CC BY
86
УДК 612.453-08:08.849.11(045)
В. Ф. Киричук, А. А. Цымбал, А. П. Креницкий, А. В. Майбородин
АНТИСТРЕССОРНЫЙ ЭФФЕКТ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧАСТОТАХ ОКСИДА АЗОТА 150, 176-150, 664 ГГц В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТА
Изучено влияние электромагнитного излучения терагерцовой частоты молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150, 176-150,
664 ГГц с помощью аппарата КВЧ-ЫО, формирующего указанные спектры, на концентрацию стресс-реализующего гормона кортикостерона в условиях острого и хронического стресса. Показано, что предварительное непрерывное 15-минутное воздействие электромагнитным излучением терагерцового диапазона на частотах оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц ограничивает развитие стресс-реакции за счет уменьшения выделения корой надпочечников глюко-кортикоидов, в частности кортикостерона, что приводит к ограничению чрезмерной активации стресс-реализующей системы. Данный факт служит доказательством антистрессорной функции электромагнитного излучения данного диапазона.
Введение
Стресс - это межсистемная адаптивная реакция организма, формируемая при участии гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой и симпатико-адреналовой системы в ответ на воздействие различных раздражителей (стрессоров) [1, 2]. Решающую роль в формировании стресс-реакции играет гипоталамус, активация которого наступает при действии любого стрессора [3]. В частности, при остром или хроническом иммобилизационном стрессе происходит активация нейронов паравентрикулярного ядра переднего гипоталамуса, освобождается кортикотропин-рилизинг-гормон, стимулирующий синтез и секрецию адренокортикотропного гормона (АКТГ), последний, в свою очередь, стимулирует повышенное выделение глюкокортикоидов - кортикостерона и кортизола(гидрокортизона) [4].
До последнего времени в основном применялись методы медикаментозной профилактики изменений, вызываемых стрессом. Вместе с тем использование лекарственных препаратов наряду с желаемым эффектом нередко сопровождается развитием тяжелых побочных и аллергических реакций [5].
Новым перспективным и доступным методом лечения различных, в том числе сердечно-сосудистых, заболеваний является терагерцовая терапия (ТГЧ-терапия) [6]. Терагерцовый диапазон частот (ТГЧ) лежит на границе между электроникой и фотоникой от 100 ГГц до 10 ТГц (1 ТГц = 103 ГГц) [7, 8]. Установлено, что рассматриваемый диапазон волн используется живыми организмами для связи и управления, при этом сами живые организмы излучают колебания миллиметрового диапазона. Электромагнитные волны, возникающие в организме при воздействии ТГЧ-излучением, в известной мере имитируют сигналы внутренней связи и управления (информационные связи) биологических объектов [6]. В результате восстанавливается нормальное по спектру и мощности излучение, свойственное здоровому организму. Таким образом, представленный диапазон частот качественно не изменяет организм, но может отрегулировать, нормализовать его функциональное состояние в пределах, присущих данному биологическому виду [6].
С другой стороны, в терагерцовом диапазоне частот в основном сосредоточены частотные спектры излучения и поглощения важнейших активных клеточных метаболитов (NO, O2, СО2, СО, ОН- и др.) [8].
Многочисленными исследованиями показано благоприятное влияние электромагнитного излучения терагерцового диапазона на динамику показателей гемостаза, фибринолиза, реологии крови, что может играть важную роль в профилактике нарушений внутрисосудистого компонента микроциркуляции у больных острым инфарктом миокарда, стенокардией, сосудистыми заболеваниями головного и спинного мозга, что, вероятно, может быть обусловлено антистрессорным эффектом электромагнитных волн терагерцового диапазона на частотах оксида азота [9-13].
Цель настоящего исследования - оценить динамику концентрации гормона коры надпочечников кортикостерона в условиях стресса после воздействия терагерцовыми волнами на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц в экспериментах in vivo.
Материал и методы
Для реализации цели исследования проводилось изучение сыворотки крови 50 нелинейных крыс-самцов массой 180-220 г, полученных из вивария университета. В качестве модели, имитирующей повышенную функциональную активность коры надпочечников, сопровождающуюся усиленной секрецией кортикостерона, применяли трехчасовой иммобилизационный стресс: острый вариант - жесткая фиксация крыс в положении на спине в течение 3 ч однократно; хронический вариант - жесткая фиксация крыс в положении на спине на 3 ч ежедневно в течение 5 дней [14].
Экспериментальные животные были размещены в специально оборудованном помещении, доступ в которое был ограничен. Комната была обеспечена принудительной вентиляцией (12 объемов в час), исключающей рециркуляцию воздуха. Температура и относительная влажность воздуха регистрировались ежедневно, колебания температуры составляли от 20 до 25°С, влажности - от 40 до 70 %. Освещение было естественным. Животные получали питьевую воду без ограничения.
Для устранения влияния сезонной и циркадной зависимости на показатели гормонального статуса эксперименты проводились в осеннее-зимний период в первой половине дня. Все животные при проведении эксперимента находились в одинаковых условиях.
Исследование проводилось на 5 группах животных, в каждой из которых было по 10 особей: 1-я группа - контрольная (интактные животные);
2 и 3-я группы - сравнительные (животные в состоянии острого и хронического иммобилизационного стресса); 4-я группа - опытная (животные подвергались однократному предварительному облучению в течение 15 мин непосредственно перед острой иммобилизацией); 5-я группа - опытная (животные подвергались предварительному облучению длительностью 15 мин ежедневно в течение 5 дней на фоне развития хронического стресса).
Облучение животных проводилось электромагнитными волнами на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц (длина волн 1,991-1,997 мм) с помощью аппарата КВЧ-NO [15]. Место облучения - предварительно выбритый участок кожи площадью
3 см2 над областью мечевидного отростка грудины. Облучатель располагался
на расстоянии 1,5 см над поверхностью тела животного. Мощность излучения генератора - 0,7 мВт, а плотность мощности, падающей на участок кожи размером 3 см2, - 0,2 мВт/см2. Доза облучения определялась плотностью мощности, падающей на кожу, и заданным временем облучения [15].
Забор крови осуществлялся пункцией сердца утром в одно и то же время. Количественное определение концентрации кортикостерона в сыворотке крови производилось методом твердофазного иммуноферментного анализа с использованием набора реактивов ЗАО «Вектор-Бест» (Россия).
Эксперименты на животных проводились согласно требованиям Приказа Минздрава СССР от 12.08.1977 г. № 755 «О мерах по дальнейшему совершенствованию организационных форм работы с использованием экспериментальных животных» (по состоянию на 20 октября 2006 г.), Федерального закона «О защите животных от жестокого обращения» от 1 декабря 1999 г., Женевской конвенции «International Guiding principles for Biomedical Research Involving Animals» (Geneva, 1990).
Статистическую обработку результатов исследования проводили с использованием пакета программ Statistica 6.0. Для выявления достоверности изменений концентрации кортикостерона проверялись гипотезы о виде распределений (критерий Шапиро-Уилкса) и равенстве дисперсий (критерий Ли-вина). В случае нормальных распределений и выполнения условий равенства дисперсий для сравнения значений использовался t-критерий Стьюдента, в случае распределений, отличных от нормальных, - U-Test Mann-Whitney.
Результаты исследования
Установлено, что концентрация кортикостерона в крови у интактных животных составила 41,3 нмоль/л. У крыс, находящихся в состоянии острого и хронического иммобилизационного стресса, повышалась функциональная активность коры надпочечников. Это сопровождалось статистически достоверным по сравнению с группой контроля увеличением концентрации корти-костерона в сыворотке крови. Так, в условиях острого стресса она возрастала до 493,5 нмоль/л, в условиях хронического стресса - до 287,5 нмоль/л.
Следует отметить, что длительная шестидневная жесткая иммобилизация белых крыс-самцов приводит к развитию глубокого «стресс-синдрома», проявляющегося не только в резком изменение гормонального статуса, но и в изменении поведения животных. Животные, подвергнутые длительной хронической иммобилизации, начиная с вторых-третьих суток эксперимента становились тревожными, агрессивными, вставали в позу «боксера», реагировали на слабые раздражители, отказывались от пищи.
Предварительное воздействие терагерцового излучения на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц в течение 15 мин вызывало снижение повышенной функциональной активности коры надпочечников, что выражалось в уменьшении уровня кортико-стерона в сыворотке крови у животных, подвергнутых как острому (до 132,3 нмоль/л), так и хроническому стрессу (до 153,0 нмоль/л).
Результаты экспериментов на животных, которые на фоне длительного иммобилизационного, стресса подвергались ежедневному воздействию терагерцового облучения на частотах оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц, свидетельствуют о визуальной нормализации их поведенческих реакций. У таких животных отсутствовала выраженная тревожность, не проявлялась
агрессивность, отмечалась адекватная реакция на посторонние пороговые раздражители.
Таким образом, предварительное 15-минутное воздействие электромагнитным излучением терагерцового диапазона на частотах оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц лимитирует развитие стрессорных реакций, в том числе вызванных повышенной секрецией глюкокортикоидных гормонов корой надпочечников.
Обсуждение результатов исследования
Проблема стресса, адаптации и профилактики стрессорных повреждений выдвинулась в число наиболее актуальных проблем современной биологии и медицины [16]. Интерес к этой проблеме вызван резкими изменениями условий жизни человека, обусловленными ростом интенсивности производственных процессов, урбанизацией, а также увеличением так называемых «болезней адаптации» [16-18].
Доказано, что важнейшими этиологическими факторами, приводящими к возникновению патологии в различных физиологических системах организма, являются стрессорные ситуации - физические и психические перегрузки, эмоциональные перенапряжения, вызывающие развитие в организме общего адаптационного синдрома, сопровождающиеся возникновением целого комплекса симптомов, в частности артериальной гипертензии, гиперкоагуляции, гиперлипидемии, развитием депрессивного состояния, иммунодефицита [19]. Следовательно, обоснованным и актуальным является восстановление нормального состояния стресс-реализующих и стресс-лимитирующих механизмов.
В проведенных экспериментах показано, что у крыс, находящихся в состоянии острого и хронического иммобилизационного стресса, повышалась функциональная активность коры надпочечников. Это сопровождалось статистически достоверным по сравнению с группой контроля увеличением концентрации кортикостерона в сыворотке крови. Воздействие терагерцового излучения на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц в течение 15 мин вызывало снижение повышенной функциональной активности коры надпочечников, что выражалось в уменьшении уровня кортикостерона в сыворотке крови у животных, подвергнутых как острому, так и хроническому стрессу.
Говоря о механизмах обнаруженного влияния низкоинтенсивного миллиметрового электромагнитного излучения терагерцового диапазона на частотах оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц на нарушенный гормональный статус иммобилизированных животных, необходимо отметить следующее.
Известно, что адаптация организма к различным стрессорным воздействиям тесно связана со стресс-реализующими и стресс-лимитирующими системами [1, 20]. В основе изменений гомеостаза организма лежит активация стресс-реализующих систем и, соответственно, действия их медиаторов, среди которых центральное место занимают кортикотропин-релизинг-гормон, адренокортикотропный гормон, глюкокортикоиды, в частности кор-тикостерон [4]. Исходя из собственных данных, можно предположить, что острый и хронический иммобилизационный стресс вызывает активацию ги-поталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы с последующим резким увеличением концентрации кортикостерона в крови. Чрезмерная концентра-
ция кортикостерона как одного из стресс-реализующих гормонов может являться одной из причин патологических изменений в функционировании различных систем организма, в частности систем гемостаза, фибринолиза, реологии крови [18].
В настоящее время накоплен экспериментальный материал, который свидетельствует о том, что фактором, ограничивающим чрезмерную активацию стресс-реализующей системы и одновременно являющимся средством успешной профилактики и коррекции стрессорных повреждений, является активация естественных эндогенных медиаторов стресс-лимитирующих систем [1]. Показано, что именно эндогенная опиоидная система играет ключевую роль в координации реакций организма на стресс, предупреждая подъем уровня глюкокортикоидов в крови [21, 22]. Обнаружено, что первичное восприятие именно электромагнитного излучения миллиметрового диапазона, в том числе и терагерцового спектра, может осуществляться опиоидными рецепторами, что указывает на систему эндогенных опиоидов (а- и ß-эндорфины, метэнкефалин и др.) как возможную цель миллиметрового излучения [21, 22]. Следует отметить также, что полученные нами данные подтверждаются результатами экспериментальных и клинических исследований ряда авторов по выявлению антистрессорного воздействия оксида азота за счет активации стресс-лимитирующих механизмов [13, 23]. Также в других сериях экспериментов показано антистрессорное действие электромагнитного излучения ТГЧ-диапазона на частотах оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц в условиях in vivo [9-14, 23].
Список литературы
1. Меерсон, Ф. З. Адаптация к стрессорным ситуациям и стресс-лимитирующие системы организма / Ф. З. Меерсон. - М. : Медицина, 1986. - 186 с.
2. Пшенникова, М. Г. Феномен стресса. Эмоциональный стресс и его роль в патологии / М. Г. Пшенникова // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. - 1991. - Т. 6. - С. 54-58.
3. Гриневич, В. В. Нейроиммуноэндокринология гипоталамуса / В. В. Гриневич, И. Г Акмаев. - М. : Медицина, 2003. - 222 с.
4. Киричук, В. Ф. Физиология желез внутренней секреции / В. Ф. Киричук. -Саратов : Изд-во СГМУ, 1994. - 64 с.
5. Steptol, A. Stress and illness / A. Steptol // Psychologist. - 1993. - Т. 6. - С. 76-82.
6. Бецкий, О. В. Биофизические эффекты волн терагерцового диапазона и перспективы развития новых направлений в биомедицинской технологии: «Терагер-цовая терапия» и «Терагерцовая диагностика» / О. В. Бецкий, А. П. Креницкий, А. В. Майбородин, В. Д. Тупикин // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2003. - Т. 12. - С. 3-6.
7. Конако, Ф. Терагерцовые волны / Ф. Конако, Д. Фэйтс. - М. : Бином, 2002. -
127 с.
8. Rothman, L. S. The HITRAN molecular spectroscopic database: édition of 2000 including updates through 2001 / L. S. Rothman, A. Barbe, D. Chris // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. - 2003. - Vol. 82. - Р. 5-44.
9. Киричук, В. Ф. Восстановление микроциркуляторных расстройств под влиянием ЭМИ КВЧ на частотах оксида азота in vivo / В. Ф. Киричук, О. Н. Антипова,
А. В. Майбородин, В. Д. Тупикин // Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 2004. - Т. 2. - С. 57-69.
10. Киричук, В. Ф. Характер сдвигов в активности тромбоцитов белых крыс, находящихся в состоянии иммобилизационного стресса, под влиянием ТГЧ-
облучения на частотах оксида азота / В. Ф. Киричук, A. H. Иванов, О. H. Антипова, В. Д. Тупикин // Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 2004. - Т. 2. -С. 49-56.
11. Киричук, В. Ф. Гемореология и электромагнитное излучение КВЧ-диапазона /
B. Ф. Киричук, Л. И. Малинова, В. Д. Тупикин. - Саратов : Изд-во СГМУ, 2003. -200 с.
12. Киричук, В. Ф. Гемокоагуляция и электромагнитное излучение терагерцового диапазона молекулярного спектра оксида азота / В. Ф. Киричук, А. А. Цымбал, О. H. Антипова [и др.] // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2004. -Т. 11. - С. 2S-34.
13. Паршина, С. С. Первый опыт клинического применения электромагнитного излучения терагерцового диапазона на частотах молекулярного спектра оксида азота / С. С. Паршина, В. Ф. Киричук, Т. В Головачева [и др.] // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2004. - Т. 11. - С. 46-54.
14. Пат. № 2284837. Способ профилактики и коррекции стрессорных повреждений организма [Текст] / Киричук В. Ф., Антипова О. H., Цымбал А. А. [и др.] ; опубл. 10.10.2006, Бюл. № 2S.
15. Киричук, В. Ф. Коррекция острых стрессзависимых нарушений системы гемостаза с помощью аппарата КВЧ-NO / В. Ф. Киричук, А. А. Цымбал, О. H. Антипова [и др.] // Медицинская техника. - 2006. - Т. 1. - С. 29-33.
16. Судаков, К. В. Стресс: постулаты, анализ с позиций общей теории функциональных систем / К. В. Судаков // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. - 1992. - Т. 4. - С. S6-93.
17. Тигранян, Р. А. Гормонально-метаболический статус организма при экстремальных воздействиях / Р. А. Тигранян. - М. : Шука, 1990. - 225 с.
1S. Судаков, К. В. Системные механизмы эмоционального стресса. Механизмы развития стресса / К. В. Судаков, Е. А. Юматов, А. С. Ульянинский. - Кишинев : Шучная книга, 19S7. - 126 с.
19. Руксин, В. В. ^отложная кардиология / В. В. Руксин. - СПб. : №вский диалект, 2003. - 512 с.
20. Малышев, И. Ю. Стресс, адаптация и оксид азота / И. Ю. Малышев, Е. Б. Манухина // Биохимия. - 199S. - Т. 63. - С. 992-1000.
21. Marotti, T. Met-enkephalin modulates stress - induced alterations of the immune response in mice / T. Marotti // Pharmacology Biochemist Behaved. - 1996. - Т. 54. -
C. 277-284.
22. Fisher, E. G. ß - еndorphin modulates functions effect of millimeter wave treatment / E. G. Fisher // Psychosomatic. - 1994. - Vol. 42. - Р. 9-14.
23. Киричук, В. Ф. Антистрессорное действие электромагнитного излучения те-рагерцового диапазона частот молекулярного спектра оксида азота / В. Ф. Кири-чук, О. H. Антипова, А. В. Майбородин, В. Д. Тупикин // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2004. - Т. 11. - С. 12-20.
