WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 |

Сочетанное воздействие низкоинтенсивного электромагнитного излучения терагерцового диапазона и экотоксикантов на биологические объекты

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Денисова Светлана Александровна

СОЧЕТАННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНА

И ЭКОТОКСИКАНТОВ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

03.00.16 – экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Саратов – 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский военный институт биологической и химической безопасности» и в лаборатории электромагнитных полей ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского»

Научный руководитель – кандидат биологических наук, доцент

Рогачева Светлана Михайловна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Завьялов Евгений Владимирович

доктор физико-математических наук, профессор

Ульянов Сергей Сергеевич

Ведущая организация – ФГУ «Государственный научно-исследовательский институт промышленной экологии»

Защита состоится « 2 » июля 2008 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.13 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, д. 83, V уч. корпус, аудит. 61, E-mail: biosovet@sgu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский ГУ».

Автореферат разослан « 30 » мая 2008 г.

 Ученый секретарь диссертационного совета Невский С.А. Общая-0

Ученый секретарь

диссертационного совета Невский С.А.

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. В настоящее время окружающая природная среда и значительная часть человечества подвержены постоянному воздействию различных химикатов, электромагнитного излучения, радиации и других экологически опасных факторов, большинство из которых являются продуктами хозяйственной деятельности человека. Очевидными последствиями такого воздействия являются увеличение заболеваемости людей, особенно связанной с нарушением иммунного статуса, а также уменьшение численности или даже полное исчезновение отдельных видов животных, как правило, находящихся на высоких трофических уровнях. Таким образом, речь уже идет об отдаленных и глубоких воздействиях на природные экосистемы.

В связи с этим остро стоит задача разработки способов неспецифической защиты клеток от экологически опасных факторов. Прослеживается также связь этой проблемы с изучением механизмов адаптации живых организмов к изменяющимся условиям природной среды.

Перспективным направлением в данных исследованиях является изучение эффектов и механизмов действия электромагнитного излучения (ЭМИ) миллиметрового (ММ) или крайне высоко частотного (КВЧ) диапазона на биологические объекты различного уровня организации, от отдельных клеточных компонентов, изолированных клеток и микроорганизмов до организма животных и человека. Характерной особенностью его воздействия на биообъекты является наличие резонансных эффектов, в проявлении которых ключевая роль отводится структурным и волновым свойствам воды (Синицин и др., 1998). Доказана способность излучения резонансных частот КВЧ-диапазона корректировать реакцию живых организмов на воздействие химических веществ и физических факторов. Обнаружено, что электромагнитные волны компенсируют отрицательное влияние атомов тяжелых металлов на жизнедеятельность гидробионтов, оказывают реабилитирующий и протекторный эффекты при воздействии на человека ионизирующего излучения и электромагнитных полей других диапазонов (Бецкий и др., 2004).

Малоизученным на шкале электромагнитных полей (ЭМП) остается излучение коротковолновой части ММ-диапазона и субмиллиметрового (субММ) диапазона длин волн, которое называют терагерцовым (ТГц). Известно, что мембрана живой клетки находится в возбужденном колебательном состоянии в диапазоне частот 0.1–1.0 ТГц, а в интервале 0.05–0.40 ТГц лежит подавляющее большинство вращательных молекулярных спектров низкомолекулярных газов, играющих важную роль в процессах обмена веществ и в проявлении токсических эффектов (Бецкий и др., 2005). Поэтому поиск новых биологически значимых частот в ТГц-диапазоне ЭМИ и изучение биоэффектов их воздействия в сочетании с токсичными и физиологически активными веществами (ФАВ) представляют важную и актуальную задачу экологии.

Для исследования эффектов сочетанного воздействия ЭМИ и химических веществ нами выбраны экотоксиканты различной химической природы и физиологического действия: никотин и сероводород.

Цель и задачи исследования. Выявление новых биологически значимых частот в терагерцовом диапазоне и изучение эффектов воздействия электромагнитного излучения этих частот в сочетании с токсичными химическими соединениями на биологические объекты разного уровня организации. В ходе реализации основной цели решались следующие задачи:

– определить с помощью гидробиологической тест-культуры Paramecium caudatum резонансные частоты электромагнитного излучения низкой интенсивности в терагерцовом диапазоне;

– исследовать изолированные и комбинированные эффекты воздействия никотина и электромагнитного излучения резонансных частот на клетки простейших Paramecium caudatum и эритроциты лабораторных животных;



– изучить влияние никотина на клеточные мембраны и примембранную водную фазу, используя методы экспериментального моделирования;

– изучить комбинированное действие сероводорода и электромагнитного излучения низкой интенсивности на лабораторных животных;

– определить среднелетальные концентрации сероводорода, облученного на частотах его резонансного поглощения.

Научная новизна. По изменению подвижности клеток гидробиологической культуры простейших P. caudatum установлен резонансный характер низкоинтенсивного излучения в диапазонах частот 120–170 и 270–380 ГГц. При этом обнаружено, что излучение на частотах 151.8, 155.7, 156.6, 161.3 и 167.1 ГГц, приводит к наибольшему отклонению тест-реакции инфузорий от контроля. Впервые изучены эффекты изолированного и комбинированного воздействия водных растворов никотина и излучения указанных резонансных частот на инфузории и эритроциты. Показано, что воздействие ЭМИ на резонансной частоте 167.1 ГГц приводит к уменьшению токсического эффекта никотина. Установлено дестабилизирующее действие никотина на клеточные мембраны. С помощью моделей мембран и белков показано, что никотин в низких концентрациях дестабилизирует сетку водородных связей приповерхностной воды, что, возможно, определяет характер его неспецифического действия на живой организм. Полученные результаты свидетельствуют о корректирующей роли воды в реализации эффектов комбинированного действия ТГц-излучения низкой интенсивности и токсичного вещества. Впервые изучено влияние низкоинтенсивного терагерцового излучения на токсические свойства сероводорода. Установлено, что среднелетальная концентрация газа под воздействием ЭМИ на частотах его резонансного поглощения 167 и 303 ГГц увеличивается практически в два раза.

Научно-практическая значимость. Показана возможность применения гидробиологической тест-культуры P. caudatum для определения биологически значимых частот ЭМИ в ТГц-диапазоне, что можно использовать в экологическом мониторинге. Определена резонансная частота ЭМИ (167.1 ГГц), при которой компенсируется токсический эффект никотина в водных растворах. На примере сероводорода впервые показана возможность уменьшения токсичности газов в результате воздействия излучения низкой интенсивности на частотах их резонансного поглощения. Эти результаты могут найти применение в экотехнологиях. Установленная способность никотина в малых концентрациях дестабилизировать структуру сетки водородных связей примембранной воды позволит уточнить механизм неспецифического действия алкалоида на клеточные мембраны.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы представлены: на десятой Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология – наука XXI века» (Пущино, 2006), четвертом Международном конгрессе «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (Санкт-Петербург, 2006), третьей Научно-практической конференции «Научно-технические аспекты обеспечения безопасности при уничтожении, хранении и транспортировке химического оружия» (Москва, 2006), седьмой Международной конференции «Биоантиоксидант» (Москва, 2006), третьей Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2007), четвертой международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2007), седьмой международной крымской конференции «Космос и биосфера» (Судак, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, 3 из которых в изданиях перечня ВАК РФ.

Декларация личного участия автора. Диссертантом выполнен весь объем экспериментальных работ, проведены расчеты, обработка и анализ результатов, сформулированы положения, выносимые на защиту и выводы. В совместных публикациях доля участия автора составила 50–80%.

Объём и структура диссертации. Работа изложена на 127 страницах, состоит из введения, 4 глав, заключения и выводов, содержит 25 рисунков и 10 таблиц. Библиографический указатель включает 213 источников отечественной и зарубежной литературы.

Положения, выносимые на защиту:

  1. Низкоинтенсивное электромагнитное излучение терагерцового диапазона определенных частот вызывает достоверное изменение тест-отклика инфузорий Paramecium caudatum.
  2. Электромагнитное излучение на резонансной частоте 167.1 ГГц способно компенсировать токсические эффекты водных растворов никотина.
  3. В неспецифическом действии никотина в низких концентрациях на мембраны важную роль играет структура и подвижность примембранной воды.
  4. Воздействие электромагнитного излучения низкой интенсивности на частотах 167 и 303 ГГц на сероводород способствует снижению его токсичности.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность исследования, его практическая и теоретическая значимость; сформулированы основные цели и задачи, а также пути их реализации.

Глава 1. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

И ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ НА БИОСИСТЕМЫ И ИХ МОДЕЛИ

(обзор литературы)

В данной главе на основании анализа отечественной и зарубежной литературы определены особенности взаимодействия ЭМИ низкой интенсивности ММ- и субММ-излучения с биологическими системами. Показано, что биоэффекты ЭМИ имеют резонансный характер, а первичными мишенями его воздействия являются водная компонента биообъекта и клеточные мембраны. Отмечено, что эффекты комбинированного действия химических веществ и ЭМИ на живой организм мало исследованы. Приведены данные по токсическим свойствам и физиологическому действию никотина и сероводорода – веществ, используемых в работе. Обоснована возможность применения в экотоксикологических экспериментах лабораторных животных, высокочувствительной гидробиологической культуры Paramecium сaudatum, в качестве модели клетки – эритроцитов, а также модельных систем мембран и белков – липосом и гидрозолей ультрадисперсных алмазов (УДА).





Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводились в 2005–2008 гг. на базе Саратовского военного института биологической и химической безопасности и лаборатории электромагнитных полей Научно-исследовательского института Естественных наук Саратовского государственного университета.

В работе использовались белые неинбредные крысы-самцы массой 210–240 г (всего 178 особей), содержащиеся в стандартных условиях вивария; культура простейших P. caudatum из коллекции ГосНИИОРХ (г. Саратов), выращенная на среде Лозина-Лозинского; эритроциты, выделенные из крови крыс-самцов; ультрадисперсные алмазы (размер 4 нм), предоставленные Красноярским НЦ СО РАН; наночастицы диоксида кремния (размер 7 нм) фирмы Sigma. Выращивание культуры и выделение эритроцитов проводили по стандартным методикам. Растворы никотина (фирма Aldrich) готовили в сверхчистой воде (система очистки «Водолей», Россия) методом последовательного разведения.

Источником ЭМИ в диапазоне частот 120–170 ГГц (плотность потока энергии (ППЭ) – 10 мкВт/см2) служила лампа обратной волны ЛОВ-87 «А» (Россия). В качестве генератора субмиллиметрового излучения в диапазоне ЭМИ 270–380 ГГц (ППЭ – 6 мкВт/см2) использовали монохроматический автоматизированный спектрометр МАСС-2М.

Подвижность клеток P. сaudatum анализировали с помощью импульсного фотометра «Биотестер–2» (Еропкин, 1999). Активность мембраносвязанного фермента эритроцитов аденозинтрифосфатазы (АТФ-азы) определяли по стандартной методике (Якушева, Орлова, 1970), измерения проводили на фотоэлектроколориметре КФК-3 (Россия) при = 735 нм, в кювете с l = 1 см. Гемолитическую устойчивость эритроцитов в отношении детергента додецилсульфата натрия (ДСН) (40 мкмоль/л) определяли по методике (Черницкий, Сенькович, 1997), с помощью фотоэлектроколориметра при = 670 нм, l = 1 см.

Определяли влияние никотина (10-16–10-3 моль/л) на липосомы, загруженные флуоресцеин-натрием (ФН), которые готовили методом инжекции 10% спиртового раствора яичного фосфатидилхолина (5 г/л) в 0.01% водный раствор ФН при температуре +50 С с последующим озвучиванием на ультразвуковом дезинтеграторе «UD-11 automatic» (Германия) в течение 30 сек. на максимальной мощности. Интенсивность флуоресценции суспензий измеряли на спектрофлуориметре «Флуорат–Панорама 02» (Россия) при возб. = 491 нм, эмис. = 512 нм.

Исследование диффузионной подвижности приповерхностной воды в присутствии никотина проводили с помощью флуоресцентного зондирования 4-диметиламинохалконом (ДМХ) суспензий липосом и гидрозолей УДА. Липосомы получали методом инжекции с последующим озвучиванием (Дворкин, 1985; Марголис, 1986). В суспензию липосом объемом 3 мл вводили этанольный раствор (30 мкл) ДМХ (10-3 моль/л) и никотин (10-14–10-3 моль/л), измеряли интенсивность флуоресценции суспензий при возб. = 419 нм, эмис. = 525 нм.

Гидрозоли наночастиц с концентрацией 0.1 г/л получали трехкратным озвучиванием по 30 сек. при максимальной мощности на ультразвуковом дезинтеграторе (Чиганова, 1997). Гидрозоли наночастиц, содержащие никотин, спиртовой раствор ДМХ (10-5 моль/л), выдерживали в герметичных бюксах в термостате ТС-80 (Россия) при температуре +30 С в течение 1 ч. Интенсивность флуоресценции измеряли при возб. = 422 нм, эмис. = 518–522 нм.

Размеры образующихся агрегатов УДА и диоксида кремния в присутствии никотина определяли по спектру мутности суспензий (Безрукова, Розенберг, 1981) на спектрофлуориметре в диапазоне 250–600 нм.

Сероводород получали по реакции порошкообразной серы с парафином при температуре +170 С (Некрасов, 1973). Оценку острой токсичности газа проводили с использованием затравочного стенда. Группы крыс (по 6 особ. в каждой серии) подвергали 15-минутной затравке необлученным и предварительно облученным в течение 90 мин сероводородом с помощью спектрометра МАСС-2М на частотах резонансного поглощения газа – 167 и 303 ГГц (ППЭ – 6 и 240 мкВт/см2).

Концентрацию сероводорода в камере определяли с помощью сульфидсеребряного промышленного электрода ЭСС-01 (Россия), предварительно проводя поглощение газа раствором гидроксида натрия (1.0 моль/л) и аскорбиновой кислоты (1.0 моль/л).

Результаты обрабатывали стандартными статистическими методами с использованием программы Excel 2000. Достоверность результатов по острой токсичности сероводорода определяли методом пробит-анализа (Finney, 1980; Лошадкин и др., 2002).

Глава 3. ИЗОЛИРОВАННОЕ И КОМБИНИРОВАННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И НИКОТИНА НА БИООБЪЕКТЫ

С целью обнаружения новых биологически эффективных частот исследовано ТГц-излучение частотных диапазонов 120–170 и 270–380 ГГц с помощью гидробиологической культуры P. caudatum. Выбор инфузорий в качестве объекта исследований обусловлен тем, что их жизнедеятельность во многом определяется состоянием водной среды, которая в свою очередь является первичной мишенью для ЭМИ низкой интенсивности.

Установлен резонансный характер взаимодействия низкоинтенсивного ЭМИ указанных диапазонов с клетками и выявлены наиболее значимые резонансные частоты. В диапазоне 120–170 ГГц – это частоты 156.6 и 161.3 ГГц, для которых обнаружено увеличение подвижности инфузорий на 27% по сравнению с контролем и частоты 151.8, 155.7, 167.1 ГГц, связанные с уменьшением тест-отклика в 2–3 раза (p < 0.05) (рис. 1, * – значимые резонансные частоты).



Pages:   || 2 | 3 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.