БИОФИЗИКА, 2020, том 65, № 3, с. 594-604

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 612.014.42

ИЗМЕНЕНИЕ БОЛЕВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КРЫС ПРИ ДЕЙСТВИИ

НИЗКОИНТЕНСИВНОГО МИЛЛИМЕТРОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ

Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского,

295007, Республика Крым, Симферополь, просп. Вернадского, 4

E-mail: delviza@mail.ru

Поступила в редакцию 29.11.2019 г.

После доработки 10.02.2020 г.

Принята к публикации 16.02.2020 г.

Исследовано изменение болевой чувствительности крыс при изолированном и комбинированном

действии низкоинтенсивного электромагнитного излучения миллиметрового диапазона (7.1 мм,

0.1 мВт/см²; локализация - затылочно-воротниковая область, экспозиция 30 мин, продолжитель-

ность - 21 сутки) и умеренного электромагнитного экранирования (коэффициент экранирования

постоянной компоненты магнитного поля по вертикальной составляющей - 4.4 раза, по горизон-

тальной - 20 раз; экспозиция 22 ч/сутки, продолжительность - 21 сутки). Оценку болевой чувстви-

тельности животных проводили с использованием комплекса алгометрических тестов - «горячая

пластина», «отдергивания хвоста», «алгезиметр-щипцы», - которые позволяют рассмотреть прове-

дение болевого импульса на разных уровнях регуляции. Показаны алгологические эффекты изоли-

рованного и комбинированного воздействия низкоинтенсивного электромагнитного излучения

миллиметрового и умеренного электромагнитного экранирования. При комбинированном воздей-

ствии данных физических факторов показана способность низкоинтенсивного электромагнитного

излучения миллиметрового диапазона оказывать антиноцицептивное действие и модулирующий

эффект при гипералгезии, вызванной экранированием. В то же время экранирование уменьшает

выраженность антиноцицептивного действия электромагнитного излучения миллиметрового диа-

пазона.

Ключевые слова: болевая чувствительность, электромагнитное излучение миллиметрового диапазона,

экранирование.

DOI: 10.31857/S0006302920030205

Большинство абиотических факторов среды

при низких интенсивностях воздействующих

факторов практически не изучены.

имеет электромагнитную природу, а любая об-

ласть спектра электромагнитных излучений

Среди электромагнитных факторов низкой

(ЭМИ) играет определенную роль в эволюции

интенсивности в настоящее время широко иссле-

дуется биологическое действие ЭМИ миллимет-

живой природы и обязательно принимает участие

рового диапазона (ЭМИ ММ), которые, не вызы-

в процессах жизнедеятельности [1]. Для подтвер-

вая структурных изменений в организме, полно-

ждения этих данных важное значение имеют све-

стью поглощаясь в коже, сопровождаются

дения о высокой чувствительности биологиче-

выраженными биологическими ответами [5-11].

ских систем к слабым ЭМИ даже нано- и пико-

В связи с доказанной биологической эффектив-

тесловых интенсивностей

[2-4].

Однако

ностью ЭМИ ММ широко применяются в меди-

закономерности электромагнитных воздействий

цинской практике с целью коррекции рас-

стройств различного генеза [12, 13]. Однако мно-

Сокращения: ЭМИ - электромагнитные излучения, ЭМИ

гие вопросы, связанные с механизмом действия

ММ - электромагнитные излучения миллиметрового

диапазона, ЭМЭ

- электромагнитное экранирование,

низкоинтенсивного ЭМИ ММ диапазона на био-

ЛПБРтох - латентный период болевой реакции в тесте логические объекты, остаются открытыми.

отведения хвоста, Fтащ - болевой порог механической

болевой чувствительности, ЛПБРтгп - латентный период

Развитию концепции экологической роли

болевой реакции в тесте «горячая пластина».

ЭМИ естественного происхождения должны

594

ИЗМЕНЕНИЕ БОЛЕВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КРЫС

595

способствовать не только разнообразные экспе-

Вернадского на 120 взрослых лабораторных крыс-

рименты с активным их воздействием, но и ис-

самцов линии Вистар (Питомник лабораторных

следования эффектов депривации. Между тем

животных «Рапполово», Рапполово Всеволож-

эксперименты с электромагнитным экранирова-

ского района Ленинградской области) со средним

нием (ЭМЭ) проводятся в основном при значи-

уровнем двигательной активности и низким

тельных ослаблениях как статического, так и пе-

уровнем эмоциональности. Для определения

ременного магнитных полей различных диапазо-

уровня двигательной активности и эмоциональ-

нов [14-16], тогда как эффекты слабого ЭМЭ не

ности животных использовали специализирован-

изучены. Вопрос о биологической роли ослаб-

ную рабочую станцию размером 45 × 45 см с про-

ленных ЭМИ является актуальным, поскольку

зрачными полипропиленовыми стенками высо-

они широко распространены, что оказывает не-

той 20 см, представляющую собой актиметр (IR

благоприятное действие на все элементы биосфе-

Actimeter, Pan Lab Harvard Apparatus, Испания) с

ры. Исследование эффектов ЭМЭ привлекает

двумя инфракрасными рамками, выполняющи-

внимание ученых различного профиля. Это свя-

ми роль датчиков движений. Для управления ра-

зано как с необходимостью решения ряда фунда-

бочей станцией и сбора данных использовали

ментальных проблем, в частности, доказатель-

программное обеспечение Actitrack 2.0 (Pan Lab

ства важной экологической роли геомагнитного

Harvard Apparatus, Испания).

поля, выяснения факторов, ответственных за эф-

Животных, участвующих в эксперименте, со-

фекты экранирования, так и с решением при-

держали в стандартных условиях вивария при

кладных задач, заключающихся в выяснении не-

температуре 18-22°С на подстиле «Рехофикс МК

благоприятных последствий пребывания в таких

2000» (на основе початков кукурузы) с естествен-

условиях, а также их предупреждения и коррек-

ным двенадцатичасовым свето-темновым цик-

ции.

лом, свободным доступом к воде (ГОСТ 33215-

В реальных условиях редко наблюдается изо-

2014 «Руководство по содержанию и уходу за ла-

лированное действие одного какого-то фактора,

бораторными животными. Правила оборудова-

как правило, имеет место комбинированное воз-

ния помещений и организации процедур») и пол-

действие различных факторов, суммарный эф-

ноценному гранулированному корму (ГОСТ Р-

фект воздействия которых может быть различ-

50258-92).

ным. Кроме того, при комбинированном дей-

Ввиду того, что регуляция болевой чувстви-

ствии этих факторов, реакции биологических

тельности обеспечивается интегративным ком-

систем на действие этих систем значительно мо-

плексом механизмов, имеющих избирательную,

дифицируются.

динамически изменяющуюся нейрохимическую

Таким образом, для решения актуальных про-

и нейроморфологическую структуру, которая

блем современной физиологии и биофизики, ка-

определяется видом действующего фактора, объ-

сающихся изучения биологического действия

ективную оценку болевой чувствительности целе-

микродоз ЭМИ, необходимо выявление механиз-

сообразно получить, используя комплекс алгомет-

мов действия комбинированных магнитных по-

рических тестов.

лей, модификации эффектов сверхслабых факто-

В тесте «tail-flick» (тест «отдергивания хвоста»)

ров, что позволит экспериментально доказать

оценивали перцептуальный компонент боли. Ос-

способность слабых ЭМИ влиять на функции ор-

новным показателем данного теста служил ла-

ганизма и решить фундаментальную научную за-

тентный период болевой реакции отведения хво-

дачу - сформулировать непротиворечивую об-

ста (ЛПБРтох) в ответ на светотермальное раздра-

щую концепцию механизма действия слабых

жение, который определяли по времени

электромагнитных факторов на организм.

проявления реакции отдергивания хвоста. Изме-

В связи с этим целью данной работы явилось

рения проводили на приборе LE7106 Tail-flick

выявление эффектов модификации болевой чув-

Meter (Pan Lab Panlab Harvard Apparatus, Испа-

ствительности у крыс с помощью низкоинтен-

ния). На хвост каждой крысы, сидящей в фикса-

сивного миллиметрового излучения и электро-

торе, осуществляли три предъявления свето-тер-

магнитного экранирования.

мального раздражителя с последующим расчетом

среднего значения ЛПБРтох в секундах для каж-

дого животного. Данный тест основан на спи-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

нальном флексорном рефлексе, возникающем в

ответ на локальное воздействие на хвост высокой

Экспериментальная часть работы выполнена в

температуры, и позволяет судить о болевой чув-

Центре коллективного пользования научным

ствительности животных преимущественно на

оборудованием «Экспериментальная физиология

спинальном уровне [17-19].

и биофизика» кафедры физиологии человека и

животных и биофизики Таврической академии

Тест «алгезиметр-щипцы» (тест Рэндалла-Се-

Крымского федерального университета им. В.И.

литто) на экспериментальной установке BIO-RP-

БИОФИЗИКА том 65

№ 3

2020

596

ЧУЯН и др.

Усилитель

Модулятор

постоянного

Излучатель

тока

Кабель

Модуль

питания

Модулятор

контроля

Детектор

мощности

Рис. 1. Электрическая схема аппарата «РАМЕД ЭКСПЕРТ-01».

R Rodent pincher - analgesia meter (Bioseb, Фран-

позволяет судить о болевой чувствительности жи-

ция) отображает приложенную силу в граммах

вотных на супраспинальном уровне [19, 20].

(Fтащ) - болевой порог механической болевой

Были проведены три серии экспериментов с

чувствительности, при котором происходит от-

применением вышеперечисленных тестов. В

ветная реакция животного на постепенно увели-

каждой серии экспериментов животных разделя-

чивающееся по силе сдавливание хвоста щипца-

ми [19]. Осуществляли по три механических сжа-

ли на четыре группы по десять особей в каждой.

Первая группа животных представляла собой

тия щипцами хвоста каждой крысы, сидящей в

фиксаторе, с последующим расчетом среднего

биологический контроль и находилась в стан-

значения болевого порога в граммах для каждого

дартных лабораторных условиях. Вторую экспе-

животного.

риментальную группу крыс подвергали воздей-

ствию низкоинтенсивного ЭМИ ММ с помощью

В тесте «hot plate» (тест «горячая пластина») на

аппарата «РАМЕД-ЭКСПЕРТ - 01» (Центр ра-

экспериментальной установке Cold and hot plate

диофизических методов диагностики и терапии

CHP (Bioseb, Франция) регистрировали латент-

«РАМЕД» Института технической механики

ный период болевой реакции (ЛПБРтгп) живот-

НАНУ, г. Днепропетровск, регистрационное сви-

ного, который определяли по значению времени

детельство № 783/99 от 14.07.14, выданное КНМТ

проявления реакции отдергивания и лизания ко-

МОЗ Украины о праве на применение в медицин-

нечностей и/или вокализации (в секундах). Тест

ской практике в Украине), применяя длину

волны 7.1 мм (частота излучения - 42.3 ГГц) и

плотность потока мощности - 0.1 мВт/см². Для

воздействия миллиметрового излучения экспе-

риментальных животных фиксировали в про-

зрачном пенале из оргстекла. Длину и ширину ка-

меры регулировали в зависимости от размеров

крысы. Излучатель подводили к облучаемой об-

ласти животного через отверстие в пенале, соот-

ветствующее размеру излучателя, и пластырем

плотно фиксировали на затылочно-воротнико-

вой области, т.е. осуществляли облучение кон-

тактным способом. Схема устройства и облуче-

ния животных приведена на рис. 1 и 2. Воздей-

ствие осуществляли с экспозицией по 30 мин на

затылочно-воротниковую область [10], ежеднев-

но в течение 21 суток наблюдения.

Третья группа животных (ЭМЭ-группа) находи-

лась в течение 21 суток по 23 ч/сутки в камере, экра-

Рис. 2. Экспериментальное воздействие низкоинтен-

нирующей влияния фоновых магнитных полей.

сивного электромагнитного излучения миллиметро-

вого диапазона на животных.

Экранирующая камера размером 2 × 3 × 2 м была

БИОФИЗИКА том 65

№ 3

2020

ИЗМЕНЕНИЕ БОЛЕВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КРЫС

597

Зависимость коэффициента экранирования камеры от частоты переменного магнитного поля

f, Гц

S_B

f, Гц

3,7

2,5

3,8

160

1,0

2,4

2,3

100

2,9

200

1,0

1,9

2,4

102

2,8

250

1,0

2,6

2,8

105

2,8

255

1,8

2,3

2,5

125

2,2

350

0,9

2,7

2,4

130

1,6

400

1,1

2,4

2,7

152

1,4

500

1,0

Примечание. S_B - коэффициент экранирования камеры,

f - частота переменного магнитного поля. Камера была

изготовлена из двухслойного железа марки «Динамо».

изготовлена из двухслойного железа марки «Ди-

Измерения гипомагнитного поля в области

намо».

высоких частот (от 15 Гц до 100 кГц) проводили в

лаборатории в экранирующей камере с помощью

Измерение коэффициента экранирования ка-

измерительной катушки со следующими характе-

меры, связанного с ослаблением магнитного по-

ристиками:

500 витков, внутренний диаметр

ля (S_B), ввиду небольшой величины S_B было про-

10 см, внешний - 10.6 см, совместно с селектив-

ведено экспериментальным путем.

ным усилителем У2-8. Коэффициент экранирова-

ния постоянной составляющей магнитного поля,

Для этого осуществляли измерение величины

измеренный с помощью феррозондового магнито-

магнитного поля вне камеры и внутри нее. Изме-

метра, составлял по вертикальной составляющей

рения проводили как с помощью феррозондового

4.375, по горизонтальной составляющей - 20.0.

магнитометра, так и с помощью индукционной

Измеряли также как в области ультранизких

катушки. Коэффициент экранирования магнит-

частот, так и в области радиочастот спектральную

ного поля на частоте f вычисляли как отношение

плотность магнитного шума в экранирующей ка-

значения магнитной индукции вне камеры

мере (рис. 3).

на значение магнитной индукции внутри нее

(таблица).

Четвертую группу животных подвергали ком-

бинированному действию низкоинтенсивного

Для измерения в области низких частот (от

миллиметрового излучения и электромагнитного

10^-4 Гц до 100 Гц) использовали однокомпонент-

экранирования (ЭМЭ+ММ) в течение 21 суток,

ный и двухкомпонентный феррозондовые магнито-

аналогично животным второй и третьей групп со-

метры, позволяющие одновременно производить

ответственно.

измерение двух взаимно перпендикулярных проек-

Для оценки модифицирующего действия сла-

ций вектора магнитного поля. Порог чувствительно-

бого ЭМЭ среды на воздействие миллиметрового

сти магнитометров составляет 1 нТл по каждой ком-

излучения использовали коэффициент модифи-

поненте, точность измерения ±3%.

кации:

ЭМЭ+ММ

−

ММ

ЭМЭ+ММ

−

ЭМЭ

КМ

ЭМЭ

КМ

ММ

ЭМЭ

где КМ - коэффициент модификации, Н - пока-

ментальными группами оценивали с помощью не-

затели ноцицепции при воздействии слабого

параметрического критерия Краскелла-Уоллиса.

ЭМЭ и низкоинтенсивного ЭМИ ММ диапазона

Для статистического анализа результатов исследо-

соответственно. Коэффициент модификации ра-

вания использовали программу Statistica 10.0.

вен нулю, если модифицирующее влияние изуча-

емого фактора отсутствует.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Полученные данные подвергали статистиче-

ской обработке. Достоверность различий средних

Как показали результаты исследования, при ре-

величин независимых выборок между экспери-

гистрации фоновых значений болевой чувствитель-

БИОФИЗИКА том 65

№ 3

2020

598

ЧУЯН и др.

1000

Вне камеры

100

Внутри камеры

0.1

0.01

1Е

100

1000

10000

100000

Частота, Гц

Рис. 3. Зависимость спектральной плотности магнитного шума вне камеры и внутри камеры от частоты в области

частот от 15 Гц до 100 кГц.

ности межгрупповые различия у крыс не были об-

относительно значений у животных, зарегистри-

наружены. Показатели ноцицепции в контрольной

рованных в контроле (рис. 4б). Это свидетель-

группе животных на протяжении 21 суток наблю-

ствует об участии перцептуального компонента и

дения изменялись незначительно и составили в

спинального механизма в регуляции болевой чув-

среднем в тесте «hot plate» 3.48 ± 0.20 с, в тесте «tail-

ствительности под влиянием миллиметровых

flick» - 4.00 ± 0.23 с, в тесте «алгезиметр-щипцы» -

волн.

353.96 ± 64.31 г.

В тесте Рэндалла-Селитто (тест «алгезиметр-

У животных второй группы, подвергнутых воз-

щипцы»), служащем для определения порогов

действию низкоинтенсивного ЭМИ ММ, на про-

механической болевой чувствительности [19], ре-

тяжении наблюдаемого периода отмечалось зна-

гистрировался ответ на болевое механическое

чительное повышение уровня антиноцицепции

воздействие и отмечалась аналогичная динамика

по сравнению с соответствующими значениями,

показателей болевой чувствительности, как и в

зарегистрированными у крыс контрольной груп-

других алгометрических тестах при воздействии

пы, что свидетельствует о развитии выраженной

миллиметровых волн. Максимальное увеличение

гипоалгезии при воздействии низкоинтенсивно-

Fтащ было зарегистрировано на одиннадцатые

го физического фактора.

сутки эксперимента (на 68.75%, р < 0.005) отно-

сительно значений соответствующих показате-

Так, в тесте «hot plate» у крыс выявлен выра-

лей, зарегистрированных у животных контроль-

женный анальгетический эффект, выражавший-

ной группы (рис. 4в).

ся в увеличении ЛПБР_тгп относительно контроля

Таким образом, по данным различных моде-

в течение всего периода наблюдения, что свиде-

лей острой боли низкоинтенсивное миллиметро-

тельствует, согласно работам [19, 20], об участии

супраспинальных механизмов в регуляции боле-

вое излучение проявляет анальгезирующее дей-

вой чувствительности. Так, его максимальный

ствие, что согласуется с нашими предыдущими

прирост был зарегистрирован на седьмые и один-

исследованиями [10] и дополняют их тем, что ан-

тиноцицептивный эффект ЭМИ ММ проявляет-

надцатые сутки воздействия данного физическо-

ся в условиях многократного воздействия в тече-

го фактора и составил 53.93% (р < 0.01) и 81.92%

(р < 0.005) соответственно в сравнении со значе-

ние 21-х суток.

ниями этого показателя, зарегистрированными в

У животных третьей группы, находившихся в

контрольной группе животных (рис. 4а).

условиях длительного ЭМЭ, в отличие от живот-

ных, ежедневно подвергавшихся воздействию

В тесте «tail-flick», являющимся термической

ММ-излучения, отмечались фазные изменения

моделью острой боли [17-19], также был выявлен

уровня болевой чувствительности в разных алго-

выраженный анальгетический эффект. Наиболее

логических тестах.

высокие показатели ЛПБР_тохбыли зарегистриро-

ваны на первые, седьмые и пятнадцатые сутки

Так, в тестах «tail-flick», «hot plate» и «алгези-

воздействия миллиметрового излучения - отме-

метр-щипцы» с первых по седьмые сутки экра-

чалось увеличение на 30,56% (р < 0,05), на 37.94%

нирования отмечалось снижение показателей бо-

(р < 0.05) и на 38.54 % (р < 0.05) соответственно,

левой чувствительности относительно соответ-

БИОФИЗИКА том 65

№ 3

2020

ИЗМЕНЕНИЕ БОЛЕВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КРЫС

599

(а)

Контроль

ЭМЭ

ММ

ЭМЭ + ММ

Фон

Время воздействия, сут

(б)

Контроль

800

ЭМЭ

ММ

700

ЭМЭ + ММ

600

500

400

300

200

Фон

Время воздействия, сут

(в)

Контроль

ЭМЭ

ММ

ЭМЭ + ММ

Фон

Время воздействия, сут

Рис. 4. Динамика показателей ноцицепции (ЛПБР - латентного периода болевой реакции) при изолированном и

комбинированном воздействии низкоинтенсивного электромагнитного излучения миллиметрового диапазона (ММ)

и электромагнитного экранирования (ЭМЭ) у крыс в тестах «горячая пластина» (а), «отдергивание хвоста» (б),

«алгезиметр-щипцы» (в).

ствующих значений у крыс контрольной группы

сутки (на 7.30%, p > 0.05) воздействия гипомаг-

(рис. 4), что свидетельствует о снижении болево-

нитной среды относительно значений у живот-

го порога и развитии гипералгезии в сравнении с

ных в контроле.

контролем. Максимальное снижение в тесте «hot

С девятых суток воздействия ЭМЭ отмечалось

plate» отмечалось на первые сутки (на 13.81%,

нивелирование болевой реакции в исследуемых

р < 0.05), в тесте «алгезиметр-щипцы» зареги-

болевых тестах. Так, наблюдалось постепенное

стрировано на третьи сутки (на 27.90%, р < 0.05

увеличение показателей ноцицепции относи-

соответственно), в тесте «tail-flick» - на пятые

тельно фоновых значений и значений соответ-

БИОФИЗИКА том 65

№ 3

2020

600

ЧУЯН и др.

ствующих показателей, зарегистрированных в

Данные показатели статистически значимо

контрольной группе животных, что свидетель-

изменялись и при сравнении с соответствующи-

ствует о возрастании болевого порога и развитии

ми значениями у животных второй (ММ) и тре-

гипоалгезии: максимальное увеличение ЛПБР_тгп,

тьей (ЭМЭ) групп. Так, показания ЛПБР_тгп мак-

ЛПБР_тох и F_тащ зарегистрировано на одиннадца-

симально увеличились на пятые (на

36.23%,

тые сутки экранирования, что выше на 23.12%

p < 0.01) и седьмые (на

37.64%, p < 0.01),

(р < 0.01), на 22.71% (р < 0.01) и на 35.35 %

ЛПБР_тох - на пятые (на 32.36%, p < 0.01), F_тащ - на

(р < 0.01) соответственно относительно значений

первые (на 45.57%, p < 0.01) и семнадцатые (на

данных показателей у животных контрольной

33.45%, p < 0.01) сутки наблюдения относительно

группы.

показателей, зарегистрированных у животных,

подвергнутых изолированному ЭМЭ.

С пятнадцатых суток нахождения животных в

гипомагнитной среде зарегистрирована тенден-

По сравнению с данными у животных второй

ция к постепенному снижению показателей но-

группы (ММ), напротив, отмечалось значимое

цицепции и приближению их к значениям соот-

уменьшение значений: ЛПБР_тгп - на тринадца-

ветствующих показателей, зарегистрированных у

тые сутки (на 26.16%, p < 0.05), ЛПБР_тох - на седь-

крыс контрольной группы.

мые сутки (на 21.15%, p < 0.05), F_тащ - на седьмые

Таким образом, у крыс, подвергнутых воздей-

сутки (на 38.78%) наблюдения.

ствию слабого ЭМЭ, отмечалось трехфазное изме-

При рассмотрении динамики коэффициента

нение болевой чувствительности, где после первой

модификации при комбинированном воздей-

гипералгетической фазы (1-е - 7-е сутки) разви-

ствии ЭМЭ и ММ-излучения (рис. 5) в разных

вался антиноцицептивный эффект - вторая фаза

болевых тестах наглядно демонстрируется спо-

(11-е - 15-е сутки). В третьей фазе показатели но-

собность низкоинтенсивного ЭМИ ММ диапазо-

цицепции постепенно снижались (17-е - 21-е сут-

на оказывать антиноцицептивное действие и мо-

ки), приближаясь к значениям ноцицепции, заре-

дулирующий эффект при гипералгезии, вызван-

гистрированным в контрольной группе животных.

ной экранированием. В то же время

Полученные нами данные о развитии фазных

экранирование уменьшает выраженность анти-

изменений болевой чувствительности в условиях

ноцицептивного действия ЭМИ ММ.

ЭМЭ согласуются с результатами исследований

других авторов [21, 22]. Однако продолжитель-

ность выделенных нами фаз изменений болевой

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

чувствительности крыс гораздо больше, что может

Таким образом, результаты данного исследо-

быть объяснено меньшим ослаблением как стати-

вания свидетельствуют о том, что у животных при

ческого, так и переменного магнитных полей в на-

воздействии низкоинтенсивных электромагнит-

ших исследованиях в сравнении с литературными

ных факторов (ЭМИ ММ и ЭМЭ, а также их ком-

данными.

бинация) отмечаются изменения болевой чув-

Результаты исследования у животных, находя-

ствительности, которые, в зависимости от дей-

щихся в условиях комбинированного действия

ствующего фактора и длительности его

ЭМЭ и миллиметрового излучения показали, что

применения, выражены в разной степени. Выяв-

уровень ноцицепции у крыс данной группы

лены эффекты модификации болевой чувстви-

(ЭМЭ+ММ) был выше показателей болевой чув-

тельности у крыс с помощью низкоинтенсивного

ствительности у животных контрольной группы и

миллиметрового излучения и электромагнитного

группы ЭМЭ и ниже при сравнении с данными,

экранирования: применение ЭМИ ММ в комби-

полученными у крыс, подвергнутых воздействию

нации с ЭМЭ нивелирует экраниндуцированные

изолированного ЭМИ ММ.

изменения болевой чувствительности, а приме-

нение ЭМЭ в комбинации с ЭМИ ММ снижает

Так, уже с третьих суток эксперимента в груп-

антиноцицептивную активность изолированного

пе животных ЭМЭ+ММ отмечалось значимое

ЭМИ ММ.

увеличение ЛПБР_тгп относительно значений у

крыс контрольной группы. Максимальное увели-

Сопоставление полученных в настоящей рабо-

чение зарегистрировано на седьмые и тринадца-

те данных с результатами наших предыдущих

тые сутки наблюдения (на 32.79%, p < 0.01 и на

экспериментов и исследований, опубликованных

45.14% p < 0.01 соответственно). Максимальное

в литературе, позволило выделить особенности

увеличения ЛПБР_тох отмечается на одиннадцатые

последствий пребывания животных в условиях

сутки (на 29.72%, p < 0.01), F_тащ - на первые (на

умеренного ослабления статической и перемен-

42.94%, p < 0.01) и семнадцатые (на

37.41%,

ной компонент геомагнитного поля, действия

p < 0.01) сутки наблюдения относительно соот-

ЭМИ ММ и их комбинации, а также предполо-

ветствующих значений у крыс контрольной груп-

жить основные физиологические механизмы, ле-

пы (см. рис. 4).

жащие в основе действия данных физических

БИОФИЗИКА том 65

№ 3

2020

ИЗМЕНЕНИЕ БОЛЕВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КРЫС

601

(а)

0.4

КМ ЭМЭ

0.3

КМ ММ

0.2

0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

Фон

Время воздействия, сут

(б)

0.4

КМ ЭМЭ

0.3

КМ ММ

0.2

0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

Фон

Время воздействия, сут

(в)

0.5

КМ ЭМЭ

0.4

КМ ММ

0.3

0.2

0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Фон

Время воздействия, сут

Рис. 5. Динамика коэффициента модификации электромагнитного экранирования (ЭМЭ) и низкоинтенсивного

электромагнитного излучения миллиметрового диапазона (ММ) при комбинированном воздействии данных

физических факторов в тестах «горячая пластина» (а), «отдергивания хвоста» (б) и «алгезиметр-щипцы» (в).

факторов на болевую чувствительность жи-

ЭМИ ММ активность этой системы неодинако-

вотных.

ва. Так, при действии этого фактора на моллюс-

ков с дополнительным введением налоксона в те-

В механизмах действия факторов электромаг-

чение первых-третьих суток наблюдался эффект

нитной природы, в том числе ЭМЭ и низкоин-

гипералгезии, что указывает на зависимость ан-

тенсивного ЭМИ ММ, на болевую чувствитель-

тиноцицептивного действия ЭМИ ММ в этот

ность важную роль играет опиоидная система,

временной период от опиоидов. С четвертых по

что обнаружено в экспериментах с применением

восьмые сутки гипоалгетический эффект ЭМИ

неселективного блокатора опиоидных рецепто-

ММ полностью блокируется налоксоном, т.е.

ров налоксона. В частности, введение налоксона

также обусловлен опиодергической системой. С

крысам приводило к уменьшению антиноцицеп-

девятого дня эффект лишь частично опиоидобу-

тивного эффекта ЭМИ ММ при тонической, вис-

словлен, так как он редуцируется, но не аннули-

церальной и острой термической боли [10]. Одна-

руется неспецифическим блокатором опиоидных

ко на разных этапах продолжительного действия

рецепторов. Следовательно, роль опиоидов

БИОФИЗИКА том 65

№ 3

2020

602

ЧУЯН и др.

уменьшается с увеличением числа воздействий,

Можно предположить, что при комбинирован-

что, по-видимому, связано с развитием толерант-

ном действии двух электромагнитных факторов

ности опиоидной системы к продолжительному

(ЭМЭ и ЭМИ ММ) не происходит снижения сек-

действию ЭМИ ММ [22]. Аналогичный эффект

реции мелатонина благодаря модифицирующему

описан и при действии ЭМИ других диапазонов

действию ММ-излучения, что и является причи-

[23]. Введение налоксона животным, находив-

ной нивелирования экранобусловленной гипе-

шимся в течение 21 суток в электромагнитном

ралгезии с помощью дополнительного воздей-

экране, до каждого воздействия ЭМИ ММ усили-

ствия на животных ЭМИ ММ, что и выявлено в

вало гипералгетический эффект ЭМЭ, но на

настоящем исследовании.

уровне тенденции, в течение первых трех суток

Исходя из приведенных фактов, можно утвер-

эксперимента, а затем его гипералгетическая ак-

ждать, что физиологические механизмы действия

тивность снижалась. На девятые-одиннадцатые

низкоинтенсивного ЭМИ ММ диапазона на ор-

сутки развивающийся гипоалгетический эффект

ганизмы, находящиеся в условиях ослабленного

комбинированного действия ЭМЭ и ЭМИ ММ

электромагнитного поля, связаны с изменением

полностью нивелировался налоксоном, т.е. был

состояния опиоидергической системы и содер-

обусловлен опиоидной системой, а начиная с

жания мелатонина. Поэтому естественно предпо-

двенадцатых суток прогрессивно снижался, но не

ложить, что активация данных эндогенных си-

ликвидировался, т.е. гипоалгетический эффект

стем является неспецифической реакцией орга-

лишь частично был связан с опиоидной системой

низма на низкоинтенсивные воздействия

[22].

физических факторов.

Таким образом, опиоидобусловленность сни-

Таким образом, результаты данного исследо-

жалась с увеличением продолжительности воз-

вания позволили выявить эффекты модифика-

действия электромагнитных факторов, что, по-

ции болевой чувствительности крыс с помощью

видимому, связано с развитием толерантности

низкоинтенсивного миллиметрового излучения

опиоидной системы к этим воздействиям. По-ви-

и электромагнитного экранирования, проверить

димому, в этот период обезболивающий эффект

и существенно дополнить гипотезу о корригиру-

электромагнитных факторов обеспечивается дру-

ющем действии ЭМИ ММ на экраниндуциро-

гими антиноцицептивными системами организ-

ванные процессы, а также экспериментально

ма. Этот вывод подтверждают наши более ранние

подтвердить теоретические представления об ос-

исследования [10], согласно которым гипоалгети-

новных физиологических механизмах, лежащих в

ческое действие ЭМИ ММ обеспечивается раз-

основе биологического действия данных физиче-

личными эндогенными системами. В частности,

ских факторов.

ведущую роль в механизмах антиноцицептивного

действия ММ-излучения играет мелатонин.

Впервые нами было установлено, что при дей-

ВЫВОДЫ

ствии ЭМИ ММ увеличивается содержание мела-

тонина в сыворотке крови животных [24]. Извест-

1. Выявлены эффекты модификации болевой

но, что опиоидные пептиды выступают в качестве

чувствительности у крыс с помощью низкоин-

физиологических медиаторов эпифизарного и

тенсивного миллиметрового излучения и элек-

экстрапинеального мелатонина [25], ответствен-

тромагнитного экранирования: применение

ны за универсальную координацию нервных, эн-

ЭМИ ММ в комбинации с ЭМЭ нивелирует

докринных и иммунных механизмов, а также за

экраниндуцированные изменения болевой чув-

обеспечение замкнутых циклических связей меж-

ствительности; применение ЭМЭ в комбинации

ду ними и эпифизом [25]. Кроме этого, нами уста-

с ЭМИ ММ снижает антиноцицептивную актив-

новлено, что низкоинтенсивное ЭМИ ММ и эк-

ность изолированного ЭМИ ММ.

зогенный мелатонин оказывают сходное дей-

2. При воздействии низкоинтенсивных элек-

ствие на экраноиндуцированные изменения

тромагнитных факторов (ЭМИ ММ и ЭМЭ и их

ноцицепции у моллюсков, заключающиеся в ни-

комбинации) у животных отмечаются изменения

велировании гипералгетического эффекта [22].

болевой чувствительности, степень выраженно-

Эти данные согласуются с мелатониновой теори-

сти которых зависит от действующего фактора и

ей действия электромагнитных факторов, соглас-

длительности его применения.

но которой последние в начальный период своего

действия угнетают секрецию нейрогормона [26].

3. У крыс, подвергнутых воздействию слабого

Это влечет за собой уменьшение продукции β-эн-

электромагнитного экранирования, отмечалось

дорфина и чувствительности опиоидных рецеп-

трехфазное изменение болевой чувствительности

торов [27], т.е. снижение активности опиоидной

во всех используемых в настоящем исследовании

системы. Следствием этого является развитие ги-

алгометрических тестах: первая фаза - гипералге-

пералгезии, что имеет место и в проведенных ис-

зия (1-7 сутки), вторая фаза - гипоалгезии (11-15

следованиях в условиях изолированного ЭМЭ.

сутки), третья фаза - нормализация и приближе-

БИОФИЗИКА том 65

№ 3

2020

ИЗМЕНЕНИЕ БОЛЕВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КРЫС

603

ние показателей ноцицепции к контрольным зна-

Е. Н. Чуян, Н. А. Темурьянц, О. Б. Московчук

чениям (17-21 сутки).

и др., Физиологические механизмы биологических

эффектов низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ (ЧП

4. У животных, подвергнутых воздействию

«Эльиньо», Симферополь, 2003).

низкоинтенсивного электромагнитного излуче-

ния миллиметрового диапазона, на протяжении

10.

Е. Н. Чуян и Э. Р. Джелдубаева, Механизмы антино-

наблюдаемого периода во всех алгометрических

цицептивного действия низкоинтенсивного милли-

тестах отмечалось значительное повышение

метрового излучения (ДИАЙПИ, Симферополь,

уровня антиноцицепции по сравнению с соответ-

2006).

ствующими значениями, зарегистрированными у

11.

S. I. Alekseev, O. V. Gordiienko, and A. A. Radzievsky,

крыс контрольной группы и группы животных,

Bioelectromagnetics 31, 180 (2010).

находившейся в условиях слабого экранирова-

ния.

12.

S. A. Eccles, Curr. Opin. Genet. Dev. 15 (1), 77 (2005).

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

13.

D. Wang, Z. G. Liu, J. Zhao, et al., Sci. Rep. 7 (1),

11346 (2017).

Работа выполнена при финансовой поддержке

в рамках инициативной части государственного

14.

M. Asashima, K. Shimada, and C. J. Pfeiffer, Bioelec-

задания № 6.5452.2017/8.9 Минобрнауки России

tromagnetics 12 (4), 215 (1991).

в сфере научной деятельности темы «Временная

15.

K. A. Jenrow, C. H. Smith, and A. R. Liboff, Bioelec-

организация физиологических систем человека и

tromagnetics 17, 467 (1996).

животных: феноменология и механизмы генера-

16.

A. M. Koziak, D. Desjardins, and L. D. Keenliside, Bi-

ции и регуляции микро- и мезоритмов».

oelectromagnetics 27, 10 (2006).

17.

A. Gulati, S. Bhalla, G. Matwyshyn, et al., Pharmacol-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

ogy 83, 45 (2011).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

18.

F. Xu, B. Zhang, and T. Li, Pharmacology 27 (4), 427

интересов.

(2013).

19.

А. Н. Миронов, А. Д. Бунатян, А. Н. Васильев и др.,

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Руководство по проведению доклинических исследо-

Исследование проведено в соответствии с

ваний лекарственных средств (Гриф и К, M., 2012).

ГОСТ Р-53434-2009 «Принципы надлежащей ла-

20.

Л. А. Северьянова, И. И. Бобынцев, М. Е. Долгин-

бораторной практики» и правилами Европейской

цев и Н. А. Кирьянова, Курский научно-практиче-

конвенции по защите позвоночных животных,

ский вестник «Человек и его здоровье», № 2, 44

используемых для экспериментальных и иных

(2005).

научных целей.

21.

F. S. Prato, J. A. Robertson, D. Desjardins, et al., Bio-

electromagnetics 26 (2), 109 (2005).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

22.

Н. А. Темурьянц, Е. Н. Чуян, А. С. Костюк и др.,

1. В. В. Парин, Космическая биология и медицина 2

Эффекты слабых электромагнитных факторов у

(1), 3 (1968).

беспозвоночных животных (регенерация планарий,

2. R. Sandyk, Int. J. Neurosci. 77 (304), 243 (1994).

ноцицепция моллюсков) (Информационно-изда-

тельский отдел Таврического национального уни-

3. С. Qin, J. M. Evans, and W. S. Yamanashi, Neuromod-

верситета имени В.И. Вернадского, Симферополь,

ulation 8, 79 (2005).

2012).

4. В. В. Леднев, в сб. Моделирование геофизических

процессов (ОИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН, М.,

23.

A. W. Thomas, M. Kavaliers, F. S. Prato, et al., Peptides

2003), сс. 130-136.

18, 703 (1997).

5. Е. Б. Бурлакова, А. А. Кондратов и Е. Л. Мальцева,

24.

Е. Н. Чуян, Н. А. Темурьянц, О. Б. Московчук

Биофизика 49 (4), 551 (2004).

и др., Физиологические механизмы биологических

эффектов низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ (ЧП

6. О. В. Бецкий, В. В. Кислов и Н. Н. Лебедева, Мил-

«Эльиньо», Симферополь, 2003).

лиметровые волны и живые системы (Наука: М.,

2004).

25.

Э.Б. Арашунян, Русский медицинский журнал 13

(26), 1755 (2005)

7. Н. Д. Девятков, М. Б. Голант и О. В. Бецкий, Осо-

бенности медико-биологического применения милли-

26.

R. J. Reiter, D. X. Tan, B. Poeggeler, et al., Bioelectro-

метровых волн (ИРЭ РАН, М., 1994).

magnetics 19 (5), 318 (1998).

8. A. A. Radzievsky, O. V. Gordiienko, and S. Alekseev,

27.

S. R. Srinivasan and G. S. Berenson, Lancet 358

Bioelectromagnetics 29, 284 (2008).

(9298), 2012 (2001).

БИОФИЗИКА том 65

№ 3

2020

604

ЧУЯН и др.

Changes of Pain Sensitivity in Rats after Exposure to Low-Intensity Millimeter-Wave

Radiation with the Use of Electromagnetic Shielding

E.N. Chuyan, E.R. Dzheldubaeva, and N.S. Tribrat

Vernadsky Crimean Federal University, prosp. Vernadskogo 4, Simferopol, Republic of Crimea, 295007 Russia

This study focuses on the detection of changes in pain sensitivity in rats after exposure to single low-intensity

electromagnetic radiation (7.1 mm, 0.1 mW/cm2; location - the occipital-collar region, exposure time

30 minutes, duration of exposure 21 days) in the millimeter range and after exposure to the combined action

of the abovementioned radiation and moderate electromagnetic shielding (EMS; screening coefficient of the

constant component of the magnetic field along the vertical component of the magnetic field - 4.4 times,

horizontal field component - 20 times; exposure time 22 hours/day, duration of exposure 21 days). The pain

sensitivity of animals was evaluated using a complex of algometric tests: “hot plate”, “tail pulling”, “tongs-

algesimeter”, that made it possible to consider the pain impulse at different levels of regulation. Algological

effects from single low-intensity electromagnetic radiation in the millimeter range and after combination of

it with moderate electromagnetic shielding are shown. After exposure to the combined action of these phys-

ical factors it was shown that low-intensity electromagnetic waves in the millimeter range exert an antinoci-

ceptive effect and modulating effect in hyperalgesia caused by screening. At the same time, shielding reduces

the severity of the antinociceptive action of the electromagnetic radiation in the millimeter range.

Keywords: pain sensitivity, millimeter-wave electromagnetic radiation, electromagnetic shielding

БИОФИЗИКА том 65

№ 3

2020