В настоящее время среди факторов электромагнитной природы, оказывающих влияние на физиологические функции, большой научный интерес представляет электромагнитное излучение крайне высоких частот (ЭМИ КВЧ) и низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ). Эти физические факторы нашли широкое применение в клинической медицине [2, 9, 10]. Установлено, что применение ЭМИ КВЧ оказывает выраженное противовоспалительное действие, которое проявляется в уменьшении экссудативного отека, стимуляции фагоцитарной активности, ингибировании образования активных форм кислорода и др. [1, 10]. В литературе имеются сведения о том, что ЭМИ КВЧ вызывает изменения энергетики клеток и активности ферментных систем, что позволяет предположить возможность моделирования основного обмена данным физическим фактором [4].
При использовании НИЛИ наиболее часто проявляются следующие лечебные эффекты: противовоспалительный, обезболивающий, регенераторный, противоотечный, бактерицидный, иммунокорригирующий и др. [5, 7, 9]. Лазерное излучение запускает цепь различных биохимических и физиологических изменений в организме, способствует улучшению микроциркуляции крови [6—8]. Вместе с тем влияние НИЛИ на биологические процессы, в частности на температурные реакции и основной обмен организма, остаются до сих пор слабоизученными, а механизмы действия НИЛИ обсуждаются в литературе на уровне гипотез.
В связи со сказанным выше целью настоящего исследования явилось изучение влияния ЭМИ КВЧ и НИЛИ различных параметров на глубокую и кожную температуру, а также потребление кислорода, выделение углекислого газа и теплопродукцию у крыс.
Эксперименты проведены на 150 крысах-самцах.
Измерение глубокой и кожной температуры тела экспериментальных животных проводилось с помощью программно-аппаратного комплекса Pico (Великобритания). Все животные предварительно были приучены к нахождению в течение длительного времени в специальных боксах. В ходе опытов животных помещали в камеру термостата, где поддерживались условия термонейтральности для крыс (температура воздуха 29,5 °С) [12, 14]. Для измерения глубокой температуры тела крысы датчик помещался в толстый кишечник на глубину 7 см от ануса. Кожную температуру измеряли с помощью термопар, расположенных на нижней части верхней трети хвоста [15]. Расчет индекса теплоотдачи (HLI) производили по формуле:
где Tsk — температура кожи хвоста, Ta — температура воздуха в камере термостата, Tc — глубокая температура тела [12].
С целью определения метаболических изменений у экспериментальных животных с помощью метода непрямой калориметрии регистрировали следующие параметры основного обмена: потребление кислорода (VO2, мл/ч), продукцию углекислого газа (VCO2, мл/ч) и теплопродукцию (ТП). Указанные параметры регистрировались с помощью системы мониторинга метаболизма ММS-100 («CWE, Inc.», США). Во время эксперимента животных помещали в специальные камеры, плотно закрытые крышками, через отверстия в которых по воздуховодам шел поток воздуха. Измерения проводили в период наименьшей физической активности животных, в покое. Оценку метаболических показателей проводили до и после воздействия физическими факторами, а также во время определенных фаз фебрильного ответа.
Системную воспалительную реакцию вызывали путем введения экспериментальным животным липополисахарида кишечной палочки (ЛПС E. coli, 0111:В4, «Sigma», США) внутрибрюшинно в дозе 50 мкг/кг, растворенного в апирогенном физиологическом растворе [14]. Для анализа изменений в динамике полифазной лихорадки регистрация глубокой температуры тела проводилась каждые 10 мин в течение 7 ч после введения ЛПС [7].
КВЧ-облучение проводили при помощи терапевтического аппарата КВЧ-НД, который генерирует излучение трех длин волн: 4,9 мм (60,12 ГГц), 5,6 мм (53,53 ГГц) и 7,1 мм (42,19 ГГц). В эксперименте использовали постоянные параметры воздействия: время облучения 10 мин; тип воздействия — непрерывное излучение, плотность потока мощности 10 мВт/см2. Облучению подвергали кожу нижней части верхней трети хвоста, потому что в данной зоне хвостовая вена находится в непосредственной близости к коже, что способствует эффективному воздействию физического фактора на системный кровоток.
Воздействие НИЛИ производили с помощью аппарата лазерной терапии Родник-1 (НПК «Люзар», Беларусь), генерирующего излучение трех длин волн: 0,47 мкм — синяя область спектра, мощность 5 мВт; 0,67 мкм — красная область спектра, мощность 20 мВт; 0,87 мкм — инфракрасная область, мощность 20 мВт. Облучению подвергали кожу нижней части верхней трети хвоста. Облучение как НИЛИ, так и ЭМИ КВЧ проводили однократно.
Экспериментальные животные (крысы-самцы, массой 220±15 г) предварительно были адаптированы к условиям эксперимента и приучены к рукам. Животные были разделены на 15 групп по 10 животных в каждой: 1-я — животные, которым вводили апирогенный физиологический раствор; 2-я — животные, которым имитировали процедуру облучения; 3, 4, 5-я — животные, которым на основание хвоста воздействовали ЭМИ КВЧ длиной волны 4,9, 5,6 и 7,1 мм соответственно в течение 10 мин; 6, 7, 8-я — животные, которым на основание хвоста воздействовали НИЛИ длиной волны 0,47 мкм и мощностью 5 мВт, 0,67 мкм и мощностью 20 мВт в течение 5 мин и 0,87 мкм и мощностью 20 мВт в течение 1 мин соответственно; 9-я — животные, которым вводили внутрибрюшинно ЛПС E. coli в дозе 50 мкг/кг, растворенный в 0,3 мл апирогенного изотонического раствора; 10, 11, 12-я — животные, которые сразу после инъекции ЛПС подвергались воздействию ЭМИ КВЧ длиной волны 4,9, 5,6 и 7,1 мм соответственно в течение 10 мин; 13, 14, 15-я — животные, которые сразу после инъекции ЛПС подвергались воздействию НИЛИ длиной волны 0,47 мкм и мощностью 5 мВт, 0,67 мкм и мощностью 20 мВт в течение 5 мин и 0,87 мкм и мощностью 20 мВт в течение 1 мин соответственно.
Статистическая обработка данных осуществлялась с помощью программ Origin 7.0 и Microsoft Excel 2003. Для оценки достоверности обнаруженных эффектов применен t-критерий Стьюдента.
Полученные данные свидетельствуют, что внутрибрюшинное введение крысам апирогенного изотонического раствора хлорида натрия (0,9%) не вызывало достоверных изменений глубокой температуры тела и температуры кожи хвоста на протяжении всего времени регистрации (420 мин после инъекции). Имитация процедуры облучения ЭМИ КВЧ и НИЛИ не приводила к изменениям температуры тела крыс. Применение ЭМИ КВЧ и НИЛИ при используемых параметрах также не вызывало достоверных изменений (р>0,05) глубокой температуры. Не отмечалось выраженных изменений кожной температуры и индекса теплоотдачи.
Внутрибрюшинное введение ЛПС E. coli в дозе 50 мкг/кг экспериментальным животным вызывало развитие полифазного (три фазы) фебрильного ответа. Пик первой фазы наблюдался через 50—60 мин после инъекции ЛПС (достоверный (р<0,05) подъем глубокой температуры тела на 0,9 °С), пик второй фазы (подъем температуры на 1—1,1 °С) отмечался на 130—150-й минутах, пик третьей фазы наблюдался в интервале от 240 до 280 мин измерения (рис. 1, а).
Воздействие ЭМИ КВЧ длиной волны 4,9 мм сразу после внутрибрюшинной инъекции ЛПС приводило к достоверному (р<0,05) увеличению продолжительности во времени первой фазы фебрильного ответа, ослаблению либо нивелированию второй и третьей фаз (см. рис. 1, а). Индекс теплоотдачи изменялся характерным образом: наблюдаемому подъему температуры соответствовали фазы снижения HLI, а при возврате глубокой температуры тела крыс к фоновым значениям HLI повышался (см. рис. 1, б). Подобные изменения свидетельствуют о снижении теплоотдачи во время первой фазы фебрильного ответа, как и у необлученных лихорадящих животных, связанной с физиологической реакцией сосудов на температурные колебания — вазоконстрикцией. А во время второй и третьей фаз наблюдалась вазодилатация, обусловленная, по-видимому, выделением при действии ЭМИ КВЧ соединений, увеличивающих просвет кровеносных сосудов.
Воздействие ЭМИ КВЧ длиной волны 5,6 мм после внутрибрюшинной инфузии ЛПС подавляло третью фазу лихорадочного ответа (р<0,05) (см. рис. 1, а). Понижение значения HLI отмечалось во время первой и второй фаз лихорадочного ответа, тогда как во время третьей фазы указанный показатель не снижался, но и не возвращался к фоновым значениям (см. рис. 1, б).
Воздействие ЭМИ КВЧ длиной волны 7,1 мм сразу после инъекции ЛПС ослабляет первую и подавляет вторую и третью фазы фебрильного ответа (см. рис. 1, а). Следует отметить, что в этих экспериментах наблюдалось лишь относительно небольшое снижение HLI во время первой фазы, после чего указанный показатель был на уровне фоновых значений (см. рис. 1, б).
Облучение основания хвоста НИЛИ инфракрасной области спектра сразу после инфузии ЛПС ведет к подавлению третьей фазы лихорадочного ответа. Изменения динамики первой и второй фаз не наблюдалось (рис. 2, а).
Сходная динамика изменений глубокой и кожной температур наблюдалась при облучении основания хвоста экспериментальных животных сразу после инъекции ЛПС в течение 5 мин НИЛИ красной области спектра. Отмечалось сокращение сроков развития и увеличение продолжительности второй фазы лихорадки. Третья фаза лихорадочного ответа была нивелирована (см. рис. 2, а). Во время первой и второй фаз фебрильного ответа происходило снижение HLI, тогда как во время третьей фазы не наблюдалось существенного снижения указанного индекса (см. рис. 2, б).
Облучение основания хвоста НИЛИ синей области спектра сразу после инъекции ЛПС приводило к ослаблению первой фазы фебрильного ответа и сокращению временного промежутка между первой и второй фазой лихорадки. Вторая и третья фазы лихорадочного ответа были нивелированы. Падение HLI наблюдалось только в первой фазе лихорадочного ответа (см. рис. 2, а, б).
Терморегуляция организма тесно взаимосвязана с интенсивностью обменных процессов. Поэтому на следующем этапе исследования изучалось влияние ЭМИ КВЧ и НИЛИ трех длин волн на показатели основного обмена в норме и при системном воспалении.
В результате исследований выявлено, что внутрибрюшинное введение апирогенного физиологического раствора интактным животным, а также имитация процедуры облучения ЭМИ КВЧ и НИЛИ не вызывали изменений показателей основного обмена. При облучении интактных крыс ЭМИ КВЧ и НИЛИ различных параметров также не наблюдалось достоверных изменений VO2, VCO2 и ТП (р>0,05).
Установлено, что внутрибрюшинное введение ЛПС кишечной палочки в дозе 50 мкг/кг оказывало гиперметаболический эффект сразу после инъекции: в течение 45—50 мин потребление кислорода, выделение углекислого газа и теплопродукция повысились (р<0,05) на 39,1, 33,2 и 40% соответственно (рис. 3, а, б);
Облучение основания хвоста крысы ЭМИ КВЧ длиной волны 7,1 мм в течение 10 мин сразу после внутрибрюшинного введения ЛПС приводило к снижению вызванного этим антигеном повышения теплопродукции, потребления кислорода и выделения СО2 (рис. 3, а, б).
ЭМИ КВЧ длиной волны 4,9 мм у крыс с ЛПС-вызванной полифазной лихорадкой не оказывало гипометаболического действия во время первой фазы фебрильного ответа, а во время второй и третьей фаз лихорадки было отмечено снижение показателей основного обмена. Сходная динамика изменений VO2, VCO2 и ТП наблюдалась и при облучении основания хвоста экспериментальных животных сразу после инъекции ЛПС в течение 10 мин ЭМИ КВЧ длиной волны 5,6 мм (рис. 3, а, б).
При облучении основания хвоста крысы НИЛИ длиной волны 0,87 мкм в условиях ЛПС-вызванного системного воспаления во время первой фазы фебрильного ответа отмечался выраженный гиперметаболический эффект. Показатели основного обмена во время второй и третьей фаз лихорадки были незначительно ниже фоновых значений (см. рис. 3, в, г).
Воздействие НИЛИ длинами волн 0,47 и 0,67 мкм в течение 5 мин на основание хвоста экспериментальных животных с вызванной ЛПС полифазной лихорадкой оказывало гипометаболический эффект во время второй и третьей фаз полифазного лихорадочного ответа (см. рис. 3, в, г).
Исходя из результатов экспериментов, описанных выше, можно заключить, что воздействие ЭМИ КВЧ длинами волн 4,9, 5,6 и 7,1 мм в течение 10 мин на основание хвоста крысы оказывает модулирующее действие на температурные реакции организма, вызванные системным введением ЛПС. КВЧ-излучения всех трех длин волн сокращают продолжительность ЛПС-вызванной лихорадки. Наиболее выраженным антипиретическим эффектом обладает ЭМИ КВЧ длиной волны 7,1 мм, ослабляя первую и подавляя вторую и третью фазы фебрильного ответа. Применение НИЛИ длинами волн 0,47, 0,67 и 0,87 мкм на основание хвоста крысы, подобно ЭМИ КВЧ, сокращает продолжительность протекания фебрильного ответа. Наиболее выраженный антипиретический эффект — ослабление первой фазы и нивелирование второй и третьей фаз лихорадки — оказывает воздействие НИЛИ синей области спектра (λ=0,47 мкм) в течение 5 мин при выходной мощности 5 мВт. Полученные данные могут служить основанием для дифференцированного использования НИЛИ и КВЧ-терапии при заболеваниях с лихорадочным синдромом.
Свой вклад в механизмы антипиретических эффектов КВЧ и НИЛИ может вносить супрессорное действие данных видов излучения на выделение таких цитокинов, как ФНОα, ИЛ-12, ИЛ-6 и ИЛ-1β [14, 16], а также на локальный синтез простагландинов, уровень которых резко возрастает при системном введении ЛПС [3]. Обнаруженные изменения глубокой температуры тела крыс под воздействием исследуемых физических факторов, по-видимому, правомочно связать с механизмами теплоотдачи, которые опосредованы изменениями кровообращения в микроциркуляторном русле кожи. Существуют предположения, что одним из механизмов влияния ЭМИ КВЧ и НИЛИ на выраженность фаз полифазного лихорадочного ответа можно считать стимуляцию синтеза соединений, вызывающих вазодилатацию сосудов кожи и таким образом способствующих теплоотдаче. В реализации данного эффекта, вероятно, задействованы метаболиты арахидоновой кислоты (например, эндоканнабиноиды), NO, гистамин и др. [2].
Наблюдающиеся при использовании изучаемых физических факторов изменения полифазной лихорадочной реакции в определенной степени обусловлены тем, что ЭМИ КВЧ и НИЛИ оказывают модулирующее влияние на теплопродукцию. В представленных данных показано, что воздействие ЭМИ КВЧ длинами волн 4,9, 5,6 и 7,1 мм, а также НИЛИ длинами волн 0,47, 0,67 и 0,87 мкм на основание хвоста крысы модулирует показатели основного обмена, в том числе и теплопродукцию у крыс при полифазной лихорадке, вызванной системным введением ЛПС.
Внутрибрюшинная инъекция ЛПС оказывает выраженный гиперметаболический эффект, который сопровождается значительным увеличением потребления кислорода, гиперпродукцией СО2 и повышением теплопродукции. Наиболее выраженное гипометаболическое действие на показатели основного обмена оказывает ЭМИ КВЧ длиной волны 7,1 мм, которое сопровождается снижением теплопродукции, потребления кислорода и выделения СО2 после введения ЛПС. НИЛИ длиной волны 0,47 мкм также оказывает гипометаболический эффект, отменяя вызванное антигеном повышение теплопродукции, потребления кислорода и выделения СО2 во время второй и третьей фаз полифазного лихорадочного ответа. Следовательно, ЭМИ КВЧ и НИЛИ при повышенном обмене веществ, вызванном различными причинами, могут использоваться для его нормализации. Эффективность их гипометаболического действия зависит от длины волны как лазерного излучения, так и ЭМИ КВЧ. Дальнейшие исследования на других моделях и с другими дозиметрическими параметрами помогут уточнить механизмы действия этих физических факторов и будут способствовать оптимизации их клинического использования при соответствующей патологии.