CC BY
10Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 22 (61). 2009. № 4. С. 87-94.
УДК 591.471.24:613.168
ИЗМЕНЕНИЕ ИНФРАДИАННОЙ РИТМИКИ БОЛЕВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МОЛЛЮСКОВ HELIX ALBESCENS ПРИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ЭКРАНИРОВАНИИ
Костюк А. С., Темурьянц Н. А.
Таврический национальный университет им В.И. Вернадского, Симферополь, Украина,
e-mail: timur@crimea. edu
Выявлена инфрадианная ритмика параметров болевой чувствительности моллюсков Helix albescens, включающая следующие ритмы: 2d,1±0,13; 2d,8±0,05; 3d,2±0,04; 5d,0±0,05; 6d,4±0,1; 7d,7±0,07; 10d,8±0,09; 12d,5±0,09. Показано, что электромагнитное экранирование вызывает изменения инфрадианной ритмики болевой чувствительности моллюсков, которые выражаются в резком сдвиге фаз выделенных ритмов, а также тенденции к изменению их амплитуд.
Ключевые слова: инфрадианная ритмика, болевая чувствительность, электромагнитное экранирование, моллюски Helix albescens.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование эффективности ослабленного магнитного поля является актуальной проблемой биофизики. Выявлено, что при экранировании, ослабляющем не только статическое, но и переменное магнитное поле (ПеМП) различных диапазонов, изменяется состояние физико-химических систем [1], бактерий, изолированных клеток, клеточных культур [2]. В то же время действие этого фактора на животных и человека изучено не достаточно. Поэтому остро стоит вопрос об исследовании феноменологии этих влияний на человека и животных [3].
Показано, что одним из стойких и легко воспроизводимых эффектов слабых ПеМП, в том числе и ослабленных, является изменение болевой чувствительности [4] .В то же время перспективным для изучения эффектов ослабленного магнитного поля (МП) является исследование временной организации биологических систем, которая является важной характеристикой состояния живой материи [5, 6].
В магнитобиологических исследованиях широко используются моллюски, что отвечает современным этическим требованиям [7]. В частности, показано изменение болевой чувствительности у этих животных в ослабленном МП. Однако ритмика этих изменений в ослабленном МП, достигаемом экранированием, не изучена.
У моллюсков выявлена циркадианная ритмика [8, 9], а также ритмика, связанная с приливами и отливами [10], тогда как инфрадианная ритмика не исследована. В связи с вышеизложенным, целью данного исследования явилось
исследование инфрадианной ритмики болевой чувствительности у моллюсков и ее изменений при электромагнитном экранировании (ЭМЭ).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Эксперименты проведены 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 электромагнитного поля достигалось применением экранирующей камеры, которая представляет собой комнату размером 2 х 3 х 2 метра, изготовленную из железа «Динамо». Коэффициент экранирования постоянной составляющей магнитного поля, измеренный с помощью феррозондового магнитометра, составлял по вертикальной составляющей 4,375, по горизонтальной -20. Измерялась также спектральная плотность магнитного шума в камере как в области ультранизких (от 2 10-4Гц до 0,2 Гц), так и в области радиочастот (от 15 Гц до 100 кГц). В области сверхнизких частот измерения производились с помощью феррозондового магнитометра в паре со спектроанализатором, в области радиочастот - индукционным методом. Внутри камеры для частот выше 170 Гц и в области частот от 2 10-3 до 0,2 Гц уровень спектральной плотности магнитного шума ниже 10 нТл/Гц05. Магнитное поле существенно проникает внутрь камеры на частотах 50 и 150 Гц и ниже 2 10-3Гц. Коэффициент экранирования камеры на частотах 50 и 150 Гц порядка 3.
В камере соблюдались затемненные условия.
Подробное описание экспериментальной установки для определения параметров болевой чувствительности, используемой в настоящем исследовании, представлено в наших предыдущих работах [11].
Для определения влияния ЭМЭ на параметры болевой чувствительности моллюсков делили на две равноценные группы по 20 особей в каждой. Животные обеих групп находились в условиях естественной освещенности (продолжительность фаз свет-темнота (L:D) составила 15:9 ч с восходом Солнца 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.
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. В качестве основного метода анализа продолжительности периодов и амплитудно-фазных характеристик исследуемых показателей был выбран косинор-анализ, обеспечивающий полное представление о структуре физиологических ритмов [12]. Для оценки достоверности наблюдаемых изменений использовали t-критерий Стьюдента. За достоверную принимали разность средних при р<0,05. Расчеты и графическое оформление полученных в работе данных проводились с использованием программы Microsoft Excel [13].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Динамика параметров болевой чувствительности интактных моллюсков Helix albescens, а также животных, подвергнутых ЭМЭ описана нами ранее [14]. В динамике исследуемых показателей обнаружена ритмическая составляющая. С помощью косинор-анализа в динамике болевого порога (БП) и латентного периода (ЛП) болевой реакции выявлен набор инфрадианных ритмов, включающий ритмы со следующими периодами: 2d,1±0,13; 2d,8±0,05; 3d,2±0,04; 5d,0±0,05; 6d,4±0,1; 7d,7±0,07; 10d,8±0,09; 12d,5±0,09. Амплитуды выделенных ритмов колебались от 0,44 до 0,96 усл.ед. Доминирующие ритмы 2d,1 и 10d,8. Спектры мощности БП и ЛП полностью совпадали.
Инфрадианная ритмика, включающая ритмы такой же или близкой продолжительности, обнаружена в деятельности различных физиологических систем позвоночных животных и человека на всех уровнях организации [15-17], а также в динамике болевого порога, определенного в тесте электростимуляции, у интактных крыс [18]. Многодневная ритмика описана и для скорости роста одноклеточной морской водоросли Acatabularia mediterannea [19], для многих изолированных клеток: миоцитов, энуклеированные клетки и т.д.
Анализ спектров мощности БП и ЛП болевой реакции у моллюсков свидетельствует о близости периодов их колебаний к частотам гео- и гелиофизических факторов [20]. Этот факт служит дополнительным аргументом в пользу гипотезы [21] о том, что в отсутствии крупномасштабных спорадических возмущений организмы используют регулярно повторяющиеся изменения параметров внешней среды, включая ПеМП, как пейсмекер для синхронизации биологических ритмов в широком диапазоне периодов.
Анализ фазовых взаимоотношений БП и ЛП во всех выделенных периодах выявил их различия только на 1-2°, что свидетельствует о высокой степени синхронизации этих показателей. Достаточно высокое совпадение фаз выделенных инфрадианных ритмов обнаружено для сукцинат- и а-глицерофосфатдегидрогеназ лимфоцитов крови [22, 23]. Известно, что совпадение фаз сопряженных физиологических процессов является необходимым условием гомеостаза.
Таким образом, в динамике параметров болевой чувствительности моллюсков Helix albescens выделяются инфрадианные ритмы, которые являются важным компонентом временной организации биологических систем.
Как показали результаты проведенных исследований, ЭМЭ изменяет инфрадианную ритмику ЛП и БП моллюсков. Сравнение спектров мощности интактных животных и моллюсков, подвергнутых действию экранирования, не
выявило различий в их составе: спектр также состоял из восьми периодов, однако амплитуды выделенных ритмов имели тенденцию к изменению (рис. 1). В шести из восьми выделенных периодов отмечена тенденция к возрастанию амплитуд и эта тенденция наиболее заметна в доминирующих у интактных животных периодах -к2а,1 ик10а,8.
Рис. 1. Спектры мощности ЛП болевой реакции у моллюсков контрольной группы и группы животных, подвергнутых ЭМЭ.
Более выраженные изменения экранирование вызывает в фазовых сдвигах. Во всех выделенных периодах обнаружен одинаковый сдвиг фаз ЛП и БП: в периоде 2d,1 на 208,7°; в периоде 2d,8 - на 101,9°; в 3d,2 - на 275°; в 5d,0 - на 56,21°; в 6d,4 - на 298,4°; в 7d,7 - на 113,7°; в 10d,8 - на 5,73°. В ритме 12d,5 зафиксирован максимальный фазовый сдвиг на 305° относительно показателей интактной группы животных. Поскольку сдвиг фаз ЛП и БП во всех периодах одинаковый, то взаимоотношения фаз между ними не изменялось - они полностью совпадали во всех периодах (рис. 2).
Таким образом, ЭМЭ модифицирует инфрадианную ритмику БП и ЛП у моллюсков Helix albescens. Эти изменения выражаются в резком сдвиге фаз выделенных ритмов, тенденция к изменению их амплитуд. Однако фазовые взаимоотношения между БП и ЛП во всех периодах сохранялись.
Полученные нами данные о способности ослабленного МП изменять инфрадианную ритмику согласуются с имеющимися литературными данными. Так, показано, что слабое ПеМП частотой 8 Гц изменяет многодневную ритмику симпатоадреналовой системы у крыс [16], активности окислительно-восстановительных ферментов в лимфоцитах [22] и нейтрофилах [24]. Низкоинтенсивные электромагнитные излучения (ЭМИ) крайне высокой частоты (КВЧ) также вызывают амплитудно-фазные изменения инфрадианной ритмики активности нейтрофилов и лимфоцитов крови [18], биологически активных точек у человека [25]. В опытах на крысах показана способность ЭМИ КВЧ изменять
инфрадианную ритмику болевого порога в тесте электростимуляции [18]. Показано также, что ПеМП частотой 60 Гц индукцией 0-2,5 мТл изменяет циркадианную ритмику болевого порога у мышей [26].
-2^8
-3^2
-5^0
-6^4
-7^7
-10й,8
-12й,5
Рис. 2. Косинорограммы ЛП выделенных периодов у интактных моллюсков (1) и у животных, подвергнутых действию ЭМЭ (2).
Ослабленное МП также меняет ритмические процессы. Так, у лиц, долго находящихся в пещерах (естественных экранах), удлиняются циркадианные ритмы различных физиологических процессов [27].
Таким образом, ЭМЭ вызывает выраженные изменения инфрадианной ритмики БП и ЛП болевых реакций. Это больше выражено в резком смещении фаз всех выделенных ритмов, чем в изменении их амплитуд. По-видимому, такие изменения обеспечивают оптимальную адаптацию организма к изменяющимся условиям окружающей среды, создают условия сохранения гомеостаза.
Согласно Н. Агаджаняну и др. (1987) [5] именно такое динамическое взаимодействие организма с внешним миром и обеспечивает его стабильность и жизнеспособность.
Как свидетельствуют литературные данные изменения временной организации биологических систем могут вызвать различные факторы. Электромагнитные экраны, в зависимости от их свойств, могут ослаблять ПеМП в различных диапазонах, а также статическое, электрическое и магнитное поле. Дальнейшие исследования позволят выяснить какой именно фактор ответственен за обнаруженные изменения инфрадианной ритмики болевой чувствительности при ЭМЭ.
ВЫВОДЫ
1. Выявлена инфрадианная ритмика параметров болевой чувствительности у моллюсков Helix albescens, включающая ритмы 2d,1±0,13; 2d,8±0,05; 3d,2±0,04; 5d,0±0,05; 6d,4±0,1; 7d,7±0,07; 10d,8±0,09; 12d,5±0,09.
2. Электромагнитное экранирование вызывает изменения инфрадианной ритмики болевой чувствительности у моллюсков, выражающееся в резком сдвиге фаз выделенных ритмов, тенденции к изменению их амплитуд.
Список литературы
1. Опалинская А.М. Влияние естественных и искусственных электромагнитных полей на физико-химические и элементарные биологические системы (экспериментальное исследование) / А. М. Опалинская, Л.П. Агулова // Изд. Томского ун-та. - 1984. - 190 с.
2. Павлович С.А. Магниточувствительностть и магнитовосприимчивость микроорганизмов / Павлович С.А. // Минск, изд. «Беларусь». - 1981. - 72 с.
3. 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.
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. Агаджанян Н.А. О физиологических механизмах биологических ритмов / Н.А. Агаджанян, А.А. Башкирова, И.Г. Власова // Успехи физиол. наук. - 1987.- Т. 18. - № 4. - С. 80-104.
6. Владимирский Б.М. Космическая погода и наша жизнь / Владимирский Б.М., Темурьянц Н.А., Мартынюк В.С. - Фрязино, 2004. - 224 с.
7. Закон Украши «Про захист тварин вщ жорстокого поводження» вщ 21.02.2006 № 3447-IV // Вщомосп Верховно! Ради Украши. - 2006. - № 27. - С. 990.
8. Sokolove P.G. A circadian rhythm in the locomotor behaviour of the giant garden slug Limax miximus / P.G. Sokolove, G.M. Beiswanger, D.J. Prior [et al.] // J. of Experimental Biology. - 1977. - Vol. 66. - P. 47-64.
9. Zann L.P. Relationships between intertidal zonation and circatidal rhythmicity in littoral gastropods / L. P. Zann // Marine Biology. - 1973. - Vol. 18. - P. 243-250.
10. Rao K. P. Tidal rhythmicity of rate of water propulsion inMytilus and its modifiability by transplantation / K. P. Rao // Biological Bulletin. - 1954. - Vol. 106. - P. 353-359.
11. 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.
12. Емельянов И.П. Формы колебания в биоритмологиию / Емельянов И.П. - Новосибирск: Наука. -1976.- 127 с.
13. Лапач С.Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Ехсе1 / Лапач С.Н., Чубенко А.В., Бабич П.Н. - К.: Модмон, 2000. - 319 с.
14. Костюк А.С. Динамика болевой чувствительности моллюсков Helix albescens в условиях продолжительного электромагнитного экранирования / А.С. Костюк, Н.А. Темурьянц // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». - 2009. - Т. 22 (61). - № 3. - С. 75-82.
15. Шабатура Н.Н. Механизм происхождения инфрадианных биологических ритмов / Н.Н. Шабатура // Успехи физиологических наук. - 1989. - Т. 20. - № 3. - С. 83-103.
16. Темурьянц Н.А. Влияние слабых переменных магнитных полей крайне низких частот на инфрадианную ритмику симпатоадреналовой системы крыс / Н.А. Темурьянц, В.Б. Макеев, В. И. Малыгина // Биофизика. - 1992. - Т. 37. - № 4. - С. 653-655.
17. Влияние геомагнитной и солнечной активности на сердечно-сосудистые и другие хроноэпидемиологии / Т.К. Бреус, С.Ж. Корнелиссен, С. Бинхам [и др.] // Хронобиология и хрономедицина и влияние гелиогеофизических факторов на организм человека. - М., 1992. - С. 146-191.
18. Чуян Е. Н. Механизмы антиноцицептивного действия низкоинтенсивного миллиметрового излучения / Е. Н. Чуян, Э. Р. Джелдубаева // Монография. - Симферополь: "Диайпи". - 2006. - 458 с.
19. Schweiger H.G. Evidence for a circaseptan and a circasemiseptan growth response to light/dark cycle shifts in nucleated and enucleated Acetabularia cells, respectively / H.G. Schweiger, S. Berger, H. Kretschmer // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Cell Biology. - 1983. - Vol. 83. - P. 8619-8623.
20. Kane R. P. Power spectrum analysis of geomagnetic indices (English) / R. P. Kane // Proc. Indian Acad. Sci (Earth Planet Sci). - 1986. - Vol. 95 (1)- P. 1-12.
21. Владимирский Б.М. Солнечно-земные связи в биологии и явление «захвата» частоты / Б.М. Владимирский // Пробл. космич. биологии. - М.: Наука. - 1982. - Т. 43. - С. 166-173.
22. Шехоткин А.В. Влияние переменного магнитного поля сверхнизкой частоты на инфрадианную ритмику количественных и функциональных характеристик лейкоцитов крови у интактных и эпифизэктомированных крыс: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук: 03.00.13 СГУ. / А.В. Шехоткин
- Симферополь, 1995. - 25 с.
23. Chronobiological analysis of peripheral lymphocyte dehydrogenase activities in rats with Walker 256 carcinosarcoma (English) / L. Strigun, E. Chirkova, G. Grigoreva [et al.] // Anti-Cancer Drugs. - 1991. -Vol. 2. - P. 305-310.
24. Темурьянц Н.А. Особенности инфрадианной ритмики бактерицидных систем нейтрофилов крови крыс с различными индивидуальными особенностями и ее изменение при воздействии ПеМП СНЧ / Н.А. Темурьянц, В.А. Минко, Е.И. Нагаева // Геофизические процессы и биосфера. - 2005. -Т. 4.- №й.- С. 31-39.
25. Мартынюк В.С. Корреляция биофизических параметров биологически активных точек и вариаций гелиогеографических факторов / В.С. Мартынюк, Н.А. Темурьянц, О.Б. Московчук // Биофизика. -2000. - Т. 46. - № 5. - С. 905-909.
26. Extremely low frequency magnetic field exposure modulates the diurnal rhythm of the pain threshold in mice / Yoon Mee Choi, Ji Hoon Jeong, Jeong Soo Kim [et al.] // Bioelectromagnetics. - 2003. - Vol. 24
- P. 206-210.
27. Wever R. A. The circadian system of man: Results of experiments under temporal isolation / Wever R. A. // New-York: Springer, 1979. - 276 p.
Костюк О.С. Змша шфрадiанноi ритмжи больовоК чутливостi молюсюв Helix albescens при електромагштному eKpaHyBaHHi / О.С. Костюк, Н.А. Темур'янц // Вчеш записки Таврiйського нацiонального ушверситету ii^. В.1. Вернадського. Сер1я „Бюлопя, :итя". - 2009. - Т. 22 (61). - № 4. -С. 87-94.
Виявлена шфраданна ритмжа параметрiв больово! чутливосп молюсюв Helix albescens, що включае наступт ритми: 2d,1±0,13; 2d,8±0,05; 3d,2±0,04; 5d,0±0,05; 6d,4±0,1; 7d,7±0,07; 10d,8±0,09; 12d,5±0,09. Показано, що електромагнпне екранування викликае змши шфраданно! ригмiки больово! чутливосп молюсюв, яю виражаються в рiзкому зрушент фаз видiлених римв, а також тенденци до змши !х амплтуд. Ключовi слова: iнфрадiанна ритмiка, больова чутливють, електромагнiтне екранування, молюски Helix albescens.
Kostyuk A.S. Electromagnetic shielding changes infradian rhythmicity of pain sensitivity of land snails Helix albescens / A.S. Kostyuk, N.A. Temuryants // Scientific Notes of Taurida V.Vemadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2009. - V.22 (61). - № 4. - Р. 87-94.
Revealed infradian rhythmicity parameters of pain sensitivity of land snails Helix albescens, which includes the following rhythms: 2d,1±0,13; 2d,8±0,05; 3d,2±0,04; 5d,0±0,05; 6d,4±0,1; 7d,7±0,07; 10d,8±0,09; 12d,5±0,09. It is shown that the electromagnetic shielding causes changes infradian rhythmicity of pain sensitivity of land snails, which are expressed in a sharp phase shift the rhythms, and the tendency to change their amplitudes.
Keywords: infradian rhythmicity, pain sensitivity, electromagnetic shielding, land snails Helix albescens.
Поступила в редакцию 28.11.2009 г.
