Способ коррекции интенсификации свободно-радикального окисления в условиях экспериментального стресса Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

симости от интенсивности возмущающего бактериального воздействия. Изменение во времени плотности доминантных группировок контрольного и опытных образцов почвы приводятся в табл. 6.

Литература

1. Токин Б. П.'Теоретическая биология и творчество Э.С.Бауэра.- Изд-во.Ленингр. Унив-та, 1963.

2. Бауэр Эрвин и Теоретическая биология (К 100-летию со дня рождения), сб. науч. трудов.- Пущино, 1993

3. История России: Хрестоматия.- 1917-1940.- Екатеринбург, 1993.

4. Белоусов Л.В. и др. // Природа.- 1997.- № 3.-С. 64-80.

5. Гурвич А.Г. Принципы аналитической биологии и теории клеточных полей.- М.: Наука.- 1991.- 287 С.

6. Воейков В.Л. Биофизикохимические аспекты старения и долголетия», «Успехи геронтологии», 2002г., вып. 9, каф. биоор-ганической химии, биофакультет МГУ им. М. В. Ломоносова, М.

7. Воейков В.Л. Принцип увеличивающейся внешней работы Э Бауэра и прогрессивное развитие материи, Пете!, http://www.portalus.ru/modules/philosophy/rus_readme.php7subactio n=showfull&id=1108054881&archive=0215&start_from=&ucat=1&, 10.02.2005г.

THE STIMULATION EFFECT OF MITOGENIC ACTIVITY OF MICROBIOLOGICAL SYSTEM BY LOW-FREQUENCY BACTERIAL INFLUENCE

V.G. ALECSANDROV, A.A. YASHIN Summary

The practical value of bacterial stimulation effect of soil’s activity is consist of creation on this basis the technology for regulation of contents in the soil a wqter soluble elements for nutrition of plants in agronomic significant withins

Key words: bacterial stimulation effect

УДК 616.1-005-008.814-085.849.11(145)

СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТРЕССА

В.Ф. КИРИЧУК, А.А. ЦЫМБАЛ*

Свободно-радикальное окисление является одним из универсальных механизмов повреждения клеток, но вместе с тем это и необходимый процесс для нормального функционирования живых систем [7]. Состояние процессов липопероксидации в условиях нормы определяет характер модификации фосфолипид-ного бислоя биологических мембран, энергетического и пластического обеспечения клеток, активности транспортных и рецепторных систем мембран, возбудимость клетки и многие внутриклеточные метаболические процессы [7]. Свободно'-радикальные процессы участвуют в реакциях окислительного фосфорилирова-ния, биосинтеза простагландинов и нуклеиновых кислот, в регуляции липолитической активности, в процессах митоза, метаболизма катехоламинов. В то же время интенсификация свободнорадикального окисления является закономерным процессом потенцирования патогенных эффектов воздействия этиологических факторов инфекционной и неинфекционной природы [7]. Доказано, что сигналом запуска стресс-реакции служит стереотипное и биологически важное изменение внутренней среды клетки, организма. Таким сигналом служит смещение прооксидантно-антиоксидантного равновесия в направлении активации процесса перекисного окисления липидов в биологических мембранах и жидкостях [6,7]. Под влиянием чрезвычайных раздражителей процессы биологического окисления и процессы липопероксида-ции усиливаются, происходит угнетение функциональной активности ферментного и неферментного звеньев антиоксидантной системы [6,7]. Следовательно, коррекция уровня токсических промежуточных продуктов липопероксидации и нормализация активности звеньев антиоксидантной системы крови является патогенетически обоснованным.

Большое внимание уделяется вопросам взаимодействия биообъектов с электромагнитными волнами терагерцового диапа-

* 410012, Саратов, ул. Большая Казачья, ГМУ каф. Норм. Физиол.

зона. Терагерцовыми называют электромагнитные волны в частотном диапазоне 102....104 ГГц, или с длинами волн от 3 мм до 30 мкм [2]. Наибольший интерес в экспериментальной науке вызывают волны терагерцового диапазона молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150,176-150,664 ГГц [2,3], поскольку оксид азота выполняет функцию одного из универсальных регуляторов физиологических, патофизиологических и биохимических процессов в клетке и в организме в целом [6].

Цель исследования - изучение влияния волн терагерцово-го диапазона на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150,176-150,664 ГГц на процессы свободно-радикального окисления и антиоксидантные свойства крови в условиях экспериментального стресса.

Материалы и методы. Изучали образцы крови 75 белых беспородных крыс-самцов массой 180-220 г, полученных из вивария университета. В качестве модели, имитирующей интенсификацию процессов свободно-радикального окисления и угнетение активности антиоксидантной системы применяли иммобили-зационный стресс - фиксация крыс в положении на спине в течение 3 часов [3]. Исследование проводилось в 5-х группах животных по 15 особей в каждой: 1 группа - контрольная - интактные животные; 2 группа - группа сравнения, животные в состоянии иммобилизационного стресса; 3, 4 и 5 группы - опытные, в которых животные подвергались однократному облучению терагер-цовыми волнами на частотах оксида азота 150,176-150,664 ГГц в течение 5, 15 и 30 минут соответственно на фоне иммобилизации. Для устранения влияния сезонной и циркадной зависимости на показатели липопероксидации и антиоксидантной активности крови эксперименты проводились в осенний период в первой половине дня. Все животные при проведении экспериментов находились в одинаковых условиях.

Облучение животных проводилось электромагнитными волнами на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150,176-150,664 ГГц с помощью аппарата «КВЧ-NO», впервые разработанный в Медикотехнической ассоциации КВЧ (г. Москва) совместно с ФГУП «ННП-Исток» (г. Фрязино) и ОАО «Центральный научноисследовательский институт измерительной аппаратуры» (г. Саратов) на участок кожи площадью 3 см2 над областью мечевидного отростка грудины. Облучатель располагался на расстоянии 1,5 см над поверхностью тела животного. Мощность излучения аппарата - 0,7мВт, а плотность мощности, падающей на участок кожи размером 3 см2, составляла 0,2 мВт/см2 [4] .

Забор крови вели в пластиковые пробирки путем пункции сердца. В качестве стабилизатора крови использовали 3,8% раствор цитрата натрия в соотношении 9:1. О состоянии процессов свободно-радикального окисления судили по содержанию в крови промежуточных продуктов липопероксидации - гидроперекисей липидов, малонового диальдегида. Для оценки степени аутоинтоксикации и синдрома цитолиза использовали показатель уровня в крови молекул средней массы. Интегративными показателями состояния активности антиоксидантной системы крови при иммобилизационном стрессе явились перекисная резистентность эритроцитов, активность клеточных фракций высокомолекулярных соединений ферментативного звена - супероксиддис-мутазы и каталазы, низкомолекулярных соединений неферментного звена - общих сульфгидрильных групп и витамина Е [13].

Эксперименты на животных проводились в соответствии с Женевской конвенцией «International Guiding principles for Biomedical Research Involving Animals» (Geneva, 1990 г.), приказом Минздрава СССР № 755 от 12.08.1977 «О мерах по дальнейшему совершенствованию организационных форм работы с использованием экспериментальных животных» (по состоянию на 20

октября 2006 года), Хельсинкской Декларацией Всемирной Медицинской Ассоциации (редакция октябрь 2000 г.).

Статистическую обработку результатов исследования проводили с использованием пакета программ Statistica 6.0. Для выявления достоверности изменений показателей свободнорадикального окисления и антиоксидантной активности крови проверялись гипотезы о виде распределений (критерий Шапиро-При нормальных распределениях и выполнении условий равенства дисперсий для сравнения использовался Т-критерий Стью-дента, в случае распределений, отличных от нормальных - U-test Mann - Whitney. Статистически значимы различия при P<0,05.

Результаты. Показано, что у крыс, находящихся в состоянии иммобилизационного стресса, резко активировались процес-

сы перекисного окисления липидов, что сопровождалось статистически достоверным по сравнению с группой контроля увеличением токсических промежуточных продуктов липопероксида-ции - малонового диальдегида и гидроперекисей липидов (табл.). Избыточное накопление продуктов свободно-

радикального окисления при иммобилизационном стрессе сопровождалось развитием синдрома цитолиза, о чем говорило избыточное накопление в крови молекул средней массы (табл.).

У крыс, находящихся в состоянии иммобилизационного стресса, шло резкое угнетение ферментативного и неферментного звеньев антиоксидантной системы. Это проявлялось в статистически достоверном изменении показателей активности суперок-сиддисмутазы и каталазы в эритроцитах, снижением числа общих сульфгидрильных групп и витамина Е в сыворотке крови. Выявлено прогрессивное уменьшение перекисной резистентности эритроцитов, что проявляется в росте процента гемолизирован-ных эритроцитов (табл.). При иммобилизационном стрессе возникает недостаточность всех звеньев антиоксидантной защиты клеток - ферментного и неферментного, а также активируются процессы свободно-радикального окисления липидов.

Воздействие терагерцового излучения на частотах оксида азота 150,176-150,664 ГГц в течение 5 минут на животных, находящихся в состоянии иммобилизационного стресса, не вызывает значительного изменения исследуемых показателей антиокси-дантной системы крови и процессов липопероксидации. Об этом свидетельствует отсутствие статистически достоверных различий основных параметров антиоксидантной активности крови и пере-кисного окисления липидов данной группы по сравнению с данными группы животных, находящихся в состоянии иммобилиза-ционного стресса. В то же время отмечались статистически значимые различия исследуемых показателях по сравнению с данными контрольной группы (табл.). При воздействии на животных на фоне иммобилизационного стресса электромагнитными волнами терагерцового диапазона на частотах оксида азота в течение 15 минут наблюдается частичная, но более выраженная, чем при 5-минутном режиме облучения, нормализация процессов липопероксидации и активности антиоксидантов, что проявляется в снижении концентрации токсических промежуточных

продуктов перекисного окисления липидов и частичном восстановлении антиоксидантных свойств крови (табл.).

Воздействие терагерцовым излучением на указанных частотах в течение 30 минут вызывает полную нормализацию процессов липопероксидации, что выражается в статистически значимом снижении концентрации токсических промежуточных продуктов перекисного окисления липидов (табл.). Функциональная активность ферментного и неферментного звеньев анти-оксидантной защиты клеток также нормализуется и статистически достоверно не отличается от уровня интактных животных (табл.). Следовательно, при данном режиме облучения происходит полная нормализация течения процессов липопероксидации и восстановление активности антиоксидантной системы её ферментного и неферментного звеньев. Говоря о механизмах выявленного положительного эффекта электромагнитного излучения терагерцового диапазона на частотах оксида азота 150,176-150,664 ГГц на нарушенные процессы перекисного окисления липидов и антиоксидантный статус животных, находящихся в состоянии стресса, необходимо отметить следующее. Оксид азота выполняет роль стресс-

лимитирующего фактора, ограничивая выброс гипофизарных стресс-гормонов, освобождение катехоламинов в синаптических структурах и из надпочечников [6].

Оксид азота также предупреждает повышение внутриклеточной концентрации ионов кальция, увеличивает активность анти-оксидантных ферментов и экспрессию кодирующих их генов, активирует синтез протекторных белков Шр70, стабилизирует и модифицирует фосфолипидный бислой биологических мембран, энергетическое и пластическое обеспечение клеток, активность транспортных и рецепторных систем мембран, возбудимость клетки, многие внутриклеточные метаболические процессы и межклеточные взаимодействия [6]. Проводимое параллельно с действием стрессорного агента облучение терагерцовыми волнами на частотах оксида азота 150,176-150,664 ГГц предупреждает развитие стресс-зависимых изменений в антиоксидантной системе организма и снижает активность перекисного окисления липидов. Это связано с повышением реакционной способности свободного эндогенного оксида азота или возрастанием его концентрации за счет воздействия электромагнитным излучением терагерцового диапазона на частотах молекулярного спектра оксида азота непосредственно на КО-синтазы и их катализацию [1,3]. Электромагнитное излучение терагерцового диапазона на частотах молекулярного спектра оксида азота обладает стресс-лимитирующим эффектом [3,4], в т.ч. за счет снижения уровня кортикостерона и катехоламинов [5].

Выводы. Эфферентным звеном стресс-зависимой дезорганизации клеток является активация свободно-радикального окисления и угнетение активности антиоксидантной системы. Выявлен факт положительного влияния терагерцового излучения на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150,176-150,664 ГГц на антиоксидантные свойства крови и процессы липопероксидации у животных, находящихся в состоянии иммобилизационного стресса. Наиболее эффективным в восстановлении показателей перекисного окисления липидов и антиоксидантной активности является 30-минутный режим облучения. При 5-минутном режиме облучения положительный эффект на показатели, характеризующие антиоксидантный потенциал крови и процессы перекисного окисления липидов, незначителен, а при 15-минутном - частичный.

Литература

ХАндроновЕ.В. // ВНМТ.- 2008.- № 3.- С. 14-16.

2.Бецкий О.В., Креницкий А.П. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника.- 2003.- № 12.- С.3-6.

Таблица

Уровень промежуточных продуктов липопероксидации и показателей антиоксидантной активности крови при иммобилизационном стрессе на фоне воздействия электромагнитным излучением терагерцового диапазона на частотах оксида азота 150,176-150,664 ГГц

Показатели Интактные животные (п = 15) Стресс (п = 15) Облучение на фоне стресса в течение

5 минут (п = 15) 15 минут (п= 15) 30 минут (п= 15)

Гидроперекиси липидов, ед.опт.плот./мл 3,49 (2,01;4,0) 7,45 (5,60; 8,02) Р, < 0,01 7,22 (4,88; 8,66) Р1 < 0,05; Р2 > 0,05 5,01 (4,80; 5,45) Р1 < 0,05; Р2 < 0,05 3,96 (2,22; 4,55) Р1 > 0,05; Р2 < 0,01 Р3 < 0,05; Р4 < 0,05

Малоновый диальдегид, мкМоль/мл 3,64 (2,80; 4,11) 7,65 (5,22; 8,65) Р1 < 0,01 7,30 (6,01; 7,72) Р1 <0,05; Р2 > 0,05 6,82 (5,88; 7,77) Р1 < 0,05; Р2 > 0,05 4,01 (2,33; 4,55) Р1 > 0,05; Р2 < 0,05 Р3 < 0,05; р4<0,05

Молекулы средней массы, ед.экс. (сыворотка крови) 0,25 (0,22; 0,30) 0,47 (0,30; 0,51) Р1 < 0,05 0,46 (0,34; 0,52) Р1 < 0,05; Р2 > 0,05 0,44 (0,38; 0,50) Р1 < 0,05; Р2 > 0,05 0,29 (0,20; 0,30) Р1 > 0,05; Р2 < 0,01 Р3 < 0,05; Р4 < 0,05

8Ы- группы, мМоль/л (сыворотка крови) 2,01 (1,62; 2,74) 0,84 (0,71; 1,15) Р1 < 0,05 0,81 (0,84; 1,22) Р1 < 0,05; Р2 > 0,05 1,11 (0,84; 1,22) Р1 < 0,05; Р2 < 0,05 1,80 (1,64; 2,12) Р1 > 0,05; Р2 < 0,05 Р3 < 0,05; Р4 < 0,05

Каталаза, мкЕ/л (эритроциты) 3,44 (2,80; 3,77) 8,02 (7,01; 8,87) Р1 < 0,01 7,88 (6,23; 8,84) Р1 < 0,05; Р2> 0,05 6,22 (5,44; 6,84) Р1 < 0,05; Р2 < 0,05 4,0 (3,55; 4,22) Р1 > 0,05; Р2 < 0,01 Р3 < 0,05; Р4 < 0,05

СОД, у.е./мл (эритроциты) 373,81 (320,1; 398,1) 246,23 (220,1;264,2) Р1 < 0,01 250,01 (242,1; 290,1) Р1 < 0,05; Р2 > 0,01 285,5 (270,1; 301,1) Р1 < 0,05; Р2 < 0,01 341,22 (321,5; 382,6) Р1 > 0,05; Р2 < 0,01 Рэ < 0,01; Р4 < 0,01

ПРЭ, % (эритроциты) 1,57 (1,27; 1,88) 3,24 (3,01; 4,44) Р1 < 0,05 3,16 (2,77; 3,91) Р1 < 0,05; Р2 > 0,05 3,09 (2,85; 3,64) Р1 < 0,05; Р2 > 0,05 2,00 (1,44; 2,41) Р1 > 0,05; Р2 < 0,05 Р3 < 0,05; Р4 < 0,05

Витамин Е, ед.опт.плот./мл (сыворотка крови) 20,11 (16,1; 22,4) 11,71 (8,24;14,66) Р1 < 0,01 11,53 (10,1; 14,8) Р1 < 0,05; Р2 > 0,05 14,22 (12,2; 16,8) Р1 < 0,05; Р2 < 0,05 18,86 (16,3; 20,2) Р1 > 0,05; Р2 < 0,01 Р3 < 0,05; Р4 < 0,05

Примечание: 8Ы- сульфгидрильные группы; СОД - супероксиддисмутаза; ПРЭ - перекисная резистентность эритроцитов. Р1-по сравнению с группой интактных животных; Р2- по сравнению с группой животных, подвергнутых иммобилизационному стрессу; Р3- по сравнению с группой животных, подвергнутых 5-минутному облучению на фоне стресса; Р4- по сравнению с группой животных, подвергнутых 15-минутному облучению на фоне стресса. В каждом случае приведены средняя величина (медиана), нижний и верхний квартили (25%,75%) из соответствующего числа

измерений.

3.Киричук В. Ф. и др. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника.- 2004.- № 11.- С.12-20.

4.Киричук В.Ф. и др. // Мед. техника.- 2006.- № 1.- С.29.

5.Киричук В.Ф. и др. // Рос. физиол. ж. им. И.М. Сеченова.-2008.- № 11.- С.85-90.

6Малышев И.Ю., Манухина Е.Б. // Биохимия.- 1998.-№ 63.- С.1992-1000.

7.Чеснокова Н.П. и др. Активация свободно-радикального окисления - эфферентное звено типовых патологических процессов.- Саратов: СГМУ.- 2006.

УДК 616.743; 617.53; 553.7.031.4

МЕТОД ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРОСТЫХ ЧИСЕЛ, АППРОКСИМАЦИЯ ЗНАЧЕНИЙ ПРОСТЫХ ЧИСЕЛ КАК ДИСКРЕТНОЙ ФУНКЦИИ ОТ ПОРЯДКОВОГО НОМЕРА

Р.В. ЛЕННИКОВ, А.А. ЯШИН*

Простые числа используются в биоинформатике. Многие вопросы, связанные с этими числами, не решены до сих пор и имеют не только философское значение, но и практическое. Ныне существенно возросло внимание к проблеме нахождения распределения простых чисел в задачах биоинформатики [1—3].

Рассмотрим рекуррентное соотношение Женихова - Яшина, позволяющее вычислять простые числа, используя матричную запись. Ниже приведем это соотношение:

) = [f n p _1 + BN N ]mod P„, (1)

здесь Nk - k-е простое число в ряду простых чисел; A(Nk) = (a ) - матрица, получаемая на i-ом шаге для

1 V l,m/[Nk-1)x(N*_, -1)

k-ого простого числа Nk; fN ) = ( f ) , f = /,

FH —\Jl,m){Nk-1><(Nk-1-1) ‘'l'm

/ = 1N-:, m = 1,Nk-1 -1; p =JJN - произведение первых k

простых чисел; B(Nk) = ( ) . Последняя матрица

1 V l,m /(Nk -1)(Nk-1-1)

получается следующим образом:

B(Nk )= D('Nk [ )(C(Nk-1 )], (2)

здесь D(Nk) =(11 1) _ вектор-столбец размерности

N — 1, a(Nk-1) = (a ) - матрица, полученная из соот-

k J ~ \ai,m)(Nk—i —1)x(Nk—2 —1)

ношения (1) на предыдущем этапе; C(k—11) - вектор столбец,

n

причем Ci=1 при l=n и Ci=0 при ten, / = 1, ~Nk 2 — 1 ■

В выражении (2) произведение AN—11)C (Nk—1) будет вектор-

j n

столбцом размерности N — 1, являющийся n-м столбцом матрицы д(к—1) предыдущего этапа вычислений; индекс i меняется в

j

пределах от 1 до k 2 , здесь r - число матриц пре-

Rk—2 =n(Nm —1) Rk—2

m=1

дыдущего этапа вычислений; индекс n меняется в пределах от 1 до ( — 1). Операция modP включена в формулу для органи-

зации ограниченного произведением pk замкнутого цикла, отражающего одно из свойств суммы чисел: к числу кратному s можно прибавить число не кратное s, ровно s-1 раз; при этом сумма не будет кратной s.

Обратим внимание на число строк и столбцов в матрице ). В силу алгоритмических свойств количество строк и столбцов связанно с k-м простым числом, а именно в данной матрице Nk -1 строк и ^.у-1столбцов, а разность между ними - это разность между соседними простыми числами.

На рис. 1 представлены несколько первых матриц для различных простых чисел. Количество строк и столбцов в силу алгоритмических особенностей алгоритма зависят от номера простого числа, участвующего при их формировании, а их разность -не что иное, как разность между соседними простыми числами. В

полученных матрицах наблюдается скопление простых чисел, более того в каждой матрице для к-ого простого числа все числа

Ык, меньшие N2+! являются простыми.

Рис. 1. Первые матрицы простых чисел, полученных по алгоритму (1)

Рассмотрим зависимость значения простого числа Nk от его номера k (рис. 2). Плавность, с которой поднимается эта кривая, следует отнести к числу удивительнейших фактов математики.

Рис. 2. Соответствие между номером простого числа и его значением.

Здесь и далее по оси абсцисс отложены номера простых чисел, по оси ординат - значения простых чисел

Сделаем выводы относительно возможности кусочной аппроксимации полученной кривой, точнее укажем функцию, максимально точно описывающую данную кривую в некоторой области. Рассмотрим несколько классов функций.

Подберем функцию вида f(x)=f+bx. Максимальное совпадение для первых 50 точек достигается, если в качестве аппроксимирующей функции выбрать f(x)=4,77815-19,5029. При продолжении построенной аппроксимации на больший интервал видно существенное расхождение с зависимостью значения простого числа от его номера (рис. 3). Если требуется кусочная аппроксимация, то применение линейной аппроксимации на малых интервалах вполне оправдано. Подберем функцию вида f(x)= аеы + с

также по первым 50 точкам. Построенное приближение f(x) = 28063&0'0123197 -287982 продлим на больший интервал. Сравнивая построенную аппроксимацию с зависимостью значения простого числа от его номера, вновь наблюдаем существенное

Рис. 3. Пример линейной аппроксимации зависимости простого числа от его номера.

ТулГУ, мединститут

Рис. 4. Пример экспоненциальной аппроксимации зависимости простого числа от его номера

Рассмотрим класс функций f(x)=ax\n(bx+c). Подберем коэффициенты по первым 50 точкам. В итоге получаем следующие