РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2012, том 52, № 6, с. 608-615
= НЕИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
УДК [57+61]::539.1.04:537.53:611.81
К ВОПРОСУ О СТЕПЕНИ УЧАСТИЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА В РЕАКЦИЯХ НА МАГНИТНОЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЯ МАЛЫХ УРОВНЕЙ © 2012 г. С. Н. Лукьянова, А. В. Меркулов*
Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России, Москва
Экспериментальный анализ суммарной и импульсной биоэлектрической активности различных отделов головного мозга кролика свидетельствует о неоднозначной степени их участия в реакциях центральной нервной системы на магнитное и электромагнитное поля малых уровней с разными параметрами и условиями экспозиции. Это различие определяется не координатами расположения структуры в мозге и интенсивностью воздействующего поля, а прежде всего ее функциональным состоянием, что находит отражение в фоне. Искусственное изменение исходного функционирования структур (введение кофеина или адреналина) изменяло степень их участия в реакции мозга соответственно механизму действия препаратов. Наличие и выраженность ответа структуры зависели и от биологической значимости воздействия, что во многом определяется режимом, параметрами и условиями экспозиции. Изменение этих показателей оказывало влияние на участие отделов мозга в его реакции соответственно адаптационному ответу организма.
Кролик, отделы мозга, импульсная и суммарная биоэлектрическая активность, участие в реакции, функциональное состояние, ПМП, ЭМПРЧ.
Реакции мозга на магнитное и электромагнитное поля малых уровней, не вызывающих магнитной стимуляции или нагрева нервной ткани, сохраняются предметом дискуссии. Одна из актуальных задач — прогнозирование соответствующих ответов организма, которое в настоящее время строится на дозиметрической и физиологической оценках. Имеющиеся данные показывают, что они не всегда совпадают, и для низкоинтенсивного поля нет прямой пропорциональной зависимости биологического ответа от его интенсивности [1— 4]. Данные литературы, в том числе и собственные многолетние исследования, свидетельствуют о преимущественно непосредственном действии постоянного магнитного поля (ПМП) и электромагнитного поля радиочастотного диапазона (ЭМП РЧ) на ткань мозга [5—7]. Определяющее значение для проявления таких реакций в случае низкой интенсивности поля имеет исходный фон [8—10]. Исследования с вживленными электродами, перерезками в мозге (препараты "cerveau isole", "encephale isote"), разрушением отдельных структур электрическим током показали, что нет такой специфической группы структур, которая необходима для проявления реакции мозга на данные воздействия [5—7].
* Адресат для корреспонденции: 123182 Москва, ул. Живописная, 46, ФГБУ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России; тел./факс: (499) 190-96-60; e-mail: merku1off@bk.ru.
Совокупность исследований, приведенных в статье, дополняет и развивает эти представления, подчеркивая важную роль исходного функционального состояния структур и биологической значимости воздействия для формирования внут-рицентральных взаимоотношений в реакции мозга на ПМП и ЭМП РЧ малых уровней.
Впервые описывается импульсная активность отдельных нейронов подкорковых образований головного мозга в условиях действия ПМП и ЭМП РЧ различных параметров. Эти данные с учетом дозиметрической оценки и материалов литературы представляют практический интерес для науки (механизм формирования реакции мозга) и гигиены (соотношение интенсивности поля и физиологического ответа как основа его прогнозирования).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Эксперименты выполнены на взрослых кроликах-самцах породы шиншилла. Животных приобретали в едином питомнике и в процессе экспериментов содержали в сходных условиях вивария.
Изучали импульсную и суммарную биоэлектрическую активность различных отделов головного мозга в условиях однократного кратковременного действия факторов магнитной и электромагнитной природы малых уровней. Выбирая
структуры мозга для оценки их участия в реакциях на ПМП и ЭМП РЧ, эксперименты были ориентированы на имеющиеся соответствующие сведения из литературы; значимость структуры как центра важных функциональных систем; данные о механизме формирования веретенообразных колебаний в а-диапазоне ЭЭГ [5, 6, 13]. Были исследованы сенсомоторная и зрительная области коры головного мозга, гиппокамп, неспецифические ядра таламуса, гипоталамус, ретикулярная формация среднего мозга.
Погружение электродов в глубинные структуры мозга осуществляли традиционными способами, широко описанными в физиологической литературе и наших исследованиях [7, 11, 12], в соответствии с координатами, приведенными в стереотаксическом атласе Е. Фивковой и Дж. Маршала [13]. Для выбранных образований это были следующие величины: гиппокамп (Hippocampus): P 1.5—2.0 мм, sd 1—2 мм, h 5—6 мм; та-ламус неспецифический (Thalami): A 1 мм, sd 1— 2 мм, h 11—12 мм; гипоталамус (Hipothalami): A 1 мм, sd 1—2 мм, h 13.5 мм; ретикулярная формация среднего мозга (R. F.): P 9—10 мм, sd 3.0— 3.5 мм, h 18 мм.
Проведено три серии экспериментов, в которых изучали:
1) сравнительную характеристику реакций нейронов разных отделов мозга на воздействие ПМП и ЭМП РЧ различных параметров (20 животных);
2) реакции нейронов разных отделов мозга на воздействие ПМП в условиях измененного фона путем введения кофеина (внутримышечно в дозе 50 мг/кг, 5 животных) или адреналина (внутривенно в дозе 0.03 мг/кг, 5 животных);
3) изменения в суммарной биоэлектрической активности разных отделов мозга на воздействие ЭМП РЧ различных режимов и условий экспозиции (10 животных).
Детальная количественная характеристика серий (количество нейронов и характеристики суммарной активности в каждом конкретном эксперименте) приведена в таблицах результатов исследований.
Воздействующими факторами были: ПМП с магнитной индукцией 46 или 100 мТл; ЭМП РЧ 1 или 10 ГГц с амплитудным значением плотности потока энергии эквивалентной плоской волны (ППЭ) 200 мкВт/см2 в непрерывном или им-пульсно-модулированном режиме (в серии с ЭМП РЧ 1 ГГц частота повторения импульсов 60 Гц, длительность импульсов 8 мс). ПМП создавалось промышленным электромагнитом, питаемым от источника постоянного тока. Во время эксперимента голова кролика располагалась между полюсами магнита, и расстояние между ними определяло величину магнитной индукции,
создаваемого ПМП [7]. Источниками линейно поляризованного ЭМП РЧ 1 и 10 ГГц служили высокочастотные генераторы сигналов Г4-121 и Г4-111 (оба производства СССР) с соответствующими усилителями мощности и рупорными антеннами. Во время эксперимента голова кролика находилась в дальней зоне поля антенны, т.е. в области сформированной плоской электромагнитной волны. Экспериментальная камера соответствовала условиям работы с ЭМП РЧ и неоднократно была нами описана [11, 14]. Интенсивность неискаженного ПМП и ЭМП РЧ контролировалась каждый раз перед началом экспозиции в отсутствии животного с помощью миллитесламетра ТП2-2У (Россия) и широкополосного измерителя Narda EMR-300 (ФРГ).
Схема эксперимента в первых двух сериях была одинаковой: 1 мин фон — 1 мин воздействие — 1 мин после выключения фактора ("последействие"). В каждом исследовании эта схема повторялась 2—5 раз с обязательным чередованием с контролем (ложное воздействие). В третьей серии схема исследования представляла собой: 5 мин — фон; 2 или 10 раз по 5 мин с интервалами 5— 15 мин — период действия и 5 мин — "последействие". Эта серия сопровождалась соответствующим контролем.
Отведение биопотенциалов было монополярным, с расположением индифферентного электрода на ухе кролика. Референтным электродом для записи нейронной активности служил стеклянный капилляр (диаметр кончика 1—3 мкм), заполненный 2.5 моль/л раствором NaCl c сопротивлением 5—20 МОм. Суммарную биоэлектрическую активность отводили с помощью вживленных электродов, представляющих собой хлорвиниловые пипетки, заполненные физиологическим раствором на основе агар-агара. Система отведения биопотенциалов была усовершенствована нами и не содержала металла, что ранее было описано [2, 11, 14, 15] и удовлетворяло условиям работы с ЭМП РЧ. Аппаратно-программный комплекс производства компании "Nihon Kohden" (Япония) позволял усиливать, регистрировать и обрабатывать импульсную и суммарную активность головного мозга.
Статистическую оценку производили индивидуально для каждого нейрона и записи суммарной активности (сравнивая фон, периоды действия и "последействия") и по их группам, используя параметрический (i-критерий Стью-дента) или непараметрический (х2) критерии соответственно, с помощью программного пакета '^аИ81ка" (Россия).
При описании результатов выделены только статистически значимые изменения относительно исходного фона в различных образованиях коры и подкорки, что в процентном отношении
Таблица 1. Сравнительная характеристика прочности реакций нейронов на воздействие ПМП и ЭМП РЧ в разных отделах головного мозга кролика
Доля нейронов, статистически значимо урежающих частоту импульсации (относительно исходного фона) на воздействие, %
мозга ПМП, мТл ЭМП РЧ, ГГц ложное
46 100 1 10 (контроль)
Cort s-m 25.8* 37.8* 42.3** 39.5* 8.2
(n = 31) (n = 45) (n = 52) (n = 38) (п = 62)
Cort vis. 28.8* 33.9* 48.5* 48.6* 9.8
(n = 45) (n = 53) (n = 33) (n = 35) (п = 71)
Hippocampus 20.0 (n = 40) 18.9 (n = 37) 23.6 (n = 38) 27.2 (n = 33) 10.1 (п = 41 )
Thalami 33.3* 29.6* 40.5* 27.7* 10.0
(n = 36) (n = 27) (n = 42) (n = 54) (п = 60)
Hypothalami 56.1*** (n = 41) 54.0*** (n = 37) 70.2*** (n = 37) 62.8*** (n = 43) 10.1 (п = 59)
R. F. 20.5 22.5 18.6 22.6 11.7
(n = 39) (n = 40) (n = 43) (n = 31) (п = 61)
Примечание. п — количество записанных нейронов.
*, **, *** — статистически значимые изменения относительно контроля по критерию х2 прир < 0.05, р < 0.005 ир < 0.001 соответственно.
позволяет представить сравнительную характеристику их участия в реакциях мозга на изучаемые воздействия.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Изменения в суммарной и импульсной активности мозга при воздействии ПМП и ЭМП РЧ малых уровней были описаны в наших работах ранее [2, 7, 8, 1
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.