма облучение мышей проводили

1 XI

однократно на аппарате ЦГО ( Cs) в сублетальнои дозе 6,5 Грей. В другой серии опытов осуществляли заражение мышей вирусом гриппа А/Бетезда/10/63 (H2N2) в 1 -г 10 летальных дозах. Оценка эффекта воздействия ММВ велась по динамике гибели животных, по средней продолжительности жизни (СПЖ) , по выживаемости, по изменению веса животных. В работе применялся биокибернетический подход с использованием элементов теории информации и теории регулирования. Математическое моделирование проводилось с использованием методов прикладной электродинамики, при расчетах использовались специализированные программные средства. Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Показано, что реакция организма на КВЧ излучение может быть связана с его влиянием на периферическую нервную систему.

2. Показано, что КВЧ излучение влияет на функциональное состояние нервных волокон, выражающееся в изменении проведения возбуждения по нерву.

3. Предложена физико-химическая концепция влияния КВЧ излучения на сенсорные рецепторы кожи и внутренних органов.

4. Получено радиопротекторное действие КВЧ излучения при у-облучении лабораторных животных.

5. Впервые показано стимулирующее действие КВЧ излучения на организм теплокровных животных при повреждении гриппозным токсином.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. КВЧ излучение оказывает воздействие на функциональное состояние периферической нервной системы, что проявляется в изменении процессов трансформации и передачи импульсной активности в сенсорных рецепторах и нервах.

2. Восприятие КВЧ излучения осуществляется как за счет непосредственного воздействия на нервные структуры, так и вследствие вызываемых физико-химических процессов в окружающей биосреде. При этом влияние КВЧ излучения не сводится только к обычному тепловому воздействию на биологические объекты.

3. Предварительное КВЧ облучение перед воздействием у-ра-диации обладает протекторным эффектом. КВЧ облучение является действенным профилактическим и терапевтическим средством в случае гриппозной инфекции.

Научно-практическая значимость результатов. Результаты диссертационной работы могут использоваться в экспериментальной и клинической медицине. Показана возможность реализации лечебного эффекта КВЧ излучения посредством стимуляции периферических нервных структур. Возможно применение КВЧ излучения в качестве радиопротекторного средства в здравоохранении при

лучевой терапии в онкологии, а также в различных областях народного хозяйства для подготовки организма к возможному радиационному воздействию. КВЧ облучение может применяться в качестве профилактического и терапевтического средства в предэпи-демические периоды и во время эпидемий гриппа, особенно при невозможности по клиническим показаниям применения лекарственных препаратов. В этих целях отработаны режимы КВЧ воздействия, дающие наибольший лечебный эффект. Реальная клиническая практика подтвердила обоснованность полученных в лабораторных экспериментах результатов. Конкретные клинические разработки защищены патентами на изобретение.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения и трех приложений. Работа изложена на 163 страницах машинописного текста и содержит 81 рисунок и 12 таблиц. Библиография включает 225 наименований.

Первая глава имеет обзорный характер и посвящена особенностям воздействия низкоинтенсивного электромагнитного излучения миллиметрового диапазона на биологические системы. Приводятся основные концепции воздействия ММ волн, результаты теоретических и экспериментальных исследований биофизических механизмов, выполненных другими авторами, методические аспекты проведения исследований. На основании этого, а также данных по влиянию на нервный аппарат, по профилактическому и иммуностимулирующему действию ЭМИ КВЧ проведена оценка состояния проблемы и сформулировано содержание исследований.

Во второй главе проводятся исследования по воздействию ММ волн на нервные волокна и на кустиковидные рецепторы мочевого пузыря лягушки. Проводится сравнение эффективности восстановления потенциала действия нерва после электрического повреждения в зависимости от длительности и частоты КВЧ облучения. В

исследованиях на кустиковидных рецепторах изучается изменение частоты и паттерна импульсации при КВЧ воздействии в сравнении с ИК-облучением. Полученные результаты сравниваются с данными других авторов.

Третья глава посвящена исследованию биофизических механизмов реакции электрорецепторов (ЭР) скатов на облучение области поры ММ волнами. Исследуются электрофизические свойства тканей и жидкостей скатов на КВЧ, проводится электродинамическое моделирование взаимодействия, изучается зависимость реакции ЭР от частоты, мощности, дистанции, поляризации КВЧ излучения.

В четвертой главе исследуется воздействие ММ волн на лабораторных животных в случае иммунодефицитных состояний при радиационном облучении и при заражении вирусной инфекцией. Проводится поиск оптимальных режимов облучения.

В заключении приводятся основные выводы по диссертационной работе, данные по внедрению, использованию и апробации результатов .

В приложениях приведены излучательные параметры, используемых в опытах Ж-диодов, дополнительные сведения об электрорецепторах скатов, акты проведения исследований и акты внедрения результатов работы.

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО КВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

1.1. Основные закономерности и концепции воздействия миллиметровых волн на биологические объекты

Стимулом к постановке многих экспериментальных исследований, которые привели к широкому применению низкоинтенсивных волн в практической медицине, явилась идея Н.Д. Девяткова и М.Б. Го-ланта о том, что в условиях отсутствия мощных естественных источников излучения в миллиметровом диапазоне длин волн (в природе естественные монохроматические источники данного диапазона -космические: радиоизлучение Солнца, планет, реликтовое излучение - очень сильно, практически полностью, поглощаются в атмосфере) и отсутствия искусственных источников излучения природа могла использовать этот беспомеховый диапазон для информационной связи между клетками живых объектов [1,2]. С другой стороны, было высказано предположение, что живые организмы не могли вьработать естественные механизмы приспособления к внешним колебаниям в этом диапазоне [3] . Наряду с существующими, в основном, представлениями только о возможности теплового или ионизирующего воздействия на организмы, постановка экспериментов, осуществляющаяся во главе со специалистами в области радиофизики вызывала ряд сомнений, связанных с физической природой ММ волн: волны практически не проникают в биологические объекты (всего несколько сотен микрон), энергия кванта данного излучения меньше энергии теплового движения атомов и молекул (1ту « кТ) , и намного меньше энергии водородных связей [4,5]. Но ЭМИ КВЧ диапазона может, во-первых, оказывать влияние в случае многоквантовых процессов, свойственных когерентным колебаниям, и, во-вторых, является особенно информационно ценным (велико отношение объема информации к энергозатратам) [б].

Экспериментальные исследования неспецифического взаимодействия КВЧ излучения с различными объектами проводятся на всех уровнях - молекулярном, клеточном, на отдельных органах и целостных организмах. Было получено огромное количество эмпирических результатов, которые позволили выявить основные закономерности воздействия ЭМИ ММ диапазона длин волн [7-9]: 1) воздействие носит информационный характер, а не энергетический (эффект не связан с обычным нагревом биологического объекта); 2) наличие нижнего и верхнего порогов мощности КВЧ воздействия (биологические эффекты появляются начиная с некоторого значения мощности облучения и не зависят от уровня мощности вплоть до начала возникновения тепловых эффектов); 3) зависимость биологического эффекта от длины волны облучения (может существовать и множество резонансов) и модуляции сигнала; 4) для получения биологического эффекта должно пройти некоторое время после начала облучения, а для ряда биологических эффектов необходимо м�