Н. Г. Преснухина, А. В. Дерюгина, В. Н. Крылов
Нижегородский госуниверситет
Вестник Нижегородского университета им. Лобачевского. Серия Биология. Выпуск 1(6). Электромагнитные поля и излучения в биологии и медицине. Н.Новгород: Изд-во ННГУ, 2003. С.51-56.
В статье представлен обзор литературных данных об основных исследованиях влияния низкоинтенсивных ЭМИ КВЧ-диапазона на периферическую кровь – форменные элементы и плазму.
Увеличение процента резистентности к стандартным методам лечения
различных заболеваний диктует необходимость поиска немедикаментозных,
неинвазивных способов их коррекции. Одним из новых направлений клинической
медицины является использование низкоинтенсивных электромагнитных волн крайне
высокой частоты (КВЧ-терапия). Данное воздействие отличается от привычных для
физиологии механизмов физиотерапии: нагрев, механическое или электрическое
воздействие приводит к интенсификации кровотока и модификации метаболизма в
организме или пораженном органе с соответствующей перестройкой регуляции
нервной, гуморальной и иммунной систем. КВЧ-воздействие распространяется
на глубину 300-500 мкм и биологический эффект возникает в определенных,
достаточно узких полосах частот КВЧ-диапазона, т.е. носит острорезонансный
характер. Важно отметить, что обычно эффективность действия КВЧ-излучений на
живые организмы проявляется в периоды, возникающие при нарушениях нормального
функционирования. Сегодня накоплено достаточно много фактического материала,
свидетельствующего о значимом терапевтическом эффекте КВЧ-воздействия при многих
заболеваниях человека [1,10].
КВЧ-излучение применяется при лечении заболеваний гастроэнтерологического профиля, используется в гинекологии, урологии, кардиологии и травматологии, в клинике туберкулеза и саркоидоза легких. В последние годы наблюдается расширение областей применения КВЧ-герапии – это педиатрия и кожные заболевания, эндокринология и целый ряд аутоиммунных заболеваний, неврология и косметология, офтальмология и стоматология [2,20,21].
Несмотря на большое количество работ о положительном эффекте применения КВЧ-терапии в медицинской практике, публикации посвященные исследованию механизмов действия КВЧ-излучения немногочисленны, и многие из них носят лишь констатирующий характер. В то же время, одной из проблем внедрения низкоинтенсивного КВЧ-воздействия в комплекс медицинских мероприятий является доказательство его восприятия непосредственно тканями и клетками. Клеточные препараты служат удобными модельными системами для изучения биологических эффектов ЭМИ, так как в большой степени сохраняют физиологические функции, легко доступны для различных биохимических манипуляций и упрощают анализ результатов. Известно, что в основе механизмов индивидуальной резистентности к внешним воздействиям лежат процессы, развивающиеся на клеточном уровне, в этом случае доступными и информативными объектами при исследовании изучений резистентности организма могут служить клетки крови (Длусская и др., 1993) [3]. Возможно, что при облучении организма, его реакция связана с действием ЭМИ на клетки и плазму крови в кожной капиллярной сети, поскольку излучение проникает лишь в самые поверхностные слои кожи. В свою очередь, мембраны эритроцитов, циркулирующих в капиллярном русле, меняя свои барьерные свойства при действии излучения, могут оказывать регуляторное действие на весь организм в целом и на отдельные органы. Выбор эритроцитов в качестве тест-объекта исследования при внешних воздействиях и стрессе целесообразен еще и потому, что структура мембран эритроцитов отражает особенности биохимического строения мембран различных тканей.
Рассмотрение литературных данных о действии ЭМИ КВЧ на клеточном и субклеточном уровне может помочь конкретизировать представления о возможных путях восприятия организмами этого вида излучения.
В работе (Корягин и др., 2000) [2] оценивается влияние миллиметровых волн с шумовым спектром на устойчивость мембран эритроцитов, перекисное окисление липидов и активность ферментов сыворотки крови. Показано, что ММ-воздействие на кровь в течение 20 минут 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. Авторы указывают, что одной из причин увеличения активности α-амилазы, использующей в акте катализа воду, может являться активация молекул воды миллиметровыми волнами. Далее высказывается предположение о том, 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, что подтверждается повышением устойчивости мембраны эритроцитов к гемолизирующему действию гипотонических растворов и снижением концентрации МДА в крови.
Влиянию КВЧ-излучения на липид-белковые структуры мембран эритроцитов посвящена работа (Крылов и др., 2000) [4]. Авторами показано увеличение электрофоретической подвижности эритроцитов (ЭФПЭ) после 10 минутной предварительной экспозиции КВЧ-излучения с шумовым спектром низкой интенсивности (АМФИТ-0,2/10-01). Отсутствие эффекта после использования глютарового альдегида, фиксирующего мембранные структуры, позволяет говорить о воздействии КВЧ-излучения не только на поверхность клетки, но и непосредственно на мембрану.
В работе (Ильина, 1987) [5] показано уменьшение осмотической устойчивости мембран эритроцитов под действием ЭМИ. Обнаружено уменьшение проницаемости мембран для ионов калия на 30-40% по сравнению с необлученными образцами. В работе (Девятков и др., 1983) [6] обнаружено снижение ионной проницаемости мембран эритроцитов, увеличенной в результате электрического пробоя, а также увеличение электрической прочности эритроцитов при действии ЭМИ КВЧ (40-50 ГГц, 1-5 мВт/см2). Предполагается, что КВЧ-излучение нетепловых интенсивностей способно индуцировать структурные перестройки в мембранах, что сопровождается быстрым закрыванием пробойных каналов ионных утечек. Такая интерпретация полученных данных согласуется с результатами по влиянию ЭМИ сантиметрового диапазона на температурные зависимости проницаемости мембран эритроцитов (Cleary et al., 1982) [7] и подвижности жирных кислот в мембранах липосом (Sheridan et a1., 1978) [8].
В работе (Бриль и др., 1995) [9] представлены данные о
резонансной структуре компонентов крови, полученные с помощью трансмиссионной,
резонансной радиоволновой спектроскопии. В работе использовали
гепаринизированную цельную кровь, плазму, сыворотку и гемолизат эритроцитов крыс
и человека. Для
воздействия на биообъект использовали низкоинтенсивное лазерное излучение
(λ = 632,8 нм, плотность мощности – 5 мВт/см2). Изучение спектральных
характеристик цельной крови крыс показало наличие нескольких резонансных пиков.
В отличие от цельной крови в спектрах плазмы и гемолизата существенно
увеличиваются пики на частоте 51,8-51,9 ГГц, а спектр сыворотки практически не
отличается от радиоспектра цельной крови. Вместе с тем показано, что
КВЧ-воздействие обладает выраженным действием на мембраны клеток, стимулирует
перемешивание ее липидных слоев и белковых компонентов (Девятков и др., 1991)
[10]. Имеются данные о способности КВЧ-волн вызывать изменения гидратации
белковых структур мембранных рецепторов (Бецкий, 1997) [11].
В работе (Киричук и др., 2000) [12] показано умеренное ингибирующее влияние КВЧ-облучения на функциональную активность (активацию и агрегацию) тромбоцитов в условиях т vitro Наблюдаемый эффект ингибирования функциональной активности тромбоцитов опосредован рецепторо- и мембранотропным действием КВЧ-излучения на частотах молекулярного спектра поглощения и излучения (МСПИ) оксида азота. Проведенные исследования позволяют сделать вывод о выраженном ингибирующем воздействии КВЧ-волн на МСПИ оксида азота на функциональную активность (активацию и агрегацию) тромбоцитов больных нестабильной стенокардией. Основываясь на известных в настоящее время эффектах ЭМИ ММД на клетку, авторы предполагают наличие мембранотропного действия излучения, а также влияния на активность биополимеров за счет изменения их конформации и гидратного окружения.
Работа (Подоляко и др., 2000) [13] посвящена особенностям взаимодействия электромагнитных волн миллиметрового диапазона с компонентами крови больных в остром периоде ишемического инсульта in vitro. Исследовалась агрегация тромбоцитов и деформируемость эритроцитов при облучении терапевтическим аппаратом «Прамень П14ТВ» с рабочими частотами: 53,53 и 42,19 ГГц. Авторы делают вывод о том, что электромагнитное излучение КВЧ-диапазона с частотой 53,53 ГГц обладает выраженным корригирующим эффектом in vitro на реологические свойства крови больных в остром периоде ишемического инсульта. Причем улучшение показателей имеет место, как при воздействии на форменные элементы крови, так и на ее жидкую часть. Авторы также полагают, что результаты исследований могут явиться подтверждением одной из ведущих гипотез, объясняющих механизм действия КВЧ-терапии. А именно, что основной мишенью КВЧ-воздействия является вода и гидратные оболочки биологических структур в живом организме.
В работе (Бережинский и др., 1991) [14] приведены результаты экспериментов по изучению изменений показателя преломления водных растворов плазмы крови под воздействием КВЧ-излучения. Исследования по воздействию КВЧ излучения на 2% водный раствор плазмы крови в течение 7 минут были выполнены на голографическом интерферометре. Численные оценки и экспериментальные результаты показывают, что наблюдавшиеся под действием КВЧ-поля изменения показателя преломления водных растворов плазмы крови обусловлены, в основном, влиянием на диэлектрические свойства биологического раствора.
В работе (Абшилава и др., 1988) [15] исследовали изменение вязкости плазмы, величины гематокрита, агрегации и деформируемости эритроцитов. В качестве источника ЭМИ миллиметрового диапазона использовали терапевтическую установку «Явь-1». При воздействии миллиметровых волн наблюдалось снижение гематокрита, индекса фильтруемости, нормализация скорости агрегации. Таким образом, при облучении in vitro эффект воздействия ЭМИ миллиметрового диапазона на нарушенные реологические свойства крови больных язвенной болезнью проявлялся как на уровне макрореологии (нормализация вязкости крови, величины гематокрита), так и микрореологии (нормализация агрегационных и деформационных свойств эритроцитов). Авторы отмечают, что в случаях отсутствия патологии, а следовательно, нарушений текучести крови миллиметровые волны не оказывают какого-либо эффекта.
Вместе с тем, исследования действия ЭМИ КВЧ интенсивно ведутся и на клетках иммунной системы. Оценка эффективности действия ЭМИ часто проводится по изменениям основных функций клеток – респираторного взрыва и фагоцитоза у полиморфноядерных лейкоцитов. В работе (Хоменко и др., 1995) [16] обнаружено частотно-зависимое ингибирование исходно повышенного НСТ-теста у моноцитов и нейтрофилов. Изменение скорости фагоцитоза под действием ЭМИ зависело от амплитуды и фазы модуляции излучения. Предполагается, что изменения в функционировании клеток иммунной системы под действием ЭМИ КВЧ связаны с влиянием на клеточную мембрану и Сa2+-регулируемую активность. Однако конкретные биофизические механизмы действия излучения неизвестны (Гапеев, Чемерис, 2000) [17].
В работе (Заславская, Корнаухов, 1998) [18] исследовалось влияние КВЧ-излучения с шумовым излучением (АМФИТ-0,2/10-01) на адгезию нейтрофилов крови здоровых доноров и больных с ожогами разной степени. КВЧ-излучение при СПМШ > 6,6ґ10–18 Вт/см2 Гц усиливает способность полиморфно-ядерных лейкоцитов (ПМЛ) ожоговых больных в стадии ремиссии к адгезивным рецептор-зависимым реакциям, моделирующим in vitro способность нейтрофилов прикрепляться к эндотелию капилляров. Поскольку адгезия является одним из основных этапов реализации нейтрофилами своего реактивного потенциала, то авторы отмечают, что КВЧ-излучение способно регулировать выраженность воспалительного процесса.
В исследованиях (Мудрик и др., 1995) [19] оценивали изменений функциональной активности организма на модели стимулированной хемилюминесценции лейкоцитов крови человека после воздействия электромагнитных излучений нетепловой интенсивности КВЧ-диапазона. Облучение проводилось генераторами на фиксированных частотах (42,19; 46,84; 53,53 ГГц) в режиме частотной модуляции ±100 МГц, плотность потока мощности 1 мВт/см2. Как показывают проведенные исследования, воздействие КВЧ-излучений на разных частотах может значительно модифицировать функциональную активность лейкоцитов крови, что выражается в изменении амплитуды вспышки активированной ХЛ. Полученные экспериментальные данные по ХЛ лейкоцитов показывают, что действие КВЧ-излучения может значительно влиять на активность лейкоцитов и носит иммуномодулирующий характер. Биологический эффект действия КВЧ-излучений может зависеть от частоты и индивидуален для каждого организма.
Таким образом, есть все основания предполагать, что биологические мембраны являются одним из своеобразных «детекторов» излучения в живой клетке. Обобщая результаты исследований влияния ЭМИ КВЧ на клеточные мембраны и их модели, можно сделать вывод, что при облучении клеток крови наблюдаются как функциональные, так и структурные изменения их мембран. Мембраны, так же, как и элементы плазмы, могут играть главную роль в эффективном восприятии и дальнейшем проявлении действия ЭМИ КВЧ в функциональных изменениях на уровне всей клетки. Однако вопрос о конкретных физико-химических механизмах рецепции КВЧ-излучения элементами периферической крови и последующей передачи возбуждения к внутриклеточным структурам требует дальнейших исследований.
1. Крылов В.Н., Максимов Г.А. Физиологические аспекты КВЧ-терапии // Вестник Нижегор. ун-та, сер. биол. 2001. вып. 2(4). Миллиметровые волны в биологии и медицине. С. 8-15.
2. Корягин А.С., Ястребова А.А., Крылов В.Н., Корнаухов А.В. Влияние миллиметровых волн на устойчивость мембран эритроцитов, перекисное окисление липидов и активность ферментов сыворотки крови // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 2000. №2(18). С. 8-11.
3. Длусская И.Г., Калинкин С.В., Киселев Р.К., Дженжера
Л.Ю. Некоторые биохимические и функциональные показатели состояния
организма при многочасовой операторской работе в экстремальных условиях //
Физиол. человека. 1993.
Т. 19. № 1. С. 105-111.
4. Крылов В.Н., Дерюгина А.В., Капустина Н.Б., Максимов Г.А. Влияние КВЧ-воздействия на электрофоретическую подвижность эритроцитов // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 2000. №2 (18). С. 5-7.
5. Ильина С.А. Влияние миллиметрового излучения низкой интенсивности на свойства мембран изолированных эритроцитов и гемоглобина крови человека // Медико-биологические аспекты миллиметрового излучения: Сб. статей / Под ред. Н.Д. Девяткова. М., 1987. С. 149-169.
6. Девятков Н.Д., Бецкий О.В., Ильина С.А., Путвинский А.В. Влияние миллиметровою излучения низкой интенсивности на ионную проницаемость мембран эритроцитов // Эффекты нетеплового воздействия миллиметрового излучения на биологические объекты: Сб. статей / Под ред. Н.Д.Девяткова М., 1983. С. 78-96.
7. Cleary S.F., Garber F., Liu L.M. Effects of X-band microwave exposure on rabbit erythrocytes // Bioelectromagnetics. 1982. Vol. 3. P. 453-466.
8. Sheridan J.P., Priest R., Schoen P., Schnw J.M. The physical basis of electromagnetic interactions with biological systems Maryland, 1978.
9. Бриль Г.Е., Петросян В.И., Житенееа Э.А., Синицын Н.И., Девятков Н.Д., Гуляев Ю.В., Киричук В.Ф., Мартынов Л.А. Резонансная структура цельной крови, плазмы и гемолизата эритроцитов в миллиметровом диапазоне радиоволн // Миллиметровые волны в биологии и медицине: Сб. докладов 10 Российского симпоз. с межд. участием. М., 1995. С. 107-108.
10. Девятков Н.Д., Голант Н.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. М., 1991.
11. Бецкий О.В. Механизмы воздействия низкоинтенсивных миллиметровых волн на биологические объекты (биофизический подход) // Миллиметровые волны в медицине и биологии: Материалы XI Российского симпоз. с межд. участием. М., 1997. С. 124-126.
12. Киричук В.Ф., Волин М.В., Паршина С.С., Старостина Н.В. Характеристика изменений функциональной активности тромбоцитов больных нестабильной стенокардией под влиянием ЭМИ ММД в условиях in vitro // Миллиметровые волны в биологии и медицине: Сб. докладов 12 Российского симпоз. с межд. участием. М., 2000. С. 99-101.
13. Подоляко В.А., Макарчик А.В., Янкелевич Ю.Д. КВЧ-модуляция in vitro реологических свойств крови больных в остром периоде ишемического инсульта // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 2000. №. 4 (20). С. 53-55.
14. Бережинский Г.И., Гридина Н.Я., Довбешко Г.И., Лисица М.П., Литвинов Г.С. Голографическая регистрация воздействия КВЧ-излучения на водные растворы биологических молекул // Физика и техника миллиметр. и субмм. радиоволн: тезисы докладов I-го украинского симпозиума. Харьков. 1991, С. 116.
15. Абшилава А.О., Зданович О.Ф., Кичаев В.А., Парфенов А.С., Пославский М.В. Особенности воздействия электромагнитных волн миллиметрового диапазона на реологические свойства крови // Электронная промышленность. 1988. Вып. 8 (176). С. 22-23.
16. Хоменко А.Г., Новикова Л.Н., Каминская Г.O., Ефимова Л.Н., Голант М.Б., Балакирева Л.3., Гедымин Л.Е. Оценка функционального статуса фагоцитов крови при выборе оптимального режима КВЧ-терапии у больных туберкулезом легких // Миллиметровые волны в медицине и биологии: Сб. докладов 10 Российского симпоз. с межд. Участием. М., 1995. С. 13-15.
17. Гапеев А.Б., Чемерис Н.К. Действие непрерывного и модулированного ЭМИ КВЧ на клетки животных // Вестник новых медицинских технологий. 2000. Т. VII. №. 1. С. 20-25.
18. Заславская М.И., Корнаухов А.В. Влияние КВЧ-излучения миллиметрового диапазона на рецептор-зависимую адгезию нейтрофилов крови человека в норме и при ожоговой болезни // Материалы III межд. научно-технической конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии. ФРЭМБ 98». Вдадимир. 1998. С. 40-41.
19. Мудрик Д.Г., Голант М.Б., Изволъская В.Е., Слуцкий Е.М., Оганезoвa РА. Исследование хемилюминесценции лейкоцитов крови человека после воздействия низкоинтенсивного электромагнитного поля крайне высокой частоты // Миллиметровые волны в медицине и биологии: Сб. докладов 10 Российского симпоз. с межд. Участием. М., 1995. С. 109-111.
20. Киричук В.Ф., Головачева Т.В., Чиж А.Г. КВЧ-терапия. Саратов: Изд-во СарМГУ. 1999.
21. Балчугов В. А., Полякова А. Г., Анисимов С. И., Ефимов Е. И., Корнаухов А. В. КВЧ-терапия низкоинтенсивным шумовым излучением. Н. Новгород. Изд-во ННГУ. 2002. 192 с.