Таврический Национальный Университет им.В.И.Вернадского
структура ТНУ главная страница
ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗДАНИЯ
 
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ТНУ


Выпуск N 12(51)N2


ВЛИЯНИЕ СЛАБОГО ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ КРАЙНЕ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ И ПЕЧЕНИ ЖИВОТНЫХ С РАЗНЫМИ КОНСТИТУЦИОНАЛЬНЫМИ ОСОБЕННОСТЯМИ

Мартынюк С. Б. Мартынюк В. С.
Овечкина З. А. Кучина Н. Б.

Введение
Проблема индивидуально-типологических (конституциональных)   особенностей  организмов, несмотря на многолетнее изучение,  остается актуальной благодаря своей значимости как  в теоретическом,  так и в прикладном аспектах.  Важным направлением этих исследований является поиск  физиолого-биохимических  механизмов, определяющих формирование  и функциональное проявление индивидуально-типологических особенностей (ИТО) организма. Конституциональные  характеристики играют существенную роль в реакции организма на действие различных  внешних  факторов,  в  том  числе электромагнитных полей естественного и искусственного происхождения [1]. Такие интегральные показатели как чувствительность, реактивность и резистентность  организма к воздействующему фактору значительно варьируют в популяции. Они, как правило,  отражают состояние отдельных функционально-метаболических систем организма и особенности их взаимодействия между собой.

Во многих работах,  касающихся влияния магнитного поля на биологические системы,  объектом исследования является нервная ткань, что связано с ее ключевой ролью в регуляции жизнедеятельности и высокой чувствительностью к данному физическому фактору [2].  В тоже время, в литературе  имеются данные о  магниточувствительности  других органов и тканей,  например, печени [3], которая, как известно, выполняет важные функции в осуществлении адаптивных реакций организма. Существенным элементом успешной адаптации  к  воздействию факторов окружающей  среды является состояние энергетического обмена и, соответственно, энергообеспеченность тканей.

В связи с этим, целью данной работы являлось изучение активности  ключевых ферментов цикла  Кребса  и   электрон-транспортной цепи митохондрий в отдельных структурах головного мозга и ткани печени у интактных и подвергшихся однократному действию переменного магнитного поля (ПеМП) животных с различными индивидуально-типологическими особенностями.

Методы исследований
Экспериментальная часть настоящей работы проведена на кафедре физиологии человека и животных и кафедре биохимии Симферопольского госуниверситета.

Эксперимент осуществляли на 38 беспородных крысах-самцах массой 180-200 г. Конституциональные особенности животных оценивали при помощи теста "открытого поля" [4]. По результатам тестирования крысы были разделены  на  3  группы: животные с низкой (НДА),  средней (СДА) и высокой двигательной активностью (ВДА). При этом выделенные группы животных характеризовались близкими уровнями груминга и дефекации, различия между которыми носили недостоверный характер.

Активность сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и НАД-зависимых дегидрогеназ  (НАД-ДГ) в гомогенатах нервной ткани определяли феррицианидным методом [5,6] Активность *-кетоглутаратдегидрогеназы (*-КГДГ)   определяли спектрофотометрически по скорости восстановления 2,6-дихлорфенолиндофенола [7].
В гомогенатах печени изучали активность *-КГДГ, сукцинатдегидрогеназы и НАД-зависимых дегидрогеназ электронтранспортной цепи митохондрий (НАД-ДГ).  Активность КГДГ [7] и СДГ [8] определяли спектрофотометрически по скорости восстановления 2,6-дихлорфенолиндофенола. Активность НАДН-ДГ - по скорости восстановления гексацианоферрата калия [6].

Импульсное  магнитное  поле частотой 8 Гц индукцией  5 мкТл  создавали с помощью колец Гельмгольца. Параметры поля выбирали с учетом их геофизической,  экологической и физиологической значимости [1]. Однократная экспозиция животных в магнитном поле составляла 3 часа.

Полученные результаты были обработаны с помощью параметрических статистических методов. В качестве критерия достоверности различий использовался критерий Стьюдента.

Результаты и обсуждение
 Как видно из данных,  представленных в таблице 1,  печень низко активных  животных, также как и кора больших полушарий, характеризуется незначительно повышенной активностью *-КГДГ. Активность данного фермента у этой группы животных приблизительно на 20% выше (p<0.1), по сравнению с животными с высоким уровнем двигательной активности в "открытом поле".  В тоже время, результаты эксперимента показали достоверно более  высокую  активность (p<0.05)  НАД-ДГ  в печени у животных с низкой двигательной активностью в "открытом поле", что не характерно для нервной ткани. В головном мозге более высокая активность НАД-ДГ выявляется  у активных в "открытом поле" животных.   В отличие от данных о разной активности СДГ  в  мозге активных и неактивных животных,  результаты нашего эксперимента показали практически одинаковую активность  СДГ  в  печени  крыс  всех групп (табл.1).

 Таким образом, анализ полученных результатов по  группе интактных животных указывает на  существование связи их поведения  в "открытом поле" с активностью отдельных звеньев энергетического обмена как в центральной нервной системе, так и в периферических органах и тканях. Установить характер этих связей позволяет корреляционный анализ (табл.2). Как видно, наибольшая связь метаболических показателей с показателями горизонтальной двигательной активности животных свойственна для коры больших полушарий и гипоталамуса. При этом для НАД-ДГ она положительная  и характеризуется высокими значения r = 0,5*0,7, а для СДГ - отрицательная. Это означает, что повышение активности животных в тесте "открытого поля" сопровождается увеличением активности НАД-ДГ  в исследуемых отделах головного мозга и одновременно с этим  компенсаторным снижением активности СДГ. Такие реципрокные отношения НАД-ДГ и СДГ давно описаны  в литературе [9].  Необходимо отметить,  что в противоположность нашим результатам в отдельных исследованиях [10,11]  установлена положительная корреляция активности СДГ с активностью животных в "открытом поле". Возможно, основная причина такой противоречивости результатов носит методический характер. В упоминаемых исследованиях оценку активности СДГ проводили гистохимическими методами с использованием нитротетразолиевого синего в качестве красителя. Следует отметить, что данный гистохимический краситель хорошо восстанавливается различными НАД-ДГ  тканей.  Учитывая, что СДГ является одним из наиболее медленных ферментов [12] и абсолютная активность НАД-ДГ на два-три порядка превышает активность СДГ (табл. 1),  гистохимическое определение активности СДГ скорее является интегральным методом оценки суммарной скорости  использования таких энергетических  субстратов как сукцинат и НАДН*Н-+. --

Таблица 1
Показатели активности ферментов энергетического обмена
в головном   мозге и  печени интактных животных

                                                                     НДА                      СДА                         ВДА
                                                           Головной   мозг
Кетоглутарат-
дегидрогеназа,                              1)       0,016*0,001           0,016*0,002             0,014*0,001
нМ/мг ткани*мин                         2)       0,010*0,001           0,011*0,002             0,008*0,001
Сукцинат-
дегидрогеназа,                              1)      0,070*0,012            0,050*0,005            0,038*0,007
нМ/мг ткани*мин                         2)      0,064*0,008            0,040*0,005            0,047*0,009
НАДН-зависимые                         1)      12,2*0,5                   16,1*0,9                 16,7*0,9
дегидрогеназы,                              2)      13,8*0.3                   15,9*0.7                 16.2*0.6
нМ/мг ткани*мин                          3)      16,4*0,9                   16,8*0,13               15,6*1,2
                                                        4)       20,1*0,5                   21,5*0,6                 21,7*0,4

                                                                      Печень
 Кетоглутарат-
дегидрогеназа,                                      0,462*0,021            0,410*0,048           0,380*0,034
нМ/мг ткани*мин
Сукцинат-
дегидрогеназа,
нМ/мг ткани*мин                                 0,426*0,023            0,423*0,017            0,411*0,024
НАДН-зависимые
дегидрогеназы,
нМ/мг ткани*мин                                   72,56*6,49            68,44*13,63              49,43*6,48
Примечание:  1) и 2) - кора левого и правого полушария соответственно,
3) таламус, 4) гипоталамус.

Таблица 2

Корреляционные отношения  активности ферментов энергетического обмена с показателем горизонтальной двигательной  активности животных в "открытом поле"

                                                                           Контроль             Воздействие ПеМП

Головной   мозг

Кетоглутаратдегидрогеназа,                 1)       -0,244*0,253                        0,172*0,263
                                                                 2)       -0,320*0,245                        -0,130*0,256
Сукцинатдегидрогеназа                        1)      -0,431*0,201*                       -0,276*0,240
                                                                 2)      -0,465*0,209*                       0,060*0,250
НАДН-зависимые дегидрогеназы        1)       0,683*0,172*                        0,356*0,234
                                                                 2)       0.661*0.177*                        0,253*0,243
                                                                 3)       -0,172*0,232                         -0,207*0,245
                                                                 4)       0,495*0,206*                        0,580*0,280*

Печень

Кетоглутаратдегидрогеназа,                        -0,412*0,209                          0,513*0,209*
Сукцинатдегидрогеназа                                -0,025*0,229                          -0,182*0,246
НАДН-зависимые дегидрогеназы                -0,364*0,219                         -0,722*0,173*

Примечание:  * - достоверная оценка коэффициента корреляции (Р<0,05);
1) и 2) - кора левого и правого полушария соответственно,
3)  таламус, 4) гипоталамус.

Необходимо обратить внимание на низкие значения коэффициента корреляции в таламусе. Отсутствие достоверно значимых корреляций в таламусе было обнаружено в наших исследованиях и для других метаболических показателей, таких как уровень продуктов перекисного липидов,  концентрация тиолов и др. Возможно, это связано с тем, что таламус не принимает непосредственного участия в формировании и реализации программ мотивационного  поведения животных.

В печени корреляционная связь активности исследуемых  ферментов с показателями поведения  животных имеет менее выраженный характер (табл.2).

Однократное воздействие ПеМП не привело к  статистически значимым изменениям активности *-КГДГ в коре больших полушарий животных всех исследуемых групп (рис. 1). Изменение активности СДГ в данном отделе головного мозга в сторону увеличения было выявлено только в группе высокоактивных животных, тогда как активность   НАД-ДГ  практически не изменялась. Следует, однако, отметить одну интересную на наш взгляд особенность действия слабого переменного магнитного поля. Однократное воздействие данного фактора приводило к разрушению исходных корреляционных связей  между поведением животных в "открытом поле" и активностью исследуемых ферментов в коре больших полушарий и гипоталамусе (табл.2). При этом, метаболическая ситуация в таламусе принципиально не изменяется. Данные факты мы рассматриваем как свидетельство более высокой чувствительности и реактивности на действие ПеМП тех структур головного мозга, которые  непосредственно участвуют в формировании эмоционального статуса организма и программ его поведения.

Воздействие ПеМП  у   разных  группа животных в печени привело к различным, как по величине, так и по направлению изменениям в состоянии ферментов энергетического обмена (рис.2). Так, активность НАД-ДГ ЭТЦ у животных с ВДА  под  воздействием  поля  достоверно  снизилась  на  22%.  Возможно, уменьшение активности  НАД-дегидрогеназного  участка  ЭТЦ в некоторой степени может компенсироваться усилением потока восстановленного НАД на ЭТЦ,  который поступает из метаболических путей, в т.ч. из ЦТК.  В пользу этого  допущения  говорит  повышение  активности  *-КГДГ у животных с ВДА.

Повышение активности НАД-ДГ ЭТЦ в печени у крыс с СДА сопровождается снижением активности СДГ, что свидетельствует об активности компенсаторного  механизма регуляции потока электронов в ЭТЦ. т.к.  известно, что эти два входа в ЭТЦ в различных условиях могут реципрокно активироваться и дезактивироваться [19].

У крыс с НДА незначительная интенсификация  НАД-дегидрогеназного участка ЭТЦ сопровождается малодостоверными изменениями активности СДГ и достоверно значимым снижением активности *-КГДГ.
В отличие от головного мозга, где  воздействие ПеМП приводило к разрушению корреляционных отношений, характерных для интактных животных, в печени данное физическое воздействие  приводило к заметному усилению корреляционных связей (табл. 2). Данная особенность влияния ПеМП пока трудно объяснима в рамках современных представлений о системных механизмах действия низкочастотных магнитных полей и поэтому остается в ранге феномена.

Таким образом, проведенные  исследования  показали,  что  у интактных крыс-самцов с разным типом поведения в "открытом поле" существуют различия в активности *-кетоглутаратдегидрогеназы, сукцинатдегидрогеназы и NADH-дегидрогеназного комплекса ЭТЦ митохондрий. Воздействие поля частотой 8 Гц и индукцией 5 мкТл в  разных группах  животных  приводит  к различным по характеру изменениям в показателях энергетического метаболизма. Полученные результаты позволяют предположить, что под действием таких слабых внешних факторов как ПеМП в организме как единой целостной системе для наименьшего отклонения от устойчивого функционирования  осуществляются адаптивные реципрокные изменения активностей ее отдельных звеньев.



Литература

1. Темурьянц Н.А., Грабовская Е.Ю. Реакция крыс с различными конституционными       особенностями на действие слабых переменных магнитных полей сверхнизких частот // Биофизика.-1992. - Т.37, в.37. - С. 817.

2. Сидякин В.Г. Влияние глобальных экологических факторов на нервную систему.- Киев : Наукова думка., 1986. - 159 с.

3. Холодов Ю.А., Лебедева Н.П. Реакции нервной системы человека на электромагнитные поля. -М.: Наука, 1992. - 135 с.

4. Маркель А.Л., Хусаинов Р.А. Метод комплексной регистрации поведенческих и вегетативных реакций у крыс при проведении теста "открытого поля" // ЖВНД. - 1976. - Т. 26, N 6. - С.1314.

5. Методы  биохимических исследований. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. - С. 207.

6. Карузина И.И., Арчаков А.И.  Выделение микросомной фракции печени и характеристика ее окислительных систем. // В кн.: "Современные методы в биохимии".  - М.: Медицина,1977. - С. 57.

7. Снечкуте М.А., Галемжа А.А.  Изучение каталитических свойств альфа-кетоглутаратдекарбоксилазы из мозга быка // Биохимия. - 1976. - Т. 41, в. 3. - С.491.

8. Кривченкова Р.С. Определение активности сукцинатдегидрогеназы в суспензии митохондрий // В кн.: "Современные методы в биохимии. - М.: Медицина, 1977. - С. 44.

9. Кондрашова М.Н.  Взаимодействие процессов переаминирования и окисления карбоновых кислот при различных функциональных состояниях ткани // Биофизика. - 1989. - Т. 34, в. 5. - С.450.

10. Саркисова К.Ю., Ноздрачева Л.В., Куликов М.А. Взаимосвязь между индивидуальными особенностями поведения и показателями энергетического метаболизма мозга у крыс // ЖВНД. - 1991. - Т. 41, в. 5. - С.963.

11. Ливанова Л.М., Саркисова К.Ю., Лукьянова Л.Д., Коломейцева И.А. Дыхание и окислительное фосфорилирование митохондрий мозга крыс с разным типом поведения // ЖВНД. - 1991.  - Т. 41, в. 5. - С. 973.

12. Шноль С.Э. Физико-химические факторы биологической эволюции. - М.: Наука, 1979. - 263 с.

 


В начало | Предыдущий выпуск | Следующий выпуск
Редакционная коллегия
 
2002 Таврический национальный университет