ДЕЙСТВИЕ НЕПРЕРЫВНОГО И МОДУЛИРОВАННОГО ЭМИ КВЧ НА КЛЕТКИ ЖИВОТНЫХ. ЧАСТЬ III. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЭМИ КВЧ #

А. Б. ГАПЕЕВ^*, Н. К. ЧЕМЕРИС*

В течение последних 25-30 лет было опубликовано значительное количество работ, посвященных поиску эффектов и механизмов действия электромагнитного излучения крайневысоких частот (ЭМИ КВЧ) на биологические объекты различного уровня организации, от отдельных клеточных компонентов, изолированных клеток и микроорганизмов до целых организмов животных и человека [6, 8, 10, 12, 14, 23, 31]. Доминирующей концепцией в этой области исследований явилась идея о резонансном взаимодействии ЭМИ КВЧ с живыми системами [29, 54]. Основное внимание уделялось исследованию частотной зависимости изменений параметров биологических систем под действием ЭМИ КВЧ. Существуют обзорные работы, например, [30], посвященные систематизации экспериментальных данных, отражающих участие хеморецепторных структур в формировании биологических эффектов ЭМИ радиочастотного диапазона. Такой подход авторов работы [30] исходил из того, что нервная и эндокринная системы организма наиболее чувствительны к действию ЭМИ. Основой функционирования этих систем является хеморецепция, поэтому авторы предприняли попытку обобщить имеющиеся литературные данные по влиянию ЭМИ СВЧ на различные уровни организации хеморецепции, включая организмы, клетки, субклеточные препараты и мембранные структуры. Однако в большинстве работ рассматривается только феноменология самого эффекта, что затрудняет анализ литературных данных и пока не позволяет представить как общую картину реакции тех или иных систем на воздействие ЭМИ, так и биофизические механизмы частных эффектов.

В настоящий обзор мы сочли необходимым включить некоторые данные по биологическим эффектам ЭМИ не только КВЧ-, но и СВЧ-диапазона. Рассмотрены исследования по воздействию ЭМИ на биологические объекты с анализом, по возможности, биохимических и физиологических процессов, протекающих в клетке. Акцент сделан на влиянии ЭМИ КВЧ на внутриклеточную регуляцию и трансдукцию внутриклеточных сигналов.

1. Влияние ЭМИ КВЧ на компоненты клетки

Рассмотрение литературных данных о действии ЭМИ КВЧ на субклеточном уровне может помочь конкретизировать наши представления о возможных путях восприятия организмами этого вида излучения. Авторы ряда работ пытались установить связи эффектов ЭМИ, полученных на культурах микроорганизмов, с биохимическими изменениями в структурных элементах клеток. Сразу отметим три основных, на наш взгляд, аспекта действия ЭМИ КВЧ на структурные элементы клетки: во-первых, выраженный резонансный характер воздействия, во-вторых, наличие не одной, а нескольких резонансных полос, в-третьих, различное направление эффекта при разных резонансных частотах и/или при воздействии на различные ферментные системы. Отсюда следует предположение о наличии не одной, а нескольких сенсорных систем, воспринимающих действие ЭМИ КВЧ и характеризующихся собственными резонансными частотами.

Так, например, уже в одной из первых работ [24] при исследовании действия ЭМИ КВЧ на биохимическую активность гнилостного анаэробного микроорганизма Сl.sporogenes, было обнаружено ингибирование активности ферментов этих клеток, расщепляющих пептидные связи по тирозину, лейцину, глицину, глутаминовой кислоте, валину и метионину, и в то же время излучение активизировало протеолитические системы, осуществляющие гидролиз пептидной связи по гистидину и аланину. При исследовании действия ЭМИ КВЧ на образование протеаз у плесневого гриба Aspergillus orizal [18] обнаружено увеличение фибринолитической активности в диапазоне длин волн (6,0-6,6 мм), причем при длине волны 6,5 мм направление эффекта менялось на противоположное.

Исследования оптических спектров поглощения гемоглобина после КВЧ-облучения показали изменение спектра поглощения в области 630 нм, что свидетельствовало о частичном окислении железа. Наблюдалось ускорение перехода оксигемоглобина в метгемоглобин под действием ЭМИ КВЧ [5]. Излучение оказывало резонансное действие на молекулы гемоглобина, проявляющееся в изменениях мессбауэровского спектра, ширина резонансных полос эффекта при комнатной температуре составляла всего 3 МГц [17]. На основе анализа изменений в мессбауэровских спектрах авторы сделали вывод о том, что при КВЧ-об-лучении молекулы гемоглобина переходят в новые конформационные состояния, отличающиеся распределением заряда электронов и градиентом электрического поля на ядре железа; при этом на резонансных частотах перестраивается третичная структура в глобиновой части молекулы, изменяются ее динамические свойства.

Возможность возбуждения колебаний в белковых молекулах электромагнитным сигналом определяется тем, что многие молекулы обладают значительными дипольными моментами. В соответствии с моделью, предложенной в работе [16], на разных частотах ЭМИ КВЧ может взаимодействовать с различными участками биомакромолекул. Однако в рамках молекулярных моделей не удалось объяснить "пороговый" характер наблюдаемых эффектов и наличие уровня насыщения при плотностях потока энергии (ППЭ) излучения около 1-10 мВт/см². Была предложена модель, которая не опирается на строение отдельной молекулы, а рассматривает действие ЭМИ на организм с позиций кооперативных свойств субклеточных структур (клеточных мембран). Предполагается, что в клеточных мембранах существуют колебания дипольных групп, причем на возбуждение этих колебаний затрачивается энергия метаболизма. Теоретическое рассмотрение приводит к выводу о том, что в такой системе может возникнуть стационарное состояние, в котором энергия запасается в единственной колебательной моде (Бозе-конденсация) [46]. Если скорость распространения звука, определяемая модулем упругости липидного бислоя толщиной 100 Å, составляет 10⁵-10⁶ см/с, то частота колебаний этой моды как раз соответствует КВЧ-диапазону 10¹¹-10¹² Гц [45]. Все это подразумевает возможность резонансного взаимодействия ЭМИ с мембранной структурой живой клетки.

Биологические мембраны имеют универсальное значение в функционировании клеток различного типа благодаря наличию в них специализированных белков-рецепторов, способности регулировать энергетические и биохимические процессы в клетке, а также организовывать водное пространство внутри и снаружи клетки. Литературные данные по воздействию ЭМИ непосредственно на мембраны включают исследования возбудимых клеток, невозбудимых клеток, модельных систем - липосом и бислойных липидных мембран.

В одной из первых работ [26] было показано снижение величины мембранного потенциала нервных клеток изолированных ганглиев моллюска Planorbis corneus в результате действия ЭМИ. Величина эффекта зависела от поглощенной энергии излучения. Явление деполяризации мембраны под действием излучения связывалось авторами этой работы с изменением мембранной проницаемости для ионов, ответственных за генерацию мембранного потенциала. Некоторые исследователи отмечали гиперполяризацию мембран возбудимых клеток при облучении [36]. Эффект объяснялся предполагаемым изменением пассивной проницаемости мембран и изменением активности Na-на-соса. Кроме того, показано [1], что изменение электрической активности сопровождается увеличением Са²⁺- и К⁺-токов, причем это вызвано тепловым действием поля, а следовательно, специфических частотных зависимостей не наблюдается.

Большое количество работ по изучению действия ЭМИ КВЧ на мембранные системы посвящено исследованию проницаемости мембран невозбудимых клеток (эритроцитов, лимфоцитов). Основанием для проведения таких исследований было следующее. Возможно, что при облучении организма, его реакция связана с действием ЭМИ на клетки крови в кожной капиллярной сети, поскольку излучение проникает лишь в самые поверхностные слои кожи. Мембраны эритроцитов, циркулирующих в капиллярном русле, меняя свои барьерные свойства при действии излучения, могут оказывать регуляторное действие на весь организм в целом и на отдельные органы. В работе [19] показано уменьшение осмотической устойчивости мембран эритроцитов под действием ЭМИ. Обнаружено уменьшение проницаемости мембран для ионов калия на 30-40% по сравнению с необлученными образцами. В работе [13] обнаружено снижение ионной проницаемости мембран эритроцитов, увеличенной в результате электрического пробоя, а также увеличение электрической прочности эритроцитов при действии ЭМИ КВЧ (40-50 ГГц, 1-5 мВт/см²). Предполагается, что КВЧ-излучение нетепловых интенсивностей способно индуцировать структурные перестройки в мембранах, что сопровождается быстрым закрыванием пробойных каналов ионных утечек. Такая интерпретация полученных данных согласуется с результатами по влиянию ЭМИ сантиметрового диапазона на температурные зависимости проницаемости мембран эритроцитов [43] и подвижности жирных кислот в мембранах липосом [66].

Значительное влияние на изменение проницаемости мембран в условиях СВЧ-облучения могут оказывать ионы кальция. Наблюдалось увеличение калиевой проницаемости мембран при увеличении внутриклеточной концентрации Ca²⁺ в эритроцитах, в нервных клетках морского моллюска Aplysia и виноградной улитки [33]. Было показано, что СВЧ-излучение вызывает высвобождение ионов кальция, связанных с макромолекулами поверхностного слоя мембран. Автор считает, что явления освобождения и связывания Ca²⁺ полианионами поверхностного слоя могут рассматриваться в качестве кооперативного процесса с триггерным запуском в каком-либо участке, вызванным изменением конформации макромолекулы под действием электромагнитного поля.

При исследовании действия ЭМИ КВЧ в диапазоне частот 54-76 ГГц на емкость и проводимость липидных бислойных мембран, модифицированных грамицидином А и амфотерицином В или анионами тетрафенилборона (TPhB^-), показано, что излучение уменьшает емкость немодифицированных мембран на 1,2+0,5% и увеличивает проницаемость модифицированных TPhB^- мембран на 5+1% [34]. Резонансных эффектов ЭМИ в этой работе обнаружено не было, как и эффектов импульсно-модулированных ЭМИ. Авторы связывают полученные эффекты с нагревом облучаемых образцов на 1,1^оС в результате действия излучения. В работах [2, 35] было исследовано влияние КВЧ-из-лучения (61,22 и 75,0 ГГц) на спонтанную электрическую активность пейсмекерных нейронов моллюска Lymnaea stagnalis. Однако и в этом случае эффекты излучения объяснялись его тепловым действием: в экспериментах с обычным нагревом при условии, что увеличение температуры и скорость нагрева равны получаемым при облучении, было обнаружено, что эффект излучения качественно и количественно эквивалентен эффекту, вызванному нагревом. Было показано, что скорость роста температуры играет важную роль в развитии динамической реакции торможения электрической активности, причем минимальная скорость нагрева, необходимая для получения регистрируемой реакции торможения исследуемого нейрона, составляла 0,0025 град/с [35]. Таким образом, полученный в этих работах эффект КВЧ-излучения имел выраженный тепловой характер, зависел от удельной поглощенной мощности (УПМ) излучения в диапазоне 600-4200 Вт/кг и не зависел от частоты при одной и той же УПМ.

В другой работе [22], выполненной на клетках водоросли Nitellopsis obtusa (Characeae), при воздействии ЭМИ КВЧ с частотами 38-78 ГГц обнаружено частотно-зависимое изменение переходного ионного тока через Ca²⁺-активируемые хлорные каналы. Получаемые при действии ЭМИ КВЧ эффекты были неэквивалентны тепловым изменениям, поскольку кальциевая компонента переходного тока в экспериментах не менялась. Кроме того были обнаружены частоты, как "активирующие", так и "ингибирующие" переходной хлорный ток. Авторами сделано предположение, что излучение может действовать на определенные звенья в цепи биохимической регуляции хлорных каналов, а не непосредственно на сами каналы, поскольку на некоторых фазах развития клетки харовых водорослей были нечувствительны к воздействию ЭМИ КВЧ, хотя и сохраняли хлорную проводимость с характерными кинетическими характеристиками.

На Са²⁺-активируемых калиевых каналах методом "patch-clamp" показано, что под действием ЭМИ КВЧ изменяются сродство каналообразующего белка к Са²⁺ и коэффициент Хилла этой реакции. Причем у белков с высоким сродством к Са²⁺ кажущаяся константа диссоциации увеличивается, а у белков с низким сродством - уменьшается. Изменение коэффициента Хилла в результате действия излучения свидетельствует о снижении кооперативности процесса активации каналов ионами Са²⁺ [51]. Обнаружено, что посредником действия ЭМИ КВЧ на ионные каналы является водный раствор, контактирующий с внутриклеточной стороной ионных каналов [44]. Следует обратить внимание на тот факт, что нетепловые эффекты ЭМИ КВЧ наблюдаются в тех случаях, когда ионы кальция являются регулятором исследуемого процесса. Так, нетепловые эффекты обнаружены на Са²⁺-активируемых калиевых каналах, Са²⁺-акти-вируемых хлорных каналах и не наблюдались, например на потенциалозависимых калиевых и кальциевых каналах, где обнаруживался только тепловой эффект.

Результаты экспериментальных работ демонстрируют высокую чувствительность мембранных транспортных процессов к ЭМИ КВЧ низкой интенсивности. Причиной этому может быть вызванная поглощением ЭМИ КВЧ конвекция в водном слое. Излучение способно стимулировать ионную проводимость мембран, если лимитирующей стадией процесса становится стадия проводимости в примембранных неперемешиваемых слоях [20, 21]. Есть основания предполагать, что биологические мембраны являются одним из своеобразных "детекторов" излучения в живой клетке. Обобщая результаты исследований влияния ЭМИ КВЧ на клеточные мембраны и их модели, можно сделать вывод, что при облучении мембран наблюдаются как функциональные, так и структурные изменения. Мембраны могут играть главную роль в эффективном восприятии и дальнейшем проявлении действия ЭМИ КВЧ в функциональных изменениях на уровне всей клетки. Однако вопрос о конкретных физико-химических механизмах рецепции КВЧ-излучения на мембране и последующей передаче возбуждения к внутриклеточным структурам требует дальнейших исследований.

2. Действие непрерывного ЭМИ КВЧ на клетки

и клеточные суспензии

Исследования на изолированных клетках и одноклеточных организмах являются одним из направлений изучения первичных звеньев реакции живых организмов на действие ЭМИ КВЧ. Клеточные препараты служат удобными модельными системами для изучения биологических эффектов ЭМИ, т.к. в большой степени сохраняют физиологические функции, легко доступны для различных биохимических манипуляций, сильно упрощают анализ результатов и допускают возможность точной дозиметрии излучения. Опять заметим, что и в случае действия ЭМИ КВЧ на клетки наблюдаются резонансные эффекты, и резонансных частот, как правило, несколько. В зависимости от физиологического состояния клетки возможно проявление эффектов, в том числе разнонаправленных, на различных частотах, а в некоторых случаях и полное отсутствие эффекта ЭМИ, если реакции различных систем на воздействие излучения с используемыми параметрами взаимно компенсируются.

Большое количество экспериментальных работ посвящено исследованию действия ЭМИ КВЧ на скорость деления клеток [7]. В работах [53-61] исследовалось влияние низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ на скорость роста дрожжей. Эти исследования проведены наиболее тщательно. Обработка результатов с помощью методов корреляционного анализа показала статистически значимое, частотно-зависимое увеличение (более 100%) или уменьшение (до 74%) скорости размножения дрожжей в логарифмической фазе роста. Эффект был обнаружен в области частот около 42 ГГц с пороговой зависимостью от ППЭ излучения, начиная с 5 пВт/см² [55]. Эффект имел ярко выраженный резонансный характер с шириной полос около 8 МГц, причем резонансные частоты эффекта не зависели от формы используемого авторами диэлектрического излучателя. Для объяснения эффекта ускорения роста клеток дрожжей при КВЧ-облучении привлекались гипотезы о собственных колебаниях в живых объектах в области частот 10¹⁰-10¹¹ Гц, а также возможность взаимодействия ЭМИ КВЧ с молекулами, находящимися в триплетном состоянии [54].

Длительная экспериментальная проверка результатов экспериментов, описанных в работах [51, 54], по исследованию влияния ЭМИ КВЧ на скорость роста дрожжей не выявила статистически значимых эффектов излучения [47]. В работе [52] была также предпринята попытка повторить эффекты, полученные Грюндлером с соавторами. Однако статистически значимых эффектов ЭМИ КВЧ (частоты 41,682-41,710 ГГц, шаг по частоте - 2 МГц, ППЭ - 0,5 и 50 мкВт/см²) ни на скорость роста дрожжей, ни на вариабельность скорости роста обнаружено не было. Авторы оригинальных работ объясняют отсутствие эффекта ЭМИ в работах оппонентов неточным воспроизведением условий эксперимента, в частности неточной синхронизацией экспозиции с фазой развития культуры. Важность этого фактора была также показана в работе [25] на примере развития культуры Spirostomum sp. В зависимости от фазы развития культуры наблюдалось как стабилизирующее, так и дестабилизирующее действие излучения на скорость размножения клеток. Однако нельзя не учитывать и возможных артефактов при исследовании действия ЭМИ КВЧ на культуры клеток и клеточные суспензии. Некоторые экспериментальные данные по действию ЭМИ на клеточные суспензии могут быть объяснены с позиций конвективного механизма, а именно ускорения переноса веществ в воде под действием конвекции, индуцируемой ЭМИ [20].

Наиболее значительное влияние ЭМИ КВЧ на процессы размножения клеток было обнаружено в экспериментах с бактериями E.coli, которые облучали при частоте 136 ГГц и интенсивности 7 мкВт [69]. Наблюдали ингибирование роста клеток в облученной культуре, составляющее через 4 часа облучения около 600%. Авторы отмечают подавляющее действие на процессы метаболизма клеток, особенно в начальный период развития. С целью выяснения механизмов влияния ЭМИ КВЧ на скорость деления клеток исследовалось поглощение излучения в диапазоне 65-75 ГГц клетками E.coli B, белками, РНК, ДНК [68]. Были установлены частоты, соответствовавшие максимальному поглощению излучения клетками, - 66, 69, 71 и 73 ГГц; максимальное поглощение воды соответствовало частотам 69, 71,5 и 73,7 ГГц; белков - 67, 70, 71,5 и 73 ГГц; РНК - 68 и 71 ГГц; ДНК - 66 и 69 ГГц. Т.е. частоты поглощения излучения клетками и клеточными компонентами совпадали. Однако автор работы [48] после экспериментальной проверки этих результатов утверждает, что спектральные резонансы на суспензиях клеток и биологически важных соединениях являются следствием артефактов, связанных с несовершенством техники измерения и облучения.

Серия работ [37-41] посвящена исследованию действия ЭМИ КВЧ на конформационные состояния генома E.coli и конформационные состояния хроматина в тимоцитах крыс. Следует отметить крайне низкие интенсивности излучения около 10^-11-10^-18 Вт/см², при которых наблюдались резонансные эффекты ЭМИ. Проявление, частотная зависимость и величины эффектов зависели от концентрации клеток в суспензии, длины генома, фазы динамики роста, а также от поляризации излучения [41]. Эти работы отличаются хорошей воспроизводимостью резонансных частот ЭМИ, причем авторы, зная длину гаплоидного генома, могли предсказать резонансную частоту эффекта.

При исследовании действия непрерывного ЭМИ КВЧ (40-52 ГГц, 2-3 или 0,24-0,3 мВт/см²) на проводимость потенциалов действия по седалищному нерву лягушки были обнаружены как эффекты тепловой природы, так и частотно-зависимые нетепловые эффекты [64]. При низкой скорости стимуляции нерва (4 имп./с) наблюдаемые при действии ЭМИ КВЧ эффекты были аналогичны эффектам, производимым непосредственным нагревом препарата на 0,3-0,4^оС, равным нагреву при действии излучения с интенсивностями 2-3 мВт/см². Однако при высокой скорости стимуляции нерва (20 имп./с) наблюдаемые эффекты уже не были аналогичны непосредственному нагреву препарата и имели частотно-зависимый характер. При интерпретации полученных данных авторы работы [64], основываясь на выполненной ими корректной дозиметрии излучения и наличии параллельных с экспериментом контроля и "sham"-контроля, склоняются к выводу о возможности специфического действия ЭМИ КВЧ на электровозбудимые клетки, хотя возможные механизмы этого действия в данной работе не обсуждались. В работе [15] было обнаружено ускорение процесса восстановления проводниковой функции седалищного нерва лягушки Rana temporaria под действием низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ (54,0 ГГц, 5 мкВт/см²). Результаты этой работы дают основания считать, что действие ЭМИ КВЧ на процесс восстановления амплитуды потенциала действия имеет нетепловой характер.

Исследования действия ЭМИ КВЧ интенсивно ведутся и на клетках иммунной системы. Оценка эффективности действия ЭМИ часто проводится по изменениям основных функций клеток - респираторного взрыва и фагоцитоза у полиморфноядерных лейкоцитов. В работе [32] обнаружено частотно-зависимое ингибирование исходно повышенного НСТ-теста у моноцитов и нейтрофилов. Изменение скорости фагоцитоза под действием ЭМИ зависело от амплитуды и фазы модуляции излучения [62]. Амплитуда хемилюминесцентного ответа лейкоцитов, стимулированных кристаллами BaSO₄, при действии ЭМИ КВЧ (42,19, 46,84 и 53,53 ГГц с частотной модуляцией +100 МГц) зависела от частоты ЭМИ, причем обнаружены активация, ингибирование уровня хемилюминесценции и отсутствие эффекта при различных частотах [27]. Предполагается, что изменения в функционировании клеток иммунной системы под действием ЭМИ КВЧ связаны с влиянием на клеточную мембрану и Са²⁺-регули-руемую активность [67]. Однако конкретные биофизические механизмы действия излучения неизвестны.

В работах [4, 9, 50] обнаружен резонансный эффект непрерывного ЭМИ КВЧ на клетки иммунной системы - нейтрофилы мыши. Эти исследования выполнены с использованием широкополосной антенны - желобкового излучателя, обеспечивающего однородное распределение удельной поглощенной мощности (УПМ) в плоскости облучаемого объекта как в ближней, так и дальней зонах. При облучении интактных нейтрофилов в ближней зоне желобкового излучателя наблюдалось резонансное ингибирование люминол-зависимой хемилюминесценции клеток при их активации опсонизированным зимозаном. Максимальное ингибирование 25% было обнаружено при частоте излучения 41,95 ГГц, полуширина линии составляла около 160 МГц, что соответствует эквивалентному Q-фактору 260 [49, 50]. Ингибирование активности нейтрофилов в ближней зоне антенны имело S-образную зависимость от плотности потока энергии (ППЭ) излучения, начиная с величины ППЭ около 10 мкВт/см²; эффект слабо менялся с увеличением ППЭ излучения на несколько порядков, а половина величины эффекта достигалась при ППЭ около 1 мкВт/см². Важно отметить, что при облучении интактных нейтрофилов в дальней зоне желобкового излучателя при аналогичных параметрах излучения (диапазон частот 41,75-42,15 ГГц, ППЭ 150 мкВт/см²) резонансного эффекта обнаружено не было. Величина эффекта в дальней зоне фактически не зависела от частоты излучения и в среднем составляла около 12% [9, 50]. Однако ингибирование активности нейтрофилов в дальней зоне излучения также имело S-образную зависимость от ППЭ, начиная с ППЭ 3 мкВт/см², эффект слабо менялся с увеличением ППЭ излучения, а половина величины эффекта достигалась при ППЭ около 0,5 мкВт/см². Мы полагаем, что различия в частотных зависимостях биологического эффекта в ближней и дальней зонах излучения обусловлены принципиальными различиями в структуре электромагнитного поля в ближней и дальней зонах. Неоднородная структура поля и стоячие волны ближней зоны могут оказывать на объект дополнительное возмущающее действие, выводящее систему из состояния равновесия. В таких условиях специфический резонансный отклик высокочувствительных к определенным несущим частотам биохимических систем может проявляться более ярко.

Тезис о том, что непрерывное ЭМИ КВЧ более эффективно воздействует на биологическую систему, выведенную из состояния равновесия, рассматривается в работах [3, 28]. Исследования выполнены авторами этих работ на нескольких клеточных моделях, а именно изучалось действие непрерывного низкоинтенсивного (100 мкВт/см²) ЭМИ КВЧ на хемилюминесцентные ответы интактных и активированных (предварительно обработанных кальциевым ионофором А23187) перитонеальных нейтрофилов мыши. При облучении интактных нейтрофилов и последующей их активации форболовым эфиром ФМА или кальциевым ионофором А23187 хемилюминесцентные ответы облученных клеток не отличались от ответов необлученных нейтрофилов. При действии ЭМИ КВЧ на синергическую реакцию кальциевого ионофора А23187, повышающего внутриклеточную концентрацию Са²⁺ [42], и форболового эфира (ФМА), активирующего протеинкиназу С, минуя рецепторный путь [63], в нейтрофилах был обнаружен эффект ингибирования респираторного взрыва [28, 65]. Показано, что ингибирование реакции синергизма на 25-30% под действием непрерывного излучения с частотой 41,95 ГГц наблюдалось только при концентрациях ионофора выше 5 мкМ. В работе [11] было показано, что эффект непрерывного ЭМИ КВЧ на синергическую реакцию А23187 и ФМА в нейтрофилах имел выраженный резонансный характер в диапазоне частот 41,75-42,15 ГГц, максимальное ингибирование составляло около 25% при частоте 41,95 ГГц (полуширина линии - около 100 МГц, эквивалентный фактор добротности - около 400). Ингибирование синергической реакции при фиксированной несущей частоте излучения 41,95 ГГц имело S-об-разную зависимость от ППЭ. Половина величины эффекта достигалась при ППЭ около 1 мкВт/см². В диапазоне ППЭ от 5 до 100 мкВт/см² величина эффекта менялась слабо и в среднем составляла около 22%.

В рассмотренной серии работ [3, 4, 9, 11, 28] авторы предполагали, что низкоинтенсивное ЭМИ КВЧ действует на кальций-зависимые системы внутриклеточной сигнализации, способно изменять концентрацию внутриклеточного кальция или менять сродство белков к ионам кальция. Очевидно, что требуются дальнейшие целенаправленные исследования по выяснению основных мишеней ЭМИ КВЧ в клетке. Основные направления, в которых ведутся исследования действия ЭМИ на клеточном уровне, предусматривают поиск информативных параметров, характеризующих состояние клетки при облучении, создание оптимальных условий эксперимента для повышения воспроизводимости результатов, совершенствование математических методов анализа для обработки экспериментальных данных.

Литература

1. Алексеев С.И., Большаков М.А., Филиппова Т.М. О механизмах действия ЭМИ дециметрового диапазона на нервную клетку // Тез. докл. симпозиума "Механизмы биологического действия электромагнитных излучений". Пущино, ОНТИ НЦБИ, 1987.- С.35-36.

2. Алексеев С.И., Зискин М.С. Миллиметровые волны и нейрональные мембраны: эффекты и механизмы // 11 Российский симпозиум с международным участием "Миллиметровые волны в медицине и биологии": Сб. докл.- М.: ИРЭ РАН, 1997.- С.136-139.

3. Аловская А.А., Габдулхакова А.Г., Гапеев А.Б., Дедкова Е.Н., Сафронова В.Г., Фесенко Е.Е., Чемерис Н.К. Биологический эффект ЭМИ КВЧ определяется функциональным статусом клеток // Вестник новых медицинских технологий.- 1998.- Т. V, N 2.- С.11-15.

4. Аловская А.А., Гапеев А.Б., Сафронова В.Г., Фесенко Е.Е., Чемерис Н.К., Якушина В.С. Резонансное ингибирование активности перитонеальных нейтрофилов мыши при действии низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ в ближней и дальней зонах антенны // Вестник новых медицинских технологий.- 1997.- Т. IV, N 3.- С.38-45.

5. Андреева А.П., Дмитриева М.Г., Ильина С.А. Влияние СВЧ-излучения малой мощности на гемоглобин // Электронная техника. Серия Электроника СВЧ.- 1971.- Вып.11.- С.121-123.

6. Афромеев В.И., Субботина Т.И., Яшин А.А. Современные медицинские технологии, использующие высокочастотные поля, в аспекте новых концепций клеточных и субклеточных взаимодействий // Автоматизация и современные технологии.- 1998.- N 4.- С.24-28.

7. Брюхова А.К., Буяк Л.И., Зиновьева Н.А., Исаева В.С., Ландау Н.С., Раттель Н.Н. Некоторые особенности действия электромагнитных излучений миллиметрового диапазона на микроорганизмы // В сб. статей "Медико-биологические аспекты миллиметрового излучения" / Под ред. Н.Д.Девяткова.- М.: ИРЭ АН СССР, 1987.- С.98-103.

8. Воробьев В.В., Гапеев А.Б., Нейман С.А., Пискунова Г.М., Храмов Р.Н., Чемерис Н.К. Частотный состав ЭЭГ симметричных областей коры и гиппокампа кроликов при воздействии ЭМИ КВЧ на зону акупунктуры // Вестник новых медицинских технологий. - 1999.- Т. VI, N 1.- С.23-27.

9. Гапеев А.Б., Сафронова В.Г., Чемерис Н.К., Фесенко Е.Е. Модификация активности перитонеальных нейтрофилов мыши при воздействии миллиметровых волн в ближней и дальней зонах излучателя // Биофизика.- 1996.- Т. 41, Вып. 1.-С.205-219.

10. Гапеев А.Б., Чемерис Н.К. Действие непрерывного и модулированного ЭМИ КВЧ на клетки животных. Обзор. Часть I. Особенности и основные гипотезы о механизмах биологического действия ЭМИ КВЧ // Вестник новых медицинских технологий.- 1999.- Т. VI, N 1.- С.15-22.

11. Гапеев А.Б., Якушина В.С., Чемерис Н.К., Фесенко Е.Е. Модулированное ЭМИ КВЧ низкой интенсивности активирует или ингибирует респираторный взрыв нейтрофилов в зависимости от частоты модуляции // Биофизика.- 1997.- Т. 42, Вып. 5.- С.1125-1134.

12. Девятков Н.Д., Бецкий О.В., Гельвич Э.А., Голант М.Б., Махов А.М., Реброва Т.Б., Севастьянова Л.А., Смолянская.А.З. Воздействие электромагнитных колебаний миллиметрового диапазона длин волн на биологические системы // Радиобиология. -1981.- Т. 21, Вып. 2.- С.163-171.

13. Девятков Н.Д., Бецкий О.В., Ильина С.А., Путвинский А.В. Влияние миллиметрового излучения низкой интенсивности на ионную проницаемость мембран эритроцитов // В сб. статей "Эффекты нетеплового воздействия миллиметрового излучения на биологические объекты" / Под ред. Н.Д.Девяткова.- М.: ИРЭ АН СССР, 1983.- С.78-96.

14. Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности.- М.: Радио и связь, 1991.- 168 с.

15. Денисенкова И.В., Красников Г.В., Пискунова Г.М., Гапеев А.Б., Чемерис Н.К. Влияние ЭМИ КВЧ на процесс восстановления потенциала действия седалищного нерва лягушки //  Тез. докл. Второй международной конференции "Электромаг-нитные поля и здоровье человека".- Москва, 20-24 сентября 1999.- С.124-125, 334.

16. Дерягин Б.В., Голованов М.В. Об электромагнитной природе сил отталкивания, формирующих ореолы вокруг клеток // Коллоидный журнал.- 1986.- Т. 28, N 2.- С.246-250.

17. Диденко Н.П., Зеленцов В.И., Ча В.А. О конформационных изменениях биомолекул при взаимодействии с электромагнитным излучением // В сб. статей "Эффекты нетеплового воздействия миллиметрового излучения на биологические объекты" / Под ред. Н.Д.Девяткова.- М.: ИРЭ АН СССР, 1983.- С.63-77.

18. Егоров Н.С., Голант М.Б., Ландау Н.С. // Тез. докл. IV Всесоюз. семинара "Изучение механизмов нетеплового воздействия миллиметрового излучения на биологические объекты и биологически активные соединения".- ИРЭ АН СССР, 1981.- С.13.

19. Ильина С.А. Влияние миллиметрового излучения низкой интенсивности на свойства мембран изолированных эритроцитов и гемоглобина крови человека // В сб. статей "Медико-биологические аспекты миллиметрового излучения" / Под ред. Н.Д.Девяткова.- М.: ИРЭ АН СССР, 1987.- С.149-169.

20. Казаринов К.Д. Биологические эффекты КВЧ-излучения низкой интенсивности // Итоги науки и техники. Серия Биофизика.- М., 1990.- Т. 27.- С.1-104.

21. Казаринов К.Д., Шаров В.С., Путвинский А.В., Бецкий О.В. Влияние непрерывного миллиметрового излучения низкой интенсивности на транспорт ионов Na⁺ в коже лягушки // Биофизика.- 1984. - Т. 29, Вып. 3.- С. 480-482.

22. Катаев А.А., Александров А.А., Тихонова Л.И., Берестовский Г.Н. Частотозависимое влияние миллиметровых электромагнитных волн на ионные токи водоросли Nitellopsis. Нетепловые эффекты // Биофизика.- 1993.- Т. 38, Вып. 3.- С. 446-462.

23. Коломыцева М.П., Гапеев А.Б., Садовников В.Б., Чемерис Н.К. Иммуномодулирующее действие ЭМИ КВЧ in vivo в норме и при воспалительном процессе // Тез. докл. Второй международной конференции "Электромагнитные поля и здоровье человека".- Москва, 20-24 сентября 1999.- С. 126, 334-335.

24. Комов В.П. Ферменты в экспериментальной и клинической онкологии и радиобиологии // Труды Ленинградского химико-фармацевтического института.- 1967.- Вып. 20, ч. 1.- С. 91-98.

25. Левина М.З., Веселаго И.А., Белая Т.И., Гапочка Л.Д., Мантрова Г.М., Яковлева М.Н. Влияние СВЧ-облучения низкой интенсивности на рост и развитие культуры простейших // В сб. статей "Миллиметровые волны в медицине и биологии" / Под ред. Н.Д.Девяткова.- М.: ИРЭ АН СССР, 1989.- С. 189-195.

26. Мирутенко В.И., Богач П.Г. Изменение мембранного потенциала нервных клеток изолированных ганглиев моллюсков Planorbis corneus под влиянием СВЧ электромагнитного поля // Физиологический журнал АН УССР.- 1975.- Т. 21, N 4.- С. 528-531.

27. Мудрик Д.Г., Голант М.Б., Извольская В.Е., Слуцкий Е.М., Оганезова Р.А. Исследование хемилюминесценции лейкоцитов крови человека после воздействия низкоинтенсивного электромагнитного поля крайне высокой частоты // 10 Российский симпозиум с международным участием "Миллиметровые волны в медицине и биологии" / Сб. докл.- М.: ИРЭ РАН, 1995.- С. 109-111.

28. Сафронова В.Г., Гапеев А.Б., Аловская А.А., Габдулхакова А.Г., Чемерис Н.К., Фесенко Е.Е. Миллиметровые волны ингибируют синергический эффект кальциевого ионофора А23187 и форболового эфира в активации респираторного взрыва нейтрофилов // Биофизика.- 1997.- Т. 42, Вып. 6.- С. 1267-1273.

29. Смолянская А.З., Гельвич Э.А., Голант М.Б., Махов А.М. Резонансные явления при действии электромагнитных волн миллиметрового диапазона на биологические объекты // Успехи совр. биологии.- 1979.- Т. 87, N 3.- С. 381-392.

30. Филиппова Т.М., Алексеев С.И. Влияние электромагнитного излучения радиочастотного диапазона на хеморецепторные структуры // Биофизика.- 1995.- Т. 40, Вып. 3.- С. 624-638.

31. Хадарцев А.А. Биофизикохимические процессы в управлении биологическими системами // Вестник новых медицинских технологий.- 1999.- Т. VI, N 2.- С. 34-37.

32. Хоменко А.Г., Новикова Л.Н., Каминская Г.О., Ефимова Л.Н., Голант М.Б., Балакирева Л.З., Гедымин Л.Е. Оценка функционального статуса фагоцитов крови при выборе оптимального режима КВЧ-терапии у больных туберкулезом легких // 10 Российский симпозиум с международным участием "Миллиметровые волны в медицине и биологии" / Сб. докл.- М.: ИРЭ РАН, 1995.- С. 13-15.

33. Adey W.R. Tissue interactions with nonionizing electromagnetic fields // Physiol. Rev.- 1981.- Vol. 61, ¹.2.- P. 435-514.

34. Alekseev S.I., Ziskin M.C. Millimeter microwave effect on ion transport across lipid bilayer membranes // Bioelectromagnetics.- 1995.- Vol. 16.- P. 124-131.

35. Alekseev S.I., Ziskin M.C., Kochetkova N.V., Bolshakov M.A. Millimeter waves thermally alter the firing rate of the Lymnaea pacemaker neurone // Bioelectromagnetics.- 1997.- Vol. 18.- P. 89-98.

36. Arber S.L., Lin J.C. Microwave - induced changes in nerve cells: effects of temperature and modulation // Bioelectromagnetics.- 1985.- Vol. 6.- P. 257-270.

37. Belyaev I.Ya., Alipov Ye.D., Polunin V.A., Shcheglov V.S. Evidence for dependence of resonant frequency of millimeter wave interaction with Escherichia coli K12 cells on haploid genome length // Electro- and Magnetobiology.- 1993.- Vol. 12, ¹ 1.- P. 39-49.

38. Belyaev I.Ya., Alipov Ye.D., Shcheglov V.S. Chromosome DNA as a target of resonant interaction between Escherichia coli cells and low-intensity millimeter waves // Electro- and Magnetobiology.- 1992.- Vol. 11, ¹ 2.- P. 97-108.

39. Belyaev I.Ya., Alipov Ye.D., Shcheglov V.S., Polunin V.A., Aizenberg O.A. Cooperative response of Escherichia coli cells to the resonance effect of millimeter waves at super low intensity // Electro- and Magnetobiology.- 1994.- Vol. 13, ¹ 1.- P. 53-66.

40. Belyaev I.Ya., Kravchenko V.G. Resonance effect of low-intensity millimeter waves on the chromatin conformational state of rat thymocytes // Z. Naturforsch..- 1994.- Vol. 49c.- P. 352-358.

41. Belyaev I.Ya., Shcheglov V.S., Alipov Ye.D. Existence of selection rules on helicity during discrete transitions of the genome conformational state of E.coli cells exposed to low-level millimetre radiation // Bioelectrochem. Bioenergetics.- 1992.- Vol. 27.- P. 405-411.

42. Campbell A.K., Hallet M.B. Measurement of intracellular calcium ions and oxygen radicals in polymorphonuclear leukocyte-erythro-cyte "ghost" hybrids // J. Physiol.- 1983.- Vol. 338.- P. 537-550.

43. Cleary S.F., Garber F., Liu L.M. Effects of X-band microwave exposure on rabbit erythrocytes // Bioelectromagnetics.- 1982.- Vol. 3.- P. 453-466.

44. Fesenko E.E., Geletyuk V.I., Kazachenko V.N., Chemeris N.K. Preliminary microwave irradiation of water solutions changes their channel-modifying activity // FEBS Lett.- 1995.-Vol. 366.- P. 49-52.

45. Frohlich H. Long-range coherence and energy storage in biological systems // Int. J. Quantum Chem.- 1968.- Vol. 11.- P. 641-649.

46. Frohlich H. Collective behaviour of non-linearly couple oscillating fields. With applications to biological systems // Collective Phenomena.- 1973.- Vol. 1.- P. 101-109.

47. Furia L., Hill D.W., Gandhi O.P. Effect of millimeter-wave irradiation on growth of Saccharamyces cerevisiae // IEEE Trans. Biomed. Eng.- 1986.- Vol. BME-33.- ¹ 11.- P. 993-999.

48. Gandhi O.P. Some basic properties of biological tissues for potential biomedical applications of millimeter waves // J. Microwave Power.- 1983.- Vol. 18, ¹ 3.- P.295-304.

49. Gapeyev A.B., Safronova V.G., Chemeris N.K., Fesenko E.E. Different effect of millimetre wave radiation on the mouse neutrophils in near field and far field zones of radiator // Abstract Book of the III International Congress of EBEA, Nancy, France, 29 February - 3 March, 1996.

50. Gapeyev A.B., Safronova V.G., Chemeris N.K., Fesenko E.E. Inhibition of the production of reactive oxygen species in mouse peritoneal neutrophils by millimeter wave radiation in the near and far field zones of the radiator // Bioelectrochem. Bioenergetics.- 1997.- Vol.43, ¹.2.- P. 217-220.

51. Geletyuk V.I., Kazachenko V.N., Chemeris N.K., Fesenko E.E. Dual effect of microwaves on single Ca²⁺-activated K⁺ channels in cultured kidney cells Vero // FEBS Lett.- 1995.- Vol.359.- P. 85-88.

52. Gos P., Eicher B., Kohli J., Heyer W.-D. Extremely high frequency electromagnetic fields at low power density do not affect the division of exponential phase Saccharomyces cerevisiae cells // Bioelectromagnetics.- 1997.- Vol. 18.- P. 142-155.

53. Grundler W. Frequency-dependent biological effects of low intensity microwaves // In: Chiabrera A., Nicolini C., Schwan H.P. (eds.) Interactions between electromagnetic fields and cells.- Plenum Publishing Corporation, 1985.- P. 459-481.

54. Grundler W., Jentzsch U., Keilmann F., Putterlik V. Resonant cellular effects of low intensity microwaves // In: Frohlich H. (ed.) Biological coherence and response to external stimuli.- Springer, Berlin Heidelberg New York, 1988.- P. 65-85.

55. Grundler W., Kaiser F. Experimental evidence for coherent excitations correlated with cell growth // Nanobiology.- 1992.- Vol. 1.- P. 163-176.

56. Grundler W., Kaiser F., Keilmann F., Walleczek J. Mechanisms of electromagnetic interaction with cellular systems // Naturwissenschaften.- 1992.- Vol. 79.- P. 551-559.

57. Grundler W., Keilmann F. Nonthermal effects of millimeter microwaves on yeast growth // Z. Naturforsch.- 1978.- Vol. 33c.- P. 15-21.

58. Grundler W., Keilmann F. Sharp resonance in yeast growth prove nonthermal sensitivity in microwaves // Phys. Rev. Lett.- 1983.- Vol. 51, ¹ 13.- P. 1214-1216.

59. Grundler W., Keilmann F. Resonant microwave effect on locally fixed yeast microcolonies // Z. Naturforsch.- 1989.- Vol. 44.- P. 863-866.

60. Grundler W., Keilmann F., Frohlich H. Resonant growth rate response of yeast cells irradiated by weak microwaves // Physiol. Lett.- 1977.- Vol. 62A.- P. 463-466.

61. Grundler W., Keilmann F., Putterlik V., Santo L., Strube D., Zimmermann I. Nonthermal resonant effects of 42 GHz microwaves on the growth of yeast cultures // In: Frohlich H., Kremer F. (eds.) Coherent excitations in biological systems.- Springer, Berlin Heidelberg New York, 1983.-21-37.

62. Lednyiczky G., Osadcha O., Buzasi T. Statistical analysis of the endogenous electromagnetic field effects on the respiratory burst // In Abstr. Book of the Third International Congress of the EBEA, Nancy, France, February 29 - March 3, 1996.

63. Nishizuka Y. Intracellular signalling by hydrolysis of phospholipids and activation of protein kinase C // Sciencе.- 1992.- Vol. 258.- P. 607-614.

64. Pakhomov A.G., Prol H.K., Mathur S.P., Akyel Y., Campbell C.B.G. Search for frequency-specific effects of millimeter-wave radiation on isolated nerve function // Bioelectromagnetics.- 1997.- Vol. 18.- P. 324-334.

65. Safronova V.G., Gapeyev A.B., Alovskaya A.A., Zinchenko V.P., Chemeris N.K. Inhibition of synergistic influence of calcium ionophore and phorbol ester in the mouse neutrophils by millimetre waves // In: Abstr. Book of the III International Congress of EBEA, Nancy, France, February 29 - March 3, 1996.

66. Sheridan J.P., Priest R., Schoen P., Schnur J.M. // In: Taylor L-S., Cheung A.Y. (eds.) The physical basis of electromagnetic interactions with biological systems.- Univ. Maryland, 1978.- P. 145-148.

67. Walleczek J. Electromagnetic field effects on the cells of the immune system: the role of calcium signaling // FASEB J.- 1992.- Vol. 6.- P. 3177-3185.

68. Webb S.J., Booth A.D. Absorption of microwaves by microorganisms // Nature.- 1969.- Vol. 22.- P. 1199-1200.

69. Webb S.J., Dodds D.D. Inhibition of bacterial cell growth by 136 gc microwaves // Nature.- 1968.- Vol. 218.- P. 374-375.

EFFECTS OF CONTINUOUS AND MODULATED EXTREMELY HIGH FREQUENCY ELECTROMAGNETIC RADIATION ON ANIMAL CELLS. REVIEW. PART III. BIOLOGICAL EFFECTS OF CONTINUOUS EHF EMR

A. B. GAPEYEV, N. K. CHEMERIS

Summary

The present review is devoted to the analysis of being available experimental and theoretical data on effects of extremely-high-frequencies electromagnetic radiation on animal cells. In the third part of the review, the results on research of biological effects of continuous electromagnetic radiation at subcellular and cellular levels of biological object organisation have been analysed.

Гапеев Андрей Брониславович, 1968 года рождения. Окончил в 1992 году физический факультет Казанского государственного университета им. В.И.Ульянова-Ле-нина по специальности радиофизика и электроника. С 1994 года работает младшим научным сотрудником в Институте биофизики клетки РАН. В 1997 году защитил диссертацию кандидата физико-математических наук. Автор 20 опубликованных научных работ. Область научных интересов: электромагнитобиология, внутриклеточная сигнализация.

Чемерис Николай Константинович родился в 1942 году в г.Ульяновске. Окончил Московский государственный университет по специальности "Биофизи-ка", работает в Институте биофизики клетки РАН, профессор Тульского государственного педагогического университета им. Л.Н.Толстого и Пущинского государственного университета, доктор биологических наук, лауреат Государственной премии. Им опубликовано более 80 научных работ. Основные научные интересы связаны с электромагнитобиологией и внутриклеточной сигнализацией.

---

# Обзор написан при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект ¦99-04-48169).

* 142292, г. Пущино Московской обл., Институт биофизики клетки РАН; тел.: (095) 923-74-67 доб.230; факс: (0967) 79-05-09;

E-mail: gapeyev@icb.psn.ru; chemeris@icb.psn.ru