CC BY
99
№ 4 - 2011 г.
14.00.00 медицинские и фармацевтические науки УДК 612-014.426+614.876]:612.111
ОЦЕНКА СОЧЕТАННОГО ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАЦИЙ ГЕОМАГНИТНОГО И РАДИАЦИОННОГО ПОЛЕЙ НА ОСМОТИЧЕСКУЮ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ ЭРИТРОЦИТОВ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ IN VITRO
В.Ю. Куликов, Ю.С. Тимофеева
ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития (г. Новосибирск)
Впервые показано, что гелиогеофизические факторы внешней среды, экранируемые ферромагнитным экраном, снижающим также уровень гамма-фона, обладают способностью к изменению устойчивости эритроцитов человека в гипоосмолярных условиях. Гипомагнитное воздействие достоверно увеличивает устойчивость эритроцитов в гипоосмолярных условиях, в то время как гипермагнитные воздействия (6 тыс. эрстед) ускоряют гемолиз эритроцитов человека.
Ключевые слова: гипомагнитные, гипермагнитные воздействия, гамма-фон,
эритроциты, гемолиз, гипоосмолярные условия
Куликов Вячеслав Юрьевич — доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой нормальной физиологии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития, e-mail: [email protected]
Тимофеева Юлия Сергеевна — студентка лечебного факультета ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития, е-mail: [email protected]
Введение. В последние десятилетия увеличивается количество биотропных факторов различного происхождения, воздействия которых угрожают сохранению постоянства внутренней среды организма, вызывая напряжение регуляторных и гомеостатических систем [2]. Одним из важнейших факторов, участвующих в регуляции структуры электромагнитных воздействий как на биоту в целом, так и организм человека в частности, является солнечная активность, задающая ритм и варианты солнечно-земных взаимодействий.
В последние годы существенным образом активировался интерес не только и не столько к самому феномену такого рода взаимодействий, основанных на чисто статистическом анализе, сколько к выяснению механизмов взаимодействия биологических систем с конкретными средовыми факторами, обладающих «мишенным» либо опосредованных действием на биосферу [9, 10]. Реализуясь на различных уровнях организации биологических систем, эти факторы, и это вполне понятно, взаимодействуют между собой либо по принципу усиления и развития неаддитивных эффектов, либо по конкурентному варианту. Понимание и изучение таких полифакторных и многоуровневых биотропных эффектов «слабых экологических факторов», отражая новый этап изучения солнечно-земных связей, должно быть, по нашему мнению, направлено на выявление фундаментальных закономерностей и этапов эволюции «живого вещества» в условиях динамически изменяющегося окружающего пространства.
Условно можно выделить несколько основных звеньев, определяющих
биотропные эффекты солнечной активности на биосферу нашей планеты: корпускулярная солнечная радиация, прямые мишенные эффекты космического (включая Солнце) излучения, опосредованные эффекты как космического излучения, так и Солнечной активности, проявляющиеся в изменениях активности слоя F 2 ,
тектонической и сейсмической активности, изменении скорости эсхалации радона из материковых пород, модификации влияния на организмы антропогенных факторов, включая факторы электромагнитной природы [7].
В ряде работ обращается внимание на тот факт, что биотропными свойствами обладают не только повышенная активность геомагнитного поля Земли (ГМПЗ), с изменением которой связывают увеличение неотложных состояний у метеочувствительных лиц, но и снижение ГМПЗ [5, 6], особенно в условиях больших городов, которое может выступать как в качестве определенного фактора риска целого ряда психосоматических заболеваний, так и изменения процессов индивидуального развития, обусловленных феноменом гелиогеофизического импринтирования [2]. Действительно, в железобетонных (ж/б) домах (квартирах, кабинетах, цехах, лабораториях), в кабинах машин, поездов, судов напряженность ГМПЗ резко снижается [4, 8]. Так, в ж/б домах напряженность геомагнитного поля Земли в 3 раза меньше, чем на открытом пространстве. В каюте судна геомагнитное поле практически отсутствует (или существует в очень малых дозах, которые не регистрируются прибором).
Поскольку вся органическая эволюция происходила в присутствии не только геомагнитного поля, но и при изменении активности радиационного фона, особенно в условиях инверсии геомагнитного поля, то было бы удивительно, если бы в живом мире эти взаимодействия не воспринимались и не использовались в процессах нормальной жизнедеятельности и не соучаствовали в развитии патологических состояний [9].
Таким образом, оценка реакции биологических объектов на сочетанное действие геомагнитного и радиационного полей позволит более глубоко оценить роль полевой компоненты окружающей среды в процессах адаптации и патологии человека в общепланетарном и региональном аспектах. Основываясь на представлениях о том, что в процессе эволюции одно из фундаментальных свойств гомеостатического регулирования было связано с поддержанием осмолярности внутренней среды, целью настоящей работы была оценка сочетанного влияния радиационной и электромагнитной компонент на чувствительность эритроцитов к гипоосмолярным условиям in vitro. В качестве одной из важным «мишений» в этом аспекте принадлежит Na±K±АТФазе [1], участвующей в регуляции заряда мембраны и регуляции водно-солевого баланса различных клеток организма. Поскольку «Ахиллесовой пятой» клетки (не только
эритроцита) является проницаемость мембраны для малых молекул, в первую очередь катионов, то изменение пассивной проницаемости мембраны так же сильно влияет на величину объема, как и изменение осмотичности [5]. Следовательно, Na±K±АТФаза — с одной стороны фермент из группы транспортных аденозинтрифосфатаз, находящийся в клеточной мембране и переносящий одновалентные катионы через мембрану, обеспечивая тем самым формирование ионных градиентов [3], с другой — фермент, опосредующий воздействие средовых факторов полевой природы на организм.
Главная биологическая роль асимметричного распределения катионов между внутри- и внеклеточным пространством заключается в обеспечении осморегуляции, когда работа осморегулирующих систем приводит к возникновению ионных градиентов, которые уже в ходе дальнейшей эволюции клетка приспосабливает и для решения других задач, таких как электровозбудимость, способность реагировать на повреждения и пр.[1].
Таким образом, Na±K±АТФаза — это универсальный фермент, который регулирует как электролитный обмен, водно-солевой баланс, так и энергетику клетки в целом и достаточно принципиальным в понимании механизмов взаимодействия с средовыми факторами является выявление его чувствительности к воздействию радиационной, либо геомагнитной компонент. Активное участие этого фермента в регуляции устойчивости клеток и клеточных мембран, в частности эритроцитов, к осмолярным градиентам, позволяет использовать оценку чувствительности эритроцитов в гипоосмолярных условиях в качестве подхода опосредованной оценки активности Na±K±АТФазы как и ионных механизмов в целом.
Цель работы:
1. Выявить варианты реагирования эритроцитарных мембран
в условиях различной напряженности геомагнитного поля.
2. Сравнить эффективность свинца и пермаллоя в отношении мощности создаваемого ими экрана от магнитного поля и у-излучения.
Задачи:
1. Изучить влияние гипермагнитного поля на осмотическую устойчивость эритроцитарных мембран.
2. Исследовать осмотический гемолиз эритроцитов в условиях ферромагнитных камер с коэффициентами экранирования 10-2 и 10-7.
3. Оценить изменения осмотической резистентности эритроцитов под действием экрана, создаваемого свинцовой камерой.
4. Сравнить мощность полевой эквивалентной дозы в ферромагнитных и свинцовых камерах.
Материал и методы. Гипомагнитная камера — устройство, характеризующееся мощной защитой от электромагнитных излучений. Экраны концентрируют около своих стенок силовые линии геомагнитного поля и таким образом создают ограниченное пространство с гипогеомагнитными условиями. Контрольная камера — конструкция, сделанная из дерева. Напряженность геомагнитного поля в ней неотличима от внешних условий.
Дозиметр «Мастер-1» предназначен для контроля радиационной обстановки на местности, в рабочих и жилых помещениях. Прибор измеряет мощность полевой эквивалентной дозы. Отдельно в каждой из камер измеряли величину мощности полевой эквивалентной дозы с помощью дозиметра «Мастер-1».
Материалом исследования служила кровь здорового донора, взятая из локтевой вены и стабилизированная раствором 3,8 % цитрата натрия в соотношении 9:1. Кровь центрифугировали 15 мин при 2000 об/мин, а затем разделяли на плазму и клеточный (эритроцитарный) осадок. Оставшуюся эритроцитарную массу отмывали путем добавления 2 мл 0,9 % раствора №С1 с последующим центрифугированием в течение 10 мин при 2000 об/мин и удалением надосадочной жидкости. Контрольные группы пробирок находились в деревянной камере при комнатной температуре в течение 1 часа.
Опытные образцы были помещены в условия гипомагнитной камеры с различным коэффициентом экранирования либо в свинцовую камеру на 1 час. Осуществили по 8 замеров с интервалом в 40 с. Определение осмотической устойчивости эритроцитов проводилось в 0,45 % №С1. Контрольные и опытные образцы после нахождения в соответствующих камерах центрифугировали 10 мин при 2000 об/мин. Из каждой пробирки сливали надосадочную жидкость, вносили в супернатант 5 мл трансформирующего раствора и определяли содержание гемоглобина на «МиниГеме». Полный (100 %) гемолиз определяли путем внесения в 20 мкл эритроцитарной взвеси по 2 мл дистиллированной воды. Для выявления состояния магниточувствительности использовали постоянный магнит с напряжением 6 тыс. эрст. Время воздействия гипермагнита на эритроциты составляло 1 час.
Результаты и их обсуждение. На первом этапе работы оценивалась величина мощности полевой эквивалентной дозы с помощью дозиметра «Мастер-1» в гипомагнитных камерах, обладающих величиной экранирования от внешних геомагнитных воздействий, и свинцовой камере. Полученные данные представлены на рис. 1, из которого видно, что в гипомагнитных камерах с различными коэффициентами экранирования определяется достоверное и практически линейное снижение гамма-фона. Максимальное его снижение определяется в свинцовой камере, хотя эти показатели не отличаются от пермаллоевой камеры с максимальным коэффициентом экранирования.
Рис 1. Величина мощности полевой эквивалентной дозы в гипомагнитных камерах
и свинцовой камере
На втором этапе работы оценивалась осмотическая устойчивость эритроцитов практически здорового человека в данных камерах. Полученные результаты показаны на рис. 2.
Рис. 2. Осмотическая устойчивость эритроцитов в гипомагнитных камерах с различным коэффициентом экранирования (Перм-1-экранирование 10-2, Перм-2-экранирование 10-7)
Как видно из представленных данных, осмотическая устойчивость эритроцитов возрастает пропорционально коэффициенту экранирования, обусловленному конструкцией и ТУ гипомагнитной камеры.
Сравнительная оценка осмотической устойчивости в гипомагнитной и свинцовой камерах представлена в табл. 1.
Таблица 1
Сравнительная оценка величины осмотического гемолиза в пермаллоевой камере с различным коэффициентом экранирования от магнитной составляющей внешней
среды и свинцовой камере
УапаЫе ОезсмрНуе 31а№11с5 (Зргеас]5Ьее12)
УаИс) N Меап М1п1|фт Мастит аЩОеу. 31аГ(1аГ(1 Егтог
к 6 133.3333 122,0000 141.0000 7.22957 2.951459
перм-1 6 93.3333 73,0000 110.0000 14.66515 5.987023
перм-2 6 51.5000 42,0000 65.0000 8.45577 3.452053
свинец 6 25.3333 16.0000 33,0000 9.07010 3,702852
Как видно из данных, представленных в табл. 1, степень торможения осмотического гемолиза возрастает пропорционально величине экранирования гаммафона в изучаемых камерах.
Показательно, что в свинцовой камере с максимальным коэффициентом экранирования от гамма-фона наблюдается максимальное и достоверное торможение осмотического гемолиза, что наглядно видно на рис. 3.
Рис. 3. Величина осмотического гемолиза эритроцитов у практически здоровых лиц в контроле (условия без экранирования) и в свинцовой камере
Из данных, представленных на рис. 3, наглядно видно, что в свинцовой камере, в отличие от контроля, наблюдается высоко достоверное снижение величины осмотической резистентности эритроцитов.
Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что степень экранирования как от геомагнитного, так и радиационного фонов оказывает тормозящее влияние на величину осмотической устойчивости эритроцитов.
На следующем этапе работы с целью выявления значимости электромагнитной составляющей в регуляции физико-химических свойств эритроцитарной мембраны, по сравнению с величиной гамма-фона, была изучена зависимость гемолиза от напряженности постоянного магнитного поля. Полученные данные, представленные на рис. 4, показали, что инкубация эритроцитов в условиях гипермагнитного поля (напряженность постоянного электромагнитного поля около 6 эрстед) достоверно ускоряет наступление гемолиза. Это свидетельствует о том, что электромагнитная составляющая внешней среды по сравнению с гамма-фоном (на основании изучения особенностей осмотического гемолиза) обладает большим мембранотропным эффектом.
Рис. 4. Величина осмотического гемолиза эритроцитов у практически здоровых лиц в контроле (условия без экранирования) и воздействии постоянного гипермагнитного поля
Таким образом, на основании полученных данных можно сделать вывод о том, что и радиационная, и геомагнитная компоненты окружающей среды проявляют в биологических системах различные «мишенные эффекты», которые стимулируют активность достаточно специфических механизмов, одним из которых являются мембранлокализованные структуры, в частности Na±K±АТФаза, регулирующие объемные характеристики эритроцитов. Вполне вероятно, что ряд других эффектов, наблюдаемых различными исследователями в условиях экранируемого пространства [5, 6], могут быть обусловлены не только экранированием от геомагнитного поля Земли, но и снижением активности гамма-фона, которое, как было показана нами, линейно снижается с коэффициентами геомагнитного экранирования в гипомагнитных камерах. Для разделения гамма- и геомагнитных биотропных эффектов в условиях экранированного пространства целесообразно дополнительно проводить исследования изучаемых процессов при воздействии постоянного магнитного поля. Такой подход позволяет выделить в биологических системах специфические магнитозависимые структуры и процессы, а значит и обосновать как методы выявления, так и коррекции болезненной метео- и магнитозависимости.
Выводы:
1. В условиях действия сильного постоянного магнитного поля (6 тыс. эрст) наблюдается уменьшение устойчивости эритроцитарных мембран в гипоосмолярных условиях. Содержание гемоглобина при этом приближается к значениям характерным для полного гемолиза эритроцитов.
2. Под действием ослабленного геомагнитного поля осмотическая резистентность эритроцитов увеличивается пропорционально коэффициенту экранирования.
3. Мембранлокализаванные системы эритроцита, участвующие в регуляции объемных характеристик клетки, являются магниточувствительными, а не радиационночувствительными структурами.
4. В свинцовой камере отмечается высокая устойчивость эритроцитов в гипоосмолярном растворе (—13,7 % от полного гемолиза).
Список литературы
1. Атауллаханов Ф. И. Как регулируется объем эритроцита, или что могут и чего не могут математические модели в биологии / Ф. И. Атауллаханов [и др.] // Биол. мембраны. — 2009. — Т. 26, № 3. — С. 163-179.
2. Биотропные свойства ослабленного геомагнитного поля / В. Ю. Куликов [и др.] ; под ред. В. А. Шкурупия. — Новосибирск : ООО «Редакционно-издательский центр», 2005.
3. Борисов Ю. А. Резистентность эритроцитарных мембран : механизмы, тесты, оценка / Ю. А. Борисов, В. Н. Спиридонов, Е. Д. Суглобова // Клин. лаб. диагностика. — 2007. — № 12. — С. 36-40.
4. Головин Н. И. Магнитное поле Земли и здоровье человека / Н. И. Головин, М. В. Курик, Н. М. Гарнага // Биомед. технологии и радиоэлектроника. — 2002. — № 5-6.
5. Головлев Е. Л. // Биофизика. — 1998. — Т. 43, вып. 4. — С. 751-752.
6. Гусев В. А. Динамика микробных популяций / В. А. Гусев. — Новосибирск : Наука, 1993. — С. 176-205.
7. Мартынюк В. С. У природы нет плохой погоды : космическая погода в нашей жизни [Электронный ресурс] / В. С. Мартынюк [и др.] (Киев, 2008. 179 с.). — Режим доступа : cosmo-bio.blogspot.com/.../blog-post_14.html
8. Орлюк М. И. Геофизическая экология — основные задачи и пути их решения / М. И. Орлюк // Геофизический журн. — 2001. — Т. 32, № 1. — С. 49-59.
9. Кузнецов В. В. Влияние космического излучения и вековых вариаций геомагнитного поля на климат и эволюцию жизни на Земле [Электронный ресурс] / В. В. Кузнецов, Н. Д. Кузнецова. — Режим доступа : kcs.dvo.ru/ikir/ Russian/Science/2004/3-
11.pdf
10. Александрин С. Ю. Корреляции всплесков высокоэнергичных заряженных частиц с геофизическими явлениями [Электронный ресурс] / С. Ю. Александрин [и др.]. — Режим доступа : theory.asu.ru/—raikin/Physics/PCR/RCRC/2004_Moscow/.../DKL2304.pdf
ESTIMATION OF COMBINED INFLUENCE OF THE GEOMAGNETIC AND RADIATING FIELDS VARIATIONS ON OSMOTIC RESISTANCE OF HUMAN ERYTHROCYTES IN VITRO
V.J. Kulikov, J.S. Timofeeva
SEIHPE «Novosibirsk State Medical University Minhealthsocdevelopment» (Novosibirsk c.)
For the first time it was shown that heliogeophysical factors of an external environment shielded with the ferromagnetic screen that reduces also the gamma background level, possess capability to stability change of human erythrocytes in hyposmotic conditions. Hypomagnetic influence
authentically increases the stability of erythrocyte in hyposmotic conditions while hypermagnetic influences (6 thousand oersted) accelerate human erythrocyte haemolysis.
Keywords: hypomagnetic, hypermagnetic influences, gamma background, erythrocyte, erythrocatalysis, hyposmotic conditions
About authors:
Kulikov Viacheslav Yurjevich - doctor of medical sciences, professor, honored scientist RF, head of normal physiology department SEE HPE «Novosibirsk State Medical University Minhealthsocdevelopment», e-mail: [email protected]
Timofeeva Julia Sergeevna - student of medical faculty SEE HPE «Novosibirsk State Medical University Minhealthsocdevelopment», an e-mail: [email protected]
List of the Literature:
1. Ataullahanov F. I. The way the erythrocyte volume is regulated, the mathematical models in biology / F. I. Ataullahanov [etc.] // Biol. Membranes. - 2009. - V. 26, № 3. - P. 163179.
2. Biotropic properties of the weakened geomagnetic field / V. J. Kulikov [etc.]; under the editorship of V. A. Shkurupii. - Novosibirsk: Open Company «Publishing center», 2005.
3. Borisov J. A. Resistance corpuscular membrane: mechanisms, tests, estimation / J. A. Borisov, V. N. Spiridonov, E. D. Suglobova // Clinical Diagnostics. - 2007. - № 12. - P. 36-40.
4. Golovin N. I. Magnetic pole of the Earth and human health / N. I. Golovin, M. V. Kurik, N. M.Garnaga // Biomedical technologies and radio electronics. - 2002. - № 5-6.
5. Golovlyov E. L // Biophysics. - 1998. - V. 43, I. 4. - P. 751-752.
6. Gusev V. A. Dynamics of microbe populations / V. A. Gusev. - Novosibirsk: the Science, 1993. - P. 176-205.
7. Martynyuk V. S. The nature doesn't have bad weather: space weather in our life [the Electronic resource] / V. S. Martynyuk [etc.] (Kiev, 2008. 179 p.). - an access Mode: cosmo-bio.blogspot.com/.../blog-post_14.html
8. Orlyuk M. I. Geophysical ecology - the primary goals and ways of their decision / M. I. Orlyuk // Geophysical magazine. - 2001. - V. 32, № 1. - P. 49-59.
9. Kuznetsov V. V. The influence of space radiation and century variations of a
geomagnetic field on a climate and life evolution on the Earth [the Electronic resource] / V. V. Kuznetsov, N. D.K uznetsova. - an access mode: kcs.dvo.ru/ikir/
Russian/Science/2004/3-11.pdf
10. Aleksandrin S. J. Correlations of splashes advanced charged particles with the geophysical phenomena [the Electronic resource] / S. Ju. Aleksandrin [etc.]. - an access mode: theory.asu.ru/~raikin/Physics/PCR/RCRC/2004_Mosco w/.../DKL2304.pdf
