Анализ адаптационно-приспособительных возможностей отдельных систем организма в условиях воздействия электромагнитного фактора экологического риска

Полный текст

В последние годы вопросы, связанные с электромагнитной экологией, получили весьма широкое распространение, электромагнитные поля (ЭМП) окружают нас повсюду, а мощности их достигают значительных величин. Широкомасштабное и всестороннее внедрение во все сферы деятельности человека новых источников ЭМП различных частотных диапазонов, средств мобильной сотовой, транкинговой и спутниковой связи, персональных компьютеров, разнообразной электробытовой техники, новых диагностических и лечебных аппаратов приводит к усложнению электромагнитной обстановки как на рабочих местах, так и в местах проживания населения [1, 6, 12, 17]. Возросший уровень электромагнитного излучения от антропогенных источников связан с риском для жизнедеятельности человека и требует разработки решений по управлению им. Предполагаемые риски могут быть снижены, если будут учтены связанные с их восприятием факторы, зависящие от индивидуальных особенностей, а также от природы воздействующих факторов [5, 8, 11]. Экспериментальные и теоретические исследования в области электромагнитобиологии показывают, что из всего многообразия ЭМП наиболее биологически активными являются импульсные электромагнитные поля (иЭМП), воздействие которых на организм может проявляться на субклеточном и клеточном уровнях, опосредованно реализуя свои эффекты через критические системы и приводя к изменениям гомеостаза. Эти сдвиги являются результатом нарушений сложных координационных и регуляторных взаимоотношений, осуществляемых в целостном организме, а также отчетливым проявлением адаптации организма к изменениям условий внешней среды [4, 13, 18]. Наиболее наглядно радиоадаптация клетки и ткани регистрируется при хроническом облучении, а ее основным показателем является способность к повышению радиорезистентности. При этом механизм толерантности тканей к хроническому облучению, по-видимому, имеет сложную природу и связан с комплексом субклеточных, клеточных, системных, органных и организменных адаптивных реакций на хроническое облучение, осуществляемых на разном уровне. Особенностью хронического облучения является длительное воздействие, при котором эффекты повреждения клеточных структур, тканей и органов с одной стороны и адаптивные процессы - с другой протекают параллельно, а длительное облучение может приводить к снижению компенсаторно-приспособительных механизмов и срыву адаптации [2, 7, 15, 16]. Данное исследование по изучению влияния ЭМП электрических разрядов (ЭМП ЭР) в условиях, эквивалентных профессиональному воздействию на персонал, эксплуатирующий испытательные установки - источники этого вида физических полей электромагнитной природы, проведено с целью выявления изменений морфофункционального состояния слизистой оболочки тощей кишки с установлением чувствительности и степени поражаемости ее мор-фоэнзимонологических показателей, а также прогнозирования последствий и адаптационных реакций при хроническом воздействии фактора и определения направлений в разработке профилактических мероприятий по обеспечению электромагнитной безопасности. Структурно-метаболическое состояние слизистой оболочки тощей кишки, в которой гидролизуется и всасывается основная масса пищевых веществ, определяет актуальность ее изучения для выяснения закономерностей реакции морфоэнзимологических показателей как эквивалентов функционального состояния, обеспечивающих пищеварительно-всасывательную и барьерную функции, во многом предопределяя радиационную устойчивость организма [3, 10, 19]. Целью данного исследования было проведение комплексного анализа адаптационно-приспособительных возможностей морфоэнзимологических показателей слизистой оболочки тощей кишки в условиях хронического воздействия импульсов электромагнитных полей. Методы Эксперимент был выполнен на белых половозрелых лабораторных крысах-самцах (351 животное, 13 групп) возрастом от 4 до 14 месяцев, что эквивалентно профессиональному воздействию для персонала от 22 до 45 лет, эксплуатирующего испытательные электроразрядные установки. Животных подвергали воздействию редко повторяющихся широкополосных высокоамплитудных импульсов ЭМП ультракороткой длительности (15^40 нс) на протяжении 5, 7 и 10 месяцев. Уровни воздействующих ЭМП ЭР 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 животные находились в свободном режиме передвижения, в условиях воздействия фактора ЭМП ЭР при моделировании. Количество импульсов, подаваемых в неделю на каждом уровне воздействия, составляло 50, 100 и 500 независимо от их дробности. Источниками, генерировавшими ЭМП, служил ряд экспериментальных электроразрядных установок. Взятие биологического материала производили через 5, 7 и 10 месяцев воздействия ЭМП ЭР. Эвтаназия экспериментальных и контрольных животных осуществлялась декапитацией, которая проводилась в одно и то же время суток с предварительной наркотизацией. Извлеченный фрагмент тощей кишки фиксировали в растворе Беккера и после соответствующей обра 38 Экология человека 2019.05 Экологическая физиология ботки заливали в парафин. Продольные срединные срезы толщиной 6 мкм окрашивали по М. Г. Шубичу с докраской гематоксилином и подсчитывали мито-тически делящиеся недифференцированные эпите-лиоциты 20 продольно разрезанных крипт, а также тучные клетки на этом же по протяженности участке в межкриптальной строме собственной пластинки слизистой оболочки тощей кишки, идентифицируя их по морфофункциональным особенностям, что позволяет оценить поражаемость и степень адаптационно-приспособительных возможностей, а также определить возможности гомеостаза на уровне всего организма. Гистоэнзимологические реакции проводили на криостатных срезах и изучали динамику показателей столбчатых эпителиоцитов по критерию светооптической плотности щелочной и кислой фосфатаз исчерченной каемки энтероцитов. Количественную оценку осуществляли в эпителии 20 продольных ворсинок с микропрепарата каждого животного (х400). Полученные количественные данные обрабатывали с помощью методов вариационной статистики. Для оценки значимости различий между связанными выборками непрерывных величин при нормальном распределении применялся парный t-критерий Стьюдента. Результаты Анализ состояния морфоэнзимологических показателей слизистой оболочки тощей кишки в условиях хронического воздействия ЭМП ЭР показал обратную зависимость ферментативной активности эпителия слизистой оболочки тощей кишки от продолжительности воздействия с наибольшей выраженностью для кислой фосфатазы, а также от периодичности импульсов в неделю с избирательной зависимостью от ПНТ (рис. 1 и 2). При воздействии ЭМП в изученных параметрах обнаруживалась чувствительность недифференциро Рис. 1. Динамика распределения щелочной фосфатазы в столбчатых энтероцитах по показателям светооптической плотности в условиях воздействия иЭМП Примечание.* - р < 0,05 по отношению к контролю. Рис. 2. Динамика распределения кислой фосфатазы в столбчатых энтероцитах по показателям светооптической плотности в условиях воздействия иЭМП Примечание. * - р < 0,05 по отношению к контролю 39 Экологическая физиология Экология человека 2019.05 Рис. 3. Динамика митотической активности недифференцированных эпителиоцитов крипт слизистой оболочки тощей кишки в условиях воздействия иЭМП Примечание. * - р < 0,05 по отношению к контролю. Рис. 4. Динамика скоррелированности взаимодействий тучных клеток и митотических эпителиоцитов слизистой оболочки тощей кишки в условиях воздействия параметров иЭМП Примечания: * - р < 0,05 по отношению к контролю; МА - митотическая активность; ОЧТК - общее число тучных клеток. ванных эпителиоцитов крипт и наблюдался разнонаправленный эффект, который зависел от периодичности ЭМП ЭР и ПНТ, причем при их повышении усиливалась поражаемость эпителия слизистой оболочки тощей кишки за счет снижения митотической активности с увеличением коэффициента поражаемости эпителия в хронодинамике для ряда параметров (рис. 3). Выявлена зависимость тучных клеток межкрип-тальной стромы слизистой оболочки тощей кишки от величины ПНТ и периодичности импульсов, что коррелировало с продолжительностью воздействия, то есть увеличением их числа в хронодинамике (рис. 4). При этом тучные клетки претерпевали как количественные, так и качественные изменения, выражающиеся в перераспределении морфофункцио нальных типов, что преимущественно сопровождалось либо подавлением, либо стимуляцией дегрануляции, а следовательно, торможением или активацией высвобождения гепарина или гистамина, определяющих местный гомеостаз и адаптационный потенциал. Обсуждение результатов В ходе обработки результатов эксперимента были установлены амплитудно-частотные окна в динамике событий по морфологическим критериям, которые проявлялись в отсутствии сдвигов по отношению к показателям контроля и являлись неспецифической формой реагирования слизистой оболочки тощей кишки на полученные воздействии, свидетельствовали об их возможной толерантности к определенному комплексному воздействию некоторых параметров 40 Экология человека 2019.05 Экологическая физиология ЭМП ЭР, а также регистрировались и в отношении других сенситивных систем организма, таких как нервная и эндокринная [9, 14, 20]. Так, для недифференцированных эпителиоцитов слизистой оболочки тощей кишки «эффект окна» регистрировался при ЭМП с ПНТ 0,8 кА/м2 и периодичности 50 и 500 И/н при 7- и 10-месячном воздействии соответственно. Для крупноклеточных ядер гипоталамуса данный эффект проявлялся по отношению к нейросекреторным клеткам при 10-месячном воздействии ЭМП с ПНТ 0,7 и 0,8 кА/м2 и периодичности 100 И/н. С такими же параметрами наблюдался «эффект окна» в спинномозговых ганглиях, исключая ПНТ 0,7 кА/ м2. Для щитовидной железы данный эффект наблюдался по отношению к кислой фосфатазе при ПНТ 0,37 кА/м2 и 100 И/н спустя 7 месяцев и при ПНТ 0,7 и 2,7 кА/м2 с периодичностью 500 И/н спустя 10 месяцев, а также по отношению к общему числу тучных клеток при ПНТ 0,8 кА/м2 и 50 И/н после 5 месяцев воздействия [3, 9, 10, 21]. Таким образом, можно отметить, что все биоэффекты структурных элементов слизистой оболочки тощей кишки проявлялись индивидуально в хронодинамике эксперимента на основе исследуемых морфологических критериев и зависели от всех параметров ЭМП ЭР и продолжительности его воздействия с проявлением защитно-приспособительных реакций и наиболее выраженных признаков адаптации для популяции тучных клеток спустя 7 месяцев воздействия, которые опосредованно нашли свое отражение и в нарушении внутриклеточного метаболизма энтероцитов. Результаты исследования реализованы при разработке Санитарно-эпидемиологических правил и нормативов «Требования по защите персонала от воздействия импульсных электромагнитных полей» СанПиН 2.2.4.1329-03, утвержденных постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации №102 от 28.05.2003 г. (введено в действие с 25 июня 2003 г., регистрационный №4708 от 1 8 июня 2003 г.). Авторство Попова О. А. внесла существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных; Попов В. И. участвовал в разработке концепции исследования, подготовил первый вариант статьи; Самойлов А. С. существенно переработал, внес вклад в интерпретацию полученных данных; Ушаков И. Б. участвовал в анализе данных, окончательно утвердил присланную в редакцию рукопись.

Об авторах

Александр Сергеевич Самойлов

ФГБУ «Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна» ФМБА России

SPIN-код: 3771-3848

Игорь Борисович Ушаков

ФГБУ «Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна» ФМБА России

Email: iushakov@fmbcfmba.ru
SPIN-код: 7120-1771
доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, главный научный сотрудник, заместитель главного редактора научно-практического журнала «Экология человека»

Валерий Иванович Попов

ФГБУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко»

SPIN-код: 8896-9019

Олеся Александровна Попова

ФГБУ ВО «Воронежский государственный педагогический университет»

SPIN-код: 6245-5289

Список литературы

Дополнительные файлы