Вплив мікрохвильового випромінювання на стан антиоксидантної системи в тканинах перепелиних ембріонів та добового молодняку

Демонстрація на моделі перепелиного ембріона достовірного оксидативного ефекту мікрохвильового випромінювання. Виражене зростання рівня перекисного окиснення ліпідів та зниження активності ключових ферментів антиоксидантної системи живих клітин.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид статья
Язык украинский
Дата добавления 05.11.2020
Размер файла 263,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вплив мікрохвильового випромінювання на стан антиоксидантної системи в тканинах перепелиних ембріонів та добового молодняку

Олександр Цибулін

У роботі на моделі перепелиного ембріона продемонстровано достовірний оксидативний ефект мікрохвильового випромінювання, який проявлявся у вираженому зростанні рівня перекисного окиснення ліпідів і зниженні активності ключових ферментів антиоксидантної системи живих клітин.

Ключові слова: мікрохвильове випромінювання, мобільний телефон, ембріогенез, оксидативний стрес, антиоксиданти.

Цыбулин Александр. Влияние микроволнового излучения на состояние антиоксидантной системы перепелиных эмбрионов и суточного молодняка

Длительное воздействие на человека низкоинтенсивного радиочастотного электромагнитного излучения приводит к достоверному увеличению риска возникновения раковых опухолей. Механизмы таких эффектов не ясны, но во многих работах указывается на признаки окислительного стресса в живых клетках под воздействием радиочастотного электромагнитного излучения. Целью нашего исследования было изучение влияния микроволнового излучения на состояние антиоксидантной системы в тканях перепелиных эмбрионов и суточного молодняка. Эмбрионы перепела японского подвергались in ovo низкоинтенсивному микроволновому облучению GSM 900 МГц (14 мкВт/см2) в течение 158-456 ч (48 с - ON, 12 с - OFF) до и на начальных этапах развития. Было продемонстрировано достоверное окислительное воздействие микроволнового излучения на модели перепелиных эмбрионов. Эффект проявляется в повышенном уровне перекисного окисления липидов и снижение активности ключевых ферментов антиоксидантной системы.

Ключевые слова: микроволновое излучение, мобильный телефон, эмбриогенез, окислительный стресс, антиоксиданты.

Tsybulin dexandr. Influence of Microwave Radiation on Antioxidant System in the Tissues of Embryos and Daily Quail

Long-term exposure of humans to low intensity radiofrequency electromagnetic radiation (RF -EMR) leads to a statistically significant increase in tumor incidence. Mechanisms of such the effects are unclear, but features of oxidative stress in living cells under RF-EMR exposure were previously reported. The aim of our study was to investigate the effect of microwave radiation on the state of the antioxidant system in the tissues of embryo and daily quail. Embryos of Japanese quails were exposed in ovo to extremely low intensity RF-EMR of GSM 900 MHz (14 pW/cm2) during 158-456 h discontinuously (48 c - ON, 12 c - OFF) before and in the initial stages of development. Significant oxidative effect of microwave radiation on the model of quail embryos was demonstrated. The effect was manifested in increased level of lipid peroxidation and decreased activity of key enzymes of antioxidant system.

Key words: microwave radiation, mobile phone, embryogenesis, oxidative stress, antioxidants.

Постановка наукової проблеми та її значення

Неіонізуюче електромагнітне випромінювання (ЕМВ), зокрема радіодіапазону, - невід'ємний фактор зовнішнього середовища в оточенні людини. Проте впродовж останніх десятиліть рівень цього фактора на планеті, особливо в індустріально розвинених країнах, драматично зріс. Так, рівень фонового радіовипромінювання в житлових приміщеннях Німеччини в 1985-2005 рр. зріс у 5000 разів [1], що, вочевидь, зумовлено розвитком бездротових технологій, передусім мобільного зв'язку. На кінець 2015 р., за оцінками International Telecommunication Union, кількість активних користувачів мобільних телефонів перевищила 7 млрд [2]. Цей факт викликає закономірну насторогу щодо ризиків для здоров'я людини.

Епідеміологічні дослідження останніх років підтвердили, що довготривале та інтенсивне використання мобільного зв'язку може спричиняти суттєві ризики для здоров'я людини внаслідок надмірного радіоопромінення. Так, виявлено достовірне зростання ризиків розвитку гліом, менінгіом, неврином слухового нерва, пухлин білявушних слинних залоз, головного болю, відчуття фізичного дискомфорту в користувачів мобільного зв'язку при багаторічному (5-10 років) інтенсивному користуванні мобільними телефонами [3].

Аналіз сучасних даних щодо біологічної дії низькоінтенсивного РЧВ приводить до висновку, що цей фізичний агент - потужний оксидативний стрес-фактор для живої клітини. Оксидативні ефекти РЧВ можуть бути пов'язані зі змінами у функціонуванні ключових АФК-генеруючих систем клітин, уключаючи ЕТЛ мітохондрій і нефагоцитарні НАДН-оксидази; безпосереднім впливом на молекули води; конформативними змінами важливих макромолекул тощо [4]. Значний патогенний потенціал АФК та їх участь у регуляції клітинного метаболізму пояснює широкий спектр біологічних ефектів низькоінтенсивного РЧВ, уключаючи як онкологічні, так і неонкологічні патології.

Мета роботи - дослідження впливу МХВ на стан антиоксидантної системи в тканинах перепелиних ембріонів та добового молодняку.

Матеріали та методи дослідження

У роботі використано ембріони перепела японського (Japanese quail). Для експериментів формувавли по дві групи свіжих інкубаційних яєць (дослідну й контрольну, по 8-10 шт. у кожній), які інкубували in ovo. Інкубацію здійснювали за оптимальних умов для розвитку перепелиного ембріона: 38,3 ±0,2 °С, відносна вологість - 60 %. Яйця розміщували в горизонтальних лотках і перевертали тричі на день. Перша група слугувала інтактним контролем, друга піддавалася дії мікрохвильового випромінювання (МХВ) стандарту GSM 900 МГц.

За джерело МХВ використовували 3G USB-модем Huawei E173 та комерційну модель мобільного телефона Nokia 3120, які активізували комп'ютерною програмою автодозвону в режимі 48 с - «увімкнуто», 12 с - «вимкнуто». У стані «увімкнуто» система випромінювала МХВ стандарту GSM 900 МГц зі щільністю потужності 14 мкВт/см2 у зоні розміщення біологічного об'єкта (яєць). Інтенсивність МХВ оцінювали вимірювачем електромагнітного випромінювання радіочастотного діапазону (RF Field Strength Meter, Alfalab Inc., USA).

Ембріони першої дослідної групи піддавали 158-годинному опроміненню. Цей час уключав 120 год (п'ять діб) опромінення ембріонів in ovo за кімнатної температури перед закладкою на інкубацію та 38 год від закладки в інкубатор. Інші дослідні групи піддавалися 120 год (п'ять діб); 240 год (10 діб) або 336 год (добові перепели) опромінення після початку інкубації (залежно від строку аналізу). Дослідні й контрольні групи впродовж усього експерименту екрановано кількома шарами алюмінієвої фольги й розміщено на відстані 10 см одна від одної. Фонове радіовипромінювання в лабораторії становило 0,001 мкВт/см2, у зоні знаходження контрольних ембріонів - 0,002 мкВт/см2.

Рівень пероксидів ліпідів у гомогенатах тканин ембріонів визначали в тесті з тіобарбітуровою кислотою в присутності іонів Бе2+ [5]. Крім того, розглядали активність ферментів антиоксидантного захисту - супероксиддисмутази (СОД) каталази та церулоплазміну [6-8].

Виклад основного матеріалу й обґрунтування отриманих результатів досліджень

Рис. 1. Вплив опромінення перепелиних яєць мікрохвильовим випромінюванням стандарту GSM 900 МГц на рівень ТБКреагуючих перекисних ліпідних сполук у гомогенаті тканин перепелиних ембріонів та добових перепелів: n=7; М±т, *p<0,05, порівняно з контролем

перепелиний ембріон мікрохвильове випромінювання

Мікрохвильове випромінювання викликало оксидативний стрес в ембріональних клітинах та клітинах добових перепелів. Зокрема, рівень ПОЛ (рис. 1) у тканинах 38-годинних ембріонів був вірогідно (р<0,05) вищим на 37,52 % у дослідній групі, порівняно з контролем. У тканинах 5-добових ембріонів дослідної групи вміст ТБК-реагуючих сполук також вищий на 15,66 %, порівняно з контролем. Подібну тенденцію простежено й у мозку та печінці 10-добових ембріонів дослідної групи. Проте в серці ембріонів дослідної групи вміст ТБК-реагуючих сполук залишався вірогідно (р<0,05) нижчим на 38,49 %, порівняно з контролем. У добових перепелів дослідної групи рівень ПОЛ залишався вірогідно (р<0,05) вищим лише в печінці, а в мозку й серці цей показник перебував на рівні контрольної групи.

Активність каталази (рис. 2) у тканинах 38-годинних ембріонів дослідної групи була вірогідно (р<0,01) нижчою на 78,64 %, порівняно з контролем. У гомогенаті тканин 5-добових ембріонів дослідної групи активність каталази також вірогідно (р<0,05) нижча на 37,19 %, порівняно з контролем. У мозку 10-добових ембріонів дослідної групи активність каталази була вірогідно (р<0,01) вищою на 73,48 %, порівняно з контролем, а в печінці та серці цей показник нижчий за контрольні на 17,53 % (р<0,05) та 31,55 % відповідно. У добових перепелів зниження активності каталази простежено в печінці.

Аналіз активності СОД (рис. 3) виявив зниження на 17,27 % цього показника в гомогенаті тканин 38-годинних ембріонів дослідної групи, порівняно з контролем. Натомість у 5-добових ембріонів активність СОД при мікрохвильовому опроміненні вірогідно (р<0,001) вища на 39,83 %, порівняно з контролем. У печінці та серці 10-добових ембріонів дослідної групи активність СОД була нижчою за показники контрольної групи на 12,81 % та 14,53 % відповідно, а в мозку різниця між дослідною й контрольною групами практично відсутня. Активність СОД у тканинах добових перепелів у мозку птиці дослідної групи була вірогідно (р<0,01) вищою у 2,76 раза, у серці - на 62,26 % (р<0,05), а в печінці - на 13,51 % перевищувала показники контрольної групи.

Рис. 2. Вплив опромінення перепелиних яєць мікрохвильовим випромінюванням стандарту GSM 900 МГц на активність каталази в гомогенаті тканин перепелиних ембріонів та добових перепелів: n=7; М±т, *p<0,05; **p<0,01, порівняно з контролем

Рис. 3. Вплив опромінення перепелиних яєць мікрохвильовим випромінюванням стандарту GSM 900 МГц на активність СОД у гомогенаті тканин перепелиних ембріонів та добових перепелів:

n=7; М±т, **p<0,01; ***p<0,001, порівняно з контролем

У тканинах 38-годинних ембріонів активність церулоплазміну (рис. 4) була вищою на 21,66 %, порівняно з контролем. У тканинах 5-добових ембріонів дослідної групи активність церулоплазміну була нижчою на 25,19 % за контрольні показники. У мозку 10-добових ембріонів мікрохвильове випромінювання вірогідно (р<0,001) підвищувало активність церулоплазміну на 91,88 %, порівняно з контролем. У печінці 10-добових ембріонів активність церулоплазміну за мікрохвильового випромінювання перебувала на рівні контрольної групи. Активність церулоплазміну в серці дослідної групи 10-добових ембріонів була нижчою на 25,2 % (р<0,01). У добових перепелів вірогідне (р<0,05) зниження на 21,93 % активності церулоплазміну простежено в печінці птиці дослідної групи, порівняно з контролем.

Рис. 4. Вплив опромінення перепелиних яєць мікрохвильовим випромінюванням стандарту GSM 900 МГц на рівень церулоплазміну в гомогенаті тканин перепелиних ембріонів та добових перепелів:

n=7; М±т, **p<0,01; ***p<0,001, порівняно з контролем

Отримані нами дані засвідчують, що електромагнітне випромінювання радіочастотного діапазону володіє значним оксидативним потенціалом. Значна гіперпродукція АФК призводить до окси- дативного стресу в клітинах, спричиняє оксидативне ушкодження ДНК, а отже, може призвести до перетворення клітин у злоякісні [9]. Відомо, що, крім мутагенних ефектів, АФК відіграють роль вторинного месенджера внутрішньоклітинних сигнальних каскадів, які, зі свого боку, можуть викликати онкогенні трансформації [10]. Нами [11] висунуто припущення, що низькоінтенсивне МХВ викликає дисфункцію мітохондрій, що призводить до гіперпродукції супероксиду та NO й АФК-опосередкова- ного мутагенезу. Також відомо, що оксидативний стрес та канцерогенез пов'язані між собою: наприклад, оксидативний стрес, викликаний матриксною металопротеїназою-1 бере участь як у патогенезі, так і в прогресії раку простати [12]. Крім того, гіперпродукція мітохондріальних АФК на фоні гіпоксії та/або низького рівня глюкози, що приводить до стабілізації клітин підвищеною експресією HIF-2 alpha, також може призводити до злоякісної трансформації [13].

З іншого боку, на сьогодні зрозуміло, що вільні радикали / АФК є невід'ємною частиною сигнальних каскадів клітини [14]. Так, пероксид водню є вторинним месенджером у трансдукції інсуліну й сигнальних каскадах фактора росту [15]. Також вони беруть участь у біохімічних механізмах окис- нення етанолу та в інших метаболічних процесах [16], а також необхідні для ініціювання репарації ран [17]. Крім того, АФК при відносно низьких концентраціях спроможні регулювати перебіг запальних процесів за рахунок NF-kB [18]. Тому здатність РЧВ генерувати АФК навіть у незначній кількості може мати вагомі біологічні наслідки.

Раніше нами виявлено, що за тривалого мікрохвильового опромінення in ovo перепелиних ембріонів простежено пригнічення їхнього розвитку [11; 19], що супроводжується значною гіперпродукцією супероксидного радикалу й NO, зростанням рівня пероксидного окиснення ліпідів та оксидативним ушкодженням ДНК. Водночас менш тривале опромінення привело до стимуляції ембріонального розвитку [11; 20]. Установлено позитивні ефекти малих доз опромінення й на молекулярному рівні. Так, короткочасне опромінення РЧВ привело до вірогідного зменшення довжини хвоста ДНК-комет в ембріональних клітинах, порівняно з неопроміненим контролем, що вказує на активацію механізмів зменшення розривів ДНК. «Корисні» наслідки опромінення можна пояснити ефектом горме- зису [21]. Проте можливо, що «корисні» ефекти опромінення пояснюються сигнальною дією вільних радикалів, які проявляються при рівнях, нижчих за ті, що можуть викликати ушкодження. Однак до будь-якого позитивного ефекту впливу зовнішніх факторів потрібно ставитися з обережністю й, за можливості, мінімізувати їх, принаймні, до точної оцінки віддалених наслідків.

Загалом, наші дані свідчать про чіткий попереджувальний сигнал негативної дії низькоінтенсивного РЧВ для здоров'я людини, що може бути викликано як прямим оксидативним ушкодженням, так і внаслідок порушення сигнальних каскадів клітини.

Висновки й перспективи подальших досліджень

Отримані нами дані засвідчують виражені оксидативні ефекти низькоінтенсивного електромагнітного випромінювання стандарту GSM 900 МГц на ембріональні та клітини добових перепелів. Надмалі інтенсивності ЕМВ, за яких виявлялися виражені ефекти, засвідчують необхідність нових підходів при оцінці безпечних рівнів ЕМВ радіочастотного діапазону для біологічних систем й організму людини зокрема.

Джерела та література

1. Maes W. [Stress caused by electromagnetic fields and radiation] / W. Maes. - Neubeuem, Germany: IBN, 2005. - Р. 602

2. [Elektronik resourse]. - Mode of access: http://www.itu.int/en/itu-d/statistics/documents/facts/ictfacts Figures2015.pdf

3. Yakymenko I. Long-term exposure to microwave radiation provokes cancer growth: evidences from radars and mobile communication systems / I. Yakymenko, E. Sidorik, S. Kyrylenko,V. Chekhun // Exp Oncol. - 2011. - V. 33. - P. 62-70.

4. Yakymenko I. Low intensity radiofrequency radiation: a new oxidant for living cells / I. Yakymenko, E. Sidorik, D. Henshel, S. Kyrylenko // Oxid Antioxid Med Sci. - 2014. - V. 3. - P. 1-3.

5. Draper H. H. Malondialdehyde determination as index of lipid peroxidation / H. H. Draper, M. Hadley // Methods in enzymology. - 1990. - V. 186. - P. 421-31.

6. Королюк М. А. Метод определения активности каталазы / М. А. Королюк, Л. И. Иванова, И. Г. Майорова, В. Е. Токарев // Лаб. дело. - 1988. - V. - P. 16-19.

7. Чавари С. Роль супероксиддисмутазы в окислительных процессах клетки и метод определения ее в биологических материалах / С. Чавари, И. Чаба, Й. Секуй // Лаб. дело. - 1985. - V 39. - P. 678-681.

8. Тен Э. В. Экспресс-метод определения содержания церулоплазмина в сыворотке крови / Э. В. Тен // Лаб. дело. - 1981. - V. - P. 334-335.

9. Valko M. Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease / M. Valko, D. Leibfritz, J. Moncol, M. T. Cronin, M. Mazur, J. Telser // The international journal of biochemistry & cell biology. - 2007. - V. 39. - P. 44-84.

10. Valko M. Free radicals, metals and antioxidants in oxidative stress-induced cancer / M. Valko, C. J. Rhodes, J. Moncol, M. Izakovic, M. Mazur // Chemico-biological interactions. - 2006. - V. 160. - P. 1-40.

11. Burlaka A. Overproduction of free radical species in embryonal cells exposed to low intensity radiofrequency radiation / A. Burlaka, O. Tsybulin, E. Sidorik, S. Lukin, V. Polishuk, S. Tsehmistrenko,I. Yakymenko // Exp Oncol. - 2013. - V. 35. - P. 219-225.

12. Nguyen H. L. Oxidative stress and prostate cancer progression are elicited by membrane-type 1 matrix metalloproteinase / H. L. Nguyen, S. Zucker, K. Zarrabi, P. Kadam, C. Schmidt, J. Cao // Mol Cancer Res. - 2011. - V. 9. - P. 1305-1318.

13. Ralph S. J. The causes of cancer revisited: «Mitochondrial malignancy» and ROS-induced oncogenic transformation - Why mitochondria are targets for cancer therapy / S. J. Ralph, S. Rodriguez-Enriquez, J. Neuzil et al. // Molecular aspects of medicine. - 2010. - V. 31. - P. 145-170.

14. Forman H. J. An overview of mechanisms of redox signaling / H. J. Forman, F. Ursini,M. Maiorino // Journal of molecular and cellular cardiology. - 2014. - V. 73. - P. 2-9.

15. Sies H. Role of metabolic H2O2 generation: redox signaling and oxidative stress / H. Sies // The Journal of biological chemistry. - 2014. - V. 289. - P. 8735-8741.

16. Oshino N. Optical measurement of the catalase-hydrogen peroxide intermediate (Compound I) in the liver of anaesthetized rats and its implication to hydrogen peroxide production in situ / N. Oshino, D. Jamieson, T. Sugano, B. Chance // The Biochemical journal. - 1975. - V. 146. - P. 67-77.

17. Enyedi B. H2O2: a chemoattractant? / B. Enyedi, P. Niethammer // Methods in enzymology. - 2013. - V. 528. - P. 237-255.

18. Hayden M. S. NF-kappaB in immunobiology / M. S. Hayden,S. Ghosh // Cell research. - 2011. - V. 21. - P. 223-244.

19. Tsybulin O. GSM 900 MHz microwave radiation affects embryo development of Japanese quails / O. Tsybulin, E. Sidorik, S. Kyrylenko et al. // Electromagnetic biology and medicine. - 2012. - V. 31. - P. 75-86.

20. Tsybulin O. GSM 900 MHz cellular phone radiation can either stimulate or depress early embryogenesis in Japanese quails depending on the duration of exposure / O. Tsybulin, E. Sidorik, O. Brieieva et al. // International journal of radiation biology. - 2013. - V. 89. - P. 756-763.

21. Calabrese E. J. Hormesis: why it is important to toxicology and toxicologists / E. J. Calabrese // Environ Toxicol Chem. - 2008. - V. 27. - P. 1451-1474.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.