Список сокращений 3
Введение 4
1 Обзор литературных данных 6
1.1 Воздействие электромагнитных излучений на живые организмы 6
1.2 Электропорация 14
1.3 Неспецифические поры повышенной проводимости 19
2 Материалы и методы 24
2.1 Выделение митохондрий и получение суспензии 24
2.2 Измерение коэффициента дыхательного контроля 25
2.3 Измерение сопротивления суспензий митохондрий 25
2.4 Измерение оптической плотности суспензии митохондрий 26
2.5 Режимы воздействия 26
3 Результаты и обсуждение 28
3.1 Влияние ВЧ импульсов на дыхание митохондрий 28
3.2 Влияние ВЧ импульсов на целостность мембран 32
3.3 Изменение объема митохондрий после воздействия излучения 33
3.4 Обсуждение полученных результатов 37
Выводы 41
Список использованной литературы 42
В настоящее время известно, что импульсное высокочастотное (ВЧ) излучение эффективно влияет на биологические объекты. В частности, микросекундные и нанонсекундные ВЧ импульсы способны вызывать электропорацию мембран опухолевых клеток, облегчая доставку
химиопрепаратов (Frandsen S. K. et. al., 2015; Orlowski S., 1988); повреждать мембраны внутриклеточных органелл и обратимо нарушать целостность плазматической мембраны; повышать уровень свободного внутриклеточного кальция, который влияет на протекание клеточного метаболизма (Scarlett S. S. et. al., 2009; Chen W. J., et. al., 2013); снижать уровень аденозинтрифосфата (АТФ) в облученных клетках (Frandsen S. K. et. al., 2015). Уменьшение количества АТФ в первую очередь связано со снижением его продукции в результате разобщения окислительного фосфорилирования и нарушения работы дыхательной цепи на внутренней мембране митохондрий. Как представляется, ВЧ излучение наносекундной длительности, которое имеет экстремально высокую напряженность электрического поля в импульсе, должно оказывать достаточно эффективное воздействие на
вышеперечисленные структуры и реализовывать свое влияние аналогичным образом. Митохондрии являются важнейшими клеточными органоидами, в которых химическая энергия пищевых субстратов трансформируется в энергию макроэргических связей АТФ для обеспечения энергозависимых процессов клетки. В первую очередь на воздействие факторов различной природы, в том числе наносекундных ВЧ импульсов, митохондрии могут отреагировать изменением функциональной активности, а именно изменением уровня окислительных процессов и синтеза АТФ, что будет отражаться на уровне потребления кислорода митохондриями (дыхание митохондрий). Кроме того, можно предположить, что ВЧ импульсы наносекундной длительности могут быть способны вызывать изменения в структуре митохондриальной мембраны, в том числе приводить к нарушению целостности липидного бислоя и/или открытию пор неспецифической проницаемости. В результате после воздействия наносекундных ВЧ импульсов должны изменяться ионные потоки в митохондриях, с соответствующими изменениями их объёма, поскольку накопление матриксом митохондрий избыточных ионов сопровождается переносом воды в него. Изменение объёма митохондрий можно оценить по изменению светопропускания суспензии посредством спектрофотометрии (Nicholls David G., 1985; Оливьер П. Дж. и др, 2006; Пазялова А. А., 2007; Crichton P. G., et. al., 2009). Регистрация изменения объема митохондрий, проводимая в среде с ионами Ca2+, позволяет оценить изменение чувствительности неспецифической проницаемости митохондрий в ответ на действие различных факторов (Оливьер П. Дж. и др, 2006). Такой метод с успехом используется для решения многих задач, связанных с оценкой функционального состояния митохондрий, в частности, при изучении их дыхания, при исследовании механизмов переноса веществ через внутреннюю мембрану, а так же при оценке влияния различных веществ (Оливьер П. Дж. и др, 2006) или при определении функционального состояния организма в условиях развития окислительного стресса. Исходя из этого, представлялось логичным и перспективным исследовать влияние наносекундных ВЧ импульсов на состояние изолированных митохондрий и их мембран.
Цель работы:
Изучение влияния наносекундного импульсно-периодического высокочастотного излучения на митохондрии печени.
Задачи:
• Оценить действие наносекундного ВЧ излучения на дыхание митохондрий.
• Оценить влияние данного ВЧ излучения на целостность мембран.
• Установить, происходит ли открытие пор неспецифической проводимости после воздействия импульсно-периодического ВЧ излучения наносекундной длительности.
1 Обзор литературных данных
Используемый в работе источник разработан в ИСЭ СО РАН (г. Томск) (Губанов В. П., 2009, Андреев Ю. А., 2013), генерирует в импульсно¬
периодическом высокочастотные наносекундные электромагнитные импульсы дециметрового диапазона. Поскольку данный источник не имеет аналогов, биологическое действие его до сих пор остается совершенно не исследованным. В связи с этим, обзор литературных данных включает в себя анализ биологического действия близких по характеристикам импульсно модулированных излучений. На основе представленного литературного анализа биологических эффектов, а так же собственных данных будет предпринята попытка синтеза адекватного механизма действия нового генератора наносекундных ВЧ импульсов.
1. Обнаружено снижение уровня дыхания митохондрий после воздействия наносекундного импульсно-периодического ВЧ излучения, что свидетельствует о разобщении процессов окисления и фосфорилирования и угнетении дыхания.
2. Наносекундное импульсно-периодическое ВЧ излучение вызывает снижение омического сопротивления суспензии митохондрий переменному току в области 0-дисперсии, что свидетельствует о нарушении целостности мембран митохондрий.
3. Установлено, что после воздействия наносекундного ВЧ излучения происходит открытие пор неспецифической проводимости (mPTP).
4. Импульсно-периодическое ВЧ излучение наносекундной длительности влияет на функциональное состояние митохондрий, причем наблюдаемые эффекты зависят от напряженности электрического поля и частоты следования импульсов.
