CC BY
69
Краткое сообщение
10 и 20 мс. Эти изменения прослеживаются при интенсивности
0,2-0,3, 0,5 и 40 мВт/см2 Сдвиги противоположной направленности отмечаются у пачек, выявляемых на основе порога 5 мс при интенсивности 0,2-0,3 мВт/см2 после облучения и при 0,5 мВт/см2 во время облучения. При интенсивности 0,4 мВт/см2 статистически достоверных изменений числа пачек не обнаружено.
Существует сходная зависимость эффектов со стороны средних величин межспайковых интервалов и числа вспышек пачечной активности от интенсивности СВЧ-облучения. Но не наблюдается параллелизма направленности изменений показателей. Имеет место сложная нелинейная зависимость числа пачек от средних межспайковых интервалов [12], а в пределах самой пачечной активности преобладают тоже сложные нелинейные взаимоотношения между разными ее типами [11].
Отсутствие линейности в отношении интенсивности облучения и наблюдаемых эффектов, по-видимому, связано со сложностью и многокомпонентностью самих перестроек в деятельности нейронных популяций. Внешнее отсутствие изменений нейронной активности иногда является следствием взаимного нивелирования сдвигов противоположной направленности. Зависимость характеристик перестроек в деятельности популяций корковых нейронов от интенсивности поля СВЧ позволяет прогнозировать нейрофизиологические события при облучении.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 00-04-48139).
Литература
1. Захарова Р.М.//Биофизика.- 1995.- Т. 40, № 3.- С. 695.
2. Лукьянова С.Н. и др. //Радиационная биол. Радиоэкол.-1995.- Т. 35, № 1.- С. 53-56.
3. Лукьянова С.Н., Моисеева Н.В.// Радиационная биол. Радиоэкол.-1998.- Т. 38, № 5.- С. 763-768.
4. Урбах В.Ю. Математическая статистика для биологов и медиков.- М.: Изд-во АН СССР, 1963.- 323 с.
5. Чиженкова Р.А. Исследование роли специфических и неспецифических образований в электрических реакциях мозга кролика, вызываемых электромагнитными полями УВЧ и СВЧ и постоянным магнитным полем:. Дис...канд. мед. Наук, М.: Ин-т ВНД и НФ.- 1966.- 212 с.
6. Чиженкова РА.//Ж. высш. нервн. деят.- 1969.- Т. 19, № 3.- С. 495-501.
7. Чиженкова Р. А. Структурно-функциональная организация сенсомоторной коры.- М.: Наука, 1986.- 241 с.
8. Chizhenkova R.A. // Bioelectromag.- 1988.- Vol. 9 , № 3.-P. 337-345.
9. Chizhenkova R.A.H Electro- and Magnetobiol .- 1996 .-
Vol. 15 , № 3 .- P. 253-258.
10. Chizhenkova R.A. // Electromagnetic fields: biological effects and hygienic standardization./ Ed. M.H. Repacholi, N.B. Rubtsova, A.M. Muc. Geneva (Switzerland): World Health Organization .- 1999 .- P. 389-395.
11. Chizhenkova R.A.// Milltnnium workshop on biological effects electromagnetic fields./Eds. P. Stavroulakis and P. Kostarakus. Crete (Greece): Demokritos.- 2000.- P. 104-108.
12. Chizhenkova R.A., Chernukhin V. Yu.//J. Biol. Physics .2000 .- Vol. 26 , № 1 .- P. 67-75.
13. Chizhenkova R.A., Safroshkina A.A.// Bioelectrochem. and Bioenerg .- 1993 .- Vol. 30 , №1 .- P. 287-291.
14. Johnson J.L.// Brain Res .- 1994 .- № 1 .- P. 125-127.
PULSE FLOWS OF POPULATIONS OF CORTICAL NEURONS UNDER MICROWAVE EXPOSURE OF DIFFERENT INTENSITY: INTERSPIKE INTERVALS AND BURST NUMBER
R.A. CHIZHENKOVA Summary
In awake nonimmobilized rabbits it has been established that 1-min microwave exposure (0.2-0.3, 0.4, 0.5, and 40.0 mW/cm2) produces rearrangements of pulse flows of populations of neocortex neurons. The effect consists in change of mean values of interspike intervals and burst number. Nonlinear dependence of neurophysi-ological events on intensity of irradiation was observed.
Key words: neocortex neurons, exposure.
УДК 575+61 (07)
К МЕХАНИЗМУ НЕКОТОРЫХ СПОНТАННЫХ МУТАЦИЙ И. Г. ГЕРАСИМОВ*
Одной из задач медицинской генетики является выяснение механизмов мутаций, ведущих к патологии. Генетические мутации ярко выражены в фенотипе при трисомиях, которые в отличие от мутаций, вызывающих дефект одного гена, ведут к появлению дополнительной хромосомы, содержащей не один ген, и повышению продукции ряда ферментов. Хотя в возникновении трисомий играет роль наследственность, механизмы нерасхожде-ния хромосом остаются не известными. Эта патология связана не только с наследственностью: трисомии в родословной не всегда ведет к заболеванию у потомков. В такой ситуации можно вести речь не о генетической предрасположенности, а о факторах риска, среди которых наследственность является одной из многих.
Активные формы кислорода, как факторы спонтанных мутации. Среди факторов, вызывающих спонтанные мутации, обсуждаются активные формы кислорода (АФК), в частности, супероксидный радикал (О2-) и перекись водорода (Н2О2) [4]. Для утилизации АФК в клетках имеются ферменты, например, супер-оксиддисмутазы (СОД), переводящие О2- в Н2О2, и каталаза, разлагающая Н2О2 на кислород и воду. Однако не ясно, какие именно АФК (а их насчитывается более десятка [4]) ответственны за мутации. Мутагенным фактором считают повышенную продукцию АФК, хотя указывают на пероксинитрит (один из продуктов окисления азотсодержащих соединений) как на мутаген и ингибитор транспорта электронов. Непонятны причины, вызывающие спонтанные мутации, возникающие без видимых экзо- или эндогенных стимулов, как полагают, лишь в результате случайных ошибок в системах функционирования нуклеиновых кислот, происходящих «по статистическим соображениям». Такие мутации могут опосредоваться локальным ростом уровня АФК. Сверхпродукция АФК возникает в фагоцитах и гранулоцитах, в частности в нейтрофилах, и при этом не важно, имеют ли место фагоцитоз и воспаление. Это явление определено как «респираторный взрыв», в котором повышенное потребление кислорода непрофессиональными фагоцитами (нейтрофилами, базофилами) завершается наработкой О2- и выбросом его и других АФК во внеклеточную среду. В итоге АФК проникают в клетки, обделенные (в отличие от потенциальных фагоцитов, имеющих соответствующие системы) средствами защиты от их высоких доз.
Для возникновения трисомий мутации должны происходить с определенным постоянством в мейозе (в стадии мейоз II), в момент, за которым следует расхождение хромосом или несколько ранее. Альтернатива этому - наличие необнаруженного дефекта гена (генов), кодирующего белок (или их группу), участвующий в образовании либо волокон веретена деления, либо в иных событиях, обеспечивающих равное распределение хромосом между дочерними клетками. Возможность мутаций в мейозе
II, разумеется, существует, но их частота (не мутаций вообще, а именно приводящих к нерасхождению хромосом) должна быть достаточно высокой (например, вероятность рождения ребенка с синдромом Дауна не менее 1:2000). Частота мутаций, ведущих к трисомиям, увеличивается с возрастом матери, когда женщине более 40 лет, и, вероятно, повышена в молодом возрасте, когда матери менее 18 лет. Аналогичная закономерность прослеживается и при невынашивании беременности: если женщине <20 лет или >35 лет, то вероятность спонтанного аборта повышена. Смертность (в частности, в результате остановки дыхания во сне [3]) новорожденных от матерей <20 лет вдвое выше, чем среди детей, родившихся у женщин 20-25 лет, хотя в обеих группах частота патологий репродуктивной системы и протекания беременности одинаковы [9]. В большинстве случаев неизвестны причины (в том числе возрастные), влияющие на частоту мутаций, которая зависит от многих факторов, в частности - от способа оценки. У одноклеточных она составляет 10-9-10-6 на цикл генерации, а в клетках человека частота мутаций выше (>10-5), несмотря на то, что по сравнению с первыми многоклеточный организм имеет более мощные системы репарации ДНК. Возможно, это объясняется тем, что вероятность мутаций возрастает при стрессе, которым для ряда женщин оказывается и половой
* НИИ медицинских проблем семьи Донецкого государственного медицинского университета им. М. Горького Донецк, Украина
И. Г. Герасимов
акт. Проявление повреждающего действия стресса у многоклеточных может быть именно по причине наличия в их организме мощных систем защиты от действия внешних факторов. Например, у дрозофил даже непродолжительный температурный шок в сто раз увеличивает число транспозиций одного из мобильных элементов (Эш-412) без существенных последствий.
При стрессе в кровь выделяются гормоны (адренокортико-тропин, адреналин и норадреналин), влияющие на свертывающую систему [11]. В результате в крови растет уровень тромбина, что активирует тучные клетки и базофилы к секреции гликоза-мингликанов (гистамина, гепарина и хондроитинсульфата), стимулирующих нейтрофилы к респираторному взрыву [6]. Учитывая эти факты, можно предложить следующий механизм: «стресс ^ активация свертывающей системы ^ выделение тромбина и стимуляция им тучных клеток и базофилов ^ выброс гликозами-ногликанов ^ активация нейтрофилов и респираторный взрыв ^ образование и выделение во внеклеточную среду АФК ^ проникновение АФК в другие клетки ^ мутации.
Повышение выделения тромбина и свертываемости крови может происходить в ответ на боль. В то же время гепарин выделяется при повреждении сосудов и образовании тромбов, которые эпизодически получаются не только в результате травм или при хирургических операциях, но и во время беременности или при применении оральных контрацептивов. Число нейтрофилов и тромбоцитов возрастает в период овуляции [7], что может вести к выделению в кровь антикоагулянтов (гепарина), и, по-видимому, призвано повысить в этот момент защитные свойства организма. Однако результат подобного опережения событий неоднозначен, поскольку рост числа таких клеток может привести к росту АФК и концентрации ионов водорода ([Н+]) и аномалиям в мейозе. Оплодотворение является критическим для организма в целом, а после 40 лет резко возрастает свертываемость крови [1]. Последнее может быть дополнительным мутагенным фактором, когда матери >40 лет. Гепарин может защищать от свободнорадикального повреждения внешние клеточные мембраны, но инактивируя СОД, способствует продукции О2-, не препятствуя функционированию Н2О2, которая образуется и при достаточно активной СОД [2]. Если в клетке повышено функционирование АФК, в ней возможно повреждение, в первую очередь, наиболее доступных для этого структур и молекул.
Внеядерные нуклеиновые кислоты, как мишени АФК. Повышенное функционирование АФК в клетках будет вести к локальному повреждению нуклеиновых кислот, находящихся вне защищенного мембраной ядра, то есть наиболее уязвимыми окажутся вненуклеосомные полинуклеотиды. Такими структурами являются рибосомные РНК (рРНК) и информационные РНК (иРНК), а также митохондриальная ДНК (мтДНК). Митохондрии, будучи источником АФК, являются также их мишенями, а количество мутаций мтДНК человека увеличивается с возрастом и происходят примерно в 10 раз чаще, чем в ядерной ДНК [10]. Оксидативный стресс вызывает повреждение митохондрий, транспорт электронов в которых нарушается под действием пе-роксинитрита (одной из АФК). Митохондриальные болезни (болезни, обусловленные мутациями мтДНК) сопровождаются ацидозом [12], т. е. мутации мтДНК связаны со снижением pH. Дети с аномалиями развития (в том числе с генетическими) в 1/4 случаев рождены матерями, которые во время беременности перенесли инфекционные заболевания, находились в гипоксическом состоянии или были травмированы. Гипоксия и инфекция сопровождаются респираторным взрывом, а обе они и кровопотеря при травме приводят к повышению концентрации ионов водорода ([Н+]) и снижению pH (ацидозу), что способствует функционированию АФК, которые закисляют среду, замыкая порочный круг. Корреляция между рождением ребенка с синдромом Дауна и возрастом матери обусловлена [Н+], которая в крови коррелирует с возрастом человека. При этом, если риск трисомии повышен, когда матери <20 лет, то и тогда в крови повышена [Н+] (понижен pH) [5].
Помимо мтДНК, вне ядра функционируют рРНК и иРНК. Мутации в них не фатальны для организма и могут никак не проявиться в фенотипе. Однако их может оказаться достаточно для изменения структуры белка, участвующего в мейозе, и нарушения механизма последнего и/или для повреждения оплодотворенной яйцеклетки на стадиях дробления, что, в свою очередь, может привести к генетическим аномалиям в потомстве или
спонтанному аборту. Частота хромосомных аномалий среди абортусов весьма существенна, а наибольшая угроза самопроизвольных абортов у человека отмечена в периоды между 6-8, 10— 12 и 16—24 неделями беременности. Что же касается рРНК, то вероятность их мутаций в яйцеклетке может быть выше, чем в соматических клетках: у многих видов животных во время ооге-неза образуется большое число дополнительных внехромосом-ных генов для рРНК, которые подвержены мутагенному действию в большей мере, чем ядерная ДНК. ДНК в половых клетках мутируют чаще, чем в соматических, а у самок чаще, чем у самцов. Мутация рРНК может вести к клону аномальных клеток, которые синтезируют, например, дефектный структурный белок (остеопороз) либо даже являются неопластическими (трансформация и опухолеродность). Нарушение считывания информации с ДНК и появление мутантного белка при том, что матрица для его синтеза не была аномальной, может вызывать и гепарин, уровень которого при стрессе повышается: гепарин, взаимодействует с Ь'-субъединицей РНК-полимеразы и, конкурируя с ДНК за связывание иРНК до начала инициации транскрипции.
Поскольку с физическими факторами — такими, как температура тела, или с изменением в организме концентраций таких веществ, как Н2О2 и СО2, могут быть связаны генетические мутации, постольку в [2] со ссылкой на Дж. Сомеро поднимается вопрос о мутагенном влиянии температуры, давления и других параметров состояния среды, которые могут оказаться стрессор-ными. Подобное влияние представляется почти исключительно опосредованным: изменения давления и температуры ведут к изменениям в крови pH [8], парциальных напряжений СО2 и О2, что вызовет рост продукции АФК со всеми вытекающими последствиями. В таких ситуациях наиболее уязвимыми оказываются внеядерные нуклеиновые кислоты. Возникновение внехро-мосомных мутаций обусловлено сочетанием экзогенных и эндогенных факторов, что обусловливает аномалии развития на 80%.
Заключение. Стресс, микротравма, боль, овуляция посредством активации свертывающей системы, повышения концентрации тромбина и выделения из тучных клеток и базофилов гепарина и др. гликозаминогликанов стимулируют нейтрофилы и фагоциты к росту продукции АФК, а те — оказывают мутагенное действие (в том числе на мтДНК, иРНК и рРНК). К такого рода мутациям имеется генетическая или конституциональная предрасположенность, и тогда решающую роль играют наследственность и возраст. Повышенному функционированию АФК в молодом возрасте и в возрасте >40 лет способствует более высокая [Н+] в крови, имеющая место в эти периоды. Сочетание этих факторов может обусловливать мутации и возрастные зависимости невынашивания, смертности новорожденных, генетические и другие патологии, обнаруживаемые уже в раннем возрасте.
Литература
1. Агаджанян Н. А. и др. Физиология человека.— СПб: Со-тис, 1998.— 527 с.
2. Васнецова А. Л., Гладышев Г. П. Экологическая биофизическая химия.— М.: Наука, 1989.— 136 с.
3. Вейн А. и др. Синдром апноэ во сне и др. расстройства дыхания, связанные со сном.— М.: Эйдос Медиа, 2002.— 310 с.
4. Владимиров Ю. А. Свободные радикалы и антиоксиданты // Вестн. Рос. акад. мед. наук.— 1998.— №° 7.— С. 43—51.
5. Герасимов И. Г. / В кн. Биоэнергетика / Максимович В. А. и др.— Донецк: Изд-во Донецкого мед. ун-та, 2003.— С. 83—97.
6. Герасимов И., Игнатов Д.// Цитология.— 2004.— Т. 46, № 2.— С. 155—158.
7. Герасимов И. Г. и др. Динамика клинических показателей крови в течение менструального цикла.— Деп. в Гос. мед. б-ке России 10.11.95.— № 24780.— 6 с.
8. Герасимов И., Самохина Е. Структура органических соединений и механизмы реакций.— Донецк, 1999.— Т.2.— С. 155— 158.
9. Гуркин Ю. А. Гинекология подростков.— СПб: ИКФ Фолиант, 2000.— 574 с.
10. Захарова Е. Ю. // Мед. генетика.— 2002.— №° 1.— С. 4—12.
11. Калишевская Т. М. Регуляция жидкого состояния крови и ее свертывания.— М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982.— 184 с.
12. Князев Ю. А. и др. Митохондриальные болезни // Вестн. РАМН.— 2000.— .№7.— С. 26.
