Skip to Content

Изменение параметров жизнедеятельности биообъектов под воздействием переменных и постоянных магнитных полей низкой интенсивности

ID: 2012-06-7-A-1605
Оригинальная статья (свободная структура)
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Резюме

.

Ключевые слова

магнитные поля низкой интенсивности, биообъекты

Статья

Проблеме биологического действия магнитных полей (МП) посвящено значительное число работ [1-6]. Однако авторы этих работ не обосновывают выбор параметров электромагнитных полей и времени их воздействия, поэтому остается неясным, почему в экспериментах использовались, в частности,  те или иные частоты, амплитуды и время воздействия. В одних работах воздействие проводилось в течение нескольких минут, а в других несколько суток и более, поэтому неизвестно в каком именно случае достигается максимальный эффект.

Кроме того, в большинстве работ не обосновываются и не учитываются многие биотропные параметры поля, что, возможно, и приводит к плохой воспроизводимости и неоднозначности полученных результатов.

Совокупность морфологических изменений, наблюдающихся под действием электромагнитных полей, позволяет считать, что в большинстве случаев регистрируемые нарушения не являются катастрофическими. Нарастая в первые сутки воздействия, они постепенно стабилизируются, затем уменьшаются и возвращаются к норме. Наиболее сильные изменения обнаруживаются в органах и тканях с повышенным уровнем метаболизма, но и в этом случае наблюдается четкая тенденция к нормализации после прекращения действия поля.

Случайные изменения природных магнитных полей, например, магнитные бури, являются помехами регулированию процессов жизнедеятельности в организме, так как естественный магнитный полевой фон Земли (0,06 мТл) представляет собой необходимое, эволюционно сложившееся условие, для нормальной жизнедеятельности биологических систем. Можно предположить, что помехами являются также и искусственные магнитные поля, параметры которых выходят за пределы эволюционно сформировавшихся адаптационных возможностей организмов.

Поскольку электромагнитные поля изменяют состояние большого числа параметров биологических объектов, то необходим выбор такого биологического объекта, у которого изменения физиологических параметров однозначно связано с параметрами внешнего воздействия. Известно применение в качестве биоиндикатора внешних воздействий на водную среду пресноводного рачка – дафнии [7].

В работе [8] было обнаружено влияние переменного магнитного поля на частоту сердцебиений дафнии, находящейся в водной среде, в диапазоне частот от 1 до 16 Гц с амплитудой 25 мТл. Обнаружены характерные частоты переменного магнитного поля, при которых сдвиг частоты сердцебиений дафнии максимален. При этом максимум сдвига частоты сердцебиений наблюдался при частоте внешнего магнитного поля, близкой к частоте ее сердечного ритма в отсутствие внешних воздействий (~6 Гц).

Представляет интерес исследование влияния на частоту сердцебиений дафнии действия переменного и постоянного магнитных полей разной интенсивности.

Влияния магнитного поля низкой интенсивности на частоту сердцебиений дафний

Пресноводные рачки дафнии (Daphnia magna Straus) культивировались в стандартных лабораторных условиях. В экспериментах использовали особей размерами 0.7-1.5 мм. Одиночную дафнию из аквариумной культуры перемещали в камеру, ограничивающую ее движения. Камеру фиксировали на предметном столике микроскопа [8]. Излучение источника света, фокусировалось линзой в область сердца дафнии, помещенной в камеру  на прозрачном столике.

Видеоизображение биений сердца дафнии вводится в компьютер с помощью видеокамеры, платы видео ввода  и анализируется с помощью специально разработанной программы под названием "heartbeating.exe". Для ввода изображения используется плата видеоввода Matrox Marvell G400, поддерживающая полноформатный ввод видеоматериалов со скоростью 30 кадров в секунду, и поставляемое с ней программное обеспечение для захвата видеоизображения в файл формата AVI.

Программная часть системы включает специализированную программу heartbeating.exe [10], функционирующую в среде Windows ХР и осуществляющую анализ введенного изображения. Программа heartbeating.exe позволяет анализировать введенное в компьютер видеоизображение колеблющегося сердца дафнии: осуществляет открытие файла формата AVI.

Алгоритм определения частоты сердцебиений дафнии заключается в следующем: после ввода данных в ЭВМ с источника видеоинформации (видеокамеры) и запуска программы heartbeating.exe, видеоизображение отображается в окне. Программа осуществляет перебор кадров видеоизображения, при этом подсчитывается число полных периодов сердечных сокращений дафнии и вычисляется частота сердцебиений. Полученные результаты выводятся в специальном окне «Результаты измерений».

Для действующего переменного магнитного поля на частотах от 3 до 16 Гц источником поля служил вращающийся диск диаметром 25 см, на котором радиально были прикреплены чередующиеся по полярности постоянные магниты с осью намагничивания, перпендикулярной плоскости диска. Помещенный непосредственно под камеру с дафнией диск с помощью электродвигателя вращался в горизонтальной плоскости с фиксированной скоростью, обеспечивающей наличие в любой точке рабочей камеры переменного поля заданной частоты. Амплитуда магнитного поля Н внутри камеры вблизи ее дна составляла 25 мТл.

Изменение частоты сердцебиений дафний регистрировалось для группы из 40 особей. При проведении исследования каждая дафния подвергалась воздействию магнитного поля в течение 1 часа. Измерение частоты биений сердца дафнии проводилось до и после воздействия магнитного поля.

Была измерена зависимость сдвига частоты сердцебиений дафний от величины индукции переменного магнитного поля частотой 5 Гц (рис.1). Величина индукции изменялась от 0 до 25 мТл. Время действия магнитного поля составляло 1 час.

Рис. 1 Зависимость сдвига частоты сердцебиений дафний от индукции магнитного поля при одночасовом воздействии

Из результатов измерений, приведенных на рисунке 1, видно, что при уменьшении магнитного поля до величины ~0,06 мТл, при том же времени воздействия, изменение частоты сердцебиений дафний становится исчезающе малым. Нами было сделано предположение о том, что при воздействии переменного магнитного поля с индукцией около 0,06 мТл для изменения частоты сердцебиений дафнии требуется значительно большее время воздействия. Это предположение было проверено экспериментально. Время воздействия было увеличено до 6 часов.

Измерение частоты биений сердца дафнии проводилось до и после воздействия магнитного поля. Результаты измерений сдвига (увеличения) частоты сердцебиений в зависимости от частоты магнитного поля приведены на рис. 2. Линией обозначена усредненная по всем точкам зависимость сдвига частоты сердцебиений дафний от индукции магнитного поля.

При проведении измерений для контрольной группы наблюдался разброс в изменении частоты сердцебиений ± 0.1 Гц. Как следует из полученных результатов, наблюдается немонотонная зависимость от величины индукции магнитного поля при одном и том же времени воздействия в изменении (увеличении) частоты сердцебиений в результате воздействия магнитного поля, при этом максимум сдвига частоты наблюдался при амплитуде внешнего магнитного поля равной 0,4 мТл, что примерно в 7 раз превышает среднее значение индукции естественного магнитного поля Земли. Отметим, что для контрольной группы дафний, помещенных в аналогичные условия, но в отсутствии воздействия магнитного поля частота сердцебиений в среднем оставалась неизменной.

Рис. 2. Зависимость сдвига частоты сердцебиений дафний от индукции магнитного поля при шестичасовом воздействии

Влияния низкоинтенсивного магнитного поля на частоту сердцебиений дафний, помещенных в водный раствор фенола

Из результатов, исследований зависимости сдвига частоты сердцебиений дафнии от концентрации фенола при одновременном воздействии переменного магнитного поля частотой 4-5 Гц и амплитудой 25 мТл в течение 1 часа, приведенных в работе [9], следует, что при малых концентрациях фенола действие магнитного поля превалирует над воздействием химического фактора, и только при концентрациях фенола больших 8 мг/л влияние магнитного поля “подавляется” фенолом. С целью продолжения исследований в данном направлении были проведены измерения частоты сердцебиений дафнии при воздействии фенола и переменного магнитного поля частотой 5 Гц и амплитудой 0,4 мТл. Изменение частоты сердцебиений дафний регистрировалось для группы из 40 особей один раз в час. Дафнии предварительно помещались в раствор фенола концентрацией 10 мг/л на пять минут, т.е. подвергались стрессовому воздействию, после чего возвращались в среду обитания. Измерение частоты биений сердца дафнии проводилось до и после воздействия фенола.

Как следует из полученных результатов, наблюдается  изменение частоты сердцебиений в результате воздействия магнитного поля, при этом близкое к максимальному значение сдвига частоты сердцебиений дафний, помещенных предварительно в фенол, наблюдалось на 2 часа раньше, чем у тех дафний, которые находились под влиянием переменного магнитного поля в естественной среде обитания. Отметим, что для группы дафний, помещенных в раствор фенола, в отсутствии воздействия магнитного поля частота сердцебиений приблизительно через 4-5 часов после начала эксперимента возвращалась к исходному значению.

Было исследовано воздействие магнитного поля индукцией 0,4 мТл и частотой 6 Гц на дафний, помещенных в раствор с низким содержанием фенола различной концентрацией. Как следует из результатов, представленных на рис. 8, различие в сдвиге частоты сердцебиений дафний, помещенных в магнитное поле, становится заметным через 2,5 – 3 часа после начала эксперимента. При этом наличие магнитного поля приводило к запаздыванию сдвига частоты сердцебиений дафнии, что свидетельствовало об уменьшении влияния фенола как патогенного фактора на дафнию, помещенную в переменное магнитное поле с заданными характеристиками. Следует отметить, что у дафний, помещенных в магнитное поле, в растворе фенола увеличивалась продолжительность жизни приблизительно на 15-20 минут, что свидетельствует о «восстанавливающем» воздействии магнитного поля.

Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что при воздействии на дафний слабым переменным магнитным полем низкой интенсивности с частотой около 6 Гц для обеспечения существенных сдвигов частоты их сердцебиения необходимо значительное (до нескольких часов) увеличение длительности воздействия. Возможно, это обусловлено механизмами адаптации биологических периодических процессов, достигнутыми в процессе эволюции живых систем, к стрессовому воздействию колебаний магнитного поля Земли.

Показано также, что при наличии в водной среде токсикантов, например, фенола, увеличивается чувствительность дафнии к действию магнитного поля, что выражается в существенном изменении ее сердечного ритма.

Совместное действие постоянного и переменного магнитных полей на частоту сердцебиений дафнии

Представляет интерес также исследование влияния на частоту сердцебиений дафнии совместного действия переменного и постоянного магнитных полей [11].

В эксперименте использовался постоянный магнит с индукцией вблизи его поверхности 1.2 мТл, расположенный ортогонально переменному магнитному полю с индукцией 25 мТл. Время совместного воздействия переменного и постоянного магнитных полей составляло 1 час.

Изменение частоты сердцебиений дафний регистрировалось для группы из 40 особей. При проведении исследования каждая дафния подвергалась совместному воздействию переменного и постоянного магнитных полей в течение 1 часа. Измерение частоты биений сердца дафнии проводилось до и после воздействия магнитного поля. Результаты измерений сдвига (увеличения) частоты сердцебиений в зависимости от частоты переменного магнитного поля приведены для разных значений индукции постоянного магнитного поля на рис. 9. Линией обозначена усредненная по всем точкам зависимость сдвига частоты сердцебиений дафний от частоты магнитного поля при фиксированном значении индукции постоянного магнитного поля. При проведении измерений для контрольной группы наблюдался разброс в изменении частоты сердцебиений ± 0.1 Гц.

Рис. 3. Зависимость сдвига частоты сердцебиений дафнии от частоты переменного магнитного поля при одновременном воздействии постоянным магнитным полем с различными значениями индукции: кривая 1 – 1.2 мТл. кривая 2 – 0.6 мТл, кривая 3 ­ 0.8 мТл, кривая 4 – в отсутствии постоянного магнитного поля.

Из результатов измерений, приведенных на рисунке 3, видно, что при уменьшении индукции постоянного магнитного поля до величины ~ 0.6 мТл (кривая 3), при сохранении времени воздействия, изменение частоты сердцебиений дафний растет, приближаясь к значениям, полученным при переменном магнитном поле в отсутствие постоянного магнитного поля (кривая 4) [9].

На рисунке 10 приведена зависимость сдвига частоты сердцебиений дафнии от индукции переменного магнитного поля частотой около 6 Гц (близкой к средней частоте сердцебиений дафнии) при фиксированном значении индукции постоянного магнитного поля  ~ 1.2 мТл.

Из анализа результатов измерений следует, что наличие постоянной составляющей магнитного поля приводит к заметному уменьшению сдвига частоты сердцебиений дафнии. При этом с увеличением постоянного магнитного поля частотная зависимость сдвига частоты сердцебиений дафнии становится все менее и менее выраженной. Начиная с некоторого уровня значений индукции переменного магнитного поля, рост сдвига частоты сердцебиений дафнии с ростом амплитуды переменного магнитного поля заметно замедляется.

Литература

  1. Актуальные вопросы магнитобиологии и магнитотерапии: 46. работ республиканской научно-практической конференции / Отв. ред. А. Ф. Муравьев и В. Н. Савельев. Ижевск: «Удмуртия», 1981. 199 с.
  2. Влияние естественных и слабых искусственных магнитных полей на биологические объекты: Материалы Второго Всесоюзного симпозиума / Под ред. М.П. Травкина. Белгород, 1973. Т. 22 (115) (Научн. тр. Белгород. пед. ин-та). 173 с.
  3. Влияние магнитных полей на биологические объекты: Сб. науч. работ / Под ред. Ю. А. Холодова. М.: Наука, 1971. 215 с.
  4. Живые системы в электромагнитных полях: Сб. науч. тр./ Под ред. Г. Ф. Плеханова. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1979. Вып. 2. 180 с.
  5. Магнитное поле в медицине: Материалы к симпозиуму: Влияние искусственных магнитных полей на биологические объекты / Под ред.Ю.А. Холодова и З.М. Абдулиной. Фрунзе, 1974. № 100 (Сб. научн. тр. / Киргизский мед. ин-т). 172 с.
  6. Мочалкин Л. И., Рик Г. Р., Батыгин Н. Ф. К вопросу о влиянии магнитного поля на биологические объекты: Тр. по агрон. физике. М., 1962. Вып. 10. С. 48–50
  7. Усанов Д.А., Шишкин Г.Г., Скрипаль А.В., Панасенко В.И., Усанов А.Д. Дафния как биоиндикатор электромагнитных воздействий на водную среду // Петербургский журнал электроники, 2002. № 4. С. 38-42.
  8. Усанов Д.А., Шишкин Г.Г., Скрипаль А.В., Усанов А.Д. Воздействие переменных магнитных полей низкой интенсивности на частоту сердцебиений дафнии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2003. №3.
  9. Усанов Д.А., Шишкин Г.Г., Скрипаль А.В., Усанов А.Д. Влияние внешнего переменного магнитного поля на частоту сердцебиений пресноводного рачка – дафнию. // Биомедицинская радиоэлектроника. 2001, вып. 8. С.57-61.
  10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ А.с. №2008610124 РФ. Определение частоты сердцебиения дафнии «Daphnia» / Усанов Д.А., Скрипаль Ан.В., Абрамов А.В., Скрипаль А.В., Усанов А.Д. Заявл. 02.11.07.
  11. Усанов А.Д.  Совместное действие постоянного и переменного магнитных полей на частоту сердцебиений дафнии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. – М., 2009.- №2. – C.58-62.
5
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (1 голос)



Оптимальный хостинг для Drupal, Wordpress, Joomla, Битрикс и других CMS, быстрые и надежные сервера, круглосуточная техподдержка Яндекс.Метрика