научная статья по теме ИМПУЛЬСНО-МОДУЛИРОВАННОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ КРАЙНЕ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ ЗАЩИЩАЕТ ДНК КЛЕТОК ОТ ПОВРЕЖДАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ IN VITRO Биология

Текст научной статьи на тему «ИМПУЛЬСНО-МОДУЛИРОВАННОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ КРАЙНЕ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ ЗАЩИЩАЕТ ДНК КЛЕТОК ОТ ПОВРЕЖДАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ IN VITRO»

БИОФИЗИКА, 2015, том 60, вып. 5, с. 889-897

МОЛЕКУЛЯР НАЯ БИОФИЗИКА

УДК 577.3

ИМПУЛЬСНО-МОДУЛИР ОВАННОЕ ЭЛЕКТР ОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ КРАЙНЕ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ ЗАЩИЩАЕТ ДНК КЛЕТОК ОТ ПОВР ЕЖДАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ in vitro

© 2015 г. А.Б. Гапеев* **, Н.А. Лукьянова* **

* **Институт биофизики клетки РАН, 142290, ПущиноМосковской области, ул. Институтская, 3;

* **Пущинский государственный естественно-научный институт, 142290, Пущино Московской области, просп. Науки, 3

E-mail: a_b_g@mail.ru Поступила в p едакцию 10.06.15 г. После доработки 25.06.15 г.

C помощью щелочного варианта метода «комета-тест» исследованы защитные эффекты электромагнитного излучения крайне высоких частот при повреждающем действии рентгеновского излучения, перекиси водорода и алкилирующего агента метилметансульфоната на ДНК лейкоцитов периферической крови мыши. Показано, что предварительное облучение клеток низкоинтенсивным импульсно-модулированным электромагнитным излучением (42,2 ГГц, 100 мкВт/см2, экспозиция 20 мин, частоты модуляции 1 и 16 Гц) оказывало защитное действие, снижая уровень повреждений ДНК на 20-45% в зависимости от типа генотоксического агента. Эффективность импульсно-модулированного излучения возрастала в ряду метилметансульфо-нат - рентгеновское излучение - перекись водорода. Непрерывное электромагнитное излучение не оказывало защитного действия. Механизмы обнаруженных защитных эффектов могут быть связаны с индукцией адаптивного ответа наномолярными концентрациями активных форм кислорода, образующимися под действием импульсно-модулированного излучения.

Ключевые слова: электромагнитное излучение крайне высоких частот, импульсная модуляция, повреждения ДНК, рентгеновское излучение, перекись водорода, метилметансульфонат, комета-тест, адаптивный ответ.

Сочетанное действие физико-химических факторов на биологические системы стало неизбежным в современном условиях. Согласно данным международных организаций в последние десятилетия резко увеличивается химическое загрязнение окружающей среды в результате переработки сырья и синтеза новых химических веществ. Как показывают исследования, многие из этих химических веществ обладают цитостатическими, канцерогенными и ге-нотоксическими свойствами или сами по себе или в комбинации с другими экологическими факторами [1,2]. Развитие телекоммуникационных технологий, средств связи, радиолокации и радионавигации влечет за собой освоение новых диапазонов частот радиочастотных электромагнитных излучений (ЭМИ), увеличение мощности и площади покрытия радиопередаю-

Сокращения: ЭМИ - электромагнитное излучение, УПМ -удельная поглощенная мощность, КВЧ - крайне высокие частоты, АФК - активные формы кислорода, АП - апу-риновый/апиримидиновый.

щих систем, усложнение структуры электромагнитных сигналов. Все это приводит к очевидному вопросу о потенциальных неблагоприятных воздействиях техногенных ЭМИ различных частотных диапазонов, включая возможные ге-нотоксические эффекты [3]. Учитывая расширяющееся применение ионизирующих излучений в медицине в диагностических и терапевтических целях, а также в связи с сохраняющейся опасностью поражения при возникновении внештатных ситуаций на объектах атомной промышленности, увеличивается вероятность случаев контакта людей и животных с ионизирующей радиацией. Таким образом, в настоящее время биологические системы подвергаются воздействию большого количества потенциально генотоксических факторов окружающей ср еды, включая химические агенты, ионизирующие излучения и неионизирующие ЭМИ, которые способны вызывать повреждения клеточной ДНК [4,5]. П р и комбинированном действии этих факторов могут наблюдаться аддитивные, синергические, антагонистические и потенци-

рующие эффекты; может существовать сильная зависимость от последовательности воздействий и исходного функционального состояния облучаемой биологической системы.

Защита живых организмов от повреждающего действия ЭМИ является одной из важных и чр езвычайно сложных проблем современной электромагнитной биологии и радиобиологии. В современной радиобиологии имеется достаточно фактов, свидетельствующих о том, что радиорезистентность организма может изменяться под влиянием нерадиационных факторов различной природы [3-5]. При этом основой неспецифического повышения резистентности, как правило, рассматривали механизмы стресса, т.е. реакции организма на воздействие чрезвычайных раздражителей. Низкоинтенсивные не-ионизирующие ЭМИ являются одним из физических факторов, который оказывает выраженное влияние на различные биологические про -цессы [6]. Однако механизмы биологических эффектов низкоинтенсивных неионизирующих ЭМИ, несмотря на их широкое применение для профилактики и терапии широкого спектра заболеваний, остаются в значительной степени неизвестными [7-9].

Имеющиеся литературные данные указывают на то, что неионизирующие электромагнитные поля способны модифицировать эффекты ионизирующей радиации и химических агентов in vitro и in vivo [3,4,10]. Увеличение числа клеток с микроядрами наблюдалось в культивируемых клетках трахеи крыс, облученных Y-излучением в дозе 6 Гр и переменным магнитным полем (50 Гц, 0,1 мТл), по сравнению с клетками, облученными только y-излучением; магнитное поле само по себе также не оказывало существенного влияния на индукцию микроядер [11]. Показано увеличение скорости апоптоза клеток гепатомы человека BEL-7402 после воздействия рентгеновского излучения (28 Гр) и переменного магнитного поля (100 Гц, 0,7 мТл) [12]. П редварительное облучение лимфоцитов периферической крови человека радиочастотными ЭМИ (1950 МГц UMTS, в течение 20 ч при удельной поглощенной мощности (УПМ) 0,3 Вт/кг) значительно уменьшало образование микроядер в клетках после последующего воздействия рентгеновского излучения (1,0 и 1,5 Гр) по сравнению с клетками, облученными только рентгеновским излучением [13]. В то же время с использованием метода «комета-тест» не было обнаружено каких-либо со -четанных эффектов радиочастотных ЭМИ (1,8 ГГц, облучение в течение 24 ч при УПМ 2 Вт/кг) и рентгеновского излучения в дозах

0,25, 0,5, 1,0 и 2,0 Гр на лейкоцитах крови человека in vitro [14].

Воздействие радиочастотных ЭМИ (900 МГц GSM, в течение 20 ч при средней УПМ 1,25 Вт/кг) на лимфоциты периферической кро -ви человека, стимулированные фитогемагглю-тинином, приводило к значительному снижению образования микр оядер пр и последующей обработке клеток митомицином C в концентрации 100 нг/мл [15]. Позднее было показано, что эффективность электр омагнитного излучения сильно зависит от фазы клеточного цикла, в котор ую пр оисходит облучение [16]. П редпо -лагается, что эффективность ЭМИ может также зависеть от УПМ, причем при низких УПМ (0,3-0,6 Вт/кг) эффекты оказываются более выраженными [17]. Обнаружен защитный эффект радиочастотных ЭМИ (900 МГц, УПМ 25 мВт/г, облучение по 1 ч в сутки в течение трех суток подряд) от последующего токсического действия химиотерапевтического агента доксо рубицина в концентрации 125 нг/л, который проявлялся в увеличении жизнеспособности клеток промиелоцитной лейкемии человека HL-60, снижении уровня апоптоза, увеличении мембранного потенциала митохондрий, снижении внутриклеточной концентрации Са2+ и увеличении активности Са2+,М§2+-АТФазы [18]. В работе [19], напротив, обнаружено усиление мутагенных свойств митомицина C по увеличению частоты обмена сестринскими хроматидами при предва рительном облучении лимфоцитов человека радиочастотными ЭМИ (954 МГц GSM, в течение 2 ч при УПМ 1,5 Вт/кг). Увеличение уровня повреждений ДНК, выявляемых методом «комета-тест», было обнар ужено при предварительном облучении лимфоцитов крови человека радиочастотного ЭМИ (2,45 ГГц, в течение 2 ч при интенсивности 5 мВт/см2) с последующей обработкой митомицином C в концентрациях более 25 нг/мл [20]. Анализ комбинированного действия радиочастотного ЭМИ (1,8 ГГц, УПМ 3 Вт/кг) и четыр ех мутагенов, различающихся по механизмам индукции повреждений ДНК, показал, что синергический эффект ЭМИ и химических мутагенов реализуется при участии определенных путей репа-рации ДНК [21].

На организменном уровне показано, что при летальной дозе у-излучения предварительное облучение мышей ЭМИ сверхвысоких частот (2-8 ГГц, частота свипирования 12-14 Гц, 5 мкВт/см2, 23 ч) задерживало время наступления гибели животных на 2,8-4,2 сут [22]. П ред-варительное облучение интактных мышей ЭМИ крайне высоких частот (КВЧ) (42,19 ± 0,15 ГГц, 15-17 мВт/см2, 25 мин/сут) перед у-облучением

(6,5 Гр) повышало выживаемость животных в два раза и увеличивало среднюю продолжительность жизни в 1,5 раза [23]. Показано, что ЭМИ, воздействующее до у-облучения, снижает выраженность нейроморфологических эффектов, а в пострадиационном периоде усиливает их по многим патоморфологическим критериям [24]. Обнаружено, что облучение лабор атор ных животных ЭМИ КВЧ (53,57 и 42,2 ГГц, 10 мВт/см2, экспозиция 30-60 мин) до и после воздействия ионизирующей радиации (4 Гр) оказывает выраженный противолучевой эффект, проявляющийся в увеличении выживаемости и средней продолжительности жизни мышей, улучшению морфологического состава и антиоксидантного статуса крови крыс [25]. Ра -диочастотное излучение (900 МГц, 0,12 мВт/см2, 14 сут по 1 ч/сут) увеличивало продолжительность жизни мышей после у-облучения в дозе 8 Гр, снижало тяжесть патологических изменений в костном мозге и селезенке [26], а также снижало уровень повреждений ДНК в лейкоцитах периферической крови [27] и формиро-вание микроядер в незрелых эритроцитах в периферической крови и костном мозге [28], индуцированных воздействием у-излучения в дозе 3 Гр.

Из пр иведенных литер атурных данных видно, что в ряде случаев комбинированного действия неионизирующих электромагнитных полей и генотоксических факторов наблюдаются положительные эффекты, свидетельствующие об индукции адаптивного ответа на уровне клеток и целого организма. Среди возможных механизмов защитных эффектов мы выделяем интенсификацию р аботы систем р епарации ДНК, активацию экспрессии определенных генов и синтеза белков, активацию определенных

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.

Показать целиком