Комбинированное действие ионизирующих излучений, электромагнитных полей и гипертермии на резистентность организма

Имеется ряд обстоятельных работ по изучению неврологических и поведенческих реакций различных видов животных при действии ЭМИ (Холодов, 1982; Prey, Gendllman, 1979; Michalson, 1975 и др.). Однако исследований по комбинированному действию излучений двух видов на поведение экспериментальных животных в доступной литературе нам встретить не удалось. В связи с этим представляло особый интерес изучить эти два фактора одновременно, используя их как взаимные тестирующие воздействия, по критериям выполнения поведенческих задач. Иначе говоря, изучение поведения животных при воздействии ионизирующих излучений в сложных условиях двойных или даже тройных отрицательных мотиваций представляет несомненный интерес не только для электромагнитобиологии, но и для радиационной психофизиологии.

Нами применена новая модель «столкновения» двух мотиваций — болевого раздражения и облучения электромагнитным полем (ЭМП) радиочастот (Давыдов, Ушаков, 1987). Целью данного экспериментального исследования являлось определение наиболее значимого в конкретный момент экстремального фактора. Суть проведения экспериментов, подтверждающих принцип принятия минимального риска, сводилась к следующему. У 30 крыс-самцов вырабатывали стойкий рефлекс избегания удара электрическим током. При этом животные запрыгивали на гладкий, свободно вращающийся стержень, либо на узкую полочку (рис. 4.26). Методика использовалась всегда только в одном из этих вариантов. Критерием обученности считалось 100 % выполнения задачи отдельной группой животных из 10 особей. Обычно это достигалось после 12—13-го испытания. Интервалы между пробами составляли 20 мин. От животного, которое находилось на стержне в относительно безопорном положении, требовалась определенная координация движений для стабилизации своего тела относительно, центра тяжести и определенные мышечные усилия. Минимальное время удержания животного на стержне было 30 мин. На полочке крысы могли находиться очень длительное время, однако в наших экспериментах оно было ограничено до 30 мин. Через сутки после выработки стойкого условного рефлекса избегания на болевой раздражитель животные, находившиеся на стержне или полке, облучались микроволнами 2,4 ГГц; при этом условия облучения на стержне были близки к Е-поляризации, а на полочке — к Н-поляризации. Облучение при ППЭ 500 мВт/см² проводилось до момента избегания этого раздражителя — после спрыгивания животного на электродный пол облучение прекращалось. Таким образом, время облучения соответствовало времени нахождения вне болевого раздражителя электрическим током. Всего было проведено две серии многократных облучений с интервалами по 20 мин. Все испытания длились 90 мин. До и после облучения СВЧ-полем у животных замеряли ректальную температуру. В среднем исходная ректальная температура составляла 38,0 ± 0,3°С.

Рис. 4.26. Общий вид установки для изучения поведенческой реакции

двойного избегания:

1 — электрический пол; 2 — направление избегания крысы на стержень 3; 4 —

полка; 5 — крыса

При анализе данных, приведенных на рис. 4.27, совершенно отчетливо выявляется корреляция времени нахождения в электромагнитном поле с приростом ректальной температуры. Обращает на себя внимание тот факт, что в условиях сложной двигательной реакции, каковой является удержание на вращающемся стержне, время нахождения животного в ЭМП выше, чем в случае его нахождения на полочке, когда от крысы не требуется достаточного напряжения. Можно думать, что это связано с мотивацией цели удержаться на вращающемся стержне с активацией зрительного и вестибулярного анализаторов. Несколько парадоксальным оказалось и то, что в варианте методики с полочкой прирост температуры при СВЧ-облучении был, в целом, несколько выше (рис. 4.28, Л).

Рис. 4.27. Реакция на ЭМП (2,4 ГГц) крыс с предварительно выработанной стойкой условнорефлекторной реакцией избегания болевого

раздражителя:

Стрелками показано число воздействий СВЧ-поля с ППЭ 500 мВт/см²; t — время нахождения животного на стержне или на полочке, соответствующее времени нахождения в ЭМП; А — прирост ректальной температуры при электромагнитном облучении. На рис. А за точку отсчета принят момент помещения животных для испытания в экспериментальную камеру, на рис. Б точкой отсчета считалось

окончание у-облучения. В каждом варианте метода испытывалось 10 крыс:

Л — без воздействия ионизирующего излучения; Б — после облучения в дозе 200 Гр на голову; 1 — вариант с избеганием электрического тока с помощью стержня; 2 — то же с помощью полочки

В этих экспериментах плотность мощности ЭМИ была достаточно высокой для крыс, поэтому СВЧ-облучение оказалось более сильной мотивацией, чем болевое раздражение электрическим током — время нахождения животного на стержне сократилось более чем в 60 раз и еще больше в другом варианте исследования.

В перспективе эта методика, видимо, может позволить, снижая силу воздействия СВЧ-поля, найти ту величину плотности мощности, которая по силе мотивации будет сравнима с силой реакции на болевое раздражение.

Поведение животных в двух вариантах условий эксперимента (стержень и полочка) свидетельствует о наличии раздражения ЦНС в реакции животных на ЭМИ, а снижение корреляции (с тенденцией к обратной зависимости) между АТ и t (сравним среднее t в варианте с полочкой, равное 21 с при АТ = 1,8°С, с вариантом «стержень», где

t = 32 c, a AT = 1,4°C), в какой-то степени показывает, что эффект избегания ЭМП связан не только с повышением температуры у животного.

Рис. 4.28. Температурная устойчивость крыс-самцов через 60 мин. после кранио-каудального у-облучения в дозе 75 Гр:

Л — временная динамика ректальной температуры (ДТ°С); Б — удержание относительно стабильного температурного плато (мин.); В — время гибели (мин.); 1 — опыт; 2 — контроль

Дальнейшие исследования сводились к предварительному применению у-облучения крыс в дозах 50 и 200 Гр, что, естественно, нарушало терморегуляцию, а также функции организма, обеспечивающие сенсо- моторную координацию животного. Такой вариант комбинированного действия двух факторов может иметь и обратную задачу: оценить состояние облученного организма с помощью нагрузки ЭМИ радиочастотного диапазона. Аналогичный подход применительно к общему облучению животных ионизирующими излучениями в дозах, вызывающих кроветворный синдром, был использован в одной из работ (Давыдов и др., 1984).

Проведенные эксперименты полностью подтвердили реализацию одного из двух вариантов изменения резистентности животных к ЭМИ в зависимости от степени соматоневрологических нарушений, вызванных у-облучением в высоких дозах.

Голову животных облучали у-лучами ⁶⁰Со в дозах 50 и 200 Гр. При облучении в дозе 200 Гр, по нашим данным, первые неврологические симптомы (тремор, атаксия, судороги) у крыс наступают через 60—90 мин, а при облучении в дозе 50 Гр они в первые 5 часов отсутствуют (фаза 3). Ректальная температура, измеренная через 10 мин. после у-облучения, снижалась в среднем на 1°С.

Животные, подвергшиеся воздействию ионизирующих излучений, реагировали на него снижением чувствительности к ЭМИ, особенно в первый час после лучевого воздействия: в обоих вариантах эксперимента время нахождения крыс в поле ЭМИ было выше (рис. 4.27, Б), чем у тех же крыс в предыдущий день испытания (рис. 4.27, А).

Практически до 60 минут (58 ± 16 и 78 ± 21 мин. соответственно в вариантах с полочкой и стержнем) после у-облучения нарушения координации у животных не было, что соответствовало величине РВ при облучении в дозе 200 Гр. Это выражалось в одинаковой способности крыс запрыгивать как на полку, так и на стержень. Однако полное нарушение работоспособности наступало у крыс позже, чем появлялись клинические симптомы церебральной формы лучевого поражения. Прирост температуры был почти таким же, как и до у-облучения — в пределах 1—2° С и коррелировал со временем облучения микроволнами. Следует отметить, что во всех случаях абсолютное значение ректальной температуры не превышало 40°С. Предварительные эксперименты также подтверждают, что извращенную после у-облучения головы реакцию на ЭМИ нельзя полностью объяснить только величиной градиента нарастания ректальной температуры. Очевидно, большую роль играют локальные удельные плотности мощности ЭМИ, особенно в области головы.

При облучении в дозе 50 Гр изменения поведения животных в отвел на воздействие ЭМИ носили в целом иной характер: время удержания на стержне было достоверно повышено через 1—5 часов и составило 39,2 ± 6,1 с (в контроле 27,2 ± 5,6 с). Примечательно, что нарушения терморегуляции были выражены незначительно.

В результате проведенных экспериментов было показано, что в условиях «столкновения» двух мотиваций — болевого раздражителя и ЭМИ, последнее после у-облучения высокими дозами оказалось более значимым для организма.

Таким образом, у-облучение головы крыс приводит к постепенному нарушению поведения избегания электроболевого раздражителя, а также, в более ранний период после воздействия, к снижению избегания микроволнового облучения за счет нарушения терморегуляционных механизмов. Следовательно, реакция двойного избегания в данных условиях опыта оказалась более чувствительной, чем обычная реакция избегания. Проведенные эксперименты с у-облучением головы крыс в широком диапазоне доз (50—200 Гр) продемонстрировали чувствительность модели столкновения двух мотиваций избегания по сравнению с методиками оценки избегания экстремальных раздражителей в раздельных опытах.

Установленные нами ранние изменения поведенческих реакций у облученных крыс при воздействии ЭМИ привели к необходимости специальной оценки температурной устойчивости (ТУ) животных после воздействия СЛД ионизирующего излучения. Это важно также и практически, поскольку высокая температура окружающей среды создает значительную нагрузку на пилота, приводя к увеличению числа ошибочных действий членов экипажей (Авиационная..., 1986; Garrison,

1983, Post, 1989). Данные по ТУ после облучения в достаточно высоких дозах в доступной литературе нами не обнаружены. Есть «обратные» сведения такого плана: выявлено снижение устойчивости к низким ( —17°С) температурам при дозах 1—20 Гр, объясняемое постлучевым нарушением механизмов температурного гомеостаза (Phillips, Kimeldorf, 1968).

В связи с изложенными соображениями нами проведено исследование на 12 крысах-самцах массой 250—270 г, подвергнутых кра- нио-каудальному облучению в дозе 75 Гр (40 сГр/с) и последующему (через 60 мин.) тестированию в термокамере при температуре +55— + 65° С. Определяли ректальную температуру подопытных (облученных) и контрольных крыс, время удержания температурного «плато» (сравнительно стабильной ректальной температуры) и время гибели. Основные результаты представлены на рис. 4.28.

Ясно видно достоверное (по 31-му алгоритму Н. А. Плохинского) изменение динамики градиента ректальной температуры в опытной группе. Больше и время удержания температурного «плато». Однако, обнаруженное различие возникает, вероятно, из-за разной стартовой температуры при реальном и ложном облучении (как и в варианте с ЭМИ-воздействием). Исходная ректальная температура равняется соответственно 38,01 ± 0,16 и 38,61 ± 0,14° С. Другими словами, постлучевая гипотермия защищает от повышенной температуры, т. е. увеличение ТУ является, по сути дела, ложным и точнее было бы говорить о понижении чувствительности к гипертермии вследствие нарушения установочной температурной точки.

Таким образом, на животных 3 видов выявлены ранние постлучевые изменения переносимости ряда факторов, характерных, в частности, для условий авиационного полета (гипоксия, перегрузки, ЭМИ, гипертермия); при этом кратность изменения устойчивости после воздействия СЛД ионизирующего излучения не превышала 2, что соответствует результатам оценки радиомодифицирующего влияния указанных факторов. На основании изложенного коэффициент 2 может являться надежным пределом для определения доз оправданного риска в условиях выполнения полета.