Сочетанное действие питьевой минеральной воды и низкоинтенсивного электромагнитного излучения в условиях иммобилизационного стресса (экспериментальное исследование)

Для стимуляции регенерации и повышения способности организма приспосабливаться к негативным стрессогенным воздействиям целесообразно использовать лечебные физические факторы. В этом плане особый интерес представляет сочетанное применение природных и искусственных физических факторов, в частности питьевой минеральной воды (МВ) и низкоинтенсивного электромагнитного излучения (НИЭМИ) сверхвысокой частоты. Как показали наши предыдущие исследования, каждый из этих факторов обладает стимулирующим влиянием на регенеративные процессы, однако по своей эффективности и особенностям развития они имеют существенные различия [1—3]. В частности, было показано, что действие НИЭМИ оказывает более выраженное влияние на развитие процессов внутриклеточной регенерации, чем действие МВ, особенно проявлявшееся в повышении активности биоэнергетических и белоксинтезирующих ультраструктур. С другой стороны, питьевые МВ также способны усиливать гиперплазию внутриклеточных органелл, активизировать синтез РНК и белка, вызывать адаптационные сдвиги в нейрогуморальном статусе организма [4, 5]. Поэтому постановка вопроса о сочетанном действии двух различных по своей природе факторов — МВ и НИЭМИ — представляется актуальной как в плане изучения и уточнения механизмов их сочетанного действия, так и с целью дальнейшей разработки способов их практического применения для санаторно-курортного лечения.

Цель настоящего исследования — выявить особенности сочетанного действия питьевой МВ и НИЭМИ на развитие метаболических и внутриклеточных регенеративных процессов на модели иммобилизационного стресса.

Эксперименты выполнены на 28 белых беспородных крысах-самцах массой 180—220 г. Работу с животными проводили в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите животных, используемых для экспериментальных целей (Страсбург, 1968). Животные содержались в обычных условиях вивария и свободного доступа к воде и пище. Все крысы были разделены на 5 групп:

— 1-я группа — сочетанное применение питьевой сульфатной магниево-кальциевой МВ с концентрацией сульфат-ионов 2,35 г/л и минерализацией 4,3 г/л и процедур НИЭМИ с последующим действием иммобилизационного стресса;

— 2-я группа — применение той же питьевой МВ с последующим действием иммобилизационного стресса (группа сравнения);

— 3-я группа — применение процедур НИЭМИ с последующим действием иммобилизационного стресса (группа сравнения);

— 4-я группа (контроль) — применение водопроводной воды и мнимых процедур НИЭМИ с последующим действием иммобилизационного стресса;

— 5-я группа (интактная) — животные никаким воздействиям не подвергались.

МВ и водопроводную воду крысам вводили внутрижелудочно 1 раз в день по 3 мл через иглу с оливой на конце, всего 12 процедур. Курс воздействий НИЭМИ (10 процедур) проводили от аппарата Акватон-2 (ООО «Телемак», Саратов), плотность потока мощности меньше 1 мкВт/см², частота около 1000 МГц. Всего на курс 8 процедур, время воздействия 2 мин. Животные облучались с расстояния 2—3 см от поверхности кожи поясничной области. Иммобилизационный стресс осуществляли по методике Г. Селье однократным привязыванием крыс в течение 6 ч в положении на спине. Забой животных проводили через 1 день после действия стресса. Объектом исследования являлись органы репродуктивной системы (семенники), печень и кровь.

Для исследования антиокислительной активности (АОА) в семенниках и печени использовали модельную систему в виде суспензии липопротеинов желтка куриного яйца [6]. Уровень перекисного окисления липидов (ПОЛ) определяли по конечному продукту ПОЛ — малоновому диальдегиду [7]. Содержание белка определяли биуретовым методом [8], содержание нуклеиновых кислот (РНК и ДНК) — двухволновым спектрофотометрическим методом в модификации [9]. В плазме крови радиоиммунологическим методом определяли кортикостерон (фирма «ИБОХ», Беларусь).

Для электронно-микроскопических исследований семенники фиксировали в 4% параформальдегиде, приготовленном на фосфатном буфере (pH 7,4), постфиксировали в 1% OsO4. После обезвоживания образцы заключали в смесь эпон-аралдит. Исследование образцов проводили на электронном микроскопе Libra 120 (Германия) с программой Carl Zeiss STM Nano Texnology system Division, которая включает в себя как режим трансмиссионного исследования, так и математическую обработку внутриклеточных структур. Проводили морфометрический анализ митохондрий (Мх) в клетках Сертоли (количество, средняя и суммарная площади), а также подсчитывали число этих клеток с различным уровнем содержания белоксинтезирующих органелл — гранулярной эндоплазматической сети, рибосом, полисом, а также секреторного аппарата Гольджи. Статистическую значимость различий оценивали с помощью критерия Стьюдента для независимых выборок, межгрупповые различия качественных признаков проводили с использованием критерия χ². Различия считали достоверными при р<0,05.

У животных контрольной группы действие иммобилизационного стресса вызывало в печени и семенниках выраженное снижение содержания РНК, ДНК и уровня АОА, которые развивались на фоне усиления процессов дистрофии и деструкции. Уровень кортикостерона в крови возрастал в 3 раза по сравнению с интактными животными. В клетках Сертоли обнаруживались явления отека, гранулярная эндоплазматическая сеть часто выглядела фрагментированной и дегранулированной, содержание свободнолежащих рибосом и полисом значительно снижалось. Мх становились мелкими, их средняя и суммарная площадь уменьшалась практически в 2 раза, что свидетельствовало о выраженном ослаблении клеточной биоэнергетики. Местами обнаруживались деструктивно измененные Мх в виде миелиноподобных структур, что может быть связано с усилением ПОЛ в их мембранах. Нарушения структуры органелл местами сопровождались признаками внутриклеточной регенерации, однако она была обычно выражена в слабой форме.

При действии лечебных физических факторов в условиях иммобилизационного стресса было установлено, что уровень кортикостерона в крови при применении МВ, как и в контроле, оставался повышенным, а при действии НИЭМИ его содержание еще больше возрастало. При этом отмечалась тенденция к увеличению индекса массы надпочечников, что в целом указывало на стрессорный характер развивавшихся сдвигов. Снижение содержания кортикостерона происходило только при сочетанном применении МВ и НИЭМИ (р<0,01), что коррелировало с достоверным уменьшением индекса массы надпочечников (р<0,01) (рис. 1). Эти изменения, в отличие от действия монофакторов, свидетельствовали об ослаблении стрессорных реакций в организме. Метаболические сдвиги в печени и семенниках под влиянием использованных факторов проявляли адаптационную направленность, при этом все исследованные показатели превышали уровень контроля. Среди монофакторов более эффективным оказалось действие НИЭМИ, причем в большей мере это проявлялось в семенниках: АОА возрастала на 34,7% (р<0,01), РНК — на 47,5% (р<0,01). Эти сдвиги развивались на фоне повышения уровня ПОЛ (на 35,9%, р<0,01). При сочетанном действии факторов наиболее характерным являлось выраженное увеличение уровня РНК в печени: на 99,8% (р<0,01) по сравнению с контролем и на 77,2% (р<0,01) по сравнению с действием НИЭМИ (рис. 2). Отмечалась также тенденция к повышению содержания общего белка, а также высокая АОА.

В семенниках эффект сочетанного действия факторов проявлялся несколько слабее, но при этом происходило увеличение содержания ДНК: на 30,6% (р<0,01) по сравнению с контролем и на 18,6% (р<0,01) по сравнению с НИЭМИ, а также повышение синтеза РНК (рис. 3). Отмеченные сдвиги свидетельствовали об активизации биосинтетических процессов, клеточной и тканевой регенерации в печени и семенниках.

Адаптационный характер метаболических сдвигов имел свое подтверждение на ультраструктурном уровне в клетках Сертоли семенников. Наблюдалось ослабление явлений деструктивного характера и стимуляция биосинтетических субклеточных реакций, особенно со стороны Мх и белоксинтезирующих структур. Результаты количественного анализа Мх представлены в таблице, из которой следует, что при всех использованных факторах отмечалось увеличение суммарной площади Мх по сравнению с контролем: в большей степени это происходило при действии НИЭМИ и явно слабее — при действии М.В. При сочетанном применении факторов суммарная площадь Мх возрастала по сравнению с контролем (р<0,01), и этот показатель занимал промежуточное положение между действием МВ и НИЭМИ. Количество и размеры Мх (соответственно органоидный и внутриорганоидный уровни регенерации), из которых складывалась их суммарная площадь, значительно различались в зависимости от действующего фактора. Если для НИЭМИ характерным являлось отчетливое увеличение размеров Мх и снижение их числа до уровня контроля, то особенностью сочетанного применения МВ и НИЭМИ являлось увеличение как количества Мх, так и их размеров, причем численность этих органелл становилась наиболее высокой среди исследованных групп. Следовательно, действие НИЭМИ в используемом режиме фактически стимулирует только один уровень регенерации (органоидный), тогда как при сочетанном применении факторов активизировались оба уровня (внутриорганоидный и органоидный). Возможно, что выраженное усиление одного уровня регенерации в ущерб другому связано с напряженностью внутриклеточных обменных процессов, которые возникали в рамках существующих Мх под влиянием НИЭМИ. Сочетанное применение МВ и НИЭМИ в определенной мере предупреждало развитие этого дисбаланса в процессах регенерации.

Усиление регенерации проявлялось также и со стороны белоксинтезирующих органелл — рибосом, полисом и гранулярной эндоплазматической сети в клетках Сертоли. В отдельных клетках обнаруживались зоны активной регенерации, в которых скопления этих органелл в тесном контакте с Мх проявлялись особенно заметно. Чаще такие зоны определялись при действии НИЭМИ и сочетанном применении факторов. Характерной особенностью сочетанного действия являлась гиперплазия секреторного аппарата Гольджи, который чаще имел небольшие размеры и содержал цистерны с умеренно расширенными просветами. Число клеток с этой органеллой достигало 59,0%. При действии монофакторов аппарат Гольджи обнаруживался значительно реже (до 15,5%, контроль — 7,9%).

Таким образом, при действии всех использованных факторов выявлено повышение интенсивности адаптационных метаболических и регенеративных процессов при иммобилизационном стрессе. Среди монофакторов наибольшую эффективность на развитие этих процессов оказывало НИЭМИ, однако при этом в организме повышался уровень стрессорных реакций, что являлось негативным моментом в их действии. Сочетанное применение МВ и НИЭМИ имело определенное преимущество перед действием монофакторов, что проявлялось главным образом в ослаблении стрессорных реакций, в выраженной стимуляции ряда пластических процессов, в более гармоничном (сбалансированном) развитии обоих структурных уровней (форм) внутриклеточной регенерации, в расширении внутриклеточных связей. В механизмах сочетанного действия существенную роль сыграла МВ, которая препятствовала усилению стрессорных реакций, проявлявшихся при действии НИЭМИ. На основании полученных данных можно предположить, что при сочетанном действии факторов осуществляется более тонкое регуляторное воздействие на различные механизмы адаптации, что приводит к развитию в организме более адекватных физиологических реакций. Результаты исследования расширяют представления о механизмах сочетанного использования МВ и НИЭМИ и раскрывают перспективы для практического их использования с целью профилактики и лечения стрессогенных нарушений в организме и его репродуктивной системе.

Конфликт интересов отсутствует.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: Ю.К., И.Б.

Сбор и обработка материала: Ю.К., Л.Н., М.Г., Л.М., А.Б.

Статистическая обработка данных: Ю.Я., Л.Н., М.Г., А.Б., Л.М.

Написание текста, редактирование: Ю.К.