Биологические эффекты ЭМИ КВЧ

Изучение действия ЭМИ КВЧ на биологические объекты началось сразу за освоением в радиотехнике этого диапазона частот. Благодаря большому количеству научно-исследовательских работ в области биологии, радиофизики, электроники и медицины были обнаружены особенности действия ЭМИ КВЧ низкой интенсивности на биологические объекты. Это привело к становлению нового научного направления, сущность которого сводится к экспериментальному и теоретическому изучению действия ЭМИ КВЧ низкой интенсивности на биологические объекты и практическому использованию этого излучения в медицине, биотехнологии и других областях.

Необходимо отметить, что термины «ЭМИ мм диапазона» и «ЭМИ КВЧ» не являются полностью равнозначными. Это связано с тем, что понятие «миллиметровые волны» применимо к электромагнитным колебаниям до их проникновения в биологический объект (ткань, орган). В живых же организмах в рассматриваемом диапазоне частот (30-300 ГГц) генерируются, помимо электромагнитных, также и акусто-электрические волны (Пресман, 1968; Девятков и др., 1991; Golant, 1994). Исходя из указанных соображений, в литературе чаще используются термины «ЭМИ КВЧ» или «КВЧ-излучение» (Девятков и др., 1991; Киричук и др., 2002).

В течение последних 25-30 лет было опубликовано значительное количество работ, посвященных описанию эффектов и поиску механизмов действия ЭМИ КВЧ на биологические объекты различного уровня организации, от субклеточных структур, изолированных клеток и микроорганизмов до высокоорганизованных организмов человека и животных.

Интерес к биологическим эффектам низкоинтенсивных ЭМИ КВЧ определяется несколькими обстоятельствами. С одной стороны, это связано с жесткими требованиями экологического характера и необходимостью определения научно обоснованных безопасных норм для населения и технического персонала, работающего на установках, генерирующих ЭМИ КВЧ (Акоев, 1983). С другой стороны, ЭМИ КВЧ уже более 30 лет применяются в медицинской практике для лечения разнообразных заболеваний (Девятков и др., 1991; Афромеев и др., 1997; 1998; Ситько, 2001; Киричук и др., 2002; 2003), поэтому необходима разработка методических рекомендаций для наиболее эффективного использования этого терапевтического метода.

 

Влияние ЭМИ КВЧ на клетки и субклеточные структуры

Исследования на изолированных клетках и одноклеточных организмах являются одним из направлений изучения первичных звеньев реакции живых организмов на действие ЭМИ. Клеточные препараты служат удобными модельными системами для изучения биологических эффектов ЭМИ, т. к. в большой степени сохраняют физиологические функции, легко доступны для различных биохимических манипуляций, упрощают анализ результатов и допускают возможность точной дозиметрии излучения.

Из живых существ микроорганизмы были первыми биологическими объектами, которые использовались для изучения эффектов взаимодействия с низко-интенсивными мм-волнами. Несколько позднее в качестве объектов исследования были выбраны живые клетки и отдельные структурные элементы клетки.

В настоящее время установлено влияние микроволнового излучения на все стороны жизнедеятельности микроорганизмов – морфологию, культуральные, физиологические, физические свойства и биохимический состав (Брюхова и др., 1987; Исаева, 1991; Божанова, 1991; Тамбиев и др., 2003). Уже в первых исследованиях (Виленская и др., 1971; 1972) было выявлено выраженное влияние ЭМИ КВЧ на кишечную палочку (E. Coli), обнаружен резонансный эффект – зависимость синтеза колицина (белка) от частоты мм-излучения. Оказалось также, что биологический эффект зависит от времени облучения и имеет пороговый характер зависимости от мощности мм-излучения. Кроме того, на кривой зависимости биологического эффекта от мощности излучения имеется довольно протяженный участок (плато), в пределах которого биологический эффект практически не зависит от мощности излучения, хотя на этом участке мощность изменяется на несколько порядков. Показано, что на отдельных (резонансных) частотах синтез колицина вырастает в 2,5-3 раза.

В последующих экспериментах, выполненных с различными другими микроорганизмами (актиномицеты, плесневые, дрожжеподобные и микрофильные грибы, дрожжи) было показано, что под действием мм-волн низкой интенсивности изменяется характер жизнедеятельности микроорганизмов. Облучение мм-волнами влияло на клеточное деление, синтез ферментов, изменение скорости роста и выхода биомассы, приводило к морфологическим изменениям и изменению биологических свойств микроорганизмов (Реброва, 1992). В частности, показано, что облучение суспензии спорового гриба аспергилла повышает фибринолитическую активность в 2-2,5 раза (Смолянская и др., 1979). Выявлен стимулирующий эффект КВЧ-излучения на метаболизм кишечной палочки, дрожжевого гриба эндомикопмса (Субботина, Яшин, 1999), цианобактерий, показано значительное ускорение роста и увеличение биомассы фотосинтезирующих бактерий; интенсификация процессов фотосинтеза, сопровождающаяся повышением выделения кислорода и содержания в клетках фотосинтезирующих пигментов; увеличение экскреции органических соединений в среду; изменение реакционной способности экзометаболитов; изменение транспорта ионов и макро — и микроэлементного состава клеток, а также снижение токсического действия ряда химических веществ (Тамбиев, Кирикова, 2000; Тамбиев и др., 2003).

Под влиянием КВЧ-облучения наблюдалось ослабление пигментации и уменьшение размеров колоний Staphylococcus Aureus. Показана возможность предотвращения репрессивного воздействия реагентов на клетки пивоваренных дрожжей путем их предварительного облучения ЭМИ КВЧ и восстановления жизнедеятельности культуры микроорганизмов путем их облучения после репрессии (Исаева и др., 1991).

Большое количество экспериментальных работ посвящено исследованию действия ЭМИ КВЧ на скорость деления клеток (Брюхова и др., 1987). В работах W. Grundler с соавторами (1988; 1989; 1992) исследовалось влияние низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ (42 ГГц) на скорость роста дрожжей и показано статистически значимое частотно-зависимое увеличение (более 100%) или уменьшение (до 74%) скорости размножения дрожжей в логарифмической фазе роста. Для объяснения эффекта ускорения роста клеток дрожжей при КВЧ-облучении привлекались гипотезы о собственных колебаниях в живых объектах в области частот 1010-1011 Гц, а также возможность взаимодействия ЭМИ КВЧ с молекулами, находящимися в триплетном состоянии. В исследованиях Р. Gos с соавторами (1997) была предпринята попытка повторить эффекты, полученные W. Grundler. Однако статистически значимых эффектов ЭМИ КВЧ (частоты 41,682-41,710 ГГц, шаг по частоте 2 МГц, ППМ 0,5 и 50 мкВт/см2) ни на скорость роста дрожжей, ни на вариабельность скорости роста обнаружено не было. Авторы оригинальных работ объясняют отсутствие эффекта ЭМИ в работах оппонентов неточным воспроизведением условий эксперимента, в частности, неточной синхронизацией экспозиции с фазой развития культуры.

А. П. Кузнецов с соавт. (1995), изучавшие эффекты ЭМИ КВЧ на жизнедеятельность дрожжей, также обнаружили отсутствие однонаправленных изменений, индуцированных КВЧ-воздействием. По мнению исследователей, отсутствие однозначных зависимостей между экспозицией и эффектом является одной из принципиальных особенностей ЭМИ КВЧ.

Наиболее значительное влияние ЭМИ КВЧ (136 ГГц, ППМ 7 мкВт) на процессы размножения клеток было обнаружено в экспериментах с бактериями E. Coli (Webb, 1969). Наблюдалось ингибирование роста клеток в облученной культуре, составляющее через 4 часа облучения около 600%. Авторы отмечают подавляющее действие КВЧ-излучения и на процессы метаболизма клеток, особенно в начальный период развития. Были установлены частоты, соответствующие максимальному поглощению излучения клетками и показано, что частоты поглощения излучения клетками и клеточными компонентами совпадали. Под влиянием ЭМИ КВЧ выявлена высокая степень корреляции между скоростью размножения E. Coli И показателями белкового, фосфолипидного, энергетического обменов клеток, дегидрогеназной активностью (Шуб и др., 1995).

ЭМИ КВЧ активизирует потребление кислорода клетками морских бактерий Photobacterium Leognathi, приводит к изменению интенсивности их биолюминесценции, что связано со структурными перестройками на мембране вблизи эмиттерного центра (Бержанская и др., 1993; Дрокина, Попова, 1998).

Многочисленные эксперименты, проведенные на биофаке Московского государственного университета совместно с Институтом радиоэлектроники РАН на протяжении последних 20 лет, показали, что низкоинтенсивные мм-волны обладают большими стимулирующими свойствами по отношению к микроводорослям. В частности, обнаружен эффект существенной интенсификации фотосинтетических процессов, сохраняющийся при последующих пассажах. Наибольшую ценность в практическом отношении представляет синезелёная водоросль спирулинаSpirulina PlatensisПродуцент ценного пищевого и кормового белка и биологически активных соединений, а также промышленно важная морская одноклеточная водоросль Platymonas Viridis, Имеющие большие биотехнологические возможности.

Среди всех известных растений и микроорганизмов спирулина имеет высокое содержание в биомассе белка – около 60-70% сухого вещества, что почти в два раза превышает содержание белка в сое, а также богатый аминокислотный состав, в котором представлены все незаменимые аминокислоты. Микроводоросль Platymonas Viridis Также является богатым источником пищевого и кормового белка и содержит много высоко молекулярных жирных кислот.

В экспериментах со спирулиной (Spirulina Platensis) При оптимальном подборе биотропных параметров мм-излучения увеличение выхода биомассы по сравнению с контролем достигало примерно 250%, тогда как при обычных (химических) медодах стимуляции приращение биомассы составляет примерно 25-30% (Тамбиев и др., 2002; 2003). Для зелёной микроводоросли Platymonas Viridis Наибольший прирост биомассы при оптимальных условиях облучения составлял примерно 170%. Важно, что прирост биомассы под воздействием ММ-волн сопровождается экскрецией в культуральную среду биологически активных соединений – белков, витаминов, незаменимых аминокислот.

Заслуживают внимания исследования А. А Катаева с соавт. (1993), посвященные изучению воздействия мм волн низкой интенсивности на метаболические процессы водоросли Nitellopsis. Эта водоросль относится к хоровым водорослям, Которые содержат электровозбудимые клетки, достигающие больших размеров (в диаметре до 1 мм при длине до 10 см). Плазматические мембраны таких клеток содержат потенциал зависимые Са2+-, К+-активируемые С1—каналы. Авторы работы исходили из того, что плазматическая мембрана, которая содержит большое количество молекулярных систем пассивного и активного ионного транспорта, отражает возможные изменения клеточного метаболизма, который может быть чувствительным к воздействию мм волн. В работе изучались зависимости хлорного тока от различных биотропных параметров ММ-волн (в частотном диапазоне 38-78 ГГц при плотности мощности примерно 5 мВт/см2), а также от температуры. В ходе экспериментов был получен ряд интересных результатов: подтверждён нетепловой, резонансный характер биологического эффекта от частоты электромагнитного излучения с эквивалентной собственной добротностью, равной примерно 50 единицам (изменение хлорного тока в несколько раз); при изменении частоты излучения биологический эффект может изменить знак на противоположный; биологический эффект наблюдается при времени облучения более 30 мин; зафиксирована зависимость биологического эффекта от фазы развития биологического объекта.

Заслуживают особого внимания эксперименты, изучающие влияние низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ на наследственный аппарат клетки. Отсутствие мутагенных эффектов мм воздействия было продемонстрировано в конце 70-х годов, и более поздние исследования согласуются с этим заключением (Андреев, Печорина, 1991). В то же время, ряд исследований указывает на способность мм волн воздействовать на структуру и функции хромосом, клеточную устойчивость к стандартным мутагенам и повреждающим воздействиям. Работы I. Y. Belyaev c сотр. (1993, 1996, 2000) посвящены исследованию действия ЭМИ КВЧ на конформационные состояния генома E. СOli И хроматина в тимоцитах крыс. Получены данные о зависимости КВЧ-индуцированных изменений конформации хроматина Е. Coli от ряда генетических, физиологических и физических особенностей изучаемой культуры (Belyaev et al., 2000).

Следует отметить крайне низкие интенсивности излучения около 10-11-10-18 Вт/см2, при которых наблюдались резонансные эффекты ЭМИ. Причем, величины эффектов зависели от концентрации клеток в суспензии, длины генома, фазы динамики роста. КВЧ-излучение (l=5,6мм, l=7,1мм) вызывает изменение функционального состояния отдельных локусов хромосом в клетках слюнных желез личинок Chironomus Plumosus (Брилль и др., 1993), мошки Acricotopus Lucidus (Kremer et al., 1998), индексов генетической активности, компактизации хроматина и появление пуфов De Novo в некоторых районах хромосом (Брилль и др., 2000).

Как показали многочисленные исследования, наиболее остро реагирующими на действие ЭМИ КВЧ являются клетки иммунной системы и периферической крови (Субботина, 1998; Казакова и др., 1999; Светлова и др., 2001). Доказательством этого служит серия работ А. А. Аловской и А. Б. Гапеева с соавторами (Аловская и др., 1997; 1998; Гапеев и др., 1996; 1999; 2000; Gapeyev et al., 1997), в которых исследовано действие низкоинтенсивного модулированного ЭМИ КВЧ на функциональную активность нейтрофилов мыши In Vitro. Результаты исследования А. В. Гапеева с сотр. (1996) свидетельствуют о квазирезонансном ингибировании низкоинтенсивным непрерывным ЭМИ КВЧ (41,75-42,15 ГГц) продукции активных форм кислорода нейтрофилами, активированными опсонизированным зимозаном. Напротив, праймирование нейтрофилов различными агентами (липополисахарид из E.Coli, инсулин, хемотаксический пептид) в зависимости от концентрации агентов меняло чувствительность клеток к КВЧ-воздействию (Аловская, Габдулхакова и др., 1998). Показано усиление функциональной активности лимфоцитов и нейтрофилов крови под воздействием КВЧ-излучения, обнаружено частотно-зависимое ингибирование исходно повышенного НСТ-теста у моноцитов и нейтрофилов (Хоменко и др., 1995), изменение скорости фагоцитоза (Lednyiczky et al., 1996), уровня хемилюминесценции лейкоцитов (Мудрик и др., 1995). ЭМИ КВЧ (53,57 – 78,33 ГГц) усиливает рецептор-зависимую адгезию нейтрофилов крови человека In Vitro, а, поскольку адгезия является одним из основных этапов реализации нейтрофилами своего реактивного потенциала, то становится понятным, что КВЧ-излучение способно регулировать выраженность воспалительного процесса (Заславская, Карнаухов, 1999). Под влиянием ЭМИ КВЧ на лимфоциты и фибробласты человека активизируется синтез фитокина, оказывающего на клетки этой линии действие, подобное фактору роста (Говалло и др., 1991). Предполагается, что изменения в функционировании клеток крови под действием ЭМИ КВЧ связаны с влиянием на клеточную мембрану и Са2+-регулируемую активность (Walleczek, 1992), однако, конкретные биофизические механизмы этого влияния неизвестны.

Результаты исследований свидетельствуют и о высокой чувствительности эритроцитов к ЭМИ мм диапазона. Так, ЭМИ КВЧ достоверно увеличивает скорость оседания эритроцитов In Vitro, что может быть связано с увеличением агрегации красных клеток крови (Рыбалко и др., 2002). Выявлено, что облучение эритроцитов сопровождается интенсификацией процессов регенерации, что связано с характерными количественными и качественными изменениями липидов в эритроцитарных мембранах (Логинов, Русяев и др., 1999). После экспериментального КВЧ-воздействия на образцы цельной крови животных In Vitro параллельно со снижением количества эритроцитов выявлено увеличение их среднего диаметра, периметра, объема и снижение жесткости мембран (Авдеенко и др., 2003). Из эритроцитов освобождаются тромбопластические соединения и вещества с антигепариновой активностью, о чем свидетельствует удлинение времени рекальцификации и снижение потребления протромбина по сравнению с контрольными образцами крови (Авдеенко, Калюжный, Креницкий и др., 2003). Получены убедительные доказательства влияния ЭМИ КВЧ на кислородтранспортную функцию и антиоксидантный потенциал эритроцитов (Логинов, Русяев, и др., 1999; Бецкий, Яременко, 2002).

Изменение функциональной активности эритроцитов животных, связанной с изменением электрокинетических свойств клеток под влиянием шумового КВЧ-облучения низкой интенсивности в частотном диапазоне от 53 до 78 ГГц, было показано при исследовании электрофоретической подвижности эритроцитов (Крылов и др., 2000). КВЧ-воздействие вызывало увеличение электрофоретической подвижности эритроцитов, проходящее с течением времени, при этом максимум изменений наблюдался через 1,5 часа после облучения.

Исследование влияния ЭМИ частот 42,19 и 53,54 ГГц на гемореологические параметры и морфофункциональные показатели эритроцитов практически здоровых лиц выявило значимое повышение вязкости цельной крови и агрегационной способности эритроцитов в условиях In Vitro. ЭМИ КВЧ является также эффективным методом восстановления показателей физико-химических свойств эритроцитов больных стенокардией, хроническим генерализованным пародонтитом и др. (Киричук и др., 2003).

Большое количество работ посвящено изучению действия ЭМИ КВЧ на клетки возбудимых тканей. Так, обнаружены эффекты изменения при КВЧ-воздействии спонтанной электрической активности одиночных нейронов мозга Taeniopydia Gutatta (Semm, 1995). В работах С. И. Алексеева, М. С. Зискина (1997) было исследовано влияние ЭМИ КВЧ (61,22 и 75,0 ГГц) на спонтанную электрическую активность пейсмекерных нейронов моллюска Lymnaea stagnalis и показано развитие динамической реакции торможения электрической активности нейронов. Обнаружены влияния микроволн не только на концевые нервные окончания, но и на нервные волокна. Так, В. Д. Авелев и Г. Н. Акоев (1991) описали стимулирующее действие КВЧ-излучения с длиной волны 5,6 мм на рост нейритов сенсорных нейронов и пролиферацию глиальных элементов. Экспериментальные исследования, проведенные на изолированных нервных препаратах (аксон кальмара, седалищный нерв лягушки и др.), продемонстрировали возможность непосредственного воздействия мм излучения на периферические элементы нервной системы (Акоев и др., 1991; Сазонов, 1995). Было обнаружено стимулирующее влияние ЭМИ КВЧ на регенерацию периферических нервов, ускорение их роста и процессов миелинизации (Колосова и др., 1991). Под влиянием ЭМИ КВЧ (54 ГГц, 5 мкВт/см2) наблюдалось ускорение процесса восстановления проводниковой функции седалищного нерва лягушки Rana Temporaria, свидетельствующее о том, что действие микроволн оказывает влияние на процесс восстановления амплитуды потенциала действия (Pachomov et al., 1997; Денисенкова и др., 1999). При интерпретации полученных данных авторы работ делают вывод о возможности специфического действия ЭМИ КВЧ на электровозбудимые клетки.

Рассмотрение литературных данных о действии ЭМИ КВЧ на субклеточном уровне может помочь конкретизировать наши представления о возможных путях восприятия организмами этого вида излучения.

В исследованиях Б. В. Дерягина и М. В. Голованова (1986) показано, что ЭМИ КВЧ на разных частотах может взаимодействовать с различными участками биомакромолекул. Интересные данные получены по влиянию КВЧ-излучения на молекулы гемоглобина, при этом на резонансных частотах эти молекулы могут переходить в новые конформационные состояния, отличающиеся распределением заряда электронов и градиентом электрического поля на ядре железа. При этом на резонансных частотах перестраивается третичная структура в глобиновой части молекулы, изменяются ее динамические свойства (Диденко и др., 1983). Исследования оптических спектров поглощения гемоглобина после КВЧ-облучения показали изменение спектра поглощения в области 630 нм, свидетельствующее о частичном окислении железа, и ускорение перехода оксигемоглобина в метгемоглобин (Андреева и др., 1971).

К другим эффектам взаимодействия ЭМИ КВЧ с клеточными объектами также можно отнести следующие факты: способность мм волн инициировать синтез АТФ в клетках (Петров, Бецкий, 1989; Бецкий, Девятков, 1996); генерация с помощью ЭМИ КВЧ резонансных колебаний мембран митохондрий, приводящих к интенсификации биохимических процессов в клетке (Афромеев и др., 1997).

Биологические мембраны имеют универсальное значение в функционировании клеток различного типа благодаря наличию в них специализированных белков-рецепторов, способности регулировать энергетические и биохимические процессы в клетке, а также организовывать водное пространство внутри и снаружи клетки (Гапеев, Черемис, 2000). Предполагается, что в клеточных мембранах существуют колебания дипольных групп, что определяет возможность резонансного взаимодействия ЭМИ с мембранной структурой живой клетки. Литературные данные по воздействию ЭМИ непосредственно на мембраны включают исследования возбудимых и невозбудимых клеток, модельных систем – липосом и бислойных липидных мембран. В одной из первых работ (Мирутенко и др., 1975) было показано снижение величины мембранного потенциала нервных клеток изолированных ганглиев моллюска Planorbis Corneus в результате действия ЭМИ, причем величина эффекта зависела от поглощенной энергии излучения. Явление деполяризации мембраны под действием излучения связывалось авторами этой работы с изменением мембранной проницаемости для ионов, ответственных за генерацию мембранного потенциала. Некоторые исследователи отмечали гиперполяризацию мембран возбудимых клеток при облучении (Arber, Lin, 1985). Эффект объяснялся предполагаемым изменением пассивной проницаемости мембран и изменением активности Na-насоса. Кроме того, показано, что изменение электрической активности клеточных мембран сопровождается увеличением Са2+ и К+-токов, причем специфических частотных зависимостей при этом не наблюдалось (Алексеев и др., 1987).

Большое количество работ по изучению действия ЭМИ КВЧ на мембранные системы посвящено исследованию проницаемости мембран невозбудимых клеток (эритроцитов, лимфоцитов). Мембраны эритроцитов, циркулирующих в капиллярном русле, меняя свои барьерные свойства при действии излучения, могут оказывать регуляторное действие на весь организм в целом и на отдельные органы. В работах С. А. Ильиной (1987; 1991) показано уменьшение осмотической устойчивости мембран эритроцитов под действием ЭМИ, уменьшение проницаемости мембран для ионов калия на 30-40% по сравнению с необлученными образцами. Обнаружено также снижение ионной проницаемости мембран эритроцитов, увеличенной в результате электрического пробоя, а также увеличение электрической прочности эритроцитов при действии ЭМИ КВЧ (40-50 ГГц, 1-5 мВт/см2) (Девятков и др., 1983; Ильина, 1991).

В экспериментах, изучающих влияние мм волн в частотном диапазоне от 53 до 78 ГГц на устойчивость мембран эритроцитов животных (в условиях In Vitro), было обнаружено, что мм излучение повышает устойчивость мембран эритроцитов к гемолизирующему действию гипотонических растворов, тормозит перекисное окисление липидов (ПОЛ) (Корягин и др., 2000). Авторами было сделано предположение об упорядочении расположения липидных молекул в эритроцитарной мембране, что увеличивает силу гидрофобных взаимодействий. Однако в другой работе (Бабаджанян и др., 2003) показано, что после однократного КВЧ-воздействия (50-70 ГГц) обнаружены структурные перестройки в организации мембран эритроцитов, которые могли быть причиной повышения активности ПОЛ и увеличения количества активных форм кислорода и радикалов органических молекул.

Установлено модулирующее влияние ЭМИ частотного диапазона от 53 до 68 ГГц и на активность ферментных систем эритроцитарных мембран (повышение активности амилазы при практически неизменной активности АлАТ сыворотки крови), что, по мнению авторов, отражало поглощение энергии мм волн крупными белковыми молекулами, не сопровождающееся изменением их конформации и, следовательно, не влияющее на их каталитическую активность (Корягин и др., 2000).

В опытах In vitro также зарегистрировано изменение проницаемости клеточных мембран для ионов Na+, K+, Cl-, Ca2+ и других ионов, рост активности транспортных АТФ-аз под влиянием ЭМИ КВЧ (Пивоварова и др., 1991; Рубин и др., 1991; Логинов и др., 1999; Тамбиев, Кирикова, 2003). Некоторые авторы отмечают важную роль Са2+ в проявлении эффектов КВЧ-воздействия. Следует обратить внимание на тот факт, что нетепловые эффекты ЭМИ КВЧ наблюдаются только при наличии потоков Са2+ через плазматическую мембрану клеток и в тех случаях, когда ионы кальция являются регулятором исследуемого процесса (Adey, 1988; Wаllechek, 1992; Сафронова и др., 1997; Аловская и др., 1998). Так, нетепловые эффекты обнаружены на Са2+-активируемых калиевых и хлорных каналах и не наблюдались на потенциалозависимых калиевых и кальциевых каналах, где обнаруживался только тепловой эффект. Многие авторы (Гапеев и др., 1996, 1997; Сафронова и др., 1998; Аловская и др., 1998) предполагают, что низкоинтенсивное ЭМИ КВЧ, действуя на кальций-зависимые системы внутриклеточной сигнализации, способно изменять концентрацию внутриклеточного Са2+ или менять сродство белков к этим ионам. Так, например, наблюдалось увеличение калиевой проницаемости мембран при увеличении внутриклеточной концентрации Са2+ в эритроцитах, в нервных клетках морского моллюска Aplysia и виноградной улитки (Adey, 1981). Было показано, что КВЧ-излучение вызывает высвобождение ионов Са2+, связанных с макромолекулами поверхностного слоя мембран. Автор считает, что явления освобождения и связывания Са2+ полианионами поверхностного слоя могут рассматриваться в качестве кооперативного процесса с триггерным запуском в каком-либо участке, вызванным изменением конформации макромолекулы под действием электромагнитного поля. На Са2+ активируемых калиевых каналах методом «patchclamp» выявлено изменение сродства каналообразующего белка к Сa2+ и коэффициента Хилла этой реакции под действием ЭМИ КВЧ. Причем, у белков с высоким сродством к Са2+ константа диссоциации увеличивалась, а у белков с низким сродством – уменьшалась (Gеletyuk et al., 1995). Обнаружено, что посредником действия ЭМИ КВЧ на ионные каналы является водный раствор, контактирующий с внутриклеточной стороной ионных каналов (Fesenko et al., 1995).

Таким образом, результаты экспериментальных работ демонстрируют высокую чувствительность клеточных мембран к ЭМИ КВЧ низкой интенсивности. КВЧ-излучение нетепловых интенсивностей способно индуцировать структурные перестройки в мембранах, что сопровождается изменением ионной проводимости клеточных мембран и быстрым закрытием пробойных каналов ионных утечек. Есть основания предполагать, что биологические мембраны являются одним из своеобразных «детекторов» излучения в живой клетке.

Обобщая результаты исследований влияния ЭМИ КВЧ на клетки и клеточные мембраны, можно сделать вывод, что биологические эффекты, полученные экспериментально на различных микроорганизмах и клеточных культурах, имеют много идентичных закономерностей. При облучении клеток ЭМИ КВЧ наблюдаются как функциональные, так и структурные изменения. Мембраны могут играть главную роль в эффективном восприятии и дальнейшем проявлении действия ЭМИ КВЧ в функциональных изменениях на уровне всей клетки. Первичное действие КВЧ-излучения состоит в изменении проницаемости мембран и их транспортных свойств. Однако вопрос о конкретных физико-химических механизмах рецепции КВЧ-излучения на мембране и последующей передаче возбуждения к внутриклеточным структурам требует дальнейших исследований, но, независимо от природы этих мишеней, действие ЭМИ КВЧ можно рассматривать на уровне систем внутриклеточной регуляции. Живая клетка, как сильно нелинейная динамическая система, в определенных состояниях может оказаться высокочувствительной к воздействию ЭМИ КВЧ, поэтому, подбирая параметры излучения, можно целенаправленно воздействовать на те или иные функции клетки. Однако для объяснения механизмов действия ЭМИ КВЧ на уровне многоклеточного организма нельзя ограничиваться исследованием реакций только субклеточных и клеточных систем. Исследования функций отдельных клеток не могут дать полной информации о сложных процессах, происходящих в организме при воздействии ЭМИ КВЧ. Ещё А. С. Пресман (1968) обратил внимание на то обстоятельство, что чувствительность к внешним ЭМП максимальна у целостных организмов и значительно меньше – у изолированных клеток и органов и совсем низкая – у растворов макромолекул. Можно дать следующее объяснение этому факту применительно к мм-диапазону. С одной стороны, это является следствием роли мм-волн в процессах жизнедеятельности, когда клетка с клеткой «разговаривает на языке мм-волн». С другой стороны, это можно объяснить пространственной организацией биологических структур. Хорошо известно, что биологическим структурам свойственна фрактальность (Урицкий, Музалевская, 1995; Бецкий и др., 2002). Основная характеристика фрактала – самоподобие. Самоподобие означает, что фрактальный объект состоит из большого числа «копий» самого себя, которые проявляются, если фрактал и его отдельные участки рассматривать при разных масштабах Самоподобие присуще многим законам природы и бесчисленным явлениям в окружающем нас мире. Устойчивая работа такой сложной иерархически организованной системы обеспечивается взаимной подчинённостью структур, относящихся к разным пространственным масштабам. Эти структуры часто имеют подобную топологию, что придаёт вертикальной организации живого организма черты фрактала (Урицкий, Музалевская, 1995). По-видимому, в живой природе работает некоторый принцип, который можно сформулировать как «фрактал – к фракталу». Действительно, фрактальные структуры присутствуют на всех иерархических уровнях живого организма. Можно предположить, что эволюция живого на Земле следовала принципу самоподобия. Особенно отчётливо фрактальные свойства выражены в дыхательной, кровеносной и нервной системах, в которых мелкомасштабная структура выглядит также как и крупномасштабная. В. М. Урицкий, Н. И. Музалевская (1995) считают, что «роль начальных кооперативных связей, поддерживающих фрактальную биологическую самоорганизацию, играют электромагнитные взаимодействия – наиболее распространённый тип нелокальных связей в масштабах биологических структур, а явление передачи биологически значимой информации между процессами разных временных и пространственных масштабных уровней целиком определяется их взаимным подобием». На элементарном уровне кооперативные электромагнитные взаимодействия могут осуществляться двойными электрическими слоями мембран. Поэтому при воздействии внешнего (синхронизирующего сигнала) на систему связанных осцилляторов эффект воздействия тем сильнее, чем более подобными (или самоподобными) являются сами осцилляторы (Бецкий и др., 2002).

Таким образом, необходимо изучение как первичной рецепции ЭМИ КВЧ, так и следующего за ней восприятия и отклика на уровне физиологических реакций целого организма с учетом многочисленных функциональных связей между органами и системами органов, тем более, что восприятие информационных ЭМИ возникает на уровне сложноорганизованных биологических систем и полностью проявляется только в целостном организме (Пресман, 1968; Плеханов, 1990; Лушников, Гапеев и др., 2001).

Автор —  Джелдубаева Эльвиза Рашидовна

Метки: