Ряд высокоамплитудных эффектов слабых и сверхслабых магнитных полей и их вероятные

молекулярные механизмы.

Докладчик В.В. Новиков

Влияние слабых комбинированных МП (постоянное МП – 42 мкТл; переменное МП – 0,1 мкТл, частота – 3,7

Гц; экспозиция 4 часа) на деление планарий Dugesia tigrina. Динамика делений в одном опыте (n=50).

1 2 3 4 50

4

8

12

16

20

24

чи

сл

о п

од

ел

ив

ши

хся

пл

ан

ар

ий

3

2

1

сутки

1– контроль.2 – опыт в 1 установке.3 – опыт во 2 установке (магнитный экран).

Зависимость интенсивности деления планарий Dugesia tigrina от частоты переменной компоненты слабых комбинированных МП (постоянное МП – 42 мкТл;

переменное МП – 0,1 мкТл; экспозиция 4 часа).

0

2

4

6

8

10

2

1

6032151074,53,731

частота, Гц

ко

эф

фи

ци

ен

т с

ти

мул

яц

ии

1 – опыты в 1 установке.2 – опыты во 2 установке (магнитный экран).

Зависимость интенсивности деления планарий Dugesia tigrina от амплитуды переменной компоненты слабых

комбинированных МП (постоянное МП – 42 мкТл; частота переменного МП - 3,7 Гц; экспозиция 4 часа).

0

1

2

3

4

5

6

7

0.01 120 6403201608040201010.1

Ко

эфф

иц

иен

т ст

им

уля

ци

и

Амплитуда переменного МП, нТл

Влияние различных вариантов воздействий МП на интенсивность деления планарий Dugesia tigrina.

1 2 3 4 5

0

2

4

6

8

10

12

3

2

1

коэф

фи

ци

ент

сти

мул

яц

ии

сутки

1 – комбинированное МП (постоянное МП – 42 мкТл; переменное МП – 0,1 мкТл, частота – 3,7 Гц; экспозиция 4 часа).2 – переменное МП (0,1 мкТл, частота – 3,7 Гц; экспозиция 4 часа).3 – «нулевое» МП (экспозиция 4 часа).

Выводы по работам на планариях

Результаты проведенных экспериментов показали следующее: наличие сопутствующих техногенных полей не оказывает заметного влияния на эффекты слабых МП с очень малой переменной компонентой, по крайней мере, в тех случаях, когда ее частота значимо отличается от промышленной частоты; при реализации эффектов слабых МП имеют существенное значение обе компоненты МП (постоянная и переменная), отсутствие одной из компонент может привести к смене знака эффекта на противоположный; эффект «нулевого» поля значим и сопоставим по величине с эффектами на резонансных частотах. В целом приведенные данные свидетельствуют о возможности эффективного управления некоторыми биологическими процессами.

Сроки жизни мышей-опухоленосителей линии SHK с асцитной формой АКЭ (инокулировано 1106 клеток

АКЭ/мышь) при воздействии слабых МП (ПМП – 42 мкТл; ПеМП - 50 нТл) в зависимости от частоты переменной компоненты и наличия постоянной компоненты МП

5 10 15 20 250

20

40

60

80

100

1 (выживаемость 60%) 2 (15,7 +/- 1,8)

3 (15,2 +/- 1,2) 4 (14,1 +/- 1,1) 5 (13,6 +/- 1,1) 6 (13,4 +/- 1,3 - контр.)

Ко

ли

честв

о в

ыж

ив

ши

х ж

ив

отн

ых, %

Время, сутки

1 - 3,5-5,0 Гц; 2 - 4 Гц; 3 - 32,2 Гц; 4 - 50 Гц; 5 - 3,5-5,0 Гц, в отсутствие ПМП; 6 - контроль.

Сроки жизни мышей-опухоленосителей линии CBA с асцитной формой АКЭ (инокулировано 1*106 клеток

АКЭ/мышь) при воздействии слабых МП (ПМП- 42 мкТл; частоты ПеМП - 3,5-5,0 Гц) в зависимости от амплитуды.

5 10 15 20 250

20

40

60

80

100 1 (выживаемость 55%) 2 (15,7 +/- 2,0) 3 (15,2 +/- 1,3) 4 (13,5 +/- 1,3 - контр.)

Ко

ли

чес

тво

вы

жи

вш

их

жи

во

тны

х, %

Время, сутки

1 - 50 нТл; 2 - 500 нТл; 3 - 5000 нТл;4 - контроль.

Сроки жизни мышей-опухоленосителей линии С57Bl с асцитной

формой АКЭ (инокулировано 1*106 клеток АКЭ/мышь) при воздействии слабых МП (ПМП- 42 мкТл; ПеМП- 50 нТл, 3,5-5,0

Гц) в зависимости от времени экспозиции животных в поле.

5 10 15 20 250

20

40

60

80

100

1 (выживаемость 65%) 2 (выживаемость 15%) 3 (важиваемость 55%) 4 (выживаемость 30%) 5 (13,7 +/- 1,3 - контр.)

Ко

ли

честв

о в

ыж

ив

ши

х ж

ив

отн

ых, %

Время, сутки

1 - многократно по 2 часа с 1-х по 14-е сутки;2 - многократно по 30 минут с 1-х по 14-е сутки;3 - многократно по 6 часов с 1-х по 14-е сутки;4 - многократно по 2 часа с 5-х по 14-е сутки;5 - контроль.

Зависимость эффективности противоопухолевого действия слабых комбинированных магнитных полей (ПМП=42 мкТл;

амплитуда ПеМП=100 нТл) от частот переменной компоненты.

0

20

40

60

80

100

4,38;4,88;16,532,216,54,884,38 3,68;4,414,38;4,883,5-5,0 5 частот

контроль

Чи

сл

о п

оги

бш

их ж

ив

отн

ых, %

Частота, Гц

Форма действующего сигнала

A=A0sinω1t+A0sinω2t=2A0sin(ω1+ω2)t/2cos(ω1-ω2)t/2

Зависимость эффективности противоопухолевого действия слабых комбинированных магнитных полей (амплитуда

индукции ПеМП=80 нТл; сумма двух частот 4,38 и 4,88 Гц) от индукции постоянной компоненты поля.

0

20

40

60

80

100

7555494235302520"Нулевое" МП

контроль

Чи

сл

о п

оги

бш

их ж

ив

отн

ых, %

Индукция постоянного МП, мкТл

Зависимость эффективности противоопухолевого действия слабых комбинированных магнитных полей (ПМП=42 мкТл; сумма двух частот 4,38 и 4,88 Гц) от амплитуды индукции переменной компоненты поля.

0

20

40

60

80

100

320160120100804010контроль

Чи

сл

о п

оги

бш

их ж

ив

отн

ых, %

Амплитуда переменного МП, нТл

Опухолевые клетки асцитной АКЭ от животного, подвергшегося действию слабых МП. Мазок, препарат

соответствует 10-м суткам после инокуляции клеток АКЭ. Шкала- 30 мкм

Сроки жизни мышей-опухоленосителей линии Balb с солидной формой АКЭ (инокулировано 2*105 клеток АКЭ/мышь) при воздействии слабых МП (ПМП - 42

мкТл; ПеМП - 50 нТл, 3,5-5,0 Гц).

20 40 60 800

20

40

60

80

100

1 (выживаемость 32%)

2 (45,1 +/- 4,6 - контр.)

Ко

ли

чес

тво

вы

жи

вш

их

жи

во

тны

х, %

Время, сутки

1 – опыт - МП по 2 часа ежедневно с 1-х по 40-е суток;2 - контроль

Участок разрушенных опухолевых клеток солидной АКЭ (отмечен знаком) в результате действия слабых МП. Полутонкий срез, препарат соответствует 80-м

суткам после инокуляции клеток АКЭ. Шкала- 30мкм

Ультраструктура участка разрушенных опухолевых клеток солидной АКЭ. Препарат соответствует 80-м

суткам после инокуляции клеток АКЭ. Шкала - 1 мкм

Выводы по работам на мышах-опухоленосителях

Таким образом, по результатам этой части работы можно сделать следующие основные выводы: действие слабых комбинированных постоянного (30-49 мкТл) и низкочастотного переменного (3,5-5,0 Гц; 50-120 нТл) магнитных полей (МП) оказывает ингибирующий эффект на развитие асцитной и солидной форм АКЭ у мышей, особенно выраженный на ранних стадиях развития опухолей; действие слабых МП на мышей-опухоленосителей с асцитной формой опухоли АКЭ инициирует комплекс структурных изменений в опухолевой ткани, включающий в частности маргинацию хроматина (кариорексис) и резко выраженную вакуолизацию цитоплазмы; действие слабых МП на мышей-опухоленосителей с солидной формой опухоли АКЭ инициирует комплекс структурных и ультраструктурных изменений в опухолевой ткани, включающий в частности фрагментацию ядер и образование апоптотических телец; полученные результаты свидетельствуют о селективном повреждающем действии слабых МП на опухолевые клетки, не затрагивающем клетки здоровых тканей; МП на уровне целого организма активируют его защитные функции, что проявляется в реакции со стороны клеток крови (увеличение числа лимфоцитов, моноцитов и нейтрофилов в асцитической жидкости), активации фагоцитирующей функции макрофагов, активации синтетической способности фибробластов, продуцирующих коллаген для формирования соединительнотканных капсул, ограничивающих области скоплений опухолевых клеток в опухолевых узлах.

Электрофоретический анализ устойчивости ДНК хроматина асцитной карциномы Эрлиха (АКЭ) и мозга мыши к ДНКазе I

при действии на животных в течение 4 часов слабых МП (ПМП - 40 мкТл; ПеМП - 40 нТл, 3,5-5,0 Гц). Окраска

бромистым этидием.

1 - ДНК хроматина АКЭ (10мкг) + ДНКаза I (0,1мкг);2 - ДНК хроматина АКЭ (10мкг) + ДНКаза I (0,1мкг)+ МП;3 - ДНК хроматина АКЭ (10мкг) через сутки после действия МП + ДНКаза I (0,1мкг).4 - ДНК хроматина мозга (10мкг) + ДНКаза I (0,1мкг);5 - ДНК хроматина мозга (10мкг) + ДНКаза I (0,1мкг) + МП;6 - ДНК хроматина мозга (10мкг) через сутки после действия МП + ДНКаза I (0,1мкг).

Электрофоретическое определение устойчивости ДНК к действию ДНКазы I в присутствии белков-ингибиторов ДНКазной активности. Окраска бромистым этидием.

1 - ДНК (10мкг) + ДНКаза I (0,1мкг);2 - ДНК (10мкг);3 - ДНК (10мкг) + ДНКаза I (0,1мкг) +суммарные гистоновые белоки- ингибиторы (10мкг).

1 - ДНК (10мкг) + ДНКаза I (0,1мкг);2 - ДНК (10мкг);3 - ДНК (10мкг) + ДНКаза I (0,1мкг) + гистоновый белок Н3 (10мкг).

Электрофоретическое определение эффекта снижения защитных свойств белков - ингибиторов к действию ДНКазы

I после обработки образцов в течение 2 часов in vitro слабыми МП (ПМП - 40 мкТл; ПеМП - 40 нТл, 3,5-5,0 Гц).

1 - ДНК (10мкг) + обработка МП;2 - ДНК (10мкг) + ДНКаза I (0,1мкг);3 - ДНК (10мкг) + ДНКаза I (0,1мкг) + белок-ингибитор Н3 (10мкг), предварительно

бработанный МП.4 - ДНК (10мкг) + ДНКаза I (0,1мкг) +суммарные гистоны (10мкг), предварительно обработанные МП.

Выводы по влиянию МП на ДНК-белковые взаимодействия.

Таким образом, действие слабых МП приводит к изменениям свойств суммарных гистоновых белков хроматина клеток головного мозга мышей и клеток карциномы Эрлиха и индивидуального гистонового белка Н3, в результате которых ДНК

хроматина становится доступной действию ДНКазы I. Действие МП на водные растворы ДНК и белков-ингибиторов ДНКазы I (суммарных гистонов и исследуемого нами индивидуального гистона Н3) приводит к снижению функциональных защитных

свойств белков, но не затрагивает молекулы ДНК. Проведенный цикл исследований действия слабых МП позволил обнаружить возможность реализации регуляторных биологических эффектов через снижение специфической функциональной активности белковых молекул, связанных, вероятно, с их структурной модификацией.

Профиль элюции при HPLC гистона Н3 (30 мкг/мл) после

воздействия слабых МП (ПМП=42 мкТл; ПеМП=0,05 мкТл, частоты 3,5-5,0 Гц; экспозиция 12 часов).

0 10 20 30 40

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

0

Оп

тическая

пл

отн

ость

, 226 н

м

Время, мин

0

10

20

30

40

50

60

70

80

H3

a

Ац

ето

ни

три

л, %

0 10 20 30 40

Оп

тическая

пл

отн

ость

, 226 н

м

Время, мин

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

0

H3б

Ац

ето

ни

три

л, %

0 10 20 30 40

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

0

Оп

тическая

пл

отн

ость

, 226 н

м

Время, мин

0

10

20

30

40

50

60

70

80

в

H3

Ац

ето

ни

три

л, %

Гидролиз ангиотензина 1 (30 мкг/мл) при действии слабых МП в присутствии различных химических

добавок (n=5). Экспозиция в МП-12 часов

1 2 3 4 5 6 70

20

40

60

80

100

Сте

пен

ь ги

др

ол

иза

, %

№ эксперимента

1.   Спонтанный гидролиз.2.   Индуцированный МП гидролиз.3.   Гидролиз в обработанной МП воде (экспозиция пептида 12 часов).4.   Индуцированный МП гидролиз в присутствии каталазы (10 мкг/мл).5.   Индуцированный МП гидролиз в присутствии пероксидазы хрена и ABTS (по 10 мкг/мл).6.   Индуцированный МП гидролиз в присутствии БСА (10 мкг/мл).7.   Индуцированный МП гидролиз в присутствии ингибиторов протеаз (pepstatin - 1 мкг/мл; aprotinin - 2

мкг/мл; leupeptin 1 - мкг/мл; chymostatin - 3 мкг/мл).

Гидролиз различных пептидов и белков (30 мкг/мл) при действии слабых комбинированных МП (ПМП=42

мкТл; ПеМП=0,05 мкТл, частоты 3,5-5,0 Гц; экспозиция 12 часов) (n=5).

1 2 3 4 5 6 7 80

2

4

6

8

10

12

14

16К

оэф

фи

ци

ен

т с

ти

мул

яц

ии

Белки

1. Ангиотензин-1 (4.5% с.г.) 2. А-цепь инсулина быка (7.4 % с.г) 3. В-цепь инсулина быка (2.9 % с.г.) 4. -амилоидный протеин (6.7 % с.г.) 5. Апротинин (2.0 % с.г.) 6. Цитохром С (3.7 % с.г.) 7. Карбоангидраза (6.0 % с.г.) 8. БСА (2.5 % с.г.)

Гидролиз ангиотензина 1 при действии слабых комбинированных МП (ПМП=42 мкТл; ПеМП=0,05

мкТл, частоты 3,5-5,0 Гц; экспозиция 12 часов) в зависимости от концентрации пептида (n=5).

10 100 1000

0

2

4

6

8

10

12

14

Коэ

фф

ицие

нт с

тим

уляц

ии

log C пептида (С в мкг/мл)

Фрагменты гидролиза

Ангиотензин 11– (Asp)DRV(Val) 2 – (Fhe)FHL(Leu) 3 – (Asp)DRVYI(Ile) 4 – (His)HPFHL(Leu)   А-цепь инсулина быка1 – (Gln)QCCASVCSV(Val) 2 – (Asn)NYCN(Asn) 3 – (Gly)GIVEQCCASVCSL(Leu) 4 – (Tyr)YQLE(Glu)  В-цепь инсулина быка1 – (Tyr)YTPKA(Ala) 2 – (Tyr)YLVCGERGFF(Fhe) 3 – (Tyr)YLVCGERGFFYTPKA(Ala) 4 – (Fhe)FVNQHLVGSHLVGAL(Leu)   -амилоидный протеин1 – DAEFRHD (Asp) 2 – (Ser)SGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVV

Выводы по влиянию МП на гидролиз протеинов.

Представленные результаты могли бы быть объяснены существованием определенного резонансного механизма, реализующегося по типу «циклотронного резонанса», при настройке полей на циклотронные частоты ионных форм молекул аминокислот. Против этого, однако, свидетельствует ряд экспериментально обнаруженных нами фактов: передача эффекта, по крайней мере частичная, через предварительно обработанный МП растворитель; достаточно пологая зависимость амплитуды эффекта от частоты переменной компоненты поля, и большая эффективность поличастотных МП; отсутствие строгой зависимости локализации сайтов гидролиза протеинов от частоты переменной компоненты поля. Все эти данные в совокупности в большей степени свидетельствуют о роли свойств водной фазы в реализации обнаруженного нами эффекта. Можно предположить, что водная среда изменяет свои свойства при действии слабых МП, что приводит, возможно, к изменению гидратных оболочек белков. В этих условиях пептидные связи в большей степени становятся подвержены атакам окружающих протеины молекул воды.