CC BY
41
Биология
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 1, с. 117-122
УДК 616.24-005.98: 616-092.9
ВЛИЯНИЕ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НЕТЕПЛОВОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ НА ВЫРАЖЕННОСТЬ АДРЕНАЛИНОВОГО ОТЕКА ЛЕГКИХ И ВЫЖИВАЕМОСТЬ КРЫС В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
© 2011 г. И.В. Терехов, М.С. Громов, М.А. Дзюба, С.С. Бондарь, Л.Г. Наджарьян
Саратовский военно-медицинский институт
Поступила в редакцию 16.06.2010
Исследовано влияние сверхвысокочастотного излучения нетепловой интенсивности (плотность потока энергии 0.01-0.2 мкВт/см2) на состояние альвеолярно-капиллярной проницаемости и выживаемость крыс при гемодинамической перегрузке малого круга кровообращения. Показано, что воздействие СВЧ-излучения мощностью 0.05 мкВт/см2 значимо удлиняет время жизни самцов и самок крыс на 59.2 и 95.5% соответственно.
Ключевые слова: адреналиновый отек легких, выживаемость, СВЧ-излучение.
Введение
Воздействие на организм экстремальных факторов часто сопровождается неполным включением адаптационных механизмов саморегуляции жизнедеятельности организма, что обусловлено блокированием саногенетического потенциала чрезмерными по своей величине воздействиями. При этом, несмотря на несомненный прогресс в области интенсивной терапии критических состояний, задача активации собственных механизмов саногенеза является все еще достаточно актуальной.
В этой связи представляется перспективным воздействие на организм, находящийся под влиянием экстремальных факторов, электромагнитных излучений (ЭМИ) с параметрами, близкими к параметрам собственных ЭМИ живых существ. В этом плане перспективными следует рассматривать воздействия ЭМИ крайне высокой частоты (КВЧ). Однако изменение параметров ЭМИ КВЧ (генерации, модуляции, изменение мощности и т.д.) является непростой инженерной задачей, достаточно дорогостоящей в практической реализации. Вышесказанное заставляет искать альтернативные диапазоны терапевтического воздействия ЭМИ. Одной из таких частот, которая может быть потенциально использована, является частота 1000 МГц, которая, по мнению ряда исследователей, является резонансной частотой колебаний водных кластеров [1-3].
Цель исследования - экспериментальное изучение влияния облучения животных ЭМИ СВЧ при различных мощностях воздействия на состояние альвеолярно-капиллярной проницае-
мости и выживаемость крыс при развитии летального адреналинового отека легких.
Материалы и методы
Исследование проводилось на 240 крысах Wistar обоего пола массой 200-250 г в зимнее время (декабрь-февраль) в вечерние часы (с 18 до 22 часов). Отек легких (ОЛ) моделировали внутримышечным введением животному, фиксированному на спине, раствора адреналина гидрохлорида в концентрации 1 мг/мл в дозе 2.5 мг/кг.
После констатации смерти животного (отсутствие сердцебиений и дыхательных движений) вскрывали грудную клетку, быстро выделяли легкие и определи их чистый вес. Развитие ОЛ оценивали по следующим показателям:
1) макроскопические кровоизлияния в виде геморрагических участков и пятен в легком;
2) пена или жидкость, выходящая изо рта либо трахеи. Выраженность отека легких определяли по легочному индексу (ЛИ). ЛИ = масса легких, г • 100/ масса тела животного, г.
Рандомизация осуществлялась путем генерации случайных чисел средствами пакета MS Excel. Животные маркировались и им присваивались цифровые индексы от 1 до 240 (общего числа животных). С помощью генератора случайных чисел создавался массив из случайных, равномерно распределенных чисел, при этом первые 20 номеров списка случайных чисел формировали контрольную группу, последующие 20 - 1-ю и т.д.
1 -я группа животных облучалась ЭМИ плотностью потока энергии (ППЭ) 0.01 мкВт/см2
(1-й режим облучения), 2-я - ППЭ 0.02 мкВт/см2 (2-й режим), 3 - 0.05, 4 - 0.1, 5 - 0.2 мкВт/см2. В контрольной группе (К) облучение не проводилось.
В исследовании использован генератор монохроматического низкоинтенсивного электромагнитного излучения частотой 1000 МГц производства ООО «Телемак», г. Саратов. Выбор частоты облучения основан на модельных представлениях ряда исследователей, утверждающих, что частота водных надмолекулярных структур кластеров соответствует 1000 МГц [1,
2, 4]. Отсутствие в литературе указаний на биологические эффекты ЭМИ частотой 1000 МГц обусловили нашу мотивацию к исследованию указанного вопроса. Животные основной группы облучались с расстояния 20 см при помощи пирамидальной рупорной антенны магнитного типа.
Статистическая обработка результатов исследования проводилась в программе БХаИхИса 6.0. В процессе анализа оценивались средняя арифметическая выборка (М), среднее квадратическое отклонение (СКО), медиана выборки (Ме), 25 и 75% процентили. Межгрупповые различия средних значений исследуемых показателей оценивали с помощью дисперсионного анализа. Анализ выживаемости проводили по методу Каплана-Мейера, различия выживаемости в группах оценивали с помощью критерия Гехана-Вилкоксона.
Результаты и их обсуждение
Введение животным адреналина закономерно сопровождалось развитием отека легких, что проявлялось увеличением ЛИ и соответствующими клинико-морфологическими изменениями. Воздействие ЭМИ сопровождалось существенными изменениями состояния альвеолярно-капиллярных нарушений, о чем можно судить по величине ЛИ, результаты оценки которого представлены в табл. 1.
Результаты исследования свидетельствуют о том, что самки характеризуются меньшей резистентностью к адреналину и более подвержены отеку легких. Так же установлено, что воздействие ЭМИ на самок сопровождается более выраженным снижением ЛИ, чем у самцов, что указывает на большую чувствительность особей женского пола к ЭМИ.
Результаты теста Левена показывают, что дисперсии исследуемых групп можно считать однородными (значение ^-критерия 0.68; р = 0.64), что позволяет использовать однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) для
сравнения времени жизни и выраженности ОЛ в исследуемых группах.
Проведенный дисперсионный анализ выявил существенные различия между исследуемыми группами. В табл. 2 представлены результаты оценки послетестовых вероятностей различий ЛИ степени развития ОЛ в группах в зависимости от режима воздействия.
Полученные результаты свидетельствуют о существенных различиях степени отека легких у самцов и самок. Однако анализ результатов послетестовых вероятностей позволяет утверждать и то, что 1-й и 3-й режимы воздействия характеризуются отсутствием статистически значимых различий степени ОЛ у самцов и самок. Данный режим воздействия характеризуется также длительным временем жизни животных обоего пола. На других режимах воздействия, включая контрольную группу, ЛИ у самцов и самок характеризуется статистически значимыми различиями.
Результаты исследования показывают, что для самок оптимальным воздействием, обеспечивающим наибольшее снижение ЛИ, является 4-й режим (ППЭ 0.1 мкВт/см2), при котором максимальное снижение степени отека достигает 39.4%. В группе самцов статистически значимого снижения ЛИ отмечено не было, однако отмечено статистически значимое увеличение ЛИ на 14.4% (с 15.3 до 17.5 ед.) на 4-м режиме воздействия (р = 0.01).
Таким образом, излучение, оказывающее нормализующее действие на альвеолярнокапиллярную проницаемость у самок, сопровождается усугублением отека легких у самцов.
Результаты оценки средних значений времени жизни животных в группах представлены на рис. 1.
Результаты оценки времени жизни в контроле свидетельствуют об отсутствии статистически значимых различий (р = 0.14) средних значений времени жизни самок (490±150 с) и самцов (564±80 с). Однако установлено, что среднее время жизни самок, в сравнении с самцами, на 74 с меньше, что, в целом, свидетельствует о меньшей устойчивости их организма к токсическому действию адреналина.
Анализ результатов исследования свидетельствует о высокой эффективности ЭМИ у самок в широком диапазоне мощностей излучения, при этом максимальное увеличение продолжительности жизни, наблюдаемое на 3-м режиме воздействия, составляет 95.5%. Самцы характеризуются неравномерной чувствительностью к ЭМИ. Наибольший эффект излучения, выражающийся в увеличении времени жизни на
Таблица 1
Результаты оценки легочного индекса (ед.) в группах___________________________
Режим Пол М СКО 25% Ме 75%
Контроль самцы 15.3 3.96 13.5 15.4 17.9
1 16.2 2.0 14.4 16.2 17.3
2 19.9 2.25 18.0 20.5 21.5
3 17.1 1.33 16.2 17.5 17.9
4 17.5 1.98 16.8 17.4 18.1
5 17.2 4.3 11.9 17.7 23.6
Контроль самки 21.6 3.9 19.7 22.6 24.3
1 14.9 2.91 12.8 14.9 16.4
2 17.2 3.42 14.0 17.9 20.4
3 17.9 4.59 14.6 17.3 21.4
4 13.1 3.75 9.6 13.2 15.1
5 21.2 1.84 19.4 21.6 22.5
Таблица 2
Послетестовые вероятности различий межгрупповых сравнений средних значений ЛИ
______________________при различных режимах облучения______________________________________
Режим,,-''''" Пол К 1 2 3 4 5
М Ж М Ж М Ж М Ж М Ж М Ж
К М - 0.01 0.46 0.72 0.01 0.10 0.13 0.03 0.07 0.08 0.12 0.01
Ж 0.01 - 0.01 0.01 0.16 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.74
1 М 0.5 0.01 - 0.28 0.02 0.37 0.44 0.13 0.27 0.01 0.40 0.01
Ж 0.73 0.01 0.28 - 0.01 0.05 0.06 0.01 0.03 0.15 0.06 0.01
2 М 0.01 0.16 0.02 0.01 - 0.03 0.02 0.11 0.04 0.01 0.023 0.28
Ж 0.1 0.01 0.37 0.05 0.03 - 0.90 0.54 0.84 0.01 0.95 0.01
3 М 0.13 0.01 0.44 0.06 0.02 0.9 - 0.46 0.74 0.01 0.95 0.01
Ж 0.03 0.01 0.13 0.01 0.11 0.54 0.46 - 0.68 0.01 0.5 0.01
4 М 0.07 0.01 0.27 0.03 0.05 0.84 0.74 0.68 - 0.01 0.79 0.01
Ж 0.08 0.01 0.01 0.15 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 - 0.01 0.01
5 М 0.12 0.01 0.40 0.06 0.02 0.95 0.94 0.5 0.79 0.01 - 0.01
Ж 0.01 0.74 0.01 0.01 0.28 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 -
Режим воздействия
Рис. 1. Средние значения времени жизни в группах
59.2%, наблюдается при ППЭ 0.05 мкВт/см (3-й режим воздействия), причем в этом режиме эффект излучения, по критерию времени жизни, у самцов достигает такового, развивающегося у самок (рис. 2).
Результаты исследования свидетельствуют, что воздействие на 1, 4, 5-ом режимах в группе
самцов не сопровождается значимым увеличением времени жизни.
Таким образом, с учетом полученных результатов можно говорить о том, что оптимальной плотностью потока энергии электромагнитного излучения (с позиции времени жизни животных обоего пола) можно считать ППЭ 0.05 мкВт/см2.
100
300
500
700
900
200
400
1100 1300 ----Контроль
1000 1200
----0.05 мкВт/см
600 800
Время жизни, с
Рис. 2. Выживаемость самцов при 3-м режиме воздействия (ППЭ 0.05 мкВт/см2)
Время жизни, с
Рис. 3. Выживаемость самок при 3-м режиме воздействия (ППЭ 0.05 мкВт/см2)
Анализ кривой выживаемости Каплана-Мейера свидетельствует о существенных различиях между рассматриваемыми группами, причем, если в группе контроля к 664 секунде доля выживших животных составляет 25%, то в группе облученных - 90%, что подтверждает способность ЭМИ замедлять развитие отека легких. Различия времени выживания в группах носят статистически значимый характер, о чем свидетельствуют результаты теста Гехана-Вилкоксона (значение статистики 2.1; р = 0.035).
На рис. 3 представлены результаты оценки функции выживаемости самок.
В ходе исследования установлено, что у самок к 630 с накопленная выживаемость в контроле составляет 10%, тогда как в группе облученных - 95%. Полученные данные, с одной стороны, указывают на более высокую чувствительность самок к отекогенному действию адреналина, а с другой - свидетельствуют о существенно более выраженном ответе их организма на ЭМИ. Различия времени выживания в зави-
2
симости от пола животного носят статистически значимый характер, о чем свидетельствуют результаты теста Гехана-Вилкоксона (значение статистики 2.5; р = 0.014).
Оценка внутригрупповых корреляций позволила установить, что ЛИ и время жизни в контрольной группе характеризуются слабой, статистически незначимой связью как у самцов (г = -0.12; р = 0.62), так и у самок (г = 0.09; р = 0.69). Воздействие ЭМИ статистически значимо изменяет характер связи ЛИ и времени жизни у самцов при 3-м режиме воздействия (г = -0.85; р = 0.045), характеризуясь тесным отрицательным характером изменений изучаемых показателей при реализуемом режиме воздействия. У самок сильная отрицательная, статистически значимая связь между ЛИ и временем жизни наблюдалась при 4-м режиме воздействия (г = -0.92; р = 0.0028), при котором отмечалась минимальная степень выраженности отека легких.
Сильная отрицательная связь ЛИ и времени жизни является логичным и ожидаемым явлением. Так, развитие альвеолярно-капиллярной проницаемости и заполнение альвеол транссудатом сопровождается развитием гипоксии, что приводит к гибели животного. Очевидно, что причины, влияющие на сосудистую проницаемость, будут влиять и на выживаемость.
Однако в контроле характер взаимосвязи рассмотренных показателей весьма слаб. Можно предположить, что при достаточно мощной стимуляции адренергических рецепторов животные контрольной группы гибнут не столько от дыхательной недостаточности, сколько от других причин, возможно осложнений со стороны сердечно-сосудистой системы, что и приводит к минимальной корреляции ЛИ и времени жизни. Можно предположить, что воздействие ЭМИ в определенном оптимальном режиме, оказывая специфическое влияние на сердечно-сосудистую систему, приводит к ослаблению патогенных влияний на сердце и сосуды, продлевая тем самым жизнь животному.
Касаясь механизма саногенного действия ЭМИ на организм, находящийся в состоянии гемодинамической перегрузки малого круга кровообращения, можно предполагать активацию под влиянием ЭМИ эндотелиальных клеток и, как следствие этого, выброс ими вазоди-лятирующих субстанций, таких как N0, гистамин, брадикинин и др. [5, 6]. Кроме этого, под влиянием низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ-диапазона возможно возникновение эффекта торможения капиллярной диффузии и, как
следствие этого, замедление развития отека легких [2]. Однако выброс в кровоток таких вазодилататоров, как N0, гистамин, брадики-нин, способных усиливать сосудистую проницаемость, может потенцировать альвеолярнокапиллярную дисфункцию и усугублять отек легких. Возможно, что повышение ЛИ под влиянием облучения, наиболее выраженное у самцов, может быть связано именно с потенцирующим действием на выраженность отека эндогенных вазодилататоров.
Выводы
1. Установлено, что самки крыс являются более чувствительными к отекогенному действию адреналина и влиянию ЭМИ СВЧ. При этом ЭМИ в диапазоне ППЭ 0.01-0.2 мкВт/см2 является эффективным фактором, способным угнетать у них альвеолярно-капиллярную проницаемость. Максимальная эффективность ЭМИ в отношении выживаемости самок наблюдается при ППЭ
0.05 мкВт/см2, что проявляется удлинением времени их жизни на 95.6%. Максимальная эффективность ЭМИ в отношении отека достигается при ППЭ 0.1 мкВт/см2, что проявляется уменьшением ЛИ на 62.5% в сравнении с контролем.
2. Самцы более устойчивы к действию адреналина и характеризуются менее выраженной реакцией на ЭМИ. При этом максимальная эффективность ЭМИ, в отношении времени жизни животных, достигается при ППЭ 0.05 мкВт/см2, выражающаяся в увеличении времени жизни на 59.2%. Статистически значимых влияний ЭМИ на состояние альвеолярно-капиллярной проницаемости у самцов не отмечено.
3. Результаты исследования позволяют предполагать, что одним из возможных механизмов саногенного действия ЭМИ СВЧ нетепловой мощности является активация эндотелия. Указанная гипотеза нуждается в дальнейшем исследовании в плане разработки немедикаментозных способов коррекции альвеолярнокапиллярных изменений при патологии сердечно-сосудистой системы.
Список литературы
1. Петросян В.И. Резонансное излучение воды в радиодиапазоне // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. Вып. 23. С. 29-33.
2. Петросян В.И., Громов М.С., Власкин С.В. и др. Транс-резонансная функциональная топография. Биофизическое обоснование // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 2003. № 1 (29). С. 23-26.
3. В.И. Петросян, Н.И. Синицын, В.А. Елкин и др. Роль молекулярно-волновых процессов в природе
и их использование для контроля и коррекции состояния экологических систем // Биомедицинская радиоэлектроника. 2001. № 5-6. С. 62-129.
4. Синицын Н.И., Петросян В.И., Ёлкин В.А. и др. Особая роль системы «миллиметровые волны -водная среда» в природе // Наукоемкие технологии. 2000. № 2. С. 33-37.
5. Shimakura K., Sanaka M., Wang L., Mineshita S., Miyazaki M. Pulmonary Edema Induced by Angiotensin II in Rats // Jpn. J. Pharmacol. 1995. V. 67. P. 383-389.
6. Hao Y., Okamura S., Wang L., Mineshita S. The involvement of bradykinin in adrenaline-induced pulmonary edema in rats // J. Med. Dent. Sci. 2001. V. 48. P. 7985.
THE EFFECT OF NON-THERMAL INTENSITY MICROWAVE RADIATION ON THE SEVERITY OF ADRENALINE-INDUCED PULMONARY EDEMA IN RATS AND THEIR SURVIVABILITY IN THE EXPERIMENT
I.V. Terekhov, M.S. Gromov, M.A. Dzyuba, S.S. Bondar, L.G. Nadzharian
The effect of non-thermal intensity (power flux density of 0.01-0.2 ^W/cm2) microwave radiation is studied on the state of rat alveolar-capillary permeability and survivability under hemodynamic overload of the pulmonary circuit. The action of microwave radiation with power flux density of 0.05 ^W/cm2 has been shown to significantly prolong the life of male and female rats by 59.2 and 95.5% respectively.
Keywords: adrenaline-induced pulmonary edema, survivability, microwave radiation.
