| Адаптационные реакции на субклеточном, клеточном, системном и организменном уровнях при воздействии электромагнитных полей
Диссертация
Автор: Пряхин, Евгений Александрович
Название: Адаптационные реакции на субклеточном, клеточном, системном и организменном уровнях при воздействии электромагнитных полей
Справка: Пряхин, Евгений Александрович. Адаптационные реакции на субклеточном, клеточном, системном и организменном уровнях при воздействии электромагнитных полей : диссертация доктора биологических наук : 03.00.13 / Челяб. гос. пед. ун-т Челябинск, 2007 345 c. : 71 07-3/290
Объем: 345 стр.
Информация: Челябинск, 2007
Содержание:
Список сокращений
Введение
Глава 1 Электромагнитные поля - стрессор для биологических систем
11 Источники воздействия электромагнитных полей на человека
12 Механизмы биологического действия ЭМП РЧ
13 Биологические эффекты ЭМП РЧ на молекулярном и клеточном уровнях организации биологических систем
14 Состояние кроветворной системы при воздействии ЭМП РЧ
15 Состояние иммунной системы при воздействии ЭМП РЧ
16 Влияние ЭМП РЧ на центральную нервную систему
17 Влияние ЭМП РЧ на эндокринную систему и репродуктивную функцию
18 Тератогенное и эмбриотоксическое действие ЭМП РЧ
19 Канцерогенное действие ЭМП РЧ
110 Биологическое действие модулированного ЭМП РЧ
Глава 2 Материалы и методы
21 Объекты исследований
22 Источники электромагнитного воздействия
23 Условия воздействия
24 Методы оценки состояния биологических систем
25 Статистический анализ
Глава 3 Адаптационные реакции биологических систем субклеточного уровня организации при воздействии электромагнитных полей
31 Генотоксические эффекты исследуемых электромагнитных воздействий in vivo
32 Оценка эффективности репарации ДНК при воздействии исследуемых факторов in vivo
33 Генотоксические эффекты исследуемых электромагнитных воздействий in vitro
34 Генотоксические эффекты и эффективность репарации ДНК при воздействии на мышей факторов, связанных с сильноточными взрывами фольги в конденсированных средах
Глава 4 Адаптационные реакции биологических систем на клеточном уровне при воздействии электромагнитных полей
41 Влияние электромагнитных полей на апоптоз лимфоцитов периферической крови человека при воздействии in vitro
42 Влияние электромагнитных воздействий на спонтанную и индуцированную бласттрансформацию лимфоцитов in vitro
43 Состояние стволовых кроветворных клеток при воздействии электромагнитных факторов in vivo
44 Выживаемость стволовых кроветворных клеток у мышей при воздействии электромагнитных факторов
Глава 5 Адаптационные реакции на системном уровне при воздействии электромагнитных полей
51 Состояние кроветворной системы
52 Состояние иммунной системы
53 Состояние центральной нервной системы
54 Состояние репродуктивной системы
Глава 6 Адаптационные реакции на организменном уровне при воздействии электромагнитных полей
61 Выживаемость животных, подвергшихся комбинированному воздействию ЭМП РЧ и острого общего у-облучения
62 Анализ возможного влияния неионизирующих электромагнитных факторов на продолжительность жизни и структуру смертности
Глава 7 Основные закономерности развития адаптационных реакций при воздействии факторов электромагнитной природы
Выводы
Введение:
Актуальность проблемы. В настоящее время развитие радиотехники и информационных технологий привело к существенному электромагнитному загрязнению окружающей среды. Человек подвергается воздействию электромагнитных полей (ЭМП), источниками которых служат промышленные установки, телевизионные и радиовещательные станции, линии электропередач, бытовая техника, мониторы компьютеров, радары, ЭМП РЧ спутникового телевидения, системы мобильной связи и др. [36, 40, 41, 35]. Среди перечисленных источников электромагнитного воздействия на человека наибольший вклад вносят подвижные станции сотовой связи (мобильные телефоны). Уровень воздействия ЭМП РЧ мобильных телефонов является воздействием низкого уровня, однако существующих в настоящее время данных недостаточно, чтобы полностью снять проблему опасности такого воздействия для здоровья [606]. Невероятно широкое распространение мобильных средств связи в сочетании с неопределенностями в оценке опасности для здоровья человека, по существу представляет собой небывалый по размаху эксперимент, который человечество проводит на себе [629].
В настоящее время нет удовлетворительной теории, объясняющей биологические эффекты низкого уровня ЭМП РЧ [181]. Известно, что энергии кванта электромагнитной волны электромагнитного излучения (ЭМИ) не достаточно для разрыва химических связей. Выявленные биологические эффекты, в основном, рассматриваются с точки зрения теплового воздействия ЭМИ [583].
Однако в литературе описан ряд биологических эффектов при воздействии низкого (нетемпературного) уровня ЭМП [317, 318, 42]. Такие эффекты были выявлены в нескольких независимых экспериментах в разных лабораториях [609]. Эти исследования ставят под сомнение как гипотезу о термической природе биологических эффектов, так и принятые сегодня уровни безопасности ЭМП. К таким эффектам при воздействии низкого уровня ЭМП относят повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера, изменение экспрессии генов теплового шока, нарушение гомеостаза кальция, снижение синтеза мелатонина и др. [609]. Эти биологические эффекты низкого уровня ЭМИ могут изменять адаптационные возможности организма. Поэтому изучение закономерностей адаптационных реакций на разных уровнях организации биологических систем организма при воздействии низкого (нетемпературного) уровня неионизирующих ЭМП является важной и актуальной задачей как с точки зрения понимания механизмов биологического действия, так и с точки зрения оценки опасности этого фактора для здоровья человека.
Цель работы:
Выявление закономерностей адаптационных реакций биологических систем на субклеточном, клеточном, системном и организменном уровнях при воздействии неионизирующих электромагнитных полей.
Задачи исследования:
1. Определить адаптационные реакции на субклеточном уровне при воздействии электромагнитных факторов (ЭМП РЧ, несущая частота 925 МГц, частотная модуляция 217 Гц, ППМ 0,5 - 5 мВт/см2, УПМ 0,29 - 8,1 Вт/кг; магнитного поля с напряженностью 0,7 А/м; электрического поля с напряженностью 300 В/м; импульсного магнитного поля с индукцией 3,7 мкТл в импульсе; факторов, связанных с сильноточными взрывами проводников в конденсированных средах, с индуктивностью магнитного поля в импульсе 0,28 мТл).
2. Определить адаптационные реакции на клеточном уровне при воздействии исследуемых факторов.
3. Оценить состояние кроветворной системы при воздействии на мышей неионизирующих ЭМП.
4. Оценить состояние иммунной системы при воздействии исследуемых факторов на мышей.
5. Оценить состояние центральной нервной системы при воздействии неионизирующих электромагнитных факторов на крыс.
6. Оценить состояние репродуктивной системы при длительном воздействии исследуемых факторов на мышей.
7. Определить адаптационные реакции на организменном уровне при воздействии неионизирующих ЭМП на животных.
Научная новизна
На основе проведенных экспериментальных исследований впервые определена феноменология адаптационных реакций субклеточного, клеточного и системного уровней при низкоинтенсивном воздействии неионизирующих электромагнитных полей: повышение эффективности репарации ДНК; повышение резистентности стволовых клеток к действию генотоксических факторов; ускорение клеточного цикла; повышение функциональной активности кроветврной, иммунной и нервной систем; повышение радиочувствительности на организменном уровне.
Впервые выявлено, что пространственная поляризационная структура электромагнитного излучения дециметрового диапазона приводит к модификации биологических эффектов ЭМП при воздействии на млекопитающих, и определены закономерности такой модификации: ЭМП РЧ с левой ППС либо не оказывает биологического действия (на уровне кроветворной, репродуктивной систем) либо приводит к стимулирующим эффектам (иммунная система, когнитивная функция ВНД); ЭМП РЧ с правой ППС обладает более выраженным генотоксическим действием, стимулирует адаптационные реакции на уровне кроветворной системы, приводит к снижению иммунологической реактивности, функциональных параметров половых клеток и ухудшению некоторых показателей когнитивной функции; ЭМП РЧ с линейной ППС в целом по выраженности и направленности биологических эффектов занимает промежуточное значение между ЭМП РЧ с левой и правой ППС.
Впервые проведен сравнительный анализ биологических эффектов электромагнитного излучения дециметрового диапазона, магнитного поля, электрического поля, импульсного магнитного поля, факторов, связанных с сильноточными взрывами проводников в конденсированных средах. Направленность выявленных адаптационных реакций была одинаковой для разного типа электромагнитных воздействий. Это позволило предложить гипотезу универсальной реакции клеток на стресс-факторы различной природы низкого уровня воздействия и реализации этих процессов на более высоких уровнях организации биологических систем: взаимодействие ЭМП РЧ низкого уровня с биологическими мишенями в клетке приводит к повышению содержания эндогенных оксидантов, что вызывает повреждение биологически значимых молекул и запускает комплекс адаптационных реакций. Эти реакции могут лежать в основе эффекта свидетеля, нестабильности генома, гормезиса, а также приводить к повышению частоты новообразований.
Теоретическая значимость
В работе получены новые теоретические знания о закономерностях адаптационных реакций на разных уровнях организации биологических систем при воздействии низкого уровня неионизирующих электромагнитных полей, а также описаны закономерности реализации адаптационных механизмов при переходе с более низких на более высокие уровни организации биологических систем.
Полученные знания вносят вклад в развитие теоретических представлений физиологии адаптационных процессов при воздействии естественных и экстремальных факторов и, в частности, адаптации организма человека и животных к действию низкого уровня неионизирующих электромагнитных полей.
Впервые получены знания о модифицирующем влиянии поляризационной пространственной структуры ЭМП РЧ на биологические эффекты электромагнитного излучения дециметрового диапазона.
Результаты работы расширяют представления о механизмах биологического действия неионизирующих электромагнитных факторов низкого уровня воздействия.
Практическая значимость
Результаты исследования могут быть использованы для разработки методов модификации неблагоприятных эффектов ЭМИ со стороны критических систем. На основе выявленных закономерностей биологического действия электромагнитного излучения дециметрового диапазона с различной пространственной поляризационной структурой предложен способ снижения опасности искусственных электромагнитных излучений для биологических объектов, получен патент на такое техническое решение (патент № 2003120767/14).
Выявленные закономерности реакции биологических систем разного уровня организации при воздействии исследуемых электромагнитных факторов могут быть использованы для разработки новых технологий управления биологическими системами. Стимулирующее или угнетающее действие ЭМП РЧ может быть использовано для целей управления внутриклеточными процессами и кинетикой клеточных популяций различных биологических систем в биотехнологических производствах, медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве.
Результаты проведенных исследований могут быть использованы для определения и обоснования допустимых уровней воздействия неионизирующих электромагнитных воздействий на человека.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Электромагнитные факторы (ЭМП РЧ, несущая частота 925 МГц, частотная модуляция 217 Гц, ППМ 1,2-5 мВт/см2, УПМ 0,29 - 8,1 Вт/кг; магнитное поле с напряженностью 0,7 А/м; электрическое поле с напряженностью 300 В/м; импульсное магнитное поле с индукцией 3,7 мкТл в импульсе; факторы, связанные с сильноточными взрывами проводников в конденсированных средах с индуктивностью магнитного поля в импульсе 0,28 мТл) обладают слабым генотоксическим действием.
2. Исследуемые факторы при воздействии на млекопитающих индуцируют в клетках адаптационные реакции, направленные на повышение эффективности репарации ДНК, уменьшение длительности клеточного цикла, повышение радиорезистентности стволовых кроветворных клеток.
3. На системном уровне (кроветворная и иммунная системы) адаптационные реакции молекулярно-клеточного уровня проявляются в увеличении количества ядерных клеток, доли делящихся клеток, митотического индекса, изменении соотношения клеток разной степени зрелости в костном мозге и в увеличении количества лейкоцитов в периферической крови, изменении иммунологической реактивности у животных.
4. На организменном уровне, выявленные адаптационные реакции молекулярно-клеточного и системного уровней, реализуются в повышении радиочувствительности животных.
5. Пространственная поляризация электромагнитных полей радиочастотного диапазона модифицирует биологические эффекты ЭМП РЧ на молекулярно-клеточном, системном и организменном уровнях.
Апробация материалов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодной конференции Европейского общества по радиационной биологии (Монпелье, Франция, 1996), Всероссийской конференции «Реабилитация и санаторно-курортное лечение населения, пострадавшего от техногенных катастроф (ядерных, экологических) в условиях южного Урала» (Челябинск, 1999), Международном симпозиуме «Хроническое радиационное воздействие: возможности биологической индикации» (Челябинск, 2000), Международной конференции «Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды» (Сыктывкар, 2001), Всероссийской научной конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2001, 2004), Всероссийской конференции «Актуальные проблемы теоретической и прикладной биохимии» (Ижевск, 2001), IV Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2004), Международной конференции «Condensed Matter Nuclear Science» (Марсель, Франция, 2004), 4-м Международном семинаре ВОЗ «Биологические эффекты электромагнитных полей» (Китай, 2005), I Международной научно-практической конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2006).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы, содержащего 746 источников. Диссертация изложена на 345 страницах машинописного текста и включает 53 таблицы и 29 рисунков.
|