Влияние магнитного поля промышленной частоты как экологического фактора, изменяющего концентрацию малонового диальдегида и оксида азота в крови человека

Широкое применение источников электромагнитного излучения, как в быту, так и на производстве, делает очень актуальными исследования влияний магнитных полей на организм человека. Многочисленные, но противоречивые и разрозненные данные о биологическом действии магнитных полей не только не проясняют, но и делают более сложной объективную оценку их влияния на живые организмы.

Целью данного исследования является изучение действия магнитных полей с частотой 66 кГц на концентрацию малонового диальдегида и оксида азота в крови человека.

Задачи исследования:

• 1.    Определить изменение продукции малонового диальдегида при воздействии магнитного поля в течение 15, 30, 60 мин.

• 2.    Определить изменение продукции оксида азота при воздействии магнитного поля в течение 15, 30, 60 мин.

Методы исследования . В работе использовалась кровь добровольцев, взятая непосредственно перед экспериментом, стабилизированная гепарином. Содержание малонового диальдегида определяли в реакции с тиобарбитуровой кислотой, включающей в себя инкубацию с тиобарбитуровой кислотой исследуемой пробы, экстракцию продуктов реакции бутанолом и спектрофотометрическое измерение их содержания [3]. Для исследования содержания NO в крови применяли метод определения суммарной концентрации нитратов и нитритов в воде и биологических жидкостях [1]. В качестве субстрата использовали центрифугированную в течение 15 мин при 8000 об/мин кровь исследуемых пациентов. Метод основан на способности омедненного кадмия восстанавливать нитрат-ионы до нитрит-ионов с последующим определением концентрации нитрит-ионов с помощью реактива Грисса (1% сульфаниламид, 0,1% N-(1-нафтил)-этилендиамин, 2,5% Н 2 РО 4 ). В качестве источника промышленных магнитных полей использована установка высокочастотная для индукционного нагрева на базе генератора высокочастотного транзисторного ВГТ5-25/66 со следующими характеристиками: частота колебаний магнитного поля 66 кГц, напряженность магнитного поля в непосредственной близости к установке 500 А/м. Статистическая обработка результатов проведена с использованием пакета программ Statistica 6.

Результаты исследования . При действии магнитного поля с данными параметрами выявлено достоверное увеличение продукции малонового диальдегида, отражающее выраженность окислительного стресса (табл.1).

Таблица 1

Изменение продукции МДА в крови при действии магнитных полей с частотой 66 кГц, Ме (25–75%)

Достоверность отличий от контроля ** – Р<0,01; n – объем выборки.

При этом воздействие магнитных полей в течение 30 мин приводило к увеличению продукции малонового диальдегида в 2,7 раза. Воздействие же магнитных полей в течение 60 мин приводило к увеличению продукции малонового диальдегида в 2,8 раз.

Действие магнитного поля с данными параметрами приводило к достоверному увеличению концентрации оксида азота (табл. 2).

Таблица 2

Изменение концентрации NO в крови при действии магнитных полей с частотой 66 кГц, Ме (25–75%)

При этом воздействие магнитных полей в течение 30 мин приводило к увеличению продукции оксида азота в 1,6 раз. Воздействие же магнитных полей в течение 60 мин приводило к увеличению продукции оксида азота в два раза.

До последнего времени патогенез окислительного повреждения клеток рассматривался преимущественно с позиций мембрано- и генотоксичности свободных радикалов (перекисное окисление липидов и нарушение структуры ДНК), к повышению продукции которых может привести воздействие магнитных полей с используемыми параметрами. Регуляция содержания перекисей и свободных радикалов тканей обеспечивается различными ферментными системами и природными антиоксидантами. На стадии инициирования регуляция ПОЛ в клетке осуществляется посредством генерации супероксидных радикалов, влияния на активность СОД и каталазы, а также на уровень свободного железа. На стадии продолжения цепи изменяется уровень кислорода, микровязкости и содержания полиненасыщенных жирных кислот. На этапе разветвления цепи контроль за уровнем ПОЛ осуществляется за счет влияния на количество свободного железа, активность глутатионпероксидазы и уровень свободных тиолов. На стадии обрыва цепи возникают липофильные антиоксиданты и наблюдаются высокие концентрации свободного железа [2].

Кроме того, важнейшим индикатором окислительно-восстановительного гомеостаза клетки является структурное и функциональное состояние клеточных белков, в том числе их термодинамическая и операционная стабильность. Большинство меж- и внутримолекулярных взаимодействий (связывание ионов, субстратов, кофакторов, лигандов, межбелковые и белок-липидные взаимодействия, конъюгация с углеводами, формирование всех видов связи и гидрофобные взаимодействия) напрямую зависят от редокс-статуса среды. В основе денатурационно-ренатурационных превращений и субстрат-ферментных взаимодействий лежит прежде всего тиол-дисульфидный обмен [2, 3]. Реакционная способность цистеиновых остатков белков зависит от присутствия окружающих их ароматических или электростатически заряженных молекул (преимущественно гистидина), а также общего редокс-потенциала системы - при преобладании окислительных валентностей формирование дисульфидных связей облегчено. Редокс-центры белковых молекул в физиологических условиях удалены от поверхности, поэтому белки могут рассматриваться в качестве своеобразного органического матрикса, движение электронов в котором осуществляется благодаря «скачкам» из одного центра в другой или по ковалентным и водородным связям. При этом дисульфидные анионы выступают в роли центров переноса электронов. Формирование дисульфидных связей, катализируемое протеиндисуль-фидизомеразой, обусловливает самоорганизацию белков клетки, помимо изомеризации по пролину и ассоциации полипептидных цепей. При этом дисульфидные связи стабилизируют исходное состояние, но не определяют пространственную перестройку белковой молекулы [2]. Промежуточным на пути приобретения стабильной конформации при де- и ренатурационных процессах, сопровождающихся восстановлением дисульфидных связей, является этап формирования «расплавленной глобулы», имеющей объем, превышающий окончательный на 5–15%, со сниженной степенью ригидности вторичной и третичной структур [2, 4]. Такие структуры способны, будучи локализованными против гидрофобной поверхности, приобретать четвертичную структуру, соответствующую исходной [2,5].

При окислительном стрессе денатурация белковых молекул клетки приводит к уменьшению периода их функционирования в результате повышения чувствительности к протеолитическим реакциям и процессам посттрансляционной модификации (фосфорилированию и рибозилированию); поддержание же частично денатурированных полипептидов в форме «расплавленной глобулы» является обязательным событием при синтезе новых пептидных цепей и их транспорте через клеточные мембраны, что создает основу эффективной регуляции метаболизма через альтерацию редокс-буферных компонентов клетки [2].

Известно, что окислительное повреждение мембран клеток (плазматической, лизосомальной, митохондриальной, ядерной) возникает вследствие окисления полиненасыщенных жирных кислот фосфолипидов, активации и деградации липидных радикалов, реорганизации двойных связей и деструкции липидов. Вследствие появления гидрофильной гидроперекисной группировки в полиненасыщенной жирной кислоте нарушается гидрофобность бислоя, диальдегиды выступают в роли поперечносшивающих бифункциональных реагентов, снижается молекулярная подвижность фосфолипидов, нарушаются липид-белковые взаимодействия, устраняется трансбислойная асимметрия липидов [2,5]. Сопутствующим процессом является деструктурирование мембранных белков – рецепторов, ферментов, ионных каналов, выступающих в роли окисляемых субстратов, особенно при наличии тиоловых групп. Последние, будучи окисленными, образуют высокомолекулярные белковые агрегаты, и, таким образом, ответственны за пермеабилизацию мембран внутриклеточных органелл, в том числе митохондрий. В митохондриях протекание такого рода процессов непосредственно сопряжено с формированием свободных радикалов в дыхательной цепи, а также со связыванием ионов кальция с белками, облегчающим их окислительное повреждение. Модуляция тиолдисульфидного обмена в белках митохондриальных мембран лежит в основе повышения их ионной проницаемости [2,4].

Следовательно, воздействие магнитного поля с используемыми параметрами индуцирует развитие окислительного стресса, что является результатом целого ряда взаимосвязанных процессов и реакций.