Эффекты воздействия электромагнитного поля радиочастотного диапазона на систему крови и репродуктивную функцию экспериментальных животных
На правах рукописи
ШИЛКОВА Татьяна Викторовна ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ РАДИОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА НА СИСТЕМУ КРОВИ И РЕПРОДУКТИВНУЮ ФУНКЦИЮ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЖИВОТНЫХ Специальность 03.03.01 – физиология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Челябинск - 2011 1
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет»
Научный консультант:
Доктор биологических наук, профессор Шибкова Дарья Захаровна
Официальные оппоненты:
Доктор медицинских наук, профессор Брюхин Геннадий Васильевич Кандидат биологических наук Андреев Сергей Сергеевич
Ведущая организация: ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет Минздравсоцразвития РФ»
Защита состоится «»2011 г. в _часов на заседании диссертационного совета Д 212.295.03 при ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» по адресу: 454080, г.Челябинск, пр.Ленина, ауд. 116.
С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет».
Автореферат разослан «_»2011г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук Байгужин П.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Интенсивное развитие беспроводных технологий и распространение в быту мобильных средств телекоммуникаций сопряжено с тем, что человек постоянно находится под влиянием электромагнитного поля радиочастотного диапазона (ЭМП РЧ).
По сравнению с другими источниками ЭМП РЧ, у сотового телефона существуют свои отличительные особенности: круглосуточное хроническое облучение происходит на максимальном приближении, частота и продолжительность воздействия контролируется пользователем, воздействию ЭМП РЧ подвергается не только сам пользователь, но и окружающие его люди (Бобраков С.И.,2001;
Маслов М.Ю., 2002;
Григорьев Ю.Г., 2005, 2010). Изучение возможных последствий влияния на организм человека ЭМП радиочастотного диапазона актуализирует и тот факт, что значительную долю пользователей сотовой связи составляют дети и женщины репродуктивного возраста (Гичев Ю.П., Гичев Ю.Ю.,1999;
Пальцев Ю.П., Измеров Н.Ф., Суворов Г.А. 2002;
Вишняков М.Г., 2002;
Григорьев Ю.Г. 2005;
Дунаев В.Н., 2007).
Несмотря на многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых (Morgan,R.W.,Kelsh,M.A.2000;
Григорьев Ю.Г. 2003;
Foster,K.R.,Repachioli,M. 2004;
Пряхин Е.А. 2007;
Коломиец И.А. 2009 и др.), вопрос о биологических эффектах воздействия электромагнитного поля низкой интенсивности на организм человека и животных остается дискуссионным.
Среди многочисленных факторов электромагнитное излучение относится к числу тех, для определения степени негативного влияния которых требуется длительный период времени. Выявление возможных негативных последствий влияния ЭМП РЧ сопровождается изучением механизмов развития адаптивных реакций в организме на воздействие исследуемого фактора. Проведена комплексная оценка влияния ЭМП РЧ как антропогенного стресс- фактора на организменном, системном, клеточном и субклеточном уровне (Tice, R.,1999;
Лушников К.В., Гапеев А.Б., Черемис Н.К.,2002;
Пряхин Е.А.,2007, Коломиец И.А., 2009).
При изучении влияния ЭМП РЧ на биологические объекты доминирующим показателем отдаленных последствий является оценка репродуктивной функции и особенностей развития потомства облученных животных (Leach W. 1980;
Nawrot et al. 1985;
Brown-Woodman и Hadley,1988;
Papworth T.A. 1995;
Субботина Т.И., Яшин А.А., 2000;
Терешкина, О.В., 2006).
Изучению генотоксического действия ЭМП РЧ на беременных животных посвящено ограниченное число исследований (Leach W.,1980;
Крюков В.И., 2000). В связи с этим представляется актуальным проведение модельного эксперимента по изучению действия ЭМП РЧ на систему крови и репродуктивную функцию экспериментальных животных и использование результатов для экстраполированного прогнозирования негативного влияния ЭМП РЧ на здоровье человека.
Цель исследования - выявить биологические эффекты воздействия электромагнитного поля радиочастотного диапазона на систему крови и репродуктивную функцию мышей линии СВА.
Задачи исследования:
1. Выявить совокупность изменений в системе крови (костный мозг, селезенка, тимус, периферическая кровь) беременных самок мышей СВА при воздействии электромагнитного поля радиочастотного диапазона.
2. Оценить генотоксическое действие ЭМП РЧ на клетки эритроидного ростка костного мозга и селезенки у беременных самок мышей СВА и их потомства.
3. Определить ранние и отдаленные эффекты влияния ЭМП РЧ на морфофункциональное состояние потомства облученных самок экспериментальных животных.
Научная новизна работы. Впервые проведено комплексное исследование влияния ЭМП радиочастотного диапазона на систему крови беременных экспериментальных животных и выявлены достоверные изменения: в красном костном мозге (смена дифференцировочного спектра в пользу лимфоидного ростка кроветворения и повышение пролиферативной активности клеток лимфоидного ряда, увеличение коэффициента ПХЭ/НХЭ), селезенке (снижение числа ядерных клеток), тимусе (повышение относительного числа бластных клеток), периферической крови (увеличение общего числа эритроцитов и лейкоцитов) по сравнению с интактными беременными животными.
Впервые установлен генотоксический эффект ЭМП РЧ (несущая частота 925 МГц, ППМ 1,2 мВт/см2) на клетки эритроидного ростка костного мозга и селезенки у беременных животных и плодов.
Определены изменения репродуктивной функции и морфофункционального состояния потомства облученных животных на протяжении 3-х поколений, что выражалось снижением числа нормальных родов (выкидыши или рождение мертвых животных), сокращением общей численности потомства, снижением показателя выживаемости потомства до 30-ти дневного возраста в I и во II поколении, увеличением относительного числа сегментоядерных нейтрофилов в периферической крови у первого поколения потомства опытной группы мышей СВА.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Результаты исследования отражают особенности развития биологических эффектов и компенсаторно-приспособительных реакций в организме животных на воздействие электромагнитных полей радиочастотного диапазона в период беременности. Проведенные исследования позволяют расширить представления об адаптационно компенсаторных процессах в организме экспериментальных животных при воздействии электромагнитных полей низкой интенсивности.
Полученные в работе данные включены в спецкурс «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды», спецкурс «Клеточные механизмы адаптации биологических систем к экологическим факторам», спецкурс «Механизмы адаптации к факторам внешней среды в процессе онтогенеза человека» для студентов и магистрантов естественно-технологического факультета Челябинского государственного педагогического университета.
Полученные результаты исследования могут быть использованы научными центрами и лабораториями, занимающимися разработками проблем экологической безопасности и гигиенического нормирования, установления предельно допустимых уровней воздействия ЭМИ РЧ на репродуктивную функцию и развитие потомства экспериментальных животных.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Компенсаторно-приспособительные реакции в системе крови беременных экспериментальных животных на воздействие электромагнитного поля радиочастотного диапазона низкого уровня (несущая частота 925 МГц, ППМ 1,2 мВт/см2, длительность экспозиции 10 минут ежедневно в течение 5 дней) проявляются в смене дифференцировочного спектра в сторону лимфоидного ростка кроветворения, повышении скорости пролиферации клеток костного мозга, в морфофункциональных изменениях в селезенке и тимусе на 2-ой – 3-ей неделе беременности.
2. Генотоксический эффект ЭМП РЧ наиболее выражен у плодов облученных самок мышей СВА, что обусловлено повышением частоты содержания полихроматофильных эритроцитов (ПХЭ) с микроядрами в селезенке плодов по сравнению с костным мозгом беременных самок мышей СВА.
3. Наиболее выраженный эффект влияния ЭМП РЧ на течение беременности и развитие потомства отмечался у первого и второго поколения потомства мышей СВА, подвергнутых воздействию исследуемого фактора в период беременности.
Апробация материалов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на VII Съезде Казахского физиологического общества с международным участием:
«Современная физиология: от клеточно-молекулярной до интегративной – основа здоровья и долголетия» (Республика Казахстан, Алматы, 2011);
на II Международной научно-практической конференции «Динамика научных исследований» (Przemysl, Польша, 2011);
на ХХI Съезде физиологического общества им. И.П.Павлова (Калуга, 2010);
на IV Съезде физиологов Урала (Екатеринбург, 2009);
на Международной научно-практической конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2010);
на I Всероссийской научно-практической конференции «Современные вопросы анатомии, гистологии и эмбриологии животных» (Казань, 2010);
на ХV Международной экологической студенческой конференции с элементами научной школы «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2010);
на XLVІІI Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2010);
на XLVІІ Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодежи» (Новосибирск, 2009);
на научно практической конференции «Проблемы экологии и экологического образования Уральского федерального округа» (Челябинск, 2009);
на научных конференциях по итогам НИР профессоров, преподавателей, научных сотрудников и аспирантов ЧГПУ (Челябинск, 2008-2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, в т.ч. 4 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 123 страницах компьютерного текста, иллюстрирована 10 рисунками и 22 таблицами. Библиографический указатель включает 220 наименований печатных работ (179 отечественных и 41 иностранных).
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
В экспериментах использовали самок мышей инбредной линии СВА в возрасте 10-12 недель и их потомство. Животные выращены в виварии лаборатории «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» на кафедре анатомии, физиологии человека и животных ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет». Всего в эксперименте использовано 2627 животных.
Экспериментальное исследование проводили в три этапа (таб.1) Таблица 1.
Схема экспериментального исследования Этапы экспериментального Группы экспериментальных животных исследования I этап: Использованы три группы самок мышей СВА 10-12-ти Проводили исследование недельного возраста влияния ЭМП РЧ на 1-ая группа 2-ая группа 3-ья опытная систему крови контроля контроля группа экспериментальных «фон» «беременные, «облучение животных ложное ЭМП РЧ» облучение» n = II этап: Использованы две группы беременных самок мышей СВА и Проводили исследование их потомство на протяжении 3-х поколений влияния ЭМП РЧ на репродуктивную функцию 1-ая группа контроля 2-ая опытная группа экспериментальных «беременные, ложное «облучение ЭМП животных облучение» РЧ» n = III этап: Использовано потомство двух экспериментальных групп Проводили исследование животных на протяжении 3-х поколений влияния ЭМП РЧ на развитие потомства в 1-ая группа контроля 2-ая опытная группа динамике 3-х поколений «ложное облучение» «облучение ЭМП РЧ» n = В качестве источника электромагнитного воздействия использовали лабораторную исследовательскую СВЧ установку, предназначенную для изучения влияния модулированного ЭМП радиочастотного диапазона на биологические системы.
Основные параметры ЭМП РЧ сигнала на выходе генератора: несущая частота ЭМП РЧ – 925 ± 3 МГц (частота измерялась волномером Ч2-8);
длительность импульса СВЧ – и = 570 ± 10 мкс;
длительность фронта – ф = 0,2 мкс;
длительность спада – сп = 0,2 мкс;
спад вершины импульса – 0,3 Umax ;
частота повторения импульсов – 217 ± 0,5 Гц. Средний уровень плотности потока мощности (в наших экспериментах - 1,2 мВт/см2 в течение 10 мин.) соответствовал максимально допустимому уровню, соответствующему предельно допустимой энергетической экспозиции ( мкВтч/см2), принятой Сан.Правилами и нормами ЭМП РЧ (Сан.Пин 2.1.8/2.2.4.1190-03). Электромагнитная волна излучалась вертикально сверху вниз. Излучатель располагали сверху над животными на расстоянии равном длине волны электромагнитного излучения. Длительность экспозиции составляла 10 минут ежедневно в течение 5-ти дней.
Методы исследования Морфометрические методы исследования. Определение массы органов (селезенка, тимус) проводили при помощи торсионных весов типа ВТ с точностью измерения до 1,0 мг (Гуцая, А.А., Кондратьев, Б.Ю.1988).
Определение массы тела экспериментальных животных проводили с помощью электронных весов типа ВЛТ- 150 -П с точностью измерения до 0,01г.;
кранио-каудальный размер определяли с помощью миллиметровой ленты.
Гематологические методы исследования. Из показателей периферической крови оценивали общее количество эритроцитов, лейкоцитов, изучали лейкоцитарную формулу по мазкам, окрашенным по Романовскому-Гимза (подсчет проводили на 200 клеток) по общепринятым методам (Меньшиков В.В., 1987). В каждой экспериментальной группе проводили подсчет количества ядерных клеток в костном мозге, селезенке, тимусе. Костный мозг для анализа его клеточного состава выдували из бедренной кости на предметное стекло, мазки фиксировали этанолом и окрашивали по Май-Грюнвальду и Романовскому-Гимза, миелограмму составляли после идентификации 500 клеток. Определение клеточности селезенки и тимуса проводили по мазкам-отпечаткам, окрашенным по Романовскому-Гимзе. Всего просчитывали 500 клеток в одном мазке.
Цитологические методы исследования. Определение частоты микроядер в полихроматофильных эритроцитах (ПХЭ) и нормальных хроматофильных эритроцитах (НХЭ) костного мозга мышей СВА проводили по методу Schmid (1975). Для оценки частоты микроядер в полихроматофильных и нормальных хроматофильных эритроцитах костный мозг выдували из бедренной кости на предметное стекло и готовили мазки.
Препараты костного мозга фиксировали этанолом и окрашивали по Романовскому-Гимза. Определение частоты микроядер у потомства мышей СВА в период эмбрионального развития проводили по мазкам селезенки, окрашенным по Романовскому-Гимзе.
Методы оценки репродуктивной функции самок мышей СВА и состояния потомства. Проводили подсчет численности и сохранности потомства самок экспериментальных групп : среднее количество пометов, среднее количество детенышей в помете, общее число детенышей в каждой экспериментальной группе, сохранность потомства до 30-ти дневного возраста. Определяли способность потомства самок мышей СВА контрольной и экспериментальной групп к размножению на протяжении первых трех поколений Методы статистической обработки результатов исследований.
Результаты исследования подвергались статистической обработке с определением средней арифметической (М) и ее ошибки (m). Достоверность различий между средними величинами оценивали согласно парному t критерию Стьюдента. Различия считали значимыми при вероятности нулевой гипотезы р0,05. Математические расчеты проведены с помощью пакета прикладных программ Statistica 6. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
Компенсаторно-приспособительные реакции в системе крови беременных экспериментальных животных на воздействие электромагнитного поля радиочастотного диапазона Показатели костного мозга и периферической крови при воздействии ЭМП РЧ. В ходе исследования было установлено, что у беременных самок мышей СВА 3-ей группы (беременные, воздействие ЭМП РЧ) через сутки по окончании действия ЭМП РЧ в костном мозге отмечалась тенденция к увеличению ядросодержащих клеток на 34,7%, по сравнению с контрольной группой беременных животных («беременные, ложное облучение»).
Несмотря на отсутствие достоверных отличий в содержании ядерных клеток в костном мозге во 2-ой и 3-ей группах экспериментальных животных повышение коэффициента вариации показателя у облученных животных свидетельствует о запуске механизмов ответного реагирования на данный стресс-фактор (таб.2).
Таблица Содержание ядерных клеток в костном мозге у интактных самок мышей линии СВА и самок мышей, подвергнутых воздействию ЭМП РЧ Группы животных Количество ЯСК в костном Сv (%) мозге, млн./бедро Контрольная группа («фон») n=10 11,90± 1,31 Контрольная группа (беременные, ложное 11,22 ±1,69 облучение) n= Опытная группа (беременные, облучение 15,12 ±3,61 ЭМП РЧ) n= Анализ клеточного состава костного мозга показал сокращение доли клеток эритроидного ряда по сравнению с показателями ложно облученной контрольной группы на 46 %, и повышение пролиферативной активности клеток лимфоидного ряда на 32% (р 0,05). Достоверных изменений количества клеток гранулоцитарного ряда у мышей опытной группы, по сравнению с ложно облученными животными, отмечено не было (рис.1).
100 % 70 гранулоцитарный росток лимфоидный росток 40 эритроидный росток 1-ая гр. 2-ая гр. 3-ья гр.
Рис.1 Соотношение клеточных элементов гранулоцитарного, лимфоидного и эритроидного ростков кроветворения в костном мозге самок мышей СВА.
Примечание: * р 0,05 по отношению к фоновому контролю р 0,05 по отношению ко 2-ой контрольной группе беременных животных ("ложное облучение") Установлено, что рост клеток лимфатического ряда в костном мозге беременных самок мышей 3-ей группы происходит за счет зрелых лимфоцитов на 22,7%(р 0,05). Снижение абсолютного и относительного числа эритроидных клеток происходит как за счет пролиферирующих, так и созревающих элементов эритроидного ростка. Выявлено достоверное сокращение числа пронормоцитов в 2 раза, снижение относительного числа полихроматофильных нормоцитов в 1,6 раза. При анализе качественного состава миелоидного ростка костного мозга у самок мышей 3-ей группы выявлено увеличение относительного числа миелоцитов на 32,5 % (р 0,05), сокращение численности сегментоядерных нейтрофилов на 45,7% (р 0,05) и тенденция к снижению палочкоядерных нейтрофилов на 27,1%. Достоверных изменений процентного содержания миелобластов, промиелоцитов отмечено не было.
Изменениям в составе миелоидного и лимфоидного ростков в костном мозге у облученных мышей соответствовали изменения количества нейтрофилов и лимфоцитов в периферической крови. По сравнению с показателями животных 2-ой контрольной ("беременные, ложное облучение") группы в лейкограмме у беременных самок мышей СВА, подвергнутых воздействию ЭМИ РЧ, происходит достоверное сокращение относительного содержания палочкоядерных нейтрофилов на 28% и повышение доли лимфоцитов на 17%. Данные изменения в лейкограмме происходили на фоне повышения общего числа лейкоцитов в периферической крови у беременных самок мышей 3-ей группы в 1,5 раза (р 0,05) по сравнению со 2-ой ("беременные, ложное облучение") группой животных.
Через сутки после окончания действия ЭМП РЧ в периферической крови у животных опытной группы было отмечено повышение общего количества эритроцитов на 54% (р 0,05) по отношению ко 2-ой "ложно облученной" группе животных (таб.3). Снижения уровня гемоглобина, возможного в период беременности, у животных 2-ой (беременные, «ложное облучение») и 3-ей (беременные, облучение ЭМП) групп выявлено не было.
Полученные нами результаты исследования не противоречат данным (Николаева Е.И.,1988;
Jepson J.,Lowenstein L., 2008;
Старцева, Н.В., 2009).
Таблица 3.
Показатели периферической крови интактных самок мышей линии СВА и самок мышей, подвергнутых воздействию ЭМП РЧ в период беременности Группа животных Общее число Общее число Гемоглобин эритроцитов, лейкоцитов (г/л) х109 в 1 л х1012 в 1 л Группа контроля ("фон") 10,58 ± 0,53 4,65 ± 0,19 133,0 ± 11, n = Контрольная группа ("ложное 8,12 ± 1,02 7,90 ± 0,67 * 135,2 ± 8, облучение") n = Опытная группа ("облучение ЭМП 12,47 ±1,28 13,58 ± 2,05* 127,0 ± 8, РЧ") n = Примечание: * р 0,05 по отношению к фоновому контролю р 0,05 по отношению к 2-ой контрольной группе беременных животных ("ложное облучение") В целом изменения, происходящие в периферической крови и костном мозге беременных экспериментальных животных в ответ на воздействие ЭМП радиочастотного диапазона можно рассматривать как формирование адаптационно-компенсаторных реакций, проявляющихся в виде смены дифференцировочного спектра и процессов созревания в сторону лимфоидного ростка кроветворения, повышении скорости прохождения клеток по клеточному циклу в костном мозге, усиленной мобилизации эритроцитов из костномозгового резерва.
Влияние ЭМП РЧ на морфофункциональные показатели селезенки и тимуса экспериментальных животных. Анализ результатов исследования морфометрических показателей селезенки и тимуса показал, что воздействие ЭМП РЧ на самок мышей, находящихся на 2-ой неделе беременности, не приводит к достоверным изменениям массы и индексов лимфоидных органов по сравнению с ложно облученными животными. Достоверное снижение массы и индексов селезенки и тимуса было наиболее выражено у самок мышей 3-ей опытной группы, находившихся на 3-ей неделе беременности:
тимус - в 2,5 раза, селезенка - в 1,2 раза по сравнению со 2-ой группой (беременные, "ложное облучение") (таб.4).
Таблица 4.
Морфометрические показатели селезенки и тимуса интактных самок мышей линии СВА и самок мышей, подвергнутых воздействию ЭМП РЧ на 2-3-й неделе беременности Показатели Контрольная Контрольная группа Опытная группа группа ("ложное облучение") ("облучение ЭМП РЧ") ("фон") n = 42 n = 2-ая неделя 3-ья неделя 2-ая неделя 3-ья неделя n = Масса 40,5±2,0 91,6±7,3* 70,0±3,7* 85,1±6,3* 57,8±2,0* селезенки, мг Индекс 2,78±0,12 4,33±0,29* 2,68±0,16 4,10±0,27* 2,19±0,13* селезенки Масса 44,7±2,1 28,9±4,9* 21,4±2,9* 27,3±2,5* 8,0±1,8* тимуса, мг Индекс 3,06±0,14 1,37±0,24* 0,8±0,12* 1,31±0,11* 0,30±0,08* тимуса Примечание: * р 0,05 по отношению к фоновому контролю р 0,05 по отношению к 2-ой контрольной группе беременных животных Одновременно с изменениями морфометрических показателей иммунных органов у беременных самок мышей, подвергнутых воздействию ЭМП РЧ, наблюдалось и достоверное снижение ядерных клеток в селезенке на 39 % ( р 0,05 ), а также тенденция к снижению ядерных клеток в тимусе – на 16%, по сравнению со 2-ой группой ложно облученных беременных животных (таб.5).
Таблица 5.
Динамика содержания ядерных клеток в селезенке и тимусе у интактных самок мышей линии СВА и самок мышей, подвергнутых воздействию ЭМП РЧ Группы животных Количество ЯСК в Количество ЯСК в тимусе *106 селезенке,* Контрольная группа («фон») 50,6 ± 3,3 0,99 ± 0, Контрольная группа (беременные, 51,3 ± 4,6 1,28 ± 0,09* ложное облучение) Опытная группа (беременные, 44,3 ± 1,8* 0,92 ± 0, облучение ЭМП РЧ) Примечание: * р 0,05 по отношению к фоновому контролю р 0,05 по отношению к 2-ой контрольной группе беременных животных («ложное облучение») Характер изменений количества ядерных клеток в селезенке и тимусе у беременных облученных животных не противоречит данным работы (Пряхин Е.А., 2007), в которой представлены результаты исследования влияния ЭМП РЧ с различной пространственной поляризацией на состояние органов иммунной системы самцов мышей СВА.
Изучение клеточности тимуса не выявило достоверного сокращения общей численности тимоцитов. Однако отмечены достоверные изменения в соотношении бластных клеток и средних тимоцитов. У облученных беременных самок мышей по сравнению с ложно облученными животными наблюдалось повышение относительного числа бластных клеток в 2 раза ( р 0,05), а также одновременное снижение абсолютного и относительного числа средних тимоцитов в 1,9 раза ( р 0,05). Рост числа бластных клеток в тимусе обусловлен усиленной миграцией зрелых лимфоидных клеток из органа в кровеносное русло, а не активизацией пролиферативных процессов в органе.
Анализ клеточности селезенки показал, что сокращение числа ядросодержащих клеток в селезенке самок мышей СВА при воздействии ЭМП РЧ сопровождалось снижением относительного числа клеток миелоидного ряда на 29,8 % (р 0,05) по сравнению со 2-ой (беременные, ложное облучение) группой животных.
Изменения морфометрических показателей, а так же клеточности селезенки и тимуса можно расценивать как проявление адаптационных реакций на воздействие ЭМП РЧ, когда возникает необходимость снизить пролиферативную активность органов иммунной системы для сохранения и нормального развития плода, и в то же время сохранить иммунную толерантность организма матери (Шандала М.Г., 1983;
Руднев М.И.,1982, Smialowicz, R.J., 1983).
Оценка генотоксического эффекта ЭМП радиочастотного диапазона Согласно литературным данным ( Miller R. C., 1973;
Leach W., 1980;
Goud S.N. 1982;
Пряхин Е.А., 2007;
Коломиец И.А.2009;
Ruediger H.W., 2009) одним из подходов, позволяющих оценить процессы созревания в костном мозге, является определение соотношения эритроцитов разной степени зрелости в органе – коэффициента отношения полихроматофильных эритроцитов (ПХЭ) к нормальным хроматофильным эритроцитам (НХЭ).
При определении соотношения эритроцитов разной степени зрелости в костном мозге беременных самок мышей 3-ей опытной группы было выявлено достоверное увеличение коэффициента отношения полихроматофильных эритроцитов (ПХЭ) к нормальным хроматофильным эритроцитам (НХЭ) в 1,3 раза по сравнению со 2-ой группой контроля.
Данное изменение коэффициента ПХЭ/НХЭ могло быть обусловлено повышенным образованием ПХЭ в костном мозге или же, ускорением миграции зрелых эритроцитов в периферическую кровь (таб.6) Это Таблица 6.
Соотношение эритроцитов различной степени зрелости в костном мозге у экспериментальных животных (M ± m) Экспериментальные группы Отношение ПХЭ/НХЭ Контрольная группа ("фон") n=10 1,13 ± 0, Контрольная группа ("ложное облучение") n=42 2,85 ± 0,31* Опытная группа ("облучение ЭМП РЧ") n=30 3,95 ± 0,53* Примечание: * р 0,05 по отношению к фоновому контролю р 0,05 по отношению к 2-ой контрольной группе беременных животных ("ложное облучение") Учитывая тот факт, что по окончании действия исследуемого фактора отмечается лишь тенденция к увеличению ядерных клеток в костном мозге облученных животных, изменение коэффициента ПХЭ/НХЭ, вероятно, связано не с увеличением пролиферации незрелых эритроцитов (ПХЭ), а с ускорением миграции зрелых эритроцитов в периферическую кровь.
Анализ частоты клеток, содержащих микроядра, показал, что у самок мышей 3-ей опытной группы при воздействии ЭМП РЧ по сравнению с группой ложно облученных животных отмечалось достоверное снижение частоты НХЭ с микроядрами на 47% и тенденция к увеличению частоты ПХЭ с микроядрами с 5,0 ± 0,2 до 5,5 ± 0,3х0/00(рис.2).
в 0/ * * * МЯ в ПХЭ 6 * 5 МЯ в НХЭ 4 МЯ, всего * 1-ая группа 2-ая группа 3-ья группа Рис.2 Динамика частоты эритроцитов с микроядрами в костном мозге у экспериментальных животных Примечание: * р 0,05 по отношению к фоновому контролю;
р 0,05 по отношению к 2-ой контрольной группе беременных животных ("ложное облучение") Отсутствие достоверных изменений частоты ПХЭ с микроядрами в костном мозге у мышей 3-ей опытной группы является проявлением адаптационных реакций в клетках костного мозга, направленных на усиление репарационных процессов ДНК, а снижение частоты НХЭ с микроядрами связано с сокращением общего количества НХЭ в органе.
Анализ соотношения эритроцитов различной степени зрелости в селезенке у плодов, полученных от самок мышей двух экспериментальных групп показал, что у плодов, полученных от самок 3-ей опытной группы (облучение ЭМП РЧ) отмечалась тенденция к повышению коэффициента соотношения ПХЭ/НХЭ (таб.7).
Таблица 7.
Соотношение эритроцитов различной степени зрелости у потомства экспериментальных животных (M ± m) Экспериментальные группы Отношение ПХЭ/НХЭ Контрольная группа (ложное 1,36 ± 0, облучение) n= Опытная группа (облучение 1,45 ± 0, ЭМП РЧ) n= Примечание: р 0,05 по отношению к контрольной группе беременных животных («ложное облучение») Изменения коэффициента ПХЭ/НХЭ у плодов облученных экспериментальных животных носят однонаправленный характер с показателями самок мышей опытной группы и, на наш взгляд, являются следствием ускорения миграции зрелых эритроцитов в периферическую кровь.
Анализ частоты встречаемости клеток с содержанием микроядер у потомства облученных самок мышей выявил достоверное повышение частоты микроядер в ПХЭ на 52% по сравнению с контрольной группой животных (ложное облучение) (рис 3).
в 0/ * * МЯ в ПХЭ 3 МЯ в НХЭ МЯ, всего контроль (ложное облучение) облучение ЭМП РЧ Рис.3 Частота микроядер в эритроцитах селезенки у потомства экспериментальных животных Примечание: * р 0,05 по отношению ко 2-ой контрольной группе беременных животных ("ложное облучение") Повышение частоты встречаемости микроядер в ПХЭ свидетельствует о наличии нарушений в процессах деления клеток, а также подтверждает, что клетки и ткани плода по сравнению с материнским организмом являются более чувствительными к воздействию ЭМП радиочастотного диапазона. Это обусловлено тем, что в селезенке плода как в кроветворном органе на данном этапе развития преобладают клетки пролиферирующего пула, которые наиболее подвержены негативному влиянию ЭМП РЧ по сравнению с клетками созревающего пула. Достоверных изменений частоты микроядер в НХЭ селезенки плодов, полученных от облученных беременных самок мышей, не выявлено.
Эффекты влияния ЭМП РЧ на репродуктивную функцию и развитие потомства на протяжении трех поколений Анализ результатов исследования показал, что воздействие ЭМП дециметрового диапазона оказывает негативное влияние на течение беременности, которое проявлялось снижением количества родивших животных на 26%, а так же сокращение общей численности потомства на 33% по отношению к контрольной группе животных. Выявлены изменения показателя выживаемости детенышей к 30-ти дневному возрасту: в контрольной и опытной группах животных коэффициент сохранности потомства составил 97,8% и 91,8 % соответственно. Поскольку достоверного изменения среднего количества детенышей в помете не выявлено, сокращение общей численности потомства связано с патологией эмбрионального развития, следствием которого являются гибель плодов или рождение слабого потомства, погибающего в первые недели жизни (таб.8).
Таблица 8.
Показатели влияния ЭМП РЧ на течение беременности и рождение потомства экспериментальных животных Группы Количество Количество Среднее Всего Количество животных животных родивших количество детенышей выживших животных детенышей в детенышей помете до 30-ти дневного возраста Контрольная 4,8± 0, 20 19 91 группа («ложное» облучение) Опытная 4,4± 0, 20 14 61 группа (облучение ЭМП РЧ) р 0,05 по отношению к контролю Анализ исследования первых трех поколений потомства мышей, подвергнутых в период беременности воздействию ЭМП РЧ, показал, что снижения способности к размножению не выявлено. Однако, следствием влияния данного фактора явились повышение эмбриональной смертности в первом поколении на 8%, во втором – на 10% по сравнению с контрольной группой животных, а так же снижение выживаемости потомства до 30-ти дневного возраста в первом и втором поколении на 12% и 22% соответственно. В первом поколении было выявлено сокращение численности общего количества пометов на 14,6% по сравнению с контрольной группой животных, изменений среднего количества детенышей в помете в первом и во втором поколениях потомства облученных самок мышей СВА не выявлено (таб.9).
Таблица 9.
Численность и выживаемость потомства мышей экспериментальных групп в динамике 3-х поколений Показатели I поколение II поколение III поколение Контроль Опытная Контроль Опытная Контроль Опытная ная группа ная группа ная группа группа группа группа N=25 N=26 N= N=25 N=26 N= Количество 428 406 378 340 294 детенышей, всего Среднее 4,5 ± 0,3 4,8 ± 0,3 4,3 ± 0,3 4,0 ± 0,2 4,6± 0,2 4,3 ± 0, количество детенышей в помете Количество 415 386 359 281 282 детенышей в возрасте 30-ти дней р 0,05 по отношению к контролю Исследование морфометрических показателей потомства мышей опытной группы показало, что возрастная динамика массы и размеров плодов (при рождении и в возрасте 30-ти дней), полученных от самок контрольной и опытной групп на протяжении первых трех поколений, достоверных различий не имела.
Анализ показателей периферической крови у потомства облученных самок мышей на протяжении первых трех поколений показал, что достоверных изменений в содержании эритроцитов, лейкоцитов крови выявлено не было. Однако, у потомства опытной группы мышей первого поколения по сравнению с контролем, в лейкоцитарной формуле наблюдалось повышение содержания сегментоядерных нейтрофилов на 31% (р 0,05) и тенденция к снижению количества лимфоцитов. Изменения качественного состава периферической крови у потомства облученных самок мышей связаны с перестройкой системы крови самок в ответ на воздействие ЭМП РЧ и являются одним из звеньев в формировании общей стратегии адаптации матери и плода (таб.10).
Таблица 10.
Показатели периферической крови у потомства самок мышей двух экспериментальных групп Показатели I поколение II поколение III поколение Контроль Опытная Контроль Опытная Контрольная Опытная ная группа ная группа группа группа группа группа N=30 N=30 N=25 N=25 N=20 N= Общее 10,7± 0,5 8,9 ± 0,5 10,1± 0,7 9,3± 0,4 8,9± 0,3 9,2± 0, количество эритроцитов, х1012 в 1л Общее 9,6 ± 1,5 10,4 ± 1,3 9,1± 1,1 9,5± 0,9 10,2± 1,7 8,7± 1, количество лейкоцитов, х109 в 1 л Лейкоцитарная формула (%):
- палочкоядерные 3,3± 0,3 2,9 ± 0,3 3,6 ± 0,7 3,0 ± 0, 2,7± 0,5 2,5± 0, нейтрофилы сегментоядерные 12,3± 1,6 16,2± 1,4* 12,9± 2,4 13,1± 2,2 11,9± 1,3 14,3± 2, нейтрофилы - эозинофилы 0,7± 0,3 1,3± 0,3 0,5± 0,3 1,1± 0,2 1,6± 0,3 1,3± 0, - базофилы 0,3 ± 0, 0 0 0 0,3± 0,3 - моноциты 1,0 ± 0,4 0,5 ± 0,3 1,3 ± 0,5 0,9 ± 0,3 1,1 ± 0,2 0,9 ± 0, - лимфоциты 83,3± 2,7 78,3± 2,1 81,9± 1,7 77,9± 1,3 80,3± 2,7 81,3± 2, Примечание: * р 0,05 по отношению к контролю Во втором и третьем поколении достоверных изменений в лейкоцитарной формуле не наблюдалось.
Таким образом, при оценке влияния ЭМП радиочастотного диапазона на репродуктивную функцию и развитие потомства установлено, что наиболее выраженный эффект отмечался у потомства облученных экспериментальных животных в первом и во втором поколении. Снижение негативного эффекта влияния ЭМП РЧ у потомства облученных животных в третьем поколении свидетельствует о том, что благодаря вынужденному отбору, происходившему на протяжении первых двух поколений, выжили наиболее адаптированные животные, устойчивые к воздействию ЭМП радиочастотного диапазона.
Выводы:
1. Изменения в системе крови самок мышей СВА в период физиологически протекающей беременности характеризовались: повышением общего числа лейкоцитов периферической крови на 70% (р 0,05) за счет клеток гранулоцитарного ряда (в том числе и незрелых форм);
достоверным увеличением массы селезенки в 2,3 раза и снижением массы тимуса в 1, раза, ростом клеточности селезенки на 28%.
2.Воздействие ЭМП радиочастотного диапазона низкой интенсивности (несущая частота 925 МГц, ППМ 1,2 мВт/см2) приводит к развитию в костном мозге и периферической крови беременных животных компенсаторно-приспособительных реакций, которые проявляются:
увеличением общего числа эритроцитов на 54 % (р 0,05) и лейкоцитов в 1,5 раза (р 0,05) в периферической крови, сменой дифференцировочного спектра в пользу лимфоидного ростка кроветворения и повышением пролиферативной активности клеток лимфоидного ряда на 32% (р 0,05) в костном мозге, увеличением коэффициента ПХЭ/НХЭ в 1,3 раза по сравнению с показателями ложно облученных беременных животных.
3. Морфофункциональные изменения в селезенке и тимусе беременных экспериментальных животных, вызванные действием ЭМП РЧ, характеризовались снижением ядерных клеток в селезенке на 39 % и повышением относительного числа бластных клеток в тимусе в 2 раза ( р 0,05), прогрессивным снижением морфометрических показателей селезенки и тимуса в зависимости от сроков беременности;
4. Генотоксический эффект ЭМП РЧ проявлялся увеличением числа полихроматофильных эритроцитов с микроядрами на 52% в селезенке у плодов облученных в период беременности самок мышей СВА 5. Воздействие ЭМП радиочастотного диапазона на беременных самок мышей СВА приводило к снижению количества нормальных родов (выкидыши или рождение мертвых животных) на 26%, а так же сокращению общей численности потомства на 33% по отношению к контрольной группе (ложное облучение) животных;
6. Наиболее выражен эффект влияния ЭМП РЧ на репродуктивную функцию у первого и второго поколения потомства облученных самок мышей, о чем свидетельствует снижение числа нормальных родов на 14,6% в I и на 3,5 % во II поколении, сокращение общей численности потомства в I и II поколении на 8% и 10% соответственно, снижение показателя выживаемости потомства до 30-ти дневного возраста на 12% и 22% соответственно;
7. ЭМП РЧ, не оказывая влияния на морфометрические показатели первых 3-х поколений потомства облученных самок мышей СВА, вызывал увеличение относительного числа сегментоядерных нейтрофилов на 31% (р 0,05) в периферической крови у первого поколения потомства опытной группы мышей СВА.
Список опубликованных работ по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
Шилкова Т.В. Оценка биологических эффектов электромагнитного поля 1.
радиочастотного диапазона низкой интенсивности на систему крови экспериментальных животных// Т.В.Шилкова, Д.З. Шибкова, Н.В.
Ефимова, Н.Д. Полевик/ Вестник Южно-Уральского государственного университета, г.Челябинск, - 2011. – Вып.26. - №7. - С.10-14.
Шилкова Т.В. Адаптационные изменения в системе крови 2.
экспериментальных животных при воздействии неионизирующего излучения/ Т.В.Шилкова, Д.З. Шибкова// Системы. Методы. Технологии.
г.Братск, - 2011. - №11. – С.179-183.
Шилкова Т.В. Особенности действия электромагнитного поля 3.
дециметрового диапазона на систему крови экспериментальных животных в период беременности/ Т.В.Шилкова, Д.З. Шибкова//Вестник Челябинского государственного педагогического университета, г.Челябинск, - 2011. -№ 7. - С.335-342.
Шибкова Д.З. Влияние электромагнитного излучения на систему крови 4.
мышей линии СВА в период 2-го – 3-го триместра беременности / Д.З.Шибкова, Н.В.Ефимова, Т.В.Шилкова, Полевик Н.Д.// Вестник уральской медицинской академической науки. Екатеринбург, 2009. -№ 2(25). - С. 110- Публикации в других изданиях:
Шилкова Т.В. Влияние электромагнитного поля радиочастотного диапазона на 5.
репродуктивную функцию и морфофункциональное состояние потомства экспериментальных животных / Т.В. Шилкова, Д.З. Шибкова // Современная физиология: от клеточно-молекулярной до интегративной – основа здоровья и долголетия: Материалы VII Съезда Казахского физиологического общества с международным участием 14-16 сентября 2011г. Республика Казахстан, г.Алматы. – С.300-301.
6. Шилкова Т.В. Оценка влияния электромагнитного поля радиочастотного диапазона на морфометрические показатели и клеточность тимуса экспериментальных животных/ Т.В. Шилкова, Д.З. Шибкова // Динамика научных исследований – 2011: материалы II Международной научно практической конференция 07-15 июля 2011 года, Przemysl (Польша), Т.-15. – С.69-72.
7. Шилкова Т.В. Оценка воздействия электромагнитного поля радиочастотного диапазона на показатели костного мозга у беременных мышей линии СВА /Т.В. Шилкова, Д.З. Шибкова //Медико физиологические проблемы экологии человека: материалы IVВсероссийской конференции с международным участием 26-30 сентября 2011г., г.Ульяновск. - С. 305-306.
8. Шибкова Д.З.Изменения в системе крови беременных животных при воздействии электромагнитного поля радиочастотного диапазона низкой интенсивности / Д.З. Шибкова, Т.В. Шилкова // Актуальные вопросы естествознания начала 21 века: сборник научных статей.- г.Казань. - 2010. С.142-148.
9. Шибкова Д.З.Морфометрические показатели и клеточный состав селезенки и тимуса беременных животных при воздействии электромагнитного поля радиочастотного диапазона низкой интенсивности / Д.З. Шибкова, Т.В.
Шилкова //Современные вопросы анатомии, гистологии и эмбриологии животных: материалы I Всероссийской конференции. 28-30 апреля 2010г., г.Казань. – С.81- 10.Шилкова Т.В. Оценка влияния электромагнитного поля радиочастотного диапазона низкой интенсивности на содержание микроядер в эритроцитах костного мозга / Т.В. Шилкова, Д.З. Шибкова //Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды: материалы III Международной научно-практической конференции 22-23 ноября 2010г.
г.Челябинск. – С.66-68.
11.Шилкова Т.В. Показатели периферической крови беременных животных при воздействии электромагнитного поля радиочастотного диапазона низкой интенсивности / Т.В. Шилкова, Е.Н. Лугина // Студент и научно технический прогресс: материалы международной научной студенческой конференции. Биология. 10-14 апреля 2010г. г.Новосибирск. - С. 12.Шилкова Т.В. Влияние электромагнитного поля радиочастотного диапазона на показатели периферической крови беременных животных и их потомство/ Т.В. Шилкова, Е.Н. Лугина //Экология России и сопредельных территорий: материалы ХV Международной экологической студенческой конференции с элементами научной школы. октябрь 2010г., г.Новосибирск. С. 13.Шилкова Т.В. Влияние дефицита белков животного происхождения на динамику роста и репродуктивную функцию экспериментальных животных /Т.В. Шилкова, М. Викторова / Экология в высшей школе: синтез науки и образования: материалы Всероссийской научно-практической конференции 30 марта-1 апреля 2009г. – г.Челябинск. Изд- во ЧГПУ, 2009.- С.131-136.
14. Шилкова Т.В. Влияние дефицита белков животного происхождения на динамику морфометрических показателей экспериментальных животных.
/Т.В. Шилкова, М. Викторова / Студент и научно-технический прогресс:
материалы XLVІІ международной научной студенческой конференции.
Биология. 11-15 апреля 2009г., г. Новосибирск. – Изд-во Новосибирского государственного ун-та.-2009. – С. 42-43.
15. Шилкова Т.В. Показатели крови как индикатор состояния биологических объектов, обитающих на загрязненных территориях./Т.В. Шилкова / Проблемы экологии и экологического образования Уральского федерального округа: материалы научной конференции 15-17 апреля 2008г. – г.Челябинск.
Изд-во ЧГПУ, 2008.-С.206- Сокращения, используемые в автореферате:
ЭМП РЧ – электромагнитное поле радиочастотного диапазона ЭМИ РЧ – электромагнитное излучение радиочастотного диапазона ППМ – плотность потока мощности ЯСК – количество ядросодержащих клеток М – среднее значение показателя m – средняя ошибка ПХЭ – полихроматофильные эритроциты НХЭ – нормальные хроматофильные эритроциты МЯ - микроядра СВА – название инбредной линии мышей