CC BY
67Физика живого, Т. 17, No2, 2009. С.89-93. © Мартынюк В. С., Ислямов Р. И.
УДК 591.481.1: 577.3: 011.891.5
ВЛИЯНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ СЛАБОГО НИЗКОЧАСТОТНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ГИПОКИНЕЗИИ НА АКТИВНОСТЬ НАДН-ДЕГИДРОГЕНАЗ И СУКЦИНАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ В РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛАХ ГОЛОВНОГО МОЗГА КРЫС
Мартынюк В.С.1, Ислямов Р. И.2
1 Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, Украина
e-mail: [email protected] 2Крымский государственный медицинский университет им. С. И. Георгиевского
e-mail: [email protected]
Поступила в редакцию 10.09.2009
Исследовано влияние комбинированного действия слабого низкочастотного магнитного поля и гипокинетического стресса на активность дегидрогеназ энергетического обмена в разных структурах головного мозга животных. Показано, что в головном мозге животных, находящихся в условиях многодневного пребывания в переменном магнитном поле и гипокинезии, наибольшие изменения были характерны для сукцинатдегидрогеназы. Для этого показателя обнаруживается "стресс-лимитирующий" эффект действия переменного магнитного поля, что коррелирует с данными по функциональной активности симпато-адреналовой и других функциональных систем организма и указывает на тесную связь сукцинат-зависимого звена энергетического обмена в отдельных структурах головного мозга с механизмами нейрогуморальной регуляции.
Ключевые слова: энергетический обмен, НАДН-дегидрогеназа, сукцинатдегидрогеназа, низкочастотное магнитное поле, гипокинезия, головной мозг.
ВВЕДЕНИЕ
Техногенный и природный электромагнитный фон постоянно воздействует на живые организмы [1,2,3]. Частотно-амплитудный и экспозиционный диапазон фоновых электромагнитных полей крайне широк, но интерес представляет диапазон крайне низких частот 10-3 -103 Гц, который, согласно современным представлениям, определяет чувствительных живых организмов к изменению земной и космической погоды. При этом резонансная частота 8 Гц ионосферного волновода Земли является биологически активной [4, 5].
Известно, что системная реакция организма человека и животных на любое воздействие зависит от исходного физиологического состояния [6]. Однако вопрос о зависимости адаптивной реакции организма на воздействие электромагнитных полей от исходного состояния недостаточно изучен.
В развитии адаптационных реакций важную роль играют энергетические процессы. Оценка активности отдельных звеньев энергетического обмена позволяет судить о скорости, эффективности и особенности развития адаптаций к разным факторам. В связи с вышесказанным
целью настоящей работы было исследование активности ключевых ферментов клеточного энергетического обмена - НАДН-дегидрогеназ электронтранспортных цепей и сукцинат-дегидрогеназы - в разных структурах головного мозга у животных, находящихся в разном физиологическом состоянии (норма и стресс) и подвергшихся многократному воздействию слабого переменного магнитного поля крайне низкой частоты.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Изучение эффектов слабого переменного магнитного поля (ПеМП) осуществляли на белых беспородных крысах, которые демонстрировали среднюю активность в тесте «открытого поля» и представляли основную часть популяции лабораторных животных. Исследования выполнены на 80 белых беспородных крысах-самцах в возрасте 5-7 месяцев, массой 180-250 г. Выбор крыс в качестве объекта исследования обусловлен тем, что, с одной стороны, эти животные являются наиболее часто используемым объектом для проведения массовых медико-биологических исследований, а с другой - давно экспериментально установлена чувствительность этих
Мартынюк В.С., Ислямов P. И.
животных к действию слабых ПеМП различных диапазонов [8,9].
Экспериментальных животных делили на 4 равноценных группы по 20 особей. I группа -биологический контроль, животные составляющие эту группу не подвергались никаким воздействиям,
II группу составили крысы, чья двигательная активность ограничивалась, животные III группы подвергались воздействию ПеМП, а крысы IV группы находились в клетках, ограничивающих их подвижность и подвергались действию ПеМП.
Для создания условий экспериментального ограничения подвижности животных использовали специальные пеналы из оргстекла, состоящие из ячеек, в которые помещались крысы. Размеры каждой ячейки составляли 140*60*60 мм. Такие условия обеспечивают существенное ограничение подвижности по всем направлениям. Стенки и дно каждой ячейки снабжены отверстиями, обеспечивающими в достаточной степени вентиляцию и выведение экскрементов животных. В описанных пеналах крысы находились по 23 часа в сутки. Во время оставшегося часа осуществляли кормление и уход за животными. Описанный метод создания гипокинезии широко используется в экспериментальной биологии и медицине [10,11] В наших исследованиях создавали гипокинезию умеренной (средней) жесткости. Стрессируемых крыс содержали на том же самом стандартном пищевом рационе, как и животных других экспериментальных групп. На протяжении всех сроков эксперимента в виварии, где содержались все животные, поддерживалась постоянная температура.
В условиях ограниченной подвижности животных содержали в течение 9 дней. Согласно данным Н.А. Темурьянц и соавт. в такие сроки эксперимента у животных развивалась стадия тревоги к гипокинетического стресса [11,12]. При этом в указанные сроки регистрировалось выраженное стресс-лимитирующее действие низкочастотного магнитного поля.
Импульсное (меандр) магнитное поле частотой
8 Гц индукцией 5 мкТл создавали с помощью колец Гельмгольца. Генератором сигналов служил генератор Г6-28, позволяющий создавать магнитные поля отдельных установленных частот и амплитуд. Индукцию создаваемого ПеМП контролировали микротесламетром Г-79. Воздействия осуществляли по 3 часа в день, в течение 9 суток.
По окончании экспозиции животных декапитировали, быстро извлекали головной мозг, препарировали разные структуры головного мозга, замораживали при -20°С и использовали для получения гомогенатов на основе 0.05 М
фосфатного буфера в соотношении 1 часть ткани и 10 частей буфера.
Активность сукцинатдегидрогеназы изучали по скорости восстановления дихлорфенолиндофенола. За основу был взят метод, предложенный в работе [13] в нашей модификации. В пробирки вносили по 3 мл 0,1 М К-Na - фосфатного буфера (рН=7,4), а затем последовательно по 0,2 мл 0,5М раствора сукцината натрия, 0,002М раствора феназинмета-сульфата, 0,15М азида натрия, 0,001М раствора 2,б
- дихлорфенолиндофенола (ДХФИФ). Параллельно готовили холостые пробы, в которые вносили вместо сукцината 0,2 мл дистиллированной воды. Затем содержимое пробирки перемешивали стеклянной палочкой, после чего и в опытные и в холостые добавляли по 0,02 мл гомогената ткани. После этого пробы помещали в термостат и инкубировали в течение 20 минут при t=37°C. По окончании инкубации измеряли оптическую плотность растворов на спектрофотометре при длине волны б00 нм. Учитывая молярную
экстинкцию 2,б ДХФИФ (Ем=2200), разведение
гомогената и время инкубации проб, рассчитывали активность фермента в общепринятых единицах (моль/мин мг ткани) по формуле: А =4,34 х 10-9 ДЕ, где ДЕ = Ехол - Еоп, Ехол - оптическая плотность раствора содержащего холостую пробу, Еоп -оптическая плотность раствора с опытной пробой.
Активность НАДН - зависимых дегидрогеназ определяли по скорости восстановления гексацианоферрата калия [14]. В пробирки,
находящиеся на льду и содержащие 1 мл 0,02М фосфатного буфера (рН=7,4), 0,1мл 25 мМ раствора феррицианида калия и 0,1М раствора
восстановленного НАД, добавляли 0,02 мл
гомогената печени. Параллельно обрабатывали холостые пробы, в которые вместо 0,1М раствора восстановленного НАД добавляли 0,1 мл воды дистиллированной. Пробирки помещали на водяную баню t = 37оС и инкубировали в течении 30 минут. После инкубации пробирки переносили на лёд. В опытные и холостые пробы добавляли по 1 мл 10% раствора ТХУ и 0,5 мл додецилсульфата натрия. Для удаления осадка пробы центрифугировали и определяли оптическую плотность при длине волны 420 нм. Активность НАДН - дегидрогеназ рассчитывали по величине молярной экстинкции для феррицианида калия Е = 1020 е.о.п. с учетом разведения образцов ткани и времени инкубации в общепринятых единицах моль/мг^мин по формуле: А = 44,5 ДD, где ДD -разница экстинкции холостой и опытной проб.
О достоверности различий между средними значениями показателей в разных экспериментальных группах судили по критерию Стьюдента.
PEЗУЛЬТAТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты исследования показали, что у животных в состоянии нормы максимальная активность НАДН-дегидрогеназ была выявлена в гипокампе, а наименьшая - в таламусе и гипоталамусе (рис. 1), что, вероятно, связано с
особенностями структурно-функциональной организации исследуемых структур головного мозга.
Многократное действие ПеМП практически не влияло на активность НАДН-дегидрогеназ в исследуемых мозговых структурах, что
свидетельствует о малой чувствительности данного звена энергетического обмена в головном мозге к действию слабых низкочастотных магнитных полей.
Активность НАД-зависимых дегидрогеназ 28
контроль воздействие ПеМП гипокинезия гипокинезия+ПеМП
Рис. 1. Активность НАДН-зависимых дегидрогеназ электронтранспортных цепей в разных отделах головного мозга у животных разных экспериментальных групп.
Примечания: 1 - в коре левого полушария; 2 - в коре правого полушария; 3 - в гипокампе; 4 - в миндалевидном теле, 5 - в таламусе; 6 - в гипоталамусе.
Активность сукцинатдегидрогеназы 140
контроль воздействие ПеМП гипокинезия гипокинезия+ПеМП
Pm. 2. Активность сукцинатдегидрогеназы в разных отделах головного мозга у животных разных
экспериментальных групп.
Примечания: 1 - в коре левого полушария; 2 - в коре правого полушария; 3 - в гипокампе; 4 - в миндалевидном теле, 5 - в таламусе; б - в гипоталамусе.
Длительное ограничение подвижности животных приводило лишь к тенденции повышения активности НАДН-дегидрогеназ в коре на б-7%, достоверному повышению данного показателя на
14% в миндалевидном теле (рис. 1). В то же время было отмечено небольшое, но статистически достоверное 7%-ное снижение активности НАД-дегидрогеназ в таламусе и гипоталамусе.
Мартынюк В.С., Ислямов P. И.
Комбинированное действие ПеМП и гипокинезии усиливало тенденции, имевшие место в коре больших полушарий у животных. При этом у данной экспериментальной группы животных активность НАДН-дегидрогеназ в миндалевидном теле, таламусе и гипоталамусе не отличалась от уровня этих показателей в контрольной группе животных, что позволяет говорить о "стресс-лимитируюющем" действии ПеМП на уровне отдельных звеньев энергетического обмена.
Исследование активности другого ключевого фермента энергетического обмена -сукцинатдегидрогеназы, показало наибольшую активность данного фермента в коре левого полушария при его существенном (на 37%) доминировании по отношению к правому. Наименьшая активность была выявлена в миндалевидном теле, которая была в 2-5 раз ниже, чем в других структурах головного мозга животных.
Многократное воздействие ПеМП приводило к тенденции повышения активности сукцинат-дегидрогеназы в левом полушарии, что вызвало смещение коэффициента межполушарной асимметрии в сторону его увеличения до 43%. Одновременно с этим на 40% достоверно снижалась активность данного фермента в гипокампе и более чем в 2 раза повышалась в миндалевидном теле. При этом в таламусе и гипоталамусе активность данного фермента достоверно не изменялась. Таким образом, данное ферментативное звено энергетического обмена является более чувствительным к действию ПеМП, по сравнению с НАДН-зависимым, что подтверждает результаты исследований, полученных на лейкоцитах [11, 15, 16].
Ограничение подвижности животных в течение
9 дней приводило к разнонаправленным изменениям активности сукцинатдегидрогеназы в больших полушариях головного мозга. Активность данного фермента в левом полушарии достоверно понижалась, тогда как в правом демонстрировала тенденцию к повышению, что в конечном итоге приводила к нивелированию межполушарной асимметрии для данного показателя. Данный факт дополнительно свидетельствует о важной роли сукцинатдегидрогеназы в адаптационных процесс-сах на клеточном уровне. Одновременно с этим полученные данные указывают на то, что межполушарная асимметрия не является жестко контролируемым состоянием, а ее показатели динамично меняются в зависимости от физиологического состояния организма. Обращает внимание и тот факт, что в гипокампе, миндалевидном теле и гипоталамусе тоже происходило достоверное повышение активности сукцинатдегидрогеназы, при этом в миндалевидном теле это повышение составило более чем в 2 раза (рис. 2). При этом в таламусе не было выявлено
достоверных отличий относительно значений активности фермента в контрольной группе.
При комбинированном действии ПеМП и гипокинезии имело место достоверное снижение активности сукцинатдегидрогеназы в левом полушарии практически на такую же величину, как в экспериментах на животных, находящихся в условиях длительного ограничения подвижности. Однако существенных изменений в правом полушарии не происходило, в результате чего межполушарная асимметрия, имеющая место в у интактных животных, сохранялась, но уменьшалась до 25 %. В тоже время в миндалевидном теле и гипоталамусе активность данного фермента у животных данной группы не только не увеличивалась, как можно было ожидать в результате развития стресс-реакции на ограничение подвижности, но достоверно снижалась, что явно указывает на сильное модифицирующее действие ПеМП на развитие неспецифической адаптационной реакции на такой стресс-фактор, как гипокинезия. Таким образом, по показателю активности сукционатдегидрогеназы обнаруживается "стресс-лимитирующий" эффект действия ПеМП, что коррелирует с данными по функциональной активности симпато-адреналовой и других функциональных систем организма [11,12] и указывает на тесную связь сукцинат-зависимого звена энергетического обмена в отдельных структурах головного мозга с механизмами нейрогуморальной регуляции. При этом в некоторых структурах такая связь не обнаруживается, в частности, в таламусе ни в одной из экспериментальных групп активность сукцинатдегидрогеназы достоверно не отличалась. Вероятно, это указывает на то, что имеющаяся базовая активность данного фермента достаточна для выполнения функций данной структуры головного мозга в разных физиологических состояниях организма.
ВЫВОДЫ
1. В головном мозге животных, находящихся в условиях многодневного пребывания в переменном магнитном поле и гипокинезии, в наибольшей степени изменяется активность сукцинатдегидрогеназы в коре больших полушарий, гипокампе и миндалевидных телах.
2. Для показателя активности сукцинатдегидрогеназы обнаруживается "стресс-лимити-рующий" эффект действия переменного магнитного поля, что коррелирует с данными других авторов по функциональной активности симпато-адреналовой и других функциональных систем организма и указывает на тесную связь сукцинат-зависимого звена энергетического обмена в отдельных структурах головного мозга с механизмами нейрогуморальной регуляции.
Литература
1. Пресман А.С. Электромагнитные поля и живая природа. / А.С. Пресман - М.: Наука, 1968. - 310 с.
2. Владимирский Б.М., Темурьянц Н.А. Влияние
солнечной активности на биосферу атмосферу. -
М.:Изд-во МНЭПУ, 2000. - 374 с.
3. Александров В.В. Экологическая роль
электромагнетизма. - СПб.: Изд-во Политех-
нического университета, 2005. - 716 с.
4. Темурьянц Н.А., Владимирский Б.М., Тишкин О.Г. Сверхнизкочастотные электромагнитные сигналы в биологическом мире./ - Киев: Наукова думка. - 1992.
- 188 с.
5. Мартынюк B.C., Темурьянц Н.А., Владимирский Б.М. У природы нет плохой погоды: космическая погода в нашей жизни. - Киев, 2008. - 179 с.
6. Кулагин Д.А., Болондинский В.К. Нейрохимические аспекты эмбриональной реактивности и двигательной активности крыс в новой обстановке // Успехи физиологических наук.- 1986.- Т. 17, №1. - С. 92-109.
7. Буданцев А.Ю. Моноаминэргические системы мозга.
- М., Наука, 1976.- 121 с.
8. Темурьянц Н.А., Михайлов А.В. Влияние переменного магнитного поля инфранизкой частоты на функциональную активность нейтрофилов в крови крыс с ограниченной подвижностью // Биофизика. - 1988. - Т.ЗЗ, № 5. - С. 863 - 866.
9. Макеев В.Б., Темурьянц Н.А. Исследование частотной зависимости биологической эффективности магнитного поля в диапазоне микропульсаций геомагнитного поля // Проблемы космической биологии. - 1982. - Т. 43. - С. 116-128.
10. Чернов И.П. О стресс-реакции при гипокинезии и ее влиянии на общую резистентность организма // Космическая биология и авиакосмическая медицина.
- 1980.- Т. 14.- №3.- С. 57-60.
11. Темурьянц Н.А. Нервные и гуморальные механизмы адаптации к действию неионизирующих излучений. -Автореферат... докт. биол. наук - Москва, 1999. - 44 с.
12. Темурьянц Н.А., Мартынюк B.C., Малыгина В.И. Состояние симпатоадреналовой системы при изолированном и комбинированном с гипокинезией действием переменного магнитного поля сверхнизкой частоты // Физика живого. - 2007. - Т. 15, № 2. - С. 40-48.
13. Кривченкова Р. С. Определение активности сукцинатдегидрогеназы в суспензии митохондрий -В кн.: «Современные методы в биохимии. - М.: Медицина, 1977. - С. 44-46.
14. Карузина И.И., Аргаков А.И. Выделение микросомальной фракции печени и характеристика ее окислительных систем // В кн. «Современные методы в биохимии». - М.: Медицина, 1977.
- С. 49-62.
15. Григорьев П.Е., Мартынюк В.С. Темурьянц Н.А. Влияние переменного сверхнизкочастотного магнитного поля на синхронизацию ритмики физиологических процессов с электромагнитным фоном // Таврический медико-биологический вестник. - 2004. - Т.7, № 1. - С. 154-158.
16. Григорьев П.Е., Мартынюк В.С., Темурьянц Н.А. О связи активности дегидрогеназ с гелиогеофизи-ческими факторами // Геофизические процессы и биосфера. - 2005. - Т.4, N1. - С. 71-75.
ВПЛИВ КОМБІНОВАНОЇ ДІЇ СЛАБКОГО НИЗЬКОЧАСТОТНОГО МАГНІТНОГО ПОЛЯ І ГІПОКІНЕЗІЇ НА АКТИВНІСТЬ НАД^ ДЕГІДРОГЕНАЗИ І СУКЦИНАТДЕГИДРОГЕНАЗИ В РІЗНИХ ВІДДІЛАХ ГОЛОВНОГО МОЗКУ ЩУРІВ
Мартинюк В.С., Іслямов Р. І.
Досліджено вплив комбінованої дії слабкого низькочастотного магнітного поля і гіпокінетичного стресу на активність дегідрогеназ в різних структурах головного мозку тварин. Показано, що в головному мозку тварин, що знаходяться в умовах багатоденного перебування у змінному магнітному полі і гіпокінезії, найбільші зміни були характерні для сукцинатдегидрогенази. Для цього показника виявлено "стрес-лімітуючий" ефект дії змінного магнітного поля, що корелює з даними про функціональну активність симпато-адреналової та інших функціональних систем організму і вказує на тісний зв'язок сукцинат-залежної ланки енергетичного обміну в окремих структурах головного мозку з механізмами нейрогуморальної регуляції.
Ключові слова: НАДН-дегідрогеназа, сукцинатдегідрогеназа, низькочастотне магнітне поле, гіпокінезія, головний мозок.
INFLUENCE OF THE COMBINED ACTION OF WEAK LOW-FREQUENCY MAGNETIC FIELD AND HYPOKINESIA ON ACTIVITY OF NADH-DEHYDROGENASE AND SUCCINATE DEHYDROGENASE IN DIFFERENT REGIONS OF BRAIN OF RATS
Martynyuk V.S., Islyamov R. I.
Influence of the combined action of the weak extremely low frequency magnetic field and hypokinesia on activity of dehydrogenases in different structures of cerebrum of rats was studied. It was shown that most changes were revealed for succinate dehydrogenase in cerebrum of animals, being in the conditions of many days magnetic field exposure and hypokinesia. For this index the "stress-limiting" effect of action of the extremely low frequency magnetic field is revealed that correlates with data on functional activity sympathoadrenal and other functional systems of organism and also specifies on close connection of succinate-dependent link of energy metabolism with the regulatory neurohumoral mechanisms.
Key words: NADH-dehydrogenase, succinate dehydrogenase, extremely low frequency magnetic fields, hypokinesia, brain.
