БИОФИЗИКА, 2022, том 67, № 1, с. 128-133

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 612.815+616-092:616.155.194.7

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ ТОКОВ НА КРИСТАЛЛОГЕННЫЕ СВОЙСТВА

СЫВОРОТКИ КРОВИ in vitro

Е.С. Голыгина*, А.С. Федотова***, В.В. Назаров**

Приволжский исследовательский медицинский университет МЗ РФ,

603005, Нижний Новгород, пл. Минина и Пожарского, 10/1

**ФИЦ «Институт прикладной физики РАН», 603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

***Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия,

603107, Нижний Новгород, просп. Гагарина, 97

E-mail: cryst-mart@yandex.ru

Поступила в редакцию 22.09.2020 г.

После доработки 22.09.2021 г.

Принята к публикации 27.09.2021 г.

Целью исследования служила оценка модификации собственного кристаллообразования сыворот-

ки крови при действии переменных токов различной частоты (40 и 100 кГц и 1 МГц). Эксперимент

выполнен на десяти образцах сыворотки крови практически здоровых людей, каждый из которых

делили на четыре порции - контрольную и три опытных, которые обрабатывали переменным то-

ком на частотах 40, 100 и 1000 кГц. Оценку эффекта воздействия осуществляли путем кристаллоско-

пического исследования, оцениваемого морфологически и морфометрически. Установлено, что

воздействие переменного тока на образцы сыворотки крови человека приводит к модификации

кристаллогенной активности биологической жидкости, что проявляется как в качественных изме-

нениях морфологической картины (фации), так и в сдвигах морфометрических показателей (кри-

сталлизуемость, индекс структурности, степень деструкции фации и выраженность краевой белко-

вой зоны). При этом показана зависимость данного модулирующего эффекта от частотной характе-

ристики, причем максимально выраженные сдвиги кристаллоскопических показателей

относительно контрольного образца, с которым не производили никаких манипуляций, обнаруже-

ны для частоты 40 кГц, а минимальные - для частоты 1 МГц.

Ключевые слова: переменный ток, кристаллизация, сыворотка крови, биокристалломика.

DOI: 10.31857/S0006302922010136

Влияние электромагнитного излучения на

тегральных методов, к числу которых можно от-

биологические объекты является предметом изу-

нести биокристалломные технологии, позволяю-

чения уже на протяжении длительного времени

щие оценить физико-химические свойства био-

[1-4], так как раскрытие основных принципов

жидкостей и их компонентный состав с

данного эффекта служит фундаментальным обос-

системных позиций. В частности, в наших пред-

нованием технологий современной физиотера-

шествующих исследованиях с помощью данного

пии [1, 4-6], а также значимо для проведения

метода были охарактеризованы метаболические

правильной гигиенической оценки условий труда

эффекты различных активных форм кислорода и

[4, 7-9]. В этом плане особый интерес представ-

азота как в условиях in vitro [16, 17], так и in vivo

ляет исследование зависимости биологического

[18]. Целью настоящего исследования служила

действия электромагнитных полей от его харак-

оценка модификации собственного кристаллооб-

теристик (в частности, рабочей частоты, интен-

разования сыворотки крови при действии токов

сивности и др.) [2, 4-6, 8, 10]. Несмотря на актив-

различной частоты (40, 100 и 1000 кГц).

ные разработки данного вопроса [3, 7, 10-14],

многие аспекты действия нетеплового низкоин-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

тенсивного излучения, в отличие от лазерного из-

лучения

[2,

9], изучены недостаточно

Эксперимент выполнен на десяти образцах

подробно. Для решения задачи целостного по-

крови практически здоровых людей, каждый из

нимания характера биологических эффектов

которых делили на четыре порции. Для проведе-

переменного тока необходимо применение ин-

ния эксперимента каждую порцию центрифуги-

128

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ ТОКОВ

129

раты оценивали морфологически (путем описания

особенностей структуризации высушенного об-

разца биологической жидкости) и визуаметриче-

ски (с применением собственной системы пара-

метров) [19, 20]. Основными визуаметрическими

показателями, оцениваемыми по балльной шкале,

служили кристаллизуемость (отражает количе-

ственную сторону кристаллизации - плотность

кристаллических элементов в фации), индекс

структурности (характеризует сложность структу-

ропостроения), степень деструкции фации (пред-

ставляет собой индикатор качественной стороны

процесса - правильности образования структур) и

выраженность краевой зоны микропрепарата.

Оценку проводили по трем параллельно получае-

мым фациям, по которым суммарно вычисляли

значения показателей. Анализу подвергали всю

площадь фаций, фотофиксацию образцов осу-

ществляли с помощью цифрового микроскопа

«Levenhuk» на малом увеличении (60×).

Полученные данные были статистически об-

Рис. 1. Схема эксперимента по воздействию токов пере-

работаны в программном пакете Statistica 6.1 for

менной частоты на сыворотку крови.

Windows. Нормальность распределения значений

параметров оценивали с использованием крите-

ровали по стандартной методике. Первая порция

рия Шапиро-Уилка. С учетом характера распре-

сыворотки крови из них была контрольной, с нею

деления признака для оценки статистической

не проводили никаких манипуляций, остальные

значимости различий применяли Н-критерий

обрабатывали токами переменной частоты 40, 100

Краскала-Уоллеса.

и 1000 кГц. Электромагнитное воздействие на сы-

воротку крови осуществляли с помощью оголен-

РЕЗУЛЬТАТЫ

ного конца коаксиального кабеля рк-50-2-21 с

выступающей на 2 мм центральной жилой. Конец

Проведение морфологического анализа высу-

кабеля полностью погружали в сыворотку крови

шенных образцов сыворотки крови позволило

таким образом, чтобы край оплетки кабеля (зем-

четко проследить особенности модификации

ляного электрода) был погружен в жидкость на 1

кристаллогенной активности биологической

мм (рис. 1).

жидкости при воздействии переменного тока при

отсутствии теплового нагрева (рис. 2). В процессе

Амплитуда напряжения синусоидального сиг-

воздействия температура образцов не различа-

нала, подаваемого от генератора AWG 41-51, со-

лась более чем на 0.5°С. При этом обнаружено,

ставляла 5 В. Измеренная амплитуда тока для

что рабочая частота генератора тока является зна-

сигналов на частотах 40, 100 и 1000 КГц составля-

чимой характеристикой, определяющей выра-

ла 11, 12.5 и 13.5 мА соответственно. Продолжи-

женность данного модулирующего эффекта. Так,

тельность воздействия составляла одну минуту.

в контрольных образцах сыворотки крови, кото-

Экспозиция после завершения воздействия со-

рые не подвергались каким-либо воздействиям,

ставляла 10 мин. Температуру контролировали с

были отмечены формирование относительно ре-

помощью пирометра. Эквивалентная электриче-

гулярной структуры, содержащей небольшое ко-

ская схема нагрузки на конце кабеля представля-

личество центров кристаллизации, умеренно рав-

ла собой конденсатор с сывороткой крови, обра-

номерно распределенные «разломы» фации и

зованный краевой емкостью выступающей цен-

широкая краевая зона (рис. 2а). При этом струк-

тральной жилы относительно оплетки кабеля.

турный компонент кристаллоскопическй карти-

По завершении периода экспозиции проводили

ны был представлен одиночными кристаллами и

кристаллоскопическое исследование всех образ-

аморфными элементами, распределенными по

текстуре образца с низкой плотностью.

цов. Для этого сыворотку крови в объеме 100 мкл

наносили на предметное стекло и приготавливали

Обработка сыворотки крови переменным то-

микропрепараты высушенной биологической

ком с рабочей частотой генератора 40 кГц способ-

жидкости в соответствии с методом классической

ствовала резкой активации кристаллогенной ак-

кристаллоскопии, позволяющим оценивать соб-

тивности биосреды, что проявлялось в увеличе-

ственную кристаллогенную активность биологи-

нии плотности образующихся структур, причем в

ческой среды [16-20]. Высушенные микропрепа-

кристаллограммах в данном случае присутствова-

БИОФИЗИКА том 67

№ 1

2022

130

МАРТУСЕВИЧ и др.

Рис. 2. Кристаллограммы интактной и обработанной токами различной частоты сыворотки крови человека: (а) - контроль,

(б) - ток с частотой 40 кГц, (в) - ток с частотой 100 кГц, (г) - ток с частотой 1 МГц.

ли как одиночно-кристаллические, так и по-

кристаллических элементов с незначительной

ликристаллические (дендритные) элементы

выраженностью деструктивных изменений. Осо-

(рис. 2б). Это сопровождалось нарастанием сте-

бенностью данных микропрепаратов явилась

пени разрушения кристаллов, а также сужением

большая плотность и максимальная регулярность

краевой зоны микропрепаратов высушенной

«разломов» текстуры образца и широкая краевая

биологической жидкости.

зона.

Иной характер реагирования сыворотки крови

Качественные преобразования кристалло-

был выявлен при влиянии на нее переменного то-

грамм сыворотки крови, происходящие при обра-

ка с частотой 100 кГц (рис. 2в). При применении

ботке последней токами различной частоты, бы-

данного фактора кристаллогенная активность

ли в полной мере подтверждены с применением

возрастает менее выраженно, чем при действии

морфометрических показателей (рис. 3 и 4). Уста-

тока с частотой 40 кГц. Основу кристаллического

новлено, что воздействие переменного тока с ча-

компонента фации составляли одиночные эле-

стотой 40 кГц приводит к повышению кристалли-

менты, «разломы» текстуры были достаточно ре-

зуемости, характеризующей плотность кристал-

гулярными, но существенно более разряженны-

лических структур, в 1.38 раза относительно

ми. Краевая белковая зона была шире, чем при

контрольного образца (p < 0.05; рис. 3). Повыше-

использовании более низкой частоты, однако не

ние частоты тока до 100 кГц снижает выражен-

достигала размеров таковой в контрольном об-

ность данного эффекта (+25.4%; p < 0.05). Даль-

разце.

нейшее увеличение частоты (до 1 МГц) нивели-

рует

указанные различия, и уровень

Кристаллограммы сыворотки крови при дей-

кристаллизуемости в этом случае не отличается

ствии переменного тока с частотой 1 МГц были в

от интактного образца (p > 0.1).

наибольшей степени сходны с интактным образ-

цом (рис. 2г). В них фиксировали образование

В отношении другого ключевого показателя -

умеренного количества аморфных и одиночно- индекса структурности, характеризующего слож-

БИОФИЗИКА том 67

№ 1

2022

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ ТОКОВ

131

Рис. 3. Уровень кристаллизуемости и индекс структур-

Рис. 4. Степень деструкции фации и выраженность кра-

ности высушенных образцов сыворотки крови при об-

евой зоны в высушенных образцах сыворотки крови

работке токами различной частоты; * - статистическая

при обработке токами различной частоты; * - статисти-

значимость различий относительно контрольного об-

ческая значимость различий относительно контрольно-

разца, p < 0.05.

го образца, p < 0.05.

ность структуропостроения элементов, - также

среды переменным током с частотой 40 кГц (в

выявлены существенные вариации (рис. 3). Так,

1.59 раза; p < 0.05), менее выраженное - при ис-

минимальная из рассмотренных частот (40 кГц)

пользовании частоты

100 кГц (в

1.13 раза;

вызывает значимое усложнение структур фации,

p < 0.05). Напротив, применение тока с макси-

что сопровождается ростом соответствующего

мальной из примененных частот (1 МГц) сохра-

показателя в 2.47 раза (p < 0.01). Иные режимы об-

няет размеры краевой зоны на уровне, выявлен-

работки не обнаруживали значимых отличий от

ном в фациях сыворотки крови, на которые не

интактного образца биологической жидкости.

оказывали никаких воздействий.

Также был проанализирован уровень основно-

го интегрального критерия оценки кристалло-

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

грамм - степени деструкции фации (рис. 4). Вы-

явлено, что динамика ответа сыворотки крови в

Изучение модулирующего эффекта неионизи-

целом аналогична обнаруженной для кристалли-

рующих излучений, как и других физических

зуемости и индекса структурности. В то же время

факторов, целесообразно проводить методами,

следует отметить нелинейность данного ответа:

позволяющими интегрально оценивать физико-

только при использовании переменного тока с

химические свойства биологических систем [1, 2,

частотой 100 кГц степень деструкции фации не

6, 8, 11]. К числу таковых относятся методы био-

отличалась от контрольного образца, тогда как

кристалломики - нового биомедицинского диа-

при остальных воздействиях (частоты 40 кГц и

гностического направления, основанного на ис-

1 МГц) - превышала значение, рассчитанное для

следовании кристаллогенной активности биоло-

микропрепаратов сыворотки крови, на которую

гических жидкостей

[19-23]. Показано, что

не оказывали никаких воздействий (в 2.67 и

анализ картин дегидратационной структуриза-

1.83 раза по сравнению с контрольным образцом;

ции биосред может быть информативным спосо-

p < 0.05 для обоих случаев).

бом описания органико-минерального баланса

Наконец, проведено изучение выраженности

компонентов биологического образца [19-22], а

краевой зоны кристаллограмм, в которой кон-

также особенностей структуры его протеома [19,

центрируются нативные белки, содержащиеся в

21-24]. С этих позиций изучение эффектов неио-

анализируемой биологической жидкости (рис. 4).

низирующих излучений логично производить с

Установлено, что имеет место обратная зависи-

мость между частотной характеристикой тока и

использованием кристаллоскопических техноло-

размером краевого пояса кристаллоскопической

гий, что продемонстрировано на примере лазер-

фации сыворотки крови. Так, наибольшее суже-

ного излучения [15], однако данный метод ранее

ние последнего наблюдали при обработке био-

не применялся для оценки биологических эф-

БИОФИЗИКА том 67

№ 1

2022

132

МАРТУСЕВИЧ и др.

фектов переменного тока. На основании этого,

F. Gao, Q. Zheng, and Y. Zheng, Med. Phys. 41 (5),

нами впервые показано, что кристаллогенные

053302 (2014). DOI: 10.1118/1.4871783.

свойства сыворотки модифицируются при дей-

L. Hardell and C. Sage, Biomed. Pharmacother.62

ствии переменного тока, причем выраженность

(2), 104 (2008). DOI: 10.1016/j.biopha.2007.12.004.

данного влияния непосредственно определяется

T. Schunck, F. Bieth, S. Pinguet, and P. Delmote,

характеристиками фактора, а именно - его часто-

Electromagn. Biol. Med. 35 (1), 84 (2016). DOI:

той. Установлено, что более высокие частоты

10.3109/15368378.2014.977388.

(100-1000 кГц) обладают более позитивным воз-

Y. Yu and K. Yao, J. Int. Med. Res. 38 (3), 729 (2010).

действием на кристаллогенную активность сыво-

DOI: 10.1177/147323001003800301.

ротки крови в условиях in vitro. Эти данные

нуждаются в дополнении и уточнении с примене-

A. L. Galeev, Neurosci. Behav. Physiol. 30 (2), 187

нием другими аналитическими методами, позво-

(2000). DOI: 10.1007/BF02463157.

ляющими раскрыть биофизические и биохими-

I. L. Iakimenko, E. P. Sidorik, and A. S. Tsybulin,

ческие механизмы, обеспечивающие выявленные

Ukr. Biokhim. Zh. 83 (2), 20 (2011).

эффекты, что и будет являться предметом даль-

I. Yakymenko, E. Sidorik, and S. Kyrylenko, V. Chek-

нейших исследований.

hun, Exp. Oncol. 33 (2), 62 (2011).

10.

A. M. Marjanović, I. Pavičić, and I. Trošić, Arh. Hig.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Rada Toksikol.

(3),

407

(2012). DOI:

10.2478/10004-1254-63-2012-2215.

Проведенные исследования позволили уста-

новить, что воздействие переменного тока на об-

11.

J. Breckenkamp, G. Berg, and M. Blettner, Radiat.

разцы сыворотки крови человека приводит к мо-

Environ. Biophys.

(3),

141

(2003). DOI:

дификации кристаллогенной активности биоло-

10.1007/s00411-003-0203-x.

гической жидкости, что проявляется как в

12.

S. R. Morgan, O. Hieda, Y. Nakai, et al., Sci. Rep. 8

качественных изменениях морфологической кар-

(1), 13742 (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-32110-0.

тины (фации), так и в сдвигах морфометрических

показателей (кристаллизуемость, индекс струк-

13.

X. Zhang, W.J. Huang, and W. W. Chen, Exp. Ther.

турности, степень деструкции фации и выражен-

Med.

(4),

1969

(2016).

DOI:

ность краевой белковой зоны). При этом показа-

10.3892/etm.2016.3567.

на зависимость данного модулирующего эффекта

14.

S.L. Cellemme, M. Van Vorst, E. Paramore, and

от частотной характеристики, причем макси-

G. D. Elliott, Biopreserv. Biobank. 11 (5), 278 (2013).

мально выраженные сдвиги кристаллоскопиче-

DOI: 10.1089/bio.2013.0024.

ских показателей относительно контрольного об-

разца, с которым не производили никаких мани-

15.

А. А. Бритова и В. Ю. Романюк, Лазерная меди-

пуляций, обнаружены для частоты 40 кГц, а

цина 11 (1), 25 (2007).

минимальные - для 1 МГц.

16.

А. К. Мартусевич и С. П. Перетягин, Биофизика

58 (6), 1038 (2013).

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

17.

А. К. Мартусевич, Л. К. Ковалева и А. В. Давы-

дюк, Биофизика 61 (2), 345 (2016).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

18.

А. К. Мартусевич, А. А. Мартусевич и Л. К. Кова-

интересов.

лева, Биофизика 62 (4), 753 (2017).

19.

А. К. Мартусевич. Биокристалломика в молекуляр-

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

ной медицине (Изд-во СПбГМУ, СПб., 2011).

Все процедуры, выполненные в исследовании

20.

А. К. Мартусевич и Н. Ф. Камакин, Бюл. экспе-

с участием людей, соответствовали этическим

рим. биологии и медицины 143 (3), 358 (2007).

стандартам Хельсинкской декларации 1964 г. и ее

21.

T. A. Yakhno, Nat. Sci. 3, 220 (2010).

последующим изменениям. У всех участников

было получено информированное добровольное

22.

Т. А. Яхно, В. В. Казаков, О. А. Санина и др.,

согласие.

Журн. технической физики 80 (7), 17 (2010).

23.

А. А. Ющенко, А. Д. Даудова, А. К. Аюпова и

Н. Г. Урляпова, Бюллетень экспериментальной

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

биологии и медицины. 7, 113 (2004).

1. В. С. Улащик, Здравоохранение 10, 21 (2007).

24.

Ю. Ю. Тарасевич, О. П. Исакова, В. В. Кондухов

2. A. Fedorowski and A. Steciwko, Med. Pr. 49 (1), 93

и А. В. Савицкая, Журнал техн. физики 80 (5), 45

(1998).

(2010).

БИОФИЗИКА том 67

№ 1

2022

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ ТОКОВ

133

Effect of Alternating Currents on Crystallogenic Properties of Blood Serum in vitro

A.K. Martusevich*^, **, A.G. Galka*^, ***, A.N. Tuzhilkin*^, **, E.S. Golygina*,

A.S. Fedotova**, and V.V. Nazarov***

*Privolzhsky Research Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation,

pl. Minina i Pojarskogo 10/1, Nizhny Novgorod, 603005 Russia

**Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, prosp. Gagarina 97, Nizhny Novgorod, 603107 Russia

***Federal Research Center “Institute of Applied Physics”, Russian Academy of Sciences,

ul. Ulyanova 46, Nizhny Novgorod, 603950 Russia

The goal of this study was to evaluate the modification of crystal formation of blood serum utilizing currents

at different frequencies (40 and 100 kHz, 1 MHz). The experiment was performed on 10 blood samples of

practically healthy individuals, each sample was divided into four sets (three experimental sets, which were

subjected to a microwave environment at 40, 100 and 1000 kHz, and one control set). The effect of exposure

was estimated by the method of crystalloscopy through morphologic and morphometric analysis. It was

found that exposure of human blood serum samples to alternating current leads to modification of the crys-

tallogenic activity of the biological fluid, which undergoes both qualitative changes in the morphological pic-

ture (facies) and changes in morphometric parameters (crystallizability, structure index, the facies destruc-

tion degree and the clarity of the marginal protein zone). It was shown that according to the modeling effect,

modification is strongly dependent on the applied frequency, and changes in the crystalloscopic parameters

were significantly more pronounced for the control set, which did not receive any treatment, at 40 kHz, and

a minimum appeared at 1 MHz.

Keywords: alternating current, crystallization, blood serum, biocrystallomics

БИОФИЗИКА том 67

№ 1

2022