Влияние миллиметровых волн на устойчивость мембран эритроцитов, перекисное окисление липидов и активность ферментов сыворотки крови

А.С.Корягин, А.А.Ястребова, В.Н.Крылов, А.В.Корнаухов

Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского

 

Влияние миллиметровых волн на устойчивость мембран эритроцитов, перекисное окисление липидов и активность ферментов сыворотки крови. 1

Материалы и методы.. 1

Результаты и их обсуждение. 2

 

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.

Материалы и методы

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.


Результаты и их обсуждение

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.