Влияние низкоинтенсивных электромагнитных излучений на функциональную активность биологических объектов разного уровня организации (стр. 1 )

На правах рукописи

влияние низкоинтенсивнЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ на функциональную активность БИОЛОГИЧЕСКИх ОБЪЕКТов разного уровня организации

03.00.13- физиология

03.00.04 - биохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Нижний Новгород

2008

Работа выполнена в Нижегородской государственной медицинской академии и Нижегородском государственном университете им. .

Научные консультанты:

- доктор биологических наук, заслуженный деятель науки РФ,

профессор

- доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор

Доктор биологических наук, профессор

Доктор медицинских наук, профессор

Ведущая организацияУ

Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики (РФЯЦ – ВНИИЭФ, г. Саров)

Защита состоится «23» октября 2008г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.166.15 при Нижегородском государственном университете им. по адресуУ 603950, Н. Новгород, пр. Гагарина, корп.1, биологический факультет.

Факс [phone]

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета им.

Автореферат разослан «_____» ___________ 2008г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук, доцент

Общая характеристика работы.

Актуальность исследования. Низкоинтенсивные электромагнитные излучения (ЭМИ) в настоящее время находят широкое приме­нение в физиологии и медицине. Известно, что ЭМИ низкой интенсивности различных диапазонов, например, светового и сверхвысокочастотного (СВЧ), способны существенно влиять на функциональное состояние живых клеток, тканей и организм в целом. (Григорьев и др.,1999; Кару 2003, 2005; Клебанов и др., 2006; Grundler et al.,1992; Vaishnavi et. al.,1998; Fiksdal, Tryland, 1999; Karu, 2003).

На практике чаще всего используют низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ), в частности, гелий-неоновых лазеров (Лескин и др.,1990; Александров, 1991; Илларионов, 1992; Галанкина и др., 1996; Клебанов и др., 1997; Козел, Попов, 2000; Кару 2005). Однако применение лазеров имеет естественные ограничения, связанные как с санитарно–гигиеническим нормированием (ОСТ 25 1296-88, 1988), так и относительно сложным инженерным обслуживанием (Александров, 1991). Известно, что позитивное, стимулирующее действие НИЛИ проявляется, как правило, в узком интервале доз облучения, а затем исчезает или даже сменяется угнетающим действием (Барбараш и др., 1996; Зверева, Грунина, 1996; Петрищев и др., 1999; Ernst, Fialka, 1993).

С другой стороны показано, что когерентность излучения не является фак-тором, определяющим тот или иной биологический или терапевтический эф-фект (Кару, 1986; 1989; Барбараш и др., 1996; Зверева, Грунина, 1996; Ernst, Fialka, 1993). На основании исследований авторов можно предположить, что наблюдаемые эффекты следует связывать не с влиянием собственно когерент-ности или некогерентности света, а с разницей в спектре излучения. В связи с этим, вполне обоснована разработка и использование специальных излуча-телей света с широким спектральным диапазоном (Монич, 1991). В отличие от излучения лазера, свет данных источников (свечение органических красителей) имеет относительно широкие спектральные диапазоны (50 – 100 нм), близкие по ширине к спектральным линиям поглощения биологических объектов. Однако для обоснования и внедрения таких излучателей в физиологию и практическую медицину необходимы соответствующие сравнительные исследования, позволяющие доказать их преимущество перед известными и вскрыть механизмы тех или иных эффектов. Соответственно, такие исследования целесообразно проводить на биологических объектах разного уровня организации – от простейших до человека. Вместе с тем, на уровне сложного организма млекопитающих важно проследить изменения, возникающие при воздействии ЭМИ как на уровне целостного организма, так и на уровне его изолированных систем, органов, тканей. Кроме того, учитывая перспективы проводимого анализа для практики, необходимо доказать эффективность воздействия некогерентного света на моделях соответствующей патологии.

Удобным объектом исследования являются микробные популяции, так как, сравнительная простота таких объектов позволяет изучать механизмы воздействия на клеточном, популяционном и биоценотическом уровнях. Опыты на одноклеточных организмах позволяют обоснованно показать наличие или отсутствие эффекта при работе с низкоинтенсивным излучением и вывести соответствующие количественные закономерности.

Важной задачей, с точки зрения изучения механизмов прямого воздействия видимого света на целостный организм, является изучение его эффектов при непосредственном воздействии на центральную нервную систему (ЦНС) млекопитающих. Имеющиеся данные по воздействию на ткани головного мозга некогерентным светом немногочисленны и характеризуются противоречивостью (Веллинг,1986; Wade et al, 1988).

Учитывая, что важнейшей проблемой современной биологии и медицины является поиск средств и методов терапии сердечно-сосудистых заболеваний, важным представляется исследование воздействия видимого света на моделях альтерации системы кровообращения – ишемия миокарда, геморрагический шок и др.

Работа выполнялась в рамках отраслевой темы научных исследований Минсоцздрава России «Разработка физико-химических основ патогенеза и новых средств профилактики и лечения заболеваний человека», ? 029/020/00/, в соответствии с планом НИР кафедры медицинской физики и информатики НижГМА «Биоомодуляция внутренних органов низкоинтенсивными электромагнитными излучениями в эксперименте» и в соответствии с планом НИР кафедры физиологии и биохимии человека и животных ННГУ «Изучение физиологических механизмов действия низкоинтенсивных электромагнитных полей и излучений в условиях нормы и альтерации функций организма человека и животных.

Цель исследования: изучение и сравнительная оценка действия широко-полосного света видимого диапазона (ШС), низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) – диапазона на биологические объекты различного уровня организации.

Задачи исследования:

1.  Оценить действие ЭМИ ШС, НИЛИ и СВЧ на изолированные системы:

-  Esherichia coli М-17 (E. coli М-17);

-  клетки донорской крови.

2. Изучить действие низкоинтенсивного широкополосного видимого света (красного и зеленого диапазонов) на функциональное состояние структур головного мозга кошек.

3. Исследовать влияние НИЛИ и ШКС на структуру и функцию ишемизированного сердца крыс (изолированного и in situ) в реперфузионный период.

4. Определить изменения уровня супероксиддисмутазы (СОД) и перекисного окисления липидов (ПОЛ) в постишемическом миокарде крыс после воздействия на него НИЛИ и ШКС.

5. Оценить эффективность влияния НИЛИ и ШКС на показатели гомеостаза, а также на восстановление вегетативных функций организма крыс, перенесших клиническую смерть в результате острой массивной кровопотери.

Научная новизна работы. Впервые изучено влияние ЭМИ различных диапазонов на рост E. сoli М -17. Выявлено сходство и различие действия ШКС и НИЛИ на микроорганизмы в зависимости от длительности воздействия.

Впервые изучено влияние низкоинтенсивного широкополосного видимого света различных диапазонов и НИЛИ на резистентность эритроцитов и фагоцитарную активность нейтрофильных лейкоцитов крови человека. Установлено, что воздействие ШКС и НИЛИ в одинаковой степени повышают осмотическую резистентность эритроцитов донорской крови и стимулируют фагоцитарную активность нейтрофилов.

Впервые показано изменение электрической активности зрительной коры головного мозга кошек при воздействии на ретикулярную формацию среднего мозга широкополосным видимым светом разного диапазона. Выявлено, что наибольшую эффективность воздействия оказывает широкополосный красный свет по сравнению с зеленым. В тоже время показано, что воздействие видимым светом на кору головного мозга менее эффективно по сравнению с действием на ретикулярную формацию.

Впервые показано наличие порогового уровня интенсивности НИЛИ при восстановлении функций изолированного сердца крыс после ишемии. Превышение указанного порога вызывает фибрилляцию, препятствует восстановлению сердечной деятельности, приводящее в дальнейшем к полной остановке сердца.

Впервые изучены эффекты воздействия НИЛИ и ШКС на миокард крыс in situ в постишемическом периоде. Выявлено, что ШКС, в отличие от НИЛИ, сокращает время восстановления сердечной деятельности, нормализует микроциркуляцию и предотвращает деструктивные изменения митохондрий и СПР в кардиомиоцитах, снижая уровень продуктов ПОЛ и повышая уровень СОД в тканях миокарда.

Впервые изучено влияние НИЛИ и ШКС на показатели гомеостаза, а также восстановление вегетативных функций организма крыс, перенесших клиническую смерть в результате острой массивной кровопотери. Выявлено, что обработка реинфузируемой крови крыс НИЛИ приводит к улучшению ее функциональных характеристик, а обработка реинфузируемой крови ШКС более эффективно, чем НИЛИ, повышает содержание гемоглобина и осмотическую резистентность эритроцитов.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные расширяют представление о применении ШС и НИЛИ в физиологической и медицинской практике. В результате исследования установлены особенности влияния ШС и НИЛИ на микробные популяции, цельную кровь, функциональное состояние нервной ткани, миокард в постишемическом периоде, показатели гомеостаза и восстановление вегетативных функций лабораторных животных, перенесших клиническую смерть в результате острой массивной кровопотери.

Установленные зависимости влияния ЭМИ СВЧ-диапазона, НИЛИ и широкополосного света на микроорганизмы, могут быть использованы в лабораторной и клинической практике.

Экспериментальные данные, полученные при исследовании воздействия широкополосным светом разного диапазона на цельную донорскую кровь, доказывают перспективность использования данного излучения в клинической практике, в процессе физиотерапевтических процедур, с целью повышения стимуляции фагоцитарной активности нейтрофильных лейкоцитов и резистентности эритроцитов.