А.С.Корягин, А.А.Ястребова, В.Н.Крылов, А.В.Корнаухов
Нижегородский государственный
университет им. Н.И.Лобачевского
ММ-волны в биологии и медицине, №2(18),2000
Показано, что ММ-воздействие на кровь в течение 20 αмин в опытах in vitro повышает осмотическую устойчивость эритроцитов, снижает интенсивность перекисного окисления липидов, увеличивает активность α-амилазы и не влияет на активность аланинаминотронсфераэы сыворотки крови. Обсуждаются возможные механизмы действия ММ-излучения на биологические структуры.
Использование ММ-излучения в терапии и профилактике целого ряда болезней человека является одним из активно развивающихся направлении современной клинической медицины. Электромагнитные волны ММ-диапазона успешно применяются для лечения болезней органов кровообращения, дыхания, пищеварения, мочеполовой, эндокринной и нервной систем, детских болезней, а также в акушерстве и гинекологии [1 ]. Однако в настоящее время нет окончательного представления о механизмах благоприятного действия ЭМИ ММ-диапазона па билогпческие системы. Высказываются предположения о влиянии ММ-волн па восстановление нормального функционирования информа-ционых управляющих систем организма [I]. I! ряде работ показана возможность передачи ММ-волн от поверхностных покровов в глубинные ткани организма, не исключается вероятность и прямого действия излучения на внутренние органы и клетки [2|. Электромагнитное излучение ММ-диапазона не разрушает меж- и внутримолекулярные сильные связи, однако молекулы поглощают энергию этого излучения |3]. Вполне вероятно, что ММ-волны могут влиять на слабые электростатические связи (водородные, полярные, гидросорбные), которым 11рннадлеж.пт ведущая роль в поддержании пространственной структуры (конформации) биологических молекул и надмолекулярных структур. Через модификацию слабых взаимодействий волны могут изменять физико-химические свойства белков, пшидов, каталитические свойства ферментов, прочность (стабильность) ли-попротеиновых и других комплексов. Поэтому целью настоящего исследования явилось изучение влияния ЭМИ ММ-диапазона (53...78 Г)ц) с шумовым спектром па активность ферментов, перекисное окисление липидов (ПОЛ) и стабильность мембран эритроцитов.
Исследования проводили in vitro с использованием крови и сыворотки крови белых крыс массой 150...180 г. Кровь для исследования брали из подъязычной вены в количестве 1,5... 2,0 мл от каждого животного. Миллиметровое воздействие на биологические жидкости осуществляли в течение 20 мин аппаратом ММ-терапии шумовым излучением низкой (1,5 мкВт) интенсивности АМФИТ-0,2 / 10-01 с цилиндрической насадкой, •гак, что расстояние между концом волновода и препаратом было равно 2-3 мм- Толщина слоя крови в фторопластовой кювете с внутренним диаметром 18 мм составляла 6-7 мм. Контролем служили кровь и сыворотка, не подвергшиеся облучению.
Устойчивость мембран эритроцитов оценивали методом определения осмотической резнстептности, рассчитывая затем процент гемолиза [4]. Об интенсивности ПОЛ судили по содержанию малонового диальдегида (МДА), концентрацию последнего определяли по реакции с тнобарбптуровои кислотой [5]-
Активность α-амилазы сыворотки крови рассчитывали но скорости гидролиза ферментом крахмального субстрата [4], которую выражали в мг крахмала/ с-л. Активность алапинампнотрапсферазы (АлАТ) определяли, используя колориметрический динитрофепилгидразиновый метод |4]. Активность фермента выражали в мкмолях пирувата/ ч-мл.
Полученые результаты статистически обрабатывались с использованием t-критерия Стъюдента.
Проведенные исследования показали, что облучение крови ММ-волнами в течение 20 мин оказывает существенное влияние на осмотическую резистентность эритроцитов. Было установлено, что гемолиз как в контроле, так и в опыте начинался в растворе МаС1 0,5 %-ной концентрации. Однако дальнейшее разведение раствора выявило разную устойчивость опытных и контрольных эритроцитов к гемолизу. Из рисунка видно, что если в контроле полный гемолиз (100 % эритроцитов) наступал при концентрации соли 0,35 %, то в опыте он наступал только при дальнейшем разведении до 0,25 %-ного раствора МаС1, и что процент гемолиза эритроцитов опытной серии в диапазоне концентраций соли 0,45...0,35 % был статистически достоверно ниже, чем в контроле (р < 0,05). Это свидетельствует, что ММ-излучение повышает устойчивость мембраны эритроцитов к гемолизирующему действию гипотонических растворов. В соответствии с известными механизмами такого гемолиза можно полагать, что электромагнитные волны ММ-диапазона делают более упорядоченным расположение молекул липидов в мембране, увеличивая силу гидрофобных взаимодействий как между молекулами липидов, так и липид-белковые взаимодействия.
Изменение осмотической резистентности эритроцитов при воздействии ММ-волн (опыт)
Развивая высказанное предположение, мы изучили возможность стабилизации мембраны за счет снижения ПОЛ ММ-излучением. Было установлено, что ММ-воздействие существенно уменьшало концентрацию одного из продуктов ПОЛ — МДА в крови (таблица), что свидетельствует о снижении интенсивности свободнорадикальных процессов. Известно, что ослабление гидрофобных связей и мембране сопровождается усилением ПОЛ и наоборот [6]. Полученные нами результаты указывают на усиление гидрофобных взаимодействий в мембранах, соответственно упорядочивание липидных слоев мембран клеток.
Изменение активности АлАТ, а-амилазы и содержания МДА в крови при действии ММ-излучения
Серия |
АлАТ, мкмоль/ч-мл |
а-амилаза, мг/с-л |
МДА, нмоль/мл |
Контроль Опыт |
0,60 ± 0,06 10,23 ± 0,88 2,00 ± 0,23 0,55±0,07 17,87±1,36* 1,42 ±0,17* |
* — р < 0,05 по сравнению с контролем
Еще одним механизмом повышения устойчивости мембран под влиянием ММ-воздействия может быть модуляция ативности ее ферментных систем. Кроме того, изменение активности ферментов может лежать в основе терапевтических эффектов ММ-волн. В связи с этим в следующей серии опытов мы провели анализ изменения активности таких ферментов, как а-амилаза и АлАТ.
Аланинаминотрансфераза (КФ 2.6.1.2.) — фермент класса трансфераз, катализирует реакцию обратимого переноса аминогруппы с аланина на а-кетоглутаровую кислоту. Энзим имеет высокую молекулярную массу, равную 114 кД.
Амилаза (КФ 3.2.1.1.) относится к классу гидролаз, катализирует гидролитическое расщепление гликозидных связей крахмала и гликогена. Фермент обладает сравнительно низкой молекулярной массой — 48 кД [7].
В экспериментах было установлено, что изученные ММ-волны практически не оказывали влияния на активность АлАТ сыворотки крови. В отличие от этого, ММ-воздействие на сыворотку крови приводило к существенному повышению активности α-амилазы (таблица).
Обсуждая полученные результаты, следует отметить - качественное различие ферментов, взятых для исследования. Если амилаза относится к гидролазам, т.е. ферментам, активирующим реакции гидролиза и требующим включения в реакцию воды, то для АлАТ при реакциях переаминирования таких условий не требуется. Кроме того, важно указать и на относительно большую массу последней, по сравнению с амилазой. В связи с указанным можно предположить, что поглощение энергии ММ-волн крупными белковыми молекулами, в частности АлАТ, не сопровождается значительными изменениями их конформации и поэтому не влияет на их каталитическую активность. Напротив, поглощение энергии волн а-амилазой — ферментом с низкой молекулярной массой, может сопровождаться изменениями пространственной структуры и переходом из менее активной формы в более активную, так как обычно в растворе фермент находится в нескольких разных конформациях [8].
Нельзя не учитывать того, что амилаза в акте катализа использует воду, которая, как известно, лучше других соединений поглощает ММ-волны [9]. Возможно, что молекулы воды в результате такого воздействия, становятся химически более активными. Это также может быть одной (возможно, главной) из причин увеличения активности амилазы.
Развивая высказанное предположение, следует указать, что к классу гидролаз относится целый ряд ферментов энергетического обмена, ферментов, связанных с поддержанием мембранного потенциала и проведением нервного импульса, например, Nа+ , К+-АТФаза, Са 2+- АТФаза. В связи с этим множество физиологических процессов, развивающихся на мембране клеток и требующих работы гидролаз, могут модулироваться ММ-воздействием из-за его непосредственного влияния на активность названных мембранных ферментов.
Литература.
1. Лебедева Н.Н., Котровская Т. И. Экспериментально-клинические исследования в области биологических эффектов миллиметровых волн. — Миллиметровые волны в биологии и медицине, 1999, №4(16), с.3—9.
2. Голант М.Б. О проблеме резонансного действия когерентных электромагнитных излучений миллиметрового диапазона волн на живые объекты. — Биофизика, 1989, Т.ХХХ1У, вьш.2, с.339-348.
3. Бессонов А.Е. Миллиметровые волны в клинической медицине. — М., 1997.
4. Лабораторные методы исследования в клинике. Справочник / Под ред. В.В.Меньшикова. — М.: Медицина, 1987.
5. Владимиров Ю.А., АрчаковА.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. — М.:
Наука, 1972.
6. Куликов В.Ю., Семенюк А. В., Колесникова Л.И. Перекисное окисление липидов и холодовой фактор.
— Новосибирск: Наука, 1988.
7.ДиксонМ., УэббЭ. Ферменты. Т. 1. - М.: Мир, 1982.
8. Фершт Э. Структура и механизм действия ферментов. - М.: Мир, 1980.
9. Родштат И. В. Новые физиологические подходы к оценке КВЧ-воздействия на биологические объекты.
— Биомедицинская радиоэлектроника, 1998, №3, с.11-16.