Развитие и тяжесть течения заболеваний сердечно-сосудистой системы в значительной степени определяют нарушения микрогемодинамики, в том числе периферической перфузии тканей кровью [5]. Изменения регионарного, в частности, коронарного, мозгового, почечного кровотоков и системной гемодинамики, в том числе недостаточность кровообращения, связаны, прежде всего, с нарушениями микроциркуляции [9]. Экспериментальные исследования показали существенную взаимосвязь изменений механизмов регуляции в периферических сосудах (сосудах кожи) с течением инфаркта миокарда. При этом в большей степени изменяются активные механизмы регуляции кровотока в микроциркуляторном русле [6].

Электромагнитные волны крайне высокочастотного и терагерцового диапазонов являются одним из методов немедикаментозной физиологической регуляции [2]. Изучение биологических эффектов ТГЧ-излучения представляет значительный интерес как для теоретической, так и для практической медицины. Учитывая, что клетки живого организма излучают широкий спектр ТГЧ-колебаний [1], исследование воздействия на живые объекты ТГЧ-волн, имитирующих молекулярные спектры излучения и поглощения биологически активных веществ, также могло бы расширить современные представления о механизмах клеточной и межклеточной регуляции функций организма. Совершенно закономерно, что наибольший интерес вызывает электромагнитное излучение на частотах молекулярного спектра оксида азота, который является не только универсальным регулятором физиологических и метаболических процессов в отдельной клетке и в организме в целом, но и осуществляет межклеточные взаимодействия, функционируя как сигнальная молекула практически во всех органах и тканях человека и животных [4, 8].

В связи с этим целью настоящего исследования являлось изучение влияния облучения электромагнитными волнами на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150,176-150,664 ГГц на периферическую перфузию у белых крыс, находящихся в состоянии острого иммобилизационного стресса.

Материалы и методы исследования

Исследования проведены на 45 белых беспородных крысах-самцах массой 180-220 г. Все животные находились в одинаковых условиях. Эксперименты на животных проводились в соответствии с требованиями Хельсинкской декларации о гуманном отношении к животным (2006 г.).

В качестве модели острого стресса нами использовалась жесткая фиксация на спине в течение 3-х часов.

Исследование проведено на 3-х группах животных по 15 особей в каждой: 1-я группа - контрольная, включала интактных животных; 2-я группа - сравнительная, содержала крыс-самцов, находящихся в состоянии острого иммобилизационного стресса; 3-я группа - опытная, включала животных, находящихся в состоянии острого иммобилизационного стресса, подвергнутых ТГЧ-облучению в течение 30 минут.

Облучение животных ТГЧ-волнами на частотах МСИП оксида азота 150,176-150,664 ГГц проводилось генератором «КВЧ-NO», разработанным в Медико-технической ассоциации КВЧ (г. Москва) совместно с ОАО ЦНИИИА (г. Саратов) [22]. Облучалась поверхность кожи площадью 3 см2 над областью мечевидного отростка грудины. Облучатель располагался на расстоянии 1,5 см над поверхностью тела животного. Мощность излучения генератора равнялась 0,7 мВт, а плотность мощности, падающей на участок кожи размером 3 см2, составляла 0,2 мВт/см2. Доза облучения определялась плотностью мощности, падающей на кожу, и суммарным временем облучения. Однократное облучение животных в состоянии острого стресса проводилось в течение 30 минут.

Лазерную допплеровскую флоуметрию (ЛДФ) проводили при помощи лазерного анализатора кровотока «ЛАКК-02» во втором исполнении (производство НПП «Лазма», Россия) с использованием программы LDF 2.20.0.507WL. Всем животным с целью обездвиживания за 5 минут до проведения исследования вводилась внутримышечно комбинация золетила («Virbac Sante Animale», Франция) в дозе 0,05 мл/кг и ксилазина («Interchemie», Нидерланды) в дозе 1 мг/кг. Датчик лазерного анализатора кровотока укрепляли на тыльной поверхности стопы правой лапки атравматическим пластырем. Длительность стандартной записи составляла 7 минут.

На первом этапе анализа ЛДФ-грамм проводили оценку показателя постоянной составляющей средней перфузии микроциркуляторного русла кожи М (перф.ед) за указанный промежуток времени - 7 минут, определялись среднее квадратичное отклонение (флакс, σ, перф. ед ) перфузии относительно среднего значения М и коэффициент вариации (Кв) - процентное соотношение флакса и средней перфузии (М).

На втором этапе проводился амплитудно-частотный анализ ЛДФ-граммы на основе использования математического аппарата Фурье-преобразования, реализованного в программном обеспечении LDF 2.20.0.507WL. Анализировались следующие характеристики амплитудно-частотного спектра: максимальная амплитуда волн очень низкой частоты (эндотелиальные колебания, перф. ед.), максимальная амплитуда волн низкой частоты (вазомоторные колебания перф. ед.), максимальная амплитуда дыхательных волн (дыхательные колебания, перф. ед.) и максимальная амплитуда пульсовых или кардиальных колебаний (перф. ед.).

Статистическая обработка полученных данных осуществлялась при помощи программы Statistica 6.0. Проверялись гипотезы о виде распределений (критерий Шапиро-Уилкса). Большинство полученных данных не соответствует закону нормального распределения, поэтому для сравнения значений использовался U-критерий Манна-Уитни.

Результаты

В результате проведенных исследований обнаружено, что у крыс-самцов, подвергнутых 3-часовой иммобилизации, происходит статистически достоверное по сравнению с группой контроля снижение показателя перфузии (М), что свидетельствует об уменьшении кровотока в микроциркуляторном русле (табл. 1).

При этом происходило также статистически достоверное снижение флакса и коэффициента вариации (табл. 1), что отражает уменьшение модуляции микроциркуляторного кровотока и угнетение активных механизмов регуляции микрокровотока (эндотелиальной секреции и вазомоторного механизма регуляции микроциркуляции).

Таблица 1

Изменение показателей базального кровотока у животных при остром
иммобилизационном стрессе и под влиянием ТГЧ-облучения на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150,176-150,664 Ггц

Примечания: в каждом случае приведены средняя величина (медиана - Ме), нижний и верхний квартили (25 %;75 %).

Z₁, p₁ - по сравнению с группой контроля;

Z₂, p₂ - по сравнению с группой животных в состоянии острого стресса.

Результаты амплитудно-частотного анализа ЛДФ-грамм свидетельствуют, что у крыс-самцов в состоянии острого иммобилизационного стресса происходит статистически достоверное уменьшение амплитуды эндотелиальных колебаний (табл. 2), что характеризует прежде всего снижение базальной продукции оксида азота эндотелием.

Таблица 2

Амплитудно-частотные характеристики осцилляций кровотока в микроциркуляторном русле кожи крыс-самцов, находящихся в состоянии острого иммобилизационного стресса и подвергнутых ТГЧ-облучению на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150,176 - 150,664 Ггц

Примечания: в каждом случае приведены средняя величина (медиана - Ме), нижний и верхний квартили (25 %;75 %).

Z₁, p₁ - по сравнению с группой контроля;

Z₂, p₂ - по сравнению с группой животных в состоянии острого стресса.

Также у этих животных отмечается статистически достоверное уменьшение вазомоторных колебаний (см. табл. 2), что указывает на рост периферического сопротивления. При этом не обнаружено статистически достоверного изменения амплитуды дыхательных колебаний у крыс-самцов в состоянии острого иммобилизационного стресса, однако, отмечено статистически достоверное снижение амплитуды пульсовых (сердечных, кардиальных) колебаний (см. табл. 2). Это свидетельствует об уменьшении притока артериальной крови в сосуды микроциркуляции.

Результаты исследований показывают, что у крыс-самцов, находящихся в состоянии острого стресса и подвергнутых облучению терагерцовыми волнами (ТГЧ-облучение) на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150,176-150,664 Ггц, происходит восстановление перфузионного показателя (М), при этом он статистически достоверно не отличается от уровня группы контроля (см. табл. 1). У животных данной группы отмечается статистически достоверное по сравнению с группой животных, находящихся в состоянии острого стресса и не подвергнутых ТГЧ-облучению, увеличение флакса и коэффициента вариации (см. табл. 1). При этом следует отметить, что имеется тенденция к увеличению значений флакса и особенно коэффициента вариации у животных данной группы по сравнению с группой контроля, что свидетельствует о более интенсивной модуляции микрокровотока и механизмов его регуляции.

Данные амплитудно-частотного анализа ЛДФ-грамм показывают, что после ТГЧ-облучения крыс-самцов в состоянии острого иммобилизационного стресса происходит статистически достоверное увеличение амплитуд эндотелиальных и вазомоторных колебаний по сравнению с группой животных в состоянии острого иммобилизационного стресса, не подвергавшихся ТГЧ-воздействию (см. табл. 2). Это отражает увеличение вазодилатирующей активности эндотелия (активацию базальной продукции оксида азота) и снижение периферического сопротивления. Также происходит увеличение амплитуды пульсовых (кардиальных) колебаний (см. табл. 2), что свидетельствует об увеличении притока артериальной крови в микроциркуляторное русло. Все показатели амплитудно-частотного анализа ЛДФ-грамм животных данной группы статистически достоверно не отличаются от данных группы контроля (см. табл. 2).

Обсуждение результатов

Вследствие избыточного поступления катехоламинов и глюкокортикостероидов в кровь у крыс-самцов в состоянии острого иммобилизационного стресса происходит нарушение периферической перфузии, что проявляется в снижении среднего показателя перфузии, угнетении активных механизмов регуляции микрокровотока, уменьшением базальной и индуцированной вазодилатирующей активности эндотелия микрососудов (снижение базального и индуцированного выделения оксида азота), в росте периферического сопротивления, в появлении спазма приносящих сосудов, уменьшении числа функционирующих капилляров и обеднении микроциркуляторного русла, то есть имеются явления ишемии периферических тканей [3, 6, 7].

Заключение

Таким образом, установлено, что под влиянием облучения электромагнитными волнами терагерцового диапазона на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота 150,176 - 150,664 ГГц
у крыс-самцов в состоянии острого иммобилизационного стресса происходит восстановление нарушеной периферической перфузии, что проявляется в повышении среднего показателя перфузии, активации механизмов регуляции микрокровотока, нормализации сниженной базальной вазодилатирующей активности эндотелия микрососудов (базального выделения оксида азота), уменьшении периферического сопротивления и повышении притока артериальной крови в микроциркуляторное русло.

Список литературы

1. Молекулярные HITRAN-спектры газов метаболитов в терагерцовом и ИК диапазонах частот и их применение в биомедицинских технологиях / О.В. Бецкий, А.П. Креницкий, А.В. Майбородин и др. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2007. - №7. - С. 5-9.
2. Использование электромагнитных волн миллиметрового диапазона в комплексном лечении заболеваний сердечно-сосудистой системы /Т.В. Головачёва, В.Ф. Киричук, С.С. Паршина и др. - Саратов: Изд-во СарГМУ, 2006. - 159 с.
3. Крупаткин А.И., Сидоров В.В. Лазерная допплеровская флоуметрия микроциркуляции крови. - М.: Медицина, 2005. - 254 с.
4. Марков Х.М. Оксид азота и сердечно-сосудистая система // Успехи физиологических наук. - 2001. - Т. 32, № 3. - С. 49-65.
5. Оганов Р.Г. Профилактика сердечно-сосудистых заболеваний: Возможности практического здравоохранения // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. - 2002. - №1. - С. 5-9.
6. Халепо О.В., Молотков О.В., Ешкина С.Л. Особенности периферического кровообращения в кожных покровах и состояние механизмов регуляции в динамике развития первичного трансмурального инфаркта миокарда // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. - 2009. - №4. - С. 11-15.
7. Чуян Е.Н., Раваева М.Ю., Трибрат Н.С. Низкоинтенсивное электромагнитное излучение миллиметрового диапазона: влияние на процессы микроциркуляции // Физика живого. - 2008. - Т. 16, №1. - С. 82-90.
8. Bian K., Murad F. Nitric oxide -biogeneration, regulation, and relevance to human diseases // Frontiers in Bioscience. - 2003. - № 8. - Р. 264-278.
9. Stokes K.Y., D.N. Granger The microcirculation: a motor for the systemic inflammatory response and large vessel disease induced by hypercholesterolaemia? // J. Physiol. - 2004. - Vol. 562, № 3. - Р. 647-653.

Рецензенты:

Пучиньян Д.М., д.м.н., профессор, Заместитель директора по науке ФГУ «Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздравсоцразвития РФ, и.о. главного научного сотрудника отдела лабораторной и функциональной диагностики, Саратов;

Анищенко Т.Г., д.б.н., профессор, зав. кафедрой физиологии человека и животных ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Минобрнауки РФ, Саратов.