CC BY
21
ЭЛЕКТРОННЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «APRЮRI. CЕРИЯ: ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ»
УДК 616-073.584+616-7
№ 3 2016
ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ КВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА СПЕРМАТОГЕНЕЗ МЛЕКОПИТАЮЩИХ И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ КОРРЕКЦИИ
Субботина Татьяна Игоревна
доктор медицинских наук Тульский государственный университет, Тула
Аннотация. В исследовании оценено влияние КВЧ-излучения на структурные особенности сперматозоидов у крыс Вистар. Показано негативное действие излучения частотой 37 ГГц на сперматогенез. Высказано предположение об эпигенетической причине формирующихся эффектов и возможности использования электромагнитного излучения частотой 1 ГГц, для коррекции молекулярных изменений, вызванных эпигенетической модификацией обусловленной КВЧ-облучением.
Ключевые слова: сперматогенез, КВЧ-терапия, эпигенетика, микроволны.
DISRUPTION OF SPERMATOGENESIS UNDER THE INFLUENCE OF EHF-RADIATION AND POSSIBLE WAYS OF CORRECTION
Subbotina Tatiana Igorevna
doctor of medicine Tula state university, Tula
Abstract. The study evaluated the influence of EHF-radiation on structure features of sperm in Wistar rats. Shown the negative effects of radiation with a frequency of 37 GHz on spermatogenesis. It has been speculated that the reason for the emerging epigenetic effects and the possibility of using electromagnetic radiation with a frequency of 1GHz, for the correction of the molecular changes caused by epigenetic modification.
Key words: spermatogenesis, EHF-therapy, epigenetics, microwave.
Начиная с середины 80-х гг. ХХ века в области экспериментальной биологии и медицины все возрастающее внимание уделяется изучению отклика живого организма на воздействие природных и искусственных (техногенных) электромагнитных излучений (ЭМИ) крайневысокочастот-ного (КВЧ) диапазона с интенсивностью ниже тепловой, т.е. при плотности потока энергии менее 10 мВт/ см2 [1].
Особенности биологического действия КВЧ-излучений нашли широкое применение в клинической медицине в качестве значимого физиотерапевтического фактора [2]. При этом широко распространенными частотами КВЧ-излучения, использующимися в клинической практике являются 42,25 ГГц (длина волны 7,1 мм), 53,57 ГГц (длина волны 5,6 мм), 61,22 ГГц (длина волны 4,9 мм). В последнее время появилась информация о лечебном действии частот КВЧ-излучения - 65 ГГц, 129 и 150 ГГц [3-5].
Не смотря на многолетние исследования показавшие безопасность КВЧ-излучений на терапевтических частотах, в ряде исследований так же были выявлены негативные эффекты облучения, проявлявшиеся в отношении герминтативных и эндокринных тканей и органов [6-10].
С учетом выявленной чувствительности репродуктивной функции животных к ЭМИ КВЧ нетепловой интенсивности, в частности формированием мутаций, угнетением эмбриогенеза, снижением жизнеспособности потомства вплоть до полного прекращения репродуктивной функции у половозрелых животных, целью настоящего исследования являлось изучение влияния КВЧ-излучения на сперматогенез.
Материалы и методы. Исследование проводилось на десяти половозрелых самцах (крысы линии Вистар) без нарушения репродуктивной функции в исходном фоне. В процессе исследования реализована задача изучения в динамике тяжести дегенеративных изменений сперматозоидов в зависимости от предпочтительности воздействии обучения in vivo.
Параметры ЭМИ КВЧ: мощность излучения (P) = 0,3 мВт/см2, частота излучения (f) - 37 ГГц, длительность сеанса облучения (t) - 30 мин., соответствовавшим условиям КВЧ-терапии [2]. Результаты оценивались спустя семь дней от начала серии облу- чений. Минимальное суммарное время экспозиции (tX max) составило 31,5 часа (63 дня). Время (0, tX max) было разделено на 10 серий. По окончанию каждой серии, включая исходный фон, у крыс под наркозом 0,1 % дитилина удаляли семенники.
Материал фиксировали в 10 % растворе формалина с последующим приготовлением и окраской микропрепаратов гематоксилином и эозином по стандартной методике.
Морфологическая оценка результатов выполнялась на микроскопе NIKON ESLIP SE-400 при максимальном увеличении 6*600. Дегенеративные изменения оценивали на основании подсчета нормальных и античных клеток на стадии поздних сперматид. Особое внимание уделялось оценке полиморфизма половых клеток, поскольку дегенерация сперматозоидов непосредственно связана с их полиморфизмом; последний является результатом аберраций клеточной дифференциации. Процентное соотношение атипичных и неизменных сперматозоидов рассчитывалось на 100 клеток. Результаты исследования. Результаты исследования и их обсуждение Проведенные микроскопические исследования позволили установить следующее: в исходном фоне у подопытных животных полиморфизм сперматозоидов выражен незначительно; 85 % половых клеток не имели морфологических аномалий, что соответствует норме сперматогенеза; через семь суток после начала сеансов облучения (tX = 3,5 часа) атипичные сперматозоиды составили 35 %; на четырнадцатые сутки эксперимента количество атипичных сперматозоидов возросло до 42 % (tX = 7 часов); в период с 21 по 28 суток количество атипичных сперматозоидов возросло от 48 % до 55 %, а с 35 по 63 сутки увеличилось до 98 % (tX max = 3,5 часа).
Дегенеративные изменения сперматозоидов характеризовались деформацией головок, появлением омегопиренных и апиренных сперматозоидов с удвоением или отсутствием жгутиков. На 49-63 сутки эксперимента наблюдалось появление диплоидных сперматозоидов с дву-мя-тремя жгутиками. Выявленные морфологические изменения свидетельствуют о том, что под воздействием низкоинтенсивных ЭМИ КВЧ нарушается взаимодействие центриолей, которые при нормальном делении клеток отодвигаются друг от друга и действуют синергически во время процесса образования жгутиков. В случаях атипичного развития происходит расщепление центриолей, которые дают удвоение проксимального отдела жгутиков, если центриоли развиваются до образования жгутиков; происходит формирование двух и более отдельных жгутиков.
Наряду с патологическими изменениями центриолей, наиболее вероятной причиной появления аномальных сперматозоидов является дисбаланс в аппарате давления на уровне хромосом. Увеличение размеров и деформация головки сперматозоидов свидетельствует об увеличении содержания ДНК в головках диплоидных сперматозоидов; это указывает на аномалии конъюгации во время мейоза и нарушениях второго деления созревания половых клеток. Заключение. Исследования позволяют утверждать: под воздействием низкоинтенсивных ЭМИ КВЧ в процессе сперматогенеза формируются патологические процессы, приводящие к дегенерации и полиморфизму сперматозоидов, что является следствием нарушений митотических и мейотических делений, вследствие чего нарушается репродуктивная функция половозрелых животных.
Данные результаты достоверно свидетельствуют о том, что нетепловое, т.е. биоинформационное, ЭМИ высокочастотных диапазонов является патогенным в отношении сперматогенеза млекопитающих. Использование системного подхода позволяет идентифицировать КВЧ-излучение, как потенциально опасное [11].
Рассматривая эффекты облучения, в частности, проявляющиеся репродуктивными нарушениями, можно предполагать, что механизмы наблюдаемых эффектов непосредственно облучением не вызываются. Низкая энергия воздействия, исключает не только нагрев тканей, но и существенные изменения структуры молекул, таких как ДНК и белки.
Вместе с тем, проводимые исследования свидетельствуют о наличии биологически значимых эффектов у облучений, характеризующихся еще меньшей энергией [12-18]. Механизмами реализации указанных эффектов является изменение активности внутриклеточных сигнальных систем рецепторной трансдукции, изменения активности ядерной транскрипции и продукции регуляторных молекул, таких как цитокины и факторы роста [19-23].
Таким образом, изменение сигнальной рецепции, клеточной реактивности на молекулярном уровне сопровождается изменением реактивности клеток к внешним стимулам и изменением их функциональной активности, модификации программ апоптоза и пролиферации [23-25; 27].
Очевидно, что универсальным механизмом регуляции клеточной активности на уровне генов, развивающихся клеток, в частности лейкоцитов и других клеток, включая сперматозоиды является эпигенетическая модификация, в частности изменение фосфорилирования гистонов и метилирования ДНК. Учитывая, что сверхвысокочастотное излучение способствует модификации структуры гистонов, т.е. проявлению эпигенетической модификации [26].
Таким образом, сопоставляя эффекты излучений, можно полагать, что механизмы их развития сходны и заключаются в эпигенетической модификации генетической информации.
При этом использование определенных частот ЭМИ позволяет осуществлять коррекцию эпигенетических трансформаций, модифицируя негативные эффекты облучения. Одной из таких частот является экспе-
риментально найденная частота 1 ГГц [3; 8; 9]. Воздействие на данной частоте сопровождается формированием саногенетических изменений, формирующихся на молекулярном уровне [7; 10; 26; 27].
Заключение. Формирование патогенных эффектов КВЧ-излучения на соответствующих частотах ЭМИ, очевидно, является следствием эпигенетической модификации генетической информации. Коррекция вызванных ЭМИ КВЧ изменениями возможна при облучении клеток на соответствующих частотах, одной из которых является частота 1 ГГц.
Список использованных источников
1. Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. - Радио и связь. М., 1991. 168 с.
2. Бецкий О.В., Кислов В.В., Лебедева Н.Н. Миллиметровые волны и живые системы. М.: Сайнс пресс, 2004. 272 с.
3. Роль молекулярно-волновых процессов в природе и их использование для контроля и коррекции состояния экологических систем / В.И. Петросян, Н.И. Синицын, В.А. Ёлкин и др. // Биомедицинская радиоэлектроника. 2001. № 5-6. С. 62-129.
4. Изменения уровня кортикостерона в крови у экспериментальных животных при воздействии терагерцевыми волнами на частоте атмосферного кислорода 129,0 ГГц на фоне острого и длительного стресса / А.А. Цымбал, В.Ф. Киричук, О.Н. Антипова и др. // Биомедицинская радиоэлектроника. 2011. № 8. С. 23-28.
5. Влияние ингибитора NO-синтазы L-NAME и облучения электромагнитными волнами терагерцового диапазона на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150,176 -150,664 ГГц на системную гемодинамику крыс-самцов, подвергнутых острому иммобилизационному стрессу / В.Ф. Киричук, А.Н. Иванов,
Т.С. Великанова и др. // Биомедицинская радиоэлектроника. 2011. № 1. С. 19-24.
6. Экспериментальная магнитобиология: воздействие полей сложной структуры / М.В. Грязев, Л.В. Куротченко, С.П. Куротченко и др.: Монография под ред. Т.И. Субботиной, А.А. Яшина. М., Тверь, Тула: ООО Издательство «Триада», 2007. 112 с.
7. Гистофункциональные преобразования в эндокринных и иммунных органах под влиянием различных режимов электромагнитного излучения / Е.Б. Родзаевская, Ю.В. Полина, И.А. Уварова и др. // Саратовский научно-медицинский журнал. 2009. Т. 5. № 1. С. 36-40.
8. Петросян, В.И. Онко-радиоволны биосферы: аква-фазоволновая модель развития злокачественных новообразований. Ч. 1. Радиофизические основы модели / В.И. Петросян, Б.П. Чесноков, Г.Е. Брилль и др. // Биомедицинская радиоэлектроника. 2014. № 1. С. 3-13.
9. Онко-радиоволны биосферы: аква-фазоволновая модель развития злокачественных новообразований. Ч. 2. Микроморфологические и клинические исследования, аква-фазоволновая модель / В.И. Петросян, Б.П. Чесноков, Г.Е. Брилль и др. // Биомедицинская радиоэлектроника. 2014. № 2. С. 19-29.
10. Поддержание структуры водного матрикса - важнейший механизм гомеостатической регуляции в живых системах (концептуальная модель и ее базовое экспериментальное обоснование) / Г.Е. Брилль, В.И. Петросян, Н.И. Синицын, В.А. Елкин // Биомедицинская радиоэлектроника. 2000. № 2. С. 29-31.
11. Системные подходы в биологии и медицине (системный анализ, управление и обработка информации) / В.И. Стародубов и др.; под ред. А.А. Хадарцева, В.М. Еськова, А.А. Яшина, К.М. Козырева. Тула: ООО РИФ «ИНФРА», 2008. 372 с.
12. Особенности биологического эффекта низкоинтенсивного СВЧ-облучения в условиях антигенной стимуляции мононуклеаров цельной крови / И.В. Терехов, К.А. Солодухин, В.С. Никифоров и др. // Физиотерапевт. 2013. № 1. С. 26-32.
13. Функциональное состояние клеток цельной крови при внебольнич-ной пневмонии и его коррекция СВЧ-излучением / И.В. Терехов, А.А. Хадарцев, В.С. Никифоров, С.С. Бондарь // Фундаментальные исследования. 2014. № 10 (4). С. 737-741.
14. Продукция цитокинов клетками цельной крови реконвалесцентов внебольничной пневмонии под влиянием низкоинтенсивного СВЧ-облучения / И.В. Терехов, А.А. Хадарцев, В.С. Никифоров, С.С. Бондарь // Вестник новых медицинских технологий. 2014. № 1. Публикация 2-57. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2014-1/4815.pdf
15. Особенности биологического действия низкоинтенсивного СВЧ-излучения на продукцию цитокинов клетками цельной крови при внебольничной пневмонии / И.В. Терехов, К.А. Солодухин, В.О. Иц-кович и др. // Цитокины и воспаление. 2012. Т. 11. № 4. С. 67-72.
16. Способ терапевтического воздействия на биологические объекты электромагнитными волнами и устройство для его осуществления: пат. 2445134 Рос. Федерация: МПК: A61N500, A61N502/ С.В. Влас-кин, И.В. Терехов, В.И. Петросян, Б.Л. Дягилев и др. № 2010138921/14; заявл. 21.09.2010; опубл. 20.03.2012, Бюл. № 8. 20 с.
17. Особенности биологического действия низкоинтенсивного СВЧ-излучения на состояние противовирусной защиты клеток цельной крови при внебольничной пневмонии и у здоровых лиц / И.В. Терехов, С.С. Бондарь // Вестник новых медицинских технологий. 2015. Т. 22. № 2. С. 55-60.
18. Метаболические эффекты низкоинтенсивной дециметровой физиотерапии при артериальной гипертонии / А.В. Логаткина, С.С. Бон-
дарь, И.В. Терехов, А.А. Собченко // Вестник новых медицинских технологий. 2015. Т. 22. № 2. С. 71-77.
19. Исследование возможности использования нетеплового СВЧ-излучения в реабилитационном периоде у больных внебольничной пневмонией / И.В. Терехов, К.А. Солодухин, В.С. Никифоров // Физиотерапевт. 2011. № 4. С. 12-17.
20. Молекулярные механизмы иммунореабилитации при использовании низкоинтенсивного СВЧ-излучения / И.В. Терехов, В.И. Петросян, Б.Л. Дягилев и др. // Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2011. Т. 1. № 5. С. 34-37.
21. Влияние низкоинтенсивного СВЧ-облучения на внутриклеточные процессы в мононуклеарах при пневмонии / И.В. Терехов, К.А. Солодухин, В.С. Никифоров и др. // Медицинская иммунология. 2012. Т. 14. № 6. С. 541-544.
22. Бондарь С.С., Терехов И.В. Влияние низкоинтенсивного микроволнового излучения частотой 1 ГГц на функциональное состояние мо-нонуклеарных лейкоцитов цельной крови у практически здоровых молодых лиц // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 4-6. С. 1083-1087.
23. Бондарь С.С., Терехов И.В. Состояние IU/TOLL-сигнального пути в мононуклеарных лейкоцитах в постклиническую фазу острого ин-фекционно-воспалительного процесса нижних отделов респираторного тракта под влиянием низкоинтенсивного излучения частотой 1ГГц // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 4-6. С. 1088-1093.
24. Бондарь С.С., Терехов И.В. Факторный анализ показателей активности JAK/STAT-сигнального пути и экспрессии паттерн-распознающих рецепторов в постклиническую фазу острого инфек-ционно-воспалительного процесса нижних отделов респираторного
тракта // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 4-6. С. 1094-1098.
25. Бондарь С.С., Терехов И.В. Продукция цитокинов и активность фагоцитирующих клеток цельной крови в условиях субклинического воспаления и его коррекция в эксперименте // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 4-5 (46). С. 52-57. DOI. 10.18454/IRJ.2016.46.296.
26. Влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения на процесс дегидратационной самоорганизации гистона Н1 / Г.Е. Брилль, А.В. Егорова, И.О. Бугаева и др. // Фундаментальные исследования. 2013. № 3.Ч. 1. С. 27-31.
27. Терехов И.В., Хадарцев А.А., Бондарь С.С. Состояние рецепторза-висимых сигнальных путей в агранулоцитах периферической крови реконвалесцентов внебольничной пневмонии под влиянием микроволнового излучения // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2016. 93 (3). С. 23-28. DOI. 10.17116/ kurort2016323-28.
