БИОФИЗИКА, 2008, том 53, вып.5, с.817-821
= БИОФИЗИКА КЛЕТКИ =
УДК 577.3
ВЛИЯНИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЭЛЕКТР ОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МИЛЛИМЕТР ОВОГО ДИАПАЗОНА НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КЛЕТОК Saccharomyces cerevisiae
© 2008 г. О.М. Гаркуша, Р.В. Мазуренко, С.Н. Махно, П.П. Горбик
Институт химии поверхности НАН Украины, 03164, Киев, ул. Генерала Наумова, 17, Украина
E-mail: dvdrusik@ukr.net Поступила в p едакцию 20.11.06 г. После доработки 22.10.07 г.
И сследованы два механизма (пузыр ьковый и резонансный) взаимодействия электр омагнитного излучения миллиметрового диапазона с модельными клеточными системами на примере Saccharomyces cerevisiae. Показано, что эффект стимуляции активности клеток пр и электр о -магнитном облучении имеет ярко выраженный резонансный характер. Также наблюдался эффект, вызванный стимуляцией жизнедеятельности др ожжевых клеток пр и тепловом импульсном воздействии, который может быть описан в рамках пузырькового механизма. Показана возможность реализации обоих механизмов.
Ключевые алова: электромагнитное излучение, миллиметровые волны, биологиче^ие клетки, биологичеcкий отклик.
Интенсивное развитие радио- и электрокоммуникаций, различных электронных устройств пр иводит к значительному «электромагнитному загрязнению» окружающей среды. Поэтому возникает интерес к изучению влияния на биологическую среду и человека неионизирующего низкоинтенсивного (до 2 мВт) электромагнитного излучения (ЭМИ), в частности диапазона крайне высоких частот (КВЧ) - 30 - 300 ГГц (длина волны ~10-3 м). Известно, что волны этого диапазона практически не проникают в тело животного и в питательные среды мик-роор ганизмов [1]. Энергия квантов низкоинтенсивного КВЧ-излучения меньше энергии теплового движения атомов и молекул и значительно меньше энергии водородных связей в живых организмах, поэтому такое излучение не влияет на структуру молекул.
Во многих публикациях указывается на существование р езонансного взаимодействия ЭМИ миллиметрового диапазона с собственными когерентными колебаниями клеток в живых системах [2-4], выявлен частотно-селективный характер указанного взаимодействия. Согласно резонансному (синхронизирующему) механизму, влияние ЭМИ происходит благодаря образованию на клеточных мембранах так называемых белковых «подструктур». Подструктуры формируются из белковых молекул, в
Сокращения: ЭМИ - электромагнитное излучение, КВЧ
которых одна из резонансных частот совпадает с частотой акустоэлектрической волны, распространяющейся по мембране и поддерживаемой метаболизмом клетки. Внешнее излучение определенной частоты имитир ует сигналы, выр а-батываемые клеткой [5] при протекании процессов восстановления и поддержания гомео-стаза, синхр онизируя (усиливая) их.
В литературных источниках вопрос о существовании собственных акустоэлектрических колебаний клетки обсуждался неоднократно [6,7]. Авторы работы [6] признают, что мощность, излучаемая клеткой весьма незначительна по величине (~10-35 Вт) и, следовательно, носит шумовой характер. С другой стороны, предполагается, что для клеток одного вида собственные волны будут когерентными, за счет чего и поддерживаются колебания внутри системы .
Нар яду с опубликованными данными, свидетельствующими о взаимодействии биосистем с низкоинтенсивным ЭМИ, имеются другие данные; так авторы работ [8,9] не наблюдали биологического отклика организмов, хотя использовали совершенную аппаратуру.
Общепр инятым является утверждение об определяющей роли мембр ан при формир овании биологического отклика на внешнее физическое воздействие. Мембрана способна регулировать внутриклеточную и интерстициальную воду, а также энергетические и биохимические процессы в клетке путем изменения диффузии ионов
V, мл /мин
О 50 100 150 200
мин
Рис. 1. Зависимости скорости газовыделения дрожжевой суспензией: 1 - контрольный образец, 2 -образец, облученный на частоте 61,5 ГГц в течение 90 мин.
и других субстратов. Внешнее воздействие на клетку может изменять ее функции, в частности ионный транспорт чер ез мембр ану. Существуют публикации о том, что после КВЧ-облучения увеличивается проницаемость мембран эритроцитов для ионов калия, для диффузного транспорта [10] и др.
По мнению других авторов [11], именно облучение водной суспензии клеток низкоинтенсивными электромагнитными микроволнами является основной причиной, вследствие которой создаются дополнительные условия для р еа-лизации и проявления биологического отклика на внешнее воздействие. На начальной стадии происходит превращение энергии электромагнитной волны в тепло. Под действием облучения возникает температурный градиент, в поле которого происходит изменение режима функционирования мембран клеток, что обуславливает дегазацию водной суспензии по пузырьковому механизму [11]. Таким обр азом, реализуется раздражение клеток, за счет чего возникают изменения физиологического со стояния биологических объектов. Этот механизм, согласно литер атурным данным, исключает резонансный.
Отклик биосистемы на влияние КВЧ-излу-чения будет зависеть от предыстории биологических объектов и методов подготовки их к эксперименту. При использовании для приготовления суспензий электромагнитных ультразвуковых смесителей [12], осветительных приборов, имеющих полосатые спектры излучения, необходимо учитывать все факторы, влияющие на состояние исследуемых образцов.
Теоретические и экспериментальные исследования показали, что влияние КВЧ проявляется, прежде всего, на клеточном уровне [13]. Клетка является автономно функционирующим организмом, активность которого может быть
усилена при мобилизации его резервных возможностей под воздействием внешних факторов. Изучение первичных этапов реакции живых организмов на ЭМИ целесообразно проводить на одноклеточных организмах и изолированных клетках, поскольку в данных живых системах реакция на внешнее воздействие не опосредствована рецепторными механизмами, в частности нер вной системой.
Для исследования удобно выбрать хорошо изученный одноклеточный организм, активность жизнедеятельно сти котор ого легко фиксировать, например дрожжи. Присутствие углекислого газа в конечных продуктах реакции является их отличительной особенностью. Поэтому изучение характеристик, определяющих наличие и количество углекислого газа, обр а-зующегося в суспензиях, а также интенсивности газовыделения позволяет получить информацию о жизнедеятельности дрожжей и описывать процессы, происходящие в исследуемых суспензиях.
Целью данной работы было выявление и исследование известных механизмов (резонансного и теплового) воздействия ЭМИ на модельные клетки - дрожжи.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для приготовления суспензий использовали пр омышленные дегидратир ованные хлебопе-карские дрожжи (Насскаготусеи cerevisiae) фирмы О2шауа 8апау1 А.8. (Саф-момент). Суспензии готовили следующим образом: на 10 мл 2,5% р аствора сахарозы добавляли 0,2 г регид-ратированных дрожжей (в стеклянной посуде), перемешивали вручную до получения равномерной консистенции.
Облучение дрожжевых клеток проводили с помощью установки на основе генератора Р2-69. Для измерения количества выделенного углекислого газа наиболее часто используются два типа приборов: волюметрические - для измерения объема и манометрические - для измерения давления выделившегося газа. Для характер истики активности дрожжей нами предложена методика, позволяющая определять скорость выделения газа суспензиями дрожжей. Принцип действия установки сводится к следующему: выделяющийся из суспензии газ (С О2) по стеклянной трубке поступает в «бар батьер» и выходит наружу через жидкость (электролит). П ри прохождении вблизи электрода газ разр ы-вает электрическую цепь, замыкающуюся через жидкость, в результате чего в блоке согласования вырабатываются импульсы, которые подаются через интерфейс на персональный компьютер. Дальнейшая обработка результатов производится с помощью программного обес-
ВЛИЯНИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 819
V, мл /мин
Рис. 2. Зависимость скорости газовыделения дрожжевой суспензией при импульсном изменении температуры окружающей среды на 1°С в области температуры 32°С.
печения. Одновременно работают четыре идентичных канала: два контрольных и два облученных на одной частоте.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что кр ивая зависимости скорости газовыделения от времени бр ожения имеет дугообразную форму, которая отр ажает процессы жизнедеятельно сти дрожжей в питательной среде. На начальной стадии брожения, в условиях достаточного количества питательных веществ, пр оисходит активный процесс деления клеток.
На рис. 1 представлены зависимости скорости газовыделения облученного и необлучен-ного образцов от времени. Видно, что регид-ратированные облученные дрожжи проявляют большую активность, чем необлученные. Это особенно заметно в пер вые минуты экспер и-мента: сохраняется разница скоростей газовыделения между облученным и контрольным образцами.
Следует отметить, что с целью исследования резонансного механизма воздействия ЭМИ и отделения указанного механизма от пузырькового облучали дрожжевые клетки, а не водную суспензию, поскольку тепловой (пузыр ьковый) механизм не реализуется для сухих компонентов [14].
Для выявления пузырькового механизма производили имитацию теплового действия ЭМИ. Д рожжевые суспензии находились в термостате, в котор ом резко (при импульсном нагревании) или постепенно (пр и медленном нагревании) изменялась температура.
Были проведены исследования скорости газовыделения дрожжевых суспензий в условиях резкого нагревания на 1°С около ^ = 32°С (рис. 2). При создании градиента температур (1°С) скорость газовыделения резко возрастала (в два
V, мл /мин
Рис. 3. Зависимость скорости газовыделения дрожжевой суспензией при медленном нагревании окружающей среды на 1°С от 25 до 37°С.
раза), после чего происходило резкое уменьшение потока СО 2, хотя темпер атура в тер мостате снижалась достаточно медленно. Такое скачкообразное изменение скорости выделения суспензией углекислого газа не может быть обусловлено только изменением температуры и раствор имости в воде СО2.
На
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.