INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED AND FUNDAMENTAL RESEARCH № 5, 2016 406 PHYSICAL AND MATHEMATICAL SCIENCES УДК 537.811.57 ЭПР СПЕКТРОСКОПИЯ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ, ВЫЗВАННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭМПНЧ У ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ Леошко И.С., Ильченко Г.П., Шашков Д.И., Дубинина В.Н. ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет», Краснодар, е-mail: [email protected]Воздействие низкочастотного электромагнитного поля в течение 1 часа в день, в течение 10 дней на ла- бораторных животных приводит к возникновению окислительного стресса. Их регистрацию в плазме крови производили с помощью хемилюминесценции, а в тканях органов – с помощью ЭПР спектроскопии. При этом, в группе лабораторных животных до начала электромагнитного воздействия употреблявших воду, обе- дненную по дейтерию (100 ppm) в течение 30 дней окислительный стресс не возникает. Ключевые слова: свободные радикалы, низкочастотное электромагнитное поле, дейтерий, лабораторные животные, ЭПР спектроскопия, хемилюминесценция EPR SPECTROSCOPY OF FREE RADICALS CAUSED BY ExPOSURE TO LOW-FREqUENCY EMFS IN LABORATORYANIMALS Leoshko I.S., Ilchenko G.P., ShaShkov D.I., DubininaV.N. Kuban state university, Krasnodar, е-mail: [email protected]The impact of low-frequency electromagnetic field for 1 hour per day for 10 days in laboratory animals produces oxidative stress. They are registered in the plasma produced by chemiluminescence, and in organ tissues – by EPR spectroscopy. Thus, in the group of laboratory animals prior to exposure to electromagnetic use water depleted in deuterium (100 ppm) for 30 days oxidative stress occurs. Keywords: free radicals, low-frequency electromagnetic field, deuterium, laboratory animals, EPR spectroscopy, chemiluminescence В настоящее время опубликовано боль- шое количество научных работ, подтверж- дающих нетепловые эффекты электромаг- нитных полей при воздействии на живые системы [1, 2]. Живые организмы различ- ных классов – начиная от одноклеточных и заканчивая человеком проявляют чрезвы- чайно высокую чувствительность к воздей- ствиям низкочастотного электромагнитного поля [2, 3]. Биологические исследования показали, что самые различные организмы чувствительны к постоянному магнитному и переменному электромагнитному полю различных частот [3-5]. Теоретические модели, описывающие возможные механизмы действия низкоча- стотного электромагнитного поля (ЭМП НЧ) на живые системы сделали принципи- ально возможным прогноз действия этих полей на биологические объекты. Одним из основных ограничений теоретических работ стала локальность исходных данных, из-за этого весь спектр возможных резо- нансных механизмов сводился лишь к дей- ствию на концентрации нескольких ионов. В.В. Новиков предположил, что конструк- тивным может оказаться подход к теорети- ческому анализу эффектов действия ЭМП НЧ при учете коллективных взаимодей- ствий внешних электрических и магнитных полей с ансамблем большого числа ионов. Система взаимодействующих ионов, веро- ятно, приводит к образованию заряженных поле ионных структур – кластеров и их вза- имодействию с ЭМП НЧ. Эти структуры могут обладать свойством электрохимиче- ского аккумулятора, преобразующего энер- гию внешнего электрического поля, а также часть энергии среды в энергию химических реакций, при управляющем действии на эти процессы слабых компонентов поля, обе- спечивающих их когерентность. Очевидно, что низкочастотное ЭМП может выполнять лишь управляющую функцию, произво- дя перераспределение суммарной энергии между компонентами раствора. При этом инициация химических реакций типа кон- денсации аминокислот является следстви- ем снижения барьера энергии активации за счет ионной организации структуры раство- ра, т.е. ЭМП НЧ может выполнять функцию селективного катализатора. Согласно этой концепции снимается ряд ограничений на возможность резонансного избирательного действия таких полей на биологические си- стемы [2, 3]. Так, например, Н.А. Темурьянц на 1330 беспородных белых крысах было показано, что ежедневное трехчасовое воздействие переменного магнитного поля с частотой 8 Гц индукцией 5 мк Тл приводит к сниже- нию функционального состояния нейтро- филов на 8–12% уже в первые дни экспе- римента.
Transcript
INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED AND FUNDAMENTAL RESEARCH №5,2016
406 PHYSICAL AND MATHEMATICAL SCIENCES УДК537.811.57
ЭПР СПЕКТРОСКОПИЯ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ, ВЫЗВАННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭМП НЧ У ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ
The impact of low-frequency electromagnetic field for 1 hour per day for 10 days in laboratory animalsproducesoxidativestress.Theyareregisteredintheplasmaproducedbychemiluminescence,andinorgantissues–byEPR spectroscopy.Thus, in the group of laboratory animals prior to exposure to electromagnetic usewaterdepletedindeuterium(100ppm)for30daysoxidativestressoccurs.
Внастоящеевремяопубликованоболь-шое количество научных работ, подтверж-дающих нетепловые эффекты электромаг-нитных полей при воздействии на живыесистемы[1, 2]. Живые организмы различ-ных классов – начиная от одноклеточныхизаканчиваячеловекомпроявляютчрезвы-чайновысокуючувствительностьквоздей-ствиямнизкочастотногоэлектромагнитногополя[2, 3]. Биологические исследованияпоказали,чтосамыеразличныеорганизмычувствительныкпостоянномумагнитномуи переменному электромагнитному полюразличныхчастот[3-5].
Теоретические модели, описывающиевозможные механизмы действия низкоча-стотного электромагнитного поля (ЭМПНЧ)наживыесистемысделалипринципи-ально возможным прогноз действия этихполей на биологические объекты. Однимиз основных ограничений теоретическихработсталалокальностьисходныхданных,из-за этого весь спектр возможных резо-нансныхмеханизмовсводилсялишькдей-ствиюнаконцентрациинесколькихионов.В.В. Новиков предположил, что конструк-тивнымможетоказатьсяподходктеорети-ческому анализу эффектов действия ЭМПНЧ при учете коллективных взаимодей-ствийвнешнихэлектрическихимагнитныхполейс ансамблембольшогочислаионов.Система взаимодействующих ионов, веро-
ятно,приводиткобразованиюзаряженныхполеионныхструктур–кластеровиихвза-имодействию с ЭМП НЧ. Эти структурымогут обладать свойством электрохимиче-скогоаккумулятора,преобразующегоэнер-гиювнешнегоэлектрическогополя,атакжечастьэнергиисредывэнергиюхимическихреакций,приуправляющемдействиинаэтипроцессы слабых компонентов поля, обе-спечивающихихкогерентность.Очевидно,чтонизкочастотноеЭМПможетвыполнятьлишь управляющую функцию, произво-дя перераспределение суммарной энергиимежду компонентами раствора. При этоминициация химических реакций типа кон-денсации аминокислот является следстви-емснижениябарьераэнергииактивациизасчетионнойорганизацииструктурыраство-ра,т.е.ЭМПНЧможетвыполнятьфункциюселективного катализатора. Согласно этойконцепции снимается ряд ограничений навозможность резонансного избирательногодействиятакихполейнабиологическиеси-стемы[2,3].
Так,например,Н.А.Темурьянцна1330беспородныхбелыхкрысахбылопоказано,что ежедневное трехчасовое воздействиепеременного магнитного поля с частотой8Гциндукцией5мкТлприводитксниже-нию функционального состояния нейтро-филов на 8–12%уже в первые дни экспе-римента.
407 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕНАУКИ Также, ЭМП НЧ способно оказывать
влияние на содержание эритроцитов в пе-риферической крови животных. Экспери-ментально установлено, что после нача-ла ежедневного воздействия на 4-5 суткиу опытных животных наблюдается досто-верное (на 15-19%) снижение количестваэритроцитов в крови по сравнению с кон-трольными животными. На 16 сутки еже-дневного воздействия магнитным полемнизкойчастотывэритроцитахуживотныхувеличивается содержание более мелкихформ клеток. То есть при многодневномдействии происходят значительные обра-тимые изменения морфологического со-ставакровиумышей,чтозакономернопро-является в заметном снижении количестваэритроцитоввциркулирующейкрови,уве-личенииразмеровдепокрови(печениисе-лезенки)[4].
Такимобразом,ЭМПНЧспособновы-зывать образование свободных радикаловв организме лабораторных животных придлительномвоздействии.
В ряде работ было показано, что упо-требление обедненной по дейтерию водылабораторными животными может приво-дитькусилениюиммунитетаиизменениюокислительногометаболизма[7,8].
Целью данной работы являлось иссле-дованиевозможностикупированияокисли-тельногостресса,вызванноговоздействиемЭМПНЧналабораторныхживотныхспо-мощью длительного употребления воды,обедненнойподейтерию.
Материалы и методы исследования Наосноверанеепроведенныхработ,былоприня-
–пьющие дистиллированную минерализован-ную воду, лабораторные животные, подвергаемыевоздействию ЭМП НЧ 1 час ежедневно, в течение10дней(n=7);
–пьющие дистиллированную минерализован-нуюводу,обедненнуюподейтерию(100ppm),лабо-раторныеживотные, подвергаемые 1 час ежедневновоздействиюЭМПНЧ,втечение10дней(n=7).
Измерение спектров ЭПР лиофилизирован-ных органов проводили при комнатной темпера-туре на спектрометре JES Fa 300 (JEOL, Япония)вX-диапазоне.Лиофилизациюпроводилиприпомо-щилиофильнойсушилкиЛС-1000.
Водуспониженнымсодержаниемдейтерияполу-чалинаустановке,разработаннойвКубанскомгосу-дарственном университете[9]. Исходная концентра-ция дейтерия в получаемой воде составляла 40ppm(≈85мг/л). Ее разбавляли дистиллированной водойс содержанием дейтерия 150ppm до концентрации100ppm.ПомеждународномустандартуSMOwаб-солютноесодержаниедейтериявокеаническойводесоставляет155,76±0,05ppm(≈330мг/л).Определе-ниеконцентрациидейтериявполученнойводебылипроведенынаимпульсномЯМРспектрометре JEOLJNM-ECA400MHz[10].
Дляопределениячастоты,наиболееэффективновызывающейокислительныйстрессулабораторныхживотных,образцыкровивобъеме0,5млпомещалив пластиковые кюветы (14штук для крыс употре-блявших обычную воду и 14 штук для крыс, упо-треблявшихводуссодержаниемдейтерия100ppm).Каждый образец подвергали воздействию ЭМПНЧс различной частотой (3-16Гц) в течение 10минут.Изучали показатели хемилюминесценции крови по-слеобработкиЭМПНЧ,пополученнымданнымпро-изводиливыборнаиболееоптимальнойчастотыдлявоздействияналабораторныхживотных.
Рис. 1. Результаты измерения хемилюминесценции крови крыс, употреблявших обычную воду и воду с содержанием дейтерия 100 ppm
INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED AND FUNDAMENTAL RESEARCH №5,2016
408 PHYSICAL AND MATHEMATICAL SCIENCES
Использованный в работе хемилюминометрLum-5773измеряетинтенсивность света, возникаю-щего в химическихи биологическихобразцах. Зна-чения интенсивности свечения соответствуют све-товому потоку, т.е. количеству фотонов в единицувремени.Приэтом1мВ≈1фотону/сек.
Каквидноизрис.1,направленностьхе-милюминесценцииприобработкеобразцовкрови крыс употреблявших обычнуюводуиводуспониженнымсодержаниемдейте-рия при ее обработке в диапазоне 3-16Гцодинакова. Наиболее предпочтительнойчастотойдляобработкилабораторныхжи-вотныхЭМПНЧявляется7Гц,т.к.вобоихслучаяхнаэтойчастотенаблюдаетсямакси-мальнаявспышкахемилюминесценции.
ИсходяизвидаЭПРспектра,можносде-лать вывод, чтомы наблюдали семихинон-ные радикалы убихинона. Согласно полу-ченнымданнымЭПРспектроскопииукрыс,употреблявших обычную воду (с содержа-нием дейтерия 150ppm) наблюдали увели-чениеколичествапарамагнитныхцентровна16-19%по сравнениюс контрольной груп-
пой. Укрыс, употреблявших обедненнуюпо дейтерию воду в лиофилизированныхорганах(печени,почках,сердце)наблюдалиувеличениеколичествапарамагнитныхцен-троввсравнениисконтрольнойгруппойна3-5%.Это свидетельствует о том, что водас пониженным содержанием дейтерия ока-зываетвлияниенапрооксидантно-антиокси-дантнуюсистемуорганизма,снижаяинтен-сивностьсвободно-радикальногоокисленияи восстанавливая потенциал эндогеннойантиоксидантной системы при воздействиивнешнегоЭМПНЧнаорганизм.Привоздей-ствии низкочастотным электромагнитнымполем положительный эффект воды с по-ниженным содержанием дейтерия объясня-ется ее возможным иммуномодулирующимэффектом, позволяющим уменьшить отри-цательное воздействие электромагнитногополянаорганизм.
409 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕНАУКИ положительный эффект воды с понижен-нымсодержаниемдейтерияобъясняетсяеевозможнымиммуномодулирующимэффек-том,позволяющимуменьшитьотрицатель-ноевоздействиеэлектромагнитногополянаорганизм.
Список литературы1.БарышевМ.Г.,КасьяновГ.И.,ДжимакС.С.Влияние
2.БарышевМ.Г.,ВасильевН.С.,КуликоваН.Н.,Джи-макС.С.Влияниенизкочастотногоэлектромагнитногополяна биологические системы. – Ростов-на-Дону:ЮНЦРАН,2008.–288с.
3.Барышев М.Г., Васильев Н.С., Джимак С.С. Вли-яние воды, обработанной ЭМП КНЧ на микроорганизмыSaccharomyces cerevisiae// Вестник РУДН. Серия Эколо-гия и безопасность жизнедеятельности. – 2009. – №2. – С.22–25.
