Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА БАКТЕРИАЛЬНЫЙ ЭНДОТОКСИН СНИЖАЕТ ЕГО ЛЕТАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ

Брилль Г.Е. 1 Егорова А.В. 1 Бугаева И.О. 1 Штефанова Г.С. 1
1 ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского» Минздрава России
Исследовано влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения на летальный эффект бактериального липополисахарида. Раствор липополисахарида кишечной палочки подвергался воздействию электромагнитных волн с частотой 1 ГГц, плотностью мощности 0,0001 мВт/см2 в течение 10 мин. В экспериментах на большой группе контрольных и облученных мышей проведен сравнительный анализ расчетных летальных доз бактериального ЛПС. При этом использовался метод пробит-анализа. Доказано, что облучение яда аппаратом «Акватон-02», генерирующим излучение с частотой 1 ГГц, при плотности мощности 0,0001 мВт/см2 в течение 10 мин, увеличивает ЛД50 на 26 %. Результаты, представленные в данной статье, вызовут несомненный интерес как теоретиков, так и практических врачей, поскольку они открывают перспективу немедикаментозной коррекции летальных эффектов бактериального эндотоксина.
бактериальный липополисахарид
УВЧ-излучение
летальная доза
1. Давыдова В.Н. Взаимодействие бактериальных эндотоксинов с хитозаном. Влияние структуры эндотоксина, молекулярной массы хитозана и ионной силы раствора на процесс комплексообразования / В.Н. Давыдова, И.М. Ермак, В.И. Горбач // Биохимия. – 2000. – Т. 65. – С. 1278–128.
2. Ермак И.М. Модификация биологических свойств липополисахарида при образовании им комплекса с хитозаном / И.М. Ермак, В.Н. Давыдова, В.И. Горбач // Бюл. эксперим. биол. мед. – 2004. – Т. 137. – С. 430–434.
3. Ильина А.Я. Патогенетические механизмы и клинические аспекты действия термостабильного эндотоксина кишечной микрофлоры / А.Я. Ильина, С.И. Лазарева, В.Г. Лиходед и др. // Рус. мед. журн. – 2003. – Т. 11. – С. 126–129.
4. Шабалин В.Н. Морфология биологических жидкостей человека / В.Н. Шабалин, С.Н.Шатохина. – М.: Хризостом, 2001. – 303 с.
5. Bruno J.G. In vitro antibacterial effects of antilipopolysaccharide DNA aptamer–C1qrs complexes / J.G. Bruno, M.P. Carrillo, T. Phillips et al. // Folia Microbiol. – 2008. – Vol. 53, № 4. – P. 295–302.
6. Dauphinee S.M. Lipopolysaccharide signaling in endothelial cells / S.M. Dauphinee, A. Karsan // Lab. Invest. – 2006. – Vol. 86. – P. 9–22.
7. Kaconis Y. Biophysical mechanisms of endotoxin neutralization by cationic amphiphilic peptides /Y. Kaconis, I. Kowalski, J. Howe et al. // Biophys J. – 2011. – Vol. 100, № 11. – P. 2652–2661.
8. Sil D. Biophysical mechanisms of the neutralization of endotoxins by lipopolyamines / D. Sil, L. Heinbockel, Y. Kaconis et al. // Open Biochem J. – 2013. – Vol. 7. – P. 82–93.
9. Wen A.A novel lipopolysaccharide-antagonizing aptamer protects mice against endotoxemia / A. Wen, Q. Yang, Li J. et al. // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2009. – Vol. 382. – P. 140–144.

Бактериальный липополисахарид (ЛПС, эндотоксин) представляет собой амфифильный биополимер, содержащий гидрофильные (О-специфические цепи, олигосахарид кора) и гидрофобный (липид А) фрагменты. Он является важнейшим фактором патогенности грам-отрицательных микроорганизмов, ответственным за развитие бактериального эндотоксикоза и его наиболее тяжелой формы – бактериально-токсического шока. Влияние ЛПС на макроорганизм проявляется в стимуляции лейкоцитов, тромбоцитов и эндотелиальных клеток, усилении продукции интерлейкинов, фактора некроза опухолей-альфа и ряда других медиаторов, в активации системы комплемента и факторов свертывания крови, что может заканчиваться развитием диссеминированного внутрисосудистого свертывания крови, эндотоксинового шока и острой полиорганной недостаточности [3, 6].

Актуальным является поиск способов уменьшения летальных эффектов ЛПС, что может открыть новые перспективы в детоксикации организма. Обычно для снижения токсичности ЛПС применяются различные химические вещества (катионные амфифильные молекулы, синтетические пептиды, полиамины, нетоксичный полисахарид хитозан), уменьшающие патогенное действие ЛПС в результате образования с ним макромолекулярных комплексов [1, 2, 7, 8]. Перспективным направлением является создание олигонуклеотидных аптамеров, специфически связывающихся с ЛПС и снижающих его патогенную активность [5, 9].

Однако химическая модификация молекулы ЛПС не всегда оказывается доступной, удобной и приемлемой в силу дороговизны и малой доступности применяемых для этой цели веществ. Кроме того, вещества, использующиеся для модификации токсической молекулы, сами могут обладать биологической активностью и оказывать влияние на исследуемые функции.

В настоящей работе была поставлена цель: исследовать модифицирующее влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения с частотой 1 ГГц на структурообразовательные свойства и летальный эффект бактериального липополисахарида.

Материалы и методы исследования

В работе использовался ЛПС кишечной палочки 055:B5 (Sigma, США). Для исследования структурообразовательных свойств ЛПС разводили ex tempore в 0,9 % растворе натрия хлорида (20 мг/мл). Приготовленную суспензию (2 мл) делили на 2 пробы: одна являлась контролем, а другая в течение 10 мин подвергалась электромагнитному воздействию (частота – 1 ГГц, плотность мощности – 0,1 мкВт/см2) с помощью аппарата «Акватон-2» (производитель – НПП «Телемак», Саратов, Россия). Раструб излучателя помещался на расстоянии 10 см от облучаемого объекта.

Для изучения процесса спонтанного структурообразования ЛПС использовался метод клиновидной дегидратации [4], основанный на исследовании структурного следа (фации), формирующегося при высыхании капли препарата в стандартных условиях. 1 мкл исследуемой суспензии (контрольная проба) помещался на сухое, чистое, обезжиренное предметное стекло. Обычно наносились 6–8 капель для сравнительного анализа. Далее предметное стекло с препаратом в строго горизонтальном положении помещали в термостат и высушивали при 37 ○С в течение 30 мин. Аналогично с контрольными пробами готовились опытные препараты.

После высыхания препараты подвергались микроскопическому исследованию. Применялась световая микроскопия (Zeiss, Germany) с фоторегистрацией структурного следа и сохранением информации в файле компьютера. Анализ фаций включал определение количественных показателей с последующей статистической обработкой. При этом использовалась специальная компьютерная программа, позволяющая рассчитывать следующие параметры: S1 – площадь периферического ободка, нормированная на общую площадь фации; S2 – площадь промежуточной (приободковой) зоны, нормированная на общую площадь фации; S3 – площадь центральной зоны, нормированная на общую площадь фации; S1/S2 – смещение центра промежуточной зоны относительно центра ободка фации; S2/S3 – смещение центра центральной зоны относительно центра ободка фации. В центральной и промежуточной зонах фации рассчитывались: N – количество гребешков в типичном фрагменте фации; Average size (AS) – средний размер гребешков в типичном фрагменте фации; Entr. – неоднородность поверхности фации в типичном фрагменте; D corr. – корреляционная размерность типичного фрагмента. Количественные параметры обрабатывались статистически с расчетом средней арифметической (М) и её ошибки (m) с использованием статистического пакета программ Prizm-4. Достоверность различий средних вычисляли с использованием t-критерия Стьюдента. Различия считались достоверными при р < 0,05.

Определение летальных доз (ЛД) эндотоксина проводили на 84 нелинейных белых мышах-самцах массой 20 г, которые были разделены на 2 группы. Предварительно 25 мг ЛПС разводили в 25 мл дистиллированной воды (концентрация ЛПС = 1000 мкг/мл). Затем раствор ЛПС делился на 2 пробы: 10 мл – для контроля, 15 мл – для облучения. Облучение раствора ЛПС производилось в малой чашке Петри аппаратом «Акватон-02» в течение 10 мин. Выбор времени облучения был обоснован тем, что в течение 10 мин происходила модификация процесса структурообразования молекул ЛПС, что позволяло предположить изменение при этом его летальных свойств. Мышам первой группы (контроль) внутрибрюшинно вводили нативный (необлученный) ЛПС в дозах 100, 200, 300 и 400 мкг/мышь (соответственно 0,1, 0,2, 0,3 и 0,4 мл ЛПС). Число животных для каждой дозы – 8. Мыши второй (опытной) группы получали внутрибрюшинные инъекции предварительно облученного ЛПС в тех же дозах (объемах). Число животных для каждой дозы – 13. Наблюдение за животными проводилось в течение 24 часов после введения ЛПС. При этом учитывали количество погибших и выживших особей. Расчет летальных доз ЛПС производился методом пробит-анализа.

Результаты исследования и их обсуждение

Картина фаций, получаемых при дегидратации необлучённой суспензии ЛПС в физиологическом растворе, отличалась разнообразием структурных элементов. Здесь чётко визуализировались 3 зоны: приподнятый ободок, обрамляющий фацию по периферии (периферическая зона), приободковая (или промежуточная) и центральная зоны. Облучение суспензии ЛПС низкоинтенсивным электромагнитным излучением приводило к заметной модификации процесса структурообразования. Результаты количественной обработки фаций, получаемых при клиновидной дегидратации суспензии ЛПС в контроле и после УВЧ облучения, представлены на рисунке.

Как видно из рисунка, воздействие низкоинтенсивным электромагнитным излучением с частотой 1 ГГц приводило к изменению относительных размеров различных зон фации: уменьшались периферическая и приободковая зоны (p < 0,01 и p < 0,001 соответственно), в то время как размер центральной зоны увеличивался на 20 % (p < 0,01). После УВЧ-воздействия примерно в 2 раза возрастало количество гребешковых объектов в центральной и приободковой зонах фации (p < 0,05). Однако их средний размер не претерпевал существенных изменений. На этом фоне в 1,2 раза увеличивался показатель Entr, характеризующий структурную неоднородность центральной зоны фации (p < 0,05), а также на 32 % возрастал показатель Entr приободковой зоны (p < 0,02). Достоверно изменялась и структурированность (корреляционная размерность) обеих анализируемых зон (p < 0,02).

Результаты экспериментов по определению летальных доз эндотоксина представлены в таблице. Как следует из таблицы, в контрольной группе при введении минимальной дозы ЛПС (100 мкг) погибла 1 мышь из 8, тогда как при введении максимальной дозы (400 мкг) погибли все мыши. В группе животных, получавших облученный ЛПС, от минимальной дозы яда не погибла ни одна мышь из 13, а при введении максимальной дозы погибли 12 мышей из 13.

Электромагнитное воздействие на бактериальный эндотоксин снижает его летальный эффект

pic_1.wmf

Изменение количественных параметров фаций бактериального ЛПС после УВЧ-облучения; контроль – 100 % (условные обозначения показателей см. в тексте)

Результаты исследования летального эффекта нативного бактериального ЛПС и ЛПС после электромагнитного облучения

Нативный ЛПС (контроль)

Облучённый ЛПС (опыт)

Доза ЛПС (мкг/мышь)

Умерло/всего

Доза ЛПС (мкг/мышь)

Умерло/всего

100

1/8

100

0/13

200

3/8

200

3/13

300

7/8

300

6/13

400

8/8

400

12/13

Для контрольной группы расчетные параметры ЛД составили:

ЛД16 – 124,7 мкг/мышь;

ЛД50 – 212,2 мкг/мышь;

ЛД84 – 299,7 мкг/мышь;

ЛД100 – 343,4 мкг/мышь.

Для опытной группы расчетные параметры ЛД составили:

ЛД16 – 188,2 мкг/мышь;

ЛД50 – 287,1 мкг/мышь;

ЛД84 – 386,0 мкг/мышь;

ЛД100 – 435,4 мкг/мышь.

Для группы контроля М ± m ЛД50 составило – 212,2 ± 25,2, для опытной группы – 287,1 ± 22,3. Достоверность разницы (р) между ЛД50 группы контроля и опытной группы < 0,02.

Результаты данных экспериментов свидетельствуют о том, что низкоинтенсивное электромагнитное излучение частотой 1 ГГц, плотностью мощности 0,1 мкВт/см2, воздействующее в течение 10 мин, достоверно снижает летальный эффект ЛПС на 26 % (р < 0,02) и приводит к изменениям в суспензионной системе ЛПС-физиологический раствор, которые отражаются на кинетике структурообразования.

Данное наблюдение, несомненно, заинтересует как теоретиков, так и клиницистов, поскольку оно открывает перспективу немедикаментозной коррекции свойств бактериальных токсинов.

Рецензенты:

Чеснокова Н.П., д.м.н., профессор кафедры патологической физиологии, ГБОУ ВПО «Саратовский ГМУ» Минздрава России, г. Саратов;

Зимняков Д.А., д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой физики, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», г. Саратов.

Работа поступила в редакцию 28.05.2014.


Библиографическая ссылка

Брилль Г.Е., Егорова А.В., Бугаева И.О., Штефанова Г.С. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА БАКТЕРИАЛЬНЫЙ ЭНДОТОКСИН СНИЖАЕТ ЕГО ЛЕТАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 7-3. – С. 447-450;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34459 (дата обращения: 09.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074