= НЕИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
УДК [57+61]::539.1.04:598.261.7:537:612.014.426
ЭМБРИОГЕНЕЗ ЯПОНСКОГО ПЕРЕПЕЛА В ГИПОМАГНИТНЫХ УСЛОВИЯХ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ДАЛЬНИМ КОСМИЧЕСКИМ ПОЛЕТАМ
© 2014 г. К. А. Труханов1, *, Т. С. Гурьева1, О. А. Дадашева1, О. С. Круглов1,
В. М. Лебедев2, А. В. Спасский2
Институт медико-биологических проблем РАН, Москва 2НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына, МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва
В дальнем космическом полете и на поверхности Луны и Марса человек, а также другие живые системы окажутся в гипомагнитных условиях, что отрицательно скажется на их жизнедеятельности. В работе описаны эксперименты по воздействию сниженного в 80—100 раз геомагнитного поля (использовали кольца Гельмгольца) на ранний период (4 и 10 сут) развития эмбрионов японского перепела. Японский перепел рассматривается как один из возможных элементов биорегенеративных систем жизнеобеспечения. Показано, что гипомагнитные условия вызвали у эмбрионов серьезные нарушения в формировании сердечно-сосудистой и других систем, наблюдалось заметное отставание в развитии. Некоторые из нарушений несовместимы с полноценной жизнедеятельностью. Полученные результаты развивают и дополняют имеющиеся в литературе данные, что гипомагнитные условия оказывают отрицательное воздействие на организм в стадии развития. Одним из возможных решений проблемы гипомагнитных условий в межпланетном пространстве является создание в отсеках корабля, занимаемых человеком и живыми системами, а также на лунной (и марсианской) базах аналога геомагнитного поля при помощи специальных магнитных систем. Возможное существенное сокращение сроков дальних пилотируемых полетов за счет разработки принципиально новых энергодвигательных комплексов не снимет проблемы воздействия гипомагнитных условий межпланетного пространства.
Радиационная биология, радиоэкология, гипогеомагниныеусловия, биологическое действие гипомагнитных условий межпланетного пространства, биорегенеративные системы жизнеобеспечения в космосе.
БО1: 10.7868/8086980311402012Х
В последнее время появляется все больше экспериментальных и теоретических данных, свидетельствующих о важности геомагнитного поля (ГМП) для жизнедеятельности. Это особенно существенно для человека, поскольку и на производстве, и в быту он все в большей степени подвергается воздействию пониженного ГМП.
При обследовании операторов, длительно работавших в помещениях, экранированных от ГМП, выяснилось, что в первую очередь страдает нервная система [1, 2]. Возникает дисбаланс основных нервных процессов, например, в виде преобладания торможения, удлинения времени реакции на появление объекта в режиме аналогового слежения, возрастания амплитуды нормального физиологического тремора. Кроме нервной страдают сердечно-сосудистая, иммунная систе-
* Адресат для корреспонденции: 123007 Москва, Хорошевское ш., 76А, ГНЦ РФ - ИМБП РАН; e-mail: trukhkt@ com2com.ru.
мы, система крови и др. [1, 2]. Наблюдается эффект магнитной депривации [3].
В России изданием СанПиН 2.1.8/2.2.4.248909 впервые в мире законодательно установлены ограничения на предельные величины ослабления ГМП.
Биологическое действие гипомагнитных условий (ГМУ) оказывается весьма важным и для такой области человеческой деятельности, как пилотируемые полеты в дальнем космосе и длительная работа на будущей лунной базе [4].
Надо сразу же отметить, что для пилотируемых околоземных полетов на низких орбитах проблема воздействия ГМУ, по-видимому, несущественна. Дело в том, что главное магнитное поле Земли, т.е. поле без учета магнитных аномалий (Южно-Атлантической и др.), принято представлять как поле магнитного диполя, находящегося почти в центре планеты на глубине более 6 тыс. км. Поэтому на орбите высотой 400—700 км расстояние от диполя увеличивается незначительно, и
уровень геомагнитного поля на борту космического объекта оказывается лишь на 20—30% меньшим, чем поле в регионе, над которым он проходит [5, 6]. Ослабление ГМП на борту ниже тех значений, которые регламентированы как предельные в СанПиН 2.1.8/2.2.4.2489-09 для жилых и общественных зданий на Земле.
На космонавтов при околоземных полетах воздействует другой фактор, связанный с ГМП — колебания его уровня на борту вследствие периодического изменения объектом (станцией) геомагнитных координат [5, 6]. Амплитуда колебаний составляет 20—40% от среднего уровня ГМП на орбите, что намного превышает уровень самых сильных магнитных бурь. Эти колебания и магнитные бури сказываются на состоянии человека во время полета и даже в период наземной реабилитации [7].
При полетах в дальний космос и работе на лунной базе человек окажется в межпланетном магнитном поле, которое в тысячи и десятки тысяч меньше, чем привычное ГМП. Кроме того, оно лишено некоторых его колебаний (например, шумановских и Рс, имеющих, по-видимому, биологическую значимость [5, 6]). В этом поле окажутся и биорегенеративные системы жизнеобеспечения, что может повлиять на состояние их элементов и нарушить устойчивую работу системы в целом.
При полетах по программе "Аполлон" (в том числе и с высадкой на Луну) астронавты находились вне ГМП лишь 10—12 сут. Перед этими полетами в США были поставлены наземные эксперименты по исследованию возможных нежелательных последствий 10-суточного пребывания человека в ГМП, пониженном до 50 ± 30 нТл, т.е. примерно в 103 раз. Существенных изменений в состоянии организма найдено не было [8]. По-видимому, такой результат был обусловлен как сравнительно малым временем пребывания испытателей в ГГМУ (гипогеомагнитные условия), так и высоким уровнем состояния здоровья испытуемых. Обнаружилось снижение частоты слияния световых мельканий — ЧССМ [8], что свидетельствовало о воздействии на центральную нервную систему. После выхода из "магнитного вакуума" величина ЧССМ через некоторое время восстанавливалась.
Следует подчеркнуть, что при хроническом воздействии на оргнизм ГГМУ на рабочих местах, причем лишь во время смены и при значительно меньшем ослаблении ГМП, у персонала наблюдались постепенно нарастающие неблагоприятные изменения в состоянии организма [1, 2].
Пребывание биологических объектов в сильно ослабленном ГМП зачастую приводит к крайне нежелательным последствиям. Так, при ослаблении ГМП в 700—1000 раз существенно меняется поведение белых крыс-самцов: резко возрастает их агрессивность, наблюдаются и другие изменения в организме [9, 10]. Особенно действует ГГМУ на биологические объекты в стадии развития. Например, после 5 сут нахождения личинок тритонов в магнитном поле 50 нТл на 20-е сут наблюдали общее замедление развития, неправильное формирование позвоночника и глаз, появлялись двухголовые особи [11]. В поле, ослабленном в 250 раз, останавливался рост двухклеточного зародыша мыши [12]. При инкубировании куриных яиц в поле менее 50 нТл у 20—40% вылупившихся цыплят наблюдались парезы ног и крыльев [13].
Длительное время были совершенно не ясны механизмы, отвечающие за биологические эффекты, вызванные отсутствием постоянного магнитного поля. Сейчас имеются теоретические работы, объясняющие эффекты биологического действия ГМУ на основе квантово-механических и других моделей [14, 15].
Одним из возможных решений проблемы ги-помагнитных условий в межпланетном полете является создание в обитаемом объеме космического корабля искусственного аналога ГМП при помощи специальных магнитных систем. Оказалось, что такие системы не будут обладать ни значительной массой, ни заметным энергопотреблением [16]. Возможно, потребуется создание аналога ГМП, например, в космической оранжерее или на космической ферме, имеющей большие габариты вне обитаемого отсека корабля. Необходимые параметры (режимы) установки должны быть определены на основе детальных исследований. Такое же решение применимо и на лунной базе.
Биологические замкнутые системы жизнеобеспечения человека рассматривают возможность включения в них представителя гетеротрофного звена, одним из которых может быть японский перепел (Coturnix coturnix japónica) [17]. Это самая маленькая птица из отряда куриных весом не более 120 г. Цикл развития от закладки яиц в инкубатор и до выведения птенцов составляет всего 17.5—18 сут. По питательным свойствам перепелиные яйца превосходят куриные, к тому же они могут длительно храниться, так как в белке яйца присутствует лизоцим. Лизоцим обладает уникальным сочетанием ферментных, антибактериальных, иммуномодулирующих и противовоспалительных свойств, что делает яйца перепела диетическим лечебным продуктом. Все это
позволяет рассматривать перепела как представителя гетеротрофного звена в замкнутой биорегенеративной системе жизнеобеспечения [17].
В связи с тем, что эмбрион перепела развивается вне матери, он активно реагирует на изменения факторов внешней среды, что представляет для исследований большие возможности [18].
Эмбриональное развитие — это процесс, имеющий две взаимосвязанные характеристики: рост и дифференциацию. Поэтому, основываясь только на внешних признаках развития зародыша, можно выделить последовательные стадии в развитии эмбриона японского перепела, которые отличаются условиями, в которых проходит развитие зародыша, а также особыми формами обмена веществ.
П.Г. Светлов создал теорию критических периодов в онтогенетическом развитии животных [19].
В эмбриональном развитии японского перепела можно выделить четыре временные критические этапа: 4-е, 7-е, 10-е и 15-16-е сут развития, характеризующиеся не только анатомическими и морфометрическими отличиями, но и особыми формами обмена. В эти периоды повышенной чувствительности эмбрион птицы реагирует на измененные факторы среды. Поэтому, зная норму развития зародыша, когда и как развиваются органы и отдельные системы, можно предположить, какое влияние на развитие могут оказать те или иные факторы внешней среды.
Анализ литературы и результаты, полученные в экспериментах по изучению эмбриогенеза особей японского перепела, развившихся в различных условиях среды, позволили рассмотреть вопрос об использовании эмбрионов как объекта для оценки биологического воздействия ГГМУ, что и является цел
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.