CC BY
8Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 22 (61). 2009. № 3. С. 75-82.
УДК 613.168:612.884.594.38
ДИНАМИКА БОЛЕВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МОЛЛЮСКОВ HELIX ALBESCENS В УСЛОВИЯХ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ
Костюк А.С., Темурьянц Н.А.
Таврический национальнийуниверситет им.В.И.Вернадского, Симферополь, Украина,
e-mail: timur@crimea. edu
Показано, что эффект продолжительного электромагнитного экранирования (1 час в день в течение 30суток) характеризуется фазовыми изменениями параметров болевой чувствительности моллюсков: I фаза - уменьшение болевого порога и латентного периода (гипераналгезия), II фаза - увеличение изучаемых параметров (аналгетический эффект), III фаза - возвращение к уровню исходных данных, IV фаза - стабилизация параметров на уровне, превышающий исходный на 2-9%. Ключевые слова: электромагнитное экранирование, болевая чувствительность, Helix albescens.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из актуальных проблем современной биофизики является изучение эффектов ослабленного электромагнитного поля (ЭМП). Это связано как с потребностью определения роли естественного ЭМП различных параметров в процессах жизнедеятельности, так и с необходимостью изучения последствий пребывания организмов различной степени сложности в таких условиях, что имеет важное практическое значение.
Показано, что ответную реакцию организмов на действие ЭМП адекватно характеризует состояние болевой чувствительности. Ее изменения под влиянием ЭМП были обнаружены у животных многих видов и человека [1 - 6 ].
Болевая чувствительность изменяется при действии ЭМП различных параметров: электромагнитных излучений крайне высокой частоты [3, 7], переменных магнитных полей сверхнизких частот (ПеМП СНЧ) [1, 8], радиочастот [9]. Обнаружены изменения болевой чувствительности во время магнитных бурь [10], а также взаимосвязь латентных периодов (ЛП) болевых реакций с уровнем солнечной активности, определяемого Ар-индексом [11]. Ослабленное магнитное поле, создаваемое экранированием, также изменяет болевую чувствительность. В частности, изменения ЛП болевой реакции при экранировании описано M. Kavaliers et al. у мышей и моллюсков [1]. Кроме того, обнаружено, что в этих условиях снижается стресс-индуцированная аналгезия [12]. Однако в этих исследованиях изменения параметров болевой
чувствительности изучены только при кратковременном электромагнитном экранировании (ЭМЭ) животных в течение непродолжительного периода (10 дней), тогда как ее изменения при продолжительном экранировании не исследованы. Между тем в естественных условиях, как правило, имеет место хроническое воздействие указанного фактора. В связи с изложенным целью исследования явилось изучение изменений параметров болевой чувствительности у моллюсков (Helix albescens) при их продолжительном ЭМЭ.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования выполнены на наземных брюхоногих моллюсках Helix albescens, широко распространенных на территории Крымского полуострова и используемых в экспериментах для решения актуальных задач физиологии и биофизики. Сбор улиток производился в поле, вдали от предприятий, линий электропередач. Использовались половозрелые особи, одинаковые по массе и размерам. До эксперимента улитки не менее одной недели находились в активном состоянии.
Ослабление ЭМП достигалось применением экранирующей камеры, конструкция которой описана ранее [13]. В камере соблюдались затемненные условия.
О состоянии болевой чувствительности животных суди по болевому порогу (БП) и ЛП в тесте «горячая пластинка». Обычно в экспериментах используются металлические горячие пластинки, нагреваемые горячей водой [14, 15] и обладающие высокой теплопроводностью, что не позволяет медленно изменять их температуру и, следовательно, фиксировать ее минимальное значение (порог), при котором начинается реакция избегания. Для определения БП была создана специальная установка [16], особенностью которой является горячая пластинка из стекла, на нижнюю поверхность которого методом распыления в вакууме нанесен нитрид титана. Такая конструкция позволяет медленно изменять температуру пластинки (скорость нагрева стекла 0,2 0/сек-0,4 0/сек при изменениях тока на контактах в пределах 0,35 - 0,55 А) и измерять БП и ЛП.
Для определения влияния ЭМЭ на параметры болевой чувствительности моллюсков делили на две равноценные группы по 20 особей в каждой. Опыты проведены с 19.05.09 г. по 18.06.09 г. Животные обеих групп находились в условиях естественной освещенности (продолжительность фаз свет-темнота (L:D) составила 15:9 ч с восходом Солнца в первый день эксперимента в 4:11 ч по местному времени и закатом в 19:10 ч), влажности и температуры воздуха (t=22±2°C). Животные первой группы - биологический контроль - находились в стандартных лабораторных условиях. Животные второй группы в течение одного часа помещались в экранирующую камеру в середине световой фазы (с 10:00 до 11:00 ч.), а остальное время суток находились в условиях, одинаковых с моллюсками интактной группы. Во время экранирования моллюсков второй группы животные контрольной группы находились в затемненных условиях. Регистрацию параметра болевой чувствительности проводили ежедневно у каждого животного после окончания экранирования (11:00-12:00 ч) на протяжении 30 дней.
Для анализа эффекта воздействия ЭМЭ на параметры болевой чувствительности был использован коэффициент эффективности [8]:
Кэф = ((ЛПконтр. - ЛПэкран.))/ ЛПКонтр-)*100%;
где Кэф - коэффициент эффективности воздействия ЭМЭ, ЛПконтр. - среднее значение ЛП моллюсков контрольной группы, ЛПэкран. - среднее значение ЛП у животных, подвергнутых ЭМЭ.
Этот коэффициент выводился в каждый день эксперимента.
Статистическую обработку и анализ материала проводили с помощью параметрических методов, применение которых позволила проверка полученных данных на закон нормального распределения. Вычисляли среднее значение исследуемых величин, ошибку средней. Для оценки достоверности наблюдаемых изменений использовали t-критерий Стьюдента. Оценивалась достоверность различий параметров болевой чувствительности в каждый день между данными контрольной и экспериментальной группы (р^, между исходными данными и данными каждого дня (р2). За достоверную принимали разность средних при р<0,05. Расчеты и графическое оформление полученных в работе данных проводились с использованием программы Microsoft Excel [17].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что БП у интактных животных колебался в пределах от 29,71°С до 31,38°С, ЛП - от 8,67 сек до 11,2 сек. Параметры болевой чувствительности в течение 30-тисуточного эксперимента с циклом L:D=15:9ч в среднем составили БП - 30,74±0,07°С, ЛП -10,22±0,11 сек. В литературе существуют сведения о величине ЛП на ноцицептивное раздражение у моллюсков других видов. Согласно Frank S. Prato [14], у моллюсков Cepaea nemoralis ЛП реакции избегания при температуре 40,0±0,2°С составляет 4,8-6,5 сек, что несколько меньше значений, зарегистрированных нами. Это может быть связано как с различной конструкцией пластинки, так и с видовыми различиями используемых в эксперименте моллюсков. Кроме того, в исследованиях F. Prato ЛП измерялся при t = 40°С, тогда как в наших опытах ЛП определялся при минимальном значении температуры, при которой развивается реакция избегания.
В начале эксперимента параметры болевой чувствительности у моллюсков обеих групп совпадали. У интактной группы животных в течение 2-4 суток эксперимента отмечено снижение ЛП до 9,83 сек, т.е на 11,6% относительно исходного уровня (р2<0.05) (рис. 1). В дальнейшие сроки наблюдения этот показатель возрастал и в течение 6-14 суток эксперимента оставался стабильным.
С 15 по 16 сутки эксперимента наблюдалось достоверное снижение ЛП до 8,67±0,3 сек или на 20,39% относительно исходных данных, в течение 17-23 суток эти показали постепенно возрастали, достигая начального уровня, а в дальнейшем имела место тенденция к снижению изучаемого параметра.
Динамика параметров болевой чувствительности моллюсков, подвергнутых ЭМЭ, отличалась от таковой контрольных животных. Результаты эксперимента свидетельствуют о фазных изменениях ЛП и БП у моллюсков при их длительном пребывании в условиях экранирования. В течение 1-5 суток наблюдения ЛП постепенно снижался, достигая минимума на 5 сутки. В этот срок эксперимента его
значения составили 8,77±0,45 сек, БП - 29,78±0,3°С, тогда как в контрольной группе животных зарегистрирован ЛП - 9,83±0,44 сек и БП - 30,5±0,3°С. Таким образом, ЛП снижался на 22,5%, БП - 5,33% относительно исходного уровня данных (р^0.05).
13 12,5 12 11,5 11 10,5 10 9,5 9 8,5 8
*
т * 1 -I- *
л; Т * ттТТ_ * т
гтТ 1 т * г!!-
г Г 11 г- 1 Т Т - Г т Т
нГ 1 Т1-
1ТТХ Л
-и*
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
сутки эксперимента _
-контроль ЭМЭ
Рис. 1. Динамика ЛП у интактных моллюсков и животных, подвергнутых ЭМЭ. Примечание: * - достоверность различий (р1<0.05) относительно значений контрольной группы
Значительное снижение ЛП как относительно данных контрольной группы, так и исходного уровня зарегистрировано и на 6 сутки эксперимента, однако они несколько превышали данные 5 суток исследования.
Следующая фаза заключалась в постепенном возрастании ЛП и БП. Этот процесс продолжался в течение 6-13 суток эксперимента. На 13 сутки ЛП достигал 11,9±0,49 сек, БП - 31,82±0,32°С, тогда как у контрольной группы животных ЛП был равен 10,28±0,24 сек, БП - 30,78±0,16°С, т.е. ЛП возрастал на 13,6%, БП - 3,3% (р1<0.05) относительно данных интактной группы моллюсков. В последующие сроки исследования наблюдалось постепенное снижение ЛП и БП у животных экспериментальной группы по сравнению с контрольной.
Таким образом, в течение 14-18 суток эксперимента параметры болевой чувствительности постепенно достигали значений интактной группы животных, а на 20 сутки изучаемые показатели достигали данных контрольной группы, и эти изменения составили III фазу изменений показателей болевой чувствительности моллюсков в условиях ЭМЭ.
Последующие сроки наблюдения характеризовались стабилизацией изучаемых параметров, которые несколько превышали данные контрольной группы животных.
Таким образом, при одночасовом ЭМЭ в течение 30 дней зарегистрированы фазные изменения параметров болевой чувствительности моллюсков (I фаза -снижение БП и ЛП (1-5 сутки), II фаза - возрастание показателей (6-13 сутки), III фаза - снова снижение ЛП и БП (14-18 дни)). В последующие сроки наблюдения
изменения изучаемых показателей носили характер тенденции, т.е. имела место фаза стабилизации.
Анализ динамики коэффициента эффективности позволил подтвердить фазные изменения болевой чувствительности моллюсков при их ЭМЭ. I фаза заключалась в снижении Кэф в течение 1-6 суток наблюдений (рис. 2). Минимальное его значение зарегистрировано на 6 сутки, когда оно составило 15,25% (р2<0.05).
о
30
20
10
-10
-20
-30
Ж* Чт ТтТт
•чт/Чт- т
Jfl^........11-11^' 111 -
*
фон 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 сутки эксперимента
Рис. 2. Динамика коэффициента эффективности ЭМЭ.
Примечание: * - достоверность данными каждого дня
различий (р2<0.05) между исходными данными и
Эти изменения отражают увеличение чувствительности к ноцицептивному стимулу. II фаза (6-16 сутки) характеризовалась постепенным возрастанием Кэф. С 9 суток наблюдения он приобретает положительный знак и достигает максимума на 16 сутки (20,93%). Такие данные свидетельствуют о снижении чувствительности моллюсков к термическому стимулу, т.е. развитии аналгетического эффекта. III фаза (17-19 сутки) - постепенное снижение Кэф до нулевого уровня, т.е. утрата аналгетического эффекта. В последующие сроки наблюдения Кэф стабилизировался, превышая нулевой уровень 2-9% (р2<0.05).
Полученные нами данные о развитии фазных изменений болевой чувствительности в условиях ЭМЭ согласуются с результатами исследования других авторов. Так, Frank S. Prato et al. (2002) [12] обнаружили такие же изменения у мышей CD1 при их пребывании по 1 часу в день в течение 10 суток в боксе из ц-металла, который ослаблял статическое магнитное поле до 1 мТл, ПеМП частотой 0-100 Гц - в 125 раз. Авторами [12] было обнаружено возрастание ноцицепции по сравнению с контролем и исходными данными на 1-2 сутки эксперимента (I фаза), затем на 5 сутки развивался аналгетический эффект (II фаза) и затем следовало возвращение параметров болевой чувствительности к исходному уровню (III фаза).
В экспериментах E Choleris et al. (2002) [12] также описаны фазные изменения болевой чувствительности мышей С57, находившихся по 2 часа ежедневно в
0
течение 10 дней в ц-боксе. Эти данные подтверждаются также сведениями о том, что подобные изменения болевой чувствительности ЭМЭ вызывает у мышей разных линий (CD1 и С57) и у мышей одной линии в различных географических районах (Пиза, Италия и Лондон, Онтарио, Канада), тогда как ограничение их подвижности (стресс-фактор) стимулирует развитие стресс-индуцированной аналгезии только у мышей, используемых в Канаде, но не в Италии. Данное явление может быть связано с генетическими различиями мышей CD1, разводимых в этих странах [18]. Это подтверждает выводы многих авторов о том, что эффект изменения болевой чувствительности в условиях экранирования очень стойкий и легко воспроизводим.
Результаты наших экспериментов подтверждают этот вывод, однако продолжительность выделенных нами фаз изменений БП и ЛП гораздо больше, что может быть объяснено меньшим ослаблением как статического, так и ПеМП СНЧ в наших исследованиях, по сравнению с другими экспериментами Prato et al. [8, 12, 14].
Кроме того, нами обнаружено, что при продолжительном экранировании развивается адаптация, т.е. параметры болевой чувствительности стабилизируются, превышая исходный уровень на 2-9 %. Эти данные подтверждают мнение [19] об использовании ЭМЭ как терапевтического средства.
Специально проведенные эксперименты позволили заключить, что изменения болевой чувствительности, вызванные ЭМЭ, опиоидобусловлены. Об этом свидетельствуют данные опытов, в которых описанные эффекты блокировались антагонистом опиоидов налоксоном, а также сравнивались с аналгезией, вызванной морфином [1, 9, 15].
Основной фактор, вызывающий изменения болевой чувствительности у животных, находившихся в условиях ЭМЭ, остается не выделенным.
Известно, что экраны, изготовленные из различных материалов, могут ослаблять не только статическое магнитное и электрическое поле, но и ПеМП различных частотных диапазонов.
Использование в эксперименте экранов с различными свойствами позволит не только выделить основной действующий фактор, но и предложить способы коррекции развивающихся при экранировании нарушений функционального состояния.
Решению указанных задач может способствовать изучение временной организации биологических систем, которая может изменяться при действии не статических, а переменных факторов.
ВЫВОДЫ
1. Определены параметры болевой чувствительности у наземных моллюсков Helix albescens. У интактных животных болевой порог в весенний период составил 30,74±0,07°С, латентный период - 10,22±0,11 сек.
2. Параметры болевой чувствительности Helix albescens изменяются при электромагнитном экранировании.
3. Изменения болевой чувствительности моллюсков при электромагнитном экранировании носят фазный характер: I фаза - увеличение чувствительности к
боли (1-5 сутки) (гипераналгезия), II фаза - развитие аналгетического эффекта (6-13 сутки) (аналгетический эффект), III фаза - возвращение изучаемых показателей к исходному уровню (14-18 сутки), IV фаза - стабилизация параметров на уровне, превышающий исходный на 2-9%.
Список литературы
1. Kavaliers M. Exposure to rotating magnetic fields alters morphine-induced behavioural responses in two strains of mice / M. Kavaliers, K.-P. Ossenkopp // Neuropharmacology. - 1984. - Vol. 89. - P. 440-443.
2. Betancur C. Magnetic field effects on stress-induced analgesia in mice: Modulation by light / C. Betancur, G. Dell'Omo, E. Alleva // Neurosci Lett. - 1994. - Vol. 182 (2). - P. 147-150.
3. Чуян Е. Н. Механизмы антиноцицептивного действия низкоинтенсивного миллиметрового излучения / Е. Н. Чуян, Э. Р. Джелдубаева // Монография. - Симферополь: "Диайпи". - 2006. - 458 с.
4. Kavaliers M. Day-night rhythms in the inhibitory effects of 60 Hz magnetic fields on opiate-mediated 'analgesic' behaviors of the land snail, Cepaea nemoralis / М. Kavaliers, K.-P. Ossenkopp, S. Lipa // Brain Res. - 1990. - Vol. 517. - P. 276-282.
5. Exposure to oscillating magnetic fields influences sensitivity to electrical stimuli: experiments on humans / F. Papi, S. Ghione, C. Rosa, Del Seppia // Bioelectromagnetics. - 1995. - Vol. 16. - P. 295-300.
6. Changes in pain perception and pain-related somatosensory evoked potentials in humans produced by exposure to oscillating magnetic fields / F. Sartucci, L. Bonfiglio, Del Seppia, P. Luschi, S. Ghione, L. Murri, F. Papi // Brain Res. - 1997. - Vol. 769 (2). - P. 362-366.
7. Peripheral neural system involvement in hypoalgesic effect of electromagnetic millimeter waves / A. A. Radzievsky, М. А. Rojavin, А. Cowan, S. I. Alekseev, A. A. Jr. Radzievsky, М. С. Ziskin / Life Sci. -2001.- Vol. 68 (1). - P. 143-151.
8. Prato F. S. Extremely low frequency magnetic fields can either increase or decrease analgaesia in the land snail depending on field and light conditions / F. S. Prato, M. Kavaliers, A. W. Thomas // Bioelectromagnetics. - 2000. - Vol. 21 (4). - P. 287-301.
9. Daily repeated magnetic field shielding induces analgesia in CD-1 mice / F. S. Prato, J. A. Robertson, D. Desjardins, J/ Hensel, A. W. Thomas // Bioelectromagnetics. - 2005. - Vol. 26 (2). - P. 109-117.
10. Ossenkopp K.-P. Reduced morphine analgesia in mice following a geomagnetic disturbance / K-.P. Ossenkopp, M. Kavaliers, M. Hirst // Neurosci. Lett. - 1983. - Vol. 40. - P. 321-325.
11. Galic M. A. Lagged Association Between Geomagnetic Activity and Diminished Nocturnal Pain Thresholds in Mice (Brief Communication) / M. A. Galic, M. A. Persinger // Bioelectromagnetics. -2007. - Vol. 28. - P. 577-579.
12. Shielding, but not zeroing of the ambient magnetic field reduces stress-induced analgesia in mice / E. Choleris, Del Seppia, A. W. Thomas, P. Luschi, G. Ghione, G. R. Moran, F. S. Prato // Proceedings. Biological sciences. The Royal Society. - 2002. - Vol. 269. - P. 193-201.
13. Темурьянц Н. А. Особенности регенерации планарий Dugesia tigrina при их электромагнитном экранировании в различные сезоны года / Н.А. Темурьянц, Н.А. Демцун, В.С. Мартынюк // Физика живого.- 2008.- Т. 16.- № 2.- С. 85-91.
14. Prato F. S. Behavioural evidence that magnetic field effects in the land snail, Cepaea nemoralis, might not depend on magnetite or induced electric currents / F. S. Prato, M. Kavaliers, J. J. L. Carson // Bioelectromagnetics. - 1996a. - Vol. 17- P. 123-130.
15. The terrestrial Gastropoda Megalobulimus abbreviatus as a useful model for nociceptive experiments. Effects of morphine and naloxone on thermal avoidance behavior / М. Achaval, M. A. P. Penha, А. Swarowsky, Р. Rigon, L. L. Xavier, G. G. Viola, D. M. Zancan // Brazilian Journal Medical and Biological Research. - January 2005. - Vol. 38 (1) - P.73-80.
16. Установка для изучения болевой чувствительности наземных моллюсков Helix albescens / В. Г. Вишневский, А. С. Костюк, Н. А. Темурьянц [и др.] // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Серия «Биология, химия». - 2009. - Т. 22 (61). - № 1. - С. 3-8.
17. Лапач С. Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Exсel / С. Н. Лапач, А. В. Чубенко, П. Н. Бабич- К.: Модмон, 2000. - 319 с.
18. Cirulli F. Assessment of pain in rodents by using standard laboratory techniques: an ethological perspective aimed at reducing suffering / F. Cirulli, De Acetis, L. E. Alleva // In Progress in the reduction, refinement and replacement of animal experimentation (ed. M. Balin, A. M. Zeller & M. E. Halden). - 2000. - P. 1127-1135.
19. Magnetic field shielding facility to study the effects of a hypogeomagnetic environment on humans / L. D. Keenliside, F. S. Prato, J. A. Robertson, A. W. Thomas // Abstract Collection. Joint Meeting of The Bioelectromagnetics Society and the European BioElectromagnetics Association Davos Congress Center Davos, Switzerland. - June 14 -19, 2009. - P. 521-522.
Костюк О.С.. Динамжа больовоЧ чутливост молюсюв Helix albescens в умовах тривалого електромагштного екранування / О.С. Костюк., Н.А. Темур'янц // Вчет записки Тавршського нащонального ушверситету îm. В. I. Вернадського. Серiя: Бюлогш, xîmm. - 2009. - Т. 22 (61). - №3.-С. 75-82.
Показано, що ефект впливу тривалого електромагштного екранування (1 година на день) протягом 30 дiб характеризуется фазовою змгною параметрiв больовоï чутливосп молюсюв: I фаза - зменшення показниюв больового порогу i латентного перiоду (гiпераналгезiя), II фаза - збiльшення параметрiв, що вивчаються (аналгетичний ефект), III фаза - повернення до ргвня початкових даних, IV фаза -стабтзащя параметрiв на рiвнi, що перевищуе вихiдний на 2-9%. Ключовi слова: електромагнггне екранування, больова чутливють, Helix albescens.
Kostyuk A.S. Daily repeated electromagnetic fields shielding changes pain sensitivity of land snails of Helix albescens / A.S. Kostyuk, N..A. Temuryants // Scientific Notes of Taurida V.Vernadsky National University. Series: Biology, chemistry. - 2009. - Vol. 22 (61). - № 3. - Р. 75-82.
It is shown that the effect of the long electromagnetic shielding (1 hour per day) during 30 days is characterized the phase change of parameters the pain sensitivity of molluscs: I phase - the reduction of pain threshold and the latency period (hyperanalgaesia), II phase - an increase of the studied indexes (effect of analgaesia), III phase - a return to the level of baseline data, IV phase - stabilization of parameters at a level higher than the original at 2.9%.
Keywords: electromagnetic shielding, pain sensitivity, Helix аlbescens.
Поступила в редакцию 19.10.2009 г.
