Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

THE INFLUENCE OF MICROWAVE RESONANCE THERAPY ON STRUCTURAL-FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF ALCOHOLIC’S ERYTHROCYTES

Prokopeva V.D. 1 Patysheva E.V. 1 Bokhan N.A. 1
1 Mental Health Research Institute
In erythrocytes of withdrawal alcoholics the increased content of lipid peroxidation products (LPP) and protein carbonyls as well as increase in the amplitude of the Са2 + -induced hyper-polarization of erythrocytes membrane caused by Са2 + -induced efflux К + over Са2 + -sensitive К + -channel (К + (Са2 +)-channel) were revealed. After the 7-days course of microwave resonance therapy (MWRT) combined with traditional detoxicating therapy the content of LPP and protein carbonyls in the alcoholics’ erythrocytes decreased, the Са2 + -induced hyper-polarization of the erythrocyte membrane normalized. Significant changes of the erythrocytes characteristics were not revealed in the group of patients after the 7 days detoxicating therapy course without MWRT treatment. It was concluded that the millimeter range electromagnetic radiation has apparent positive impact on structural-functional characteristics of erythrocytes membrane of alcoholics undergoing the microwave resonance therapy.
lipids
proteins
К + (Са2 +)-channel of erythrocyte
microwave resonance therapy
alcoholism
1. Betskiy O.V., Lebedeva N.N. Millimetrovye volny v biologii i meditsine, 2001, no.3, pp. 5–18.
2. Ivanova S.A., Boyko A.S., Burdovitsina T.G., Gonchikova I.A., Abolonin A.F., Aslanbekova N.V., Bokhan N.A. Sibirskiy vestnik psikhiatrii i narkologii, 2012, no. 4, pp. 10–14.
3. Koryagin A.S., Yastrebova A.A., Krylov V.N., Kornaukhov A.V. Millimetrovye volny v biologii i meditsine, 2000, no. 2 (18), pp. 8–10.
4. Mandel A.I., Artemev I.A., Vetlugina T.P., Ivanova S.A., Nevidimova T.I., Prokopeva V.D., Abolonin A.F., Shushpanova T.V. Sibirskiy vestnik psikhiatrii i narkologii, 2013, no. 4 (79), pp. 40–48.
5. Mingazov A.Kh., Krivulin E.N., Babin K.A., Shatrova Yu.M., Vinogradov D.B. Sibirskiy vestnik psikhiatrii i narkologii, 2013, no. 3 (78), pp. 9–13.
6. Orlov S.N., Petrova I.V., Pokudin N.I., Baskakov M.B. Biologicheskie membrany, 1992, tom.9, no. 9, pp. 885–903.
7. Patysheva E.V., Prokopeva V.D., Kisel N.I., Bokhan N.A. Sibirskiy vestnik psikhiatrii i narkologii, 2009, no. 1, pp. 33–36.
8. Podolyako V.A., Makarchik A.V., Yankelevich Yu.D. Millimetrovye volny v biologii i meditsine, 2000, no. 4(20), pp. 53–55.
9. Yarygina E.G., Prokopeva V.D., Arzhanik M.B., Molkina L.G., Bokhan N.A. Sibirskiy meditsinskiy zhurnal, 2010, tom 25, no.4, vyp.1, pp. 84–88.
10. Apovo M., Benzard V., Galacteros F., Bachir D., Girand F. The involvement of the Ca2+-dependent K+-channel and of the KCl co-transport in sickle cell dehydration during cyclic deoxygenation // Biochim. Biophys. Acta. 1994. Vol. 1225. рр 255–258.
11. Del Carlo B. Pellegrini M., Pellegrino M. Modulation of Ca2+-activated K+-channels of human erythrocytes by endogenous protein kinase C // Biochim. Biophys. Acta. 2003. Vol. 1612. рр. 107–116.
12. Macey R.I., Adorante J.C., Orme F.W. Erythrocyte membrane potentials determined by hydrogen ion distribution // Biochim. Biophys. Acta. 1978. Vol. 512. рр. 284–295.
13. Prokopieva V.D., N.A.Bohan N.A., Johnson P., Аbe Н., Boldyrev A.A.. Effects of carnosine and related compounds on the stability and morphology of erythrocytes from alcoholics // Alcohol and Alcoholism. 2000. Vol. 35, no. 1. рр. 44–48.
14. Prokopieva V.D., Sitozhevskii A.V., Bokhan N.A., Johnson P. The role of the erythrocyte membrane and cytoskeleton in Ca2+-induced hyper-polarization in alcoholism and diabetes // Biological and Biomedical Reports. 2012. Vol. 2 (3). pp. 149–158.
15. Szabo I., Kappelmayer J., Alekseev S.I., Ziskin M.C. Millimeter wave induced reversible externalization of phosphatidylserine molecules in cells exposed in vitro // Bioelectromagnetics. 2006. Vol. 3. рр. 233–44.

Микроволновая резонансная терапия (МВРТ) применяется для лечения различных заболеваний, в том числе алкогольного абстинентного синдрома [4]. Однако, несмотря на существование разных гипотез о молекулярных механизмах действия электромагнитного излучения (ЭМИ) миллиметрового диапазона (ММ-диапазона) на биологические объекты [1, 3], окончательного представления о механизмах и путях достижения благоприятного терапевтического эффекта МВРТ в настоящее время не существует.

При алкоголизме в организме формируется состояние окислительного стресса, наблюдается окислительная модификация белков (карбонилирование белков) и липидов (перекисное окисление липидов, ПОЛ) [2, 5, 9], изменяются функциональные параметры биологических мембран [7]. Существенно меняется работа ион-транспортирующих систем клеточных мембран, в том числе и проводимость К+ (Са2+)-каналов эритроцитов [14]. Данный вид каналов играет важную роль в обеспечении деформируемости эритроцитов [10], которая необходима для предотвращения преждевременного разрушения клеток при их циркуляции в сосудах. Установлено, что регуляция К+ (Са2+)-каналов эритроцитов осуществляется через внутриклеточные сигнальные системы, связанные со вторичными посредниками, в частности с протеинкиназами А или С [11], определенную роль в регуляции К+ (Са2+)-каналов эритроцитов играет микровязкость липидного бислоя и состояние белков цитоскелета эритроцитов [14].

В процессе традиционной дезинтоксикационной терапии больных алкоголизмом, наряду с клиническими параметрами, улучшаются и метаболические показатели, снижается выраженность окислительного стресса [2, 5, 9]. Мы предположили, что при микроволновой резонансной терапии больных с алкогольной зависимостью, положительные клинические эффекты обеспечиваются, в частности, за счет благоприятного влияния микроволн на компоненты биомембран (белки и липиды), поврежденные в результате развития в организме больного окислительного стресса. Это предположение основано на данных литературы, согласно которым при облучении образцов крови ЭМИ ММ-диапазона in vitro повышается осмотическая устойчивость эритроцитов, снижается интенсивность ПОЛ [3], улучшаются реологические свойства крови и способность эритроцитов к деформации [8]. Методом проточной цитометрии показано, что после воздействия ЭМИ ММ-диапазона на эритроциты, в мембранах этих клеток происходит перераспределение фосфатидилсерина, что свидетельствует о существенных структурных перестройках в липидном бислое [15]. Есть данные о том, что ЭМИ ММ-диапазона способно влиять на липид-белковые взаимодействия в биологических мембранах [7].

Приведенные данные свидетельствуют о возможности с помощью ЭМИ миллиметрового диапазона изменять структурно-функциональное состояние биологических мембран. До настоящего времени систематических исследований влияния МВРТ на показатели, отражающие структурно-функциональное состояние мембран эритроцитов у больных алкоголизмом, не проводилось. Такие исследования могут дать важную дополнительную информацию о механизмах положительного клинического эффекта МВРТ при лечении пациентов.

Целью настоящего исследования было изучение влияния МВРТ на структурно-функциональные показатели мембран эритроцитов больных алкоголизмом в состоянии абстиненции.

Материалы и методы исследования

В работе использовали отмытые эритроциты 46 мужчин, больных алкоголизмом II стадии (диагноз по МКБ 10 – F 10.2). Из них 30 человек на фоне традиционной дезинтоксикационной терапии прошли курс МВРТ из 7 процедур (основная группа). Другие 16 пациентов получали только традиционную дезинтоксикационную терапию в течение 7 дней, без МВРТ (группа сравнения). В контрольную группу вошли 15 здоровых мужчин. Группы доноров не различались достоверно по возрасту. У всех больных кровь для исследования брали дважды: при поступлении пациента в стационар в состоянии абстиненции (до начала лечения) и после 7 дней терапии. Для генерации миллиметровых волн применяли аппарат «Стелла-2» (ООО «Спинор», г. Томск), использовалось ЭМИ нетепловой интенсивности мощностью < 3 мВт/см2 в диапазоне частот 59–61 ГГц, что соответствует 5,1–4,7 мм. Использовали режим сканирования (повторяющиеся циклы нарастания частоты со скоростью 40 МГц/с). Воздействие осуществлялось через диэлектрический волновод (площадь контакта 0,64 мм2) на аурикулярную биологически активную точку АТ55 по 30 минут через каждые 24 часа.

Продукты ПОЛ определяли спектрофотометрически по реакции с тиобарбитуровой кислотой (ТБК-реактивные продукты, ТБК-РП), карбонилы белков – по реакции с 2,4-динитрофенилгидразином.

Для оценки Са2+ -зависимой калиевой проницаемости мембран эритроцитов использовали метод, предложенный Орловым С.Н. и соавт. [6], который заключается в измерении изменений мембранного потенциала эритроцитов в ответ на добавку в среду инкубации клеток Ca2+ -ионофора А23187 путем регистрации рН среды в присутствии протонофора карбонилцианид-m-хлорфенилгидразона. Данный метод подробно описан в статье [14]. Регистрацию рН проводили с помощью комбинированного рН-чувствительного электрода и рН-метра. Индуцированный А23187 входящий поток ионов кальция приводил к открыванию К+ (Са2+)-каналов и выходу из эритроцитов ионов калия, что обусловливало гиперполяризацию мембран эритроцитов. Оценивали максимальную амплитуду гиперполяризационного ответа эритроцитов (∆Е, мВ), параметра, который является основной характеристикой работы К+ (Са2+)-каналов [6, 12].

Статистическую обработку результатов проводили с использованием U-критерия Манна ‒ Уитни, t-критерия Стьюдента и критерия Вилкоксона для независимых и зависимых выборок, различия между группами считали достоверными при p < 0,05. Проверку на нормальность проводили с помощью критерия Колмогорова – Смирнова.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты исследования представлены в таблице. Обнаружено, что в эритроцитах больных алкоголизмом в состоянии абстиненции до начала лечения содержание продуктов ПОЛ и карбонилов белков повышено по сравнению со здоровыми донорами, что свидетельствует о развитии в организме данных пациентов окислительного стресса и согласуется с данными литературы [2, 5, 9].

В основной группе пациентов после воздействия МВРТ содержание ТБК-РП в эритроцитах снизилось практически до контрольного значения. У больных из группы сравнения, не получавших МВРТ, содержание ТБК-РП в эритроцитах после 7 дней традиционного лечения оставалось практически на том же уровне, что и до лечения. То есть микроволновая резонансная терапия оказывала выраженное положительное действие на содержание продуктов ПОЛ в эритроцитах.

Уровень карбонилов белков после МВРТ в эритроцитах пациентов основной группы также достоверно снизился практически до контрольного уровня. В группе сравнения за то же время (7 дней) применения только традиционной дезинтоксикационной терапии данный показатель достоверно не изменился. То есть МВРТ способствует снижению карбонилов белков в эритроцитах.

Содержание продуктов ПОЛ (ТБК-РП) и карбонилов белков в эритроцитах и амплитуда Ca2+ -индуцированного гиперполяризационного ответа (∆Е) мембран эритроцитов доноров исследуемых групп

Параметры

Здоровые доноры (контрольная группа) (n = 15)

Пациенты в состоянии абстиненции до лечения (n = 46)

Пациенты после курса МВРТ (основная группа) (n = 30)

Пациенты после традиционной терапии (группа сравнения) (n = 16)

ТБК-РП в эритроцитах (нмоль/мл эритроцитов)

3,624 ± 0,038

3,969 ± 0,106*

3,623 ± 0,152#

3,996 ± 0,163*

Карбонилы белков в эритроцитах (нмоль/мг Hb+)

2,732 ± 0,073

3,521 ± 0,203*

2,660 ± 0,211#

3,888 ± 0,324*

∆Е, (-мВ)

34,9 ± 1,1

44,4 ± 2,1*

39,2 ± 1,4#

42,6 ± 1,8*

Примечания: +Hb – гемоглобин; * – достоверные различия по сравнению со здоровыми донорами (p < 0,05); # – достоверные различия по сравнению с больными до лечения (p < 0,05); n – количество человек в группе.

Полученные результаты демонстрируют способность микроволновой резонансной терапии снижать количество окисленных белков и липидов в эритроцитах больных алкоголизмом, уровень которых до терапии оказывается повышенным в результате развития в организме пациентов окислительного стресса.

Для оценки действия МВРТ на функциональные свойства эритроцитов больных алкоголизмом проведено исследование влияния курсового применения микроволновой резонансной терапии на Са2+ -зависимую калиевую проницаемость мембран эритроцитов больных алкоголизмом в состоянии абстиненции. Выявлено, что в этот период у пациентов существенно увеличена амплитуда гиперполяризационного ответа мембран эритроцитов на добавку в среду инкубации Са2+ -ионофора, обусловленная Са2+ -индуцированным выходом ионов калия через К+ (Са2+ )-каналы (см. таблицу). Этот результат согласуется с данными литературы [14] и свидетельствует об ускоренном выходе ионов калия из эритроцитов больных алкоголизмом через К+ (Са2+)-каналы по сравнению с эритроцитами здоровых доноров. Данный факт, согласно литературе, может являться причиной снижения способности эритроцитов к деформации [10] и их гемолитической устойчивости [13], часто выявляемых у пациентов с алкогольной зависимостью.

В группе сравнения через 7 дней традиционной дезинтоксикационной терапии без МВРТ каких-либо достоверных изменений параметра, характеризующего проводимость К+ (Са2+)-каналов, выявлено не было.

У пациентов основной группы после применения МВРТ на фоне дезинтаксикационной терапии в течение 7 дней обнаружено достоверное снижение максимальной амплитуды гиперполяризационного ответа эритроцитов на добавку в среду инкубации Са2+ -ионофора практически до контрольного значения. Полученные результаты демонстрируют способность МВРТ нормализовать повышенную у больных алкоголизмом в состоянии абстиненции проводимость Ca2+ -активируемых K+-каналов эритроцитов.

Известно, что в регуляции проводимости К+ (Са2+ )-каналов значительную роль играет система внутриклеточных вторичных посредников [11], а также белки цитоскелета и микровязкость липидного бислоя эритроцитов [14]. Окислительная модификация белков и липидов эритроцитов у больных алкоголизмом приводит к изменению функциональных свойств биомолекул, изменению жидкостности липидного бислоя и снижению способности мембранного каркаса клетки к обратимым деформациям. Это может быть одной из важных причин изменения проводимости К+ (Са2+ )-каналов у данных пациентов. Наши исследования показали, что применение МВРТ снижает уровень окислительной модификации белков и липидов эритроцитов. Это, вероятно, отражается и на функциональных параметрах мембраны эритроцита, в частности на проводимости К+ (Са2+)-каналов. Таким образом, снижение выраженности окислительной модификации белков и липидов эритроцитов под действием МВРТ у пациентов с алкогольной зависимостью может быть одним из молекулярных механизмов нормализации проводимости К+ (Са2+)-каналов их эритроцитов.

Рецензенты:

Семке А.В., д.м.н., профессор кафедры психиатрии, наркологии и психотерапии, ГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Томск;

Невидимова Т.И., д.м.н., профессор кафедры нормальной физиологии, ГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Томск.

Работа поступила в редакцию 10.06.2014.