CC BY
12Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 22 (61). 2009. № 2. С. 33-39.
УДК 582.594.2:281
ВЛИЯНИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЭМИ КВЧ НА РЕГЕНЕРИРУЮЩИХ ПЛАНАРИЙ DUGESIA TIGRINA
Демцун Н.А., Туманянц К.Н., Темурьянц Н.А.
Исследовано влияние электромагнитного излучения частотой 42,3 Ггц, плотностью потока мощности 0,1мВт/ см2 на регенерацию планарий. Обнаружено, что ЭМИ КВЧ стимулирует регенерацию планарий и изменяет многодневную ритмику ее параметров.
Ключевые слова: ЭМИ КВЧ, Dugesia tigrina, регенерация.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из актуальных проблем экологической биофизики является изучение биологического действия низкоинтенсивных электромагнитных излучений (ЭМИ) различных диапазонов. Феноменология влияний этих факторов на организм человека и позвоночных животных достаточно хорошо изучена [1 - 3], однако механизмы их действия изучены недостаточно. Для решения этих вопросов перспективно использование в экспериментах простейших биологических систем, и в частности беспозвоночных. В последние годы реализован именно такой подход. В качестве объектов исследования используются моллюски [4, 5], плоские черви -планарии. Влияние слабых переменных и постоянных магнитных полей на планарии исследовано достаточно подробно [6 - 11]. В этих исследованиях подтверждены некоторые предположения о механизмах биологического действия переменных магнитных полей, в частности идеи о параметрическом магнитном резонансе, действии комбинированных магнитных полей и т.д. Иначе обстоит дело с электромагнитными излучениями (ЭМИ) крайне высокой частоты (КВЧ).
Между тем исследования зависимости изменений свойств этой системы от параметров ЭМИ КВЧ диапазона, роли водной среды в магниторецепции позволит значительно расширить представления о биологической активности ЭМИ КВЧ, а также сформулировать положения, необходимые для обсуждения механизмов действия этого раздражителя.
В связи с этим целью настоящего исследования явилось изучение слабых ЭМИ КВЧ на регенерацию планарий.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе использована лабораторная бесполая раса планарий Dugesia tigrina, культура которая в настоящее время успешно культивируется в Таврическом национальном университете им. В.И. Вернадского. Условия культивирования
сходны с таковыми в Институте биофизики клетки РАН. Кормление планарий осуществляется один раз в неделю личинками двукрылых (мотылем) и прекращается за семь дней до начала воздействия ЭМИ. Для эксперимента отбирали животных, длина которых составила ~ 10 ± 1 мм.
Регенерация вызывалась ампутацией 1/5 части головного конца тела планарий, содержащей головной ганглий, непосредственно под «ушами». Декапитация проводилась под бинокулярным микроскопом глазным скальпелем в нестерильных условиях.
Декапитированные планарии делились на две группы по 30 особей каждая и помещались в стеклянные стаканы, содержащие по 50 мл воды.
Животные первой группы служили биологическим контролем, то есть регенерация у них протекала без каких-либо дополнительных воздействий.
Животных второй группы ежедневно в течение 30 мин. (с 10 до 1030 час.) подвергались действию ЭМИ КВЧ, а остальное время суток они находились в условиях, одинаковых с контрольной группой животных.
Эксперименты проведены в июне 2008г. Для изучения воспроизводимости результатов исследование регенерации интактных планарий проведено также осенью 2008г.
В качестве источника ЭМИ КВЧ использован генератор Луч КВЧ - 071, изготовленный Центром радиофизических методов диагностики и терапии «Рамед» в Институте технической механики НАНУ (г. Днепропетровск). Частота излучения - 42, 3 Ггц, плотность потока мощности 0,1мВТ/ см2.
Во время воздействия ЭМИ КВЧ животные находились в тефлоновых кюветах, излучатель фиксировался под ее дном. Контрольные животные находились во время воздействия ЭМИ КВЧ на планарий экспериментальной группы в таких же кюветах. Для животных обеих групп в течение всего эксперимента поддерживался одинаковый режим освещенности, температуры.
Ежедневно в течение одного часа после воздействия ЭМИ КВЧ проводили контроль регенерационных процессов, измерение температуры воды и т.д.
Для оценки динамики роста регенерационной почки (бластемы) применяли метод прижизненной морфометрии, использующий компьютерные технологии анализа изображений.
Подробное описание установки для прижизненной морфометрии, используемой в настоящем исследовании, представлено в наших предыдущих работах [12]. Фиксация изображений осуществлялась у животных всех групп ежедневно в течение 11 дней после перерезки в одно и то же время суток.
В качестве количественного показателя роста планарий нами использован индекс регенерации R=Sl/S2, где Sl - площадь бластемы, S2 - площадь всего тела регенерата в данный момент времени [13]. Кроме того, подсчитывали скорость регенерации, т.е. изменение индекса регенерации за сутки (усл.ед./сутки).
Обработка изображений регенерирующих планарий проводилась слепым методом.
Обработку экспериментальных данных проводили с помощью непараметрических методов: вычислением медианы (М), интерквантильного интервала между 25м и 75м процентилями, включающим 50% значений признака в
выборке. Оценку достоверности наблюдаемых изменений проводили с помощью U-критерия Манна-Уитни и Вилкоксона.
Расчеты и графическое оформление полученных в работе данных проводились с использованием программы Microsoft Excell, программного пакета «STATISTICA - 6.0» [14, 15].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Как показали результаты проведенных исследований параметры регенерации интактных планарий в различные сезоны года (лето и осень) несколько различаются (рис. 1). Летом в первый день наблюдения индекс регенерации превышал данные осенних экспериментов в 2,1 раза. В последующие сроки наблюдения это соотношение сохранялось: в различные дни летнего эксперимента индекс регенерации превышал данные осенних опытов в 1,4 - 2,0 раза (р<0,05). Летом к 11 дню эксперимента этот показатель достигал 0,118 усл. ед. и стабилизировался, а осенью в этот срок наблюдения индекс регенерации составлял лишь 75% летних значений и его стабилизации не наблюдалось.
0,1 i
0.14
0.12
0,10
0.(113
£ О,US
OJ
0,04
0.02
O.OD
о.. контр []ль_ссень "T-L. кеч
"е-, контр аль_пето
U ID 11
2 3 15 6 7 3
время наблюдения (сутки)
Рис. 1. Динамика индекса регенерации планарий в различных экспериментальных
группах.
Примечание: * - р < 0,05 - при сравнении контрольной и экспериментальной групп в летнем эксперименте; ** - р<0,05 относительно значений летней и осенней серии экспериментов.
Скорость индекса регенерации планарий в летний период также выше, чем осенью в большинстве дней наблюдения. Только с пятых на шестые сутки она составляет 60%
осенних значений. Летом значения скорости индекса регенерации изменяются в пределах 0,002 - 0,018 усл. ед./сутки, осенью от 0,008 до 0,01 усл. ед./сутки. В динамике как индекса регенерации (рис. 1), так скорости его изменения (рис. 2) отчетливо проявляется ритмическая составляющая: односуточная остановка роста бластема сменялась двухсуточным возрастанием этого показателя в 1,5 - 2 раза.
0.025 0.02
3 0.015 и
I>
и
4 0.01 <и
о >
0.005 0
время наблюдения (сутки) —е— контроль - - о - ■ квч
Рис. 2. Скорость индекса регенерации планарий в контрольной группе и у животных, подвергнувшихся воздействию ЭМИ КВЧ.
Таким образом, интенсивность регенераторных процессов у планарий в различные сезоны года неодинакова: она выше летом, чем осенью. Полученные данные согласуются с результатами наших предыдущих исследований [16], согласно которым уровень регенерации интактных планарий выше летом, чем зимой. Таким образом, в интенсивности регенераторных процессов планарий отчетливо прослеживается сезонная ритмика, которая имеет важное значение в структуре временной организации биологических систем [17, 18].
Регенерация планарий в условиях действия низкоинтенсивных ЭМИ КВЧ изменялась: на вторые сутки эксперимента индекс регенерации возрастал на 32% относительно данных контрольной группы. В дальнейшем наблюдалось снижение разницы между показателями контрольной и экспериментальной групп и на четвертые сутки ИР достигал данных контрольной группы. В последующие пятые и седьмые сутки эксперимента он превышал данные контрольной группы на 5%, 20% соответственно, с 9 суток он не отличался относительно контрольного уровня (рис. 1). Скорость индекса регенерации в этом эксперименте также менялась. Его значение в различные дни эксперимента колебались от 0,0003 до 0,02 усл.ед./сутки, т.е. в значительно больших пределах, чем в контрольной группе животных. При ярко выраженной ритмической составляющей в динамике этого показателя сроки максимальных его значений в контрольной группе соответствовали минимальным
2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11
значениям экспериментальной группы, т.е. основным изменением в динамике скорости индекса регенерации вследствие воздействия ЭМИ КВЧ была инверсия его ритма (рис. 2).
Таким образом, низкоинтенсивные ЭМИ КВЧ, создаваемое генератором Луч КВЧ - 0,71, стимулирует регенераторные процессы у планарий, а также модифицирует ритмику показателей, характеризующих этот процесс. Полученные нами данные согласуются с результатами исследования В.В. Новикова и др. [9 - 11] которые описали стимулирующий эффект миллиметрового излучения частотой 36 ГГц плотностью потока мощности 100 мкВт /см2 на регенерацию планарий при его воздействии до и после отсечения головы животных. Этот эффект при предшествующей перерезке 10 минутной обработке мм-волнами достигал 30%. При последующей за отсечением головы действием ЭМИ КВЧ отмечена стимуляция регенерации только на 5%.
Известно, что ЭМИ этого диапазона успешно используются в терапевтической практике благодаря своему противовоспалительному, аналгетическому, иммуностимулирующему и т.д. действиям [19, 21, 22]. Кроме того, ЭМИ КВЧ используются для лечения ран [4], язв желудка [23] и т.д. По-видимому, в основе этого действия ЭМИ КВЧ лежит его способность стимулировать регенераторные процессы, обнаруженная в нашем исследовании.
Важным результатом проведенных исследований является выявление изменений многодневной ритмики регенерационных процессов под влиянием ЭМИ КВЧ. Такое явление было описано ранее [24] при исследовании влияния низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ на многочисленные показатели функциональной активности нейтрофилов и лимфоцитов интактных и гипокинезированных крыс. Дальнейшие исследования позволяет выяснить механизмы изменений временной организации, индуцируемые ЭМИ КВЧ у беспозвоночных.
ВЫВОДЫ
1. Интенсивность регенерации интактных планарий зависит от сезона года. Летом параметры регенерации (индекс регенерации, его скорость) выше, чем осенью.
2. Электромагнитное излучение частотой 42,3 Ггц плотностью потока мощности 0,1мВт/ см2 стимулирует регенерацию планарий.
3. Электромагнитное излучение крайневысокой частоты изменяет многодневную ритмику параметров регенерации планарий.
Список литературы
1. Владимирский Б.М. Влияние солнечной активности на биосферу - ноосферу / Б.М. Владимирский, Н.А. Темурьянц. - М.: МНЭПУ, 2000. - 374с.
2. Пресман А.С. Электромагнитные поля и живая природа / Пресман А.С. - М.: Наука, 1968. - 288 с.
3. Чуян Е.Н. Физиологические механизмы биологических эффектов низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ / Е.Н. Чуян, Н.А. Темурьянц, О.Б. Московчук, Н.В. Чирский, Н.П. Верко, Е.Н. Туманянц, В.П. Пономарева. - Симферополь: ЧП «Эльиньо». - 2003. - 448 с.
4. Light-dependent and -independent behavioural effects of extremely low frequency (ELF) magnetic fields in a land snail are consistent with a parametric resonance mechanism (PRM) / F. S. Prato, М. Kavaliers, A. P. Cullen, A. W. Thomas // Bioelectromagnetics. - 1997. - Vol. 18- P.284-291.
5. Prato F. S. Extremely low frequency magnetic fields can either increase or decrease analgaesia in the land snail depending on field and light conditions / F. S. Prato, М. Kavaliers, A. W. Thomas // Bioelectromagnetics. - 2000. - Vol. 21 - P. 287-301.
6. Леднев В.В. Магнитный параметрический резонанс в биосистемах: экспериментальная проверка предсказаний теории с использованием регенерирующих планарий Dugesia tigrina в качестве тест
- системы / В.В. Леднев, Л.К. Сребницкая, Е.Н. Ильясова, З.Е. Рождественская и др. // Биофизика.
- 1996. - Т.41, вып. 4. - с. 815-825
7. Jenrow K.A. Weak Extremely Low Frevuency Magnetic Field - Induced Regeneration Anomalies in the Planarian Dugesia tigrina / K.A. Jenrow, C.H. Smith, A.R. Liboff // Bioelectromagnetics. - 1996. - V. 17. P. 467-474.
8. Jenrow K.A. Weak Extremely Low Frevuency Magnetic Fields and Regeneration in the Planarian Dugesia tigrina / K.A. Jenrow, C.H. Smith, A.R. Liboff // Bioelectromagnetics. - 1995. - V. 16. P. 106112.
9. Novikov V.V. Effect of Weak Static and Low - Frequency Alternating Magnetic Fields on the Fission and Regeneration in the Planarian Dugesia tigrina / V.V. Novikov, I.M. Sheiman, E.E. Fesenko // Bioelectromagnetics. - 2008. - Vol. 29. - P. 387- 393
10. Новиков В.В. Влияние слабых и сверхслабых магнитных полей на интенсивность бесполого размножения планарий Dugesia tigrina / В.В. Новиков, И.М. Шейман, Е.Е. Фесенко // Биофизика. -2002. - Т.47, вып. 1. - с. 125-129
11. Влияние слабых и сверхслабых комбинированных постоянного и низкочастотного переменного магнитных полей и миллиметровых волн низкой интенсивности на регенерацию планарий Dugesia tigrina / В.В. Новиков, И.М. Шейман, А.В. Клюбин, Е.Е. Фесенко // Биофизика. - 2007. -Т.52, вып. 2. - с. 372-375.
12. Вишневский В.Г. Установка для прижизненной морфометрии регенерации планарий / В.Г. Вишневский, М.М. Махонина, Н.А. Демцун, Н.А. Темурьянц // Ученые записки ТНУ. - 2007. - Т. 20 (59), №4.- С. 18-21.
13. Тирас Х.П. Критерии и стадии регенерации в планариях / Х.П. Тирас, В.И. Хачко // Онтогенез. -1990.- Т. 15. № 1.- С. 42- 48.
14. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ Statistica./ О.Ю. Реброва-М.: МедиаСфера, 2006. - 312 с.
15. Лапач С.Н., Чубенко А.В., Бабич П.Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Exсel. / С.Н. Лапач, А.В. Чубенко, П.Н. Бабич // Модмон, 2000. - 319с.
16. Темурьянц Н.А. Особенности регенерации планарий Dugesia tigrina при электромагнитном экранировании в различные сезоны года / Н.А. Темурьянц, Н.А. Демцун, В.С. Мартынюк // Физика живого. - 2008. - Т. 16. № 2. - С. 85 - 91.
17. Голиков А.П. Сезонные ритмы в физиологии и патологии / А.П. Голиков- М.Медицина, 1973.- 156 с.
18. Ашофф Ю. Биологические ритмы / Ю. Ашофф - М.: Мир, 1984. - Т.1 - 412 с., Т. 2 - 260 с.
19. Rojavin M.A. Medical application of millimetre waves / M.A. Rojavin and M.C. Ziskin //J. Med 1998. -V. 91. - P. 57-66
20. Бецкий О.В. Применение низкоинтенсивных миллиметровых волн в биологии и медицине / О.В. Бецкий, Н.Н. Лебедева // Миллиметровые волны в медицине и биологии. - 2007. - № 1. - С.32-59
21. Korpan N. Clinical effects of continuous microwave for postoperative septic wound treatment a double -blind controlled trial / N. Korpan, T. Saradeth / Am. J. Surg 1995, V. 170.- P. 271-276
22. Gapeyev A.B. Anti- inflammatory effects of low-intensity extrematory higt-freguency electromagnetic radiation: freguency and power dependence / A.B. Gapeyev, E.N. Mikhailik, N.K.Chemeris // Bioelectromagnetics. - 2008. - Vol. 29. - P. 197-206
23. Передерий В. Принципы медикаментозного и немедикаментозного лечения язвенной болезни / В.Передерий, Н. Бичкова, и др. // Врачебное дело 1993; Т. 5, №3, с. 58-61
24. Chuyan E.N., Temuryants N.A., Brusil I.A. Modification of Infradian Rhythmicity of Neutrophil Functional Activity by Low-Intensity Extremele High Frequency Electromagnetic Radiation // Biophisics. - 2004. - Vol. 49, № 1. - P. S72-S78.
Демцун Н.О., Туманянц К.М., Темур'янц Н.А. Вплив низькоштенсивного ЕМВ НВЧ на
регенеруючих планарш Dugesia tigrina // Вчет записки Таврiйського национального унгверситету iM. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюлопя, хiмiя". - 2009. - Т.22 (61). - № 2. - С. 33-39.
Дослщжено вплив електромагнггаого випромшювання частотою 42,3 ГГц, щшьтстю потоку потужностi 0,1 мВт/см2, на регенерацгю планарш. Виявлено, що ЕМВ НВЧ стимулюе регенерацiю планарiй i змгнюе багатоденну ритмiку ii параметргв.
Ключовi слова: ЕМВ НВЧ, Dugesia tigrina, регенеращя
Demtsun N.A, Tumanyants K.N, Temuryants N.A. Effects of low intensity UHF EMF on regeneration
of planaria Dugesia tigrina // Uchenye zapiski Tavricheskogo Natsionalnogo Universiteta im. V. I. Vernadskogo. Series «Biology, chemistry». - 2009. - V.22 (61). - № 2. - P. 33-39.
We studied the effects of 42.3 GHz, 0.1mW/cm2 electrmoganetic field on regeneration of planaria. We found that UHF EMF stimulates planaria regeneration and alters the multi-day rhythmicity of its parameters. Keywords: UHF EMF, Dugesia tigrina,, regeneration.
Поступила в редакцию 18.05.2009 г.
