Королев Ю.Н.

ФГБУ "Российский научный центр медицинской реабилитации и курортологии" Минздравсоцразвития России, Москва

Никулина Л.А.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Михайлик Л.В.

ФГБУ "Российский научный центр медицинской реабилитации и курортологии" Минздравсоцразвития России, Москва

Метаболические и ультраструктурные механизмы адаптации при первично-профилактическом действии низкоинтенсивного электромагнитного излучения в условиях нормы и радиации

Журнал: Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2019;96(5): 44-50

Просмотров : 24

Загрузок : 1

Как цитировать

Королев Ю. Н., Никулина Л. А., Михайлик Л. В. Метаболические и ультраструктурные механизмы адаптации при первично-профилактическом действии низкоинтенсивного электромагнитного излучения в условиях нормы и радиации. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2019;96(5):44-50. https://doi.org/10.17116/kurort20199605144

Авторы:

Королев Ю.Н.

ФГБУ "Российский научный центр медицинской реабилитации и курортологии" Минздравсоцразвития России, Москва

Все авторы (3)

Обоснование

Экспериментальными исследованиями установлено, что низкоинтенсивное электромагнитное излучение (ЭМИ) сверхвысокой частоты (СВЧ) оказывает профилактический эффект при действии радиации и других патогенных факторов, что проявляется в ускоренном развитии адаптации, преобладании анаболических реакций над катаболическими, укреп-лении структурных резервов организма [1—3]. Вместе с тем с позиции изучения механизмов первичной профилактики весьма важно не только выявить общий адаптационный эффект, но и иметь представление о конкретном вкладе используемого физического фактора в развитие адаптации. В этом плане представляется целесообразным исследовать действие низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ как на здоровых (интактных) животных, так и в условиях радиационного облучения, что позволит на основе сравнительного анализа выявить новые аспекты в механизме его действия, а также даст возможность определить, насколько выявленные адаптационные механизмы оказались устойчивыми к патогенному действию радиации. В решении этих вопросов наряду с метаболическими показателями важная роль принадлежит изучению процессов внутриклеточной регенерации органелл и в первую очередь митохондрий, являющихся одним из важнейших показателей адаптационных внутриклеточных реакций.

Цель исследования — выявить метаболические и ультраструктурные показатели адаптации при действии низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ на здоровых животных и определить их устойчивость (сохранность) на модели радиационного облучения.

Материал и методы

Эксперименты были проведены на 42 половозрелых крысах-самцах массой 180—200 г. Все крысы были разделены на пять групп: 2 опытные (по 8 животных), 2 контрольные (по 8 животных) и 1 интактную (10 животных). В 1-й опытной группе действию ЭМИ СВЧ подвергались здоровые животные, контролем к этой группе являлись крысы, получавшие ложные процедуры (1-я контрольная группа). Во 2-й опытной группе действию ЭМИ СВЧ подвергались здоровые животные с последующим радиационным облучением, контролем к этой группе являлись крысы, подвергнутые только действию радиации (2-я контрольная группа). Исследования осуществляли в соответствии с правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных (приложение к приказу Минздрава СССР от 12.08.97 (№ 755)) и требованиями Европейской конвенции по защите экспериментальных животных (Страсбург, 1986 г.). Проводили сравнительное изучение особенностей адаптационных перестроек, возникших при действии низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ у здоровых животных и в условиях радиации (соответственно 1-я и 2-я опытные группы, при этом 1-я группа являлась группой сравнения). Животные интактной группы никаким воздействиям не подвергались. Все животные содержались в стандартных условиях вивария при свободном доступе к воде и пище. Воздействие ЭМИ СВЧ (курс из 10 процедур) проводили на поясничную область (зона проекции надпочечников) с помощью аппарата «Акватон-02» (плотность потока мощности менее 1 мкВт/см2, частота около 1000 МГц, время воздействия 2 мин). Животных облучали с помощью аппарата Агат-Р (НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина) гамма-лучами 60Со в дозе 2 Гр однократно. Забой осуществляли методом декапитации на следующий день после радиационного облучения. Объектами исследования являлись печень, надпочечники, семенники, тимус. Для исследования антиоксидантной активности (АОА) использовали модельную систему в виде суспензии липопротеидов желтка куриного яйца [4]. Содержание РНК и ДНК определяли двухволновым спектрофотометрическим методом в модификации М.Г. Трудолюбовой [5]. Функциональное состояние тимуса оценивали по его абсолютной и относительной массе, удельной активности генома его клеток, определяемой как произведение числа ядер тимоцитов (в расчете на единицу массы тимуса) на интенсивность включения красителя акридинового оранжевого (АО) в дезоксирибонуклеотид каждого из ядер [6]. Объектом электронно-микроскопического исследования являлся надпочечник как орган, подвергнутый прямому воздействию ЭМИ СВЧ, а также семенник. Фиксацию проводили в 4% растворе параформальдегида, приготовленном на фосфатном буфере (рН 7,4), постфиксировали в 1% растворе OsO4. После обезвоживания образцы заключали в смесь эпон-аралдит. Исследование проводили с помощью электронного микроскопа Libra 120 (Германия) с программой Carl Zeiss STM Nano Technology system Division, которая включает в себя математическую обработку внутриклеточных структур. Осуществляли морфометрический анализ митохондрий в клетках Сертоли семенников и адренокортикоцитах пучковой зоны коры надпочечников, при этом определяли количество, среднюю и суммарную их площади на стандартную площадь клетки и число крист на среднюю площадь митохондрий. Проводили также подсчет клеток Сертоли и Лейдига. Продолжительность эксперимента составляла 15 дней.

Для статистической обработки данных использовали параметрический t-критерий Стьюдента и непараметрический U-критерий Манна—Уитни.

Результаты и обсуждение

Масса животных 1-й опытной группы по сравнению с контролем практически не изменялась, однако при этом увеличивалась масса органов иммуногенеза: абсолютная и относительная масса тимуса (соответственно на 21,2 и 15,3%) и масса селезенки (на 12,6%); масса надпочечников, наоборот, снижалась (на 13,3%), что позволяет предположить развитие антистрессорных реакций при действии низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ. В семенниках существенных изменений по этому показателю не происходило.

В тимусе изменения проявлялись в виде выраженного усиления связывания красителя АО ядрами тимоцитов по сравнению с интактными животными на 31,9% (р<0,01) и повышения удельной активности генома этих клеток на 15,3% (р<0,01). Такие адаптивные изменения генома тимоцитов предполагают усиление их функциональной активности и тимуса в целом. На фоне иммуностимулирующего действия ЭМИ СВЧ происходила активация синтеза нуклеиновых кислот и в первую очередь РНК: в печени количество РНК возросло на 23,3% (р<0,01), в семенниках еще больше — на 45,8% (р<0,01), которое сочеталось с увеличенным количеством ДНК на 26,9% (р<0,01) (табл. 1).

Таблица 1. Изменение метаболических процессов в печени и семенниках при действии низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ у здоровых крыс и крыс в условиях радиации (M±m) Примечание. * — р<0,01, ** — р<0,05 по сравнению с соответствующей контрольной группой; 0 — р<0,01, 00 — р<0,05 — сравнение между животными опытных групп.
Повышение активности антиоксидантной системы наблюдалось только в печени (на 9,3%; р<0,05), в семенниках происходило даже снижение этого показателя. Адаптационные изменения в клеточных популяциях семенников проявлялись достоверным увеличением численности эндокриноцитов — клеток Лейдига (на 25,3%; р<0,01), количество клеток Сертоли практически не изменялось, однако в них отчетливо усиливались процессы внутриклеточной регенерации. Эти сдвиги в первую очередь проявлялись в митохондриях в виде увеличения средней (на 16,1%; р<0,01) и суммарной (на 50,8%; р<0,01) площадей, а также их численности (на 29,6%; р<0,01). В системе биосинтеза белка повышалось содержание гранулярной эндоплазматической сети, некоторые из структур имели новообразованные удлиненные мембраны с локально расширенными просветами, в отдельных зонах цитоплазмы наблюдалось увеличение численности свободных рибосом и полисом.

На уровне нейроэндокринной регуляции в адренокортикоцитах пучковой зоны коры надпочечников, которые контролируют развитие адаптации в организме и которые подвергались прямому действию ЭМИ СВЧ, также обнаруживались комплексные адаптационные перестройки органелл, имевшие как сходство, так и различия по сравнению с изменениями в клетках Сертоли. Важно отметить, что в адренокортикоцитах на фоне снижения численности митохондрий значительно возрастала их средняя площадь (на 69,8%; р<0,01), в связи с чем они становились особенно крупными (гипертрофированными). Это происходило за счет активации механизма гиперплазии крист, число которых возрастало (на 68,6%; р<0,01) (табл. 2).

Таблица 2. Ультраструктурные изменения митохондрий в адренокортикоцитах пучковой зоны коры надпочечников при действии низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ у здоровых крыс и крыс в условиях радиации (M±m) Примечание. + — р<0,01 по сравнению с интактной группой; * — р<0,01 по сравнению с соответствующей контрольной группой; 0 — р<0,01, 00 — р<0,05 — сравнение между животными опытных групп.
Функционально такие митохондрии имели повышенный энергетический потенциал.

Таким образом, действие ЭМИ СВЧ на здоровых животных способствовало развитию адаптационных перестроек в исследованных органах. Сущность этих изменений в основном проявлялась в усилении синтетических реакций, на что указывают повышение количества РНК, ДНК, активация клеточной и внутриклеточной регенерации с усилением процессов гиперплазии крист в митохондриях и увеличением содержания рибосом и полисом. Выявленная активация внутриорганоидной (внутримитохондриальной) регенерации представляет собой механизм структурной адаптации [7] на усиление функциональной нагрузки под влиянием ЭМИ СВЧ. Благодаря этому достигалось не только количественное увеличение массы этих органелл, но, видимо, и качественная (специфическая) их перестройка, связанная, в частности, с индукцией адаптивных ферментов [7, 8]. Кроме того, можно предположить, что применение ЭМИ СВЧ заложило физико-химические основы своего антиоксидантного действия в виде конформационных перестроек мембран [9], что повысило их структурную устойчивость. Полученные данные свидетельствуют о возросшем уровне морфофункциональных резервов в исследованных клетках и тканях за счет усиления их биоэнергетического и пластического потенциала.

Последующее исследование показало, в какой мере достигнутое при действии ЭМИ СВЧ укрепление адаптационно-защитных механизмов и морфофункциональных резервов в целом оказалось устойчивым и способным противостоять действию патогенного фактора — радиационного облучения. Было установлено, что масса животных, получавших ЭМИ СВЧ в сочетании с радиацией, не изменялась, однако при этом происходило снижение весовых показателей внутренних органов, особенно со стороны тимуса (на 37,7%; р<0,01), в меньшей степени — селезенки и надпочечников (р<0,01); снижение веса семенников проявлялось слабее и было недостоверным.

В тимусе исходно повышенная удельная активность генома тимоцитов становилась сниженной (р<0,01). В печени количество РНК и ДНК фактически сохранялось на прежнем уровне, тогда как у животных 2-й контрольной группы (радиация без предварительного действия ЭМИ СВЧ) эти показатели были отчетливо снижены (см. табл. 1). В семенниках, которые более чувствительны к действию радиации, чем печень, определялся другой характер сдвигов: предварительно увеличенное количество РНК под влиянием радиации снижалось, однако при этом оставалось выше уровня интактных животных и сопровождалось увеличенным количеством ДНК. Следовательно, после действия радиации адаптационный биосинтез РНК по сравнению с животными 1-й опытной группы в большей мере сохранялся в печени и был несколько ослаблен в семенниках. Другой особенностью метаболических сдвигов являлось усиление активности антиоксидантной системы, которая у здоровых животных под влиянием ЭМИ СВЧ отчетливо не проявлялась. Оказалось, что наибольшая активность этой системы обнаруживалась в семенниках (увеличение на 64,9%; р<0,01), что указывает на высокую потребность этого органа в защите от радиации (см. табл. 1). В печени этот показатель возрос только на 9,0%, что было связано, видимо, с более высоким исходным его адаптационным уровнем при действии ЭМИ СВЧ. Следовательно, при радиационном воздействии активность антиоксидантной системы отчетливо возрастала, что повышало защитные возможности организма в этих условиях.

На ультраструктурном уровне ранее адаптированные органеллы к действию ЭМИ СВЧ в условиях радиационного облучения вновь претерпевали структурные изменения. В клетках Сертоли адаптационный потенциал митохондрий становился слабее за счет снижения их количества (на 26,4%; р<0,01) и суммарной площади (на 35,7%). В большей степени адаптационные сдвиги сохранялись в митохондриях адренокортикоцитов, которые на момент действия радиации характеризовались крупными размерами и высоким содержанием крист. После радиации эти показатели изменялись: средняя их площадь и численность крист снижались (соответственно на 15,6%, p<0,05 и на 20,5%, p<0,01), но при этом, что важно отметить, количество митохондрий повышалось (на 25,4%; p<0,01; см. табл. 2). Эти сдвиги означают, что под влиянием радиации в адренокортикоцитах происходит снижение интенсивности механизма гиперплазии крист митохондрий и ослабление внутримитохондриальной формы регенерации, благодаря которой и был сформирован структурно-биоэнергетический ресурс в этих клетках. Однако при этом компенсаторно усиливалась другая форма внутриклеточной регенерации — органоидная: число митохондрий возросло с 6,29±0,29 до 7,89±0,26 (р<0,01). Включение этого адаптационного механизма (другой формы регенерации) позволило сохранить и даже повысить суммарную массу митохондрий хотя и со сниженным числом крист и соответственно более низким их функциональным потенциалом (см. табл. 2). Следовательно, если адаптация митохондрий к действию ЭМИ СВЧ осуществлялась путем активации механизма гиперплазии крист и других субъединиц митохондрий, то при действии радиации адаптация проявлялась уже в форме увеличения численности самих митохондрий. Это увеличение происходит, видимо, в результате разделения крупных митохондрий на более мелкие и совершается оно на ранее сформированной биоэнергетической базе.

Заключение

Результаты исследования свидетельствуют о том, что метаболические и ультраструктурные адаптационные перестройки, сформировавшиеся при действии ЭМИ СВЧ на здоровых животных, смогли противостоять патогенному действию радиации и при этом проявили как устойчивость (сохранность), так и определенную изменчивость (пластичность) в своих реакциях и зависели от функциональной специфики исследованных органов. Среди метаболических механизмов защиты, которые выстояли в этом противостоянии, следует отметить усиление синтеза нуклеиновых кислот и повышение активности антиоксидантной системы. Отмечалась также и структурная устойчивость митохондрий, которая была более выраженной в адренокортикоцитах пучковой зоны коры надпочечников. Вместе с тем во всех исследованных органах обнаруживалось также ослабление в той или иной степени интенсивности ряда адаптационных показателей, однако в целом они отчетливо превышали уровень контроля (действие радиации). Можно полагать, что развитие и формирование указанных адаптационных реакций при действии низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ на область надпочечников связано в основном с усилением функциональной активности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, играющей важную роль в адаптации организма к повреждающим факторам, а также с антиоксидантным и мембраностабилизирующими свойствами самого действующего фактора [9]. В результате проведенного исследования получены новые данные, которые расширяют наши представления об особенностях развития механизмов адаптации и формирования структурно-функциональных резервов организма при первично-профилактическом действии низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ на модели радиационного облучения.

Участие авторов: концепция и дизайн, написание текста, редактирование – Ю.Н. Королев; сбор материала, статистическая обработка данных — Л.А. Никулина, Л.В. Михайлик.

Авторы декларируют отсутствие конфликта интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

The authors declare no conflict of interest.

Сведения об авторах

Королев Ю.Н. — д.м.н., проф.; https://orcid.org/0000-0001-5530-1538; eLibrary SPIN: 8071-8284; e-mail: korolev.yur@yandex.ru

Никулина Л.А. — к.б.н.; https://orcid.org/0000-0003-2200-868Х, eLibrary: 4988-7892, e-mail: nikulinaliudmila2013@yandex.ru

Михайлик Л.В. — https://orcid.org/0000-0002-9717-4749; e-mail: mihailic 2910@icloid.com

Королев Юрий Николаевич — д.м.н., проф.; https://orcid.org/0000-0001-5530-1538; eLibrary SPIN: 8071-8284; e-mail: korolev.yur@yandex.ru

Королев Ю.Н., Никулина Л.А., Михайлик Л.В. Метаболические и ультраструктурные механизмы адаптации при первично-профилактическом действии низкоинтенсивного электромагнитного излучения в условиях нормы и радиации. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2019;96(5):-50. https://orcid.org/10.17116/kurort201996051

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail