БИОФИЗИКА, 2015, том 60, вып. 3, с. 530-533
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 577.3
ДЕЙСТВИЕ КОМБИНИРОВАННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ С ОЧЕНЬ СЛАБОЙ ПЕРЕМЕННОЙ НИЗКОЧАСТОТНОЙ
КОМПОНЕНТОЙ НА ЛЮМИНОЛЗАВИСИМУЮ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИЮ КРОВИ МЛЕКОПИТАЮЩИХ
© 2015 г. В.В. Новиков, Е.В. Яблокова, Е.Е. Фесенко
Институт биофизики клетки РАН, 142290, ПущиноМосковской области
E-mail: йоста^@тай.ти Поступила в p едакцию 18.03.15 г.
Показано, что воздействие комбинированными постоянным (42 мкТл) и коллинеарным ему очень слабым переменным низкочастотным (1 Гц, 600 нТл; 4,4 Гц, 100 нТл; 16,5 Гц, 160 нТл) магнитными полями на гепаринизированную и р азбавленную фосфатным буфером венозную кровь человека при физиологических температурах вызывает резкое 3-4-кратное усиление ее хемилюминесценции после добавки люминола.
Ключевые слова: магнитное поле, кровь, xемилюминесценция.
Влияние, которое оказывают слабые магнитные поля (С МП) на процессы в живых организмах, является предметом исследований, не прекращающихся в течение многих лет [1-4]. Это представляет как теоретический, так и пр актический интер ес, связанный с чувствительностью многих людей к действию магнитных бурь [5], и с тем, что все мы подвергаемся электромагнитному облучению все возрастающим количеством приборов и бытовой техники. Отсутствие единого объяснения является естественным следствием сложности объекта - живого организма, а также многообразия возможных биофизических механизмов действия СМП [3]. К настоящему времени достигнут определенный прогресс в исследованиях эффектов и механизмов действия слабых и крайне слабых постоянных и переменных магнитных полей с параметрами, соответствующими диапазону естественных (геомагнитных) и искусственных (техногенных) магнитных полей - нано- и мик-ротесловые интенсивности и низкие частоты (единицы, десятки и сотни герц) [4,6,7].
Разработаны теоретические модели механизмов действия С МП [6-8], в которых опр е-делены наиболее вероятные первичные мишени их действия (магнитные моменты ядер биологически важных атомов; магнитные диполи электронных спинов, носителями которых являются парамагнитные молекулы, например,
Сокращения: СМП - слабые магнитные поля, АФК -активные формы кислорода.
кислород, радикалы и ион-радикалы). Сделан прогноз биологически активных параметров поля, определены вероятные пути трансдукции от первичных мишеней к эффекторным молекулам, которые, как и в случае для более сильных полей, могут являться активными формами кислорода (АФК), перекисями и пероксирадика-лами [7].
Хар актер ряда биологических эффектов СМП, регистрируемых в разных лабораториях, например стимуляция-ингибир ование регенера -торных процессов у планарий [9-12] или про -тивоопухолевое действие [13,14], ясно указывает на возможность участия АФК в их р еализации. Недавние экспер иментальные данные, полученные в опытах по регенерации хвоста у головастика [15], показывают, что регенер атор ный процесс сопровождается повышением содержания перекиси водорода и близких ей АФК в клетках регенерирующей ткани, при этом ин-гибирование обр азования перекиси химическими и генетическими методами нарушает регенерацию. О положительной роли АФК для организма млекопитающих при лечении злокачественных новообразований свидетельствуют данные, систематизированные в работе [16], об индукции АФК при действии практически всех из известных эффективных физических и химических противоопухолевых агентов, и устранении их эффектов при совместном использовании с антиоксидантами. Напротив, чрезмерная активация свободнорадикальных процессов вызывает окислительный стресс [17], оказывает
повреждающее действие на живые клетки и ткани, что особенно выражено в условиях недостатка антиоксидантных систем. Это лежит в основе развития ряда патологических состояний (воспаление, гипоксическое повреждение, атеросклероз, многие виды интоксикаций) и целого ряда наиболее тяжело пр отекающих болезней человека и животных (нейродегенера-тивных, сердечно-сосудистых, гормональных нарушений, многих иммунных заболеваний и
др.) [18].
Данная работа направлена на экспериментальный анализ возможности генерации свободных радикалов кровью млекопитающих при действии комбинированных магнитных полей с крайне слабой переменной низкочастотной компонентой. В работе использован метод хе-милюминесценции, предложенный Ю .А. Владимировым с соавторами [18] для определения радикалов и других АФК в крови млекопитающих - человека и лабораторных животных, основанный на регистрации хемилюминесцен-ции в присутствии химических активатор ов, в данном случае люминола. Это исследование является важным для более полного выяснения механизма биологического действия С МП и определения возможностей этого физического фактора для управления состоянием биообъекта.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для исследований использовали свежие образцы венозной крови из кубитальной вены от практически здоровых доноров с гепарином в качестве антикоагулянта. Кровь разводили в фосфатном буфере (147 мМ КаС1, 10 мМ Ка2НР04, 5 мМ КС1, рН 7,4). Для опытов готовили образцы следующего со става и объема : 200 мкл фосфатного буфера, 25 мкл гепа-ринизированной (20 М.Е. на 1 мл) крови, пред-вар ительно разведенной в соотношении 1:3. Образцы инкубировали пр и 37°С в плоскодонных цилиндрических кварцевых пробирках, закрытых парафильмом, в которых затем проводили регистрацию хемилюминесценции. Типичное время инкубации составляло 1 ч.
Образцы контрольных групп находились в локальном геомагнитном поле с постоянной составляющей ~ 42 мкТл и уровнем магнитного фона на частоте 50 Гц в 15-50 нТл, соответствующем этим показателям в экспериментальных группах, за исключением заданной искусственно переменной компоненты поля.
Установка для воздействия СМП со стояла из двух пар коаксиально расположенных колец Гельмгольца диаметром 140 см, о риентирован-
ных вдоль вектора геомагнитного поля. На одну пару колец подавали постоянный ток для формирования заданной величины постоянной составляющей магнитного поля 42 ± 0,1 мкТл. На вторую пару колец подавали электрический ток от генератора синусоидальных сигналов для формирования переменной компоненты поля. Амплитуда переменной компоненты составляла 860 ± 10 нТл. В опытах был использован трехчастотный сигнал 1,0; 4,4 и 16,5 Гц, показавший наибольшую активность в предыдущих опытах [13], с амплитудами отдельных частот 600, 100 и 160 нТл соответственно. Величины действующих магнитных полей определяли прямым измерением с помощью феррозондового датчика Mag-03 MS 100 (Bartington, Велико -британия).
После часовой инкубации измеряли интенсивность хемилюминесценции в контрольных и опытных образцах крови после добавки в них 10 мкл 10-2 М раствора люминола (Sigma, США). В работе использован хемилюминометр Lum-5773, измеряющий интенсивность света, возникающего в биологических образцах. Значения интенсивности свечения соответствовали световому потоку, т.е. количеству фотонов в единицу времени. П ри этом 1 мВ ~ 1 фотон/с. Полученные данные обработаны с помощью программы Statistka 6.0. Результаты статистически обработаны с применением t-критерия Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Как видно из рис. 1, часовая обработка разбавленной фосфатным буфером венозной крови человека вызывает резкую активацию хемилюминесценции образца после добавки в него люминола. Подобный эффект отсутствует в контрольных образцах. Следует отметить, что выр аженность и пр оявляемость эффекта существенно не зависят от пола донора крови (рис. 1 и 2). Представленные результаты, полученные в опытах in vitro, однозначно свидетельствуют о реакции крови млекопитающих на воздействие слабыми магнитными полями с переменной низкочастотной компонентой менее 1 мкТл.
Участие свободных радикалов и других активных форм кислорода в эффектах сильных магнитных и электромагнитных полей с индукцией магнитной компоненты свыше 100 мкТл обосновано с позиций спиновой химии [3,19]. Разрабатываются подходы к обоснованию биологических эффектов и более слабых полей с амплитудами, сравнимыми и меньшими, чем геомагнитное поле (50 мкТл) [7,8], содержащих крайне слабую низкочастотную компоненту.
532
НОВИКОВ и дp.
Рис. 1. Влияние слабых магнитным полей (постоянное магнитное поле 42 мкТл; пеpеменное магнитное поле 16,5 Гц, 160 нТл; 4,4 Гц, 100 нТл; 1 Гц, 600 нТл) на xемилюминеcценцию венозной ^ови доноpа мужчины ^и добавлении люминола. Контрольные (1) и опытные (2) обpазцы инкуб^овали 60 мин пpи 37°C, забоp кpови был пpоизведен за cутки до начала экcпеpимента. Пунктиpными линиями обозначены cтандаpтные отклонения. По оси абсцисс - вpемя в секундах (г, с) с момента введения люминола; по оси оpдинат -интенсивность хемилюминесценции (I, В), где 1000 фотон/с = 1 В.
Известно, что в ноp мальных условиях киcлоpод находится в основном в тpиплетном состоянии [17]. Для pеализации заp егиcтp иp ованных нами эффектов (генеpация АФК) тpебуетcя синглет-ный киcлоpод, котоpый может быть получен пpи действии СМП на магнитные моменты пpотонов в аквакомплексах cpеды и их оpга-низующем влиянии на систему электpонных спинов в ходе pеакции pадикалов с молекулами киcлоpода [7]. Этот описанный pанее теоpети-
чески пpоцесс, по-видимому, может являться источником необходимой энеpгии для пеpеxода между тpиплетным и синглетным со стояниями pеакционного комплекса, в частности, в компонентах ^ови млекопитающих, что xоpошо согласуется с полученными в данной pаботе экcпеpиментальными данными, как по напpав-ленности ^ оцессов (стимуляция пpоизводcтва АФК), так и по величинам частот и амплитуд пеpеменной компоненты поля (эффективные
Рис. 2. Влияние слабых магнитных полей (постоянное магнитное поле 42 мкТл; пеpеменное магнитное поле 16,5 Гц, 160 нТл; 4,4 Гц, 100 нТл; 1 Гц, 600 нТл) на хемилюминесценцию венозной ^ови доноpа женщины ^и добавлении люминола. Обозначения соответствуют ^теденным на pис. 1.
экспериментально величины магнитных полей соответствуют теоретически прогнозируемым). При рассмотрении механизма влияния СМП на кровь млекопитающих следует учесть, что дезоксигемоглобин эритроцитов перифер иче-ской венозной крови является магниточу
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.