CC BY
55
© Пустовалов А.П., Петров В.К., 2001 УДК 612.111.014.48:615.831.4/.849.19
ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЙ НА
ЭРИТРОЦИТЫ КРЫС
А.П.Пустовалов, В.К.Петров
Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П.Павлова
В работе показано, что предварительное облучение крови Не-№ лазером способствует защите эритроцитов от их повреждения ультрафиолетовыми лучами.
Ультрафиолетовое (УФ) излучение является одним из факторов, инициирующих перекисное фотоокисление насыщенных жирных кислот, продукты которого способны модифицировать проницаемость различных мембран, в том числе и мембран эритроцитов. Перекисное окисление липидов (ПОЛ) при УФ-облу-чении является причиной выхода гемоглобина и ионов калия из эритроцитов [ 1, 2,4]. Излучение Не-Ке лазера, напротив, способно замедлять выход ионов калия и гемоглобина из эритроцитов [4, 6]. Представляется перспективной проверка возможности оптимального течения биоэнергетических процессов и снижения реакций ПОЛ при последовательном воздействии на кровь лазерного и УФ-излу-чений.
Материалы и методы
В опытах использованы эритроциты белых крыс, которые помещались в буферную изотоническую среду с рН=7,4. Эритроциты четырехкратно суспензировались в среде в соотношении 1:5 и осаждались центрифугированием при 1500 об/мин. Рабочая взвесь эритроцитов готовилась в соотношении 1 мл отмытых эритроцитов на 50 мл буфера.
Облучение Не-№ лазером производили с длиной волны 632,8 нм и выход-
ной мощностью 30 мВт в течение от 20 секунд до 15 минут (табл. 1). Последующее ультрафиолетовое облучение производили интегральным спектром лампы СВД-120 в течение 30 или 40 минут.
Концентрацию гемоглобина в контрольных и опытных пробах определяли фотоколориметрически, концентрацию ионов калия - методом пламенной фотометрии на пламенном фотометре “БИАН”.
Результаты и их обсуждение
При последовательном воздействии излучения лазера были изучены его 1/3, 1,2,5,10 и 15-минутные экспозиции, которые не влияли на выход из эритроцитов гемоглобина и задерживали спонтанную потерю ими ионов калия, а также 30 и 40-минутные воздействия УФ-облуче-ний, вызывающие выраженный выход внутриклеточных компонентов [4].
При некоторых вариантах предварительного воздействия лазерного излучения на эритроцитарную смесь и последующего 30-минутного УФ-облучения отмечалась определенная степень снижения повреждающего влияния УФ-ра-диации (табл. 1). Этот защитный эффект наиболее отчетливо и статистически достоверно проявлялся в снижении выхода гемоглобина на 21-28%, по сравнению с изолированным УФ-облучением [4] при
Таблица 1
Содержание гемоглобина (относительные единицы) и ионов калия (мкмоль) в супернатанате эритроцитарной взвеси, подвергнутой облучению лазера и последующему воздействию УФ-лучей в течение 30 (1) или 40 (2) минут (М ± ш)
Серия Содержание гемоглобина
Время воздействия лазера (в минутах)
1/3 1 2 5 10 15
1 М 2,90 3,00 2,81 3,11 3,55 3,00
т 0,14 0,19 0,17 0,26 0,21 0,12
2 М 3,10 3,30 3,10 3,20 3,70 3,30
т 0,05 0,05 0,12 0,05 0,10 0,19
Се рия Содержание ионов калия
1/3 1 2 5 10 15
1 М 136 136 143 163 159 154
т 5 3 3 8 6 8
2 М 149 143 141 151 174 154
т 5 5 5 8 8 10
1/3,1,2 и 5-минутной экспозиции лазерного излучения, причем абсолютные величины потери клетками гемоглобина были близки к значениям спонтанного выхода гемопротеида. Уменьшение потери эритроцитами ионов калия было менее выражено и проявлялось при 1/3,1 и 2-минутном предварительном лазерном воздействии, составляя 10-15%.
Защитный эффект предварительного (1/3 - 5-минутного) лазерного облучения наблюдался и в условиях последующего 40-минутного воздействия УФ-лу-чей (табл. 1), что проявлялось в одинаковой степени снижения выхода на 20-25% из эритроцитов гемоглобина и ионов калия.
Характерной особенностью данной серии опытов (2), в сравнении с предыдущей (1) (табл. 1), являлось более выраженное защитное влияние лазера на механизмы, которые обеспечивают постоянство электролитного состава клетки и, в частности, сохранение внутриклеточного калия. Подобное явление вполне объяснимо, если учесть, что УФ-ради-ация первоначально вызывает потерю
эритроцитами ионов калия [4] (предге-молитическая фаза), а затем уже происходит выход гемоглобина, свидетельствуя о полной несостоятельности мембранных структур. В то же время, лазерное излучение в режиме 1/3 - 10-минутного облучения уменьшало спонтанную потерю катиона (табл. 1).
Представляется целесообразным сравнить степень выраженности и характер защитного действия излучения при 30 и 40-минутном облучении УФ-лу-чами. При таком анализе удается выявить интересную закономерность, состоящую в том, что как выраженность защитного действия лазера, так и направленность изменений в обоих режимах последующего воздействия УФ-излучения количественно и качественно сопоставимы.
Так, по показателям выхода внутриклеточных компонентов, протективный эффект лазерного облучения нарастал на 2-й минуте воздействия, уменьшался на 5 и 10 минутах и вновь проявлял тенденцию к защите на 15-й минуте. Можно полагать, что подобные фотодинамичес-кие свойства связаны с тем, что именно в
12*
91
этих интервалах облучения лазерный эффект характеризовался мембраностабилизирующим действием.
Перспективно направление оценки термодинамических аспектов функционирования сердечно-сосудистой системы [6,10,13]. Результаты нашего эксперимента позволяют полагать, что УФ-облу-чение способствует снижению, а излучение Не-№ напротив - повышению свободной энергии (ёК) эритроцитов.
Подводя итоги проведенных исследований, и оценивая перспективы практического использования полученных данных, прежде всего, необходимо проанализировать возможные первичные механизмы действия монохроматического поляризованного когерентного красного света.
Среди клеточных структур эритроцитов и других тканей животных возможными акцепторами красного света с длиной волны 632,8 нм могут быть те биологические субстраты, максимальный спектр поглощения которых находится в красной области. К такого рода биологическим субстратам относятся ферменты дыхательной цепи, катализа, продукты рекомбинации перекисных радикалов, липиды с ненасыщенными связями, а также возбужденный кислород. Наблюдаемые в наших опытах мембраностабилизирующие эффекты лазерной радиации хорошо согласуются с усилением биоэнергетических процессов и снижением уровня реакций свободнорадикального окисления.
Подобное действие монохроматического красного света на клеточные структуры необходимо сопоставить с эффектами, вызываемыми УФ-облучением. Так, работами Ю.А.Влади-мирова с соавторами [1,2] установлено, что в мембранах эритроцитов под действием УФ света различных длин волн происходит усиление ПОЛ. Скорость это-
го процесса коррелирует со скоростью УФ-гемолиза. ПОЛ мембран эритроцитов носит сенсибилизирующий характер, и его скорость зависит от присутствия в мембранах антиоксидантов. В конечном итоге, при УФ-облучении в мембранах накапливаются стабильные фотохимические продукты, которые изменяют баланс сил, соответствующих минимуму свободной энергии межмолекулярных взаимодействий в интактной мембране и приводят ее к структурной перестройке. Считается, что продукты перекисного фотоокисления ненасыщенных жирных кислот эффективно модифицируют проницаемость липидных, митохондриальных, эритро-цитарных и других мембран для ионов и иных компонентов. Предполагается, что УФ-излучение усиливает ПОЛ еще и потому, что при его действии разрушаются присутствующие в мембранах эндогенные антиоксиданты типа токоферола, являющегося естественным ингибитором этого процесса.
Таким образом, предварительная 1/3,1 и 2-минутная обработка эритроци-тарной взвеси Не-Ие лазером с длиной волны 632,8 нм и выходной мощностью 30 мВт защищает эритроциты от последующего повреждающего воздействия 30 или 40-минутного УФ-облучения. В аналогичных условиях при 5,10 и 15-минутном лазерном облучении протективное действие отсутствует, однако не происходит и усиления повреждающих эффектов УФ-радиации.
Многие сердечно-сосудистые заболевания сопряжены с усилением ПОЛ в сосудистой стенке, в тканях миокарда, дестабилизацией биомембран [1, 5,7,8, 9,11,12,14,15]. В работе нами показана возможность снижения уровня реакций свободнорадикального окисления в мем-
бранах эритроцитов с помощью излучения лазера, поэтому можно полагать перспективным лечебное воздействие излучением лазера на ткани кровеносных сосудов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Владимиров Ю. А. Роль нарушения барьерной и матричной функции липидного слоя биологических мембран в патологии: Актовая речь. - М.: 2-й МОЛГМИ, 1985.-40 с.
2. Владимиров Ю А., Арчаков А.И. Пере-кисное окисление липидов в биологических мембранах. - М.: Наука, 1972. - 252с.
3. Влияние излучения Не-Ие лазера на активацию и агрегацию тромбоцитов / А.Г. Брилль, Г.Е.Брилль, Ф.Киричук и др. // Бюл. эксперим. биологии и медицины. -1999.-Т. 128,№7. - С.48-50.
4. Влияние лекарственных средств и физических факторов на кровь и сосудистую стенку/А.П.Пустовалов, И.Ф.Воронков,
В.К.Петров, С .А.Гусева //М., 1992,- 122с.
- Деп. в ВИНИТИ 20.01.92 №196-В92.
5. Ланкин В.З., Тихадзе А.К., Беленков Ю.Н. Свободнорадикальные процессы при заболеваниях сердечно-сосудистой системы // Кардиология. - 2000. - Т.40, №7. - С.48-61.
6. Пустовалов А.П., Петров В.К. Термодинамические аспекты транспорта электролитов в реализации фармакологических эффектов/Рязан. гос. мед. ун-т им. акад. И.П.Павлова. - М., 1997. - 380с. - Деп. в ВИНИТИ 26.03.97 №924-В97.
7. Состояние системы перекисного окисления липидов у больных ишемической болезнью сердца / В.А.Барсель, И.С.Щед-рина, В.Д.Вахляев и др. // Кардиология. -1998.-Т.38,№5.-С. 18-20.
8. Функциональное состояние эндотелия у больных артериальной гипертонией и ишемической болезнью сердца / Д.А.Затейщиков, Л.О.Минушкина, О.Ю.Кудря-
шова и др. // Кардиология. - 2000. - Т.40, №6.-С. 14-17.
9. Шкарин В.В. Концепция структурной точки артериального давления как физиологической константы организма // Вестн. новых мед. технологий. - 2000. -№1,-С. 11-16.
10. Ben Shaul Avinoam, Ben-Tal Nir, Honig Barry. Statistical thermodynamic analysis of peptide and protein insertion into lipid membranes//Biophys. J. -1996. - V.71, N1.
- P. 130-137.
11. Erecinska Maria. Regulation of cellular energy metabolism // Ann. Biomed. Eng. -1995. - V.23 (Suppl N1). - P.71-82.
12. Hartley S. A., Kozlovski R.Z. ATP increases Ca2+-activated K+ channel activity in isolated rat arterial smoth muscle cells // Biochim. Et biophys. Acta. Biomembranes. - 1996. -V.1283, N2. - P.192-198.
13. Pliska V. Thermodynamic parameters of ligand-receptor interactions: Computation and error margins // J.Receptor and Signal Transduct. Res. - 1997. - V.17, N1-25. -P.495-510.
14. Vazquez Carmen М., Zanetti Rosana, Ruiz-Gutierrez Valentina. Lipid composition and fluidity in the jejunal brushborber membrane of spontaneously hypertensive rats. Effects on activities of membrane-bound proteins // Biosci. Repts. - 1996. - V.16, N3. - P.217-226.
15. The Na+, K+-ATPase of the vascular smooth muscle / Martin-Vasalo Pablo, Lecuona Emilia, Alonso Teresa, Avila Julio // J. Physiol. Proc. - 1996. - V.493. - P.64-65.
THE INFLUENCE OF LASER AND ULTRAFIALYETVAY IRRADIATION ON ERYTHROCYTE OF RATS
A.P.Pustovalov, V.K.Petrtov
Irradiation of He-Ne laser protection of
erythrocyte from of damagection of ultraviolet
emanation.
