Биологическая активность низкоинтенсивных переменных магнитных полей (обзор литературных данных)

В настоящее время получены убедительные данные о высокой биологической активности низкоинтенсивных переменных магнитных полей (ПеМП) сверхнизкой частоты (СНЧ) [49; 84; 107; 108; 178; 179; 180; 207; 213; 242; 288]. Показано, что биологическая активность слабых ПеМП зависит как от параметров воздействующего поля, так и от свойств биологического объекта. Выяснена зависимость биологической эффективности слабых ПеМП СНЧ от частоты и интенсивности воздействующего фактора, определены «частотные» и «амплитудные» окна [121; 242; 259; 260]. Выявлено, что ПеМП СНЧ при длительном действии вызывает развитие неспецифических адаптационных реакций [78; 120; 131].

Показана также зависимость выраженности эффекта от свойств биологического объекта. Так, молодые и старые животные более чувствительны к такому воздействию [48; 205]. Экспериментальные животные такие, как кролики и крысы реагируют на действие ПеМП более ярко, чем собаки [205], а у интактных животных реакция на его действие проявляется намного меньше, чем у животных, подвергавшихся воздействию других факторов: гипокинезии [78; 120; 131], ионизирующей радиации [97], гравитационным перегрузкам [179], низким температурам [289]. Следовательно, показано, что более высокая эффективность слабых ПеМП появляется при их комбинированном с другими факторами действии.

Существуют многочисленные литературные данные о чувствительности различных физиологических систем организма на действие низкоинтенсивных ПеМП. Так, показано, что воздействие ПеМП в диапазоне крайненизких частот вызывает функциональные изменения в ЦНС [179], сердечно-сосудистой системе (ССС) [70], системе крови [205], нейрогуморальных процессов [81].

Влияние слабых ПеМП на ритмику физиологических процессов.

Поскольку слабые низкочастотные электромагнитные поля (ЭМП) обладают высокой проникающей способностью, они являются идеальными носителями сигналов, синхронизующих биологические колебания – ритмы [208] по типу «захвата» частоты внешнего фактора.

Свидетельством синхронизации периодических изменений естественных ПеМП и показателей функционального состояния человека и животных служат многочисленные исследования. Например, в исследовании М. Л. Хачатурьян [222] выявлено сходство ритмических структур геомагнитной активности и устойчивости к гипоксии, о чем свидетельствовало совпадение циркасептанных, циркасемисептанных, инфрадианных, циркадианных, ультрадианных ритмов устойчивости к гипоксии с аналогичной ритмикой геомагнитной активности.

Получены также доказательства совпадения ритмики гелиогеофизических факторов с многолетними биоритмами элементов гемограммы у людей. Обнаружено синхронное изменение изучаемых показателей, на что указывают одинаковые спектрально-временные гармоники и периоды числа лейкоцитов и гелиогеофизических факторов [118].

Выяснено, что и искусственные ПеМП могут «навязывать» ритмику биологическим объектам. Так, в многочисленных исследованиях показано, что исчезновение датчика времени, вызванное электромагнитным экранированием, приводит к нарушению ритмики. Уже после однократных сеансов экранирования в кардиоритме отмечался сдвиг в сторону высокочастотного диапазона, а после четырех сеансов – с начальным смещением в высокочастотный диапазон и последующим (после 7-8 сеансов) в низкочастотную область [61].

В экспериментах X. М.Р. Дельгадо [288] на изолированных рецепторах рака обнаружена синхронизация спонтанной импульсной активности с частотой воздействующего ПеМП (4; 8; 12 Гц, индукция 100 мТ). Для ПеМП частотой 16; 20; 24; 28 Гц эффекта синхронизации не наблюдалось.

Экранирование от магнитных полей у людей сопровождалось отклонением периодов ритмов двигательной активности и температуры тела от 24-х часов [351]. Неблагоприятные последствия длительного экранирования, возможно, были связаны с изменением соотношений иррегулярных и периодических компонентов геомагнитного поля. Однако различия в ритмике изолированных и контрольных испытуемых исчезали, если в бункере включалось слабое (2,5 В/м) поле частотой 10 Гц.

В исследованиях на птицах было показано, что в условиях постоянной темноты (устранение фотопериодики) периоды ритма двигательной активности существенно отклоняются от 24-х часов. При циклическом воздействии слабым ЭМП с 24-хчасовым периодом на птиц, находившихся в условиях постоянной темноты, не отмечалось значительных изменений ритма двигательной активности [280].

Существующие данные дополняются исследованиями, проведенными на крысах [303] и человеке [190; 295] в условиях космического полета. В механизмах такого влияния существенную роль играет трансформация естественной структуры датчиков времени, сопутствующая полету. Во всех наблюдениях выявлялось запаздывание суточного ритма температуры тела животных и испытуемых.

Как оказалось, характер влияния ПеМП на биологическую ритмику зависит от исходного состояния организма. Если ПеМП действует на животных, у которых имеет место десинхроноз любого генеза, наблюдается восстановление исходной временной организации системы. В пользу данного утверждения служат результаты исследования [208], в которых показано, что у крыс с моделированным гипокинетическим стрессом, сопровождающимся развитием десинхроноза, нормализация инфрадианной ритмики симпатоадреналовой системы (САС) наблюдалась уже после однократных воздействий ПеМП частотой 8 Гц. В дальнейшем были получены сходные данные при исследовании влияния ПеМП аналогичной частоты на эпифизэктомированных животных [66; 251].

Изменение внутрисуточной и циркадианной ритмики процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ), обмена тиоловых групп и липидов в головном мозге мышей, а также биохимических процессов в системе крови при воздействии слабого ПеМП в диапазоне частот 0,008-80 Гц индукцией 30 мкТл выявлено В. С. Мартынюком [125; 126]. В данных работах изменения ритмики зависели от частоты воздействующего поля.

Показано, что как возмущения ПеМП естественного происхождения, так и апериодические влияния искусственных слабых ПеМП изменяют ритмическую деятельность различных физиологических систем. Так, у бактерий (Photobacterium) при возрастании интенсивности геомагнитного поля обнаружено повышение синхронизации биолюминесценции, зависящее от амплитуды и длительности магнитных бурь [26]. В фазе восстановления бури отмечалась амплитудно-импульсная модуляция светового сигнала бактерий с длительностью световых пакетов около 40 с и частотой следования 0,01 Гц.

Изменение ритмических процессов во время магнитных бурь обнаружено у представителей различных типов животных. Так, работа М. Lindauer и Н. Martin [314] свидетельствует о нарушении циркадианной ритмики у некоторых насекомых под влиянием магнитных бурь. Авторы полагают, что нарушение околосуточной периодики у пчел во время геомагнитных возмущений препятствует их возвращению в родной улей.

Нарушение временной организации локомоторной активности в дни магнитных бурь обнаружено и у рыб. В. В. Александровым [11;12] было показано изменение спектра биоритмов локомоторной активности карпа (Cyprinidae, Carassuns avratus) при геомагнитном возмущении, проявляющееся в исчезновении периода длительностью » 60 минут. Следует отметить, что при воздействии данного фактора обнаруживались смещения фаз локомоторной активности исследуемого объекта. Данный автор выявил также нарушение временной организации зоопланктона пресноводных бассейнов при магнитных бурях. Так, в результате данного исследования было установлено, что во время геомагнитных возмущений происходило интенсивное вертикальное перемещение планктеров в более глубокие слои воды, а также наблюдалось увеличение их численности [10].

Исследования последних лет свидетельствуют об изменениях временной организации физиологических систем млекопитающих под влиянием геомагнитных возмущений. Неудивительно, что геомагнитные возмущения отражаются на временных характеристиках деятельности ЦНС, так как ЦНС обладает наиболее высокой чувствительностью к ЭМП [75; 179; 213; 226; 227; 254]. Так, при электромагнитных возмущениях (магнитные бури, повышение частоты следования солнечных хромосферных вспышек), когда ритмика параметров внешней среды нарушается, заметно изменяются некоторые параметры ритмики сна [132; 343].

Оказалось, что магнитная буря оказывает влияние на показатели пространственной синхронизации электроэнцефалограммы (ЭЭГ). В день магнитной бури наблюдалось генерализованное понижение показателей пространственной синхронизации ЭЭГ человека, а на следующий день, наоборот, — генерализованное повышение [25].

В опытах на животных получены интересные данные о влиянии гелиогеомагнитных возмущений на ритмику формирования условных рефлексов (УР). Установлено, что гелиогеомагнитные возмущения изменяют временную организацию условно-рефлекторной деятельности крыс, что проявляется в снижении амплитуд ритмов, смещении их акрофаз, появлении новых корреляционных связей между показателями высшей нервной деятельности [18].

Обнаружены изменения ритмической активности ССС под влиянием магнитных возмущений. Так, в исследованиях Т. К. Бреус и соавторов [230] выявлены изменения вариабельности спектральных характеристик сердечного ритма у человека и животных, что было обусловлено усилением активности симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Примером десинхронизирующего действия геомагнитного возмущения являются, и исследования по изучению ССС кроликов во время большой двойной магнитной бури в сентябре 1984 г. [235]. По мере приближения магнитной бури возрастала десинхронизация суточных колебаний показателей сократительной силы левого и правого желудочков сердца и артериального давления (АД). К началу магнитной бури число корреляционных связей между показателями деятельности ССС значительно уменьшалось. Интересно отметить, что магнитная буря привела также к угасанию амплитуды суточной ритмики гемодинамических показателей животных.

В клинических наблюдениях было обнаружено, что параметры суточной периодики в магнитовозмущенные дни у здоровых молодых людей и у лиц с сердечно-сосудистой патологией заметно различаются. Так, отмечено, что у здоровых людей по мере роста активности геомагнитного поля изменялся суточный ритм АД и число сердечных сокращений [70; 71; 158; 159; 160; 281]. Выявлено, что магнитные бури приводят к нарушению ритмов вегетативных показателей вплоть до развития вегетативных кризов [236]. В геовозмущенные дни было отмечено ослабление синхронизма между дыхательной и сердечно-сосудистой системами [102], а также между ССС и гастродуодендальными биоритмами [249].

У больных с заболеваниями органов кровообращения при магнитных бурях происходили перестройки циркадианного ритма показателей гемодинамики [39; 160; 232], что, вероятно, является одной из причин увеличения смертности [189].

Таким образом, апериодические изменения геомагнитной активности приводят к модификациям ритмики ряда физиологических систем организма человека и животных. Причем, у больных людей эти изменения выражены более ярко.

Накапливается все больше экспериментальных лабораторных данных о высокой чувствительности широкого класса биосистем к этим полям. Такие результаты получены в работах ряда авторов с использованием бактерий и клеточно-тканевых моделей. К. А. Чернощековым и А. В. Лепехиным [233] были получены данные, показывающие временные изменения свойств бактерий кишечной группы при воздействии ПеМП.

В работах А. В. Ли [109] и И. Г. Власовой [47] на клеточно-тканевой модели мозга (переживающих срезах мозжечка мышей) было показано, что ПеМП диапазона короткопериодических пульсаций (0,05; 0,1; 0,25; 5 Гц) с амплитудой 100 нТл способно не только плавно изменять параметры ритмической деятельности нейронов, но и переводить непрерывный тип активности в судорожный режим. Оказалось, что после прекращения действия ПеМП судороги продолжаются довольно длительное время.

Повышение уровня электрической активности, а в ряде случаев появление залповых импульсов, обнаруживалось при воздействии импульсным МП на изолированную брюшную нервную цепочку речного рака [168].

Следовательно, обзор существующих работ по данной проблеме показал, что искусственное ПеМП способно изменять ритмику in vitro. Существуют также многочисленные данные, демонстрирующие изменение ритмических процессов и in vivo. Оказалось, что при спектральном анализе ЭЭГ возможно обнаружение резонансных частот для каждой структуры мозга с точностью до миллигерц [319]. В частности, автором показано, что для гиппокампа такой частотой является 7,8 Гц. Эти данные подтверждаются результатами исследований и других авторов. Так, M. A. Persinger и соавторы [323] впервые обнаружили признаки усвоения подаваемого ритма ПеМП частотой 7 Гц гиппокампом макак резус. Изменение ритма ЭЭГ у крыс при воздействии ПеМП от 1 до 50 Гц выявлено и в других экспериментах [278].

Появление на ЭЭГ колебаний с частотой, близкой к частоте подаваемого поля для некоторых вариантов опытов, наблюдали также А. М. Волынский [49] и Е. А. Войтинский с соавторами [48]. В экспериментах данных авторов обнаружено усвоение ритма ретикулярной формацией мозга при использовании МП относительно высокой напряженности 0,07 нТл с частотой 4,5 Гц. Выяснено также, что ПеМП частотой 5-12 Гц вызывает появление медленных ритмов на ЭЭГ и увеличение их амплитуды [179; 226].

При воздействии ПеМП СНЧ (60 Гц, 1,5 мкТл с 08:00 до 20:00) в течение пяти дней отмечалось изменение суточного ритма порога болевой чувствительности у крыс [285].

Важную информацию о высших формах деятельности ЦНС на уровне целостного организма дает условно-рефлекторный метод [145]. Выявлены изменения мезоритмов условно-рефлекторной деятельности под влиянием слабых ПеМП частотой 8 Гц (индукция 1 мкТл), проявлявшиеся в перестройке фаз и амплитуд выделенных ритмов, формировании и реализации пищевого рефлекса у крыс [18].

Фазовый сдвиг циркадианного ритма двигательной активности крыс линии Вистар при воздействии однородным МП частотой 50 Гц индукцией 30 мкТл в течение 24-ех суток был зафиксирован в исследованиях O. Hiwaki [298].

Свидетельством реакции ССС системы организма при воздействии слабых ПеМП является изменение внутрисуточной ритмики содержания неорганических компонентов в миокарде (частота ПеМП 0,1 Гц; индукция 200 нТл) [109]. Чувствительность циркадианного ритма кровяного давления у здоровых молодых людей, проявляющаяся в изменении данного ритма, прослеживалось при восьмичасовой экспозиции полем частотой 16,7 Гц индукцией 0,2 мкТл [294].

Подводя итог, можно заключить, что в ответ на воздействие низкочастотными ПеМП на биологические ритмы организма вовлекаются различные физиологические системы: нервная, сердечно-сосудистая, а также система крови. При геомагнитных возмущениях наблюдается изменение временной организации ряда физиологических показателей, проявляющееся в перестройках амплитудно-фазовой структуры биоритмов. Данные изменения зависят от исходного состояния организма. Слабые естественные и искусственные магнитные поля способствуют стабилизации рассогласованных ультрадианных, циркадианных и инфрадианных ритмов многих физиологических показателей. Однако вопрос о конкретных механизмах их действия на биоритмологические процессы еще остается открытым.

Индивидуальная чувствительность животных к действию ПеМП.

Существуют работы, демонстрирующие различные реакции животных с неодинаковыми индивидуальными особенностями на действие слабых МП. Установлено, что воздействие ПеМП низкой интенсивности на животных с различными индивидуально-типологическими особенностями поведения (ИТОП) оказывает неодинаковое влияние на формирование УР [141; 255]. Например, воздействие ЭМП сверхнизкой интенсивности на животных с возбудимым типом нервной системы стабилизировало показатели выработки УР активного избегания темного пространства, в то время как у крыс с тормозным типом наблюдалось угнетение выработки УР. Замедление формирования данного рефлекса отмечено и у животных с неустойчивым типом нервной системы [225]. Показано также, что ЭМП (частота 4200 МГц, модулируемая квазистохастическим сигналом в диапазоне 20-20000 Гц при плотности потока энергии 15 мкВТ/см2) стимулировало выработку двигательно-оборонительного УР у крыс с высоким уровнем возбудимости, а у животных с выраженным тормозным типом поведения — замедляло [256].

Выявлены индивидуальные различия животных и на действие низкоинтенсивного электромагнитного излучения (ЭМИ) крайне высокой частоты (КВЧ). Наиболее выраженное снижение возбудимости ЦНС под влиянием ЭМИ КВЧ отмечено у крыс с НДА, а наименее – у крыс с высокой двигательной активностью (ВДА) [239]. Длительное действие такого фактора, как ПеМП частотой 8 Гц индукцией 5 мкТл, наоборот, вызывало возрастание возбудимости ЦНС у крыс с НДА, а у животных со СДА и ВДА отмечалось снижение возбудимости ЦНС, более выраженное у животных со СДА [64]. К тому же, в начальный период действия ПеМП у крыс происходила активация САС, которая выражалась в увеличении экскреции адреналина и норадреналина. Наиболее резкое возрастание экскреции катехоламинов и изменение показателей системы крови отмечалось у крыс с НДА, а у крыс с ВДА активация САС происходила позднее.

Литературные данные свидетельствуют также о неодинаковой чувствительности различных отделов ЦНС к ПеМП в зависимости от конституциональных особенностей организма. Обнаружено, что в ответ на действие ПеМП частотой 8 Гц у животных с НДА в ОП наиболее выраженное изменение содержания суммарных тиоловых групп, а также повышение уровня продуктов свободнорадикального окисления развивается в гипоталамусе, а у крыс с ВДА – в коре больших полушарий [127]. Вышеприведенные факты дополняются данными о том, что характер метаболических изменений (ПОЛ, тиол-дисульфидный обмен, активность антиоксидантной системы, энергетический обмен в тканях печени), вызванных действием ПеМП со сложным спектром в диапазоне сверхнизких частот, зависит от индивидуально-типологических особенностей животных.

Таким образом, литературные данные свидетельствуют о том, что эффекты действия низкоинтенсивного ПеМП существенно зависят от индивидуальных особенностей животных.

В связи с накоплением данных о влиянии ПеМП на функциональное состояние физиологических систем организма, как временного фактора, и использования этого фактора организмами в качестве датчика времени в широком диапазоне периодов, возникает необходимость в изучении влияния ПеМП СНЧ на ритмические процессы, учитывая индивидуальные особенности человека и животных.

Метки: