Экспериментальное изучение биоэффектов тока микрополяризации как следствие использования металлических проводников при облучении головы кролика электромагнитным полем нетепловой интенсивности

• ¹ Введение. В условиях электромагнитного поля (ЭМП) наличие металлических деталей, находящихся в контакте с биологическим объектом, может служить источником повышения падающей энергии или появления тока микрополяризации [1–5]. В связи с этим нередко упоминается, что при разговоре по мобильному телефону следует снимать очки с металлической оправой. Наличие подобной оправы может играть роль вторичного излучателя и привести к увеличению интенсивности ЭМП, падающего на определенные участки головы пользователя, по сравнению со стандартной ситуацией.

Существует несомненная опасность для людей, перенесших операцию по вживлению кардиостимулятора. Изготовители кардиостимуляторов предупреждают о соблюдении следующих требований: разговаривать, держа телефон на расстоянии не менее 15 см от кардиостимулятора, не носить телефон на груди и в нагрудном кармане, прикладывать его к противоположному уху [5]. Некоторые цифровые беспроводные телефоны могут создавать помехи для слуховых аппаратов. Такие опасения высказывались главным образом физиками и практикующими медиками, которые детально представляют физическую и клиническую картину указанных побочных эффектов ЭМП. Экспериментальные исследования соответствующих биологических эффектов ЭМП нетепловой интенсивности практически не отражены в литературе и требуют самостоятельного изучения. Настоящая работа — одна из таких попыток, в которой, не изменяя падающую ППЭ, анализировали биоэлектрическую активность мозга кролика при на-

личии металлических или неметаллических электродов и проводов с различным их расположением и различными целями эксперимента.

Цель: экспериментально оценить возможность влияния металлических электродов и проводов на показатели биоэлектрической активности мозга в результате облучения преимущественно головы кролика электромагнитным полем нетепловой интенсивности.

Материал и методы. Проведено две группы экспериментальных исследований на 50 взрослых кроликах-самцах породы шиншилла. Использовали одно и то же ЭМП: 10 ГГц, непрерывный режим, ППЭ 200мкВт/см², создаваемое высокочастотным генератором сигналов Г4–121 (производство СССР). Во время эксперимента голова кролика находилась в дальней зоне поля антенны, т. е. в области сформированной плоской электромагнитной волны. Интенсивность неискаженного ЭМП контролировалась каждый раз перед началом экспозиции с помощью миллитесламетра ТП2-2У (Россия) и широкополосного измерителя Narda EMR-300 (ФРГ).

Первая группа экспериментальных исследований преследовала цель: выявление различий в показателях ЭЭГ при действии ЭМП единой характеристики, но с металлическими или неметаллическими электродами и проводами. Экспозиция 5 мин, которую предъявляли каждому кролику 10 раз с интервалами 5 ч 15 мин с целью проявления кумуляции эффекта. Проведено три серии (каждая на 10 кроликах): с неметаллическими электродами и проводами; с неметаллическими электродами и металлическими проводами; с металлическими электродами и проводами. Металлические проводники были изготовлены из нихромовой проволоки в заводской лаковой изоляции (за исключением 1–3 мм кончиков, вживлен-

ных в кость, для отведения биопотенциалов). Неметаллические электроды и провода — хлорвиниловые трубки, заполненные физиологическим раствором на основе агар-агара, что нами ранее описано [6]. В каждом случае записывали ЭЭГ от пяти основных областей левого и правого полушарий с расположением индифферентных электродов на соответствующих ушных раковинах. Анализировали наличие ЭЭГ-изменений по визуальным и спектральным характеристикам в период облучения и сразу после него относительно исходного фона. Учитывали только статистически значимые изменения-реакции.

Вторая группа исследований включала 4 серии экспериментов. Ее цель сводилась к попытке купировать состояние экспериментального невроза у кролика путем облучения ЭМП в условиях вживленного электрода-«антенны» в ретикулярное ядро среднего мозга (NRT). Ранее нами разработана модель невроза страха у кролика [7, 8]. Наиболее яркие изменения (корреляты невроза) сводились к усилению и хаотичности диапазонов тета- и бета-2 ЭЭГ. Это соответствовало данным литературы о том, что реакции типа страха, агрессии, ярости и тревоги протекают на фоне резкого повышения эмоционального тонуса [9–12]. Дальнейшие эксперименты сводились к поиску путей нивелирования этой ситуации [13]. В настоящей статье описан один из приемов, который основан на данных литературы о реципрокных отношениях гиппокампа и ретикулярной формации среднего мозга [12], что определило вживление металлического электрода в NRT (p 9–10 mm, sd 3–3,5 mm, h 18 mm). Экспозиция ЭМП 20 мин ежедневно в течение 10 дней. До и после этой процедуры анализировали спектрально корреляционные отношения в содержании тета-диапазонов ЭЭГ коры и гиппокампа, используя вживленные в эти структуры неметаллические проводники. Эту серию с облучением ЭМП сопровождали контроли: ложное воздействие на животных в состоянии физиологической нормы; ложное воздействие при наличии экспериментального невроза; раздражение NRT электрическим током микрополяризации (200 Гц, 5-6В, 0,1 мс по 20 с в день 10 дней).

Содержание и использование животных в экспериментах осуществлялось согласно принципам Европейского сообщества (86/609/EEC) в соответствии с общепринятыми этическими нормами, изложенными в Правилах Европейской конвенции ETS-123 и Правилах лабораторной практики (GLP) Хельсинкской декларации (2000 г.).

При сравнении эффективности воздействий и различных показателей невроза (до и после 10 суток воздействий) использовали параметрические и непараметрические методы статистической оценки (критерий Стьюдента и χ2), применяя компьютерную программу Statistica 10 (Россия). Формат представления данных: средняя арифметическая (М) и ее ошибка (m).

Результаты. Результаты первой группы экспериментов приведены на рисунке, где представлена сравнительная характеристика суммарной биоэлектрической активности мозга (ЭЭГ) кролика в результате облучения ЭМП при наличии металлических или неметаллических электродов. Это сравнение (на рисунке: А, В и С) показывает, что основное влияние оказывают металлические электроды.

На первом фрагменте рисунка (А) приведены данные, полученные при наличии неметаллических проводников (электродов и проводов). В этом слу-

Сравнительная характеристика процента кроликов с реакциями по ЭЭГ-показателю на ЭМП при наличии металлических и неметаллических проводников

П р и меч а н и е : А — неметаллические электроды и провода; В — неметаллические электроды и металлические провода; С — металлические электроды и металлические провода; а, б, с — усиление альфа-активности, усиление тета-активности, судорожная активность соответственно.

чае основная форма реакции сводится к усилению альфа-диапазона ЭЭГ. Это усиление заключалось в статистически значимом увеличении содержания данного диапазона в спектре ЭЭГ, что определяли по параметрическому критерию Стьюдента, сравнивая 5-минутные записи до и в период действия ЭМП. Такие изменения трактуются как ответ на слабый раздражитель — охранительное торможение. Используемые в данном случае повторы 5-минутных облучений не приводят к кумуляции эффектов. Только у отдельных кроликов можно наблюдать переход реакции на более высокий уровень функционирования — ответ на раздражитель средней силы (усиление тета-активности).

Второй фрагмент рисунка (В) отражает результаты серии с наличием неметаллических электродов, но металлических проводов, располагаемых перпендикулярно силовым линиям поля. В этом случае статистически значимых отличий от варианта А нет. Металлические провода, способные усилить падающую энергию ЭМП в условиях данного эксперимента,

Сравнительная характеристика содержания тета-диапазона в спектрах мощности коры и гиппокампа в различных сериях с экспериментальным неврозом

Особенность эксперимента	Время оценки относительно 10 сут. воздействия	CORT, % в спектре	HIP, % в спектре	КК между ЭЭГ CORT и HIP
Контроль 1: ложные воздействия в условиях нормы	До	17,2±0,4	22,8±0,3	0,41±0,2
	После	19,0±0,8	25,2±0,4*	0,38±0,3
Контроль 2: ложные воздействия в условиях экспери-	До	43,7±1,1#	47,5±1,3#	0,81±0,1#
ментального невроза	После	42,9±0,8	48,1±0,9	0,88±0,08
Контроль 3: раздражение электрическим током NRT	До	44,1±0,9	48,7±0,8	0,86±0,06
(5-6 В, 20 с/сут.) на фоне невроза	После	42,4±0,3	45,0±0,5*	0,69±0,05*#
ЭМП, непрерыв. режим при наличии электрода-	До	43,8±0,8	48,2±1,3##	0,85+0,07#
«антенны» в NRT на фоне невроза (20 мин/сут.)	После	20,5±0,1**	22,3±0,7***##	0,42±0,13***##

Примечание:CORT — кора головного мозга (височная область); HIP — гиппокамп; *, **, *** — р<0,05, р<0,01, р<0,001 соответственно по критерию Стьюдента относительно периода «До»; #, ## — р<0,01 по критерию Стьюдента относительно Контроля 1 и Контроля 2 соответственно. Каждая серия выполнена на 5 кроликах.

явно не переводили ее в рамки тепловых значений. При повторе 5-минутных облучений не отмечено кумуляции, скорее — отсутствие прямой зависимости эффекта от ППЭ, что характерно для слабых раздражителей (нетепловых ППЭ). Следует отметить только более раннее появление реакции в виде усиления тета-активности у отдельных животных. В данном случае это не 8-е, а 7-е 5-минутное облучение ЭМП. Резко отличная картина наблюдалась в третьей серии с металлическими электродами и проводами (на рисунке: С). Четко заметна и кумуляция эффектов: переход усиления альфа-активности к повышению индекса тета-диапазона в спектре ЭЭГ и к судорожным проявлениям. Последние отмечали с 6-го 5-минутного облучения у 60% кроликов, что по непараметрическому критерию χ2 статистически значимо (р<0,05) отличало эту серию от двух предыдущих (А и В на рисунке). Следует подчеркнуть, что в данной серии, как и в двух предыдущих, электроды были вживлены в кость над пятью основными областями коры головного мозга в обоих полушариях. Только электроды были металлические, что могло вызвать появление тока микрополяризации одновременно в нескольких точках мозга. Важно отметить, что у этих животных после воздействия (как следствие) имелась длительно сохраняющаяся релаксация.

Результаты следующей группы экспериментов приведены в таблице.

В контрольных сериях с ложным ЭМП практически нет достоверных отличий в показателях, анализируемых до и после сеанса 10-дневных ложных воздействий. Слабое, но достоверное усиление тета-активности у здоровых кроликов не выходит за пределы нормы и может быть связано с их каждодневным участием в эксперименте. Подтверждением этому может служить резкое повышение этой активности при формировании состояния экспериментального невроза. Тем не менее и в данном случае не наблюдалось достоверных различий в контрольной серии с ложным облучением ЭМП в условиях сформированного экспериментального невроза. В первую и вторую неделю наблюдения сохранялось повышенное содержание тета-активности в спектрах коры и гиппокампа.

Реципрокные отношения между ретикулярной формацией среднего мозга и лимбической системой служили основанием для стимуляции NRT с целью снижения возбудимости гиппокампа. Как показано в настоящей работе, раздражение электрическим током NRT (5–6 В, в течение 10 дней, ежедневно по 20 с) снижало содержание тета-диапазона только в гиппокампе, сохраняя его неизменно высоким в коре. При этом уменьшалось и сходство процессов между корой и гиппокампом по показателю коэффициентов корреляций между ЭЭГ этих образований. Однако эти величины не возвращались к норме.

Возвращение к нормальным значениям (только по биоэлектрической активности гиппокампа) наблюдали в серии с ЭМП плюс металлический электрод-«антенна», вживленный в NRT. По всем же остальным показателям (дыхание, ЭМГ, условные двигательные ответы) этого отмечено не было. Какой именно ток микрополяризации возникал в данном случае и как он отличался от описанного электрического тока, можно было судить только по отклику на ЭЭГ. Этот биологический индикатор практически был одним и тем же с некоторым ослаблением в серии с ЭМП.

Обсуждение. При изучении биоэлектрических процессов, происходящих в живом организме, в условиях облучения ЭМП необходимо соблюдение определенной корректности относительно используемых электродов. Хорошо известно, что наличие металлических деталей, находящихся в контакте с биологическим объектом, может служить источником повышения падающей энергии или появления тока микрополяризации [1–5]. Экспериментальное изучение этого вопроса в литературе практически не описано. Наша работа представляет сравнительную оценку изменений в ЭЭГ кроликов при наличии металлических или неметаллических проводников (электродов, проводов). Полученные результаты свидетельствуют о ведущей роли именно электродов, вживленных в кость над различными областями коры головного мозга. Используемое ЭМП-воздействие было настолько мало по своей энергетической и экспозиционной характеристике, что даже расположение металлических проводов (при неметаллических электродах) перпендикулярно силовым линиям поля не приводило к усилению эффекта. Повторение 5-минутных воздействий ЭМП в условиях неметаллических электродов и проводов или неметаллических электродов, но металлических проводов, могло повысить эффект только до раздражителя слабой или средней силы соответственно [14]. Именно электроды обеспечивают контакт с биологической тканью. В месте контакта «металл — биологическая ткань» может возникать ток микрополяризации, который (даже в своем минимальном выражении) способен выступить раздражителем для чувствительной нервной ткани, влияя на ее функциональное состояние. Особенно опасно наличие сразу нескольких металлических электродов, что обычно используют при записи ЭЭГ. В условиях слабого ЭМП-воздействия это может вызвать раздражение током микрополяризации одновременно нескольких точек в мозга, что мы и наблюдали в своих исследованиях. Наиболее вероятной причиной развития судорожной активности (первая группа экспериментов) в серии с металлическими электродами и проводами является раздражение током микрополяризации одновременно по 5 точек в каждом полушарии. Возможность появления тока микрополяризации при действии ЭМП в месте контакта «металл — биологическая ткань» нашло свое подтверждение во второй группе экспериментов с экспериментальным неврозом. Использовали ранее разработанную нами на кролике экспериментальную модель невроза страха [7, 8]. Сравнение влияния электрического тока и ЭМП через металлический электрод, вживленный в NRT, показало однонаправленное положительное влияние с большей эффективностью в случае ЭМП. В этом случае, с одной стороны, мы имели дело с комбинированным воздействием — ЭМП и током микрополяризации. С другой стороны, длительность воздействия увеличена с 20 с до 20 мин; наконец, велика интенсивность изменений после выключения ЭМП. Если при действии электрического тока эффект имеется только в момент его экспозиции, исчезая после выключения, то в случае ЭМП он не только сохраняется после его отмены, но и увеличивается. Это явление неоднократно описано нами [6] и заслуживает внимания при анализе биоэффектов ЭМП нетепловой интенсивности.

Заключение. Представленный материал является экспериментальным обоснованием возможности развития биоэффектов тока микрополяризации при облучении ЭМП нетепловой интенсивности в случае наличия контакта металла с биологической тканью. Особую опасность может представлять увеличение количества таких контактов. Факт развития тока микрополяризации в условиях облучения ЭМП нетепловой интенсивности при наличии контакта металла с биологической тканью в одной (определенной) точке может быть рассмотрен как один из способов коррекции функционального состояния.