ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОБМЕНА ЖЕЛЕЗА В КРОВИ КРЫС ПРИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ОБЛУЧЕНИИ В ДЕЦИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ

Введение

Интенсивное развитие радио- и электрокоммуни­каций, различных электронных устройств приводит к значительному «электромагнитному загрязнению» окружающей среды и, следовательно, влиянию на био­логическую среду и на человека неионизирующего электромагнитного излучения (ЭМИ) в диапазоне микроволновых излучений, охватывающем область от 300 до 3000 МГц. В медицинских учреждениях ми­кроволновые излучения (УВЧ, СВЧ, КВЧ) применяют в лечебных целях. С другой стороны, в обычной жизнедеятельности люди все больше подвергаются воздей­ствию низкоинтенсивных ЭМИ от разных источни­ков, в том числе средств сотовой связи, излучающих в дециметровом диапазоне. С каждым годом растет численность контингента людей, подвергающихся воздействию ЭМИ мобильных телефонов и обслу­живающих их базовых станций. Излучения в данном диапазоне могут вызвать различные нарушения в ор­ганизме, влиять на биохимические реакции [1]. Меха­низм действия низкоинтенсивных неионизирующих ЭМИ на живые ткани и клетки имеет оксидативную природу и включает такие эффекты на молекулярном уровне, как активация генерации активных форм кис­лорода, активация перекисного окисления, окисли­тельного повреждения белков, ДНК и изменение ак­тивности антиоксидантных ферментов [2].

ЭМИ способно ускорять свободнорадикальное перекисное окисление липидов. Установлено, что хро­ническое облучение ЭМИ дециметрового диапазона приводит к накоплению в крови крыс продукта перекисного окисления липидов — малонового диаль­дегида [3]. Воздействие ЭМИ уменьшает содержание в сыворотки крови таких элементов, как магний, же­лезо и медь [4]. Железо в организме рассматривается как метаболический модулятор, играющий важную роль в регуляции обмена веществ, в процессах тран­спорта кислорода, тканевого дыхания, в активации и ингибировании ферментных систем. Нарушения об­мена железа клинически проявляются либо дефицитом железа (анемии), либо его перегрузкой (гемохроматоз). Патогенное действие избытка железа обусловлено его способностью к образованию свободных радикалов (реакция Фентона), которые в итоге обусловливают формирование фиброза, цирроза печени. Молекуляр­ные механизмы данных патологий детально описаны у больных с клинически сформированным гемохроматозом и доказанной перегрузкой железа [5, 6].

В литературе имеются отдельные исследования, по­священные изучению обмена железа при облучении организма неионизирующими ЭМИ. Влияние излуче­ния, создаваемого мобильным телефоном, на содержа­ние сывороточного железа, ферритина, ненасыщенной железосвязывающей способности сыворотки (Н.ЖСС) и общей железосвязывающей способности сыворотки (ОЖСС) изучено в экспериментальной модели на кры­сах [7]. В этом исследовании [7] показано негативное действие ЭМИ на последние два параметра [7]. Нега­тивное действие на содержание сывороточного ферритина обнаружено у крыс, облученных мобильным те­лефоном [8]. В другом исследовании [9] установлено, что содержание железа и ферритина в сыворотке кро­ви людей, живущих вблизи высоковольтных электри­ческих кабелей, которые создают вокруг электромаг­нитные поля, было относительно низким. Имеющиеся в литературе исследования, посвященные изучению влияния ЭМИ на параметры обмена железа, не по­зволяют сделать однозначный вывод о степени этого воздействия в силу различий как объектов исследо­вания, так и параметров облучения (частоты, интен­сивности, длительности и т. д.). В этой связи представляется актуальным подход, позволяющий исследовать динамику влияния облучения ЭМИ при длительном эксперименте с использованием конкретного объекта и источника излучения.

Целью настоящего исследования явилось изучение динамики показателей железа в сыворотке крыс, хро­нически облучаемых ЭМИ дециметрового диапазона.

Материалы и методы

Исследование проведено на белых крысах линии Вистар массой 250—300 г, содержавшихся в обычных условиях вивария. Животные были разделены на экс­периментальную и контрольную группы. Эксперимен­тальная группа подразделялась на четыре подгруппы по 10 животных в каждой, которые подвергались то­тальному облучению ЭМИ в течение 1, 2, 3 и 4 недель. Для облучения использовалось дециметровое излуче­ние (частота 460 МГц), генерируемое физиотерапев­тическим аппаратом «Волна-2» (Россия). Крысы помещались в металлическую цилиндрическую камеру диаметром и высотой 20 см. Ежедневное облучение осуществлялось в течение 20 минут при плотности по­тока мощности 30 мкВт/см². Контрольная группа жи­вотных (10 крыс) подвергали «ложному» облучению в тех же условиях, что и экспериментальные, только при выключенном аппарате. Опыты на животных проводились в соответствии с этическими нормами, изложенными в Женевской конвенции “International Guiding principles for Biomedical Research Involving Animals", протокол эксперимента был одобрен мест­ным комитетом по этике экспериментов на животных (28.11.2012, протокол № 18).

Сывороточное железо (СЖ) и ОЖСС определяли с помощью набора реагентов IRON Liquicolor фирмы “Human" (Германия). В соответствии с инструкцией к набору, концентрация железа при определении СЖ измерялась непосредственно в сыворотке, а при опре­делении ОЖСС — в супернатанте после осажде­ния избытка трехвалентного железа, добавленного в сыворотку для насыщения транферрина железом.

НЖСС вычисляли по разнице ОЖСС и СЖ. в еди­ницах мкмоль/л. Насыщение трансферрина железом (НТЖ) рассчитывали как отношение концентрации СЖ к ОЖСС, выраженное в процентах. Концентра­цию трансферрина в сыворотке оценивали по уровню ОЖСС по следующей формуле:

0,8 X ОЖСС - 43.

Содержание малонового диальдегида (МДА) иссле­довали по методу Л.И. Андреевой и соавт. [10], гидро­перекисей липидов (ГПЛ) — по методу А.М. Горячковского [11].

Содержание гаптоглобина в сыворотке определяли по методу, описанному в работе З.Я. Прохуровской и Б.Ф. Мовшовича [12]. Принцип метода заключается в том, что после добавления к сыворотке определенно­го количества гемоглобина образующийся комплекс гемоглобин-гаптоглобин осаждается риванолом, избыток гемоглобина определяли спектрофотометрически [13].

Статистический анализ. Нормальность распределе­ния выборок проверялась с помощью теста Шапиро — Уилка, уровень достоверности различий показателей в экспериментальной и контрольной группах оцени­вался по t-критерию Стьюдента.

Результаты

Результаты исследований показателей железа, гаптоглобина и перекисного окисления липидов в крови у крыс в экспериментальной и контрольной группах приведены в таблице 1. Достоверные различия концен­траций СЖ по сравнению с показателями контрольной группы (30,5 ± 3,3 мкмоль/л) обнаружены в подгруппах животных, облученных в течение 3 и 4 недель (44,1 ± 3,1 и 56,8 ± 4,4 мкмоль/л соответственно). По сравне­нию с контрольной группой у животных, облученных в течение 3 недель, концентрация СЖ была больше на 44,6 % (р < 0,05), у животных, облученных в течение 4 недель, — на 86,2 % (р < 0,01), при этом концентра­ция СЖ была значимо больше при облучении в тече­ние 4 недель, чем 3 недель (р < 0,05). ОЖСС у опытных животных увеличилась на 41 % (р < 0,05) по сравнению с контрольной группой (110,8 ± 10,1 мкмоль/л) только после 3-недельного облучения (156,2 ± 18,2 мкмоль/л). При облучении в течение 4 недель отмечено уменьше­ние ОЖСС до 123,6 ± 16,4 мкмоль/л, отличия от конт­рольной группы были статистически незначимы.

Изменения ненасыщенной части железосвязывающей способности сыворотки в течение 4-недельного облу­чения были схожи с изменениями ОЖСС, с той лишь разницей, что уменьшение НЖСС за 4 недели облуче­ния по отношению к 3 неделям облучения оказалось более существенным, а НЖСС стало достоверно ниже (на 17 %, р < 0,05), чем у контрольных животных.

Концентрация трансферрина значимо повысилась с 45,6 ± 8,0 мкмоль/л в контрольной группе до 81,0 ± 11,5 мкмоль/л на 3-й неделе облучения. Облучение в тече­ние 4 недель приводило к уменьшению концентрации трансферрина до 55,9 ± 6,7 мкмоль/л, что, однако, оста­валось больше, чем в контроле, на 23 % (р < 0,05).

Несмотря на увеличение концентрации СЖ и ОЖСС, показатель НТЖ статистически значимо увеличился с 27,5 % в контрольной группе до 45,9 % только после 4 недель облучения, то есть стал на 67 % больше. При бо­лее кратковременном облучении НТЖ превышало зна­чения в контрольной группе всего на 30 %, что харак­терно для нормального состояния обмена железа. При сравнении показателей железа сыворотки после последних двух недель облучения установлено, что по­вышенное НТЖ имело место при относительно низких показателях как трансферрина, так и ОЖСС и НЖСС. Это обычно встречается в случаях избыточного содер­жания железа в организме, на что указывает и высокое СЖ после продолжительного воздействия ЭМИ.

Учитывая существенную роль ионов железа в обра­зовании активных форм кислорода и возникновении окислительного стресса в клетках, исследовали со­держание продуктов перекисного окисления липидов в крови у крыс. Как показано в таблице 1, содержание гидроперекисей липидов и малонового диальдегида в крови у облученных крыс было повышено по срав­нению с контрольными животными. Это повышение было наиболее выражено после недели облучения. Концентрация малонового диальдегида после 1-й недели облучения возрастала примерно в два раза по сравнению с этим показателем у контрольных жи­вотных. В последующие сроки облучения концентра­ция малонового диальдегида была в среднем на 22 % выше контрольных значений. Концентрация гидропе­рекисей липидов неравномерно, но в целом достовер­но увеличивалась по сравнению с контролем. После 3 и 4 недель облучения концентрация гидроперекисей липидов увеличивалась более чем 1,5 раза. Повыше­ние концентраций продуктов перекисного окисле­ния липидов может быть обусловлено как усилением окислительной деградации мембран эритроцитов, так и поступлением этих продуктов из других органов с повышенной скоростью образования активных форм кислорода при участии ионов железа.

Гаптоглобин, образуя комплекс с гемоглобином, выс­вобождаемым из разрушенных эритроцитов, непосред­ственно участвует в регуляции обмена железа в сыво­ротке и вовлечен в регуляцию процессов перекисного окисления липидов в качестве антиоксиданта. Концен­трация гаптоглобина в сыворотке крови увеличилась до 53,8 мг % после 3 недель облучения и до 47,8 мг % после 4 недель облучения. Увеличение концентрации гаптоглобина по сравнению с концентрацией гаптогло- бина в контрольной группе (26,7 мг %) составило соот­ветственно 101 % (р < 0,01) и 79 % (р < 0,01).

Обсуждение

Железо — функционально необходимый элемент метаболизма, играющий важнейшую роль в окисли­тельно-восстановительных процессах эритропоэза, тканевом дыхании и ряде биохимических реакций. Для определения дисбаланса железа имеет значение насыщение железом трансферрина, увеличение кото­рого характерно для раннего внутрисосудистого гемо­лиза. Из трансферрина железо может высвобождаться под действием восстановителей и при закислении сре­ды, а освободившиеся ионы способны катализировать реакции перекисного окисления липидов [13].

Н.И. Рябченко и соавт. [14] показали, что повыше­ние в сыворотке крови облученных крыс содержания перекисных окислительных эквивалентов и концент­рации ионов железа создает условия для протекания реакции Фентона, приводящей к повышению концент­рации гидроксильного радикала ОН, способного к ин­дуцированию дополнительных повреждений ядерных и мембранных структур облученных клеток.

Повышенный уровень продуктов перекисного окисле­ния липидов (малоновый диальдегид и гидроперекиси липидов) в крови у крыс, подвергшихся ЭМИ дециме­трового диапазона, свидетельствует об окислительном действии данного вида неионизирующего излучения. I. Yakymenko и соавт. [2] приводят многочисленные дан­ные in vitro и in vivo экспериментов о том, что низкоинтен­сивное излучение радиочастотного диапазона, в част­ности в диапазоне частот, генерируемых мобильными телефонами, вызывает окислительный стресс в различ­ных органах и тканях, в том числе в крови. Увеличение содержания сывороточного железа может быть резуль­татом гемолиза эритроцитов вследствие окислительно­го стресса, вызванного облучением. Повышение содер­жания малонового диальдегида и активности каталазы в плазме и форменных элементах крови под действием излучения мобильного телефона и физиотерапевтиче­ского аппарата было показано в ряде работ [15, 16].

Наблюдаемое в настоящем исследовании одновре­менное повышение ОЖСС и НЖСС при облучении животных в течение 3 недель указывает на увеличе­ние концентрации трансферрина в сыворотке. Поло­жительная корреляция между величинами НЖСС и трансферрина показана при определенных патоло­гиях, течение которых сопровождается анемией и из­менением показателей, характеризующих метаболизм железа [17].

При умеренном повышении содержания СЖ после 3 недель облучения и увеличении концентрации трансферрина НТЖ (28,2 %) не отличалось значимо от та­кового в контрольной группе. НТЖ достоверно повы­шалось до ~46 % у животных, облученных в течение 4 недель, причем на фоне роста СЖ и при значительном снижении ОЖСС, НЖСС и содержания трансфер­рина. Уменьшение ОЖСС после 4 недель облучения по сравнению с 3 неделями облучения, сопровождавше­еся повышением концентрации СЖ, по-видимому, свя­зано с потерей железосвязывающей способности части трансферрина под влиянием окислительного стресса, вызванного микроволновым облучением. Характери­зуемый усилением перекисного окисления липидов в крови окислительный стресс может стать и причиной гемолиза эритроцитов, в результате которого содер­жание ионов железа в плазме повышается. Последнее при меньшем содержании функционального транфер- рина обуславливает больший уровень НТЖ.

Если уменьшение концентрации гаптоглобина в сы­воротке является чувствительным маркером внутри- сосудистого гемолиза, то повышение сывороточной концентрации гаптоглобина указывает на стимулиру­емый воспалительным процессом синтез посредством цитокинов. Причем повышение сывороточной кон­центрации гаптоглобина может наблюдаться не сразу, а через несколько дней после стимуляции. Модулиру­ющее действие микроволнового излучения на продук­цию цитокинов (как провоспалительных, так и проти­вовоспалительных) фагоцитирующими клетками крови показано в in vitro исследованиях [18]. Повышенные зна­чения провоспалительных показателей (общее ко­личество лейкоцитов, содержание интерлейкина-6) показаны в экспериментах in vivo, в которых прово­дилось длительное облучение крыс [19]. Повышение концентрации гаптоглобина в сыворотке в настоящем исследовании при 3-недельном облучении животных, по-видимому, указывает на возможное провоспалительное действие облучения. С учетом того что уве­личение сывороточной концентрации гаптоглобина происходит на фоне усиления перекисного окисления липидов в сыворотке крови, оно может рассматривать­ся как компенсаторный антиоксидантный «вклад» гаптоглобина, обладающего значительной пероксидазной активностью. Уменьшение сывороточной концентра­ции гаптоглобина при дальнейшем облучении живот­ных, по-видимому, обусловлено внутрисосудистым гемолизом с выходом в кровь гемоглобина, который связывается гаптоглобином.

Низкая, практически равная таковому у необлученных крыс, степень насыщения железом при относитель­но высоком по отношению к контролю СЖ после 3 не­дель облучения может быть обусловлена ферритином, являющимся основным депо железа, и церулоплазми­ном, осуществляющим окисление двухвалентного же­леза до Fe³+, чтобы оно могло связаться с апотрансферрином с последующим образованием функционального трансферрина. Об уменьшении концентрации сыво­роточного ферритина под действием микроволнового излучения у экспериментальных животных и человека было сообщено в некоторых работах [7, 8]. Снижение активности церулоплазмина в крови крыс, облучен­ных при относительно высокой интенсивности ЭМИ (460 МГц, условия облучения аналогичны условиям данного эксперимента), наблюдалось в нашей ранней работе [20]. Нарушения процессов образования трансферрина и накопления железа в ферритине могут быть причиной низкой насыщаемости сывороточных белков железом при повышенном содержании железа, возмож­но, за счет гемолиза эритроцитов.

В литературе имеются данные, указывающие на то, что электромагнитные поля влияют на параме­тры обмена железа в сыворотке крови. Однако пра­ктически все эти исследования проводились при раз­личных значениях экспозиции и длительности всего эксперимента, причем среди них совсем немного ра­бот, касающихся непосредственно изучения влияния на трансферрин. D.M. Djordjevich и соавт. [21] показа­ли, что у крыс сывороточная концентрация трансферрина повышается под действием статического магнит­ного поля с напряженностью 16 мТл в течение 28 дней. В двух других работах [22, 23] сообщается об уве­личении концентрации трансферрина в сыворотке крови у крыс при действии статического магнитного поля с большей напряженностью (128 мТл) и при более короткой экспозиции — от 5 до 15 дней. Хотя в этих же исследованиях была показана противоположная направленность изменений содержания сывороточно­го железа. В длительном 10-недельном эксперименте, в котором для облучения крыс использовали излуче­ние мобильного телефона с частотой 900 МГц, причем как в режиме разговора, так и в режиме ожидания, было показано значительное уменьшение Н.ЖСС, ко­торое положительно коррелировало с концентрацией трансферрина сыворотки [7]. В данном случае сниже­нию НЖСС сопутствовало также снижение ОЖСС при неизменном содержании сывороточного железа.

Выявленное в настоящем исследовании уменьше­ние концентрации трансферрина сыворотки на фоне уменьшения ОЖСС, НЖСС после 4 недель облучения крыс ЭМИ 460 МГц по сравнению с 3 неделями об­лучения напоминает изменения в упомянутой выше работе [7]. Эти изменения свидетельствует о том, что на обмен железа влияют как параметры самого ЭМИ, так и длительность облучения. Длительное хро­ническое облучение, вызывая окислительный стресс, может привести к повреждению печени, в которой синтезируется трансферрин, что и является причи­ной уменьшения НЖСС и ОЖСС. Связь облучения и синтеза трансферрина могли бы подтвердить иссле­дования, изучающие гистопатологические изменения, возникающие в печени под действием ЭМИ. Однако такие исследования не проводились, хотя интенси­фикация процессов перекисного окисления липидов и окислительная модификация белков в различных органах, в том числе и печени, под влиянием микро­волнового облучения всего тела доказаны в экспери­ментах [24—26].

Почти 50 %-ное насыщение трансферрина железом на фоне увеличения концентрации СЖ и уменьшения ОЖСС, наблюдавшееся у крыс после 4 недель облу­чения, по-видимому, связано с повышенным содер­жанием ферритина, экспрессия которого могла быть вызвана избытком железа в предшествующий период облучения. Повышение содержания ферритина в сы­воротке крыс, подверженных длительному (до 5 меся­цев) хроническому облучению мобильным телефоном, наблюдалось в другой работе [19]. Одновременное определение сывороточного гепсидина, общего коли­чества лейкоцитов и интерлейкина-6 показало повы­шенные значения этих провоспалительных показа­телей [19]. Исследования показателей обмена железа при различных заболеваниях печени [27], лейкозах [28] и других онкологических заболеваниях [17], при которых имеются сопутствующие воспалительные процессы, обнаруживают повышение содержания ферритина в сыворотке на фоне снижения концентрации трансферрина и ОЖСС.

Полученные результаты свидетельствуют, что хро­ническое облучение крыс дециметровыми микровол­нами при относительно высокой интенсивности (плот­ность потока мощности более 30 мкВт/см²) приводит к изменениям показателей железа в сыворотке крови, которые затрагивают активности системы перекисного окисления липидов и функцию белков, участвую­щих в обмене железа.

Таким образом, получены экспериментальные данные подтверждающие способность неионизирующего ЭМИ дециметрового диапазона оказывать окислительное действие на организм в условиях тотального хрониче­ского облучения. По изменению содержания трансферрина и других параметров обмена железа в сыворотке крови можно судить о степени воздействия неионизи­рующего ЭМИ на организм, а также о функциональном состоянии системы гомеостаза железа.