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

INFLUENCE OF ELECTROMAGNETIC WAVES AT FREQUENCIES OF NITRIC OXIDE ON MICROCIRCULATION IN THE VESSELS OF THE BRAIN UNDER CONDITIONS OF ACUTE ISCHEMIA EXPERIMENTAL

Kirichuk V.F. 1 Ivanov A.N. 2 Sakhan M.A. 1
1 Saratov State Medical University n.a. V.I. Razumovsky
2 Saratov Scientific-Research Institute of traumatology and orthopedics
The article contains the experimental data about the influence of electromagnetic waves at frequencies of nitric oxide molecular spectrum (150.176 ... 150.664 GHz) on cerebral blood vessels endothelium activity and tissue perfusion in rat brain during ischemia and in the post-ischemic period. Assessment of the capillary blood flow in a rat brain was done using Laser Doppler Flowmetery. Mean perfusion and blood flow oscillations in regulatory intervals were measured before ischemia, in the ischemic period, and after 120 min of reperfusion. It was found that exposure of electromagnetic waves at nitric oxide frequencies before ischemia prevents microvascular perfusion disorders and stimulates mechanisms of perfusion’s modulation in rat cerebral cortex during the post-ischemic period. The results of present study prove the possibility of using low-level electromagnetic radiation at frequencies of nitric oxide (150.176 ... 150.664 GHz) for prevention of acute ischemic perfusion disorders.
endothelium
microcirculation
nitric oxide
electromagnetic waves
ischemia.
1. Kirichuk V.F., Andronov E.V., Ivanov A.N. Mamontova N.V. Physics-Uspekhi. 2008. T. 39. №4. pp. 83-91.
2. Kirichuk V.F., Antipova O.N., Ivanov A.N. Biomedicinskaja radiojelektronika. 2004. T. 11. pp.12-20.
3. Kirichuk V.F., Antipova O.N., Ivanov A.N., Krenitskiĭ A.P., Maĭborodin A.V., Tupikin V.D. Millimetrovye volny v biologii i medicine. 2004. T. 2. pp. 57-69.
4. Kirichuk V.F., Ivanov A.N., Antipova O.N. Krenitskiĭ A.P., Maĭborodin A.V., Tupikin V.D. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2008. T. 145. № 1. pp. 81-85.
5. Kirichuk V.F., Ivanov A.N., Kirijazi T.S. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2011. T. 151. № 3. pp. 259-262.
6. Kirichuk V.F., Ivanov A.N., Kulapina E.G. Krenitskiĭ A.P., Maĭborodin A.V Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2010. T.149 №2. pp. 132-134.
7. Kirichuk V.F., Ivanov A.N., Cymbal A.A. Andronov E.V. Millimetrovye volny v biologii i medicine. 2009. № 1-2. pp. 47 -55.
8. Kirichuk V.F., Kirijazi T.S., Ivanov A.N. Fundamental research. 2011. № 2. pp. 78-82.
9. Kirichuk V.F., Cymbal A.A. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2009. T. 147. №8. pp. 166–170.
10. Kirichuk V.F., Cymbal A.A. Russian journal of physiology (formely I.M. Sechenov Physiological Journal).2010. №2. pp. 121-127.
11. Kurpatkin A.I., Sidorov V.V. Rukovodstvo dlja vrachej. M. 2005. pp. 256.
12. Dirnagl U., Iadecola C., Moskowitz . 1999; 22(9): 391-7.
13. Faraci F.M., Brian J.E. Stroke. 1994; 25: 692-703.
14. Kirichuk V.F., Ivanov A.N., Antipova O.N. Krenitskiĭ A.P., Maĭborodin A.V., Tupikin V.D., Betskiĭ O.V. Tsitologiya. 2007. Т. 49. № 6. pp. 484-490.

Важную роль в патогенезе ишемии головного мозга играет монооксид азота (NO) [13]. На ранних этапах ишемического повреждения оксид азота, вырабатываемый эндотелиальной NO-синтазой(eNOS), может оказывать защитное действие, способствуя вазодилатации церебральных сосудов, ингибированию агрегации тромбоцитов [12].

Перспективным представляется профилактика ишемического инсульта за счет активации eNOS и создания депо NO в эндотелиальном слое стенок сосудов, что будет препятствовать развитию патологического процесса. Такого эффекта можно достичь воздействовав на биосистему внешним низкоинтенсивным электромагнитным излучением (ЭМИ) на частотах МСИП оксида азота 150,176…150,664 ГГц [5, 8].

Целью настоящего исследования явилось изучение влияния предшествующего ишемии низкоинтенсивного ЭМИ на частотах МСИП оксида азота 150,176…150,664 ГГц на активность эндотелия церебральных сосудов и перфузию тканей головного мозга крыс в период ишемии и постишемический период.

Методика исследования

Эксперименты проводились на 20 беспородных крысах-самцах массой 180-220г, которых разделили на две группы. Первая группа состояла из животных, у которых была смоделирована 5 минутная ишемия головного мозга, с последующей реперфузией (группа А). Вторая группа включала крыс, подвергшихся облучению электромагнитными волнами на чатотах МСИП оксида азота, с последующим воспроизведением 5 минутной ишемии и дальнейшим восстановлением кровотока (группа В).

Модель ишемии мозга воспроизводилась путем одновременного пережатия общих сонных артерий. Все эксперименты проводились в соответствии с требованиями Хельсинкской декларации о гуманном отношении к животным (2006 г.), поэтому всем животным с целью анестезии за 5 минут до проведения исследования внутримышечно вводилась комбинация золетила («Virbac Sante Animale», Франция) в дозе 0,1 мл/кг и ксилазина («Interchemie», Нидерланды) в дозе 10 мг/кг.

Электромагнитные волны генерировались аппаратом «Орбита» (ОАО «Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры», г. Саратов, Россия). Облучалась поверхность кожи площадью 3 см2 над областью мечевидного отростка грудины с расположением облучателя на расстоянии 1,5 см над поверхностью тела животного, при мощности излучения 0,7 мВт. Однократное облучение животных составляло 30 минут.

Для анализа перфузии тканей мозга и активности эндотелия использовался метод лазерной доплеровской флоуметрии (ЛДФ) при помощи лазерного анализатора кровотока «ЛАКК-02» во втором исполнении (производство НПП «Лазма», Россия). Датчик лазерного анализатора кровотока фиксировался на Fr1, Fr2 областях коры головного мозга (Zilles 1985, стереотаксический атлас коры). В ходе эксперимента регистрацию показателей микроциркуляции у каждого животного проводили три раза: исходно, во время воспроизведения ишемии и на 120 минуте реперфузии. На первом этапе анализа ЛДФ-грамм проводили оценку показателя постоянной составляющей средней перфузии микроциркуляторного русла (показатель М, перф. ед.). На втором этапе проводился анализ амплитудно-частотного спектра ЛДФ-граммы на основе использования математического аппарата Фурье-преобразования, реализованного в программном обеспечении LDF2.20.0.507WL. 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.). Интерпретацию результатов осуществляли в соответствии с общепринятым методом, изложенным в [11].

Статистическая обработка полученных результатов осуществлялась при помощи программы Statistica 6.0.

Результаты и их обсуждение

В результате проведенных исследований было обнаружено, что до воспроизведения ишемии у животных группы А и группы В нет достоверных различий между показателями перфузии (М). Также между этими группами не выявлено статистически значимых различий показателей амплитуд эндотелиальных, вазомоторных, дыхательных и пульсовых колебаний. Это свидетельствует о том, что облучение на данных частотах не изменяет характеристик микроциркуляции и не влияет на активность эндотелия интактных крыс.

Во время ишемии как в группе А, так и в группе В происходит резкое статистически значимое снижение перфузионного показателя и уменьшение амплитуд эндотелиальных, вазомоторных, дыхательных и пульсовых колебаний по сравнению с доишемическим периодом. При этом не обнаружено статистически значимых различий показателей между группами (табл. 1, 2).

На 120 минуте реперфузии показатель (М) у животных группы А статистически значимо снижен по сравнению с доишемическим периодом. Также не происходят изменения амплитуд эндотелиальных, вазомоторных, дыхательных и пульсовых колебаний на амплитудно-частотного спектре ЛДФ-грамм по сравнению с периодом ишемии (табл. 1.).

Напротив, у животных, которые подверглись предварительному низкоинтенсивному ЭМИ на частотах МСИП оксида азота (150,176…150,664ГГц), отмечается статистически значимый рост показателей микроциркуляции на 120 минуте реперфузии (табл. 2). Показано, что облучение электромагнитными волнами на частотах МСИП NO стимулирует продукцию оксида азота [6, 7, 8, 14]. Вероятно, это связанно с высвобождением NO из образовавшегося после облучения динитрозольных комплексов железа с тиоловыми лигандами и S-нитрозотиолов [1]. Этим объясняется восстановление амплитуды эндотелиальных колебаний у крыс-самцов группы В в постишемическом периоде. Кроме того, известно, что низкоинтенсивное ЭМИ указанных частот препятствует ПОЛ, стимулируя антиоксидантную защиту, что снижает выработку вазоконстрикторов [9, 10] и, вероятно, объясняет восстановление амплитуды вазомоторных колебаний у животных группы В на 120 минуте репефузии. ЭМИ на частотах МСИП оксида азота (150,176…150,664ГГц) обладает способностью снижать агрегацию тромбоцитов, улучшать реологические свойства крови [2, 3, 4, 14], что, возможно, препятствует дальнейшему развитию патогенеза ишемии. А при ее прекращении способствует восстановлению нормального кровотока за счет своих вазодилатирующих, антиагрегантных, антиоксидантных свойств. Возможно, поэтому у животных группы В полностью восстанавливается приток артериальной крови в микроциркуляторное русло, что выражается в нормализации амплитуды пульсовых колебаний [11].

Таблица 1

Изменение микроциркуляции во фронтальных областях коры у крыс-самцов в условиях ишемии и реперфузии головного мозга

Группа

Показатели

До ишемии

Ишемия

Реперфузия

М (перф.ед.)

40,845(36,02;43,88)

16,91(14,08;22,31)

Z1=3.77;

p1=0.000157.

25,325(21,38;27,25)

Z1=3.77; Z2=2.26;

р1=0.000157; р2=0.023343

Эндотелиальные

колебания (перф.ед.)

6,27(4,84;8,74)

2,415(1,37;3,55)

Z1=3.32;

p1=0.000881.

2,885(2,28;5,03)

Z1=3.02; Z2=1.05;

р1=0.002497; р2=0.289919.

Вазомоторные

колебания (перф.ед.)

4,24(3,59;6,03)

1,825(1,29;2,38)

Z1=3.55;

p1=0.000381.

1,99(1,39;3,05)

Z1=3.32; Z2=0.37;

р1=0.000881; р2=0.705457.

Дыхательные

колебания (перф.ед.)

1,265(0,81;1,72)

0,645(0,45;1,26)

Z1=1.88;

p1=0.058783.

0,805(0,53;1,1)

Z1=1.96; Z2=0.64;

р1=0.049367; р2=0.520523.

Пульсовые

колебания (перф.ед.)

0,575(0,37;0,69)

0,23(0,21;0,32)

Z1=3.59;

p1=0.000330.

0,345(0,23;0,46)

Z1=2.45; Z2=1.39;

р1=0.014020; р2=0.161973.

Примечания: В каждом случае приведены медиана (Me), верхний и нижний квартили (25%;75%) из 10 измерений.

Z1,p1 – по сравнению с группой крыс-самцов до ишемии;

Z2,p2 – по сравнению с группой животныхс ишемией головного мозга.

Таблица 2

Изменение микроциркуляции во фронтальных областях коры у крыс-самцов в условиях ишемии и реперфузии головного мозга под влиянием облучения электромагнитными волнами частотах МСИП оксида азота 150,176…150,664ГГц

Группа

Показатели

До ишемии

Ишемия

Реперфузия

М (перф.ед.)

42.12(37.31;45.14)

20,27(16,21;25,32)

Z1=3.77;

p1=0.000157.

40,35(39,54;46,16)

Z1=0.30; Z2=3.77;

р1=0.762369; р2=0.000157.

Эндотелиальные

колебания

7,99(6,35;10,1)

3,17(2,21;5,68)

Z1=2.61;

p1=0.009109.

5,11(3,96;8,27)

Z1=0.91; Z2=2.11;

р1=0.364347; р2=0.034294.

Вазомоторные

колебания (перф.ед.)

5,24(4,83;7,33)

2,48(1,58;3,35)

Z1=2.19;

p1=0.028366.

4,18(2,59;5,34)

Z1=0.60; Z2=2.04;

р1=0.545350; р2=0.041251.

Дыхательные

колебания (перф.ед.)

1,22(1,08;1,58)

0,95(0,48;1,42)

Z1=0.98;

p1=0.325752.

1,75(0,95;1,93)

Z1=1.13; Z2=1.47;

р1=0.256840; р2=0.140466.

Пульсовые

колебания (перф.ед.)

0,665(0,55;0,74)

0,24(0,13;0,48)

Z1=2.11;

p1=0.034294.

0,67(0,43;1,06)

Z1=0.98; Z2=2.79;

р1=0.325752; р2=0.005159.

Примечания: В каждом случае приведены медиана (Me), верхний и нижний квартили (25%;75%) из 10 измерений.

Z1,p1 – по сравнению с группой крыс-самцов до ишемии;

Z2,p2 – по сравнению с группой животныхс ишемией головного мозга

Нормализация активных и пассивных механизмов модуляции микрокровотока у крыс-самцов опытной группы под влиянием предшествующего ишемии воздействия электромагнитными волнами обусловливает полное восстановление перфузионного показателя (М) в постишемическом периоде. Следовательно, низкоинтенсивное ЭМИ на частотах МСИП оксида азота (150,176…150,664ГГц) препятствует развитию феномена «no-reflow» у животных при острой ишемии головного мозга.

Рецензенты:

Антипова О.Н., д.м.н., профессор кафедры нормальной физиологии им. И.А. Чуевского ГБОУ ВПО Саратовского государственного медицинского университета им. В.И. Разумовского, г. Саратов;

Семячкина-Глушковская О.В., д.б.н., зав. кафедрой физиологии человека и животных ФГБОУ ВПО Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского Минобрнауки России, г. Саратов.

Работа поступила в редакцию 24.06.2014.