Реакции ЦНС на воздействие электромагнитных полей низкой интенсивности

Целью данных серий экспериментов явилось установление нижних порогов реактивности ЦНС к воздействию физических факторов низких интенсивностей и выяснение некоторых механизмов данного эффекта. В качестве модельного воздействующего фактора использовали модулированное электромагнитное излучение сверхнизкой интенсивности (сопоставимое с естественным фоном).

Несмотря на достаточно детальную изученность действия электромагнитных полей (ЭМП) на ЦНС, феномен биологической эффективности ЭМП сверхнизких интенсивностей (сравнимых с фоновыми) не укладывается в существующие традиционные представления и заставляет обратиться к гипотезе информационного действия ЭМП. Согласно этой гипотезе, сформулированной А. С. Пресманом (Presman, 1968), в случае информационного воздействия биологический эффект зависит не от величины энергии, а от вносимой в систему информации. Сигнал, несущий информацию, вызывает только перераспределение энергии в самой системе, изменяя управление происходящими в ней процессами. Принципы и механизмы воздействия низкоинтенсивных физических факторов на организм, в том числе биорезонансные эффекты электромагнитных воздействий, проанализированы также в монографии И. В. Воронцова и др. (2002). Это обусловливает еще один аспект реактивности организма к воздействию факторов окружающей среды низких интенсивностей, когда реакция со стороны его регуляторных систем может оказаться несопоставимой с энергетическими характеристиками воздействующего фактора.

Для решения всех этих вопросов необходимо детальное изучение феномена информационного действия ЭМП и возможных его механизмов. В методологии таких исследований следует выделить два основных аспекта. Первым и важнейшим условием является, исходя из самого определения информационного действия (Presman, 1968), подход к организму как к целостной биологической системе, включающей множество целостных подсистем. Второе условие — это использование в экспериментах излучений, сопоставимых по интенсивности с естественным электромагнитным фоном. Также необходимо учитывать экологические и отологические особенности используемых экспериментальных животных.

В связи с этим в первой серии экспериментов представлялось интересным изучить изменения реактивности ЦНС и обусловленного ей естественного адаптивного поведения по отношению к данному фактору в следующих аспектах: видовые (мыши — крысы) и возрастные (крысы разного возраста) особенности, а также видовые и возрастные различия при сопоставимых условиях поглощения энергии и распределения ее внутри биообъекта (мыши — крысята с размерами тела, сопоставимыми с размерами взрослой мыши).

Наиболее существенными аспектами функциональных реакций ЦНС на ЭМВ низких интенсивностей являются преимущественно тормозное общее действие на интегративном уровне и избирательность реагирования различных структур и систем мозга (Холодов, 1975). В частности, наиболее чувствительны к ЭМВ лимбические структуры, ответственные за формирование эмоций, мотиваций и памяти (Антимоний, Судаков, 1972; Бычков, 1957; Лобанова и др., 1972; Судаков, 1976; Frey, Wesler, 1980 и др.). При этом в реализации функциональных реакций ЦНС на ЭМВ участвуют в первую очередь адренергические и холинергические процессы в различных структурах мозга (Бычков, 1957; Лобанова, 1972). Ряд исследователей отмечают важную роль индивидуальных и типологических особенностей реакций ЦНС на ЭМВ: типологические различия достаточно отчетливо прослеживаются при длительных воздействиях малых интенсивностей (Лобанова, Толгская, 1960; Расулов, 1983).

В то же время сведения об изменениях реактивности ЦНС по критериям ее интегративной деятельности при действии ЭМВ сверхнизких (сопоставимых с фоновыми) интенсивностей весьма немногочисленны и противоречивы, а данные о связи этих изменений с их нейрохимическими механизмами с учетом типологических особенностей поведения в известной нам литературе отсутствуют. Поэтому задачей второй части настоящего раздела было исследование типологических особенностей реактивности ЦНС к данному фактору и лежащих в их основе нейрохимических механизмов.

Следует отметить, что разнообразные экспериментальные данные относительно реактивности ЦНС к воздействию низкоинтенсивных ЭМП не всегда могут быть соотнесены из-за различия параметров используемых ЭМП, примененных методик и объектов исследования. Поэтому важное значение приобретает совершенствование методических подходов к изучению биологических эффектов ЭМП низкой интенсивности. Одним из таких подходов может служить изучение влияния ЭМП на реактивность животных, пребывающих в определенном физиологическом состоянии, вызванном введением фармакологических веществ. В ряде работ показано, что электромагнитные поля низких и средних интенсивностей способны существенно модифицировать эффекты некоторых фармакологических препаратов (Cherski et al, 1974; Kavalieris et al, 1994; Servantie, Bertharison, 1974). Это открывает возможность направленной модификации реактивности организма к воздействию физических факторов низкой интенсивности. Поэтому в третьей части данного раздела работы представляло интерес исследовать сочетанное воздействие ЭМП и фармакологических веществ, вызывающих угнетение функциональной активности ЦНС — гексенала и галоперидола.

юо

Животные. В первой серии опыты были проведены на половозрелых самцах мышей СВАхС57 В1 массой тела 18—22 г, 20-дневных крысятах с примерно такой же массой и половозрелых крысах-самцах Вистар массой тела 200—250 г. Всего в поведенческих экспериментах было использовано 140 мышей, 40 крысят и 120 взрослых крыс (не менее 20 голов в каждой экспериментальной группе). В нейрохимических исследованиях было использовано 30 крыс-самцов Вистар.

Во второй серии опыты были проведены на половозрелых самцах крыс линии Вистар массой тела 200—250 г. Всего в экспериментах было использовано 200 животных.

В третьей серии опыты проведены на половозрелых самцах крыс линии Вистар массой 200—250 г. Всего в экспериментах использовано 70 животных.

Воздействие ЭМП. В первой части раздела (первая серия опытов) в качестве внешнего информационного воздействия использовали ЭМП частотой 4200 (ЭМП-1) и 970 (ЭМП-2) МГц, модулированные квазисто- хастическим сигналом в диапазоне 20—20000 Гц при плотности потока энергии (ППЭ) 15 мкВт/см² на уровне полувысоты тела животных, стоящих в спокойной позе на четырех конечностях. Удельная поглощенная энергия при этом не превышала 4,5 мДж/кг. Принцип работы модулятора описан Tschernjakov (1992); в этой же работе показана биологическая эффективность ЭМИ указанных характеристик, исходя из чего эти параметры ЭМИ были выбраны в настоящей работе. Облучение животных проводили в условиях их свободного перемещения по дну пластмассового прозрачного цилиндра диаметром 250 мм и высотой 350 мм. Излучатели — рупорные антенны с линейной поляризацией — располагали на расстоянии, обеспечивающем пребывание животных в заведомо волновой зоне.

В опытах на мышах животных подвергали воздействию ЭМП-1 в дорзо-вентральном направлении. При этом продолжительность облучения для разных групп животных составляла 15, 30, 60 и 120 мин. Для последующих опытов было выбрано время экспозиции 30 мин. В опытах на взрослых крысах, помимо дорзо-вентраль- ного воздействия ЭМП-1, была проведена также серия экспериментов с облучением в вентро-дорзальном направлении, а также опыты с облучением ЭМП-2.

Во второй части раздела (вторая серия опытов) в качестве электромагнитного воздействия использовали ЭМВ частотой 4200 Мгц с теми же характеристиками и при тех же условиях облучения.

В третьей части раздела (третья серия) характеристики используемых ЭМП были аналогичны применявшимся в первой серии опытов.

Генераторы были установлены в другом помещении, что препятствовало распространению посторонних влияний в экспериментальный отсек. Контрольные животные подвергались «ложному облучению» в тех же экспериментальных условиях, но без электромагнитного воздействия.

Поведенческие исследования. В первой серии опытов для исследования структуры и динамики спонтанного поведения экспериментальных животных использовали методику «открытого поля» (ОП).

Установка ОП представляла собой круглую площадку (диаметром 52 см для мышей и крысят и 94 см для взрослых крыс), разделенную на секторы с отверстием в центре каждого. Тестирование проводили при ярком искусственном свете (освещенность 60 лк) сразу после воздействия ЭМП и повторно — через 2 часа. Учитывая видовые особенности поведения животных, мышей тестировали в течение 8 мин, а крыс разного возраста — в течение 4 мин. Для оценки у гашения активности животных в ОП подсчитывали показатель угашения (ПУ) по формуле:

где А₁ — значение показателя за первую половину времени тестирования, А₂— то же за вторую половину времени тестирования.

Поведение животных оценивали по следующим показателям: горизонтальная двигательная активность, вертикальная двигательная активность (ориентировочный рефлекс), число заглядываний в отверстия (показатель исследовательской активности), количество реакций груминга, частота дефекаций (показатель эмоциональности), число выходов в центр ОП и латентный период ориентировочно-исследовательской реакции (время выхода из центра площадки). Поведенческие реакции регистрировали за каждые 2 мин. сеанса наблюдения.

Во второй серии в экспериментах по исследованию условнорефлекторной деятельности (УРД) крыс схема опыта была следующей: отбор животных с разными типологическими особенностями ВИД —*? облучение —? выработка двигательно-оборонительного условного рефлекса (УР) активного избегания (УРАИ).

Для определения типологических особенностей ВНД подопытных животных использовали выработку рефлекса избегания закрытого темного пространства при крике раздражаемой особи (реакция «эмоционального резонанса») по модифицированной методике П. В. Симонова.

Выработку УР избегания закрытого (темного) пространства проводили в течение пяти опытов.

В результате проведенного отбора в группы 1 — с максимальным временем пребывания в затемненном отсеке (300 с на 5-й день), 2 — с промежуточным временем пребывания в затемненном отсеке и 3 — с минимальным временем пребывания в затемненном отсеке (0 с на 5-й день) вошли соответственно 10, 15 и 18 животных.

Далее в «челночной камере» у крыс вырабатывали УРАИ. Условными раздражителями служили звук (тон 2400 Гц) и свет лампочки (5 Вт); безусловным — импульсный ток с частотой импульсов 1 Гц. Временные характеристики вырабатываемого УР были следующими: 15 с — изолированное действие условных раздражителей, 10 с — сочетание действия условных и безусловного раздражителей, 15 с — интервал между сочетаниями. Регистрировали следующие показатели: число условно- рефлекторных (избегания) и безусловнорефлекторных (избавления) реакций, случаев полного выпадения рефлекса («отказов»), межсигнальных реакций, латентный период УР (ЛП УР), время реакции избавления.

Исследования УРД проводили в стандартных условиях в полностью автоматизированной экспериментальной установке. Сразу после воздействия ЭМВ в течение 1 часа крыс помещали в экспериментальную камеру. УР вырабатывали за одну серию из 80 сочетаний. Контрольных животных исследовали в тех же экспериментальных условиях.

В третьей серии опытов при изучении влияния ЭМП на характеристики гексеналового сна крыс облучали в течение 30 мин. Сразу после облучения подопытным животным вводили внутримышечно раствор гексенала в дозе 100 мг/кг. В предварительных опытах было установлено, что эта дозировка препарата вызывает наркотический сон у 50—75 % интактных животных, что позволяет оптимальным образом выявить влияние изучаемого фактора. Регистрировали время наступления и продолжительность наркотического сна. Критерием засыпания считали боковое положение, пробуждения — открывание глаз и двигательные реакции подопытных животных. Наблюдение проводили в течение 1 часа.

В опытах по изучению влияния ЭМП на длительность каталепсии, вызванной галоперидолом, препарат вводили внутрибрюшинно в дозировках 0,125, 0,25 и 0,5 мг/кг. Предварительно было установлено, что для крыс вторая из указанных доз близка к пороговой. Продолжительность каталепсии определяли, помещая животных передними лапами на горизонтальный стержень, расположенный на высоте 10 см от пола экспериментальной камеры. Регистрировали время удерживания вертикальной позы до момента возвращения животного в исходное положение (Алликметс и др., 1988). Считали, что животное обнаруживает каталептическую реакцию при продолжительности удерживания вертикальный позы более 5 с, поскольку длительность реакции менее 5 с не могла свидетельствовать о развитии каталепсии и часто носила случайный характер.

Была принята следующая схема эксперимента: животное облучали в течение 30 мин. Сразу после облучения животным вводили внутрибрюшинно галоперидол (лекарственная форма для инъекций, фирмы «Гедеон Рихтер», Венгрия). В предварительных экспериментах было установлено, что выраженность каталептического состояния нарастает с увеличением дозы галоперидола и прогрессирует в течение 120 мин. с момента инъекции. Поэтому время удерживания вертикальной позы регистрировали через 30, 60 и 120 мин.

С целью исследования возможности снижения пороговой дозы галоперидола с помощью воздействия ЭМП была использована доза препарата 0,125 мг/кг. При исследовании отдаленных эффектов комби- юз нированного действия ЭМП и галоперидола на поведение животных использовали методику «открытого поля» с параметрами, указанными выше для исследования поведения крыс.

Нейрохимические исследования. Содержание основных представителей моноаминов — норадреналина (НА), дофамина (ДА), адреналина (А), серотонина (СТ) и их метаболитов — диоксифенилуксусной (ДОФУК) и 5-оксииндолуксусной кислот (5-ОИУК) определяли в двигательной коре головного мозга крыс.

Сразу после облучения крыс декапитировали, извлекали мозг и выделяли двигательную зону коры больших полушарий. Все манипуляции с мозгом проводили при 0—4° С, их продолжительность не превышала 90 с. Ткань мозга взвешивали и гомогенизировали в 20 объемах 0,1 н. НС10₄, содержавшей в качестве внутреннего стандарта диоксибензиламин. (ДОБА) в концентрации 100 мг/мл. ДОБА использовали в качестве внутреннего стандарта. Гомогенат центрифугировали 10 мин. при 8000 об./мин. на центрифуге К-24. Надосадочную жидкость фильтровали через микрофильтр MF-П с диаметром пор 0,2 мкм при помощи центрифугирования.

Моноамины фракционировали методом жидкостной хроматографии высокого давления на приборе фирмы «Биотроник» (Германия) с колонкой RCM 100 С-18 (обращенная фаза) в изократическом режиме. На колонку наносили 20 мкл хлорнокислого экстракта ткани мозга. Скорость элюции составляла 1,8 мл/мин. Для приготовления подвижной фазы в 800 мл деионизированной воды растворяли 4,77 г КН₂Р0₄, 5,76 г лимонной кислоты и 100 мг ЭДТА (динатриевая соль); pH раствора составлял 4,1. В качестве органического модификатора добавляли 105 мл ацетонитрила. Ион-парным агентом служил октилсульфат натрия. Моноамины регистрировали электрохимически с использованием детектора фирмы «BAS» (США). Потенциал рабочего электрода составлял 0,85 В относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Калибровку проводили по стандартным растворам исследуемых веществ в концентрации 100 нг/мл. Содержание моноаминов выражали в нг на 1 мг ткани мозга.

Экспериментальные данные обрабатывали статистически с использованием критериев Стьюдента и Вилкоксона-Манна-Уитни. При оценке скорости формирования УР у подопытных животных подсчитывали коэффициенты линейной регрессии.