Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

EPR SPECTROSCOPY OF FREE RADICALS CAUSED BY EXPOSURE TO LOW-FREQUENCY EMFS IN LABORATORY ANIMALS

Leoshko I.S. 1 Ilchenko G.P. 1 Shashkov D.I. 1 Dubinina V.N. 1
1 Kuban state university
1566 KB
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.
free radicals
low-frequency electromagnetic field
deuterium
laboratory animals
EPR spectroscopy
chemiluminescence

В настоящее время опубликовано большое количество научных работ, подтверждающих нетепловые эффекты электромагнитных полей при воздействии на живые системы [1, 2]. Живые организмы различных классов – начиная от одноклеточных и заканчивая человеком проявляют чрезвычайно высокую чувствительность к воздействиям 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 низкочастотного электромагнитного поля (ЭМП НЧ) на живые системы сделали принципиально возможным прогноз действия этих полей на биологические объекты. Одним из основных ограничений теоретических работ стала локальность исходных данных, из-за этого весь спектр возможных резонансных механизмов сводился лишь к действию на концентрации нескольких ионов. В.В. Новиков предположил, что конструктивным может оказаться подход к теоретическому анализу эффектов действия ЭМП НЧ при учете коллективных взаимодействий внешних электрических и магнитных полей с ансамблем большого числа ионов. Система взаимодействующих ионов, вероятно, приводит к образованию заряженных поле ионных структур – кластеров и их взаимодействию с ЭМП НЧ. Эти структуры могут обладать свойством электрохимического аккумулятора, преобразующего энергию внешнего электрического поля, а также часть энергии среды в энергию химических реакций, при управляющем действии на эти процессы слабых компонентов поля, обеспечивающих их когерентность. Очевидно, что низкочастотное ЭМП может выполнять лишь управляющую функцию, производя перераспределение суммарной энергии между компонентами раствора. При этом инициация химических реакций типа конденсации аминокислот является следствием снижения барьера энергии активации за счет ионной организации структуры раствора, т.е. ЭМП НЧ может выполнять функцию селективного катализатора. Согласно этой концепции снимается ряд ограничений на возможность резонансного избирательного действия таких полей на биологические системы [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 снижению функционального состояния нейтрофилов на 8–12 % уже в первые дни эксперимента.

Также, ЭМП НЧ способно оказывать влияние на содержание эритроцитов в периферической крови животных. Экспериментально установлено, что после начала ежедневного воздействия на 4-5 сутки у опытных животных наблюдается достоверное (на 15-19 %) снижение количества эритроцитов в крови по сравнению с контрольными животными. На 16 сутки ежедневного воздействия магнитным полем низкой частоты в эритроцитах у животных увеличивается содержание более мелких форм клеток. То есть при многодневном действии происходят значительные обратимые изменения морфологического состава крови у мышей, что закономерно проявляется в заметном снижении количества эритроцитов в циркулирующей крови, увеличении размеров депо крови (печени и селезенки) [4].

Таким образом, ЭМП НЧ способно вызывать образование свободных радикалов в организме лабораторных животных при длительном воздействии.

В ряде работ было показано, что употребление обедненной по дейтерию воды лабораторными животными может приводить к усилению иммунитета и изменению окислительного метаболизма [7, 8].

Целью данной работы являлось исследование возможности купирования окислительного стресса, вызванного воздействием ЭМП НЧ на лабораторных животных с помощью длительного употребления воды, обедненной по дейтерию.

Материалы и методы исследования

На основе ранее проведенных работ, было принято решение подвергать кровь и лабораторных животных обработке электромагнитным полем в диапазоне 3-16 Гц, магнитной индукцией 30 мкТл. Обработку крыс низкочастотным электромагнитным полем производили по методике, описанной в [3]. Время, в течение которого проводили воздействие составляло 1 час. Измерение магнитной индукции проводили при помощи портативного прибора «Экофизика-110А», погрешность измерений которого составляла ± 3 %.

В эксперименте крысы были разделены на несколько групп:

– пьющие дистиллированную минерализованную воду, лабораторные животные (n = 7);

– пьющие дистиллированную минерализованную воду, лабораторные животные, подвергаемые воздействию ЭМП НЧ 1 час ежедневно, в течение 10 дней (n = 7);

– пьющие дистиллированную минерализованную воду, обедненную по дейтерию (100 ppm), лабораторные животные, подвергаемые 1 час ежедневно воздействию ЭМП НЧ, в течение 10 дней (n = 7).

Измерение спектров ЭПР лиофилизированных органов проводили при комнатной температуре на спектрометре JES Fa 300 (JEOL, Япония) в X-диапазоне. Лиофилизацию проводили при помощи лиофильной сушилки ЛС-1000.

Воду с пониженным содержанием дейтерия получали на установке, разработанной в Кубанском государственном университете [9]. Исходная концентрация дейтерия в получаемой воде составляла 40 ppm (≈ 85 мг/л). Ее разбавляли дистиллированной водой с содержанием дейтерия 150 ppm до концентрации 100 ppm. По международному стандарту SMOW абсолютное содержание дейтерия в океанической воде составляет 155,76 ± 0,05 ppm (≈ 330 мг/л). Определение концентрации дейтерия в полученной воде были проведены на импульсном ЯМР спектрометре JEOL JNM-ECA 400MHz [10].

Для определения частоты, наиболее эффективно вызывающей окислительный стресс у лабораторных животных, образцы крови в объеме 0,5 мл помещали в пластиковые кюветы (14 штук для крыс употреблявших обычную воду и 14 штук для крыс, употреблявших воду с содержанием дейтерия 100 ppm). Каждый образец подвергали воздействию ЭМП НЧ с различной частотой (3-16 Гц) в течение 10 минут. Изучали показатели хемилюминесценции крови после обработки ЭМП НЧ, по полученным данным производили выбор наиболее оптимальной частоты для воздействия на лабораторных животных.

Использованный в работе хемилюминометр Lum-5773 измеряет интенсивность света, возникающего в химических и биологических образцах. Значения интенсивности свечения соответствуют световому потоку, т.е. количеству фотонов в единицу времени. При этом 1 мВ ≈ 1 фотону/сек.

Cтатиcтичеcкую обpаботку полученныx данныx оcущеcтвляли методами ваpиационной cтатиcтики c иcпользованием t-кpитеpия Cтьюдента. Доcтовеpным cчитали pазличие пpи p < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты исследования образцов крови лабораторных животных, на хемилюминометре представлены на рис. 1.

leoh1.tif

Рис. 1. Результаты измерения хемилюминесценции крови крыс, употреблявших обычную воду и воду с содержанием дейтерия 100 ppm

Как видно из рис. 1, направленность хемилюминесценции при обработке образцов крови крыс употреблявших обычную воду и воду с пониженным содержанием дейтерия при ее обработке в диапазоне 3-16 Гц одинакова. Наиболее предпочтительной частотой для обработки лабораторных животных ЭМП НЧ является 7 Гц, т.к. в обоих случаях на этой частоте наблюдается максимальная вспышка хемилюминесценции.

На рис. 2 представлен типичный спектр ЭПР лиофилизированных тканей лабораторных животных.

leoh2.wmf

Рис. 2. ЭПР спектры лиофилизированных тканей печени лабораторных животных, подвергнутых воздействию ЭМП НЧ (1) и контрольной группы (2)

Исходя из вида ЭПР спектра, можно сделать вывод, что мы наблюдали семихинонные радикалы убихинона. Согласно полученным данным ЭПР спектроскопии у крыс, употреблявших обычную воду (с содержанием дейтерия 150 ppm) наблюдали увеличение количества парамагнитных центров на 16-19 % по сравнению с контрольной группой. У крыс, употреблявших обедненную по дейтерию воду в лиофилизированных органах (печени, почках, сердце) наблюдали увеличение количества парамагнитных центров в сравнении с контрольной группой на 3-5 %. Это свидетельствует о том, что вода с пониженным содержанием дейтерия оказывает влияние на прооксидантно-антиоксидантную систему организма, снижая интенсивность свободно-радикального окисления и восстанавливая потенциал эндогенной антиоксидантной системы при воздействии внешнего ЭМП НЧ на организм. При воздействии низкочастотным электромагнитным полем положительный эффект воды с пониженным содержанием дейтерия объясняется ее возможным иммуномодулирующим эффектом, позволяющим уменьшить отрицательное воздействие электромагнитного поля на организм.

Заключение

Таким образом, вода с пониженным содержанием дейтерия оказывает влияние на прооксидантно-антиоксидантную систему организма, снижая интенсивность свободно-радикального окисления и восстанавливая потенциал эндогенной антиоксидантной системы при воздействии внешнего низкочастотного ЭМП на организм. Следует отметить, что в плазме крови и тканях организма лабораторных животных происходит достоверное снижение концентрации дейтерия при употреблении воды с пониженным содержанием дейтерия. При воздействии низкочастотным электромагнитным полем положительный эффект воды с пониженным содержанием дейтерия объясняется ее возможным иммуномодулирующим эффектом, позволяющим уменьшить отрицательное воздействие электромагнитного поля на организм.