CC BY
56
УДК 613.168:613.6-02:616.419-092.9 А.В. Азанова, Е.Ю. Сергеева, Н.В. Сергеев, Н.В. Цугленок
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ НА ПРОЦЕСС ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ В КЛЕТКАХ КОСТНОГО МОЗГА МЫШЕЙ
В статье рассматривается действие магнитного поля с частотой 66 кГц при расстоянии до источника излучения 0,5 м, которое вызывает достоверное усиление процесса перекисного окисления липидов в клетках костного мозга мышей. Увеличение расстояния до 2,5 м приводит к исчезновению данного эффекта.
Ключевые слова: магнитные поля, перекисное окисление липидов, клетки костного мозга мышей.
A.V. Azanova, E.Yu. Sergeeva, N.V. Sergeev, N.V. Tsuglenok
RESEARCH OF THE INDUSTRIAL FREQUENCY MAGNETIC FIELD INFLUENCE ON THE PROCESS OF LIPID PEROXIDATION IN THE MICE BONE MARROW CELLS
Action of the magnetic field with frequency of 66 h when distance to the radiation source is 0,5 m which causes significant intensification of the lipid peroxidation process in the mice bone marrow cells is considered in the article. The distance increase to 2,5 m leads to disappearance of the given effect.
Key words: magnetic fields, lipid peroxidation, mice bone marrow cells.
Известно, что в последние годы организм человека подвергается постоянному воздействию магнитных полей как в быту, так и на производстве. Магнитные поля промышленных частот оказывают выраженное действие на организм человека, но механизм этого действия пока окончательно не изучен. Разрозненность и противоречивость многочисленных данных о биологическом действии магнитных полей не только не проясняют, но и делают более сложной объективную оценку их влияния на живые организмы.
Цель исследований. Изучение действия магнитных полей с частотой 66 кГц на процесс перекисного окисления липидов по продукции малонового диальдегида в суспензии клеток костного мозга мышей.
Задачи исследований. 1. Определить изменение продукции малонового диальдегида при воздействии магнитного поля в течение 15, 30, 6о мин и расстояния до источника излучения 0,5 м. 2. Определить изменение продукции малонового диальдегида при воздействии магнитного поля в течение 15, 30, 60 мин и расстояния до источника излучения 2,5 м.
Материалы и методы исследований. В работе использовались белые беспородные мыши массой 20-25 г, животные содержались на стандартной диете при 12-часовом световом режиме. В суспензии клеток костного мозга определяли содержание малонового диальдегида в реакции с тиобарбитуровой кислотой, включающей в себя инкубацию с тиобарбитуровой кислотой исследуемой пробы, экстракцию продуктов реакции бутанолом и спектрофотометрическое измерение их содержания. Концентрация клеток в растворе Хенкса была 10 6/мл, эксперименты проводились при температуре 20°С [2]. В качестве источника промышленных магнитных полей использована установка высокочастотная для индукционного нагрева на базе генератора высокочастотного транзисторного ВГТ5-25/66 со следующими характеристиками: частота колебаний магнитного поля 66 кГц, напряженность магнитного поля в непосредственной близости к установке 500 А/м. Статистическая обработка результатов проведена с использованием 1 критерия Стьюдента.
Результаты исследований и их обсуждение. При действии магнитного поля с данными параметрами и расстоянии до источника излучения, равном 0,5 м, выявлено достоверное увеличение продукции малонового диальдегида, отражающее выраженность окислительного стресса (табл.1).
Таблица 1
Изменение продукции МДА в суспензии клеток костного мозга здоровых мышей при действии магнитных полей с частотой 66 кГц при расстоянии до источника излучения 0,5 м ДО ± mx)
Время воздействия, мин Контроль (ммоль/л) (n=30) Магнитное поле (n=30)
0 1,24 ±0,96 1,24 ±0,96
15 1,27 ±0,17 2,48 ±0,71
30 1,32 ±0,23 4, 52** ±0,82
60 1,33 ±0,27 6,34**±0,48
** - Р<0,01 Примечание. n - объем выборки.
При этом воздействие магнитных полей в течение 30 мин приводило к увеличению продукции малонового диальдегида в 3,4 раза. Воздействие же магнитных полей в течение 60 мин приводило к увеличению продукции малонового диальдегида в 4,8 раза.
Действие магнитного поля с данными параметрами и расстоянии до источника излучения, равном 2,5 м, не приводило к достоверному увеличению продукции малонового диальдегида (табл. 2).
Таблица 2
Изменение продукции МДА в суспензии клеток костного мозга здоровых мышей при действии магнитных полей с частотой 66 кГц при расстоянии до источника излучения 2,5 м ДО ± mx)
Время воздействия, мин Контроль (ммоль/л) (п=30) Магнитное поле (п=30)
0 1,24 ±0,96 1,24 ±0,96
15 1,27 ±0,17 1,27 ±0,71
30 1,32 ±0,23 1,33 ±0,82
60 1,33 ±0,27 1,34±0,48
Окислительный стресс (состояние, сопровождающееся формированием в клетке большого количества свободных радикалов и накоплением признаков окислительного повреждения клеточных биомакромолекул) является патогенетической основой протекания ряда экстремальных состояний, индуцируемых факторами внешней среды.
До последнего времени патогенез окислительного повреждения клеток рассматривался преимущественно с позиций мембрано- и генотоксичности свободных радикалов (перекисное окисление липидов (ПОЛ) и нарушение структуры ДНК). Регуляция содержания перекисей и свободных радикалов тканей обеспечивается различными ферментными системами и природными антиоксидантами. На стадии инициирования регуляция ПОЛ в клетке осуществляется посредством генерации супероксидных радикалов, влияния на активность супероскидисмутаза (СОД) и каталазы, а также на уровень свободного железа. На стадии продолжения цепи изменяется уровень кислорода, микровязкости и содержания полиненасыщенных жирных кислот. На этапе разветвления цепи контроль за уровнем ПОЛ осуществляется за счет влияния на количество свободного железа, активность глутатионпероксидазы и уровень свободных тиолов. На стадии обрыва цепи возникают липофильные антиоксиданты и наблюдаются высокие концентрации свободного железа [1].
Кроме того, важнейшим индикатором окислительно-восстановительного гомеостаза клетки является структурное и функциональное состояние клеточных белков, в том числе их термодинамическая и операционная стабильность. Большинство меж- и внутримолекулярных взаимодействий (связывание ионов, субстратов, кофакторов, лигандов, межбелковые и белок-липидные взаимодействия, конъюгация с углеводами, формирование всех видов связи и гидрофобные взаимодействия) напрямую зависят от редокс-статуса среды. В основе денатурационно-ренатурационных превращений и субстрат-ферментных взаимодействий лежит, прежде всего, тиол-дисульфидный обмен [1,2]. Реакционная способность цистеиновых остатков белков зависит от присутствия окружающих их ароматических или электростатически заряженных молекул (преимущественно гистидина), а также общего редокс-потенциала системы, - при преобладании окислительных валентностей формирование дисульфидных связей облегчено. Редокс-центры белковых молекул в физиологических условиях удалены от поверхности, поэтому белки могут рассматриваться в качестве своеобразного органического матрикса, движение электронов в котором осуществляется благодаря «скачкам» из одного центра в другой или по ковалентным и водородным связям. При этом дисульфидные анионы выступают в роли центров переноса электронов. Формирование дисульфидных связей, катализируемое протеиндисуль-фидизомеразой, обусловливает самоорганизацию белков клетки, помимо изомеризации по пролину и ассоциации полипептидных цепей. При этом дисульфидные связи стабилизируют исходное состояние, но не определяют пространственную перестройку белковой молекулы [1]. Промежуточным на пути приобретения стабильной конформации при де- и ренатурационных процессах, сопровождающихся восстановлением ди-сульфидных связей, является этап формирования «расплавленной глобулы», имеющей объем, превышающий окончательный на 5-15 %, со сниженной степенью ригидности вторичной и третичной структур [1,3]. Такие структуры способны, будучи локализованными против гидрофобной поверхности, приобретать четвертичную структуру, соответствующую исходной [1,4].
При окислительном стрессе денатурация белковых молекул клетки приводит к уменьшению периода их функционирования в результате повышения чувствительности к протеолитическим реакциям и процессам посттрансляционной модификации (фосфорилированию и рибозилированию); поддержание же частично денатурированных полипептидов в форме «расплавленной глобулы» является обязательным событием при синтезе новых пептидных цепей и их транспорте через клеточные мембраны, что создает основу эффективной регуляции метаболизма через альтерацию редокс-буферных компонентов клетки.
Митохондриям принадлежит особая роль в патогенезе альтерации и компенсации при повреждении клеток. Митохондрии являются основными продуцентами свободных радикалов в клетках в физиологических условиях, и такая активность многократно возрастает при индукции окислительного стресса, а также при гипоксии. Избыточное накопление кальция в митохондриях способствует активации так называемых митохондриальных мегаканалов (mitochondrial permeability transition pore), что может увеличить степень повреждения клетки в целом при индукции окислительного стресса [1,3]. Открытие этих пор обеспечивает пассаж ионов и молекул с молекулярной массой 1500 Да, а это, в свою очередь, приводит к коллапсу трансмембранного митохондриального потенциала с последующим выходом значительного количества кальция в цитоплазму [1].
Известно, что окислительное повреждение мембран клеток (плазматической, лизосомальной, митохондриальной, ядерной) возникает вследствие окисления полиненасыщенных жирных кислот фосфолипидов, активации и деградации липидных радикалов, реорганизации двойных связей и деструкции липидов. Вследствие появления гидрофильной гидроперекисной группировки в полиненасыщенной жирной кислоте нарушается гидрофобность бислоя, диальдегиды выступают в роли поперечносшивающих бифункциональных реагентов, снижается молекулярная подвижность фосфолипидов, нарушаются липид-белковые взаимодействия, устраняется трансбислойная асимметрия липидов [1,4]. Сопутствующим процессом является деструктурирование мембранных белков - рецепторов, ферментов, ионных каналов, выступающих в роли окисляемых субстратов, особенно при наличии тиоловых групп. Последние, будучи окисленными, образуют высокомолекулярные белковые агрегаты, и, таким образом, ответственны за пермеабилизацию мембран внутриклеточных органелл, в том числе митохондрий. В митохондриях протекание такого рода процессов непосредственно сопряжено с формированием свободных радикалов в дыхательной цепи, а также со связыванием ионов кальция с белками, облегчающим их окислительное повреждение. Модуляция тиол-дисульфидного обмена в белках митохондриальных мембран лежит в основе повышения их ионной проницаемости [1,3].
Таким образом, воздействие магнитного поля с используемыми параметрами приводит к индукции окислительного стресса, в основе развития которого лежит инициация целого ряда взаимосвязанных процессов и реакций.
Литература
1. Егорова А.Б. Молекулярные механизмы окислительного стресса в клетках нервной системы // Экс-
тремальные состояния клеточных систем. - М.: Медицина, 2000. - С. 344-356.
2. Blair I.A. DNA Adducts with Lipid Peroxidation Products // J. Biol. Chem. - 2008. - Р. 15545-15549.
4. Pratic D. Lipid Peroxidation and the Aging Process // Sci. Aging Knowl. Environ. - 2002. - 345 р.
3. McIntyre T.M. Lipid Oxidation and Cardiovascular Disease: Introduction to a Review // Series Circ. Res. -
2010. - Р. 1167-1169.
