Электромагнитная биостимуляция эмбрионов рыбок и яиц кур

Электромагнитная терапия, являясь неинвазивной процедурой, или, точнее, воздействием электромагнитного поля (ЭМП), нашла широкое применение в медицинской практике, особенно в форме импульсной электромагнитной терапии (ИЭМТ), начиная с XIX века, после фундаментальных открытий Майкла Фарадея и Джеймса Клерка Максвелла [1]. В начале XX века Александр Попов и Никола Тесла применяли устройства, генерирующие ЭМП в радиочастотном диапазоне, в терапевтических целях.

На сегодняшний день ИЭМТ активно используется в различных областях медицины, включая репродуктивные технологии [2]. Исследования [3] показывают, что ИЭМП инициируют движение ионов через клеточную мембрану и восстанавливают уровни Са2+-АТФазы плазматической мембраны, что способствует восстановлению внутриклеточной активности. В контексте репродуктивных технологий импульсные электромагнитные поля (ИЭМП) индуцируют митохондриальный гормезис в миогенезе, обеспечивая адаптацию к условиям выживания; ключевым механизмом при этом выступает активация секретомов (сигнальных и защитных белков), модулирующих реакции дифференцированных тканей [4]. Согласно литературным данным, воздействие ЭМИ стимулирует иммунный ответ у магниточувстви- тельных видов, включая карпов и кур [5]. В отношении ихтиофауны установлено, что ЭМИ 50 Гц мощностью 1 мТл вызывают генотоксические и цитотоксические эффекты у радужной форели [6], тогда как статические поля не влияют на раннее развитие эмбрионов Danio rerio [7], а импульсные воздействия изменяют липидный профиль икры новозеландского макру-ронуса [8]. Дополнительно показано, что ЭМИ модулируют окислительные процессы в мышцах белого амура [9], стимулируют регенерацию костной ткани на модели рыбьей чешуи [10], однако у эмбрионов пикши вызывают побочные эффекты в виде тахикардии и снижения массы желточного мешка [11].

Для птичьих эмбрионов экспериментально подтверждено, что ЭМИ повышают выживаемость гипоксичных эмбрионов кур [12], но не оказывают значимого влияния на общее развитие при воздействии полей от Wi-Fi и телефонии [13]. Российские исследования выявили морфологические изменения во внутренних органах бройлеров под действием ЭМИ [14], а также зафиксировали рост продуктивных показателей и коррекцию метаболизма [15]. В то же время кратковременное еженедельное облучение усиливает развитие окислительного мышечного фенотипа у куриных эмбрионов [16]. Таким образом, совокупность данных свидетельствует о разнонаправленности эффектов ЭМИ в зависимости от вида, режима экспозиции и оцениваемого параметра.

Целью данного исследования являлось изучение воздействия слабых широкополосных импульсных электромагнитных полей (ЭМИ)

на эмбриогенез позвоночных для определения биостимулирующего эффекта.

Условия, материалы и методы. Исследование по влиянию дистанционного неионизирующего нетеплового слабого электромагнитного излучения (ЭМИ) на процессы эмбрионального развития проводили на модельном объекте Danio rerio (рыбки Данио Рерио). Облучение производили аппаратом неинвазивной электромагнитной терапии «TOР» по ВЕМП.632624.001ТУР, зарегистрирован как медицинское изделие за номером № РЗН 2021/00396 в Росздравнадзоре Минздрава РФ 23 сентября 2021 года [17]. Частота импульсов составляла 100-150 Гц. Каждый волновой пакет с крутыми прямоугольными фронтами содержал частотные моды, кратные 25 кГц. Рабочая мощность прибора не превышала 80 Ватт. Эмбрионы Данио Рерио отбирали из стандартного 200-литрового аквариума после естественного размножения и помещали в чашки Петри диаметром 10 см при температуре 25 °C. Каждая экспериментальная группа содержала 50 зародышей одной стадии развития. Контролем служила аналогичная группа, не подвергавшаяся никакому воздействию. Стадии развития определяли по таблицам нормального эмбрионального развития Данио Рерио [18]. Для облучения использовали стадии эмбрионального развития: средней и поздней бластулы (стадии 7-9), стадии обрастания (стадии 13-17), стадии накануне вылупления (стадии 31-33). Чашки Петри с экспериментальными эмбрионами располагали горизонтально в той же плоскости что и облучатель на расстоянии 1 метра. После ЭМИ-обработки визуальный контроль функционального состояния эмбрионов в каждой группе проводили ежедневно в течение 6 дней. Анализировали темпы развития, выживаемость и количество аномальных зародышей. Все эксперименты были проведены с 10-кратным повторением на 13240 эмбрионах. Время облучения в разных экспериментальных группах эмбрионов составляло: 5 мин, 7 мин, 10 мин, 30

мин, 120 мин и 1260 минут. После облучения эмбрионы экспериментальных и контрольной группы содержали в одних и тех же условиях при световом режиме 12 часов день + 12 часов ночь и температуре 25 C.

В рамках исследований, проведенных на инкубационном яйце кур кросса Росс-308, были сформированы четыре группы по 88 яиц (контроль и три опытных). Биологический контроль для всех групп яиц проводили в три этапа: до начала инкубации, в процессе инкубации и после окончания инкубации.

Изначально перед закладкой яиц в инкубатор проводили визуальную оценку яиц по внешнему виду для определения непригодных к инкубации яиц. При оценке яиц по внешнему виду (вся партия) и при просвечивании на овоскопе учитывали: состояние скорлупы, размеры и положение воздушной камеры, наличие трещин (насечка, бой) в скорлупе и различного рода включений в яйцах. Перед началом процесса инкубации яйца были прогреты до температуры 24-26 C и заложены в инкубатор.

В ходе эксперимента воздействие на инкубационные яйца кур опытных групп осуществляли с использованием аппарата «ТОР». Перед загрузкой в инкубатор яйца экспериментальных групп подвергали воздействию ЭМИ в течение 12 минут (табл. 1). На 6-е сутки инкубации обработку проводили в течение 3 минут в экспериментальных группах 2 и 3. На 9-е сутки инкубации обработку проводили в течение 1,5 минут в экспериментальной группе 2. На 11-е сутки инкубации обрабатывали яйца 3 экспериментальной группы в течение 3 минут. Заключительный этап обработки был на 18-е сутки, в течение которого яйца экспериментальных групп 2 и 3 обрабатывали в течение 1,5 минут. Среднее расстояние от устройства «ТОР» до лотков с яйцами составляло 5 метров. Чтобы свести к минимуму «перекрестные помехи ЭМП», яйца контрольной группы (группа №4) инкубировали на значительном расстоянии от экспериментальных групп.

Таблица 1 Схема опыта обработки яиц кур кросса «Росс 308» в опытных группах

Инкубация	Группа
	Опыт №1	Опыт №2	Опыт №3
Перед закладкой в инкубатор	+ (12 минут)	+ (12 минут)	+ (12 минут)
6-е сутки	-	+ (3 минуты)	+ (3 минуты)
9-е сутки	-	+ (1,5 минуты)	-
11-е сутки	-	-	+ (3 минуты)
18-е сутки	-	+ (1,5 минуты)	+ (1,5 минуты)

В конце инкубационного периода анализировали следующие параметры: выводимость, количество здоровых цыплят, средний вес суточных цыплят и летальность.

Для статистической обработки результатов использовали компьютерную программу Microsoft Excel. Достоверность результатов опре- деляли с помощью t-критерия Стьюдента. Различия считались статистически значимыми при р <0,05.

Результаты и обсуждение. На рисунке 1A, Б, В, Г показаны результаты развития рыбок Danio rerio при воздействии ЭМИ. Из полученных данных (рис.1А), видно, что в тече- ние периода средней и поздней бластулы (стадии 7-9) при продолжительности воздействия 5 минут наблюдается статистически значимое (р≤0,05) снижение частоты аномалий.

На стадии эпибиоза (стадии 13-17) наблюдали значительное снижение смертности эмбрионов (рис. 1Б) в различные периоды времени воздействия ЭМИ.

А

10       30       120      1260

Время воздействия, мин

И Контроль

■ Опыт

В

Г

Рисунок 1 — (А) количество аномальных эмбрионов при воздействии ЭМИ на стадиях 7-9 ; (Б) летальность при воздействии ЭМИ на стадиях 13-17; (В) летальность при воздействии ЭМИ на стадиях 31-33; (Г) количество аномальных эмбрионов при воздействии ЭМИ на стадиях 31-33.

В период, предшествующий вылуплению (стадии 31-33), смертность эмбрионов регистрировали исключительно в контрольной группе через 1260 минут.

Следует отметить, что после обработки икры рыбок Danio rerio ЭМИ в течение 1260 мин точный анализ не показал присутствия плесневых грибков группы Saprolegniales (Saprolegnia parasitica, S. mixta, S. ferax, S. monica, Achlya flagellata, Aphanomyces, Dictyuchus, Leptolegnia), вызывающих дерматомикоз рыб, в аквариумной воде к 6-му дню исследования.

Данные представлены на рисунке 2 демонстрируют «окно возможностей» для выведения самых здоровых и максимально многочисленных потомков рыбок Danio rerio. Воздействие ЭМИ на протяжении 3-10 мин соответствует выводам [19] о том, что кратковременное воздействие (10 мин) является наиболее комфортной дозой для пролиферации клеток.

Рисунок 2— Выживаемость нормальных эмбрионов рыбок Danio rerio

S -88 -

и 86 -

Рисунок 3—Результаты инкубации яиц кур кросса «Росс-308» под воздействием ЭМИ: А - Выводимость, %; Б - количество здоровых цыплят, %; В - масса суточных цыплят, г; Г - «задохлики», %.

Примечание: * - статистически значимый результат, p<0,05

Показано, что процент выводимости здорового молодняка был самый высокий у цыплят в опытной №1 группе, где на 9,2% данный показатель был выше, чем в контроле. В опытных 2 и 3 группах выводимость была незначительно выше в обеих группах на 3,6% в сравнении с контрольной группой (рис. 3А). Некондиционных цыплят - слабых и калек не было в опытных 1 и 3 группах. Самое большое количество (9 шт.) было в контрольной группе. Обработка ЭМИ способствовала увеличению числа здоровых цыплят во всех опытных группах на 7,6%, 3,0% и 3,0% соответственно-при этом данные группы 1 являются статистически значимыми (p<0,05) (рис. 3Б), повышению среднего веса суточных цыплят в опытных группах на 11,1%, 10,6% и 9,2%, при этом данные группы 1 и 2 являются статистически значимыми (p<0,05) (рис. 3В).

В контрольной группе было зафиксировано самое большое количество задохликов (рис. 3Г), тогда как в опытной 1 и 3 группах эти показатели оказались нулевыми. Эти результаты подтверждают перспективность дальнейших исследований в данной области, направленных на разработку инновационных технологий, повышающих эффективность и экономическую рентабельность инкубационных процессов.

Обсуждение. Экспериментальный материал по воздействию низко интенсивных электромагнитных полей на живые объекты, сви- детельствует о том, что механизмы такого взаимодействия, как с отдельной живой клеткой, так и с многоклеточным организмом, затрагивают фундаментальные аспекты их жизнедеятельности. Икра рыб и яйца кур представляют собой уникальные примеры начальной стадии биологической жизни, которые иллюстрируют феноменальные способности природы к репродукции и развитию. В процессе их эмбриогенеза проявляются фундаментальные законы природы, включая необходимость соблюдения специфических условий окружающей среды и высокую степень уязвимости на ранних этапах онтогенеза.

Одним из признанных международных лабораторных модельных объектов для проведения исследований по различным аспектам биологии и медицины является аквариумная рыбка Danio rerio. Её икринки обладают высокой прозрачностью, минимальным разбросом размеров и оптических характеристик внутри одного помёта, генетической стабильностью и не прилипают к субстрату, что позволяет осуществлять с ними разнообразные манипуляции и проводить визуальные наблюдения за развитием эмбриона. Известно, что наиболее чувствительным периодом к внешним воздействиям является этап раннего развития рыб [20].

При этом яйцо птицы также является одной из тех биологических сред, где магнитное воздействие вызывает значительные сдвиги, как в эмбриональный, так и в постэмбриональный период развития [21].

Показано, что комплексная обработка яиц мясных кур как перед закладкой на инкубацию, так и в процессе инкубации квазимоно-хроматическим и лазерным облучением с экспозицией 5 и 3 мин приводит к повышению эмбриональной и постэмбриональной жизнеспособности, увеличению вывода молодняка птицы на 1,5–7,1%, что положительно коррелируется с показателями естественной резистентности [22]. Эти данные согласуются с результатами исследований [23], в которых была получена высокая выводимость, уменьшение количества слабых цыплят и увеличение массы суточных цыплят. По-видимому, ЭМИ оказывает влияние на процессы эмбрионального развития, стимулируя пролиферацию и дифференцировку клеток -предшественников мышечных волокон, таких как миобласты и миосателлитоциты. Это, в свою очередь, приводит к увеличению синтеза миофибриллярных белков и формированию новых миофибрилл, что способствует росту скелетной мускулатуры. В результате данные процессы положительно сказываются на мясной продуктивности цыплят. Снижение продуктивности сельскохозяйственной птицы обусловлено комплексом факторов: возрастными изменениями родительского стада, ухудшением качества инкубационных яиц и замедлением эмбриогенеза. В этой связи обработка яиц электромаг- нитным излучением (ЭМИ) рассматривается как потенциальный инструмент коррекции эмбрионального развития.

В аквакультуре внедрение технологических приёмов, направленных на увеличение выхода молоди и повышение её выживаемости, часто сопровождается отсроченными негативными последствиями для постэмбрионального развития гидробионтов [24]. Полученные результаты демонстрируют, что ЭМИ-обработка икры осетровых радиочастотным диапазоном не только повышает репродуктивный потенциал, но и согласуется с данными настоящего исследования: у Danio rerio зафиксировано снижение эмбриональной смертности и увеличение доли здоровых особей при дистанционном нетепловом облучении.

Выводы.

• 1.    Применение слабого импульсного ЭМИ в инкубации куриных яиц и икры Danio rerio обеспечивает однонаправленный биостимулирующий эффект, выражающийся в снижении эмбриональной гибели, повышении выводимости и увеличении выхода жизнеспособного потомства.

• 2.    Наиболее выраженное действие ЭМИ наблюдается при экспозиции около 10 минут.

• 3.    Полученные данные обосновывают целесообразность дальнейшей разработки ЭМИ-технологий как средства повышения продуктивности в птицеводстве аквакультуре.