VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Механизмы действия физико-химических факторов на биологические системы

Влияние миллиметровых электромагнитных волн на перекисное окисление липидов и хемилюминесценцию мембран эритроцитов крови человека in vitro

П.О. Вардеванян 1, Г.А. Погосян1*, М.С. Микаелян 1

1.Ереванский государственный университет;

* g.poghosyan(at)ysu.am

Электромагнитные волны биосферы- неотъемлемая часть внешних факторов, воздействующих на живые организмы [1]. В настоящее время актуальными являются исследования, посвященные изучению влияния электромагнитных волн миллиметрового диапазона (ММ ЭМВ) на биологические системы разного уровня организации. В наши дни интенсивность этих волн постоянно растет, в связи с ростом числа искусственных источников электромагнитных волн. Следовательно большое значение приобретают работы, направленные на выявление возможных последствий влияния ММ ЭМВ на биологические системы. Ключевая роль в метаболизме организма принадлежит крови и прежде всего эритроцитам. Ранее показано, что влияние ММ ЭМВ приводит к изменению различных физико-химических параметров крови–перекисное окисление липидов красных клеток крови, поверхностный заряд и подвижность эритроцитов и т. д [2, 3]. Однако сведения о влиянии ЭМВ ММ на процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ) клеточной системы крови, в частности эритроцитов, достаточно противоречивы [4].

Вместе с тем до последнего времени первичные мишени восприятия ММ ЭМВ и механизмы его действия в биологических системах однозначно не выяснены. В ряде исследований показано, что слабые физические воздействия могут изменить свойства водных растворов и при этом может меняться активность кислородзависимых реакций в клетках с образованием активных форм кислорода (АФК) – супероксидного радикала (О.2), перекиси водорода (H2O2) и гидроксильного радикала (ОH.). Взаимодействие последних с ненасыщенными жирнокислотными остатками мембранных липидов индуцирует образование пероксидных радикалов липидов-RO.2, в результате рекомбинации которых образуется неустойчивый тетроксид, распадающийся с выделением кванта света хемилюнинесценции (ХЛ) [5].

В представленной работе проведено изучение влияния ММ ЭМВ на ПОЛ - содержание малонового диальдегида (МДА-по тесту с тиобарбитуровой кислотой) и интенсивность H2O2 -индуцированной ХЛ мембран эритроцитов, выделенных из цельной крови человека. В экспериментах использовали кровь человека из банка крови. Гепаризированную кровь разделяли на опытные и контрольные образцы, которые содержались в одинаковых температурных условиях. Образцы крови облучали ЭМВ с частотой 41.8 ГГц и 51.8 ГГц с продолжительностью 5, 10 и 20 мин. Выбор частоты 41,8 ГГц основан на том, что электромагнитные волны в 41.8-42.2 ГГц интервале имеют ярко выраженный биологический эффект, а частота 51.8 ГГц является резонансной для молекул воды [1]. После облучения кровь разделяли центрифугированием. Эритроциты выделяли в градиенте плотности фиколл-верографин с последующим отмыванием забуференным физиологическим раствором. Эритроцитарные мембраны получали по методу [6]. В качестве источника ММ ЭМВ использовали генератор Г4-141 (“Исток”, Россия) с рабочим интервалом частот 37.5-53.5 ГГц и плотностью потока мощности 0.64 мВт/см2 при мощности 8 мВт на выходе. Регистрацию ХЛ образца проводили на хемилюминометре LB 9509 (Berthold Technologies, Germany).

В результате проведенных экспериментов было установлено изменение концентрации МДА и интенсивности H2O2 -индуцированной ХЛ мембран эритроцитов в зависимости от частоты облучения ММ ЭМВ и длительности экспозиции. Показано также, что при облучении частотой 41.8 ГГц воздействие ММ ЭМВ выражено гораздо слабее, чем при облучении частотой 51.8 ГГц, что утверждает роль воды во влиянии ММ ЭМВ, поскольку частота 51.8 ГГц является резонансной частотой для воды. При облучении цельной крови в течении 5 мин. ЭМВ с частотой 41.8 и 51.8 ГГц не наблюдалось статистически достоверных различий содержания МДА в эритроцитарных мембранах по сравнению с контролем. Воздействие ЭМИ с частотой 41.8 ГГц продолжительностью 10 и 20 мин. приводило к небольшому увеличению МДА и интенсивности ХЛ, однако статистически значимых различий не наблюдалось. 10-и и 20-иминутные экспозиции ММ ЭМВ с частотой 51.8 ГГц, резонансной для воды, индуцировали статистически достоверное увеличение концентрации МДА (Р<0,05) и светосуммы H2O2 -индуцированной ХЛ в эритроцитах.

Результаты, представленные в данной работе показывают, что воздействие ММ ЭМВ нетепловой интенсивности индуцирует изменения метаболизма клетки, что говорит о стрессовом воздейстрви фактора на клетки красной крови человека in vitro.





1. Девятков Н. Д., Голант М. В., Бецкий О. В. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности- Мoсква, Радио и связь, 1991, 198 с.

2. Погосян, Г. А., Шагинян М. А., Микаелян М. С. Влияние миллиметровых электромагнитных волн на перекисное окисление липидов в эритроцитах крови человека in vitro, 2022, Материалы XVII международной научной конференции, БФФХ- 2022, «Aктуальные вопросы биологической физики и химии», Севастополь, 19-23 сентября 2022 г., с. 41-42.

3. Kinemaki M., Shimizu H. O., Inujima H., Miyake T. Shimizu K.- Analysis o Red Blood Cell Movement in Whole Blood Exposed to DC and ELF Electric Fields, 2022, Bioelectromagnetics, 43: 149-159, DOI: 10.1002/ bem. 22395.

4. Мазуренко Р. В., Махно С. Н., Горбик П. П. и др. //Влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения на активность процессов перекисного окисления и антиоксидантной активности крови in vitro.// Биомед. радиоэлектроника, 2009, № 2, с. 11-15.

5. Владимиров Ю. А., Проскурнина Е. В. Свободные радикалы и клеточная хемилюминесценция, 2009,Успехи биолог. химии, № 49, с. 341-388.

6. Dodge J. T., Mitchell C.V., Hanahan D. J. The Preparation and Chemical Characteristics of Hemoglobin-Free Ghosts of Human Erythrocytes, Arch. Biochem. Biophys. Acta, 1963, v. 100, p. 119-123.

Effect of Millimeter Electromagnetic Waves on Lipid Peroxidation and Chemiluminescence of Human Blood Erythrocytes Membranes In Vitro

P.H. Vardevanyan1, G.H. Poghosyan1*, M.S. Mikaelyan1

1.Yerevan State University;

* g.poghosyan(at)ysu.am

Electromagnetic waves (EMW) of biosphere are an essential component of external factors affecting living organisms [1]. Experiments conducted have shown that EMW in millimeter range (MM EMW) interacts with biosystems of different levels of organization. Nowadays, because of technogenic human activities, intensity of artificial electromagnetic irradiation produced by operation of commercial frequency generators and different devices have been significantly increased. So, the problem of electromagnetic safety of organisms as sums is extremely important.

The key role in metabolism of the organisms belongs to the blood and, above all, to the erythrocytes. Previously, it was shown that the influence of MM EMW leads to a change in various physicochemical parameters of blood - lipid peroxidation of red blood cells, surface charge and mobility of erythrocytes etc. [2, 3]. However, information about the effect of EMW MM on the processes of lipid peroxidation (LPO) of the blood cell system, in particular erythrocytes, is rather contradictory [4].

At the same time, until recently, the primary targets for the perception of MM EMW and the mechanisms of its action in biological systems have not been clearly elucidated. A number of studies have shown that weak physical effects can change the properties of aqueous solutions and, at the same time, the activity of oxygen-dependent reactions in cells can change with the formation of reactive oxygen species (ROS) – including superoxide radicals (O.2), hydrogen peroxide (H2O2) and hydroxyl radicals (OH.). The interaction of the last ones with non-saturated fatty acid radicals of membrane lipids induces the formation of lipid peroxide radicals RO.2, which recombine to form an non-stable tetroxide , which decomposes with the release of a chemiluminescence light quantum (CL) [5].

In the present work, we studied the effect of MM EMW on LPO - the content of malondialdehyde (MDA, using thio-barbituric acid- TBA-test) and the intensity of H2O2-induced CL of erythrocyte membranes isolated from human whole blood. Human blood from a blood bank was used in the experiments. To the blood 5 % solution of heparin prepared by physiological solution was added, then blood was divided into experimental and control samples, which were kept under the same temperature conditions. Blood samples were irradiated with EMW at 41.8 GHz and 51.8 GHz for 5, 10, and 20 min. The choice of the frequency of 41.8 GHz is based on the fact that EMW in the 41.8-42.2 GHz range have a pronounced biological effect, and the frequency of 51.8 GHz is resonant for water molecules [1]. After irradiation, the blood was centrifuged during 10 min with 1500 g acceleration (Electronic Centrifuge Capacity). Erythrocytes were isolated in a ficoll-verografin density gradient followed by washing with buffered saline. Erythrocyte membranes were obtained according to the method [6]. The exposure source was a G4-141 generator (Istok, Russia) with 37.5–53.5 GHz interval of frequencies and 0.64 μWt/cm2 power flux density. The CL registration of the sample was carried out on the Junior LB 9509 luminometer (Berthold Technologies, Germany).

As a result of the experiments, a change in the concentration of MDA-rate and the intensity of H2O2-induced CL of erythrocyte membranes was established depending on the frequency and duration of EMW exposure.

It is also shown that under irradiation with a frequency of 41.8 GHz, the effect of MM EMW is much weaker than in the case of frequency of 51.8 GHz, which confirms the role of water in the influence of MM EMW, since the frequency of 51.8 GHz is the resonant frequency for water. Irradiation of whole blood by 41.8 GHz and 51.8 GHz frequencies for 5 min. does not invoke statistically significant differences in the content of MDA and CL intensity in erythrocyte membranes compared with the control. Exposure to EMI with a frequency of 41.8 GHz for 10 and 20 minutes led to a slight increase in MDA and CL intensity, but no statistically significant differences were observed. 10- and 20-minute exposures of MM EMW at a frequency of 51.8 GHz, resonant for water, induced a statistically significant increase in MDA amount (P<0.05) and the light sum of H2O2- induced CL in erythrocytes.

The results presented in this paper show that the effect of MM EMW of non-thermal intensity induces changes in cell metabolism, which indicates the stress effect of the factor on human red blood cells in vitro.



Докладчик: Погосян Г.А.
31
2023-01-23

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists