CC BY
5
водит к повышению числа ретикулоцитов, общего числа лейкоцитов за счет сегментоядерных ней-трофилов и лимфоцитов. При этом количество эозинофилов снижено.
Полученные данные о зависимости изменений показателей периферической крови от режима облучения можно рассмотреть с точки зрения современных представлений о трех типах неспе-^ Мифических адаптационных реакций: тренировке, активации и стрессе. На рисунке представлены гематологические показатели у животных низкоэнтропийных подгрупп по сравнению с контролем, принятым за 100%. Видно, что у низкоэнтропийных животных модулированные ЭМИ вызывают развитие реакции активации, сопровождающейся напряжением компенсаторно-приспособительных механизмов. Воздействие немодули-рованных ЭМИ приводит к развитию реакции тренировки.
Таким образом, установлено, что модулированные ЭМИ ВЧ-диапазона напряженностью до де-
^тков ватт на I м могут вызывать отклонения в стоянии здоровья работающих. Экспериментальные исследования на животных различных энтропийных подгрупп показали, что модулированные ЭМИ оказывают более выраженное био-
логическое действие по сравнению с немодулиро-ванными.
Литература
1. Александрова Ж■ Г., Суворов И. Б., Шанин Ю. Н., Цыган В. Н. // Физиол. журн. СССР. — 1984. — № 9. — С. 1294—1300.
2. Антимоний Г. Д. Анализ изменений целенаправленного поведения у крыс в условиях действия модулированного электромагнитного поля: Автореф. дис.... канд. мед. наук. — М., 1975.
3. Баньков В. И. Влияние низкочастотного импульсного модулированного электромагнитного поля на организм человека и животных: Автореф. дис.... канд. биол. наук. — Красноярск, 1974.
4. Гаркави Л. X., Квакина Е. Б., Уколова М. А. Адаптационные реакции и резистентность организма. — Ростов, 1970.
Поступила 04.10.88
Summary. The study demonstarted some deviations in the health state of radio equipment controllers exposed to modulated high-frequency electromagnetic radiation, they had higher rates of functional disorders of the CNS and cardiovascular diseases, compared to the control group. It was experimentally found that the animals had different reaction of the peripheric blood to the effect of code-modulated electromagnetic radiation and nonmodulated oscillations.
УДК 613.647-092.9-07:616.8-091.8
Н. И. Василевский, Н. Б. Суворов, М. В. Медведева
экспериментальный анализ биоэффектов микроволн: системные, ультраструктурные и нейронные
механизмы
НИИ экспериментальной медицины АМН СССР, Ленинград
^Экспериментальные исследования показывают высокую чувствительность ЦНС к электромагнитным полям (ЭМП) [14, 15, 20, 21]. Что касается биоэлектрической активности головного мозга, то под влиянием ЭМП происходит усиление синхронизации электроэнцефалограммы (ЭЭГ) вплоть до возникновения эпилептиформных разрядов. В то же время есть указания [6, 13], что подобная синхронизация характеризуется длительным последействием. М. Г. Шандала исоавт. [14] отмечают, что при низких плотностях потока энергии (ППЭ) вначале происходит активация ЭЭГ, за которой следует фаза торможения. Угнетающее действие микроволнового облучения на ЭЭГ отмечали Э. Ва™т и соавт. [17]. Б. ТакавЫ-щКа и соавт. [21] в опытах на кроликах, у кото-р'ьн^облучали голову, а между экспозициями проходило 7—10 дней для избежания кумуляции слабых эффектов (ЭЭГ за это время нормализо-валасы), установили подавление высокочастотных составляющих ЭЭГ и доминирование основного ритма 3—4 Гц.
Функциональное состояние нервной системы и высшею нервную деятельность исследовали в ос-
новном методом условных рефлексов. Высокая чувствительность этого метода при облучении показана в опытах на собаках, крысах и кроликах.
Наименее исследованной при длительном электромагнитном воздействии является клеточная активность головного мозга, причем особый интерес представляют мультиэлектродные исследования нейронной активности, отводимой из одних и тех же точек мозга в течение длительного времени.
В соответствии с планами советско-американского сотрудничества нами проведено комплексное исследование динамики нейронной и суммарной ЭЭГ-активности головного мозга кошки при длительном облучении, дополненное данными электронно-микроскопического анализа ультраструктуры латерального гипоталамического поля.
Исследования проведены на кошках массой 3—4 кг. После приучения к экспериментальной обстановке части животных вживляли угольные электроды в стеклянной изоляции в корковые и глубинные структуры головного мозга: сенсомо-торную кору (Pre), затылочную кору (ОР), ла-
Объем исследований и режимы облучения
Ч исло животных Экспозиция. ч ППЭ. мкВт/см2 Число электрофнзи-ологнческнх исследован И|1
7 8 500 86
2 8 Не облучали 22
3 8 500 Электонная микро-
скопия
2 8 Не облучали То же
1 8 500 9 + электронная ми-
кроскопия
теральный гипоталамус (HpL), срединный центр таламуса (СМ), ретикулярную формацию среднего мозга (PF) и дорсальный гипоталамус (Hip). Подробности операции описаны ранее [3, 10]. Животных облучали ежедневно при суммарной продолжительности облучения 200 ч. Количественная и качественная характеристики исследований приведены в таблице.
В работе использовали ЭМП частотой 2375 МГц, создаваемое прибором «Луч-2». Ежедневные сеансы облучения начинались з одно и то же время после кормления животных. Животные находились з специальной камере. Облучение осуществляли с вертикального направления. ППЭ измеряли прибором Г13-13 в отсутствие животных на уровне конечностей лежащей кошки. Одновременно можно облучать 4 животных. Для выравнивания суммарной поглощенной энергии кошек от экспозиции к экспозиции перемещали в соседний ящик; каждая из них побывала, таким образом, одинаковое число раз в каждом из ящиков. В процессе облучения периодически, трижды за экспозицию, контролировали ректальную температуру. Достоверного общего нагрева не зарегистрировано. Часть кошек облучали без вживленных электродов. Контрольных животных не облучали, но они находились в тех же условиях, что и облучаемые. Электрофизиологические опыты проводили в перерывах между экспозициями.
В аналитическом плане особое внимание обращали на изучение методами теории марковских цепей статистической структуры пространственно-дискретного взаимодействия биоритмов различных образований мозга (мультиклеточная и суммарная ЭЭГ-активность, отводимая с одних и тех же электродов). С этой целью проводили измерение пространственной динамики изофунк-циональных состояний (0-переходов ЭЭГ) [11, 12] и отдельных спайков мультиклеточной активности.
Взятие материала для электронно-микроскопического исследования осуществляли сразу после прекращения облучения, через 3 и 6 мес. Фиксация мозга кошки проведена путем перфузии 2,5 % раствора глутаральдегида в 0,1 М фосфатном буфере при рН 7,4. Всю последующую обработку материала проводили по общепринятой методике. Ультратонкие срезы изучены и сфотогра-
фированы в электронном микроскопе «Hitachi Н-ilB» при напряжении 75 кВ.
Анализ динамики пространственно-временных отношений между структурами мозга, определяемой по 0-переходам суммарной ЭЭГ-активности, показал, что в процессе облучения растет как общее количество обратных связей, так и количество связей двусторонних — прямых и обратных. Происходит это за счет активации взаимодейст^1 вия между Hip, HpL, СМ и Pre. Соответственно повышается и активность этих структуо. Специальным анализом установлено, что запускающей структурой, т. е. функциональным источником активности, при длительном облучении является HpL.
Под влиянием микроволнового облучения по всем исследованным структурам происходит также синхронизация ЭЭГ-активности, как правило, связанная с колебательными компонентами в диапазоне 6—10 и 12—16 Гц, т. е. с теми, которые имеют место в значительно менее выраженном виде в исходном состоянии до облучение. Гармоническое упорядочивание ЭЭГ сопровождается повышением амплитуды колебаний по всем структурам.
Ранее [10] было показано, что у нормальных животных в результате целенаправленного автоматического пищевого подкрепления сенсомотор-ного ритма 12—15 Гц происходит закономерное изменение биоэлектрической активности исследуемых структур. Основным и характерным компонентом формирующегося пространственно-организованного паттерна является постподкрепляе-мый ритм — высокоамплитудная синхронизированная ритмика частотой 6—8 Гц, развивающаяся в затылочной области коры у облученных животных через 0,5—2 с после подачи пищевого подкрепления. У интактных кошек этот эффект являлся на 4—8-й день облучения. Аналогичная серия экспериментов была проведена сразу после окончания 200-часового микроволнового облучения. Устойчивый постподкрепляемый ритм зафиксирован уже на 2-й день эксперимента в виде длительного тонического паттерна значительной амплитуды. Пространственно-организованный паттерн эффективно зарегистрирован и в последействии, когда подача пищи прекращалась, что является свидетельством упроченности инструментального пищевого рефлекса. Напомним, что формирование пространственно-организованного паттерна связано с организацией определенных пространственно-временных отношений между ритмическими компонентами ЭЭГ диапазогф} 12—15 и 6—8 Гц. Удельный вес именно этих составляющих повысился в результате длительного микроволнового облучения. ч
По еженедельным записям мультиклеточной активности б отведений были рассчитаны/матрицы условных вероятностей последователЫной генерации спайков в различных структурах! В соответствии с известной процедурой матрицы изо-
Сражали в виде вероятностных ориентированных графов связности. Длительное облучение приводит к функциональному разобщению нейрональ-ной активности исследуемых структур мозга, что выражается в прогрессивном снижении количества межструктурных связей по мере накопления поглощенной энергии, за исключением первичного периода активации (до 10 экспозиций), который выявлен разными авторами на различных системах организма.
Электронно-микроскопическое изучение материала показало, что в латеральном гипоталами-ческом поле сразу после прекращения облучения наблюдаются различно выраженные реактивные изменения в отдельных нейронах. В них отмечается дезорганизация ультраструктуры цитоплазмы: количество рибосом и полисом уменьшено; они образуют конгломераты, неравномерно расположенные по всей цитоплазме. Большая часть мембран гранулярной эндоплазматической сети утратила рибосомы. Цистерны и вакуоли пластинчатого комплекса Гольджи гипертрофированы. Реакция митохондрий неоднозначна: в одних случаях митохондрии набухшие, в других — матрикс уплотнен, кристы трудноразличимы. В ядрах измененных нейронов наблюдается конденсация хроматина как непосредственно под ядерной оболочкой, так и в различных участках кариоплазмы. Наряду с этим выявляются четкие изменения в синаптических комплексах. В большинстве синапсов активные зоны уменьшены или вообще отсутствуют. Синаптические пузырьки имеют тенденцию концентрироваться в центре пресинаптических отделов.
Через 3 мес после окончания воздействия отмеченные изменения продолжают нарастать, вовлекая в этот процесс большую часть нейронов
аксодендритических синапсов. Характер ультраструктурных нарушений сохраняется, но выраженность их становится более значительной. Цитоплазма измененных нейронов бедна органел-лами. Цистерны гранулярной эндоплазматической сети повреждены. В таких нейронах обнаруживаются Миелиноподобные структуры, нехарактерные для цитоплазмы нормальных клеток. Митохондрии, утратив нормальные контуры, либо превратились в вакуоли, либо представлены скоплением осмиофильного вещества. Ядра нейронов не претерпели деструктивных изменений. Хроматин равномерно распределен в кариоплазме, но иногда в виде небольших скоплений он прилегает к ядерной мембране. В этот период отчетливо %ыражены изменения в ультраструктуре аксодендритических синапсов. Все синаптические везикулы концентрируются в центре терминали, образуя гексагональную структуру. В некоторых тер-миналях такие склеенные пузырьки уменьшены в размерах и осмиофильны. Иногда вокруг конгломерата склеенных везикул располагаются более крупные пузырьки с плотной сердцевиной. Си-наптоплазма обычно светлая, содержит редкие
вакуоли и миелиноподобные тела. Активные зоны в таких синапсах не выражены. Во всех случаях синапсы с агглютинированными везикулами окружены светлыми набухшими отростками гли-альных клеток. В этот период астроглия принимает участие в лизисе дегенерирующих элементов. Нередко в цитоплазме глиальных клеток, их отростках имеются миелиноподобные фигуры. Межклеточное пространство значительно расширено по сравнению с контролем.
Через 6 мес после прекращения облучения ранее обнаруженные ультраструктурные нарушения менее выражены. Структура многих нейронов подобна структуре нейронов контрольного материала. В цитоплазме клеток гранулярная эндоплаз-матическая сеть представлена цистернами с прикрепленными рибосомами, появляется много свободных рибосом и полисом между цистернами. Матрикс митохондрий имеет умеренную электронную плотность, кристы четко контурированы. Однако в некоторых нейронах в цитоплазме можно видеть участки, лишенные органелл. Миели-ноподобных структур не обнаружено. Измененные синапсы встречаются редко; напротив, денд-риты окружены тесно прилегающими друг к другу нормальными аксонными терминалями с большим количеством синаптических везикул и отчетливыми активными зонами.
Следует особо отметить, что все выявленные ультраструктурные изменения касаются аксодендритических синапсов, которые, согласно данным литературы, обеспечивают морфологическую связь между различными образованиями мозга. Функциональное разобщение нейрональной активности, или, иными словами, независимость генерации потенциалов действия в различных отделах мозга, имеет, таким образом, ультраструктурную основу и является результатом повреждения аксодендритических синапсов. Примечательно, что на уровне ЭЭГ-активности такого разобщения не происходит. Возможно, этот эффект проявился бы при более длительном облучении. Наши прежние данные [4] свидетельствуют о том, что у лиц, подвергающихся воздействию микроволн в процессе производственной деятельности, функциональное разобщение ЭЭГ-активности мозга начинается после 10—14 лет стажа и в дальнейшем нарастает вплоть до дезинтеграции пространственно-дискретной структуры нейрорит-мов.
В литературе сложилось мнение, что индивидуальность и фазность реагирования можно рассматривать как общие закономерности влияния ЭМП на живые системы. Проявлением этой закономерности следует считать и избирательный характер действия микроволн как на определенные отделы мозга, так и на различные ритмические компоненты его биоэлектрической активности. Именно этим можно объяснить имеющиеся в литературе противоречивые сведения относительно активации или угнетения высшей нервной
деятельности при длительном действии ЭМП. В наших исследованиях факт быстрой выработки пространственно-организованного паттерна объясняется интенсификацией подачи пищи (молока) в цепи обратной связи за счет подкрепления того частотного диапазона (12—15 Гц) электро-кортикограммы кошки, который усилился в процессе длительного облучения. Облегчение генерации постподкрепляемого ритма, вероятно, связано с тем, что его собственная частота (6—8 Гц) лежит в диапазоне колебаний, усиленных облучением (6—10 Гц).
Отмеченные ультраструктурные изменения укладываются в известную схему течения патологического процесса [1, 2], в котором имеется 3 фазы: реактивная, деструктивная и восстановления. Характер нарушений под действием ЭМП мало отличается от изменений, возникающих при ■действии других экстремальных факторов. Так, агглютинация синаптических везикул наблюдалась при электростимуляции [9], неврозах [8], гипоксии [2] и т. д., однако ясного понимания причин этого эффекта в литературе нет. Принимая во внимание наши, собственные результаты, а также данные литературы [15, 16], считаем возможным представить гипотетическую схему причин, вызывающих склеивание синаптических пузырьков, нахождение которых в синаптоплазме можно сравнить с взвесью твердых частиц или мицелл в жидкости. При недостатке жидкости расположенные в ней мицеллы приобретают способность склеиваться. В латеральном гипотала-мическом поле после облучения происходит перераспределение воды между структурами, при этом синаптическая терминаль теряет воду и создаются условия для склеивания находящихся в ней везикул. Этому способствует их избыточное накопление в терминали, причину которого следует искать в перераспределении ионов Са2+. Дело в том, что под влиянием ЭМП происходит выброс Са2+ в межклеточное пространство [7, 15, 16]. Этот факт, а также повышение связывания Са2+ митохондриями с резко уплотненным матриксом могут привести к существенному снижению содержания Са2+ в синаптоплазме. Это в свою очередь влияет на характер синаптической передачи, поскольку синаптическая активность, движение везикул к пресинаптической мембране и слияние с ней происходят только при определенной концентрации ионов Са2+ в синаптоплазме [5, 18, 19]. Таким образом, можно полагать, что недостаток Са2+ в терминали вследствие микроволнового облучения приводит к избыточному накоплению в ней синаптических везикул. Одновременное снижение содержания жидкости служит причиной склеивания синаптических везикул в виде гексагональной структуры. Снижение необходимого йля нормальной жизнедеятельности клетки количества воды ведет также к образованию конгломератов полисом и рибосом, что также наблюдалось в наших экспериментах.
В заключение следует подчеркнуть, что микроволны не вызывают каких-либо специфических изменений в нервной системе. Вместе с тем выявленные ультраструктурные сдвиги можно считать морфологическим субстратом нарушений у человека, имеющего длительный производственный контакт с ЭМП.
Литература Щ.
1. Авцын А. П., Шахламов В. А. Ультраструктурные основы патологии клетки. — М., 1979.
2. Боголепов Н. Н. Ультраструктура мозга при гипоксии. — М„ 1979.
3. Бундзен П. В., Катинас В. Я-, Урьяш В. В. // Физиол. журн. СССР. — 1972. — № 8. — С. 1188—1195.
4. Василевский Н. Н., Суворов Н. Б., Коляда Т. В. //Со-ветско-американское рабочее совещание по проблеме «Изучение биологического действия физических факторов окружающей среды», 3-е: Материалы. — Киев, 1982, —С. 57—65.
5. Глебов Р. Н., Крыжановский Г. Н. Функциональная биохимия синапсов. — М., 1978.
6. Гордон 3. В. //О биологическом действии электромагнитных полей радиочастот. — М., 1973. — Вып. 4. — С, 7-14. *
7. Евдокимов Е. В., Карташев А. Г. //Живые системы в электромагнитных полях. — Томск, 1978. — С. 40—53.
8. Манина А. А., Риккль А. В., Кучеренко Р. П., Шичко Г. А. // Журн. высш. нервн. деят. — 1975. — № 2. — С. 363—370.
9. Петровская Л. JI. // Ультраструктура нейронов и фармакологическое воздействие. — Пущино, 1980.— С. 117—120.
10. Суворов Н. Б., Урьяш В. В., Катинас В. Я-II Физиол. журн. СССР.—1979. —№ 10, — С. 1431—1440.
11. Суворов Н. Б. II Всесоюзная конф. по электрофизиологии центральной нервной системы, 8-я: Материалы. — Ереван, 1980.— С. 436.
12. Суворов Н. Б., Василевский Н. Н.// Физиол. журн. СССР.—1981, —№ 7. —С. 970—977.
13. Холодов Ю. А. Влияние магнитных и электромагнитных полей на центральную нервную систему. — М., 1966.
14. Шандала М. Г., Думинский Ю. Д., Руднев М. Иж и др. // Гигиена окружающей среды. — М., 1977. — 91—97.
15. Эйди У. Р. П Физиология человека.— 1975. — № 1.— С. 59—68.
16. Adey W. R., Bawin S. М. / / Radio Sci. — 1982.—Vol. 17, —P. 1493—1573.
17. Bawin S. M„ Gavalas-Medici P. S., Adey W. R. // Brain Res. — 1973. — Vol. 58. — P. 365—384.
18. Bondy S. C., Harrington N. S. // Neurosci. — 1979. — Vol. 4, —P. 1521—1527.
19. Lansman J., Haynes D. // Biochim. biophys. Acta. — 1975.— Vol. 394, —P. 33—47.
20. Stuchly M. А. Ц Rad. Environm. Biophys. — 1979. — Vol. 16.— P. 1-14.
21. Takashima S., Onaral В., Schwan H. P. // Ibid. — P. 15—27.
Поступила 04.10.88
Summary. For 200 hours the cats were exposed to mij^ crowaves of 2375 mHz, the energy current density being 500 mWt/cm2. 6 diversions of the electrocorticogram and multi-cellular activity were registered by coal electrodes. After the exposure an electro-microscopic study of the lateral hypothalamic brain field was carried out. Under the radiation effect synchronization of slow bioelectric activity over the range of 6-10 to 12-16 took place. The analysis of the conditional probability matrix of series generation of action potential in the studied structures demonstrated their functional separation according to multi-cellular acti-
vity parameters in proportion to exposure growth. Damage between brain structures was considered its morphologic of axodendritic synapses which provided morphologic links substrate.
УДК 615.849.19.015.4.076.9
И. Н. Ушкова, Л. А. Покровская, Л. П. Родионова, Г. Н. Кузьминская, Л. Л. Гончарова, И. Н. Макарова, Н. 10. Малькова, Г. Н. Сергеева
чувствительность организма животных к излучению
щ со2-лазера
НИИ гигиены труда и профзаболеваний, Санитарно-гигиенический медицинский
институт, Ленинград
Изучение условий труда сборщиков лазерных установок с длиной волны 10,6 мкм и исследование у них функций зрительного анализатора и сердечно-сосудистой системы позволили высказать предположение о взаимосвязи выявленных изменений с условиями труда. Кроме того, сопоставление результатов исследования с данными контрольной группы, адекватной по возрасту, стажу, условиям труда, подтвердило предполо-
Ж:ние о неблагоприятном действии лазерного
лучения на организм [3].
Для дальнейшего уточнения характера обнаруженных изменений и их взаимосвязи с действием лазерного излучения, а также с целью разработки эффективных способов защиты и мер профилактики необходимо было проведение экспериментальных исследований.
Работа выполнена на 96 кроликах-самцах породы шиншилла. Источником излучения служил серийный СС>2-лазер типа ЛГН-703 с выходной мощностью 30 Вт. Излучение лазера отводилось плоскопараллельной кварцевой пластиной и попадало на экран из латуни, который служил одновременно ослабителем и рассеивателем инфракрасного лазерного излучения. Измерения энергетических характеристик излучения проводили прибором ИЛД-2.
В остром опыте был определен порог однократного действия по времени и плотности мощности. Время действия варьировали от 0,5 до 4 мин. За порог действия принимали минимальную величину энергетической экспозиции (ЭЭ), вызывающей диэпителизацию роговой оболочки глаза.
Перед началом эксперимента каждого кролика осматривал офтальмолог, проводили биомикроскопию с использованием метода прижизненной окраски эпителия роговицы 1 % раствором флюоресцеина натрия. В результате исследований установлено, что порог однократного действия равен 21 Дж/см2.
В 30-дневном эксперименте изучали действие двух ЭЭ: пороговой и составляющей 1/7 пороговой. Орган-мишень—глаз, время действия — 71 с. Одномоментно облучали одного кролика. Диаметр пятна излучения на уровне роговицы был равен 2,5 см. Оценивали состояние органа зрения, системное кровообращение, состояние периферической крови и антиоксидантной системы
(АОС). Исследования выполняли в динамике на 5, 10, 20 и 30-й дйи эксперимента и в восстановительный период через 10 дней после окончания облучения подпороговой дозой.
Состояние органа зрения оценивали описанным выше методом биомикроскопии, сердечнососудистой системы — регистрацией артериального давления с последующим расчетом систолического (СД), диастолического (ДД), пульсового (ПД), среднединамического давления (СДД), длительности фазы изгнания (Е), ударного (УО) и минутного (МОК) объемов крови, общего периферического сопротивления (ОПС), частоты дыханий (ЧД). Вегетативную регуляцию деятельности сердца исследовали методом [1].
Состояние АОС организма оценивали путем определения содержания тиоловых и дисульфид-ных групп в белковых и небелковых фракциях гемолизата крови методом обратного амперо-метрического титрования [2] с расчетом величины тиолдисульфидного коэффициента, изучения активности глюкозо:6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-ФДГ) и лактатдегидрогеназы (ЛДГ) эритроцитов крови спектрофотометрическими методами.
Гистохимически на цитофотометре «Лю-мам-ИЗ» исследовали активность щелочной фос-фатазы лейкоцитов. Гистологическому исследованию подвергали сердце, печень и надпочечники. О функциональном состоянии коры надпочечников судили по относительному размеру клеток пучковой зоны.
Анализ состояния роговой оболочки глаза показал, что на 5-й день воздействия пороговой дозы в 67 % случаев у животных обнаружены участки поверхностного окрашивания оболочки, в 17% случаев — интенсивного, которое свидетельствовало о ее повреждении. В динамике опыта число животных с интенсивным окрашиванием роговой оболочки увеличивалось, на 30-й день эксперимента у 50 % кроликов выявлено помутнение роговицы легкой и средней степени. При исследовании внутриглазного давления установлено достоверное снижение его к 30-му дню опыта.
Состояние системного кровообращения характеризовалось повышением уровня артериального давления, сопровождавшегося разнонаправлен-
