SOME ASPECTS OF THE PERSON ECOLOGICAL SAFETY IN THE CONDITIONS OF CHRONIC ELECTROMAGNETIC FIELDS IMPULSES INFLUENCE

Full Text

Интенсивное развитие технологий передачи и обработки информации и энергии, дистанционного контроля и наблюдения, различных видов транспорта, а также ряда технологических процессов, сопровождающееся использованием электромагнитной и электрической энергии, в современном информационном обществе привело к тому, что в последней трети XX века возник и сформировался новый значимый фактор загрязнения окружающей среды - электромагнитное поле (ЭМП) антропогенного происхождения, которое признано мировой общественностью важным значимым экологическим фактором. При этом анализ планов данных отраслей показывает, что в ближайшем будущем использование технических средств, генерирующих электромагнитную энергию, будет только нарастать, создавая равномерную зону 3 Экологическая безопасность Экология человека 2018.01 «радиопокрытия», что является не чем иным, как увеличением электромагнитного фона в окружающей среде. В связи с чем практически все технически и культурно развитые страны реализуют свои национальные программы исследования биологического действия ЭМП и обеспечения безопасности человека и экосистем в условиях данного глобального фактора загрязнения окружающей среды [9, 12, 16]. Электромагнитные поля, окружающие нас повсюду, оказывают существенное влияние на здоровье человека, и особенно в крупных городах, для которых характерна насыщенность разнообразными источниками и высокая плотность населения, вынужденного жить в огромной электромагнитной «свалке», ежедневно подвергаясь непрерывному воздействию ЭМП, что, в свою очередь, приводит к изменению характера экспозиции населения и пропорциональному увеличению числа людей, у которых появляются проблемы со здоровьем, связанные с их воздействием [3, 7, 20]. Многочисленные данные экспериментальных и медицинских исследований убедительно показывают, что систематическое воздействие ЭМП определенных уровней может вызывать функциональные расстройства нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной и других систем. Установлено отрицательное влияние данного фактора и на половую функцию, гематологические показатели, показана способность ЭМП к снижению иммунологической реактивности организма, уменьшению его адаптивных резервов и увеличению риска заболеваний, а также возможность генетических и онкологических эффектов [4, 5, 17, 19]. Экспериментальные и теоретические исследования в области электромагнитобиологии показывают, что из всего многообразия электромагнитных факторов наиболее выраженное биологическое действие имеют импульсы электромагнитных полей (иЭМП), воздействие которых на организм может проявляться как непосредственно на субклеточном и клеточном уровнях, влияя на репродуктивный цикл и биохимические процессы, так и опосредованно, реализуя свои эффекты через критические системы, обладающие чувствительностью к электромагнитному излучению, а также приводя к изменениям относительного динамического постоянства внутренней среды, являющимся результатом нарушений сложных координационных и регуляторных взаимоотношений, осуществляемых в целостном организме [10, 13, 18]. Установление зависимости от воздействия параметров иЭМП эпителия слизистой оболочки тощей кишки, обладающего чувствительностью и относящегося к критической клеточной популяции с высокой скоростью обновления, выражающейся в высоком уровне митотической активности как самой радио-чувствительной стадии клеточного цикла, позволяет использовать его в качестве критерия поражаемости организма в целом [14]. В связи с вышеизложенным целью данного экспериментального исследования являлся анализ динамики митотической активности и поражаемости эпителиоцитов крипт слизистой оболочки тощей кишки, а также возможных прогностических последствий хронического воздействия различных параметров иЭМП. Методы Экспериментальная возрастная модель, выполненная на белых половозрелых лабораторных крысах -самцах (351 животное, 13 групп), составляла от 4 до 14 месяцев, и для каждого срока эксперимента был определен свой возрастной контроль. Животных подвергали воздействию редко повторяющихся широкополосных высокоамплитудных иЭМП ультракороткой длительности (15^40 нс) на протяжении 5, 7 и 10 месяцев. Уровни воздействующих иЭМП подбирались таким образом, чтобы плотность наведенных токов (ПНТ) в теле экспериментальных животных была эквивалентна уровню в теле человека при его профессиональной деятельности и с учетом коэффициента перерасчета составила 0,37; 0,7; 0,8; 2,7 кА/м2. Эта градация дает адекватную возможность проведения как интерполяции, так и экстраполяции для других уровней ПНТ. В связи со статической неопределенностью периодичности работы персонала, эксплуатирующего испытательные установки - источники электромагнитных импульсов, животные находились в свободном режиме передвижения, в условиях воздействия одноименного фактора при моделировании. Количество импульсов, подаваемых в неделю (И/н) на каждом уровне воздействия, составляло 50, 100 и 500, независимо от их дробности. Источниками, генерировавшими импульсы ЭМП, служили установки ПК-4, 0М-20Т «Ладога-М», ПК-5. Хронический эксперимент продолжался 10 месяцев. Экспериментальная возрастная модель для крыс соответствовала 4-14 месяцам, что эквивалентно профессиональному воздействию для персонала 22-45 лет. Эвтаназия экспериментальных и контрольных животных осуществлялась декапитацией, которая проводилась в одно и то же время суток с предварительной наркотизацией. Взятие биологического материала производили через 5, 7 и 10 месяцев воздействия иЭМП. Фрагмент тощей кишки фиксировали в растворе Беккера, после соответствующей обработки заливали в парафин и готовили продольные срединные срезы толщиной 5-6 мкм, которые окрашивали по М. Г. Шубичу с докраской гематоксилином. Количественную оценку и динамику обновления эпителия слизистой оболочки тощей кишки оценивали по митотической активности (МА) недифференцированных эпителиоцитов путем подсчета делящихся клеток двадцати продольных крипт с микропрепарата каждого животного (х400). Полученные количественные данные обрабатывали с помощью методов вариационной статистики. Для оценки достоверности различий между связанными выборками непрерывных величин при нормальном распределении применялся парный t-критерий Стьюдента. 4 Экология человека 2018.01 Экологическая безопасность Результаты Исследование слизистой оболочки тощей кишки животных контрольной группы показало снижение МА энтероцитов крипт в возрастной динамике. В условиях хронического воздействия иЭМП в изученных параметрах наблюдалось достоверное снижение интенсивности пролиферации недифференцированных эпителиоцитов с большей выраженностью при высоком значении ПНТ через 5 месяцев и через 10 при низком. Активизация пролиферации наблюдалась спустя 7 и 10 месяцев воздействия с избирательностью к параметрам иЭМП: при ПНТ 0,37 кА/м2 с периодичностью 50 и 500 И/н; при ПНТ 0,7 кА/м2 и 500 И/н через 7 месяцев; при ПНТ 0,8 кА/м2 и 100 И/н через 10 месяцев (рисунок). Динамика митотической активности недифференцированных эпителиоцитов крипт слизистой оболочки тощей кишки в условиях воздействия параметров иЭМП Примечание. * - различия статистически значимы в сравнении с контролем при р < 0,05. Эффект изменения показателей средних величин МА недифференцированных эпителиоцитов был использован для вычисления коэффициента поражае-мости (Кп), который определялся логарифмической зависимостью отношения числа митотически делящихся эпителиоцитов крипт в эксперименте и контроле. При пятимесячном воздействии показатель Кп наиболее существенно повышался за счет снижения МА с наибольшим значением при ПНТ 0,37 кА/м2 по мере увеличения периодичности, а для ПНТ 0,7 и 0,8 кА/м2 наблюдался обратный эффект (таблица). При семимесячном воздействии иЭМП изменение Кп недифференцированных эпителиоцитов крипт преимущественно носило фазовый характер, увеличиваясь при 100 И/н для ПНТ 0,37 и 0,8 кА/м2 и, напротив, снижаясь при 2,7 кА/м2, достигая минимума при ПНТ 0,7 кА/м2 с периодичностью 100 и 500 И/н. Десятимесячное воздействие иЭМП приводило к повышению Кп эпителия по мере увеличения периодичности при ПНТ 0,37 кА/м2, а при 0,8 кА/м2, напротив, к существенному снижению. Изменения Кп при ПНТ 0,7 и 2,7 кА/м2 были разнонаправлены и носили фазовый характер в зависимости от периодичности с минимальным значением при 100 И/н и максимальным при 50 И/н (см. таблицу). Кроме того, в ходе обработки и сравнительного анализа результатов эксперимента были установлены «амплитудно-частотные окна», которые проявлялись в отсутствии изменений МА недифференцированных эпителиоцитов крипт слизистой оболочки тощей кишки по отношению к контрольным показателям, служащих проявлением их возможной толерантности к определенному комплексному воздействию некоторых параметров иЭМП и регистрируемых при ПНТ 0,8 кА/м2 с периодичностью 50 и 500 И/н при семи- и десятимесячном воздействии соответственно. При прогностическом моделировании показателей МА недифференцированных эпителиоцитов в условиях воздействия иЭМП с ПНТ 0,7 кА/м2 и периодичностью 50 И/н и ПНТ 2,7 кА/м2 при 100 И/н наблюдалось существенное снижение пролифератив-ной активности в динамике прогноза. При ПНТ 0,37 и 0,8 кА/м2, напротив, происходило ее повышение с достоверными значениями при периодичности 500 и 100 И/н соответственно. Обсуждение результатов С точки зрения медицины и магнитобиологии в настоящее время уже не вызывает сомнений тот факт, что ЭМП естественного и антропогенного происхождения следует рассматривать как один из важнейших экологических факторов, а проведенный анализ многочисленных экспериментальных работ показывает, что ЭМП является биоэффективным экологическим фактором для всех элементов биоэкосистем от человека до простейших, который при Динамика коэффициента поражаемости эпителиоцитов по степени выраженности Плотность наведенных токов (кА/м2) 0,37 0,7 0,8 2,7 В/в И/н Кп В/в И/н Кп В/в И/н Кп В/в И/н Кп 5 50 0,037 5 50 0,018 5 50 0,115 5 50 0,079 5 100 0,015 5 100 0,059 5 100 0,027 5 100 0,027 5 500 0,123 5 500 0,009 5 500 0,003 5 500 0,007 7 50 0,056 7 50 0,040 7 50 0 7 50 0,033 7 100 0,103 7 100 0,060 7 100 0,016 7 100 0,030 7 500 0,062 7 500 0,053 7 500 0,005 7 500 0,097 10 50 0,008 10 50 0,071 10 50 0,154 10 50 0,025 10 100 0,025 10 100 0,022 10 100 0,127 10 100 0,133 10 500 0,036 10 500 0,043 10 500 0 10 500 0,047 Примечание. В/в - время воздействия (мес); И/н - импульсов в неделю; Кп - коэс эфициент поражаемости. 5 Экологическая безопасность Экология человека 2018.01 определенных совокупностях параметров и длительности экспозиции становится фактором риска и с неизбежностью ведет к серьезной экологической проблеме электромагнитного фона, в который погружены существование и деятельность человека [2, 8, 15]. Органы и системы организма по-разному реагируют на воздействие магнитного поля, при этом избирательность ответной реакции организма зависит от электрических и магнитных свойств тканей, их различия в микроциркуляции, интенсивности метаболизма и пролиферативных способностей, что обусловило выбор объекта данного исследования, так как слизистая оболочка тощей кишки, обеспечивающая всасывательно-пищеварительную функцию, важнейшим морфологическим эквивалентом которой является эпителий системы ворсинка - крипта, относимый к обновляющимся клеточным популяциям, априорно принадлежит к радиочувствительным тканям [4, 5, 10]. В работах А. Я. Должанова и соавт. [6] показано, что облучение ЭМП низкой интенсивности вызывает фазовые изменения МА эпителия крипт тощей кишки крыс, которые носили явно выраженный адаптивный характер, поскольку после прекращения электромагнитного воздействия количество митозов возвращалось к норме. Изменение МА малодифференцированных энте-роцитов крипт наблюдалось и у животных, испытывающих общее воздействие переменных ЭМП на протяжении 3, 7, 14, 21 и 28 суток с плотностью потока 1,5 мкТл и частотой 150 ГГц, от существенного снижения на 3-и сутки до резкого повышения по отношению к контролю на 7-е сутки с последующим сохранением данного значения на 14-е, 21-е сутки, с достижением максимального значения на 28-е сутки [11]. В проведенном исследовании на чувствительность недифференцированных эпителиоцитов из совокупности действующих факторов иЭМП наиболее достоверно влияли только продолжительность действия и ПНТ, которые имели обратные эффекты по отношению к интенсивности пролиферации. Наряду с этим регистрируемое уменьшение МА в данной клеточной популяции сопровождалось снижением высоты клеток эпителиального пласта и увеличением его протяженности, служащими свидетельством их адаптивной реакции. Наблюдаемую очаговую гипертрофию ворсинок и пролиферацию эпителия при воздействии некоторых параметров иЭМП можно объяснить компенсаторной реакцией в ответ на действие сверхсильного повреждающего фактора. Таким образом, полученные экспериментальные данные позволили оценить изменения пролиферативной активности и поражаемости чувствительной клеточной популяции недифференцированных эпителиоцитов крипт слизистой оболочки тощей кишки в условиях воздействия различных параметров иЭМП, выявить проявления защитно-приспособительных реакций в хронодинамике эксперимента, оценить компенсаторные возможности, а также установить возможные проявления толерантности для отдельных параметров иЭМП. Анализ результатов исследования в хроноби-ологическом аспекте профессиональной деятельности позволяет проследить динамику изучаемой системы и отражает реально существующие уровни проявления неблагоприятного воздействия иЭМП. Установление зависимости между совокупностью изучаемых параметров с соотносимыми морфологическими признаками отклика и последующей экстраполяцией полученных результатов с биообъектов на человека позволит оценить степень поражаемости органов и риск хронического облучения. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы для разработки профилактических мер по обеспечению экологической безопасности контакта человека с ЭМП, а также контроля его источников с целью регулирования электромагнитного загрязнения окружающей среды.

About the authors

I B Ushakov

Federal State Institution State Research Center «Federal Medical Biophysical Center named A. I. Burnazyan» of Federal Medical Biological Agency of Russia

Moscow

V I Popov

Voronezh State Medical University of N. N. Burdenko

Email: 9038504004@mail.ru
Voronezh, Russia

O A Popova

Voronezh State Medical University of N. N. Burdenko

Voronezh, Russia

References

Supplementary files