Вплив імпульсних магнітних полів наднизьких частот на Н2О2- та Fe2+-індуковане вільнорадикальне окиснення ліпідів в ліпосомальних суспензіях
Анотація
Актуальність. Тривалий час в експериментальній біології і медицині приділяється особлива увага вільнорадикальним процесам за участю активних форм кисню. В електромагнітній біології інтерес до вільнорадикального окиснення в біологічних мембранах значно підвищився завдяки відкриттю спінових механізмів дії магнітних полів на вільнорадикальні процеси. На даний час саме ці механізми розглядають в якості ключових у процесах магніторецепції в живих організмах. Ліпосоми, як найпростіші моделі біологічних мембран, часто використовують для вивчення первинних механізмів дії факторів різної природи на структурно-функціональні властивості клітинних мембран. Однак вплив магнітних полів наднизьких частот, що мають певне екологічне значення, на вільнорадикальне окиснення в ліпосомальних суспензіях вивчено недостатньо.
Мета роботи: з’ясування особливостей впливу імпульсних магнітних полів (ІМП) наднизьких частот на Н2О2- і Fe2+-індуковане перекисне окиснення природних фосфоліпідів у ліпосомальних суспензіях.
Матеріали і методи. В роботі використовували ліпосомальні суспензії у фосфатному буфері рН=7,4. Згідно даним літератури і власних результатів по світлорозсіюванню середній діаметр ліпосом був біля 500 Å. Надслабке світіння ліпосомальних суспензій реєстрували за допомогою приладу, який працював в режимі рахунку окремих квантів світла. Він складався з світлоізолюючого кюветного блоку, де розміщували дослідні зразки, а також датчика температури та соленоїда, за допомогою якого створювали ІМП. Оптичний контакт зразків з фотоелектронним помножувачем здійснювали за допомогою світловоду. Реєструюча система складалася з широкосмугового детектору світла — ФЕП-130, який знаходився при температурі ‑20°С. Для відокремлення корисного сигналу, що відповідав реєстрації окремих квантів світла хемілюмінесценції, використовували аналізатор імпульсів АІ-256. Напруження на ФЕП подавали в діапазоні вольтамперних характеристик ФЕП, в якому випадкові флуктуації напруги мінімально впливали на вимірювання корисного сигналу. Кількість квантів світла, яку реєстрували за певні інтервали часу, характеризувала загальну інтенсивність процесу вільнорадикального окиснення ліпідів у досліджуваних зразках. Імпульсне магнітне поле створювали за допомогою соленоїдної котушки, розташованої в кюветній частині. ІМП створювали за допомогою серійного генератора Г6-28. Імпульси магнітного поля були прямокутної форми зі змінною полярністю за один період коливань. Індукцію ІМП контролювали мікротесламетром Г-79. Вибір серії наднизьких частот (5‑80 Гц) і індукції (5–500 мкТл) ІМП був обумовлений їх екологічною і фізіологічною значущістю.
Результати. ІМП різних частот з індукцією 5 і 50 мкТл не впливало (р>0,05) на Н2О2- і Fe2+-індуковане окиснення ліпідів в ліпосомальних суспензіях. Статистично значущі зміни (р<0,05) були зареєстровані тільки при експозиції ліпосомальних суспензій у ІМП з індукцією 500 мкТл. Встановлено, що дія ІМП частотою 8 Гц 500 мкТл достовірно пригнічувала Н2О2-індукований і підсилювала Fe2+-індукований сплеск хемілюмінесценції. Цей ефект пов'язаний з пригніченням розпаду і накопиченням гідроперекисів фосфоліпідів, які у присутності іонів Fe2+ розпадаються і рекомбінують, що супроводжується більш потужною хемілюмінесценцією. Дослідження залежності динаміки інтенсивності хемілюмінесценції від частоти ІМП свідчить про наявність певної залежності ефектів у діапазоні до 30 Гц. При цьому інгібуючий вплив ІМП на Н2О2-індуковану фазу окиснення не завжди супроводжується достовірним підвищенням амплітуди Fe2+-залежного спалаху хемілюмінесценції, що свідчить про загальний інгібуючий вплив ІМП на окремих наднизьких частотах.
Висновки. ІМП наднизьких частот достовірно впливає на вільнорадикальне окиснення в ліпосомальних суспензіях тільки при індукціях, які перевищують декілька сотень мікротесла. Це вказує на те, що в умовах вибраної мембранної моделі вплив ІМП на вільнорадикальні процеси реалізується переважно через спінові взаємодії, які визначають рекомбінацію вільних радикалів. Зниження індукції на один-два порядки, а також збільшення частоти ІМП вище 50 Гц призводить до зниження ефективності впливу цього фізичного фактору на інтенсивність вільнорадикального окиснення ліпідів в ліпосомальних суспензіях. Найбільш чутливою ланкою до впливу ІМП є Н2О2-індуковане вільнорадикальне окиснення ліпідів.
Завантаження
Посилання
Vladimirov YA, Archakov AI. Perekisnoe okislenie lipidov v biologicheskih membranah [Lipid peroxidation in biological membranes]. Moscow: Nauka; 1972. 250 р. (in Russian)
Dickinson BC, Chang CJ. Chemistry and biology of reactive oxygen species in signaling or stress responses. Nat Chem Biol. 2011;7(8):504–11. https://doi.org/10.1038/nchembio.607
Checa J, Aran JM. Reactive Oxygen Species: Drivers of Physiological and Pathological Processes. J Inflamm Res. 2020;13:1057–73. https://doi.org/10.2147/JIR.S275595
Lipid Peroxides in Biology and Medicine. Kunio Yagi, editor. Academic Press; 1982. 364 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-768050-7.X5001-X
Yoshida Y, Umeno A, Shichiri M. Lipid peroxidation biomarkers for evaluating oxidative stress and assessing antioxidant capacity in vivo. J Clin Biochem Nutr. 2013;52(1):9–16. https://doi.org/10.3164/jcbn.12-112
Voeikov VL. Fundamental role of water in bioenergetics. In: Beloussov LV, Voeikov VL, Martynyuk VS, editors. Biophotonic and Coherent Systens in Biology. NY: Springer; 2007. p. 89–104. https://link.springer.com/book/10.1007/978-0-387-28417-0
Tarusov BN, Ivanov II, Petrusevich YuM. Sverhslaboe svechenie biologicheskih system [Extremely low luminescence of biological systems]. Moscow: MGU; 1967. 69 p. (in Russian)
Vasil’ev RF. Hemiluminescentsiya rastvorov [The сhemiluminescence of solutions]. Uspekhi fizicheskih nauk [Successes of Physical Sciences]. 1966;89(34):409–36. (in Russian)
Zhuravlev AI. Spontannaya biohemiluminescetsiya zhivotnyh tkanej [Spontaneous biochemiluminescence of animal tissues]. In: Biochemiluminescence. Moscow: Nauka; 1983. p. 3–30. (in Russian)
Buchachenko AL, Sagdeev RZ, Salikhov KM. Magnitnye i spinovye effekty v biologicheskih sistemah [Magnetic and spin effects in biological systems]. Novosibirsk: Nauka; 1978. 294 p. (in Russian)
Sagdeev RZ, Salikhov RV, Molin YuN. Vliyanie magnitnogo polya na processy s uchastiem radikalov i tripletnyh molekul v rastvorah [Influence of magnetic field on processes with radicals and triplet molecules in solutions]. Uspekhi himii [Advances in chemistry]. 1977;46(4):569–601. (in Russian)
Rodgers CT, Hore PJ. Chemical magnetoreception in birds: The radical pair mechanism. Proc Natl Acad Sci USA. 2009;106(2):353–60. https://doi.org/10.1073/pnas.0711968106
Wong SY, Wei Y, Mouritsen H, Solov’yov IA, Hore PJ. Cryptochrome magnetoreception: four tryptophans could be better than three. J R Soc Interface. 2021;18:20210601. https://doi.org/10.1098/rsif.2021.0601
Aristarkhov VM, Klimenko LL, Deev AI, Ivanekha VV. Vliyanie postoyannogo magnitnogo polya na processy perekisnogo okisleniya lipidov v membranah [Influence of static magnetic field on processes of lipid peroxidation in membranes]. Biofizika [Biophysics]. 1983;28(5):800–6. (in Russian)
Ramundo-Orlando A, Mattia F, Palombo A, D'Inzeo G. Effect of low frequency, low amplitude magnetic fields on the permeability of cationic liposomes entrapping carbonic anhydrase: II. No evidence for surface enzyme involvement. Bioelectromagnetics. 2000;21(7):499–507. https://doi.org/10.1002/1521-186X(200010)21:7<499::AID-BEM3>3.0.CO;2-9
Rosen AD. Mechanism of action of moderate-intensity static magnetic fields on biological systems. Cell Biochem Biophys. 2003;39:163–73. https://doi.org/10.1385/CBB:39:2:163
Kucherenko NE, Vasil’ev AN. Lipidy [Lipids]. Kyev: Vysshaya Shkola; 1985. 248 p. (in Russian)
Patil YP, Jadhav S. Novel methods for liposome preparation. Chem Phys Lipids. 2014;177:8–18. https://doi.org/10.1016/j.chemphyslip.2013.10.011
Tang L, Zhang Y, Qian Z, Shen X. The mechanism of Fe2+-initiated lipid peroxidation in liposomes: the dual function of ferrous ions, the roles of the pre-existing lipid peroxides and the lipid peroxyl radical. Biochem J. 2000;352(1):27–36. https://doi.org/10.1042/bj3520027
Marron MT, Goodman EM, Sharpe PT, Greenebaum B. Low frequency electric and magnetic fields have different effects on the cell surface. FEBS Letters. 1988;230(1–2):13–6. https://doi.org/10.1016/0014-5793(88)80631-8
Martynyuk VS, Panov DA Surfactant Properties of Natural Phospholipids in Media Treated with Extremely Low Frequency Magnetic Field. Biophysics. 2004;49(1):23–5.
Extremely low frequency fields. Geneva: World Health Organization; 2007. 519 p. Available from: https://www.who.int/publications/i/item/9789241572385
Valberg PA. Magnetic Fields: Possible Environmental Health Effects. Encyclopedia of Environmental Health. 2011;545–57. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-52272-6.00207-5
Markov MS. Magnetic Field Therapy: A Review. Electromagn Biol Med. 2007 Jan;26(1):1–23. http://doi.org/10.1080/15368370600925342
Paolucci T, Pezzi L, Centra AM, Giannandrea N, Bellomo RG, Saggini R. Electromagnetic Field Therapy: A Rehabilitative Perspective in the Management of Musculoskeletal Pain – A Systematic Review. J Pain Res. 2020;13:1385–400. http://doi.org/10.2147/JPR.S231778
Bezrukova AG, Rozenberg OA. Determination of the parameters of liposomes by the turbidity spectrum method. Bull Exp Biol Med. 1981;91(4):553–5. https://doi.org/10.1007/BF00836392
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
