Некоторые новые представления о причинах формирования стимулирующих эффектов КВЧ-излучения

Таким образом, одной из причин нетеплового влияния КВЧ-излучения на биологические объекты может быть воздействие образуемой перекиси водорода, сильного акцептора электронов, способного регулировать функционирование многих ферментативных систем. Присутствие образующихся перекисей могло бы интенсифицировать процессы фотосинтеза вместе с накоплением пигментов, что мы и наблюдали в результате КВЧ-облучения [11]. Это хорошо совпадает со взглядами, согласно которым, фотосинтетический кислород формируется не из воды, а из пероксида водорода экзогенного и эндогенного происхождения [49, 50], и значит увеличение перекисей под действием каких-либо факторов в клетке соответствовало бы интенсификации фотосинтеза.

Вопросы пролонгированности действия КВЧ-излучения обсуждались в литературе, но не получили на наш взгляд окончательного толкования. Их пробовали связывать как с "памятью воды", так и с некими неизвестными свойствами клетки.

В работах [51] отмечается, что время "памяти" воздействия КВЧ-излучения на микроорганизмы даже при их постоянных пересевах может достигать нескольких месяцев, причем возвращение к исходным свойствам совершается постоянно. Наблюдается, по мнению авторов, "запоминание" организмом воздействий КВЧ на более или менее длительное время [52, 38].

По нашим данным действие КВЧ-излучения на фотосинтезирующие организмы имеет пролонгированный характер, постепенно ослабевая ко второму пассажу на фоне сохраняющегося повышенного количества пигментов в клетках (табл.1). Эти данные свидетельствуют о сохранении стимулирующего эффекта облучения на прирост биомассы при последующих пассажах облученной культуры S.platensis . В связи с этим представляло интерес выяснить, как меняется при этом фотосинтетическая активность. Оказалось, что она у облученных ранее культур гораздо выше контрольных, что совпадает с данными по приросту биомассы. К 30 суткам роста фотосинтетическая активность во всех вариантах выравнивалась (табл.2).

Табл.1. Пролонгированное действие стимулирующего эффекта КВЧ-излучения у S.platensis (биомасса в г/л)

Табл.2. Изменение фотосинтетической активности при пролонгированном действии КВЧ-излучения у S.platensis

Мы определяли также спектральные характеристики при пролонгированном действии КВЧ-облучения при длине волны 8,34 мм у культур P.viridis на 20 сутки в первом пассаже после облучения. Контролем служила необлученная культура. Результаты измерений представлены в табл.3. Видно, что увеличение количества пигментов, свидетельствующее об интенсификации процесса фотосинтеза в результате действия КВЧ-излучения при оптимальных параметрах, сохраняется в течение значительного времени, особенно при оптимальном времени облучения, равном 60 мин.

Табл.3. Пролонгированное действие КВЧ-излучения на структуру пигментов у зеленой водоросли P.viridis (lambda = 8.34 мм, P = 2,7 мВт/см₂ , первый пассаж)

Вряд ли пролонгированный характер действия однократного КВЧ-облучения можно связывать с его мутагенным действием, которое исследовалось, но не подтвердилось у других объектов, и что можно объяснить низкой поглощаемой энергией миллиметровых волн. Мы также не наблюдали каких-либо морфологических изменений в клетках облученных культур.

Пролонгирование можно было бы объяснить, по нашему мнению, с одной стороны, - затуханием самоускоряющихся механизмов развития стимуляции, а с другой - возвращением к норме функционального состояния мебран клеток.

По имеющимся литературным данным относительно "памяти воды" высказывалось мнение, что она сохраняется после облучения электромагнитным излучением в течение нескольких суток [53]. Такой же пролонгированный характер действия КВЧ-излучения наблюдался на гетеротрофных микроорганизмах - E.coli , дрожжеподобном грибе Endomyces fibuliger , спиртовых и пивоваренных дрожжах [54].

Обсуждение

Нами были в этой работе рассмотрены различные факты и данные, которые так или иначе связаны с поставленными в начале статьи вопросами. Можно, как нам кажется, не повторять приведенные литературные подтверждения развиваемым взглядам и наши собственные данные. Можно лишь еще раз подчеркнуть, что данные по соотношению фотосинтеза и темнового дыхания, а также по поглощению и выделению ионов, полученные нами, позволяют говорить об изменениях транспортной функции мембран, связанных, возможно, с развитием самоускоряющихся механизмов, развивающихся в их липидной фазе в присутствии кислорода, как о важнейшей вероятной причине, влияющей на метаболизм облученных клеток, в том числе на проявление стимулирующих эффектов.

Радикальные и перекисные состояния, возникающие при КВЧ-облучении, по нашему мнению, могут быть важнейшим звеном в механизмах самоускорения, сопровождающих развитие первичных реакций при действии КВЧ-излучения.

Тот факт, что стимулирующее действие КВЧ-излучения снимается при облучении цианобактерии Spirulina platensis в атмосфере аргона [20] может быть объяснен тем, что под действием КВЧ-излучения меняется либо активность кислородзависимых реакций в клетке, либо в аэробных условиях образуются реактивные формы кислорода (РФК). Известно, что РФК в достаточно низких концентрациях могут оказывать многостороннее регуляторное действие на биосистемы. Перекись водорода также относят к активным формам кислорода (АФК), образуется она из супероксида под действием супероксиддисмутазы.

Величина образующихся концентраций перекиси водорода и других перекисных состояний определяет развитие тех или иных биологических эффектов от стимуляции фотосинтеза до повреждения клетки [55].

На основании литературных и собственных экспериментальных данных мы можем предложить следующий гипотетический механизм действия КВЧ-излучения на процессы жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов:

Литература

Девятков Н.Д., Голант М.В., Бецкий О.В. Особенности медико-биологического при-менения миллиметровых волн. - М.: ИРЭ РАН, 1994.

Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н., Яковлева М.Н., Мантрова Г.М., Гусев М.В. Стимуля-ция роста сине-зеленых водорослей при действии электромагнитного излучения ММ диапазона низкой интенсивности. - Применение ММ излучения низкой интенсивности в биологии и медици-не. - М.: ИРЭ АН СССР, 1986.

Tambiev A.H., Gusev M.V., Kirikova N.N., Beckiy O.V., Gulaev U.V. Stimulation of growth of cyanobacteria by millimeter electromagnetic radiation of low intensiveness. - Trade Exibition Microbe-86. XIX Intern. Congr. Microbiol., September 7-13:Abstr. - Manchester, England, 1986.

Тамбиев. А.Х., Кирикова Н.Н., Лапшин О.М., Яковлева М.Н., Мантрова Г.М. Изме-нение реакционной способности экзометаболитов сине-зеленой водоросли спирулина под дейст-вием ММ излучения. - Медико-биологические аспекты миллиметрового излучения. - М.: ИРЭ АН СССР, 1987.

Петров И.Ю., Бецкий О.В. Изменение потенциалов плазматических мембран клеток листа зеленого растения при электромагнитном облучении. - ДАН СССР, 1989, т. 305, № 2.

Шестопалова Н.Г., Баева Т.И., Баркова И.Н. Реакция растений на действие радио-волн миллиметрового диапазона. - Применение КВЧ излучения низкой интенсивности в биологии и медицине. - М.: ИРЭ АН СССР, 1989.

Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н., Лапшин О.М. и др. Стимулирующее действие электро-магнитного излучения миллиметрового диапазона низкой интенсивности на рост микроводорос-лей. - Вестн.Моск.ун-та. Сер.16.Биология, 1990, № 1.

Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н., Лапшин О.М., Гусев М.В. Изменение ростовых харак-теристик при воздействии на микроводоросли электромагнитного излучения миллиметрового диапазона низкой интенсивности. - Вестн. Моск. ун-та. Сер.16. Биология, 1990, № 2.

Петров И.Ю. Морозова Э.В, Моисеева Т.В. Стимуляция процессов жизнедеятельности в растениях микроволновым излучением. - Межд. симп. "Миллиметровые волны нетепловой ин-тенсивности в медицине". Сб. докл. - М.: ИРЭ АН СССР, 1991.

Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н. Перспективы применения электромагнитного излучения миллиметрового диапазона в фотобиотехнологии. - Миллиметровые волны в биологии и медици-не, 1992, № 1.

Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н., Лапшин О.М. Изменение фотосинтетической активно-сти микроводорослей под влиянием электромагнитного излучения. - Физиология растений, 1992, т. 39, в. 5

Tambiev A.H., Kirikova N.N. Effect of EHF-irradiation on the physiological activity of cyanobacteria. - Abstr. YIII Intern. Symposium on phototrophic prokaryotes, Urbino, September 10-15, 1994.

Tambiev A.H., Kirikova N.N. The prospects of use of EHF radiation in photobiotechnology. - Biological aspects of low intensity millimeter waves. - M.: Seven plus, 1994.

Лукашев Е.П., Кононенко А.А., Нокс П.П., Гайдук В.И., Цейтлин Б.М., Рубин А.Б., Бецкий О.В. Влияние поляризации КВЧ излучения на эффективность переноса электронов в системе хинонных кофакторов фотосинтетического реакционного центра. - ДАН СССР, 1991, т. 318, № 2.

Нокс П.П., Пащенко В.З., Логунов С.Л., Чаморовский С.К., Чурин А.А. Влияние ЭМИ КВЧ на динамику формирования триплетных состояний в фотосинтетических реакционных центрах пурпурных бактерий и спектры РКР каротиноидного компонента. - Межд. симп."Миллиметровые волны нетепловой интенсивности в медицине". Сб.докл. - М.: ИРЭ АН СССР, 1991.

Рубин А.Б., Лукашев Е.П., Чаморовский С.К., Кононенко, А.А., Кузнецов А.Н., Яре-менко Ю.Г. Влияние ЭМИ КВЧ на перенос зарядов в светочувствительных пигмент-белковых комплексах по данным импульсной абсорбционной спектроскопии милли - и микросекундного временного разрешения. - Миллиметровые волны в медицине. - М.: ИРЭ АН СССР, 1991, т. 2.

Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н. Общие закономерности действия КВЧ-излучения на фотосинтезирующие объекты. - 10 Росс. симп. с межд. участ. "Миллиметровые волны в медици-не и биологии". Сб.докл. - М.:ИРЭ РАН, 1995.

Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н. Действие КВЧ-излучения на метаболизм клеток циано-бактерии Spirulina platensis и других фотосинтезирующих организмов. - Биомедицин-ская радиоэлектроника, 1998, № 3.

Tambiev A.H., Kirikova N.N., Lapshin O.M., Gusev M.V. Physiological criterion of cyanobacterium growth stimulation. - 8th Int. Biotechn. Symp.: Abstr. book. - Paris, Juli 17-22, 1988.

Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н., Лебедева А.Ф. Влияние КВЧ-излучения на физиологи-ческую активность микроводорослей. - Вестн. Моск. ун-та. Сер.16. Биология, 1993, № 1.

Тарусов Б.Н. Первичные процессы лучевого поражения. - М.: Госатомиздат, 1962.

Маринов Б.С., Чайлахян Л.М. Регуляция активности супероксиддисмутазы сверхвы-сокочастотным излучением. Механизм действия СВЧ. - ДАН РФ, 1997, т. 356, № 6.

Кондратьева В.Ф., Чистякова Е.Н., Иванова Н.Б., Казанская А.Д. Ферменты в экс-периментальной и клинической онкологии и радиобиологии. - Труды ЛХФИ, 1967, т.20, № 1.

Манойлов В.Е., Манойлов С.Е., Комов В.П., Дмитриева В.А., Чистякова В.Н., Панкра-тов Ю.В., Манойлов Ю.С. Ферменты в экспериментальной и клинической онкологии и радио-биологии. - Труды ЛХФИ, 1967, т.20, № 1.

Хургин Ю.И., Бецкий О.В., Церевитинова Н.Г., Перепечкина Т.Л. О природе пер-вичной мишени при воздействии низкоинтенсивного миллиметрового излучения на биологические объекты. - Медико-биологические аспекты милиметрового излучения. - М.: ИРЭ АН СССР, 1987.

Бецкий О.В., Казаринов К.Д., Путвинский А.В., Шаров В.С. Конвективный перенос растворенных в воде веществ как возможный механизм ускорения мембранных процессов под действием миллиметрового излучения. - Эффекты нетеплового воздействия миллиметрового из-лучения на биологические объекты. - М.: ИРЭ АН СССР, 1983.

Шаров В.С., Казаринов К.Д., Андреев В.Е., Путвинский А.В., Бецкий О.В. Ускоре-ние перекисного окисления липидов под действием электромагнитного излучения миллиметрово-го диапазона. - Биофизика, 1983, т. 28.

Бецкий О.В., Путвинский А.В. Биологические эффекты миллиметрового излучения низкой интенсивности. - Изв. вузов МВ и ССО СССР. Радиоэлектроника, 1986, т. 29, № 4.

Полников И.Г., Казаринов К.Д., Шаров В.С., Путвинский А.В., Бецкий О.В. Гидро-динамическая неустойчивость на межфазной границе при поглощении ММ излучения низкой ин-тенсивности. - Применение миллиметрового излучения низкой интенсивности в биологии и ме-дицине. - М.: ИРЭ АН СССР, 1985.

Казаринов К.Д. Биологические эффекты КВЧ-излучения низкой интенсивности. - Итоги науки и техники. Биофизика, 1990, т.27, № 3.

Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. - М.: Наука, 1972.

Андреев В.Е., Бецкий О.В., Ильина С.А., Казаринов К.Д., Путвинский А.В., Шаров В.С. Ускорение перекисного окисления липидов в липосомах под действием миллиметрового излучения. - Нетепловые эффекты миллиметрового излучения. - М.: ИРЭ АН СССР, 1981.

Полников И.Г., Твердохлеб П.Е., Путвинский А.В., Майрановский С.Г. Ускорение диффузионных процессов и химических реакций протонизации в водных средах при миллиметро-вом облучении. - Применение миллиметрового излучения низкой интенсивности в биологии и медицине. - М.: ИРЭ АН СССР, 1985.

Лебедева А.Ю. Применение электромагнитного излучения миллиметрового диапазона в комплексном лечении заболеваний сердечно-сосудистой системы. - 11 Межд. симп. "Милли-метровые волны в медицине и биологии". Сб. докл. - М.: ИРЭ РАН, 1997.

Лебедева А.Ю., Люсов В.А., Волов Н.А., Щелкунова И.Г. Динамика процессов пере-кисного окисления липидов у больных нестабильной стенокардией при проведении ММ-терапии. - Миллиметровые волны в биологии и медицине, 1995, т. 5.

Родштат И.В. Физиологические аспекты рецепции миллиметровых радиоволн биологи-ческими объектами. - Применение миллиметрового излучения низкой интенсивности в биологии и медицине", М.: ИРЭ АН СССР, 1985.

Мартынюк В.С., Темурьянц Н.А. Роль перекисного окисления липидов и тиол-дисульфидного обмена в механизмах антистрессорного действия электромагнитного излучения крайне высокой частоты. - Миллиметровые волны в биологии и медицине, 1995, № 5.

Поцелуева М.М., Пустовидко А.В., Евтодиенко Ю.В., Храмов Р.Н., Чайлахян Л.М. Образование реактивных форм кислорода в водных растворах под действием электромагнитного излучения КВЧ-диапазона. - ДАН СССР, 1998, т.359, в. 3.

Bienvenu P., Herodin F., Fatome M., Kergnou J.F.P. Selenium in medicine and biology. - Berlin, 1988.

Shigeoka S., Takeda T., Ishikawa T. Metabolism of hydrogen peroxide in algae. - BioFactors, 1995, v.5, n 1.

Betskii O.V. Electromagnetic millimeter waves and living organisms. -Biological aspects of low intensity millimeter waves. - M.: Seven plus, 1994.

Диденко Н.П., Зеленцов В.Т., Ча В.А. О конформационных изменениях биомолекул при взаимодействии с электромагнитным излучением. - Эффекты нетеплового воздействия мил-лиметрового излучения на биологические объекты. - М.: ИРЭ АН СССР, 1983.

Маркарова Е.Н, Кирикова Н.Н., Саари Л.А., Тамбиев А.Х. Поглощение минеральных веществ у Spirulina platensis при действии КВЧ-излучения. - Вестн.Моск. ун-та. Сер.16.Биология, 1992, в.2.

Маркарова Е.Н., Кирикова Н.Н., Тамбиев А.Х. Действие КВЧ-излучения на кинетику транспорта натрия у Spiruli№a plate№sis. - Вестн. Моск. ун-та. Сер.16. Биология, 1995, в. 2.

Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н., Маркарова Е.Н. Влияние электромагнитного излуче-ния на рост и ионный статус среды культивирования у S.platensis. - Миллиметровые волны в биологии и медицине, 1996, № 8.

Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н., Маркарова Е.Н. Влияние КВЧ-излучения на транс-портные свойства мембран у фотосинтезирующих организмов. - Радиотехника, 1997, № 4.

Эмануель Н.М., Зайков Г.Е., Мицус З.К. Роль среды в радикально-цепных реакциях окисления органических соединений. - М.: Наука, 1973.

Потапенко А.Я., Рощупкин Д.И., Коган Е.А., Владимиров Ю.А. Исследование дейст-вия У.-Ф. света на биологические мембраны. Изменение электропроводности биомолекулярных фосфолипидных мембран. - ДАН СССР, 1972, т. 202.

Комиссаров Г.Г. Фотосинтез: взгляд с новых позиций. Наука в России. - М.: Зна-ние, 1994, № 5.

Комиссаров Г.Г. Фотосинтез как физико-химический процесс. - Химическая физи-ка., 1995, т. 14, № 11.

Искин В.Д., Завгородний Ю.В., Яценко Н.М., Силина Л.К., Степула Е.В., Медведовский А.В., Райс Б.Г., Руденко С.В. Биологические эффекты миллиметровых волн. - Биофизика, 1987. Препринт № 7591-В87.

Девятков Н.Д., Гельвич Э.А., Голант М.Б., Реброва Т.Б., Севастьянова Л.А. Ра-диофизические аспекты использования в медицине энергетических и информационных воздейст-вий электромагнитных колебаний. - Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1981, т.9, № 333.

Гапочка Л.Д., Гапочка М.Г., Королев А.Ф., Костиенко, А.И., Сухоруков А.П., Тимошкин И.В. Воздействие электромагнитного излучения КВЧ и СВЧ диапазонов на жидкую воду. - Вестн. Моск. ун-та. Сер.3. Физика. Астрономия, 1994, т. 35, № 4.

Реброва Т.Б. Влияние электромагнитного диапазона на жизнедеятельность микроорганизмов. - Миллиметровые волны в биологии и медицине, 1992, № 1.

Скулачев В.П. Старение организма - особая биологическая функция, а не резуль-тат поломки сложной живой системы: биохимическое обоснование гипотезы Вейсмана. - Биохимия, 1997, т. 62, в. 1.