Применение низкоинтенсивного электромагнитного излучения в условиях иммобилизационного стресса (экспериментальное исследование)

Проблема защиты организма от действия стресса является одной из наиболее актуальных проблем современной медицины. В качестве средств, способных повысить адаптационные возможности и защитить организм от действия стресса, целесообразно использовать различные виды электромагнитных излучений (ЭМИ) как в виде монофактора, так и при сочетанных воздействиях [1, 2]. Особый интерес представляют низкоинтенсивные ЭМИ (НИ ЭМИ) сверхвысоких частот, эффекты которых еще мало изучены. Предполагается, что механизм биологического действия НИ ЭМИ, в отличие от микроволн высоких интенсивностей, связан с поглощением определенных (резонансных) частот водной средой организма, в том числе молекулами воды биомембран, с последующим модулирующим влиянием этого взаимодействия на развитие метаболических процессов, в том числе адаптационного характера [3, 4]. В частности, было показано, что НИ ЭМИ влияет на внутриклеточные механизмы регуляции гомеостаза и межклеточные контакты, активирует органы иммунной системы, повышает противоопухолевую резистентность организма, снижает уровень перекисного окисления липидов (ПОЛ) за счет конформационных изменений в структуре мембран [4-6]. Поэтому при использовании НИ ЭМИ можно ожидать усиления процессов адаптации на клеточном и ультраструктурном уровнях и повышения общей резистентности организма к действию стресса.

Цель настоящей работы - определить влияние НИ ЭМИ на снижение уровня постстрессорных нарушений при остром иммобилизационном стрессе у крыс.

Исследования были проведены на 27 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, 1986). Крысы были разделены на 5 групп: 1-я группа (опытная) - предварительное применение НИ ЭМИ (первичная профилактика) с последующим воздействием иммобилизационного стресса; 2-я группа (контроль к 1-й группе) - воздействие иммобилизационного стресса и ложных процедур НИ ЭМИ (без включения аппарата); 3-я группа (опытная) - воздействие иммобилизационного стресса с последующим применением НИ ЭМИ (лечебно-профилактическое применение); 4-я группа (контроль к 3-й группе) - воздействие иммобилизационного стресса и ложных процедур НИ ЭМИ (без включения аппарата); 5-я группа (интактная) - животные никаким воздействиям не подвергались.

Иммобилизационный стресс осуществляли по методике Г. Селье однократным привязыванием крыс в течение 6 ч в положении на спине. Процедуры НИ ЭМИ 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. Забой животных проводили через 1 день после действия стресса при первичной профилактике и через 9 дней - при лечебно-профилактическом применении НИ ЭМИ. Объектом исследования являлись органы репродуктивной системы (семенники), а также печень, тимус, кровь.

Для светооптических исследований семенники фиксировали в жидкости Буэна, оценка состояния сперматогенеза проводилась по общепринятой методике [7]. Подсчитывали количество извитых семенных канальцев (ИСК) с различным числом генераций половых клеток (от 4 до 0), определяли индекс сперматогенеза. Для электронно-микроскопических исследований семенники фиксировали в 4% параформальдегиде, приготовленном на фосфатном буфере (рН 7,4), постфиксировали в 1% ОsО4. После обезвоживания образцы заключали в смесь эпон-аралдит. Исследование ультратонких срезов проводили на электронном микроскопе Libra 120 (Германия). Для исследования антиокислительной активности (АОА) в семенниках и печени использовали модельную систему в виде суспензии липопротеинов желтка куриного яйца [8]. Уровень ПОЛ определяли по конечному продукту перекисного окисления липидов - малоновому диальдегиду [9]. Содержание белка определяли биуретовым методом [10], содержание нуклеиновых кислот (РНК и ДНК) - двухволновым спектрофотометрическим методом в модификации [11]. В плазме крови радиоиммунологическим методом определяли кортизол и тестостерон (фирма «ИБОХ», Беларусь). Статистическую значимость различий оценивали с помощью парного критерия Стьюдента и непараметрического U-критерия Манна-Уитни. Различия считали достоверными при р≤0,05.

После действия иммобилизационного стресса у животных контрольной группы через 1 сут определялось отчетливое снижение АОА в семенниках и печени, наличие выраженных признаков дистрофии и дегенерации со стороны сперматогенных клеток, снижение индекса сперматогенеза, активация процессов ПОЛ и снижение АОА, нарушение белоксинтезирующих процессов, уменьшение массы тимуса. В дальнейшем, к 9-м суткам последействия стресса, отмечалось как усиление ряда негативных явлений, особенно в семенниках (развитие процессов деструкции в сперматогенном эпителии, повышение уровня ПОЛ, снижение содержания общего белка), так и тенденция к активации некоторых ответных адаптационных реакций (АОА в печени, функциональной активности тимоцитов). Электронно-микроскопически обнаруживались нарушения во всех слоях собственной оболочки ИСК, являющейся частью гематотестикулярного барьера. Это проявлялось, в частности, в неравномерном утолщении оболочки в 1,5-2 раза, разрыхлении и местами истончении базальной мембраны, набухании ее неклеточных слоев. Нарушения барьерных структур ИСК вызывали усиление процессов вакуолизации с образованием как мелких, так и крупных локальных отеков, которые нарушали контакты между собственной оболочкой и сперматогенными клетками. Все это свидетельствовало о существенных нарушениях процессов микроциркуляции, что приводило к расстройствам трофики и метаболизма в эпителии семенных канальцев.

Предварительное применение НИ ЭМИ повышало устойчивость организма крыс к последующему действию острого иммобилизационного стресса. При этом через сутки после стресса защитный эффект в семенниках проявлялся в лучшей сохранности клеток сперматогенного эпителия, что выражалось, в частности, в более сбалансированном количестве ИСК с 4 и 3 генерациями половых клеток по сравнению с контролем (см. таблицу).

На ультраструктурном уровне явно слабее, чем в контроле, проявлялись признаки отечности собственной оболочки ИСК, реже встречались и были менее выражены локальные отеки и межклеточные расширения в сперматогенном эпителии. На этом фоне происходило усиление АОА на 22,2% (р<0,05) и повышение содержания РНК и ДНК [соответственно на 17,3% (р=0,05) и 20,6% (р<0,05) по сравнению с контролем (рис. 1, a)].

Рисунок 1. Метаболические процессы в семенниках крыс при иммобилизационном стрессе и действии НИ ЭМИ. Здесь и на рис. 2 и 3: а - первичная профилактика; б - лечебно-профилактическое воздействие; светлые столбики - контроль; темные - опыт; * - р<0,05; ** - р<0,01. Здесь и на рис. 2: 1 - АОА; 2 - общий белок; 3 - ДНК; 4 - РНК.

В печени характерным являлось значительное усиление АОА на 70,1% (р<0,01) (рис. 2, a) и снижение интенсивности процессов ПОЛ на 92,6% (р<0,01), что приводило к выраженному уменьшению (более чем в 2 раза; р<0,01) окислительного потенциала в ткани печени (ПОЛ/АОА).

Рисунок 2. Метаболические процессы в печени крыс при иммобилизационном стрессе и действии НИ ЭМИ.

Вместе с тем на фоне повышения АОА отмечалось снижение содержания общего белка на 22,1% (р<0,01). В тимусе наблюдалась тенденция к уменьшению абсолютной и относительной массы, но при этом удельная активность генома тимоцитов возрастала на 39,6% (р<0,01) по сравнению с контролем и на 79,2% (р<0,01) по сравнению с интактными животными (рис. 3, a), что указывает на усиление функции этих клеток и иммунокорригирующее действие НИ ЭМИ.

Рисунок 3. Функциональная активность тимуса крыс при иммобилизационном стрессе и действии НИ ЭМИ. 1 - масса тимуса; 2 - число ядер тимоцитов (ТМ); 3 - связывание АО в ядре ТМ; 4 - удельная активность генома ТМ.

Параллельно с выявленными адаптационными сдвигами во внутренних органах в сыворотке крови обнаруживались в виде тенденции изменения стрессорного характера - содержание кортизола превышало контрольный уровень (на 11,4%), а содержание тестостерона снижалось (на 22,3%).

Лечебно-профилактическое применение НИ ЭМИ после действия стресса также вызывало ослабление ряда постстрессорных нарушений и усиление адаптационно-компенсаторных реакций. В семенниках это проявлялось в улучшении процессов сперматогенеза к 9-м суткам после стресса: число ИСК с 4 генерациями клеток возрастало на 48,0% (р<0,05), а число ИСК с 3 генерациями уменьшалось на 18,6% (р<0,05), что приближало эти показатели к уровню интактных животных (см. таблицу). Следует также отметить, что в отличие от контроля у животных опытной группы отсутствовали ИСК с 1 и 2 генерациями, что указывало на снижение уровня деструктивных процессов в сперматогенных клетках. Положительные изменения отмечались со стороны гематотестикулярного барьера, при этом уменьшалась толщина собственной оболочки ИСК и ее отдельных слоев, отчетливо ослаблялись локальные отеки, которые не были столь выражены, как у животных контрольной группы (рис. 4).

Рисунок 4. Ультраструктурные изменения собственной оболочки ИСК при иммобилизационном стрессе и действии НИ ЭМИ. а - интактная крыса. Собственная оболочка ИСК; б - иммобилизационный стресс. Контроль. Утолщение собственной оболочки ИСК, в основном за счет выраженного отека ее внутреннего неклеточного слоя, видны мелкие локальные скопления отечной жидкости (стрелки); в - иммобилизационный стресс. Влияние НИ ЭМИ после действия стресса. Улучшение ультраструктуры собственной оболочки ИСК-ослабление явлений отека, уменьшение общей ее толщины. На данном участке собственной оболочки сохраняются процессы повышенного везикулообразования (стрелка). ×18 000. СО - собственная оболочка.

Местами выявлялась активация процессов регенерации в миоидных клетках собственной оболочки в виде увеличения белоксинтезирующих органелл. Все эти благоприятные сдвиги свидетельствовали о снижении проницаемости барьерных структур и об улучшении процессов микроциркуляции. На этом фоне АОА повышалась на 24,2% (р<0,01), а содержание общего белка на 44,1% (р<0,01) (см. рис. 1, б). В печени усиление АОА на 45,4% (р<0,05) (рис. 2, б) сочеталось с повышенным уровнем ПОЛ на 61,1% (р<0,01), при этом окислительный потенциал (ПОЛ/АОА; р=0,05) становился ниже уровня контроля.

В этих условиях содержание общего белка и РНК проявляло небольшую тенденцию к снижению, тогда как синтез ДНК оказался достоверно сниженным на 36,9% (р<0,01) (см. рис. 2, б). Возможно, что эта реакция являлась следствием активации ПОЛ, которая, несмотря на усиление АОА, ослабляла механизмы синтетических процессов в печени. Положительные сдвиги отмечались со стороны клеток тимуса, но они были менее выражены, чем в условиях первичной профилактики (см. рис. 3, б). В сыворотке крови отмечалась тенденция к увеличению содержания тестостерона (на 15,3%), что можно охарактеризовать как проявление антистрессорной адаптационной реакции организма.

Результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что применение НИ ЭМИ в режиме как профилактики, так и лечебно-профилактического воздействия ограничивало развитие постстрессорных нарушений и способствовало активизации ряда адаптационно-защитных и компенсаторных процессов. Эти эффекты были обусловлены в основном антиоксидантным, а также иммуномодулирующим влиянием НИ ЭМИ на местные и общие механизмы регуляции. Среди выявленных сдвигов в первую очередь следует отметить усиление АОА, которая проявлялась как в семенниках, так и в печени в условиях профилактики и лечебно-профилактического воздействия. Активация антиокислительной системы, усиление ее мощности под влиянием НИ ЭМИ являлась важным регуляторным механизмом в защите организма от стресса, в повышении устойчивости мембранных структур сперматогенных клеток и снижении уровня деструктивных процессов. Этот антиоксидантный и цитопротекторный эффект сопровождался усилением ряда пластических процессов, которые более отчетливо проявлялись в семенниках, а также повышением функциональной активности тимуса, особенно в условиях первичной профилактики. Полученные данные показывают, что применение НИ ЭМИ может быть весьма перспективным в свете разработки новых подходов к способам усиления адаптационно-защитных и компенсаторных реакций организма при действии стресса. С целью оптимизации этих процессов, особенно с учетом недостаточного их развития в печени, следует использовать более адекватные режимы воздействия НИ ЭМИ, в том числе в комплексе с другими лечебными физическими факторами.

Конфликт интересов отсутствует.

Участие авторов:

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

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

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

Написание текста: Ю.К.

Редактирование: И.Б.