CC BY
195
Общая биология
Вестник Нижегородского универ ситета им. Н.И. Лобачевского, 2010, № 2 (2), с. 435-438
УДК 535.21:615.847: 577.3
ОСОБЕННОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НИЗКОИНТЕНСИВНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНОВ
НА МИКРООРГАНИЗМЫ
© 2010 г. В.А. Монич, С.Л. Малиновская, Т.В. Махрова, Д.С. Малиновский
Нижегородская государственная медицинская академия vam@gma.nnov.ru
Поступила в редакцию 01.03.2010
Проведено сравнительное исследование влияния низкоинтенсивных электромагнитных излучений различных диапазонов на рост Esherichia соїі М-17. Выявлены определенные сходства и различия в эффектах воздействия названных излучений на исследуемый параметр.
Ключевые слова: низкоинтенсивные электромагнитные излучения, широкополосный свет, лазер, микроорганизмы.
Введение
Низкоинтенсивные электромагнитные излучения (ЭМИ) в настоящее время находят широкое применение практически во всех областях медицины. Известно, что ЭМИ низкой интенсивности различных диапазонов, например светового и сверхвысокочастотного (СВЧ), способны существенно влиять на функциональное состояние живых клеток, тканей и на организм в целом [1—12]. Вместе с тем, до сих пор мало исследованы эффекты воздействия низкоинтенсивного света, когерентного и некогерентного, а также радиоволн на биологические объекты в ходе совместного эксперимента, при одинаковых условиях и близких по величине интенсивностях излучения.
Цель работы - сравнительное исследование влияния электромагнитных полей СВЧ-диа-пазона, лазерного излучения (НИЛИ) и широкополосного видимого света (ШС) различных диапазонов на штамм Esherichia соИ М-17 (Е. соИ М-17).
Материалы и методы
Объектом воздействия служили клетки Е. соИ М-17. Облучение суспензии клеток, полученной смывом 18-часового косяка (исходная концентрация 104 кл/мл), ЭМИ СВЧ-диапа-зона проводили при 37°С в кюветах из фторопласта, помещенных в волноводную ячейку сечением 35^15 мм, при следующих условиях: несущая частота 9.372 ГГц, плотность потока мощности от 3.4 до 27.2 мВ/см2, время экспозиции 60 минут. Контрольные опыты
проводили в режиме ложного облучения. Воздействие осуществляли непрерывным (НМ) и амплитудно-импульсно-модулирован-ными (АИМ) полями с длительностью сигнала 5 мкс, частотой модуляции 9 кГц и пилообразной формой модуляции. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке.
В качестве контроля эффекта прямого воздействия ЭМИ СВЧ-диапазана использовалось повышение температуры образцов (действие тепла). Для этого проводили исследования при температуре в диапазоне от 37 до 40°С. Эффект воздействия лазерным излучением и видимым светом определялся в тех же условиях, при температуре 37°С.
Источником НИЛИ служил Не-№ лазер ЛГ -15 (длина волны 625 нм). Источником ШС служил источник люминесцентного света, позволяющий получить зеленый и красный свет (длины волн 580±30 и 630±32 нм соответственно). Интенсивность света на поверхности образца составляла 5 мВт/см2.
В экспериментах регистрировали следующие величины:
- общее количество бактерий в суспензии, по калибровочной кривой, на основе измерения оптической плотности культуры на ФЭК-56М (светофильтр Хтах = 540 нм);
- количество жизнеспособных бактерий, способных формировать колонии на стандартной среде.
Для повышения точности в оценке высевов использовалась методика, рекомендованная в работе [13]: каждая проба делилась на две части, после чего производились необходимые разведения и высевы.
Рис. Схема радиотехнической установки СВЧ-излучения: 1 - кювета с облучаемым образцом, 2 - волноводная ячейка, 3 - генератор СВЧ-излучения, 4 - аттенюатор, 5 - пин-аттенюатор, 6 - направленный ответвитель, 7 -заглушка, 8 - измерители мощности излучения Г2-21, 9 - измерительная головка, 10 - генератор НЧ-сигналов
Выживаемость клеточных популяций в опытах по СВЧ-воздействию определялась по формуле lg(N/N0), где N - количество жизнеспособных клеток, или инфекционных единиц в культуре, после повышения температуры среды в течение 10 минут, N0 - количество жизнеспособных клеток, или инфекционных единиц в культуре, при начальной температуре. Оценка влияния ШС и НИЛИ на рост клеток E. coli М-17 проводилась путем подсчета колоний.
После облучения клетки высевались в чашки Петри, на стандартную среду Эндо.
Полученные результаты обрабатывали статистически с использованием программы «Stadia»». Достоверность различий между значениями сравниваемых групп определяли с использованием t-критерия Стьюдента. При множественных сравнениях вводили поправку Бонфер-рони [14].
Результаты и их обсуждение
Наибольшее влияние на выживаемость бактерий оказывает нагрев суспензии от 37 до 38°С, а титр инфекционных единиц в культуре существенно возрастает при изменении температуры от 36 до 37°С (табл. 1).
В связи с этим, дальнейшие исследования влияния ЭМИ СВЧ-диапазона, а также света на
клетки кишечной палочки осуществляли при температуре 37°С, когда отмечается достаточно высокая чувствительность системы к тепловому воздействию по обоим регистрируемым параметрам.
Изучение дозовой зависимости гибели клеток и изменения титра инфекционных единиц в культуре проводили в условиях действия немо-дулированных и амплитудно-импульсно-моду-лированных ЭМИ.
В табл. 2 представлены результаты, показывающие выживаемость культур клеток в зависимости от плотности потока мощности излучения (ППМ). Для сравнения приведены также данные о выживаемости клеток при нагреве.
Полученные результаты показывают, что СВЧ-воздействие влияет на выживаемость бактерий. Причем статистически обоснованная разница в эффективности теплового фактора по сравнению с СВЧ-воздействием отсутствует. Кроме того, наблюдается отсутствие влияния характера модуляции ЭМИ на выживаемость бактерий.
Результаты проведенных исследований выявили наличие эффекта воздействия широкополосного красного света (ШКС) и НИЛИ. Оба вида излучения, при 10-минутной экспозиции, оказали стимулирующее воздействие на рост кишечной палочки. При более длительном воздействии (40
Таблица 1
Чувствительность бактерий Esherichia соИ М-17 к нагреву
Т, °С Выживаемость бактерий Изменение титра, в инфекц. ед.
в пробирках в кюветах в пробирках в кюветах
33-34 0.25±0.34 -0.20±0.25 1.11±1.99 1.13±4.70
34-35 -0.02±0.39 0.25±0.43 2.17±1.91 14.00±24.46
35-36 -0.13+0.34 0.22±0.22 5.65±1.36 16.34±1.54
36-37 -0.34±0.81 -0.55±0.09 20.33±3.14 46.44±15.75
37-38 -0.97±0.06 -0.99±0.01 9.00±1.09 1.53±0.52
38-39 -0.82±0.30 -0.90±0.24 3.81±2.58 0.87±0.53
39-40 0.00±0.10 -0.36±0.83 0.86±1.60 0.28±0.45
Таблица 2
Выживаемость (относительная доля) клеток Esherichia соИ М-17 при воздействии электромагнитных полей СВЧ-диапазона и тепла
ППМ, мВт/см2 АТ, град Виды воздействия
ж НМ ж АИМ Нагрев
3.4 0.34 0.92±0.08 - 0.75±0.10
6.8 0.68 0.84±0.13 0.98±0.06 0.51±0.48
10.2 1.02 0.68±0.12 0.77±0.19 0.27±0.30
13.6 1.36 0.44±0.07 0.37±0.15 0.18±0.15
17.0 1.70 0.19±0.09 - 0.08±0.08
20.4 2.04 0.06±0.03 0.09±0.06 0.02±0.01
23.8 2.38 0.06±0.04 - 0.04 ±0.08
27.2 2.72 0.04±0.03 - 0.03±0.01
Таблица 3
Влияние низкоинтенсивного ЭМИ различного диапазона на выживаемость
Esherichia соИ М-17
Время воздействия Контроль* ШКС* Зеленый свет* НИЛИ* СВЧ- * излучение
10 минут 335±49 447±58 317±43 487±55 231±35
20 минут 406±49 453±54 402±43 389±51 155±29
40 минут 335±45 467±52 384±53 251±56 128±32
* В табл. 1-3 р < 0.05 по отношению к исходному уровню.
минут) зарегистрирован различный эффект этих воздействий, а именно: при облучении микроорганизмов ШКС выявлен стимулирующий эффект, а при действии НИЛИ - бактериостатический. Сравнительная оценка действия лазерного излучения и широкополосного красного света показывает наличие дозозависимого эффекта светового воздействия.
Зеленый свет не оказал воздействия на рост кишечной палочки. СВЧ-излучение, в отличие от светового, вызвало статистически значимое бактериостатическое воздействие на рост Е. соЫ М-17 в процессе всего периода облучения. Результаты опытов по воздействию на образцы широкополосным красным и зелёным светом,
красным светом гелий-неонового лазера и СВЧ-излучением представлены в табл. 3.
Полученные результаты свидетельствуют в пользу предположения о фотохимическом нетепловом механизме воздействия низкоинтенсивного света на живые ткани, обусловленном поглощением фотонов молекулами, спектральные линии поглощения которых находятся в области красного света. В частности, при поглощении красного света молекулами супероксид-дисму-тазы (СОД) может происходить изменение их активности. При облучении прокариотических клеток, а именно бактерий Esherichia соИ М-17, фотоакцепторами могут служить терминальные ферменты дыхательных цепей [15, 16].
Список литературы
1. Григорьев Ю.Г. Электромагнитное загрязнение окружающей среды как фактор воздействия на биологические объекты // Экол. системы и приборы. 1999. № 6. С. 29-32.
2. Григорьев Ю.Г., Григорьев О.А., Никонова К.В. и др. Регламентация ЭМП от систем мобильной радиосвязи. Состояние и обоснование // Материалы международного совещания «Электромагнитные поля. Биологическое действие и гигиеническое нормирование» / Под ред. М.Х. Репачоли, Н.Б. Рубцовой, А.М. Муц. Женева: ВОЗ, 1999. С. 509-510.
3. Григорьев О.А., Меркулов А.В. Проблема экологических нормативов в условиях электромагнитного загрязнения окружающей среды. М.: РУДН. 2002. 180 с.
4. Кару Т.Й. Фотобиология низкоинтенсивной лазерной терапии // Итоги науки и техники. Сер. физ. основы лазер. и пучков. технол. ВИНИТИ. 1989. Т. 4. С. 44-84.
5. Кару Т.Й. Универсальный клеточный механизм лазерной биостимуляции: фотоактивация фермента дыхательной цепи цитохром-с-оксидазы // Современные лазерно-информационные и лазерные технологии. Сб. трудов ИПЛИТ РАН. 2005. С. 131-143.
6. Лобкаева Е.П., Абрамова Н.В., Ошевен-ский Л.В., Крылов В.Н. // Матер. междун. конф. «Человек и электромагнитные поля». Саров, 2005. С. 112-124.
7. Клебанов Г.И., Шураева Н.Ю., Чилюк Т.В., Осипов А.Н., Владимиров Ю.А. Сравнение эффектов воздействия лазера и светоизлучающих диодов на
активность супероксиддисмутазы и продукции окиси азота // Биофизика. 2006. Т. 51. № 1. С. 116-122.
8. Grnndler W, Kaiser F, Keilmann F, Walleczek J. Mechanisms of electromagnetic interaction with cellular systems // Naturwissenschaften. 1992. Bd. 79. № 12.
S. 551-559.
9. Vaishnavi C., Thakur. S, Singh. Survival of enteropa-thogenic Escherichia coli exposed to adverse condition // Indian J. Public Health. 1998. V. 42. № 4. P. 138-140.
10. Fiksdal L., Tryland I. Effect of u.v. light irradiation, starvation and heat on Escherichia beta-D-galactosidase activity and other potential viability parameters // Appl. Microbiol. 1999. V. 87. № 1. P. 62-71.
11. Karu T.J. Low power laser therapy. // In: Biomedical Photonics Handbook, Tuan Vo-Dinh / Ed. Boca Raton. CRC Press, 2003. Ch. 48. P. 1-48.
12. Vladimirov Y.A., Osipov A.N., Klebanov G.I. Photobiological Principles of Therapeutic Applications of Laser Radiation // Biochemistry. 2004. V. 69(1). P. 81-90.
13. Berteaud A.J., Dardalhon M., Rebeyrotte N., Averbeck D. The effect of electromagnetic radiation of wavelength in the millimeter range on bacterial growth // C.R. Acad. Sci. Hebd. Seances Acad. Sci. D. 1975. V. 281(12). № 9. P. 843-846.
14. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1999. 459 с.
15. Tiphlova O.A., Karu T.J. Stimulation of Escherichia coli division by low-intensity monochromatic visible light // Photochem. Photobiol. 1988. V. 48. № 1. P. 467-471.
16. Tiphlova O.A., Karu T.J. Action of low-intensity laser radiation on Escherichia coli. Crit. Rev. Biomed. Eng. 1991. V. 18. P. 387-412.
PECULIARITIES OF ACTION OF DIFFERENT WAVEBAND LOW-INTENSITY ELECTROMAGNETIC
RADIATION ON MICROORGANISMS
V.A. Monich, S.L. Malinovskaya, T.V Makhrova, D.S. Malinovsky
A comparative study has been carried out of the action of different waveband low-intensity electromagnetic radiation on the growth of Esherichia coli (M-17). Some differences and similarities in the effects of exposure to such radiation have been revealed.
Keywords: low-intensity electromagnetic radiation, wideband light, laser, microorganisms.
