Влияние слабых комбинированных магнитных полей на регенерацию планарий Girardia tigrina и метаморфоз жуков Tenebrio molitor

Ермаков, Артем Михайлович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние слабых комбинированных магнитных полей на регенерацию планарий Girardia tigrina и метаморфоз жуков Tenebrio molitor
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Влияние слабых комбинированных магнитных полей на регенерацию планарий Girardia tigrina и метаморфоз жуков Tenebrio molitor"

На правах рукописи

Ермаков Артем Михайлович

ВЛИЯНИЕ СЛАБЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА РЕГЕНЕРАЦИЮ ПЛАНАРИЙ СШ4Ш)1А ТЮКША И МЕТАМОРФОЗ ЖУКОВ ТЕШВШО моитоя

03.00.02 - биофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Пущине 2010

1111111111111111

003490990

Работа выполнена в лаборатории биофизики внутриклеточной регуляции Учреждения Российской академии наук Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор

Леднев Валерий Васильевич

кандидат биологических наук Белова Наталья Александровна

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

Маевский Евгений Ильич

доктор физико-математических наук, профессор

Резниченко Галина Юрьевна

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт биофизики клетки РАН

Защита диссертации состоится «27» января 2010 г. в 13.30 на заседании совета Д002.093.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Учреждении Российской академии наук Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН по адресу: 142290, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной библиотеке НЦБИ РАН г. Пущино по адресу: 142290, г. Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН.

Автореферат разослан «26» декабря 2009 г.

Ученый секретарь <

кандидат физико-математических наук /¡/Ш.и{' Панина Н. Ф.

Актуальность проблемы

К настоящему времени твердо установлено, что низкочастотные переменные магнитные поля с амплитудой превышающей 10"4 Тл способны оказывать воздействие на биологические системы, в то время как даже принципиальная возможность биологического действия магнитных попей с более низкими амплитудами часто ставится под сомнение. Объективный анализ имеющихся экспериментальных данных, а также интерпретация результатов широкомасштабных эпидемиологических исследований биоэффектов слабых переменных магнитных полей с амплитудами 10"9-10"5 Тл тормозится из-за отсутствия ясных представлений относительно соотношения между параметрами магнитных полей и их «биологической эффективностью», т.е., фактически, из-за отсутствия данных о механизмах взаимодействия таких полей с биосистемами. Проведение такого рода исследований необходимо для разработки методов оценки влияния электромагнитных излучений, возникающих при использовании комплексов, систем и приборов, в том числе персональных компьютеров, на организм человека и окружающую среду, а также для разработки соответствующих средств защиты, в том числе, на основе повышения резервных возможностей человека. Кроме того, результаты решения этих задач могут быть использованы как для создания принципиально новых методов общей магнитотерапии, так и в биотехнологии. Данная работа посвящена выяснению механизмов воздействия слабых и крайне слабых переменных комбинированных магнитных полей на регенерацию планарий и метаморфоз жуков. Очевидно, что выяснение этого вопроса создает основы для решений соответствующих прикладных задач.

Список сокращений

КМП - комбинированное магнитное поле (состоящее из переменной и постоянной компоненты).

КС ПеМП - крайне слабое переменное магнитное поле (комбинированное магнитное поле с амплитудой переменной компоненты менее 10 мкТл). МПР - магнитный параметрический резонанс.

Цели и задачи работы

Цель работы - экспериментальное исследование механизмов действия слабых комбинированных магнитных полей (КМП) в режиме магнитного параметрического резонанса, а также КМП с крайне слабой амплитудой переменной компоненты на примере регенерирующих планарий агагсНа Идппа и развитии жуков ТепеЬпо тоШог. Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:

1. Проверить экспериментально возможность биотропности КМП, настроенных на спины ядер биологически важных элементов, таких как 23№, 39К, 31Р, 63Си, 55Мп, 59Со, 35С1, 7Ы в режиме магнитного параметрического резонанса, используя в качестве тест-системы регенерирующих планарий.

2. Определить зависимость величины биоэффектов от частоты переменной компоненты КМП, настроенных на спины ядер 23№, 39К, 31Р, 63Си, мМп, 59Со, 35С1,71_(, используя в качестве тест-системы регенерирующих планарий.

3. Исследовать зависимость величины биоэффектов крайне слабых переменных магнитных полей (КС ПеМП) промышленных частот 50 и 60 Гц от амплитуды переменной компоненты поля (0,5 - 10 мкТл), используя в качестве тест-системы регенерирующих планарий.

4. Определить зависимость величины биоэффекта КС ПеМП от амплитуды переменной компоненты поля (10 до 500 нТл), при фиксированной частоте, используя в качестве тест-системы регенерирующих планарий.

5. Определить зависимость величины биоэффекта КС ПеМП от частоты переменной компоненты поля (10 до 3000 Гц), при фиксированной амплитуде, используя в качестве тест-системы регенерирующих планарий.

6. Провести сравнительное исследование влияния КМП, настроенных на резонанс для ионов Са2+ и К+, а также КС ПеМП, настроенного на резонанс для ядерных спинов атомов водорода, на метаморфоз жука ТепеЬпо то/Ног.

Научная новизна работы

В данной работе впервые исследовано влияние КМП, настроенных на ядерные спины биологически важных элементов, таких как 23№, 39К, 31Р, 63Си, 55Мп, б9Со, 35С1 на скорость регенерации планарий. Показано, что спины ядер этих атомов могут служить первичными мишенями действия КМП, настроенных в режиме параметрического резонанса. В работе показано, что КС ПеМП в диапазоне амплитуд 10"9 - 10"® Тл оказывают существенное влияние (стимуляцию или ингибирование) на регенерацию планарий. При исследовании зависимости величины скорости регенерации планарий от амплитуды (при фиксированной частоте поля) и от частоты (при фиксированной амплитуде поля) получено, что величина биологического эффекта КС ПеМП определяется не абсолютными значениями параметров КС ПеМП, а соотношением амплитуда/частота. Получено экспериментальное подтверждение того, что первичными мишенями действия КС ПеМП с амплитудами 10'9 - 10"6 Тл являются спины ядер атомов водорода и магнитные моменты, создаваемые орбитальным движением электронов в атомах. При исследовании КМП, настроенных на резонанс для ионов Са2* и К\ а также КС ПеМП, настроенного на спины ядер атомов водорода, показано, что эти типы полей способны существенно ускорять метаморфоз мучного хрущака ТепеЬпо тоШог на

стадии превращения куколки в имаго. При этом впервые показано тератогенное действие КМП, настроенных на резонанс для ионов Ca2* и К*, на развитие жуков мучного хрущака.

Научно-практическое значение

Полученные в данной работе результаты являются биофизическими основами

для:

- оценки принципиальной возможности воздействия слабых переменных магнитных полей антропогенного и природного происхождения на человека и животных и проведения соответствующих эпидемиологических исследований;

- разработки санитарно-гигиенических норм, связанных с воздействием антропогенных полей на человека и животных;

- создания нового поколения магнитотерапевтической аппаратуры;

- создания новых медицинских технологий при лечении социально - значимых заболеваний.

Апробация диссертации

Результаты диссертационной работы доложены на IV Международном Конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (С-Петербург, 2006); IV Международной научно-технической конференции «Медэлектроника-2006» (Минск, 2006); Ежегодной Всероссийской и международной конференции «Стволовые клетки и перспектива их использования в здравоохранении» (Москва, 2007); VII Международной конференции «Космос и биосфера: Космическая погода и биологические процессы». (Украина, Судак, 2007); V Международном Конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (С-Петербург, 2009).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 4 статьи.

Благодарности

Автор выражает признательность Дееву A.A. за помощь в программной обработке изображений'планарий; Шейман И.М. и ее группе за предоставленные лабораторные культуры планарий и жука мучного хрущака.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, изложения результатов исследования и их обсуждения,

основных выводов работы, списка литературы. Диссертация изложена на _

страницах машинописного текста, содержит_рисунков и_таблиц. Список

литературы включает_наименований.

Объекты и методы исследования

Тест-система 1: регенерирующие плоские черви - планарии Girardia tigrína (Platyhelminthes, Triclada).

Исследуемый биопроцесс: скорость регенерации ампутированной головной части планарий.

Подготовка планарий к эксперименту. Планарий содержали в прудовой воде (смесь водопроводной и дистиллированной воды в пропорции 2:1) при комнатной температуре и кормили 1 раз в неделю личинками двукрылых. Для экспериментов отбирали животных длиной около 10 мм и прекращали их кормление за 7 дней до опытов. Регенерация вызывалась ампутацией 1/5 части тела планарий, содержащей головной ганглий, в области непосредственно под «ушами». Регенерирующие планарии помещались в стеклянные стаканы (по 30 особей на стакан), содержащие по 20 мл прудовой воды. Один из стаканов (контроль) устанавливали в локальном геомагнитном поле, другой - в центре колец Гельмгольца, в которых создавалось требуемое КМП (опыт). Температура воды в экспериментальном и контрольном стаканах поддерживалась одинаковой с точностью до ±0.5°С. Эксперименты в каждой серии повторялись не менее 3-х раз.

Метод оценки эффектов магнитных полей: метод прижизненной компьютерной морфометрии. Для получения стандартных изображений регенерирующих планарий применяли комплекс оборудования, включающий видеокамеру Appro 7900, смонтированную на окуляре бинокулярного микроскола МБС-10, и компьютера IBM PC 486 AT состыкованными с помощью видеограббера DigitEye DE-15 ("Candela", Москва). Этот видео-компьютерный комплекс для получения и анализа изображений позволяет изучать любые геометрические характеристики тела планарий.

С помощью специального пакета программ Plana 4.4 определялась общая площадь тела животного и площадь бластемы. В качестве количественного критерия роста использован индекс регенерации R=s/S, где s - площадь бластемы, S -площадь всего тела регенеранта в данный момент времени. Каждое из измеряемых значений R как в опыте, так и в контроле является результатом усреднения измерений на 30 животных. Изменение индекса регенерации в эксперименте по сравнению с контролем определялось по формуле:

где AR - разница (%) между величинами индекса регенерации в экспериментальных R3 и контрольных Rk образцах, óэ,к - стандартные ошибки измерений в опыте и контроле. Ошибка в определении R в каждой выборке не превышала 3%.

Тест - система 2: куколки жука мучного хрущака (Tenebrio molitoi) (Coleóptera, Tenebrionidae).

Исследуемый биопроцесс: скорость метаморфоза куколок. Подготовка культуры к эксперименту. Культуру насекомых содержали в кристаллизаторах в затемненных условиях. Дно кристаллизатора посыпали отрубями, которые использовали в качестве субстрата и корма. Дополнительно насекомым давали свежие овощи. Температуру воздуха в помещении поддерживали на уровне 24 - 25° С. Еженедельно жуков переносили в свежие отруби. Отобранные отруби, содержащие яйца жуков сохраняли до вылупления личинок. Подросших личинок пересаживали на новые отруби. Куколок, образовавшихся из личинок, отбирали 1 раз в неделю и помещали в отдельный кристаллизатор с отрубями. В дальнейшем из куколок вылуплялись жуки, таким образом, начиналась новая генерация насекомых. Описанное ведение культуры позволяло отбирать синхронно развивающихся насекомых.

В экспериментах использовались куколки мучного хрущака. Для этого отбирались молодые куколки, которые в силу отсутствия пигментации имеют белый цвет. Такие куколки относились к началу куколочной стадии. В эксперимент 2 раза в сутки (9 часов утра и 18 часов вечера) отбирались куколки по 100 шт. в опытную и контрольную группу. Каждую вновь отобранную группу куколок в стеклянных стаканах сразу помещали в комбинированое магнитное поле (опыт), создаваемое катушечной парой Гельмгольца (как описано ниже) или в локальное геомагнитное поле (контроль). Контрольную и экспериментальную группы куколок экспонировали в течение нескольких дней до вылупления жуков. Температура в эксперименте поддерживалась на уровне 22 - 24сС. Всего было использовано около 2000 куколок, каждая серия экспериментов повторялась не менее 3-х раз.

Метод оценки эффектов воздействия КМП. Регистрировали вылупление жуков в каждой группе. Наблюдение проводили два раза в день - утром (в 9 часов) и вечером (в 18 часов). Эффект переменного магнитного поля определяли по моменту вылупления жуков из куколок в парных, т.е. в опытных и контрольных группах. Для этого определяли динамику вылупления и сравнивали продолжительность вылупления жуков в опытных и контрольных группах от момента появления первого жука в группе до последнего. Техника получения магнитных полей

Комбинированные магнитные поля (КМП). КМП, состоящие из коллинеарно-направленной постоянной, Вое, и переменной, ВАс, создавали следующим способом.

В качестве постоянной компоненты поля использовали локальное поле Земли (Soc =48 мкТл) в месте расположения тест-системы, а переменную компоненту, направленную параллельно земному полю, создавали с помощью катушечной лары Гельмгольца диаметром 39 см. Величина постоянной компоненты поля Вое определялась с помощью феррозондового магнитометра типа СГК-64М (завод "Геологоразведка") с точностью ±0.01 мкТл. Амплитуду и частоту переменной компоненты, задавали с помощью генератора ГЗ-112, поддерживающего заданную частоту до пятого знака. Амплитуду переменной компоненты поля Вас, устанавливали с учетом величины передаточного коэффициента к (=10 мкТл/1В) катушки Гельмгольца.

Статистическая обработка полученных результатов

Полученные экспериментальные данные подвергались статистической обработке в программе SigmaPlot 9.0 ("Systat Software Inc.", США). Для сравнения данных применяли параметрический критерий Стьюдента (ta тест) и критерий Фишера. Проверку достоверности отличий распределений контрольных и экспериментальных выборок проверяли с помощью критерия х2-

Результаты и обсуждение

Влияние КМП, настроенного на параметрический резонанс для ядерных спинов биологически важных элементов, на регенерацию планарий

Известно, что такие атомы как aNa, 39К, 31Р, 63Cu, 55Mn, 14N, 69Со, 35CI, 7Li, входящие в состав биосистем, обладают ядерным спином. Исходя из модели магнитного параметрического резонанса в биосистемах, можно предположить, что взаимодействие ядерных спинов атомов с КМП, настроенным на частоту, соответствующую разнице энергии спина при его ориентации по полю и против него, т.е. на частоту ларморовской прецессии спина в постоянном магнитном поле, также может привести к изменению свойств биосистемы (Леднев, 1996; Леднев и др., 1996). Согласно модели МПР в биосистемах, максимальный биологический эффект достигается при Вас =1.84BdC (Леднев, 1996), а резонансная частота, т.е. ларморовская частота прецессии спинов ядер атомов определяется по формуле:

/р = Y Soc (2),

где у - гиромагнитное отношение ядерного спина соответствующего атома, Вое -амплитуда постоянной компоненты КМП (Леднев и др., 1996).

Было выполнено две серии экспериментов. В первой серии было проведено сравнение скорости регенерации планарий у контрольных и экспериментальных животных. Экспериментальные группы находились в КМП, настроенном на спины

* 40

•е- 20

-е-

о 10

£ е -10

в -20

с -30

г с -4(1

Си

Й Й 1 Й * X

1 14 ^

С1

"Со

ядер соответствующих атомов с параметрами КМП, при которых должны наблюдаться (согласно модели) максимальные эффекты. Величину биологического эффекта вычисляли по формуле (1).

На рис. 1 приведены экспериментальные результаты,

показывающие, что КМП, настроенные на частоты ларморовской прецессии ядерных спинов 23Ыа, 39К, 31Р, 63Си, ^Мп, 59Со, "С1, существенно меняют скорость регенерации планарий. При экспонировании регенерирующих планарий в КМП, настроенном на спины ядер 31Р, 35С! и 59Со, наблюдается уменьшение скорости регенерации планарий, что сопровождается замедлением роста головной части ллнарий - бластемы, в то время как при настройке на спины ядер 23Ыа, БЗСи и 55Мп, напротив, наблюдается увеличение скорости регенерации планарий, что сопровождается ускорением роста бластемы. Воздействие КМП, настроенного на параметрический резонанс для спинов ядер атомов и 7Ц не приводило к изменению в росте бластемы регенерирующих планарий (рис. 1).

Во второй серии экспериментов были определены зависимости величины биоэффекта (скорости регенерации планарий) от частоты переменной компоненты КМП. Как видно из рисунков 2-7, частотная зависимость носит предсказуемый характер.

Рис. 1. Влияние на регенерацию планарнй КМП, настроенного на параметрический резонанс спинов ядер некоторых атомов. Параметры КМП: Ви<?=49 мкТл, Васг=90 мкТл, /р — резонансные частоты для каждого атома вычислялись по формуле (2).

839 841

'Л С. Гц

Рис. 2. Зависимость скорости регенерации планарий от частоты переменной компоненты КМП, настроенного на параметрический резонанс спинов ядер изотопа 31Р (1=17,24 Гц/мкТл). Здесь и далее сплошная линия - теоретически ожидаемая зависимость. Параметры КМП: Ввс=48 мкТл, Влс=9 0 мкТл,/г=837 Гц.

Ш 10

(АС.

Рис. 3. Зависимость скорости ¡»генерации планарий от частоты переменной компоненты КМП, настроенного на параметрический резонанс спинов ядер изотопа 3!С1 (у~4,173 Гц/мкТл). Параметры КМП: Вдс=48 мкТл, В^с=90 мкТл,/?=200 Гц.

Рис. 4. Зависимость скорости регенерации планарий от частоты переменной компоненты КМП, настроенного на параметрический резонанс спинов одер изотопа 55Со (-/=10,11 Гц/мкТл). Параметры КМП: Ллс=48 мкТл, /Ъс-90 мкТл,/г=484 Гц.

Рис. 5. Зависимость скорости регенерации планарий от частоты переменной компоненты КМП, настроенного на параметрический резонанс спинов ядер изотопа 3,К (у=1,987 Гц/мкТл). Параметры КМП: Ддс=48 мкТл, Вжг=90 мкТл,/р=9в Гц.

Согласно модели МПР в биосистемах, зависимость величины биоэффекта (в данном случае - ДЯ) от частоты переменной компоненты поля { определяется вторым сомножителем в правой части выражения:

Р = ЛЧ^с^дс) ■ 1

1-(/-Х) 'Я (3)1

где Л (Гц) соответствует полуширине пика ответа ■ биосистемы на половине максимального значения эффекта (Яеднев, 1996)

Как можно видеть на рисунках. 2 -7 полуширина, А, лорентциана, аппроксимирующего экспериментальные точки, равна соответственно 2.4 Гц при настройке КМП на спины ядер 31Р, 23№, 63Си, 65Мп, 59Со; 2.2 Гц при настройке КМП на спины ядер 35С1; 2.1 Гц при настройке КМП на спины ядер 33К. Все эксперименты выполнены при Вас ~ 1.84Вос, т.е. Вос=48 мкТл и ВАС=90 мкТл, т.е. во всех экспериментах множитель ^(ВАС/Вос) в выражении (3) - будет постоянной величиной. В этом случае, теоретическая зависимость величины биоэффекта будет определяться выражением:

_3_

1 + (4)

При аппроксимации максимум лорентциана совмещали с

экспериментально найденным

максимумом эффекта при резонансной частоте, рассчитанной по формуле (4). Следует отметить, что

где к с - константа скорости некоторого переходного процесса со средним временем жизни г, в котором участвуют атомы, взаимодействующие с КМП. Согласно полученным данным, к= ЛЛг=15.1 с"1 и, соответственно т = 66 мс для спинов ядер 31Р, 23Ыа, езСи, 55Мп, 59Со; к= Мл= 13.8 с"1, г = 72 мс для спинов ядер ^С!; к= А2х-13.2 с'1, т = 76 мс для спинов ядер 39К.

Анализируя полученные данные, можно предположить, что эффекты КМП, настроенных на спины ядер биологически важных атомов, в режиме магнитного параметрического резонанса, могут быть обусловлены их воздействием на атомы, входящие в состав ключевых ферментов, направленно меняя их активность. Это предположение подтверждается работой Малышева и Леднева в которой показано, что КМП, настроенное на спины ядер атомов водорода в режиме МПР, влияет на скорость акто-миозиновой Мд2+-АТФазы в реакционной смеси, содержавшей чистый Ф-актин и миозиновые нити (Ма1узКеу&1.ес!пеу, 2008). Также косвенным подтверждением высказанного

предположения являются работы Бучаченко и др., в которых показано, что замещение

s0i 510

fAC• f"4

Flic. б. Зависимость скорости регенерации планарий от частоты перемешюй компоненты КМП, настроенного на параметрический резонанс спинов ядер изотопа !5Мп (у= 10,56 Гц/мкТл). Параметры КМП: Вцс=4Н мкТл, ВХ=9Ч мкТл./^Об Гц.

атомов

Мд и

25«

Рис. 7. Зависимость скорости регенерации планарий от частоты переменной компоненты КМП, настроенного на параметрический резонанс спинов ядер изотопов и "Си (НвКа)=Иа7в Гц/мкТл, у("Си)=11,31 Гд/мкТл). Параметры КМП: Ввс=48 мкТл, ВЛс=90 мкТл,/р=540 Гц и 542 Гц (соответственно для ^а и Си).

Мд, которые не имеют спина, на '5Мд, имеющий ядерный спин, позволяет получить 2-4 кратное изменение скорости синтеза АТФ АТФ-синтетазой (ВисИасЬепко е1 а1., 2005).

Эти данные показывают, что КМП в режиме МПР, действуя на различные первичные мишени вызывают биологические эффекты разного знака.

Интересно отметить отсутствие биоэффектов при настройке на спины ядер азота и лития. Если отсутствие эффектов КМП, настроенного на спины ядер 7Ц является закономерным, поскольку в норме этот элемент не содержится в биологических тканях, то отсутствие эффектов КМП, настроенного на спины ядер 14Г\1, вызывает удивление, поскольку азот входит в состав всех биологически важных органических молекулах. Можно предположить, что спины ядер атома азота

реагируют на КМП, но различные биологические компенсаторные процессы на уровне организма не приводят к макроэффекту.

В совокупности, полученные данные показывают, что спины ядер биологически важных элементов, таких' как 23№, 39К, 31Р, 63Си, 55Мп, 14|\|, 59Со, 35С! могут служить первичными мишенями действия КМП. Зависимость величины биологического эффекта - скорости регенерации планарий - от частоты переменной компоненты поля носит резонансный характер и может быть описана в рамках теории магнитного параметрического резонанса в биосистемах.

Влияние крайне слабых переменных магнитных полей. на регенерацию планарий

Влияние КС ПеМП промышленных частот 50 Гц и 60 Гц на регенерацию планарий

Для оценки возможной биотропносги магнитных полей промышленной частоты была изучена зависимость величины биоэффектов от амплитуды переменной компоненты поля (Вас от 0.5 до 8-10 мкТл) при фиксированных частотах. Результаты исследования представлены на рисунках 8 и 9. При экспонировании планарий в КС ПеМП с фиксированной частотой, равной 50 Гц максимальный уровень стимуляции регенерации наблюдался при амплитудах Вас, равных 1.06 и 3.23 мкТл, однако, при амплитуде КС ПеМП, равной 2.16 и 4.46 мкТл эффект отсутствует (рис. 8). Экспонирование регенерирующих животных в КС ПеМП с Аас, равной 60 Гц и значениями амплитуды 1.3, 3.9, 6.3, 8.6 мкТл также приводило к стимуляции роста головной бластемы планарий, а воздействие КС ПеМП с амплитудами 2.5, 5.4 и 7.4 мкТл на рост головной бластемы не влияло (рис. 9).

Ранее было показано, что величина биоэффектов (I) КС ПеМП описывается выражением:

I = мЛгВАС /Л*илгвлс //)-Л (ув,с //)] (6)]

где к - константа, уВас - аргумент функций Бесселя, у (Гц/мкТл) - гиромагнитное отношение для определенных частиц, имеющих спин, отличный от нуля, Вас (мкТл) и (Гц) - соответственно, магнитная индукция и частота переменной компоненты комбинированного магнитного поля (Леднев и др., 2003; Леднев, 2003). Как видно из рисунков 8 и 9, выражение (6) удовлетворительно аппроксимирует экспериментально наблюдаемую зависимость величины биоэффектов от амплитуды, Вас, переменной компоненты КС ПеМП при фиксированных частотах, равных 50 и 60 Гц. Наблюдаемая зависимость величины биоэффектов от параметра при у = 42.578 Гц/мкТл носит полиэкстремальный характер: хорошо выраженные максимумы наблюдаются при = 0.9 и 2.75 и «минорные»

максимумы - при уВдс/^ = 4.5 и 6.1. Биоэффекты отсутствуют при значениях

параметра уВ^сН- 1.8; 3.8; 5.3; 6.7. В работе Леднева и др. было показано, что при исследовании зависимости величины биоэффекта от частоты КС ПеМП с фиксированной амплитудой ВАС, равной 1.6 мкТл, экспериментально наблюдаемые положения максимумов и минимумов биозффектов, индуцируемых слабыми полями, совпадают с теоретическими предсказаниями при значении '/=42.578 Гц/мкТл (Леднев и др., 2003).

При увеличении амплитуды КС ПеМП при фиксированной частоте, равной 60 Гц поля до значений равных примерно 8-10 мкТл наблюдается смена знака биоэффекта - вместо активации скорости регенерации планарий происходит ее ингибирование. На рис. 9 приведена лишь одна экспериментальная точка, при Вас = 9,8 мкТл, показывающая смену знака эффекта. Эффект ингибирования (снижение индекса регенерации примерно на 20-30%) сохраняется при дальнейшем увеличении амплитуды - по крайней мере до 140 мкТл.

г? зо

Рис. 8. Зависимость скорости регенерации планарий (С. ¡¡¡рта) от индекса модуляции уВлс!/цс при частоте переменной компоненты магнитного поля /ас ~ 50 Гц. Здесь и далее величина эффекта

вычислялась по формуле 100 - относительная разница (%) между средними

величинами индексов регенерации в экспериментальных (Я,), и контрольных (ОД, образцах; 8„ бк -стандартные ошибки средних величин. Индекс регенерации К=$/8, где а - площадь бластемы, 5 -площадь тела планарни. Сплошная линия — теоретически ожидаемая зависимость. Параметры поля:

В0с= 42 мкТл, ВА(г 0.58,1.06,1.76,2.16,2.7,3.23,3.87,4.46 мкТл. уВас//ас~ 0.5,0.9,1.5,1,8,2.3,2.75,3.3,3.8.

Рис 9. Зависимость скорости регенерации планарий' ((7. tigrina) от индекса модуляции уВлс1/\с при частоте переменной компоненты магнитного поля /Ас = 60 Гц. Сплошная линия - теоретически ожидаемая зависимость. Параметры поля: Вцс= 42 мкТл, Влс— 0.7,1.3, 2.1, 2.5, 3.9, S.4, 6.3, 7.4, 8.6, и 9.8 мкТл. y/W/ac- 0.5,0.9,1.5,1.8,2.75,3.8,4.5,5.25,6.1.

Согласно некоторым теоретическим оценкам (Mullins et al., 1999) смена знака эффекта при увеличении амплитуды 60 Гц КС ПеМП до значений 8-10 мкТл и выше может быть обусловлена тем, что при относительно больших амплитудах поля его биологическое действие обусловлено, главным образом, индуцируемым переменным током в тест-системе.

В целом, на основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод о том, что именно спины ядер атомов водорода являются первичными мишенями воздействия КС ПеМП, использованного в данных экспериментах. Также показано, что величина биоэффектов КС ПеМП для данного типа магнитного момента полностью определяется соотношением амплитуда/частота поля и зависит от абсолютных величин переменной компоненты магнитного поля. Очевидно, что полученные нами данные о зависимости величины биоэффектов КС ПеМП от амплитуды (при фиксированной частоте поля, равной 50 и 60 Гц) имеют важное значение как для выявления механизмов взаимодействия КС ПеМП с биосистемами, так и для планирования и оценки эпидемиологических исследований.

Влияние на регенерацию планарий КС ПеМП нанотеслоеого диапазона

Ранее было показано, что КС ПеМП с параметрами Вдс=640 пТл и /=10 Гц оказывает существенное влияние на скорость регенерации планарий и скорость гравитропического изгиба в отрезках стеблей льна (Леднев и др., 2003). Также в этой работе было высказано предположение, что величина биологического эффекта не зависит от абсолютных параметров КС ПеМП, а определяется соотношением амплитуда/частота, а именно от параметра уВдсА

Для того чтобы проверить это исследование влияния КС ПеМП на скорость в 100 раз большими, чем в указанной работе, т.е. ВЛС=64 нТл и /=1000 Гц. Как видно из рис. 10 данное поле оказывает статистически достоверное ингибирование скорости регенерации планарий. Следует отметить, что эффект КС ПеМП с параметрами Вас= 64 нТл и /И 000 Гц по величине сопоставим с величиной эффекта КС ПеМП с параметрами Влс=640 пТл и /=10 Гц, описанной в работе Леднева и др., 2003. Эти данные подтверждают предположение о том, что величина биологического эффекта КС ПеМП зависит от определенных соотношений амплитуда/частота.

предположение было предпринято регенерации планарий с параметрами

„0,035 «0,030

х 0,025 §■0,020 10,015

cl g 0,010

О)

х 0,005 S

0,000

i коктрогь j мапитое поле

2 3

Номер эксперимента

Рис. 10. Влияние на регенерацию планарий КС ПеМП, настроенного на магнитные моменты, создаваемые движением электронов. Параметры КС ПеМП: Вос=48 мкТл, ВА<~64 нТл,/=1000 Гц. *р<0,001 тест)

Рис. 11. Зависимость уровня ингибирования регенерации апанарий (G. tigrina) от индекса модуляции yBAcff\с при частоте переменной компоненты магнитного поля /Ас = 1000 Гц. Сплошная линия - теоретически ожидаемая зависимость. Параметры поля: Вцсг 42 мкТл, Влет 52; 64; 107; 128; 164; 192; 236; 271; 321; 379; 436 нТ. уВАС//Ао 0.5, 0.9,1.5,1,8,2.3,2.75,3.3,3.8,4.5,5.25,6.1.

Рис. 12. Зависимость уровня ингибирования регенерации планарий (G. tigrina) от индекса модуляции уВлсМас при амплитуде переменной компоненты магшттного поля Влс - 192 нТ. Сплошная линия - теоретически ожидаемая зависимость. Параметры поля: BDC~ 42 мкТл,/дс с 5376; 3000; 1792; 1500; 1168; 1000; 832; 700; S97; 518; 450 Гц. уВл^/хс 0.5,0.9,1.S, 1.8,2.3,2.75, 3.3,3.8,4.5,5.25,6.1

Как было показано ранее, величина биологического эффекта КС ПеМП определяется параметром уВлс/f- В случае КС ПеМП с параметрами Вас=640 лТл и /=10 Гц и, соответственно, 6дс=64 нТл и M000 Гц величина Нравна 14000 Гц/мкТл, что соответствует угловой скорости прецессии магнитного момента диамагнитных электронов в атомах и молекулах. В этом случае для полей с указанными параметрами величина yBAcff = 0.9, т.е. соответствует теоретически ожидаемому максимуму биологического эффекта. Для проверки этого предположения было выполнено две серии экспериментов. В первой серии была исследована зависимость величины биоэффекта (скорости регенерации планарий) от амплитуды КС ПеМП при фиксированной частоте, равной 1000 Гц.

На рис. 11 показано, что при f = 1000 Гц наблюдаемая зависимость величины биоэффектов от параметра уВАС/Гпри у = 14000 Гц имеет максимумы при уВА<yf= 0.9 и 2.75, что соответствует 64 и 192 нТл, «минорные» максимумы при 4.5 и 6.1, что соответствует 321 и 426 нТл. Биоэффекты отсутствуют при yBAçfï = 1.8; 3.8; 5.3; 6.7, что соответствует 128, 271 и 379 нТл. Экспериментальные точки аппроксимированы теоретической кривой согласно выражению (6).

Во второй серии экспериментов была исследована частотная зависимость величины биоэффекта (скорости регенерации планарий) при фиксированной амплитуде КС ПеМП. в качестве фиксированной амплитуды была выбрана Вас -192 нТл, что соответствует yBAc/f = 2.75. Как видно из рис. 12 максимумы биоэффекта наблюдались при значениях индекса модуляции уВАJf = 0.9; 2.75, что соответствует частотам 3000,1000 Гц, минорные максимумы при уВлс^ - 4.5 и 6.1, что соответствует частотам, равным 597 и 450 Гц. Биоэффекты отсутствуют при yBAc/ï =1-8; 3.8; 5.3, т.е. при частотах 1500, 700, 518 Гц. Экспериментальные точки,

представленные на рис. 12, аппроксимированы теоретической кривой согласно выражению (6).

Данные, представленные на рис. 11 и 12 показывают, что экспериментально наблюдаемые положения максимумов и минимумов биоэффектов совпадают с теоретическими предсказаниями при значении у=14000 Гц/мкТл. Отсюда следует, что первичными мишенями КС ПеМП данного типа могут быть магнитные моменты, создаваемые орбитальным движением электронов в атомах (диамагнитными токами). Важно отметить, что описанные биоэффекты наблюдаются на фоне 50 Гц-магнитного шума, амплитуда которого в десятки раз превышает амплитуду переменного поля, используемого в эксперименте.

Влияние переменных магнитных полей на метаморфоз жука мучного хрущака (ТепеЬгю шоНЮг)

Ранее было показано, что КМП, настроенные на параметрический резонанс для ионов Са2+ и К* сказывают существенное влияние на биологические системы различных типов, в том числе и на регенерацию планарий (Леднев и др., 1996; Белова и Леднев, 2000). С другой стороны, как было показано выше, воздействие КС ПеМП, настроенного на спины ядер атомов водорода также способно существенно менять скорость регенерации планарий. В этой связи представлялось интересным сравнить возможность влияния МП, настроенных на разные магнитные моменты, на другой биологический процесс - метаморфоз жука мучного хрущака ТепеЬпо тоШог.

Куколок мучного хрущака экспонировали в одном из типов полей: Са2*-КМП, К*-КМП или Н-КС ПеМП (КС ПеМП, настроенном на спины ядер атомов водорода). Как показано на рисунках 13 и 14, вылупление жуков из куколок в опытных группах происходило быстрее, чем в контрольных. Однако, время «вылупления» жуков в разных типах МП было различным. Из куколок мучного хрущака, экспонированных в Са2+-КМП, жуки вылуплялись на 24.0±1.0 часа раньше, чем в контрольной группе животных (рис. 13 а). А из куколок, экспонированных в К*-КМП и Н-КС ПеМП жуки вылуплялись на 12.0±3.0 часа и 10.0±2.0 часа, соответственно, раньше, чем в контрольной группе животных (рис. 13 б и в). Во всех сериях экспериментов с разными типами КМП наблюдалось достоверное отличие в динамике вылупления насекомых (рис. 14).

3 8

О 1

14 1

Рис 13. Стимуляция метаморфоза (скорости развития куколки) жука ТепеЬпо тоШог МП: а) ОГ - КМП: Я,„=40,5 мкТл, йлс.~74,5 мкТл и/„¿=31 Гц; 6) К*-КМП: В,„=40,5 мкТл, Вдс= 94,8 мкТл и/ж=60,5 Гц ; в) Н-КС ПсМП: /;яс=40,5 мкТл, Влс= 1,6 мкТл и /к=76 Гц. * - р«),(Ю1.

100 80 60 40 20

7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 Сутки вылуппения

13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 17,0 Сутки вылупления

Рис 14. Динамика вылупления жука ТепеЬгш тоШог из куколок при воздействии МП: а) Са1+-КМП: Явс=40,5 мкТл, В,к=74,5 мкТл и /,1с=31 Гц; 6) КМСМП: /!пс=40,5 мкТл, ВЛс= 94,8 мкТл и/.|с=й0,5 Гц ; в) Н-КС ПеМП: В„с=40,5 мкТл, ВЛ,=1,Ь мкТл и /4С= 76 Гц. Отличия достоверны (р<0,001) по критерию /2.

11,0 11,5

12,0 12,5 13,0 13,5 Сутки вылупления

Воздействие Са2+-КМП и (Г-КМП на метаморфоз мучного хрущака сопровождалось тератогенезом, проявляющимся у вылупившихся жуков (рис. 15). В опытных группах имаго мучного хрущака, экспонированных в этих полях, наблюдались животные с аномалиями развития с частотой в 5 -10 раз больше, чем в контрольных группах.

Рис. 15. Тератогенное действие КМП на развивающихся жуков ТепеЬгш тоШог. а) нормальная особь насекомого; б) недоразвитая особь жука после воздействия Са2+-КМП: Вдс= 74,5 мкТл, /Лс= 31 Гц и В0(г=40,5 мкТл; в) недоразвитые особи жуков после воздействия К* КМ 11: /?4С=94,8 мкТл, /,с=60,5 Гц и В0с=40,5 мкТл.

Так, после воздействия Са2*-КМП насекомые вылуплялись с множественными дефектами, выражающимися в полном отсутствии надкрыльев и крыльев, недоразвитости ног и туловища (рис. 15 б). Такие животные не могли нормально передвигаться, питаться и погибали через 4-5 суток после вылупления (нормальная продолжительность имаго мучного хрущака 21-30 дней).

Воздействие К*-КМП на куколок также приводило к появлению аномалий развития у жуков, аналогично наблюдаемым в Са2+-КМП, однако дефекты, вызываемые К'-КМП были менее выражены, чем от воздействия Са2+-КМП, и такие жуки были жизнеспособны (продолжительность жизни уродливых мучных хрущаков была сопоставима с нормальными жуками). Животные имели нормально развитые конечности, но туловище было недоразвито, а надкрылья отсутствовали или же были искривлены и деформированы, при этом насекомые могли нормально питаться и передвигаться (рис. 15 в). Воздействие Н-КС ПеМП не приводило к аномалиям в развитии вылупленных жуков.

Вероятно, КМП и КС ПеМП, взаимодействуя с биосистемой различными механизмами, способны модулировать физиологический ответ на гормоны метаморфоза развивающегося насекомого путем воздействия на синтез гормонов и/или систему транедукции сигналов в клетках имагинальных дисков. Этот вывод согласуется с ранее полученными результатами аддитивности эффектов совместного действия КМП и физиологически активных веществ на регенерацию планарий (ЯодЬезЬгепзкауа е1 а1., 2001; Ledпev е1 а1., 2005). В этих работах была показана возможность усиления или ингибирования действия КМП с помощью

стимулирующих (серотонин), либо ингабирующих (мелатонин, ретиноевая кислота) регенерацию планарий морфогенетически активных веществ.

Заключение

В работе на статистически репрезентативном материале экспериментально доказана возможность влияния на животных комбинированных магнитных полей со слабой и крайне слабой переменной компонентой (в десятки раз меньшей поля Земли).

Согласно модели магнитного параметрического резонанса, разработанной В.В. Ледневым, исследовались резонансные условия для различных типов магнитных мишеней (атомы, электроны, ионы), при использовании в качестве тест объекта таких ключевых процессов, как регенерация и морфогенез. В зависимости от настройки переменной компоненты на резонансные условия для различных типов мишеней воздействие КМП способно приводить к ускорению или замедлению регенерации пресноводных плоских червей - планарий, а также ускорению метаморфоза жука мучного хрущака.

Фактически удалось разрешить многолетнюю дискуссию и показать, что дополнительное даже слабое, но направленное резонансное воздействие КМП может оказывать негативный эффект на биологические объекты и, в частности, на столько важный процесс, как морфогенез. По-видимому, наблюдаемое действие КМП реализуются посредством влияния на стволовые клетки планарий (необласты) и жуков (гистиобласты).

Таким образом, нами подтверждены основные постулаты модели МПР, предложенной В.В. Ледневым, и показана ее предсказательная возможность. Это позволяет предполагать широкий круг первичных мишеней и механизмов воздействия подобных типов магнитных полей. Показана высокая чувствительность живых систем, способных реагировать специфическим образом при резонансном воздействии на них комбинированных магнитных полей при определенных соотношениях амплитуда/частота в широком диапазоне абсолютных значений переменной компоненты на фоне постоянной магнитной компоненты земли и значительного электромагнитного шума. Эти воздействия могут не только изменять скорости биологических процессов, но и влиять на их направление, что проявляется в виде уродств и аномалий развития. Подобные явления следует учитывать в различных отраслях деятельности человека.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 04-04-97324-р2004наукоград; N9 08-04-00290 и программы «Фундаментальные науки -медицинея (2006, 2007).

Выводы

1. Получено экспериментальное доказательство биотропности КМП, настроенных на параметрический резонанс для ядерных спинов биологически важных атомов, таких как 23Na, 39К, 31Р, 63Cu, 55Mn, 5ЭСо, 35CI с использованием в качестве тест-системы регенерирующих планарий. Показано, что ядерные спины атомов 23Na, 3SK, 31Р, 63Cu, 55Mn, 69Со, 35CI могут служить первичными мишенями действия КМП, настроенных в режиме магнитного параметрического резонанса.

2. Получено экспериментальное доказательство с использованием в качестве тест-системы регенерирующих планарий, что первичными мишенями действия КС ПеМП с амплитудами 10"8 - 10"6 Тл являются спины ядер атомов водорода и магнитные моменты, создаваемые орбитальным движением электронов.

3. Показано, что величина биологического эффекта влияния КС ПеМП определяется не абсолютными значениями параметров КС ПеМП, а соотношением амплитуда'частота.

4. Получено экспериментальное доказательство, что КМП, настроенные на резонанс для ионов Са2+ и К\ а также КС ПеМП, настроенное на спины ядер атомов водорода, способны существенно ускорять метаморфоз мучного хрущака Tenebrio molitor на стадии превращения куколки в имаго. КМП, настроенные на резонанс для ионов Са2+ и К*, вызывают аномалии в развитии жуков, то есть обладают тератогенным действием.

Список публикаций по теме диссертации

1. Lednev V.V., Ermakov A.M., Ermakova O.N., Rozhdestvenskaya Z.E., Srebnitskaya L.K., Tiras Kh.P. Modulation of the effect of pharmacological agents by weak and extremely weak alternating magnetic fields on a model of regeneration of the planarian Girardia tigrina. Biophysics. 2005, 50(Suppl. 1), p. S130-S133.

2. Lednev V. V., Tiras Kh. P., Belova N. A., Ermakova 0. N., and Ermakov A. M. Biological effect of extremely weak industrial-frequency magnetic fields. Biophysics. Vol. 50, Suppl. 1, 2005, p. S157-S162.

3. Belova N.A., Ermakova O.N., Ermakov A.M., Rojdestvenskaya Z. Ye., Lednev V.V. The bioeffects of extremely weak alternating magnetic fields. The Enviromentalist. 2007, v. 27, №4, p. 411-416.

4. Леднев B.B., Белова H.A., Ермаков A.M., Акимов Е.Б., Тоневицкий А.Г. Регуляция вариабильности сердечного ритма с помощью крайне слабых переменных магнитных полей. Биофизика. 2008, Т. 53., вып. 6, с. 1129-1137.

5. Belova N.A., Ermakova O.N., Ermakov A.M., Lednev V.V. The dependence of biological effects on the amplitude of extremely weak power-frequency magnetic field. Biological effects of EMFs 4 th international workshop. Crete, Greece. 2006, pp. 685-691.

6. Ермаков. А.М., Ермакова О.Н. Леднев В.В. Модификация влияния фармакологических агентов на регенерацию планарий с помощью слабых переменных магнитных полей.' Сборник тезисов IV Международного Конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине». СПб. 2006, с. 110.

7. Белова НА, Рождественская З.Е., Ермаков А.М., Ермакова О.Н., Леднев В.В. Механизмы влияния сверхслабых переменных магштных полей на биосистемы. Сборник научных статей IV научно - технической конференции "Медэлектроника-2006. Средства медицинской электроники и новые медицинские технологии". Минск. 2006, с. 52-54.

8. Ермаков A.M., Ермакова О.Н., Леднев В.В. Модуляция пролиферативной активности стволовых клеток регенерирующих планарий с помощью магнитных полей и фармакологических агентов. Материалы ежегодной всероссийской и международной конференции «Стволовые клетки и перспектива их использования в здравоохранении». М. 2007, с. 35-37.

9. Белова H.A. Ермаков A.M., Леднев В.В. Первичные мишени действия сверхслабых магнитных полей на биосистемы. VII Международная конференция «Космос и биосфера: Космическая погода и биологические процессы». Украина, Судак. 2007, а 134.

Ю.Белова НА, Ермаков A.M., Леднев В.В. Первичные мишени действия слабых и сверхслабых комбинированных магнитных полей на биосистемы. Тезисы докладов V Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине». СПб. 2009, с. 76.

11. Белова H.A., Ермаков А.М., Леднев В.В. Биофизические основы применения слабых комбинированных магнитных полей в биологии и медицине. Вестник новых медицинских технологий. Сборник трудов XVII Международной конференции «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии». Украина, Крым. 2009, №1, с. 226-228.

Подписано в печать:

25.12.2009

Заказ № 3228 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www. autoreferat. ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Ермаков, Артем Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

Список сокращений.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Слабые комбинированные магнитные поля.

1.2. «Циклотронный» резонанс (модель Либова).

1.3. Магнитный параметрический резонанс (МПР) в биосистемах теория Лед нева).

1.3.1. Специфически связанные ионы как первичные мишени для воздействия МП.

1.4. Количественные постулаты теории МПР.

1.4.1. Зависимость биоэффектов от частоты переменного компонента

1.4.2. Зависимость биоэффектов КМП от соотношения Вас/Вг>с амплитуд переменной и постоянной компонент.

1.4.3. Биологические;эффекты слабых КМП, настроенных на Ларморовскую частоту спинов ядер атомов водорода.

1.5. Биоэффекты крайне слабых переменных магнитных полей.

1.5.1. Терминология.

1.5.2. Тератогенные эффекты.

1.5.3. Биоэффекты КС ПеМП.

1.5.4. Биоэффекты КС ПеМП промышленных частот.

1.5.5. Физический механизм влияния КС ПеМП на биологические системы.

1.6. Планарии - классический объект в изучении регенерации и морфогенеза.

1.6.1. Необласты - тотипотентные резервные клетки.

1.7. Жук мучной хрущак, как модельный биологический объект.

2.ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Тест-система 1: регенерирующие плоские черви - планарии

Girardia tigrina (Platyhelminthes, Triclada).

2.1.1. Метод оценки эффектов магнитных полей. Метод прижизненной компьютерной морфометрии.

2.2. Тест - система 2: куколки жука мучного хрущака (Тenebrio molitor)

Coleóptera, Tenebrionidae).

2.2.1. Метод оценки эффектов магнитных полей.

2.3. Техника получения магнитных полей.

2.3.1. КМП в режиме магнитного параметрического резонанса.

2.3.2. Крайне слабые переменные комбинированные магнитные поля.

2.4. Статистическая обработка полученных результатов.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Влияние КМП, настроенного на параметрический резонанс для ядерных спинов биологически важных элементов, на регенерацию планарий.

3.1.1. Обсуждение результатов по влиянию КМП, настроенного на параметрический резонанс для ядерных спинов биологически важных элементов, на регенерацию планарий.

3.2. Влияние крайне слабых переменных магнитных полей на регенерацию планарий.

3.2.1. Влияние КС ПеМП промышленной частоты 50 Гц и 60 Гц на регенерацию планарий.

3.2.2. Влияние на регенерацию планарий КС ПеМП нанотеслового диапазона.

3.2.3. Обсуждение результатов по влиянию КС ПеМП на регенерацию планарий.

3.3. Влияние переменных магнитных полей на метаморфоз жука мучного хрущика (Tenebrio molitor).

3.3.1. Обсуждение результатов по влиянию переменных магнитных полей на метаморфоз жука мучного хрущика (ТепеЬпо тоШог).

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние слабых комбинированных магнитных полей на регенерацию планарий Girardia tigrina и метаморфоз жуков Tenebrio molitor"

Актуальность проблемы. К настоящему времени твердо установлено, что низкочастотные переменные магнитные поля с амплитудами превышающими 10"4 Тл способны оказывать воздействие на биологические системы, в то время как даже принципиальная возможность биологического действия магнитных полей с более низкими амплитудами часто ставится под сомнение. Объективный анализ имеющихся экспериментальных данных, а также интерпретация результатов широкомасштабных эпидемиологических исследований биоэффектов слабых переменных магнитных полей с амплитудами 10"9-10"5 Тл тормозится из-за отсутствия ясных представлений . относительно соотношения между параметрами магнитных полей и их «биологической эффективностью», т.е., фактически, из-за отсутствия данных о механизмах взаимодействия таких полей с биосистемами. Проведение такого рода исследований необходимо для разработки методов оценки влияния электромагнитных излучений, возникающих при использовании комплексов, систем и приборов, в том числе персональных компьютеров, на организм человека и окружающую среду, а также для разработки соответствующих средств защиты, в том числе, на основе повышения резервных возможностей человека. Кроме того, результаты решения этих задач могут быть использованы как для создания принципиально новых методов общей магнитотерапии, так и в биотехнологии. Данная работа посвящена выяснению механизмов воздействия слабых и крайне слабых переменных комбинированных магнитных полей на регенерацию планарий и метаморфоз жуков.

Цели и задачи работы. Цель работы - экспериментальное исследование механизмов действия слабых комбинированных магнитных полей (КМП) в режиме магнитного параметрического резонанса, а также КМП с крайне слабой амплитудой переменной компоненты на примере регенерирующих планарий агагсНа И%гипа и развитии жуков ТепеЬпо тоШог.

Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:

1. Проверить экспериментально возможность биотропности КМП, настроенных на спины ядер биологически важных элементов, таких как 23Иа, 39К, 31Р, 63Си, 55Мп, "Н 59Со, 35С1, 71Л в режиме магнитного параметрического резонанса.

2. Определить зависимость величины биоэффектов от частоты переменной компоненты КМП, настроенных на спины ядер 23№, 39К, 31Р, 63Си, 55Мп, 14М, 59Со, 35С1, 71л.

6. Провести сравнительное исследование влияния КМП, настроенных на резонанс для ионов Са2+ и К+, а также КС

ПеМП, настроенного на резонанс для ядерных спинов атомов водорода, на метаморфоз жука ТепеЬпо тоШог.

Научная новизна работы. В данной работе впервые исследовано влияние КМП, настроенных на ядерные спины биологически важных элементов, таких как 23Ыа, 39К, 31Р, 63Си, 55Мп, 59Со, 35С1 на скорость регенерации планарий. Показано, что спины ядер этих атомов могут служить первичными мишенями действия КМП, настроенных в режиме параметрического резонанса. В работе показано, что КС ПеМП в диапазоне амплитуд 10"9 - 10~6 Тл оказывают существенное влияние (стимуляцию или ингибирование) на регенерацию планарий. При исследовании зависимости величины скорости регенерации планарий от амплитуды (при фиксированной частоте поля) и от частоты (при фиксированной амплитуде поля) получено, что величина биологического эффекта влияния КС ПеМП определяется не абсолютными значениями параметров КС ПеМП, а соотношением амплитуда/частота. Получено экспериментальное подтверждение того, что первичными мишенями действия КС ПеМП с амплитудами 10"9 - 10"6 Тл являются спины ядер атомов водорода и магнитные моменты, создаваемые орбитальным движением электронов в атомах. При исследовании КМП, настроенных на резонанс для ионов Са2+ и К+, а также КС ПеМП, настроенного на спины ядер атомов водорода, показано, что эти типы полей способны существенно ускорять метаморфоз мучного хрущака ТепеЬпо тоШог на стадии превращения куколки в имаго. При этом впервые показано тератогенное действие влияния КМП, настроенных на резонанс для ионов Са2+ и К+, на развитие жуков мучного хрущака.

Научно-практическое значение. Полученные в данной работе результаты являются биофизическими основами для:

- разработки санитарно-гигиенических норм, связанных с воздействием антропогенных полей на человека и животных; создания нового поколения магнитотерапевтической аппаратуры;

- создания новых медицинских технологий при лечении социально - значимых заболеваний.

Апробация диссертации Результаты диссертационной работы доложены на IV Международном Конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (С-Петербург, 2006); IV Международной научно-технической конференции «Медэлектроника-2006» (Минск, 2006); Ежегодной Всероссийской и международной конференции «Стволовые клетки и перспектива их использования в здравоохранении» (Москва, 2007); VII Международной конференции «Космос и биосфера: Космическая погода и биологические процессы». (Украина, Судак, 2007); V Международном Конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (С-Петербург, 2009).

Список сокращений.

МП- магнитное поле

МПР - магнитный параметрический резонанс КМП - комбинированное магнитное поле (состоящее из переменной и постоянной компоненты)

Са2+-, КЧ 39К, 31Р, «Си, 55Мп, 141У, 59Со, 35С1 и 71л

КМП - комбинированное магнитное поле, настроенное, соответственно, на резонанс для Са2+, К+, М§2+, 23Ыа, 39К, 31Р, 63Си, 55Мп, 14М, 59Со, 35С1 и 7Ы

КС ПеМП - крайне слабое переменное магнитное поле (комбинированное магнитное поле с амплитудой переменной компоненты менее 10 мкТл)

ИМП - импульсное магнитное поле

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Ермаков, Артем Михайлович

выводы

1. Получено экспериментальное доказательство биотропности КМП, настроенных на параметрический резонанс для

23 39 31 ядерных спинов биологически важных атомов, таких как 63Си, 55Мп, 59Со, 35С1 с использованием в качестве тест-системы регенерирующих планарий. Показано, что ядерные спины атомов 23№, 39К, 31Р, 63Си, 55Мп, 59Со, 35С1 могут служить первичными мишенями действия КМП, настроенных в режиме магнитного параметрического резонанса.

2. Получено экспериментальное доказательство с использованием- в качестве тест-системы регенерирующих планарий, что первичными мишенями действия КС ПеМП с амплитудами 10"8 -10"6 Тл являются спины ядер атомов водорода и магнитные моменты, создаваемые орбитальным движением электронов.

3. Показано, что величина биологического эффекта влияния КС ПеМП определяется не абсолютными значениями параметров КС ПеМП, а соотношением амплитуда/частота.

4. Получено экспериментальное доказательство, что КМП, настроенные на резонанс для ионов Са2+ и К+, а также КС ПеМП, настроенное на спины ядер атомов водорода, способны существенно ускорять метаморфоз мучного хрущака ТепеЬПо тоШог на стадии превращения куколки в имаго. КМП, настроенные на резонанс для ионов Са2+ и К+, вызывают аномалии в развитии жуков, то есть обладают тератогенным действием.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

2. Lednev V. V., Tiras Kh. P., Belova N. A., Ermakova O. N., and Ermakov A. M. Biological effect of extremely weak industrial-frequency magnetic fields. Biophysics. Vol. 50, Suppl. 1, 2005, p. SI 57-S162.

3. Beloya N.A., Ermakova O.N., Ermakov A.M., Rojdestvenskaya Z. Ye., Lednev V.V. The bioeffects of extremely weak alternating magnetic fields. The Environmentalist. 2007, v. 27, №4, p. 411416.

5. Belova N.A., Ermakova O.N., Ermakov A.M., Lednev V.V. The dependence of biological effects on the amplitude of extremely weak power-frequency" magnetic field. Biological effects of EMFs 4 th international workshop. Crete, Greece. 2006, pp. 685-691.

6. Ермаков. A.M., Ермакова O.H. Леднев B.B. Модификация влияния фармакологических агентов на регенерацию планарий с помощью слабых переменных магнитных полей. Сборник тезисов IV Международного Конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине». СПб. 2006, с.110.

7. Белова .Н.А., Рождественская З.Е., Ермаков A.M.,

Ермакова О.Н., Леднев B.B. Механизмы влияния сверхслабых переменных магнитйых полей на биосистемы. Сборник научных статей IV научно - технической конференции "Медэлектроника-2006. Средства медицинской электроники и новые медицинские технологии". Минск. 2006, с. 52-54.

10. Белова H.A., Ермаков A.M., Леднев В.В. Первичные мишени действия слабых и сверхслабых комбинированных магнитных полей на биосистемы. Тезисы докладов V Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине». СПб. 2009, с. 76.

11. Белова H.A., Ермаков A.M., Леднев В.В. Биофизические основы применения слабых комбинированных магнитных полей в биологии и медицине. Вестник новых медицинских технологий. Сборник трудов XVII Международной конференции «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии». Украина, Крым. 2009, №1, с. 226-228.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе экспериментально доказана возможность модуляции регенерирации планарий агагсНа И%г'та и развития жуков ТепеЪпо тоШог с помощью слабых комбинированных магнитных полей (КМП) в режиме магнитного параметрического резонанса, а также КМП с крайне слабой амплитудой переменной компоненты. Согласно модели магнитного параметрического резонанса, разработанной В.В. Ледневым, биологические эффекты магнитных полей могут быть получены при специальной настройке параметров используемого поля, на так называемые резонансные условия для ряда магнитных моментов, имеющихся в биологической системе. Показана высокая чувствительность живых систем, способных реагировать специфическим образом при резонансном воздействии на них комбинированных магнитных полей при определенных соотношениях амплитуда/частота в широком диапазоне абсолютных значений переменной компоненты на фоне постоянной магнитной компоненты Земли и значительного электромагнитного шума. Полученные результаты показывают возможность создания принципиально нового поколения магнитотерапевтической аппаратуры для лечения ряда широко распространенных социально-значимых болезней, а также имеют важное значение, как для планирования, так и для оценки эпидемиологических исследований.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 04-04-97324-р2004наукоград; № 08-04-00290 и программы «Фундаментальные науки - медицине» (2006, 2007).

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ермаков, Артем Михайлович, Пущино

1. Агулова Л.П. (1985) Влияние слабых магнитных полей на агглютинацию брюшнотифозных бактерий (in vitro) и автоколебательную химическую реакцию Белоусова-Жаботинского. Автореферат дисс. канд. биол. наук. Пущино.

2. Ахрем A.A., Левина И.С., Титов Ю.А. (1973) Экдизоны -стероидные гормоны насекомых. «Наука и техника», Минск. 232 с.

3. Белова НА, Леднев ВВ. (2001) Влияние крайне слабых переменных магнитных полей на гравитропизм растений. Биофизика 46: 122-125.

4. Березин М.В., Зацепина Г.Н., Киселев В.Ф., Салецкий А.М. (1991) Вода и лед как реверсивные информационные среды. Журнал физической химии. 65(5): 1338-1344.

5. Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Бреус Т.К., Рапопорт С.И. (2007) Сезонная вариация инфарктов миокарда и возможное биотропное влияние короткопериодных пульсаций геомагнитного поля на сердечно сосудистую систему. Биофизика. Т. 52, №6: 11121119.

6. Леднев В.В. (1996) Биоэффекты слабых комбинированных, постоянных и переменных магнитных полей. Биофизика. 41(1): 224-232.

7. Леднев В.В. (1989) Возможный механизм влияния слабыхмагнитных полей на биосистемы. Препринт. Пущино: Институт биологической физики.

8. Леднев ВВ, Белова НА, Рождественская ЗЕ, Тирас ХП (2003) Биоэффекты слабых переменных магнитных полей и биологические предвестники землетрясений. Геофизические поля и биосфера.

9. Михайловский В.Н., Красногорский H.H., Войчишин К.С. и др. (1973) О восприятии людьми слабых колебаний напряженности магнитного поля. Проблемы бионики. Москва: Наука: 202-208.

10. Новиков В.В., Кувичкин В.В., Фесенко Е.Е. (1999) Влияние слабых комбинированных постоянного и низкочастотного переменного магнитных полей на собственную флуоресценцию ряда белков в водных-растворах. Биофизика. 44(2): 224-230.

11. Новиков В.В., Фесенко Е.Е. (2001) Гидролиз ряда пептидов и белков с слабых комбинированных постоянном и низкочастотном переменном магнитном полях. Биофизика. 46(2): 235241.

12. Мартынюк B.C., Панов Д.А., Цейслер Ю.В. (2008) Влияние магнитного поля крайне низкой частоты на критическую концентрацию мицеллообразования в воде и водных растворах электролитов. Физика живого. №2: 78-84.

13. Мартынюк B.C., Темурьянц H.A. (2009) Магнитные поля крайне низкой частоты как фактор модуляции и синхронизации инфрадианных биоритмов у животных. Геофизические процессы и биосфера. Т.8. №1: 36-50.

14. Пермяков Е.А. (1985) Парвальбумин и родственные кальций связывающие белки. Москва: Наука. 192 с.

15. Семихина Л.П. (1989) Исследование влияния слабых магнитных полей на свойства воды и льда. Автореферат дисс. канд. физ-мат наук. Москва. 21с.

16. Смит Л. (1962) Витамин В12. ИЛ., М.

17. Темурьянц Н.А. (1972) Влияние слабых электромагнитных полей сверхнизкой частоты на морфологию и некоторые показатели метаболизма лейкоцитов периферической крови. Автореферат дис. канд. мед. наук. Симферополь. 20с.

18. Темурьянц Н.А. (1982) О биологической эффективности слабого электромагнитного поля инфранизкой частоты. Проблемы космической биологии. 43: 129-139.

19. Темурьянц Н.А., Владимирский Б.М., Тишкин О.Г. (1992) Сверхнизкочастотные электромагнитные сигналы в биологическом мире. Киев: Наукова Думка.

20. Темурьянц Н.А., Демцун Н.А., Мартынюк B.C. (2008) Особенности регенерации планарий Dugesia tigrina при их электромагнитном экранировании в различные сезоны года. Физика живого. №2.: 85-91.

21. Тыщенко В.П. (1977) Основы физиологии насекомых. Часть 2. Физиология информационных систем. Изд-во ЛГУ; Ленинград.

22. Шейман И. М., Тирас X. П., Балобанова Э. Ф. (1989) Морфогенетическая функция нейропептидов. Физиол Ж СССР. 75: 619-626.

23. Шувалова Л.А., Островская М.В., Сосунов Е.А., Леднев В.В. (1991) Влияние слабого магнитного поля в режиме параметрического резонанса на скорость кальмодулин зависимого фосфорилирования миозина в растворе. ДАН СССР. 317(1): 227-230.

24. Adair R.K. (1991) Constraints on biological effects of weak extremely low-frequency electromagnetic fields. Phys. Rev. A. 43: 103940.

25. Adair R.K. (1999) The fear of weak electromagnetic fields. The scientific review of alternative medicine. 3(1).

26. Agata K. (2003) Regeneration and gene regulation in planarians. Curr. Opin. Genet. Dev. 13: 492-496.

27. Anderson DT. (1972) The development of holometabolous insects. In: Counce SJ, Waddington CH, editors. Developmental systems: insects. Academic Press: 165-242.

28. Anselmo C.W., Pereira P.B., Catanho M.T., Medeiros M.C. (2009) Effects of the electromagnetic field, 60 Hz, 3 microT, on the hormonal and metabolic regulation of undernourished pregnant rats. Braz J Biol. 69(2): 397-404.

29. Baguna J. (1981) Planarian neoblasts. Nature. 290 (5): 14-15.

30. Baguna J., Romero R. (1981) Quantitative analysis of cell types during growth, degrowth and regeneration in the planarians Dugesia mediterranea and Dugesia tigrina. Hydrobiologia. 84: 181-194.

31. Baguna J., Salo E., Auladell C. (1989) Regeneration and pattern formation in planarians. III. Evidence that neoblasts are totipotent stem cells and the source of blastema cells. Development 107: 77-86.

32. Baguna J., Salo E., Romero R., Garcia-Fernandez J., Bueno D., Munoz-Marmol A. M., Bayascas-Ramirez J. R. Casali A. (1994) Regeneration and pattern formation in planarians: cells, molecules and genes. Zool. Sci. 11: 781-795.

33. Bellieni C.V., Acampa M., Maffei M., Maffei S., Perrone S., Pinto I., Stacchini N., Buonocore G. (2009) Electromagnetic fields produced by incubators influence heart rate variability in newborns. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed. 93(4): F298-301.

34. Berman E., Chacon L, House D, Koch BA, Koch WE, Leal J, Lovtrup S, Mantiply E, Martin AH, Martucci GI, et al. (1990) Development of chicken embryos in a pulsed magnetic field. Bioelectromagnetics. 11(2): 169-187.

35. Best J. B., Morita M. (1991) Toxicology of planarians.

36. Hydrobiologia277: 375-383.

37. Blackman C.F., Benane S.G., House D.E. (2001) The influence of 1.2 mT, 60 Hz magnetic fields on melatonin- and tamoxifen-induced inhibition of MCF-7 cell growth. Bioelectromagnetics. 22(2): 122128.

38. Blackman C.F., Blanchard J.P., Benane S.G., House DE (1999) Experimental determination of hydrogen bandwidth for the ion parametric resonance model. Bioelectromagnetics. 20(1): 5-12.

39. Blackman C.F., Blanchard S.G., Benane D.E. (1994) House. Empirical test of an ion parametric resonance model for magnetic field interactions with PC-12 cells. Bioelectromagnetics. 15: 239-260.

40. Blackman C.F., J.P. Blanchard S.G. Benane and House D.E. (1995b) "The ion parametric resonance model predicts magnetic field parameters that affect nerve cells." FASEB J. 9: 547-551.

41. Blanchard J.P. and Blackman C.F. (1994) Clarification and application of an ion parametric resonance model for magnetic field interactions with biological systems. Bioelectromagnetics. 15: 217-238.

42. Bronsted H. V. (1969) Planarian regeneration. Pergamon Press.

43. Bryant, P. J., Adler P. N., Duranceau C., Fain M. J., Glenn S. Regulative interactions between cells from different imaginal discs of Drosophila melanogaster. Science 201 :928-30.

44. Buchachenko A.L., Kouznetsov D.A., Arkhangelsky S.E., Orlova M.A., Markaryan A. (2005) Spin Biochemistry: Magnetic 24Mg-25Mg-26Mg Isotope Effect in Enzymatic Phosphorylation. Cell. Biochem. Biophys. 43: 243.

45. Carrizo R., Sosa M.E., Favier L.S., Penna F., Guerreiro E., Giordano O.S., Tonn C.E. (1998) Growth-inhibitory activities of benzofuran and chromene derivatives toward Tenebrio molitor. J Nat Prod. 61(10): 1209-11.

46. Cebria F. (2007) Regenerating the central nervous system: How easy for planarians! Dev. Genes Evol. 217: 733-748.

47. Chanerin I., Deacon R., Lumb M., Perry J. (1992) Cobalamin and Folate, recent developments. Y Clin Pathol 45: 277-83.

48. Cook L.L, Persinger M.A. (2000) Suppression of experimental allergic encephalomyelitis is specific to the frequency and intensity of nocturnally applied, intermittent magnetic fields in rats. Neurosci Lett. 13, 292(3):171-174.

49. Coulton L.A., Barker A.T., Van Lierop J.E., Walsh M.P. (2000) The effect of static magnetic fields on the rate of calcium/calmodulin-dependent phosphorylation of myosin light chain. Bioelectromagnetics. 21(3): 189-196.

50. Cox J.A.- (1988) Interactive properties of calmodulin. -Biochem. J. 249: 621-629.

51. Crasson M. (2003) 50-60 Hz electric and magnetic field effects on cognitive function in humans: a review. Radiat Prot Dosimetry. 106(4): 333-40

52. Davies M.S. (1996) Effects of 60 Hz electromagnetic fields on early growth in three plant species and a replication of previous results. Bioelectromagnetics. 17: 154-161.

53. Davies M.S., Dixey R., Green J.C. (1998) Evaluation of the effects of extremely low frequency electromagnetic fields on movement in the marine diatom Amphora coffeaeformis. Biol. Bull. 194: 194-223.

54. Dedos S. G., Kaltofen S., Birkenbeil H. (2008) Protein kinase A and C are "Gatekeepers" of capacitative Ca2+ entry in the prothoracic gland cells of the silkworm, Bombyx mori. Journal of Insect Physiology 54: 878- 882.

55. Delgado J.M., Leal J., Monteagudo J.L., Gracia M.G. (1982) Embryological changes induced by weak, extremely low frequency electromagnetic fields. J Anat. 134(Pt3): 533-551.

56. Divacar N.I., Moinuddin M., Rathinam K.C. et al. (1987) Preliminary studies of pulsed magnetic fields for prevention and treatment of sever cold injures. Int. Conf. on Energy Medicin. Madras, p. 18.

57. Dixon S.J., Persinger M.A. (2001) Suppression of analgesia in rats induced by morphine or L-NAME but not both drugs by microTesla, frequency-modulated magnetic fields. Int J Neurosci. 108(1-2): 87-97.

58. Durney C.H., Rushforth C.K., Anderson A.A. (1988) Resonant DC AC magnetic fields: Calculated response. Bioelectromagnetics. 9: 315-336.

59. Eisenhoffer, G.T., Kang, H., and S'anchez Alvarado, A. (2008) Molecular analysis of stem cells and their descendants during cell turnover and regeneration in the planarian Schmidtea mediterranea. Cell Stem Cell 3: 327-339.

60. Farrell J.M., Litovitz T.L., Penafiel M., Montrose C.J., Doinov P., Barber M., Brown K.M., Litovitz T.A. (1997) The effect of pulsed and sinusoidal magnetic fields on the morphology of developing chick embryos. Bioelectromagnetics. 18(6): 431-438.

61. Fitzsimmons R.J., Ryaby J.T., Magee F.P., Baylink D.J.1994) Combined magnetic field increased net calcium flux in bone cells. Calcified Tissue International. 55: 376-380.

62. Fitzsimmons R.J., Ryaby J.T., Magee F.P., Baylink D.J.1995) IGF-II receptor number is increased in TE-85 osteosarcoma cells bycombined magnetic fields. Journal of Bone and Mineral Research. 10: 812819.

63. Geissler P.L., Dellago C., Chandler D., Hutter J., Parrinello M. (2001) Autoionization in liquid water, Science. 291: 2121-2124.

64. Gonzales-Estevez C., Momose T., Gehring W. J. Salo E. (2003) Planarian transgenic lines obtained by electroporation using transposon-derived vectors and an eye-specific GFP marker. Proc Natl Acad Sci USA 100: 14046-14051.

65. Gueeheva T., Henriques J. A. P., Erdtman B. (2001) Genotoxic effects of copper sulphate in freshwater planarian in vivo, studied with the single-cell gel test (comet assay). Mutat. Res. 497: 19-27.

66. Guo T., Peters A.H., Newmark P.A. (2006) A Bruno-like gene is required for stem cell maintenance in planarians. Dev Cell 11: 159-169.

67. Haiech J., Klee C.B., Demaille J.G. (1981) Effects of cations on affinity of calmodulin for calcium: ordered binding of calcium ions allows the specific activation of calmodulin-stimulated enzymes. Biochemistry. 20(13): 3890-3897.

68. Halle B. (1988) On the cyclotron resonance mechanism for magnetic fields on transmembrane ion conductivity. Bioelectromagnetics. 9:315-336.

69. Handberg-Thorsager M., Salo E. (2007) The planarian nanos-like gene Smednos is expressed in germline and eye precursor cells during development and regeneration. Dev Genes Evol 217: 403-411.

70. Hansson Mild K. (1996) Measured 50 Hz electric andmagnetic fields in Swedish and Norwegian residental buildings. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 45(3): 710-714.

71. Hansson Mild K., Sandstrom M. (1994) Health aspects of electric and magnetic fields from VDTs. Advances in Electromagnetic Fields in Living Systems. Edited by J.C. Lin, New York: Plenum Press. 1: 155-183.

72. Harland J., Eugstrom S., Liburdy R. (1999) Evidence for a slow time-scale of interaction for magnetic fields inhibiting tamoxifen's antiproliferative action in human breast cancer cells. Cell Biochem. Biophys. 31(3): 295-306.

73. Harland J.D., Liburdy R.P. (1997) Environmental magnetic fields inhibit the antiproliferation action of tamoxifen and melatonin in a human breast cancer cell line. Bioelectromagnetics. 18(8): 555-562.

74. Hayashi T., Asami M., Higuchi S., Shibata N., Agata K. (2006) Isolation of planarian X-ray-sensitive stem cells by fluorescence-activated cell sorting. Dev. Growth Differ. 48: 371-380.

75. Held LI. (2002) Imaginal discs: the genetic and cellular logic of pattern formation. Cambridge: Cambridge University Press.

76. Hendee S.P., Faor F.A., Christensen D.A., Patrick B., Durney C.H., Blumenthal D. (1996) The effects of weak extremely low frequency magnetic fields on calcium/calmodulin interaction. Biophysical Journal. 70: 2915-2923.

77. Higuchi S., Hayashi T., Hori I., Shibata N., Sakamoto H., Agata K. (2007) Characterization and categorization of fluorescence activated cell sorted planarian stem cells by ultrastructural analysis. Dev Growth Differ 49: 571-581.

78. Hori I. (1997) Cytological approach to morphogenesis in the planarian blastema. II. The effect of neuropeptides. J Submicrosc Cytol Pathol. 29: 91-97.

79. Jacobson J.I. (1991) A look at the possible mechanism and potential of magnetotherapy. J. Theor. Biol. 149(1): 97-119.

80. Jacobson J.I. (1994) Pineal-hypothalamus tract mediation of picotesla magnetic fileds in the treatment of neurological disorders. Panminerva Med. 36(4): 201-205.

81. Jenrow K.A., Smith C.H., Liboff A.R. (1995) Weak extremely-low-frequency magnetic fields and regeneration in the planarian Dugesia tinigra. Bioelectromagnetics. 16: 106-112.

82. Jenrow K.A., Zhang X., Renehan W.E., Liboff A.R. (1998) Weak ELF magnetic field effects on hippocampal rhythmic slow activity. Exp Neurol. 153(2): 328-234.

83. Jenrow KA, Smith C.H., Liboff A.R. (1996) Weak extremely-low-frequency magnetic field-induced regeneration anomalies in the planarian Dugesia tigrina. Bioelectromagnetics. 17(6): 467-474.

84. Juutilainen J., Laara E., Saali K. (1987) Relationship between field strength and abnormal development in chick embryos exposed to 50 Hz magnetic fields. Int. J. Radiat. Biol. Relat. Stud. Phys. Chem. Med. 52(5): 787-793.

85. Karipidis K.K., Martin L.G. (2005) Pilot Study of Residential Power Frequency Magnetic Fields in Melbourne. ARPANSA Technical Report No. 142

86. Ladurner P., Reiger R., Baguna J. (2000) Spatial distribution and differentiation potential of stem cells in hatchlings and adults in the marine platyhelminth Macrostomus sp.: a bromodeoxyuridine analysis. Dev Biol. 226:231-241.

87. Leaf J., Trillo M.A., Ubeda A., Abraira V., Shamsaifar K., Chacon L. (1986) Magnetic enviroment and embryonic development: A role for the Earth's field. IRCS Med. Sci. 14: 1145-1146.

88. Lednev V.V., Ermakov A.M., Ermakova O.N.,

89. Lednev V.V. (1991) Possible mechanism for influence of weak magnetic fields on biological systems. Bioelectromagnetics. 12: 7175.

90. Lednev V.V. (1995) Comments on "Clarification and application of ion parametric resonance model for magnetic field interactions with biological systems" by Blanchard and Blackman. Bioelectromagnetics. 16: 268-269.

91. Lednev V.V., Malyshev S.L. (2001) Effects of weak combined magnetic fields on actin-activated atpaseactivity of skeletal myosin. Abstract collection Bioelectromagnetics Society Annual Meeting, St Paul, Minnesota, USA.: 3-4.

92. Lender T. N. (1952). Le role inducteur du cerveau dans la régénération des yeux d'une planaire d'eau douce. Ann. Biol. 28: 191-198.

93. Lester D.S., Brumfeld V. Divalent cation-induced changes in conformation of protein kinase C. Biophys. Chem. 1991, 39: 215-224.

94. Liboff A.R. (1985) Cyclotron resonance in membrane transport. In: Chiabrera, A., Nicolini, C., Schwan, H.P. (eds.), Interactions between Electromagnetic Fields and Cells. New York: Plenum: 281-296.

95. Liboff A.R. (1992) Interaction Mechanism of Low Level Electromagnetic Fields and Living Systems. Eds. B. Norden, C. Ramel. Oxford: Oxford University Press.: 130-147.

96. Liboff A.R., McLeod B.R. (1988) Kinetics of channelized membrane ions in magnetic fields. Bioelectromagnetics. 9: 39-51.

97. Liboff A.R., McLeod B.R. (1995) Power lines and the geomagnetic field. Bioelectromagnetics. 16: 227-230.

98. Liboff A.R., Parkinson W.C. (1991) Search for ion-cyclotron resonance in an Na+-transport system. Bioelectromagnetics 12(2): 77-83.

99. Liboff A.R., Rozek R.J., Sherman M.L., McLeod B.R., Smith S.D. (1987) Ca2+-45 cyclotron resonance in human lymphocytes: J. Bioelect. 6: 13-22.

100. Liboff A.R., Thomas J.R., Schrot J. (1989) Intensity threshold for 60-Hz magnetically induced behavioral changes in rats. Bioelectromagnetics. 10(1): 111-113.

101. Liburdy R.P., Sloma T.R., Sokolic R., Yaswen P. (1993) EMF magnetic fields, breast cancer, and melatonin: 60 Hz fields block melatonin's oncostatic action of ER+ breast cancer cell proliferation. J. Pineal. Res. 14: 89-97.

102. Liochev S.I., Fridovich I. (2002) Copper, zinc superoxide dismutase and H202. Effects of bicarbonate on inactivation and oxidations of NADPH and urate, and on consumption of H202. J Biol Chem. 277(38): 34674-8.

103. Maffeo S, Miller M.W., Carstensen E.L. (1984) Lack of effect of weak low frequency electromagnetic fields on chick embryogenesis. J. Anat. 139 (Pt 4): 613-618.

104. Maffeo S., Brayman A.A., Miller M.W., Carstensen E.L., Ciaravino V., Cox C. (1988) Weak low frequency elactromagnetic fields and chick embryogenesis: failure to reproduce findings. J.Anat. 157: 101104.

105. Marikovsky M., Ziv V., Nevo N., Harris-Cerruti C., Mahler O. (2003) Cu/Zn superoxide dismutase plays important role in immune reponse. The Journal of Immunology. 170: 2993-3001.

106. Markov M.S., Muehsam D.J., Pilla A.A. (1993a) Modulation of cell-free myosin phosphorylation with small ambient static magnetic field changes. In: Transaction of the 2nd Congress of the Europen Bioelectromagneyic Associaton. Bled-Slovenia.: 73-74.

107. Markov M.S., Pilla A.A. (1997) Weak static magnetic fields modulation of myosin phosphorylation in a cell free preparation: calcium dependence. - Bioelectrochem. Bioenerg. 43: 233-238.

108. Markov M.S., Wang S., Pilla A.A. (1993b) Effects of weak low frequency sinusoidal and DC magnetic fields on myosin phosphorylation in cell-free preparation. Bioelectrochemistry and Bioenergetics. 30: 119-125.

109. Martin A.H. (1988) Magnetic fields and time dependent effects on development. Bioelectromagnetics. 9(4): 393-396.

110. Martin A.H. (1992) Development of chicken embryos following exposure to 60-Hz magnetic fields with differing waveforms. Bioelectromagnetics. 13(3): 223-230.

111. McConnell, J.V., ed. (1965) A manual of psychological experimentation on planarians. Worm Runner's Digest, Ann Arbor, MI.

112. McCords J.M., Fridovich I. (1969) Superoxide dismutase an enzymic function for erythrocuprein (hemocuprein). J Biol Chem. 224(22): 6049-6065.

113. McKay R.D. (2004) Stem cell biology and neurodegenerative disease. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 359: 851-856.

114. McLeod B.R., Liboff A.R. (1986) Dynamic characteristics of membrane ions in multifield configurations of low-frequency electromagnetic radiation. Bioelectromagnetics. 7: 177-189.

115. McLeod B.R., Liboff A.R., Smith S.D. (1992) Biological systems in transition: sensitivity to extremely low-frequency fields. Electro- and Magnetobiology. 11: 29-42.

116. McLeod B.R., Smith S.D., Cooksey K.E., Liboff A.R. (1987a) Ion cyclotron resonance frequencies enhance Ca2+-dependent motility in diatoms. J. Bioelect. 6: 1-12.

117. McLeod B.R., Smith S.D., Liboff A.R. (1987b) Calcium and potassium cyclotron resonance curves and harmonics in diatoms (A.coffeaeformis) J. Bioelectricity. 6: 153-168.

118. Morgan T.H. (1902) Arch Ent Mech Org. 13: 179 -212.

119. Morgan, T.H. (1898) Experimental studies of the regeneration of Planaria maculata. Arch. Entw. Mech. Org. 7: 364-397.

120. Mullins JM, Penafiel LM, Juutilainen J, Litovitz TA. (1999) Dose-response of electromagnetic field-enhhancced ornitine decarboxylase activity. Bioelectrochem Bioenerg 48:193-199

121. Newmark P. A., Sanchez Alvarado A. (2000) Bromodeoxyuridine specifically labels the regenerative stem cells of planarians. Dev. Biol. 220: 142-153.

122. Novak V.J.A. (1975) Insect Hormones. London: Chapman & Hall. 600 pp.

123. Novikov V.V., Sheiman I.M., Fesenko E.E. (2008) Effect of weak static and low-frequency alternating magnetic fields on the fission and regeneration of the planarian dugesia (Girardia) tigrina. Bioelectromagnetics. 29(5):387-93.

124. O'Connor R.P., Persinger M.A. (1999) Geophysical variables and behavior: LXXXV. Sudden infant death, bands of geomagnetic activity and pel (0.2 to 5 Hz) geomagnetic micropulsation. Percept. Mot. Skills. 88(2): 391-397.

125. Orii H., Sakurai T., Watanabe K. (2005) Distribution of the stem cells (neoblasts) in the planarian Dugesia japonica. Dev Genes Evol 215: 143-157.

126. Oviedo N.J. and Levin M. (2008) The planarian regenerationmodel as a context for the study of drug effects and mechanisms. In Planaria: A model for drug action and abuse (ed. R.B. Raffa). RG Landes, Austin, TX.

127. Oviedo N.J., Newmark P.A., Sánchez Alvarado A. (2003) Allometric scaling and proportion regulation in the freshwater planarian Schmidtea mediterránea. Dev. Dyn. 226: 326-333.

128. Page M.G., Cera Di. E. (2006) Role of Na+ and K+ in enzyme function. Physiol. Rew. 86: 1049-1092.

129. Palakodeti D., Smielewska M., Graveley B. R. (2006) MicroRNAs from the planarian Schmidtea mediterránea: A model system for stem cell biology. RNA 12: 1640-1649.

130. Parkinson W.C. and Sulik G.L. (1992) Diatom response to extremely low-frequency magnetic fields. Radiat. Res. 130: 319-330.

131. Pedersen K. J. (1959) Cytological studies on the planarian neoblast. Z. Zellforsch. 50: 799-817.

132. Pellettieri J., Sánchez Alvarado A. (2007) Cell turnover and adult tissue homeostasis: From humans to planarians. Annu. Rev. Genet. 41: 83-105.

133. Persinger M.A., Cook L.L., Koren S.A. (1999) Suppression of experimental allergic encephalomyelitis in rats exposed nocturnally to magnetic fields. Int. J. Neurosci. 100(1-4): 107-116.

134. Persinger MA, Belanger-Chellew G. (1999) Facilitation of seizures in limbic epileptic rats by complex 1 microTesla magnetic fields. Percept. Mot. Skills. 89(2): 486-492.

135. Potts M.D., Parkinson W.C., Nooden L.D. (1997) Raphanus satinus and electromagnetic fields. Bioelectrochemistry and Bio energetics. 44: 131-140.

136. Prasad A.V., Miller M.W., Carstensen E.L., Cox C., Azadniv M.,. Brayman A A. (1991) Failure to reproduce increased calcium uptake in human lymphocytes at purported cyclotron resonance exposure conditions. Radiat Environ Biophys. 30: 305-320.

137. Prasad A.V., Miller M.W., Cox C., Carstensen E.L., Hoops H., Brayman A.A. (1994) A test of the influence of cylotron resonance exposures on diatom motility. Health Phys. 66: 305-312.

138. Prato F.S., Carson J.J.L., Ossenkopp K.-P., Kavaliers M. (1995) Possible mechanisms by which extremely low frequency magnetic fields affect opioid function. FASEB J. 9: 807-814.

139. Prato F.S., Kavaliers M., Thomas A.W. (2000) Extremely low frequency magnetic fields can either increase or decrease analgaesia in the land snail depending on field and light conditions Bioelectromagnetics 21: 287-301.

140. Rachidi M., Lopes C., Takamatsu Y., Ohsako S., Benichou J., Delabar J. (1999) Dynamic expression pattern of Ca2+/Calmodulin-dependent protein kinase II gene in the central nervous system of

141. Drosophila throughout development. Biochemical and Biophysical Research Communications 260: 707-711.

142. Rapoport S.I., Breus T.K., Kozyreva O.Y., Malinovskaya N.K. (2006) Geomagnetuc pulsation and myocardial infarctions. Ter. Arkh. 78(4): 56-60.

143. Reddien P. W., Oviedo N. J., Jennings J. R., Jenkin J. C., Sanchez Alvarado A. (2005a) SMEDWI-2 is a PlWI-like protein that regulates planarian stem cells. Science. 310: 1327-1330.

144. Reddien P.W., Bermange A.L.,Murfitt K.J., Jennings J.R., and Sanchez Alvarado A. (20056) Identification of genes needed for regeneration, stem cell function, and tissue homeostasis by systematic gene perturbation in planaria. Dev Cell 8: 635-649.

145. Reese J.A., Frazier M.E., Morris J.E., Buschbom R.L., Miller D.L. (1991) Evaluation of changes in diatom mobility after exposure to 16Hz electromagnetic fields. Bioelectromagnetics. 12: 21-26.

146. Rochev Y.A., Narimanov A.A., Sosunov E.A., Kozlov A.N., Lednev Y.V. (1990) Effects of weak magnetic field on the rate of cell proliferation in cell culture. Stud. Biophys. 135: 93-98.

147. Rogdestvenskaya Z, Tiras Kh, Srebnitskaya 1, Lednev V. (2001) Modulation of regeneration of planarians Dugesia tigrina (Platyhelminthes, Triclada) by weak magnetic field. Belg. J.Zool., 131 (Supplement 1): 149-150.

148. Rolls M.M., Albertson R., Shih H.P., Lee C.Y., Doe C.Q. (2003) Drosophila aPKC regulates cell polarity and cell proliferation in neuroblasts and epithelia. J. Cell Biol. 2:

149. Rossi L., Salvetti A., Marincola F. M., Lena A., Deri P., Mannini L., Batistoni R., Wang E., Gremigni V. (2007) Deciphering the molecular machinery of stem cells: A look at the neoblast gene expression profile. Genome Biol. 8: R62.

150. Rozek R.J., Sherman M.L., Liboff A.R., McLeod B.R., Smith S.D. (1987) Nifedipine is an antagonist to cyclotron resonance enhancement of 45Ca incorporation in human lymphocytes. Cell Calcium. 8(6): 413-427.

151. Rybczynski R, Gilbert L.I. (2006) Protein kinase C modulates ecdysteroidogenesis in the prothoracic gland of the tobacco hornworm, Manduca sexta. Molecular and Cellular Endocrinology 251: 78-87.

152. Saló E., Munoz-Marmol A.M., Bayascas-Ramirez J.R., Garciafernandez J., Miralles A., Casali A., Coraminas M., Baguna J. (1995) The freshwater planarian Dugesia (G) tigrina contains a great diversity of homeobox genes. Hydrobiologia 305: 269-275.

153. Salvetti A., Rossi L., Lena A., Batistoni R., Deri P., Rainaldi G., Locci M.T., Evangelista M., Gremigni V. (2005) DjPum, a homologue of Drosophila Pumilio, is essential to planarian stem cell maintenance. Development 132: 1863-1874.

154. Sánchez Alvarado A. (2006) Planarian regeneration: Its end is its beginning. Cell 124: 241-245.

155. Sánchez Alvarado A., Newmark P. A. (1999) Double-stranded RNA specifically disrupts gene expression during planarian regeneration. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96: 5049-5054.

156. Sánchez Alvarado A., Newmark. P. A., Robb S. M., Juste R. (2002) The Schmidtea mediterránea database as a molecular resource for studying platyhelminthes, stem cells and regeneration. Development 129: 5659-5665.

157. Sánchez Alvarado, A. and Kang, H. (2005) Multicellularity, stem cells, and the neoblasts of the planarian Schmidtea mediterránea. Exp. Cell Res. 306: 299-308.

158. Sandstrom M., Mild K.H., Lovtrup S. (1986) Effect of weak pulsed magnetic filelds on chick embryogenesis. In Knave B., Wideback P

159. G. (eds): "Work with display" units. Amsterdam: Elsevier Science Publishers.: 135-140.

160. Sandweiss J. (1990) On the cyclotron resonance model of ion transport. Bioelectromagnetics. 11: 203-205.

161. Sandyck R. (1994) Rapid normalization of visual evoked potentials by picoTesla range magnetic fields in chronic progressive multiple sclerosis. J. Neuroscience. 77(3-4): 243-259.

162. Sandyck R., Derpapas. (1993) Further observations on unique efficacy of picoTesla range magnetic fields in Parkinson's disease. J. Neuroscience. 69(1-4): 167-183.

163. Sandyck R., Iacono R.P. (1993) Reversal of visual neglet in Parkinson's disease by treatment with picoTesla range magnetic fields. J. Neuroscience. 73(1-2): 93-107.

164. Sanker Narajan P.V., Subrahmajan S., Satjanrrajana M. (1984) Effects of pulsating magnetic fields on the physiology test animals, and man. Curr. Sci. 53(18): 959-965.

165. Sato K., Shibata N., Orii H., Amikura R., Sakurai T., Agata K., Kobayashi S., Watanabe K. (2006) Identification and origin of the germline stem cells as revealed by the expression of nanos-related gene in planarians. Dev Growth Differ 48: 615-628.

166. Sauzin-Morton M. J. (1973) Etude ultrastructurale des neoblastes de Dendrocoelum lacteum au cours de la regeneration. J. Ultrastruct. Res. 45: 206-222.

167. Sehnal F. (1985) Morphology of insect development. Ann. Rev. Entomot.30: 89-109.

168. Shapiro-Ilan D.I., Gaugler R., Tedders W.L., Brown I., Lewis E.E. (2002) Optimization of inoculation for in vivo production of entomopathogenic nematodes. J Nematol. 34(4): 343-50.

169. Sharifian A, Firoozeh M, Pouryaghoub G, Shahryari M,

170. Rahimi M, Hesamian M, Fardi A. (2009) Restless Legs Syndrome in shift workers: A cross sectional study on male assembly workers. J Circadian Rhythms. 14: 7:12.

171. Sheiman I.M., Shkutin M.F. (2003) Effect of weak electromagnetic radiation on larva development and metamorphosis of grain beetle Tenebrio molitor. Biofizika. 48(1): 111-6.

172. Shibata N., Umesono Y., Orii H., Sakurai T., Watanabe K., Agata K. (1999). Expression of vasa(vas)-related genes in germline cells and totipotent somatic stem cells of planarians. Dev Biol 206: 73-87.

173. Sisken B.F., Fowler I., Mayaund C., Ryaby J.P., Ryaby J., Pilla A. (1986) Pulsed electromagnetic fields and normal chick development. J. Bioelect. 5: 25-34.

174. Smith C.D., Uhing R. J., Snyderman R. (1987) Nucleotide regulatory protein-mediated activation of phospholipase C in human polimorphnonuclear leukocytes is derupted by phorbol esters. J. Biol. Chem. 262(13): 6121-6127.

175. Smith R.F. (1988) Lithium as a normal metabolite: some implications for cyclotron resonance of ions in magnetic fields. Bioelectromagnetics. 9: 387-391.

176. Smith S.D., McLeod B.R., Liboff A.R. (1991) Effects of resonant magnetic fields on chick femoral development in vitro. . Bioelectromagnetics. 10: 81-99.

177. Smith S.D., McLeod B.R., Liboff A.R. (1993) Effects of CR-tuned 60 Hz magnetic fields on sprouting and early growth of Raphanus satinus. Bioelectrochemistry and Bioenergetics. 32: 67-76.

178. Smith S.D., McLeod B.R., Liboff A.R., Cooksey K. (1987) Calcium cyclotron resonance and diatom mobility. Bioelectromagnetics. 8(32): 215-227. ,

179. Stern S, Laties V.G., Nguyen Q.A., Cox C. (1996) Exposure tocombined static and 60 Hz magnetic fields: failure to replicate a reported behavioral effect. Bioelectromagnetics. 17(4): 279-292.

180. Sustar A, Schubiger G. (2005) A transient cell cycle shift in Drosophila imaginal disc cells precedes multipotency. Cell. 120: 383-93.

181. Szymanowska-Dziubasik K., Marciniak P., Rosinski G., Konopinska D. (2008) Synthesis, cardiostimulatory, and cardioinhibitory effects of selected insect peptides on Tenebrio molitor. J Pept Sci. 14(6): 708-13.

182. Thomas J.R., Schrot J., Liboff A.R. (1986) Low-intensity magnetic fields alter operant behavior in rats. Bioelectromagnetics. 7(4): 349-357.

183. Trillo M.A., Ubeda A., Blanchard J.P., House D.E., Blackman C.F. (1996) Magnetic fields at resonant conditions for the hydrogen ion affect neurite outgrowth in PC-12 cells: A test of the ion parametric resonance model. Bioelectromagnetics. 17: 10-20.

184. Trillo M.A., Ubeda A., Chacon L., Leal J. (1986) Effectivity of a pulsed magnetic fields on chick embryo population: Importance of the commencement time of exposure. BRAGS, 6 th Annual Metting, Utrecht, Netherlands.

185. Ubeda A., Leal J., Trillo M.A., Jimenez M.A., Delgado J.M. (1983) Pulse shape of magnetic fields influences chick embryogenesis. J. Anat., 137(Pt 3): 513-536.

186. Yalberg P.A., Kavet R., Rafferty C.N. (1997) Can low-level 50/60 Hz electric and magnetic fields cause biological effects? Radiat. Res., 148(1): 2-21,

187. Wigglesworth V.B. (1965) The principles of insect physiology. 6th ed. London: Butler and Tanner Ltd.

188. Wigglesworth V.B. (1970) Insect Hormones W. H. Freeman and Co., San Francisco.

189. Wolff E., Dubois F. (1948) Sur la migration des cellules de regeneration chez, les planaires. Rev. Suisse Zool. 55: 218-227.180.

Информация о работе

Ермаков, Артем Михайлович
кандидата биологических наук
Пущино, 2010
ВАК 03.00.02

Диссертация

Влияние слабых комбинированных магнитных полей на регенерацию планарий Girardia tigrina и метаморфоз жуков Tenebrio molitor - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Влияние слабых комбинированных магнитных полей на регенерацию планарий Girardia tigrina и метаморфоз жуков Tenebrio molitor - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы