РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 6, с. 606-612
= НЕИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
УДК 612.014.426:599.323.4:576.385.34
ЭФФЕКТ ВОЗДЕЙСТВИЯ НАНОСЕКУНДНОГО ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОГО МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЭПИДИДИМАЛЬНУЮ ЖИРОВУЮ ТКАНЬ МЫШЕЙ
© 2014 г. А. В. Керея1,3, *, М. А. Большаков1,3, Л. П. Жаркова1,3, В. В. Иванов2, И. Р. Князева2,3, О. П. Кутенков3, В. В. Ростов3, Ю. Н. Сёменова1
1Томский государственный университет, Томск 2Сибирский государственный медицинский университет, Томск 3Институт сильноточной электроники СО РАН, Томск
Исследовали влияние наносекундного импульсно-периодического микроволнового излучения (ИПМИ) с частотами повторения 8—25 имп./с, пиковой плотностью потока мощности (пППМ) 1500 Вт/см2 на эпидидимальную жировую ткань лабораторных мышей. Эффект воздействия оценивали по изменению массы облученной жировой ткани и размерам адипоцитов. Выявлено, что после облучения масса эпидидимальной жировой ткани и распределение по размерам адипоцитов изменяются. Эффект зависел от пППМ и частоты повторения импульсов.
Импульсно-периодическое микроволновое излучение, наносекундные импульсы, эпидидимальная жировая ткань, адипоциты, распределение клеток по размерам.
Б01: 10.7868/80869803114060071
Влияние электромагнитного излучения (ЭМИ) на биологические объекты во многом определяется степенью проникновения энергии излучения внутрь организма. Решая задачу оценки степени поглощения энергии ЭМИ, Х.П. Шван [1] исходил из того, что поглощаемая часть излучения проходит последовательно через кожу, подкожный жировой слой с малым содержанием воды в более глубоко расположенные ткани с высоким содержанием воды. Существенно различающиеся по электрическим свойствам кожа, подкожная жировая ткань и мышцы формируют достаточно сложную картину проникновения ЭМИ в организм. При этом жировая ткань играет роль некоего пассивного элемента, позволяющего, в зависимости от частоты электромагнитного излучения и толщины жировой ткани, пропускать внутрь организма большую или меньшую часть энергии. В частности, для частоты 10 ГГц глубина проникновения энергии ЭМИ в жировую ткань варьирует в пределах 2—4 см. По мнению Ю.Б. Кудряшова с соавт. [2] такая сравнительно большая глубина проникновения излучения через жировую клетчатку позволяет ЭМИ достигать более глубоко расположенных тканей и органов и влиять на их состояние. При этом в самой жировой ткани по-
* Адресат для корреспонденции: 634055 Томск, просп. Академический, 2/3, Институт сильноточной электроники СО РАН; тел.: (3822) 49-31-91, e-mail: kereya21@mail.ru.
глощается и преобразуется в тепло до 35% электромагнитной энергии [2].
В подобных обстоятельствах сама жировая ткань реально подвергается воздействию ЭМИ, и результаты этого могут оказаться для организма функционально значимыми. Жировая ткань является разновидностью соединительной ткани, имеет сложное строение и выполняет жизненно важные функции [3]. Ранее считалось, что клетки жировой ткани адипоциты формируют лишь пассивную ткань для запасания дополнительного источника энергии в виде жира. Однако в последнее время появились серьезные доказательства того, что адипоциты могут выполнять роль эндокринных секреторных клеток [3, 4]. По мнению этих авторов, жировая ткань находится в центре сети аутокринных, паракринных и эндокринных сигнальных систем, которые взаимодействуют с ней-роэндокринными регуляторами. Пути передачи сигналов в жировой ткани, сформированные по иерархическому принципу, являются важным механизмом, который позволяет организму приспосабливаться к различным неблагоприятным условиям: голоду, стрессу, инфекциям, а также к периодам значительного избытка поступления энергии [3, 4].
В настоящее время известно, что ИПМИ с на-носекундными импульсами эффективно влияет на целый ряд тканей и клеток. При этом иниции-
руется: изменение функционального состояния митохондрий [5], электропроводности суспензии гепатоцитов и митохондрий гепатоцитов [6], изменение уровня активных форм кислорода (АФК) с последующей окислительной модификацией липидов и белков [7], изменение активности антиоксидантных ферментов митохондрий [8]. Было обнаружено, что ИПМИ при некоторых режимах воздействия стимулирует дыхание при уменьшении степени сопряжения окисления и фосфорилирования. В подобных случаях усиленно расходуются субстраты окисления без образования АТФ. Если реализация таких процессов окажется возможна в адипоцитах, то может возникнуть усиленное "сжигание жиров" с соответствующим уменьшением объема жировой ткани [5].
Исходя из того обстоятельства, что энергия ЭМИ эффективно поглощается жировой тканью, представлялось актуальным исследовать влияние на нее наносекундного импульсно-периодиче-ского микроволнового излучения. Априори не исключено, что жировая ткань реагирует на воздействие. Результат возможного влияния должен проявиться в широком спектре реакций всего организма. К сожалению, в доступной литературе не удалось обнаружить данных о влиянии ЭМИ на биологические характеристики жировой ткани. Это и определило необходимость исследования биологических эффектов, связанных с состоянием жировой ткани.
Исходя из вышеизложенного, целью настоящего исследования было оценить влияние нано-секундного ИПМИ на массу эпидидимальной жировой ткани мышей и морфометрические параметры облученных адипоцитов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Эксперименты проведены на беспородных белых мышах-самцах массой 25—30 г. Животных содержали в стандартных условиях при постоянной температуре и влажности, в условиях светового режима 12 : 12, корм и питье были доступны в любое время суток. Исследование проводили в соответствии с этическими нормами работы с лабораторными животными и санитарными правилами по устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник [9]. Мыши были разделены на облученных и ложно облученных (ЛО, контроль), по шесть животных для каждого из использованных режимов воздействия. В ходе исследования контрольных мышей подвергали всем аналогичным манипуляциям, что и облученных, но без включения микроволнового генератора. Животных опытных групп
подвергали воздействию 4000 импульсов ИПМИ с длительностью 4 нс и частотами повторения 8, 13, 16, 22, 25 имп./с ежедневно в течение 10 дней. Процедуру облучения проводили в одно и то же время суток (в утренние часы с 9.00 до 11.00). Мышей на время облучения в пластиковых контейнерах помещали на открытый конец волновода (сечением 10 х 33 мм) паховой областью, где сосредоточена вся масса эпидидимальной жировой ткани. Остальная часть тела животных покрывалась радиопоглощающим материалом для устранения возможности облучения всего организма. Продолжительность облучения варьировала от 3 до 9 мин в зависимости от частоты повторения импульсов. В качестве источника ИПМИ использовали лабораторный импульсный генератор на основе магнетрона МИ-505 (несущая частота 10 ГГц, длительность импульсов на половинном уровне мощности 100 нс, частота повторения 8—25 имп./с, пиковая плотность потока мощности составляла 1500 Вт/см2). Оценку величины пППМ производили согласно методике, подробно описанной ранее [10]. Выбор интенсивности воздействия ИПМИ с пППМ 1500 Вт/см2 и частот повторения 8—25 имп./с обусловлен достаточно высокой биологической эффективностью ИПМИ с этими параметрами, что было продемонстрировано ранее в исследованиях по изучению заживления ран [11], дыхания митохондрий [12] и изменения их объема [13], активности антиоксидантных ферментов митохондрий [8].
Эвтаназию животных по завершении полного цикла облучения проводили путем дислокации шейных позвонков. Эпидидимальную жировую ткань взвешивали с точностью до 0.1 мг на аналитических весах AND HR-200 (Япония). Для мор-фометрического исследования кусочки жировой ткани фиксировали в 10%-ном нейтральном за-буференном формалине (Biovitrum, Россия), обезвоживали в изопропиловом спирте — раствор IsoPrep (Biovitrum, Россия) и заливали в парафин (Histomix, Россия) по методике Ю.А. Криволапо-ва [14]. На микротоме МЗП-01 (Техном, Россия) изготавливали срезы толщиной 5—7 мкм, которые затем монтировали на предметные стекла и окрашивали гематоксилином и эозином. Полученные микропрепараты просматривали в проходящем свете на микроскопе Биомед-3М (Россия), совмещенном с компьютером. Изображения срезов оцифровывали для последующей оценки размеров адипоцитов. Оцифрованные фотографии с хорошо выявленными границами клеток подвергали морфометрической обработке с использованием компьютерной программы ImageJ 1.46 [15]. Размеры адипоцитов оценивали с помощью ме-
Таблица 1. Усредненные значения удельной массы эпидидимального жира мышей после воздействия ИПМИ с пППМ 1500 Вт/см2
Частота повторения импульсов, имп./с
контроль 8 13 16 22 25
Удельная масса жира, мг/г веса мыши 19.7 ± 2.4 (п = 6) 12.3 ± 0.9* (п = 6) 17.1 ± 4.9 (п = 6) 21.6 ± 4.3 (п = 6) 15.4 ± 1.5* (п = 6) 14 ± 1.6* (п = 6)
Примечание. Представлены среднеарифметические значения показателя ± ошибка среднего; п - число животных в группе. * Различия статистически значимы по отношению к группе контроля,р < 0.05.
тода точечного счета [16], который заключается в измерении минимального и максимального диаметра клеток и нахождения их полусуммы. Всего было проанализировано 108 фотографий (по 18 для каждой из шести групп мышей). Для каждого из использованных режимов воздействия определяли средний диаметр 400 жировых клеток.
Величину эффекта воздействия на жировую ткань оценивали по изменению удельной массы жира и изменению среднего диаметра адипоци-тов и их распределения по размерам — у облученных животных по отношению к контролю. Полученные результаты подвергали статистической обработке, при которой рассчитывалась средняя арифметическая величина показателя и ее стандартная ошибка. Значимость различий между показателями облученных и ложно облученных животных определяли с помощью непараметрического ^-критерия Манна—Уитни [17].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Эпидидимальная жировая ткань является одним из часто используемых модельных объектов при изучении различных свойств жировой ткани так как составляет наибольшую
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.