Уже достаточно давно привлекает внимание в исследовательском и практическом плане взаимодействие с живыми объектами электромагнитных полей и излучений. На этой основе развиваются методы физико-химической медицины и различных биотехнологий. В настоящее время в практической медицине находит применение квантовая терапия, магнитотерапия и др. методы физико-химического лечения, выгодно отличающиеся от медикаментозной терапии, во-первых, более широким спектром полезного действия, во-вторых, тем, что не обладают нежелательными для организма побочными эффектами лекарств, которые часто являются ксенобиотиками.
Наряду с названными методами заслуживает самого пристального внимания возможность медико-биологического применения импульсных электромагнитных колебаний (ИЭМК). ИЭМК уже успешно применяется для решения ряда технических задач. Например, группой сотрудников Белорусско-российского университета и НПП "Кама" (г. Могилев) получен эффект глубокой структурной перестройки твердых материалов при поверхностном воздействии на них ИЭМК. При этом процессе материалы подвергаются непосредственному воздействию потока электронов, низкоэнергетических ионов остаточного вакуума, слабого ультрафиолетового облучения и, очевидно, индуцированного ими в камере генератора импульсных электромагнитных колебаний электромагнитного поля низкой напряженности. Было показано, что низкоэнергетическая бомбардировка образцов различных металлов и сплавов ионами с энергиями порядка 0,5-5 КэВ в ИЭМК приводит, фактически, к объемной модификации материалов в виде повышения прочностных характеристик материалов вплоть до глубины 10 мм от облученной поверхности. Структура металлов и сплавов, облученных в ИЭМК, становится аналогичной структуре глубоко деформированных образцов, хотя в процессе облучения материалы не испытывают ни механических, ни термических нагрузок. Для справки напомним, что такая эффективная модификация материалов невозможна даже при очень высокой энергии бомбардирующих частиц, порядка нескольких МэВ, где глубина модифицированного слоя все равно не превышает 100 мкм.
|
|
Целью настоящей работы было исследование эффектов ИЭМК в отношении биологических объектов, в данном случае - семян растений, микроорганизмов, дрожжей, иммунокомпетентных клеток (иммуноцитов) крови здоровых людей и страдающих различными заболеваниями. Под иммунокомпетентными клетками обычно подразумевают лимфоциты и моноциты/макрофаги, но, учитывая тесную функциональную связь в иммунных реакциях, к ним часто относят и полиморфноядерные лейкоциты. Особое внимание было уделено анализу воздействия ИЭМК in vitro на иммуноциты больных с различным течением (хроническим, острым) болезни, а также с онкологической формой патологии различного генеза, которая, как известно, формируется в условиях недостаточной эффективности иммунобиологического надзора. Успешное лечение хронических и онкологических заболеваний всегда представляло одну из сложнейших задач, решение которой упирается в постоянное совершенствование как методологических, так и методических разработок. Непременным условием успеха в таком мероприятии является раннее распознавание болезни и адекватный путь лечения.
|
|
Известно, что не только повреждение, но и инициация восстановительных (репаративных) процессов в организме может быть вызвана внешними воздействиями. Установлено, что физические и химические факторы при кратковременном воздействии и в малых дозах обладают стимулирующим эффектом в отношении физиологических систем организма. Поэтому удачная интеграция знаний из смежных областей медицины, биологии, физики, химии и техники может способствовать практическому использованию этого эффекта во благо человека. Например, о большой медицинской значимости исследований по электромагнитному "облучению" говорилось на 1-ом Международном конгрессе "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине" (СПб., 1997), Международной научной конференции "Электромагнетизм в медицине" (Чикаго, 1997), 7-й Международной научно-практической конференции по квантовой медицине (Москва, 2000). Следует, однако, заметить, что молекулярно- клеточные механизмы такого воздействия еще далеки от полного понимания. Очевидно поэтому его лечебное применение не всегда дает желаемый результат. Необходимо, таким образом, изучить эти механизмы и научиться прогнозировать эффекты физико-химических методов лечения применительно к конкретной клинической ситуации.
Если твердые материалы в процессе технологической обработки подвергаются непосредственному воздействию ИЭМК в камере генератора импульсных электромагнитных колебаний, то в исследовании живых объектов это невозможно. Поэтому облучение биообъектов проводили в стеклянных, пластиковых и кварцевых пробирках как в сухом виде, так и в водных растворах (иммуноцитов в составе крови). Таким способом попутно проясняли вопрос о природе возможных биологических эффектов ИЭМК, имея ввиду потенциальный барьер для определенных видов (излучений?) импульсных электромагнитных колебаний на пути к объекту, вынужденно создаваемый в виде стенок пробирок из разного материала и жидкофазного слоя крови.
|
|
Для оценки реакции живых объектов на воздействие ИЭМК были применены подходы и методы, основанные на люминесцентном микроспектральном анализе клеток с привлечением флуоресцентных зондов. Такой способ анализа, например, флуорохромированных акридиновым оранжевым (АО) живых клеток, эффективен в распознавании патологических процессов и контроле за лечением (см. рис. 1 и 2). Целесообразность использования АО как индикатора состояния иммунокомпетентных клеток крови, заключается в том, что он, обладая метахроматическими свойствами, позволяет отслеживать различные стороны жизнедеятельности этих клеток, важные для обеспечения их функций. На этой основе удалось создать компьютерную экспертную систему по автоматизированному типированию функционального состояния организма (примеры см. на рис. 3).
Анализ полученных результатов показывает, что несмотря на наличие возможного барьера перед объектом, имеет место выраженный ответ живых клеток на воздействие импульсных электромагнитных колебаний. Не исключен, правда, феномен переноса эффекта с барьерных материалов на объект, т.е. опосредованное воздействие. В первую очередь это относится к водным растворам, поскольку наблюдается определенное изменение физико-химических свойств воды под воздействием ИЭМК. Возможен и аддитивный эффект. Этот вопрос требует отдельного рассмотрения.
Воздействие ИЭМК на биологические объекты действительно выразилось в том, что называют стимулирующим эффектом. Например, облученные ИЭМК (или обработанные облученной водой), при рабочем напряжении генератора U = 2400 - 2700 V, плотности ионного потока в камере Р = 2,5 х 106 ион/см2 и времени облучения t = 20 мин, семена ряда огородных культур выказали повышенные, в сравнении с контролем, всхожесть, жизнестойкость, вегетативный рост (см. рис. 4). Облученные при таких же условиях микроорганизмы (молочно-кислые бактерии, одноклеточные и многоклеточные дрожжи) интенсифицировали биосинтетические процессы, размножение, изменялись морфологически (см. рис.5-7), что свидетельствует об определенных физиологических сдвигах у них под воздействием ИЭМК
На рис.8-10 в качестве примера отражен эффект воздействия ИЭМК (в том же режиме облучения) на иммуноциты крови здорового человека и больного с хроническим воспалительным процессом (иммунобластный лимфоаденит). Результаты представлены в виде спектров люминесценции флуорохромированных АО отдельных живых клеток (рис. 8) и бипараметрических распределений их люминесцентных сигналов в составе клеточных популяций (лимфоцитов и лейкоцитов) на фазовой плоскости (рис. 9, 10) в координатах I530 (X, абсцисса) и I640 (Y, ордината), соответствующих двум максимумам спектра эмиссии клеток. Представленные на рис. 10 данные дополнительно обработаны с помощью программы "MEGO", реализующей алгоритмы идентификации характера патологических процессов.
Из сравнения представленных спектрально-люминесцентных данных видно, что на воздействие ИЭМК реагируют не единичные клетки, а весь их пул, включая и лимфоциты и лейкоциты (популяции которых в норме четко различимы в приведенных примерах как на самой фазовой плоскости, так и на гистограммах распределения безразмерного параметра Y/X). Известно, в этой связи, что интенсивности люминесценции флуорохромированных АО живых клеток на длине волны 530 нм (ось Х) определяются физико-химическим (структурно-функциональным) состоянием ядерного хроматина (ДНП-комплекса), где АО связывается с ДНК в мономерной форме, а на длине волны 640 нм (ось Y) - аналогичным состоянием их лизосомного аппарата, в котором АО накапливается уже в полимерной форме, и отражают, таким образом, общий уровень активности клеток.
На основании полученных данных можно заключить, что ИЭМК обладает стимулирующим потенциалом в отношении иммунокомпетентных клеток. По своим внешним проявлениям этот эффект при люминесцентном микроспектральном анализе живых клеток напоминает ранние стадии поликлональной активации иммуноцитов такими агентами, как лектины. То, что иммунокомпетентные клетки претерпевают значительные физико-химические, биохимические и морфологические изменения под влиянием антигенов или митогенов, т.е. агентов, появляющихся в условиях инфекции, интоксикации или других нарушениях гомеостаза организма установлено уже достаточно давно. Эти разнообразные изменения обычно обозначают термином "активация иммунокомпетентных клеток".
Большая часть пула лимфоцитов крови обладает способностью к размножению, дифференцировке в эффекторные клетки или интенсификации метаболической (функциональной) активности; моноциты/макрофаги мало способны к размножению (если вообще способны), однако могут дифференцироваться в более активно фагоцитирующие, экскретирующие высокоадгезивные клетки; зрелые гранулоциты не способны ни к делению, ни к дифференцировке, но, очевидно, могут интенсифицировать свои функциональные проявления. Активация иммунокомпетентных клеток является обязательным условием их участия в защитных реакциях организма. Сигналом же к активации одновременно многих иммунокомпетентных клеток является воздействие определенного "активатора". Одни активаторы обладают широким диапазоном действия - влияют на различные клетки (например, лектины); другие в большей степени специализированы - действуют на отдельные субпопуляции клеток (цитокины). Общим же качественным признаком воздействия является быстрый переход достаточно большой субпопуляции иммунокомпетентных клеток в новое состояние
Термин "активация" обычно употребляется в двух аспектах: во-первых, для обозначения достаточно длительного процесса, который заканчивается размножением и (или) дифференцировкой клеток, во-вторых, для обозначения изменений, происходящих в иммунокомпетентных клетках в первые минуты после воздействия активаторов. На настоящем этапе исследований мы пока ориентируемся на второй аспект.
Результаты многих работ позволяют считать, что общая картина активации антигенами и митогенами очень сходна. Это как будто бы дает возможность экстраполировать результаты работы с митогенами на активацию иммунокомпетентных клеток вообще. Однако в нашей ситуации анализ иммуноцитов в фиксированном виде свидетельствует о неидентичности их реакции на воздействия митогена (лектина) и ИЭМК (см. рис.11, 12). Возможно это, с одной стороны, в какой-то мере, связано с их исходно различным функциональным состоянием у здоровых и больных индивидуумов, а с другой - с инициацией совершенно различных генетических программ клеточного поведения.
Как известно, лектины (КонА, ФГА, ЛПС и др.) это стимуляторы митотической активности у лимфоцитов, т.е. они инициируют те процессы биосинтеза РНК, ДНК, белков, которые необходимы для клеточной пролиферации. У зрелых полиморфноядерных лейкоцитов реакция на лектины, по-видимому, ограничивается только первоначальными физико-химическими изменениями в статусе клетки. Это мы наблюдаем у здорового человека, когда иммуноциты находятся в состоянии относительного функционального покоя. В норме in vivo лимфоциты, получая соответствующий активационный сигнал на размножение и дифференцировку, покидают русло циркуляции и уходят в лимфоидные органы для завершения реакции, становясь фактически недоступными для обычного иммуногематологического анализа. При патологии, в условиях повышенных функциональных нагрузок, имуноциты (лимфоциты) остаются в кровотоке и реализуют, очевидно, другую(ие) генетическую программу, исключающую деление и направленную на наращивание своей прямой физиологически затребованной активности, как это происходит при любой адаптационной реакции организма.
В реализации пластической адаптации организма к каким-либо чрезвычайным воздействиям также основную роль играет интенсификация синтеза нуклеиновых кислот и белков. Первым и ключевым этапом этого процесса, особенно при иммуногенезе, является синтез РНК, который предшествует белковому биосинтезу. В состоянии функционального покоя у иммуноцитов происходит только фоновый биосинтез, который резко активизируется при функциональной нагрузке на клетку. В отношении биосинтеза ДНК хорошо известно, что в норме иммуноциты крови находятся в Go-фазе клеточного цикла и имеют постоянный 2n набор ДНК и не синтезируют ее de novo. Поэтому, индикатором биосинтетической активности иммуноцитов крови (в данном случае лимфоцитов и моноцитов) может быть внутриклеточное отношение РНК/ДНК, которое можно количественно оценить с помощью люминесцентного микроспектрального анализа специальным образом обработанных (фиксированных) и флуорохромированных АО индивидуальных клеток. В спектральном анализе это отношение может быть выражено с помощью введенного Риглером (Rigler,1966) и модифицированного другими авторами (Карнаухов, 1978; Darzynkiewicz et al., 1983) уравнения:
a = I640/I530 = А1 х НК1/НК2 = А2 х РНК/ДНК,
где I640 - интенсивность люминесценции клеток на длине волны 640 нм;
I530 - интенсивность люминесценции клеток на длине волны 530 нм;
НК1 - односпиральные нуклеиновые кислоты;
НК2 - двуспиральные нуклеиновые кислоты;
А1 и А2 - коэффициенты пропорциональности, учитывающие структурно-функциональные особенности анализируемого объекта.