Действие миллиметровых волн на клетку и ее компоненты в норме и при алкоголизме

Томск, ГУ НИИ психического здоровья ТНЦ СО РАМН

Р е з ю м е : Проведен анализ влияния электромагнитного излучения миллиметрового диапазона на мембраны возбудимых и невозбудимых клеток, биополимеры сыворотки крови и эритроцитов, на иммунокомпетентные клетки в норме и при алкоголизме. Особое внимание уделено рассмотрению влияния микроволновой резонансной терапии на клинические и биохимические показатели больных алкоголизмом. Ключевые слова : микроволновая резонансная терапия, алкоголизм, биологические эффекты, клеточные мембраны, антиоксидантные ферменты.

IMPACT OF MILLIMETER WAVES ON THE CELL AND ITS COMPONENTS IN NORM AN ALCOHOLISM. E.V. Patyshe-va, V. D. Prokopyeva, N. I. Kisel, N. A. Bokhan. Tomsk, Mental Health Research Institute TSC SB RAMSci. A b s t r a c t е : We have conducted analysis of influence of electromagnetic irradiation of millimeter range on membranes of excitable and non-excitable cells, biopolymers of blood serum and erythrocytes, on immunocompetent cells in norm and alcoholism. Especial attention has been paid to consideration of influence of microwave resonance therapy on clinical and biochemical indices of alcoholics. Key words : microwave resonance therapy, alcoholism, biological effects, cellular membranes, antioxidant enzymes.

Наличие большого количества побочных эффектов при лечении различных заболеваний фармакологическими препаратами, а также развитие резистентности к лекарственным средствам делает необходимым поиск и разработку новых немедикаментозных методов лечения. Одним из таких методов является микроволновая резонансная терапия (МРТ) – лечебный способ воздействия электромагнитным излучением (ЭМИ) миллиметрового диапазона (мм-диапазона, 1—10 мм) крайне высокой частоты (30—300 ГГц) низкой интенсивности (менее 10 мВт/см²) [14]. Электромагнитные волны мм-диапазона (мм-волны) успешно применяются в различных областях медицины для лечения разнообразных заболеваний, в том числе и в наркологии для купирования алкогольного абстинентного синдрома (ААС) [3].

МРТ позволяет добиться сокращения сроков лечения и повышения терапевтической эффективности в случае с ААС от 75 до 95 % при моно-МРТ. Системное терапевтическое воздействие крайневысокочастотного излучения нетепловой интенсивности на клинические проявления алко- голизма складывается из ряда эффектов: вегето-стабилизирующего (преимущественно симпатоли-тического), нормотимолептического (седативного, антидепрессивного), аналгетического (включая алкогольсопряженные триггерные зоны нейромиофиброза), гипотензивного (при вазоконстрикторном механизме артериальной гипертензии), адаптогенно-стимулирующего (при астенических расстройствах), миорелаксационного и трофического [3, 5, 29].

В дополнительных исследованиях было выявлено, что максимальная эффективность микроволновой терапии патологического влечения к алкоголю достигается при купировании его дис-сомнических и вегетативных проявлений (98,9 и 90,6 %). Среди аффективных нарушений редукция тревожно-субдепрессивных расстройств при МРТ имеет место у 67,6 % больных [5].

Положительные клинические эффекты МРТ показывают перспективность данного метода лечения. В этой связи необходимо понимание механизма действия мм-волн на клетку. В настоящее время ведется поиск конкретных мишеней влияния мм-волн на биологические объекты.

Основным органом непосредственного воздействия мм-волн является кожа, так как глубина проникновения данного вида волн в ткань составляет лишь 300—500 мкм [22].

О. В. Бецкий и Н. Н. Лебедева в 2001 г. выдвинули предположение, что основными мишенями при воздействии мм-волн на биологические объекты являются рецепторные структуры кожи [2]. Они полагали, что при воздействии мм-излучения на рецепторы происходит увеличение гидратации белковых молекул, вследствие чего повышается активность рецепторных структур. Основанием для такого утверждения явились эксперименты Ю. И. Хургина, в которых в качестве катализатора биохимических реакций использовался химотрипсин. Каталитические возможности химотрипсина можно было регулировать, изменяя число гидратации. При уменьшении числа гидратации выход продуктов реакции уменьшался. При облучении реакционного объёма пробы мм-волнами выход продуктов реакции повышался, что могло произойти только за счёт увеличения гидратации химотрипсина, обусловливающей повышенную ферментативную активность белка. На основании многократно воспроизводимых тестов был сделан вывод о том, что мм-волны могут увеличивать гидратацию белковых молекул.

Позже В. Н. Крылов и др. (2003) в экспериментах на крысах показали, что мм-волны не влияют на рецепторные структуры кожи, в частности на механорецепторы нервных окончаний, находящихся в эпидермисе. Ими была исследована афферентная импульсная активность спинного бокового кожного нерва от рецепторов кожи животных при воздействии на нее низкоинтенсивного мм-облучения. Установлено, что 5—30-минутное МРТ-воздействие не изменяет фоновую афферентную активность в Аβ-волокнах и в А β - и А δ -волокнах при тактильном раздражении [16].

Существует предположение, что эффекты миллиметровых волн могут развиваться за счет активации иммунокомпетентных клеток кожи [10, 23, 32, 33]. Одними из иммунологически значимых клеток кожи являются тучные клетки. В отечественных экспериментальных исследованиях показано, что воздействие ЭМИ миллиметрового диапазона на кожу крыс сопровождается дегрануляцией тучных клеток и достоверным уменьшением в них числа секреторных гранул [9]. Высказывалось мнение, что данная реакция является следствием цепи процессов, запускаемых излучением в коже, а не результатом его прямого действия на тучные клетки, так как в условиях in vitro не удалось повторить данного эффекта [6]. С другой стороны, в публикациях зарубежных авторов была показана способность базальных кератиноцитов (клеток кожи, также относящихся к иммунокомпетентным) активироваться при воздействии мм-волн in vitro [30, 32]. Накоплены экспериментальные данные, подтверждающие способность мм-волн активировать NK-клетки [27] и CD4+-клетки [28]. Однако единого механизма, объясняющего вышеперечисленные эффекты, не предложено до сих пор.

Есть основания предполагать, что одним из своеобразных «детекторов» излучения в живой клетке являются биологические мембраны [7, 17, 25, 26]. Биологические мембраны имеют универсальное значение в функционировании клеток различного типа благодаря наличию в них специализированных белков-рецепторов, способности регулировать энергетические и биохимические процессы. Еще в 1968 г. Г. Фрёлих высказал предположение о возможности когерентного возбуждения плазматических мембран клеток или ее отдельных участков в диапазоне частот 1011—1012Гц, что соответствует мм-волнам 3·1010—3·1011Гц [26]. В дальнейшем была высказана идея о том, что здоровая клетка имеет собственные акусто-электрические колебания в плазматической мембране. При каких-либо нарушениях в процессах жизнедеятельности клетки эти колебания затухают, а роль внешнего мм-излучения (например, от аппарата) сводится к синхронизации либо регенеративному усилению угасающих колебаний [7].

Литературные данные по воздействию ЭМИ непосредственно на мембраны включают исследования как возбудимых, так и невозбудимых клеток. В работе Д. Г. Мудрика и др. было показано снижение величины мембранного потенциала нервных клеток изолированных ганглиев моллюска Planorbis corneus в результате действия ЭМИ [17]. Явление деполяризации мембраны под действием излучения связывалось с изменением мембранной проницаемости для ионов, ответственных за генерацию мембранного потенциала.

В то же время S. L Arber и J. C. Lin отмечали гиперполяризацию мембраны возбудимых клеток при облучении миллиметровыми волнами [25]. Этот эффект авторы объясняли изменением пассивной проницаемости мембран для ионов и изменением активности Na-насоса.

Большое количество работ по изучению действия ЭМИ мм-диапазона на мембранные системы посвящено исследованию проницаемости мембран невозбудимых клеток (эритроцитов, лимфоцитов). В работе [15] показано увеличение осмотической устойчивости мембран эритроцитов под действием мм-волн. Обнаружено уменьшение проницаемости мембран для ионов калия на 30— 40 % по сравнению с необлученными образцами [11]. В других работах наблюдалось, наоборот, увеличение калиевой проницаемости мембран эритроцитов [1, 24]. При этом увеличение калиевой проницаемости сопровождалось увеличением внутриклеточной концентрации Ca2+ в эритроцитах и нервных клетках морского моллюска Aplysia и виноградной улитки [24]. В другой работе [12], выполненной на клетках водоросли Nitellopsis obtuse (Characeae), при воздействии ЭМИ мм-диапазона с частотами 38—78 ГГц обнаружено частотно-зависимое изменение ионного тока через Ca2+-активируемые хлорные каналы. Позже в работе [31] с помощью FITC-меченного аннексина V методом проточной цитофлуорометрии было выявлено, что под действием мм-волн в липидном бислое происходит перераспределение молекул фосфатидилсерина.

Обобщая результаты исследований влияния мм-волн на клеточные мембраны, можно сделать вывод, что при облучении мембран наблюдаются как функциональные, так и структурные изменения. Однако вопрос о конкретных физикохимических механизмах рецепции миллиметрового излучения на мембране и последующей передаче возбуждения к внутриклеточным структурам требует дальнейших исследований.

Некоторые исследователи предполагают, что мм-волны способны влиять на активность биополимеров за счет изменения их конформации [2, 13, 21]. Исследования оптических спектров поглощения гемоглобина после облучения мм-волнами показали изменение спектра поглощения в области 630 нм, что свидетельствовало о частичном окислении железа. Наблюдалось ускорение перехода оксигемоглобина в метгемоглобин под действием ЭМИ мм-диапазона [8]. Излучение оказывало резонансное действие на молекулы гемоглобина, проявляющееся в изменениях мессбауэровского спектра, ширина резонансных полос эффекта при комнатной температуре составляла всего 3 МГц. На основе анализа изменений в мессбауэровских спектрах авторы сделали вывод о том, что при мм-облучении молекулы гемоглобина переходят в новые конформационные состояния, отличающиеся распределением заряда электронов и градиентом электрического поля на ядре железа; при этом на резонансных частотах перестраивается третичная структура в глобиновой части молекулы, изменяются ее динамические свойства. Эти выводы хорошо согласуются с результатами, полученными нами при проведении МРТ больным алкоголизмом. Было обнаружено, что облучение пациентов в точке АТ55 электромагнитным излучением нетепловой интенсивности мощностью менее 3 мВт/см2 в диапазоне частот 59—61 ГГц, что соответствует 5,1—4,7 мм, в режиме сканирования (повторяющиеся циклы нарастания частоты со скоростью 40 МГц/с) способствует эффективному снижению содержания гликозилированного гемоглобина и содержания карбонильных групп в гемолизате [20].

Свободнорадикальные окислительные процессы также рассматриваются в качестве вероятной мишени действия микроволн. В работе [18] авторы провели эксперимент по сравнению действия электромагнитного облучения низкой и высокой интенсивности на окислительный статус тканей мозга крыс. При облучении животных с высокой интенсивностью (15 мВт/кг) в тканях мозга увеличивалось содержание конечного продукта перекисного окисления липидов (ПОЛ) малонового диальдегида (МДА), а также наблюдалось падение активности глутатионредуктазы – важнейшего фермента антиоксидантной защиты. Облучение животных электромагнитным излучением с низкой интенсивностью (5 мВт/кг), наоборот, приводило к значительному ослаблению процессов ПОЛ (наблюдалось снижение концентрации МДА), увеличению активности глутатионредуктазы в исследуемых тканях. Приведенные данные свидетельствуют о значительном угнетении свободнорадикальных процессов в тканях мозга именно при использовании облучения с низкой интенсивностью, к которым и относится МРТ.

И. Е. Оранский и др. в своей работе [19] предприняли попытку в условиях эксперимента (модель хронического панкреатита) проследить динамику ПОЛ в сыворотке крови при воздействии на крыс волн миллиметрового, сантиметрового и дециметрового диапазонов. В результате было выявлено, что именно миллиметровые волны нормализуют показатели антиоксидантной системы и содержание продуктов ПОЛ в сыворотке крови при облучении животных, больных хроническим панкреатитом. Облучение другими видами волн не приводило к такому результату.

Исследование влияния мм-волн на различные биохимические показатели крови больных алкоголизмом выявило стресспротективный эффект данного вида волн, что отражалось в снижении концентрации кортизола в сыворотке [4]. Также было выявлено модулирующее действие на показатели клеточного иммунитета [10]. Известно, что у больных алкоголизмом наблюдается значительная супрессия иммунной системы, что может доходить в крайней форме до иммунодефицита. Воздействие миллиметровых волн, в виде МРТ, на больных алкоголизмом приводило к повышению содержания Т-лимфоцитов, NK-клеток в крови пациентов, нормализации гуморального звена иммунитета [10]. При исследовании показателей ПОЛ в крови больных алкоголизмом в состоянии абстиненции было выявлено снижение содержания МДА в сыворотке и в эритроцитах, улучшение общих антиоксидантных свойств сыворотки крови [4].

Как видно из вышесказанного, в настоящее время рассматриваются различные возможные механизмы действия миллиметровых волн на клетку и ее компоненты как в норме, так и при патологиях, в частности при алкоголизме. Все они не исключают друг друга. Однако очевидно, что проблема поиска молекулярных мишеней и выяснения клеточных механизмов влияния мм-волн на биологические объекты остается актуальной и требует дальнейшего исследования.