Содержание

Влияние СВЧ на организм человека.

При воздействии СВЧ-излучения на организм человека происходит частичное поглощение его энергии тканями тела. Под действием высокочастотных электромагнитных полей в тканях возникают высокочастотные токи, сопровождающиеся тепловым эффектом. Длительное и систематическое воздействие на организм СВЧ-излучения вызывает повышенную утомляемость, периодически появляющуюся головную боль, сонливость или нарушение сна, повышение артериального давления и боли в области сердца. Под воздействием электромагнитных полей сверхвысоких частот наблюдаются изменения в крови, увеличение щитовидной железы, катаракта глаз, а у отдельных лиц — изменения в психической сфере (неустойчивые настроения, ипохондрические реакции) и трофические явления (выпадение волос, ломкость ногтей).

Наиболее эффективное поглощение СВЧ-волн отмечается в тканях с большим содержанием воды: кровь, тканевая жидкость, слизистая желудка, кишок, хрусталик глаза и др.

Последствия СВЧ-излучения проявляются: угнетением и истощением процессов нервной и эндокринной регуляции; сдвигами в обмене веществ, угнетением синтетических процессов; снижением неспецифической резистентности (сопротивляемости), ослаблением иммунных процессов; снижением адаптации к факторам окружающей среды.

Следствием перечисленного будут: повышение заболеваемости (общей, инфекционной, соматической), преморбидные состояния; отягощение имеющихся хронических заболеваний; функциональные расстройства в сердечно-сосудистой, кроветворной, генеративной и других системах организма; невротические расстройства; нарушение гормонального баланса, преждевременное старение организма; возможны онкогенные процессы и отдаленные последствия среди потомства, кумуляция повреждающих эффектов, ведущая к срыву механизмов адаптации. Все эти нарушения обнаруживаются при действии сверхвысоких частот.

СВЧ излучение непосредственно нагревает организм. Ток крови уменьшает нагревание (это относится к органам, богатым кровеносными сосудами). Но есть органы, например хрусталик, не содержащие кровеносных сосудов. Поэтому волны СВЧ приводят к помутнению хрусталика и его разрушению. Эти изменения необратимы.

Облучение СВЧ приводит к ослаблению клеток нашего организма. В генной инженерии существует такой способ: чтобы проникнуть в клетку, ее слегка облучают СВЧ волнами и этим ослабляют клеточные мембраны. Так как клетки практически сломаны, то клеточные мембраны не могут предохранить клетку от проникновения вирусов, грибков и других микроорганизмов, также подавляется естественный механизм самовосстановления.

В 1973г два американских ученых P.Czerski и W. M.Leach доказали, что СВЧ-волны вызывают у животных рак.

Далее приводятся высказывания одного врача.

“Специально изучил влияние Wi-Fi точек и роутеров на здоровье, так как имею двух детей. Нашёл труд – диссертацию, в которой доказывают, что Wi-Fi излучатели (частота 2.4-2.5 ГГц) оказывают сильное деструктивное влияние на мозг грудного ребёнка, в период его полного окостенения  черепа до 7 лет.

Так же нашёл заключение психотерапевтов: при СВЧ-излучении склонность к самоубийствам и депрессивным синдромам у лиц с психической нестабильностью увеличилась, тесты проводились в помещении психлечебницы.

А вот очень шокирующее заключение статистов: умершие, которые  проживали в Москве и др. крупных городах, квартиры которых были пронизаны 10-ю! и более точками Wi-Fi, в основном все умерли от Рака (поражённые органы абсолютно разные).

Я сам врач и имею доступ к такого рода статистике, взял её на кафедре Гигиены и Здоровья. Так вот есть интересные исследования на кафедре биофизики, по СВЧ-излучению. СВЧ-излучение ингибирует (подавляет) выработку клеток Т-киллеров, это клетки крови которые убивают образующиеся РАКОВЫЕ КЛЕТКИ. А к вашему сведению раковые клетки образуются в организме непрерывно.”

Влияние параметров пористой среды и источника СВЧ-излучения на динамику разложения газогидрата | Чиглинцева

Шагапов В.Ш., Насырова Л.А., Потапов А.А., Дмитриев В.Л. Тепловой удар под воздействием энергии излучения на пористую среду, частично заполненную газогидратом // Инженерно-физический журнал. 2003. Т. 76. № 5. С. 47-53.

Фатыхов М.А., Багаутдинов Н.Я. Экспериментальные исследования разложения газогидрата в трубе при сверхвысокочастотном электромагнитном воздействии // Теплофизика высоких температур. 2005. Т. 43. Вып. 4. С. 612-617.

Nigmatulin R. I., Shagapov V.SH., Nasyrova L.A. A «Thermal Shock» in a Porous Medium Saturated with a Gas Hydrate // Doklady Physics. 1999. Vol. 44. No. 5. P. 319-322.

Макогон Ю.Ф. Газогидраты. История изучения и перспективы освоения // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2010. № 2. С. 5-21.

Макогон Ю.Ф., Омельченко Р.Ю. Мессояха – газогидратная залежь, роль и значение // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2012. № 3. C. 5-19.

Черский Н.В., Бондарев Э.А. О тепловом методе разработки газогидратных месторождений // Доклады академии наук СССР. 1972. Т. 203. № 3. С. 550-552.

Веригин Н.Н., Хабибуллин И.Л., Халиков Г.А. Линейная задача о разложении гидратов газа в пористой среде // Известия Академии наук СССР. Механика жидкости и газа. 1980. № 1. С. 174-177.

Бондарев Э.А., Максимов А.М., Цыпкин Г. Г. К математическому моделированию диссоциации газовых гидратов // Доклады академии наук СССР. 1989. Т. 308. № 3. С. 575-578.

Шагапов В.Ш., Мусакаев Н.Г. Динамика образования и разложения гидратов в системах добычи, транспортировки и хранения газа. М.: Наука, 2016. 240 с.

Verigin N.N., Khabibullin I.L., Khalikov G.A. Axisymmetric Problem of Heat and Mass Transfer in Saturated Porous Medium // Journal of Engineering Physics. 1980. Vol. 38. No 5. P. 581-585. DOI: 10.1007/BF00861276.

Цыпкин Г.Г. Влияние разложения газового гидрата на добычу газа из пласта, содержащего гидрат и газ в свободном состоянии // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2005. № 1. С. 132-142.

Чиглинцева А.С., Давлетшина М.Р., Столповский М.В. Численное решение задачи о разложении гидрата метана при тепловом воздействии // Фундаментальные проблемы теоретической и прикладной механики: матер.

XII Всеросс. съезда: В 4 Т. Уфа: Изд-во БашГУ, 2019. Т. 2. С. 1137-1139.

МИКРОВОЛНОВАЯ ПЕЧЬ. Насколько опасно СВЧ-излучение? | Микроволновые печи | Блог

Первые бытовые СВЧ-печи появились в середине прошлого века и буквально сразу оказались окутаны разнообразными мифами и жуткими историями. Действительно ли микроволновки излучают радиацию, а приготовленная в них пища непригодна для употребления и даже опасна? В этой статье мы дадим ответ на все эти вопросы, узнаем о принципе работы микроволновок и проведем собственные измерения СВЧ-излучений.

Мифы и легенды СВЧ-печей

Давайте вспомним самые знаменитые мифы-страшилки и попытаемся их грамотно опровергнуть.

Микроволновки ионизируют продукты и излучают радиацию. Реальные данные этого не подтверждают — у СВЧ-излучения сил хватает лишь на то, чтобы двигать молекулы воды. В принципе, в этом и кроется вся «магия» микроволновок — СВЧ-излучение просто-напросто заставляет двигаться молекулы воды быстрее, вследствие чего происходит нагрев водосодержащих веществ, в том числе и продуктов питания. Будьте спокойны — вредные для здоровья человека рентгеновские и гамма-лучи микроволновки не излучают.

СВЧ-излучение делает пищу «мертвой». Сторонники этого мифа утверждают, что молекулы меняют свою структуру и становятся вредными из-за этого. Молекулы в самом деле меняют свою структуру, но этот процесс является вполне естественным — вспомните что случается с яйцом, если его вылить на разогретую сковороду. Происходит процесс денатурации — изменение структуры белка, вследствие чего мы получаем вкусную яичницу. Молекулы изменили свою структуру, но вредными от этого не стали.

А вот кисломолочные продукты готовить или разогревать в микроволновке не стоит. Под воздействием СВЧ-излучения лакто- и бифидобактерии погибают.

А вообще микроволновка — вещь крайне интересная, она способна заменить собой некоторую другую технику для кухни. Узнать о всех возможностях современных микроволновых печей вы можете в этой статье.

Как работает СВЧ-излучение

Микроволновые печи являются источником электромагнитных излучений сверхвысокой частоты — тех самых пресловутых СВЧ-излучений, вокруг которых ходит так много слухов и предположений. На самом деле все не так страшно и вот почему.

Любая микроволновая печь состоит из массы компонентов: магнетрона, волновода, трансформатора и многого другого. Ознакомиться с принципом работы и внутренним устройством СВЧ-печей можно в этой статье, а сейчас нас интересует только магнетрон — генератор СВЧ-излучений.

Негативное воздействие СВЧ-излучений сводится к тепловым эффектам — перегреву и ожогам. Длительное массированное воздействие СВЧ-излучения приводит к повышенной утомляемости, бессоннице и головным болям.

Существенное значение имеет плотность мощности СВЧ-излучений, выражается она в милливаттах на квадратный сантиметр. Установленные стандарты электромагнитных излучений в разных странах различаются. Например, в США измерения проводят в пяти сантиметрах от источника излучения, а в России и Европе это расстояние увеличивается до полуметра.

Нормы излучения

Плотность мощности излучения

Дальность измерения

РФ, ЕС

0.01 мВт/см2

50 см

США

1 мВт/см2 у новых устройств

5 мВт/см2 у старых устройств

5 см

Человек может ощутить отрицательное воздействие СВЧ-излучений только при плотности мощности порядка 20-50 мВт/см².

Может ли обычная домашняя микроволновка генерировать излучение такой мощности и нанести вред человеку?

Чтобы выяснить это мы проведем эксперимент и сделаем замеры как по стандартам США, так и по стандартам РФ/ЕС. Замеры будут проводиться снаружи, так как львиная доля излучений поглощается металлическим корпусом устройства — наружу прорывается лишь незначительная часть излучений. Включить микроволновку с открытой дверцей не получится при всем желании — сработает автоматическая защита и устройство попросту не заведется.

Измерение СВЧ-излучения

Чтобы узнать о реальном вреде СВЧ-излучений мы провели измерения по стандартам США и РФ/ЕС на нескольких моделях микроволновок. Замеры проводились с помощью детектора СВЧ-излучения CEM DT-2G.

В ходе измерений выяснилось, что СВЧ-излучение не равномерное и нестабильное. Например, тыльная сторона микроволновки может излучать меньше волн, чем фронтальная.

На первый взгляд результаты тестов выглядят неутешительно: все микроволновки показали превышение нормативов. На расстоянии 5 см (стандарт США) детектор зафиксировал 8 мВт/см2, что многократно превышает установленную норму. Измерения по стандартам РФ/ЕС тоже не порадовало — фиксировались всплески до 0.2 мВт/см2, что тоже не вписывается в границы нормы.

Очевидно, что СВЧ-излучение действительно существует и превышает установленные нормы, однако стоит учесть, что все эти нормативы разрабатывались для постоянного и продолжительного излучения. У СВЧ-печей показатели «плавающие» и не постоянные, поэтому нужно обращать внимание на длительность излучения.

Предельно допустимые уровни плотности СВЧ-лучей:

Время воздействия, час

8

7

6

5

4

3

2

1

0. 5

0.25

<0.25

Плотность мощности излучения, мВт/см2

0.025

0.029

0.033

0.04

0.05

0.067

0.1

0.2

0.4

0.8

1

Исходя из этой таблицы можно сделать вывод, что излучение 0.2 мВт/см2 безопасно если оно воздействует на объект не более часа — такие показатели полностью вписывается в границы нормы.

В большинстве случаев микроволновка применяется для разогрева пищи, обычно на это уходит всего несколько минут. Для приготовления пищи может понадобиться около часа, но переживать не стоит даже в этом случае. Если хотите полностью обезопасить себя, то старайтесь не находиться возле работающей микроволновки ближе полуметра — негативное влияние СВЧ-излучения сходит на нет с увеличением расстояния.

Выводы

«Соблюдайте дистанцию!» — этот лозунг прекрасно подходит в качестве вывода. Да, микроволновые печи являются источником СВЧ-излучений и при несоблюдении правил безопасности они могут навредить здоровью человека, однако обезопаситься от них очень просто — достаточно отойти дальше полуметра от работающего устройства.

Есть ли вред от микроволновки для здоровья человека

В некоторых СМИ можно услышать о том, что микроволна, на которой основана работа прибора, вредна. Имеются ли подтвержденные исследования на эту тему? Безусловно, вот только результаты их зачастую противоречивы и указывают на диаметрально противоположные вещи. Попробуем разобраться, можно ли разогревать еду в аппаратах подобного типа, и есть ли неприятные последствия от употребления подобной пищи.

Как работает микроволновая печь

Чтобы понять, как микроволновка может влиять на организм человека, стоит разобраться с тем, как она вообще работает. Нагрев еды в ней осуществляется путем преобразования энергии микроволнового электромагнитного излучения в тепловую энергию внутри продуктов.

На заметку! Из «бытовых» волн самый близкий диапазон у тех, по которым идет сигнал Bluetooth и мобильной связи.

Конструктивно микроволновая печь состоит из электроники управления (центральная плата), высоковольтного трансформатора, который выдает, соответственно, высокое напряжение и магнетрона. Именно магнетрон трансформирует электроэнергию в магнитное поле нужной частоты.

Читайте также: как работает микроволновая печь.

Что происходит с веществом в микроволновке

Принцип действия данного прибора следующий. Высокочастотные волны воздействуют на наиболее подвижные молекулы (воды, жиров и сахара). Механическая энергия их ускоренного вращения превращается в тепловую. Противники такого типа разогрева утверждают, что такое влияние на молекулярном уровне вредно: быстрое вращение приводит к молекулярному распаду вещества. Реальность такова: в домашних, да и в большинстве лабораторных условий невозможно разогнать молекулы так, чтобы они начали распадаться. Даже при испарении воды, ее молекулы не изменяются.

Любая тепловая обработка продуктов ведет к тому, что более высокоорганизованные вещества переходят в простые структуры. При этом приготовление в микроволновке оказывается деликатнее по отношению к органике. Например, витамины в продуктах сохраняются лучше, чем при варке или жарке.

Сравнение разных волн

Еще одно заблуждение – микроволновое излучение опасное, да еще и накапливается. Это не так. Волны с небольшой длиной, такие как гамма-излучение и ультрафиолет, действительно негативно влияют на человека. То поле, что используется в СВЧ, находится в диапазоне между инфракрасным излучением (которое в свою очередь больше ультрафиолета) и радиоволной. Влияние СВЧ на человека сопоставимо с тем, как действует на него мобильная связь.

Конструкция микроволновой печи

Понять, насколько безопасна микроволновая печь и успокоиться на эту тему, можно, если рассмотреть ее конструкцию. Корпус устройства экранирован, излучение не попадает наружу. Даже дверца конструктивно продумана так, что не пропускает излучения. Она представляет собой многослойную панель из прозрачного пластика и стекла, а также листа металла с сотовой структурой, которая отражает волны обратно во внутреннюю камеру. Это, с одной стороны, повышает эффективность работы прибора, с другой — гарантирует безопасность. Отверстия в металле имеют такой размер, который позволяет наблюдать за тем, что происходит внутри печки, но не пропускают электромагнитное излучение.

Отношение ВОЗ к использованию микроволновых печей

Безопасность использования микроволновых печей настолько активно обсуждается и волнует так много людей, что Всемирная организация здравоохранения тоже не обошла его стороной.

В 2008 году ВОЗ высказала свое официальное мнение на этот счет. Специалисты организации заявили, что микроволновое излучение не оказывает негативного воздействия ни на здоровье человека, ни на еду, которая готовится в СВЧ печах. Исключение составляют кардиостимуляторы, а точнее, их обладатели, для которых влияние микроволновки может оказаться опасным.

В СССР были микроволновки

Данное изобретение было запатентовано еще в 1945 году американским инженером Перси Спенсером. На просторах СССР микроволновая печь появилась в 80-годы. Тогда на машиностроительном заводе в Днепропетровске стали собирать микроволновки «Днепрянка-1». Отсюда следует опровержение сразу двух мифов, которые можно услышать от противников этой техники:

  • СВЧ-печи были запрещены в СССР  — они были не просто разрешены, но и выпускались в большом объеме;
  • они были изобретены немцами во времена Второй Мировой войны как вариант оружия уничтожения.

Читайте также: кто и когда изобрел микроволновую печь.

Рекомендации производителей по безопасной эксплуатации микроволновых печей

Любое техническое устройство будет безопасно лишь в том случае, когда соблюдаются все рекомендации по его эксплуатации. Это касается и СВЧ печей. В принципе, технически исправная микроволновка безопасна для человека, домашних животных и растений, а также для еды, которая в ней готовится.

Производители акцентируют свое внимание на соблюдении правил безопасности, чтобы действительно ее гарантировать. В общих чертах рекомендуется следовать таким пунктам.

  1. СВЧ печь идеально подходит для деликатной разморозки и разогрева еды. Это и есть основное назначение данной техники. Приготовление блюд в ней также возможно.
  2. Устанавливать микроволновую печь лучше так, чтобы она находилась максимально далеко от тех локаций, где обычно собираются люди. Например, ставить ее на обеденный стол, за которым часто сидят, не рекомендуется.
  3. Для микроволновки категорически не подходит металлическая тара или посуда с металлическим декором. Во-первых, металл во время работы может вывести из строя магнетрон, заискриться и воспламениться. Во-вторых, несанкционированный отражающий элемент внутри вызывает беспорядочное движение волн в камере. В результате излучение может «пробиться» наружу.
  4. Оказывается, микроволновое излучение не убирает бактериальное загрязнение. Поэтому за чистотой прибора надо тщательно следить, не допуская скопления органических загрязнений.

Вредная пища

Справедливости ради стоит заметить, что пища из микроволновки сама по себе – не самое здоровое питание, и дело здесь не в воздействии ультракоротких волн, а в самом принципе готовки. СВЧ-печи используются, в основном, для приготовления «быстрой еды», которая относится к условно не полезной пище (например, попкорн, хот-доги, продукты быстрой разморозки).

Если пренебрегать правильным питанием, то можно довольно быстро заработать проблемы с ЖКТ и перистальтикой, и дело будет вовсе не в «пагубном влиянии» излучения, исходящего от микроволновой печи.

Нездоровая еда, приготовленная в СВЧ-печи, способна привести к набору веса, что также можно отнести к вредному влиянию, но дело здесь в неправильном питании, а не в прямом и явно негативном воздействии микроволн.

Сертификация техники

Производители этого вида бытовой техники имеют все необходимые виды сертификации, которую очень трудно получить. К слову, технологические новинки, которые так или иначе негативно влияют на здоровье потребителя, не находят дорогу к массовому рынку, или, попав в магазины, так же быстро исчезают с прилавков, если поступают какие-то жалобы. Так что говорить о каком-то намеренном вреде из-за сговора производителей вряд ли стоит, этими вопросами занимается множество различных организаций.

Задаваясь вопросом, вред микроволновок – миф это или реальность, следует оставаться беспристрастным и отдавать себе отчет в том, что любое технологическое устройство, так или иначе, оказывает воздействие на организм человека.

Просто в одном случае подобное влияние может стать явным в самое ближайшее время, а во втором случае никак не проявлять себя на протяжении многих лет и даже десятилетий, по прошествии которых уже трудно будет сказать, что же именно послужило причиной и катализатором подобного рода изменений.

Скорее всего, вред и польза от микроволновой печи будут примерно одинаковы, разнясь от одного пользователя к другому, ведь индивидуальные особенности организма никто не отменял. Зачастую использование микроволновки приводит к так называемой «пищевой распущенности», когда человек начинает пренебрегать здоровой и полезной пищей, богатой всеми необходимыми веществами. В этом как раз и заключается вред, но он вызван не самим устройством.

Биологи ТГУ установили, что микроволновое излучение тормозит развитие дрозофил

​Студент второго курса БИ ТГУ Илья Желябовский под руководством доцента кафедры цитологии и генетики Юрия Михайловича Новикова провел серию экспериментов, направленных на изучение влияния СВЧ на живые организмы и продукты питания.

В качестве объекта для испытаний был использован популярный модельный вид – плодовая мушка дрозофила (Drosophila melanogaster). Результаты исследований показали, что электромагнитное излучение приводит к задержке развития насекомых.

– Влияние сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения на качество повседневных продуктов питания до сих пор достоверно не изучено, – отмечает доцент кафедры цитологии и генетики БИ ТГУ Юрий Новиков . – Лишь немногие исследования по данной проблеме представляют собой научную ценность, большая же их часть имеет популистский характер. Поэтому всестороннее изучение последствий использования бытовых СВЧ-печей является актуальным и привлекает внимание наших студентов.

В ходе первого опыта студент и ученый осуществляли наблюдение за развитием дрозофил стандартной линии дикого (естественного) типа (Canton-S) на дрожжевых средах, приготовленных на электроплите и в микроволновой печи. Учет численности ежедневно выходящих из куколок особей проводили в течение 10 дней. Во втором опыте исследователи использовали генетические маркеры – работали с мутантными линиями дрозофил black (черное тело) и сinnabar (алые глаза). Самцов и самок помещали в пробирки со средами, приготовленными двумя разными способами, и в течение недели оценивали динамику численности и развития мух.

Результаты экспериментов показали, что на питательной среде, приготовленной на электроплите, дрозофилы примерно на 24 часа превосходили по скорости развития особей, развивавшихся на среде того же состава, но приготовленной в СВЧ-печи. По мнению исследователей, это является косвенным показателем негативного влияния электромагнитных волн на облучаемый объект.

Во втором эксперименте исследователи установили, что отличие в скоростях развития дрозофил на средах, приготовленных в микроволновке и на электроплите, подтверждается для разных генотипов. Помимо этого установлено, что особи с новыми сочетаниями признаков (рекомбинантные) развивались быстрее мушек, унаследовавших комбинации признаков родительских типов.

– Илья Желябовский решил специализироваться на кафедре цитологии и генетики, будет заниматься проблемами генной инженерии, – говорит Юрий Михайлович. – В июле он прошел учебную практику в Институте цитологии и генетики СО РАН в Новосибирске.

Добавим, что ранее исследование влияния электромагнитных волн проводила магистрант кафедры экологии, природопользования и экологической инженерии БИ ТГУ Марина Костромеева . Она изучила особенности индивидуальной восприимчивости пользователей к излучению мобильных телефонов. Эксперимент, проведенный на базе СибГМУ, показал, что длительное воздействие электромагнитных волн приводит к изменению структуры клеток эпителия внутренней стороны щеки. Среди выявленных патологий – разрушение ядер, нарушение расхождения хромосом при делении клеток, ряд других отклонений.

Drosophila melanogaster – вид плодовой мухи из рода дрозофил, наиболее часто использующийся в генетических экспериментах. Во второй половине ХХ века дрозофила стала одним из основных модельных организмов и для биологии развития. Универсальный модельный объект уже более 100 лет помогает ученым выявлять закономерности наследственности и развития организмов.

Подробно об ошибке IIS 7.0 – 404.11

Описание ошибки:

Ошибка HTTP 404.11 – Not Found

Модуль фильтрации запросов сконфигурирован для блокировки запросов, содержащих последовательности двойного преобразования символов.

Подробные сведения об ошибке
МодульRequestFilteringModule
УведомлениеBeginRequest
ОбработчикStaticFile
Код ошибки0x00000000
Запрашиваемый URL-адресhttps://butlerov. com:443/files/reports/2005/vol7/1/%d0%a8%d1%83%d0%bb%d0%b0%d0%b5%d0%b2_24_12_2009_19.doc
Физический путьD:\web\butlerov.com\www\files\reports\2005\vol7\1\%d0%a8%d1%83%d0%bb%d0%b0%d0%b5%d0%b2_24_12_2009_19.doc
Способ входаПока не определено
Вход пользователяПока не определено
Наиболее вероятные причины:
  • Этот запрос содержал последовательность двойного преобразования символов, тогда как средства фильтрации запросов сконфигурированы на веб-сервере для блокировки таких последовательностей.
Что можно предпринять:
  • Проверьте настройку configuration/system.webServer/security/requestFiltering@allowDoubleEscaping в файлах applicationhost.config или web.config
Ссылки и дополнительные сведения… Это средство безопасности. Изменять его параметры можно лишь в том случае, если вы до конца понимаете последствия своих действий. Перед тем как изменить это значение, вам следует провести трассировку в сети, дабы удостовериться в том, что данный запрос не является злонамеренным. Если сервер допускает последовательности двойного преобразования символов, измените настройку configuration/system.webServer/security/requestFiltering@allowDoubleEscaping. Причиной этого может быть неверный URL-адрес, направленный на сервер злонамеренным пользователем.

Дополнительные сведения…»

СВЧ – опасность или помощь » ФБУЗ ФЦГиЭ Роспотребнадзор

Вниманию потребителя: СВЧ – опасность или помощь

Польза или вред приходит в ваш дом при покупке микроволновой печи?

Нагрев продукта – заслуга микроволнового излучения. Волны представляют собой сверхвысокочастотное электромагнитное неионизирующее излучение, не способное разрушать молекулярные связи.

Нагрев происходит в самом продукте, а не от стенок посуды, как во время приготовления пищи на обычной плите. Молекулы воды эффективно поглощают энергию СВЧ-излучения и трансформируют ее в тепловую. Микроволны вызывают вращение молекул воды — сначала на поверхности, потом в глубине. Разогрев происходит по всему объему, а не только у стенок емкости. На разогрев и приготовление блюда тратится существенно меньше времени, благодаря чему в пище сохраняются витамины (в т.ч. фолиевая кислота, B1, B2, В12) и другие полезные вещества в более усваиваемой форме. Еще один несомненный плюс использования микроволновки – отсутствие масла.

Конструкция микроволновой печи

Микроволновые печи специально спроектированы таким образом, чтобы во время работы, минимальное количество излучение выходило наружу.

Корпус любой микроволновой печи оснащен защитным экраном, не позволяющим микроволнам выходить за пределы внутреннего пространства. Дверца микроволновки конструктивно представляет собой многослойный «пирог» из пластмассовых или стеклянных пластин и сеткой перфорированного металлического листа, что отражает волны в полость печи. Перфорация диаметром 3 мм не пропускает волны за пределы печи.

Во всех устройствах есть защитная система, которая не позволяет печи начать работу до тех пор, пока не сработает запирающее устройство.

Не смотря на это следует соблюдать ряд рекомендаций:

  1. Не стоять рядом с печью во время ее работы.

  1. Быть аккуратным и осторожным нагревая в микроволновке жидкости – они могут неожиданно закипеть, когда вы к ним прикасаетесь, и нанести ожоги.
  2. Дверца печки должна быть исправна.
  3. Не использовать микроволновку лицам с кардиостимуляторами.

Для использования в микроволновке безопасна глазурованная керамическая посуда и посуда с толстыми стенками из прочного стекла. На ее поверхности не должно быть рисунков и металлических элементов.

Если на стеклянной посуде, предназначенной для использования в микроволновой печи, в ходе эксплуатации появились сколы или трещины, применять ее в дальнейшем не рекомендуется.

При эксплуатации микроволновки необходимо соблюдать следующие требования:

  • Изучить инструкцию и соблюдать технику безопасности.
  • Не нарушать правила установки, рекомендуемые производителем устройства. Микроволновку следует размещать вдали от других приборов. Вентиляционное отверстие не должно быть закрыто.
  • Не использовать устройство, если есть повреждения корпуса или стекла.
  • Не открывать дверцу прибора при его работе.
  • Не включать пустую микроволновую печь.
  • Следует мыть прибор в выключенном состоянии мягкой губкой без использования абразивных средств (это позволит сохранить целостность защитного покрытия).

Не смотря на то, что в 2008 годуВсемирная Организация Здравоохранения вынесла вердикт: «Микроволновые волны не оказывают вредное воздействие на пищу и здоровье человека» выбор остается за потребителем.

Последние достижения в области воздействия микроволнового излучения на мозг | Военно-медицинские исследования

  • 1.

    Воробьев В., Янак Б., Пешич В., Пролик З. Многократное воздействие микроволн низкой мощности с чрезвычайно низкой частотной модуляцией влияет на взаимодействие коры и гипоталамуса у свободно движущихся крыс: исследование ЭЭГ. Int J Radiat Biol. 2010; 86: 376–83.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 2.

    Элиягу И., Лурия Р., Харевени Р., Маргалиот М., Мейран Н., Шани Г.Влияние радиочастотного излучения сотовых телефонов на когнитивные функции человека. Биоэлектромагнетизм. 2006; 27:119–26.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 3.

    Сейдж С., Карпентер Д., Харделл Л. Комментарии к SCENIHR: мнение о потенциальном воздействии электромагнитных полей на здоровье. Биоэлектромагнетизм. 2015;36:480–4.

    Артикул Google Scholar

  • 4.

    Szmigielski S. Риски рака, связанные с низким уровнем радиочастотного/микроволнового облучения, включая мобильные телефоны. Electromagn Biol Med. 2013; 32: 273–80.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 5.

    Кан П., Симонсен С.Е., Лайон Дж.Л., Кестле Дж.Р. Использование сотового телефона и опухоль головного мозга: метаанализ. J Нейро-онкол. 2008; 86: 71–78.

    Артикул Google Scholar

  • 6.

    Хурана В.Г., Тео С., Кунди М., Харделл Л., Карлберг М.Сотовые телефоны и опухоли головного мозга: обзор, включающий долгосрочные эпидемиологические данные. Surg Neurol. 2009;72:205–14.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 7.

    Myung SK, Ju W, McDonnell DD, Lee YJ, Kazinets G, Cheng CT, et al. Использование мобильных телефонов и риск развития опухолей: метаанализ. Дж. Клин Онкол. 2009; 27: 5565–72.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 8.

    Йохансен К., Бойс Дж.Д., Маклафлин Дж.К., Олсен Дж.Х.Сотовые телефоны и рак — общенациональное когортное исследование в Дании. J Natl Cancer Inst. 2001; 93: 203–7.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 9.

    Muscat JE, Malkin MG, Thompson S, Shore RE, Stellman SD, McRee D, et al. Использование портативного сотового телефона и риск рака мозга. ДЖАМА. 2000; 284:3001–7.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 10.

    Лённ С., Альбом А., Холл П., Фейхтинг М. Длительное использование мобильного телефона и риск опухоли головного мозга. Am J Epidemiol. 2005; 161: 526–35.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 11.

    Frei P, Poulsen AH, Johansen C, Olsen JH, Steding-Jessen M, Schüz J. Использование мобильных телефонов и риск развития опухолей головного мозга: обновление датского когортного исследования. BMJ. 2011;343:522–4.

  • 12.

    Schüz J, Jacobsen R, Olsen JH, Boice JD, McLaughlin JK, Johansen C.Использование сотового телефона и риск развития рака: обновленная информация общенациональной датской когорты. J Natl Cancer Inst. 2006; 98: 1707–13.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 13.

    Домофонная учебная группа. Риск опухоли головного мозга в связи с использованием мобильного телефона: результаты международного исследования случай-контроль INTERPHONE. Int J Epidemiol. 2010; 39: 675–94.

    Артикул Google Scholar

  • 14.

    Ларджавара С., Шюц Дж., Свердлоу А., Фейхтинг М., Йохансен С., Лагорио С. и др. Расположение глиом в связи с использованием мобильного телефона: случай-случай и случай-зеркальный анализ. Am J Epidemiol. 2011; 174:2–11.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 15.

    Харделл Л., Карлберг М., Милд К.Х., Эрикссон М. Исследование случай-контроль использования мобильных и беспроводных телефонов и риск злокачественной меланомы в области головы и шеи.Патофизиология. 2011;18:325–33.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 16.

    Дасдаг С., Балчи К., Челик М., Батун С., Каплан А., Боламан З. и др. Неврологические и биохимические данные и соотношение CD4/CD8 у людей, подвергающихся профессиональному воздействию радиочастотного и микроволнового излучения. Биотехнология Биотехнология Оборудование. 1992; 6: 37–9.

    Артикул Google Scholar

  • 17.

    Ото Р., Акда З., Дашда С., Челик Ю.Оценка психологических параметров у людей, подвергающихся профессиональному воздействию радиочастот и микроволн. Биотехнология Биотехнология Оборудование. 1994; 8: 71–74.

    Артикул Google Scholar

  • 18.

    Mortazavi SMJ, Taeb S, Dehghan N. Изменения времени зрительной реакции и краткосрочной памяти у военных радаров. Иран J Общественное здравоохранение. 2013;42:428.

    ПабМед ПабМед Центральный Google Scholar

  • 19.

    Насер Д., Шахрам Т. Неблагоприятные последствия для здоровья профессионального воздействия радиочастотного излучения у операторов радаров наблюдения в аэропортах. Indian J Occup Environ Med. 2013; 17:7–11.

    Артикул Google Scholar

  • 20.

    Сингх С., Мани К.В., Капур Н. Влияние профессионального воздействия ЭМП от радара в двух разных частотных диапазонах на уровни мелатонина и серотонина в плазме. Int J Radiat Biol. 2015;91:426–34.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 21.

    Рихтер Э.Д., Берман Т., Бен-Майкл Э., Ластер Р., Вестин Дж.Б. Рак у радиолокаторов, подвергшихся воздействию радиочастотного/микроволнового излучения: дозорные эпизоды. Int J Occup Environ Health. 2000; 6: 187–93.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 22.

    Richter ED, Berman T, Levy O. Рак головного мозга с индукционным периодом менее 10 лет у молодых военных радаристов. Арка здоровья окружающей среды. 2002; 57: 270–2.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 23.

    Szmigielski S. Заболеваемость раком у лиц, подвергающихся профессиональному воздействию высокочастотного (радиочастотного и микроволнового) электромагнитного излучения. Sci Total Environ. 1996; 180:9–17.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 24.

    Отто М., фон Мюлендаль К.Е. Электромагнитные поля (ЭМП): играют ли они роль в экологическом здоровье детей (CEH)? Int J Hyg Environ Health. 2007; 210:635–44.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 25.

    Айдин Д., Фейхтинг М., Шюц Дж., Андерсен Т.В., Поулсен А.Х., Прохазка М. и др. Предикторы и переоценка вспоминаемого использования мобильного телефона детьми и подростками. Прог Биофиз Мол Биол. 2011; 107: 356–61.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 26.

    Мортазави С., Тавакколи-Голпаегани А., Хагани М., Мортазави С. Взгляд на другую сторону медали: поиск возможных биопозитивных когнитивных эффектов воздействия радиочастотного излучения мобильных телефонов GSM на частоте 900 МГц.J Environment Health Sci Eng. 2014;12:75.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 27.

    Mortazavi S, Rouintan M, Taeb S, Dehghan N, Ghaffarpanah A, Sadeghi Z, et al. Кратковременное воздействие на человека электромагнитных полей, излучаемых мобильными телефонами, снижает время компьютерной зрительной реакции. Акта Нейрол Белг. 2012; 112:171–5.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 28.

    Койвисто М., Ревонсуо А., Краузе С., Хаарала С., Силланмяки Л., Лайне М. и др. Влияние электромагнитного поля 902 МГц, излучаемого сотовыми телефонами, на время отклика человека. Нейроотчет. 2000;11:413–5.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 29.

    Preece A, Iwi G, Davies-Smith A, Wesnes K, Butler S, Lim E, et al. Влияние смоделированного сигнала мобильного телефона на частоте 915 МГц на когнитивные функции человека. Int J Radiat Biol. 1999; 75: 447–56.

  • 30.

    Койвисто М., Краузе С.М., Ревонсуо А., Лайне М., Хямяляйнен Х. Влияние электромагнитного поля, излучаемого телефонами GSM, на рабочую память. Нейроотчет. 2000; 11:1641–3.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 31.

    Эдельстин Н., Олдершоу А. Острое воздействие электромагнитного поля, излучаемого мобильными телефонами, на внимание человека. Нейроотчет. 2002; 13:119–21.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 32.

    Lee TM, Ho SM, Tsang LY, Yang SY, Li LS, Chan CC. Влияние на внимание человека воздействия электромагнитного поля, излучаемого мобильными телефонами. Нейроотчет. 2001; 12: 729–31.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 33.

    Smythe JW, Costall B. Использование мобильного телефона улучшает память у мужчин, но не у женщин. Нейроотчет. 2003; 14: 243–6.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 34.

    Дасдаг С., Балджи К., Айылдыз М., Челик М., Текес С., Каплан А. Биохимические параметры крови станции радиосвязи. Восточная J Med. 1999; 4:10–2.

    Google Scholar

  • 35.

    Schüz J, Waldemar G, Olsen JH, Johansen C. Риски заболеваний центральной нервной системы среди абонентов мобильных телефонов: датское ретроспективное когортное исследование. ПЛОС Один. 2009;4:e4389.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья CAS Google Scholar

  • 36.

    Моррис Р. Разработка процедуры водного лабиринта для изучения пространственного обучения у крыс. J Neurosci Методы. 1984; 11:47–60.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 37.

    Нараянан С.Н., Кумар Р.С., Поту Б.К., Наяк С., Майланкот М. Характеристики пространственной памяти крыс Wistar, подвергшихся воздействию мобильного телефона. Клиники. 2009; 64: 231–4.

  • 38.

    Wang H, Peng R, Zhou H, Wang S, Gao Y, Wang L, et al. Нарушение индукции долговременной потенциации имеет важное значение для нарушения пространственной памяти после микроволнового воздействия.Int J Radiat Biol. 2013;89:1100–7.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 39.

    Лай Х., Хорита А., Гай А.В. Микроволновое облучение влияет на поведение крыс в лабиринте с радиальными рукавами. Биоэлектромагнетизм. 1994; 15:95–104.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 40.

    Коскер Б., Кастер Н., Кассель Дж.К. Воздействие электромагнитных полей частотой 2,45 ГГц на все тело не изменяет 12-лучевой радиальный лабиринт с ограниченным доступом к пространственным сигналам у крыс.Behav Brain Res. 2005; 161:331–4.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 41.

    Cassel JC, Cosquer B, Galani R, Kuster N. Воздействие электромагнитных полей 2,45 ГГц на все тело не влияет на поведение крыс в радиальном лабиринте. Behav Brain Res. 2004; 155:37–43.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 42.

    Кобб Б.Л., Яухем Дж.Р., Адэр Э.Р. Поведение крыс в лабиринте с радиальным рукавом после многократного воздействия микроволнового излучения низкой мощности.Биоэлектромагнетизм. 2004; 25:49–57.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 43.

    Кесари К.К., Бехари Дж. Воздействие микроволнового излучения на пятьдесят гигагерц на мозг крысы. Заявл. Биохим Биотехнолог. 2009; 158:126–39.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 44.

    Li M, Wang Y, Zhang Y, Zhou Z, Yu Z. Повышение уровня кортикостерона в плазме и транслокация глюкокортикоидных рецепторов гиппокампа у крыс: потенциальный механизм нарушения когнитивных функций после хронического воздействия микроволнового излучения с низкой плотностью мощности. J Radiat Res (Токио). 2008; 49: 163–70.

    КАС Статья Google Scholar

  • 45.

    Li Z, Peng RY, Wang SM, Wang LF, Gao YB, Ji D, et al. Взаимосвязь между когнитивной функцией и структурой гиппокампа после длительного воздействия микроволнового излучения. Биомед Окружающая среда Sci. 2012;25:182–8.

    ПабМед Google Scholar

  • 46.

    Xiong L, Sun CF, Zhang J, Gao YB, Wang LF, Zuo HY, et al.Воздействие микроволн ухудшает синаптическую пластичность в гиппокампе крысы и клетках pc12 из-за чрезмерной активации сигнального пути рецептора nmda. Биомед Окружающая среда Sci. 2015; 28:13–24.

    ПабМед Google Scholar

  • 47.

    Шринивасан Р. Анатомические ограничения на исходные модели для ЭЭГ и МЭГ высокого разрешения, полученные с помощью МРТ. Лечение рака Technol Res. 2006; 5:389.

    ПабМед ПабМед Центральный Google Scholar

  • 48.

    Jeong J. Динамика ЭЭГ у больных с болезнью Альцгеймера. Клин Нейрофизиол. 2004; 115:1490–505.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 49.

    Хинрикус Х., Бахманн М., Ласс Дж., Карай Д., Туулик В. Влияние низкочастотно-модулированного микроволнового воздействия на ЭЭГ человека: индивидуальная чувствительность. Биоэлектромагнетизм. 2008; 29: 527–38.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 50.

    Li HJ, Peng RY, Wang CZ, Qiao SM, Yong Z, Gao YB и др. Изменения когнитивной функции и системы 5-НТ у крыс после длительного воздействия микроволнового излучения. Физиол Поведение. 2015;140:236–46.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 51.

    Вакалопулос С. ЭЭГ как показатель баланса нейромодуляторов памяти и психических заболеваний. Front Neurosci. 2014;8:63.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 52.

    Thuroczy G, Kubinyi G, Bodo M, Bakos J, Szabo L. Одновременный ответ электрической активности мозга (ЭЭГ) и мозгового кровообращения (REG) на микроволновое воздействие у крыс. Преподобный Environment Health. 1994; 10: 135–48.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 53.

    Чиженкова Р. Медленные потенциалы и импульсная единичная активность коры головного мозга кроликов при воздействии микроволн. Биоэлектромагнетизм. 1988; 9: 337–45.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 54.

    Накатани-Эномото С., Фурубаяси Т., Ушияма А., Гройсс С.Дж., Уэсима К., Сокедзима С. и др. Влияние электромагнитных полей, излучаемых мобильными телефонами типа W-CDMA, на сон человека. Биоэлектромагнетизм. 2013; 34: 589–98.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 55.

    Schmid MR, Murbach M, Lustenberger C, Maire M, Kuster N, Achermann P, et al. Изменения ЭЭГ во сне: эффекты импульсных магнитных полей по сравнению с импульсно-модулированными радиочастотными электромагнитными полями.J Сон Res. 2012;21:620–9.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 56.

    Веккьо Ф., Бабилони С., Лицио Р., Фаллани Ф.В., Блиновска К., Верриенти Г. и др. Корковые ритмы ЭЭГ в состоянии покоя при болезни Альцгеймера: к маркерам ЭЭГ для клинического применения: обзор. Приложение Clin Neurophysiol. 2012;62:223–36.

    Артикул Google Scholar

  • 57.

    Perentos A, Cuesta-Soto F, Canciamilla A, Vidal B, Pierno L, Losilla NS, et al.Использование режекторного фильтра кольцевого резонатора для уменьшения оптической несущей и увеличения глубины модуляции в радиоканалах по оптоволокну. Фот Дж. 2013; 5:5500110.

    Артикул CAS Google Scholar

  • 58.

    Суххова А., Бахманн М., Караи Д. , Ласс Дж., Хинрикус Х. Влияние микроволнового излучения на ЭЭГ человека при двух разных уровнях воздействия. Биоэлектромагнетизм. 2013; 34: 264–74.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 59.

    Отман Х., Аммари М., Ртиби К., Бенсаид Н., Сакли М., Абдельмелек Х. Послеродовое развитие и влияние на поведение крыс внутриутробного воздействия радиочастотных волн, излучаемых обычными WiFi-устройствами. Environ Toxicol Pharmacol. 2017;52:239–47.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 60.

    Отман Х., Аммари М., Сакли М., Абдельмелек Х. Влияние пренатального воздействия сигнала WIFI (2,45 ГГц) на постнатальное развитие и поведение крыс: влияние ограничения матери.Behav Brain Res. 2017;326:291.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 61.

    Zhang Y, Li Z, Gao Y. Влияние воздействия микроволнового излучения на плод на поведение потомства у мышей. J Radiat Res (Токио). 2015; 56: 261–8.

    КАС Статья Google Scholar

  • 62.

    Qiao S, Peng R, Yan H, Gao Y, Wang C, Wang S, et al. Снижение фосфорилированного синапсина I (Ser-553) приводит к ухудшению пространственной памяти за счет ослабления высвобождения ГАМК после микроволнового воздействия у крыс Wistar.ПЛОС Один. 2014;9:e95503.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 63.

    Ning W, Chiang H, Yang W. Влияние GSM 1800 МГц на развитие дендритов культивируемых нейронов гиппокампа. Акта Фармакол Син. 2007; 28:1873–80.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 64.

    Xu S, Ning W, Xu Z, Zhou S, Chiang H, Luo J. Хроническое воздействие микроволн GSM 1800 МГц снижает возбуждающую синаптическую активность в культивируемых нейронах гиппокампа.Neurosci Lett. 2006; 398: 253–7.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 65.

    Wang L, Hu X, Peng R. Влияние длительного микроволнового излучения на содержание аминокислот и моноаминов в моче крыс Wistar. Чин Дж. Инд Хиг. 2010;28:445.

    КАС Google Scholar

  • 66.

    Myhrer T. Нейротрансмиттерные системы, участвующие в обучении и памяти у крыс: метаанализ, основанный на изучении четырех поведенческих задач.Brain Res Rev. 2003; 41: 268–87.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 67.

    Riedel G, Platt B, Micheau J. Функция рецепторов глутамата в обучении и памяти. Behav Brain Res. 2003; 140:1–47.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 68.

    Ван Л., Пэн Р., Ху С., Гао И., Ван С., Чжао Л. и др. Нарушение синаптических везикулярных ассоциированных белков в коре головного мозга и гиппокампе после микроволнового воздействия.Синапс. 2009;63:1010–6.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 69

    Кулл-Кэнди С. Г., Лешкевич Д.Н. Роль различных подтипов рецепторов NMDA в центральных синапсах. наук СТКЭ. 2004; 2004: 1–9.

  • 70

    Furukawa H, Singh SK, Mancusso R, Gouaux E. Расположение и функция субъединиц в рецепторах NMDA. Природа. 2005; 438:185–92.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 71

    Ито К., Хирао А., Араи Ф., Такубо К., Мацуока С., Миямото К. и др.Активные формы кислорода действуют через p38 MAPK, ограничивая продолжительность жизни гемопоэтических стволовых клеток. Nat Med. 2006; 12:446–51.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 72

    Ван Х., Пэн Р., Чжао Л., Ван С., Гао И., Ван Л. и др. Взаимосвязь между рецепторами NMDA и вызванными микроволнами нарушениями обучения и памяти: долгосрочное наблюдение за крысами Wistar. Int J Radiat Biol. 2014: 1–25.

  • 73

    Кампизи А., Гулино М., Аквавива Р., Беллия П., Ракити Г., Грассо Р. и др.Уровни активных форм кислорода и фрагментация ДНК на астроцитах в первичной культуре после острого воздействия микроволнового электромагнитного поля низкой интенсивности. Neurosci Lett. 2010; 473:52–5.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 74

    Озбен Т. Окислительный стресс и апоптоз: влияние на терапию рака. Дж. Фарм. 2007;96:2181–96.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 75

    Дасдаг С., Билгин Х., Акдаг М., Челик Х., Аксен Ф.Влияние длительного воздействия мобильного телефона на окислительно-антиоксидантные процессы и оксид азота у крыс. Биотехнология Биотехнология Оборудование. 2008; 22:992–7.

    Артикул Google Scholar

  • 76

    Шахин С., Банерджи С., Сингх С.П., Чатурведи К.М. Микроволновое излучение с частотой 2,45 ГГц ухудшает обучение и пространственную память из-за вызванного окислительным/нитрозативным стрессом p53-зависимого/независимого апоптоза гиппокампа: молекулярная основа и основной механизм. Токсикол науч. 2015; 148:1–50.

  • 77

    Кумар М., Сингх С.П., Чатурведи К.М. Хроническое немодулированное микроволновое излучение у мышей вызывает тревожное и депрессивное поведение, а также биохимические изменения в мозге, связанные с кальцием и NO. Опыт Нейробиол. 2016;25:318–27.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 78

    Мак А., Георг Т., Крайс П., Эйкхолт Б.Дж. Дефектная динамика актина в дендритных шипиках: причина или следствие возрастного снижения когнитивных функций? биол хим.2016; 397: 223–9.

    ПабМед Статья CAS Google Scholar

  • 79

    Кайхан Х., Эсмекая М.А., Саглам А.С., Тюйсуз М.З., Джансевен А.Г., Ягчи А.М. и др. Влияет ли СВЧ-излучение на экспрессию генов, уровень апоптоза и ход клеточного цикла клеток нейробластомы sh-sy5y человека? Cell Biochem Biophys. 2016;74:99–107.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 80

    Жубер В. , Буртумье С., Левек П., Ярден С.Апоптоз индуцируется радиочастотными полями через каспазо-независимый митохондриальный путь в корковых нейронах. Радиационное разрешение 2008; 169:38–45.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 81

    Мотави Т.К., Дарвиш Х.А., Мустафа Ю.М., Лабиб М.М. Биохимические модификации и повреждение нейронов в головном мозге молодых и взрослых крыс при длительном воздействии излучения мобильных телефонов. Cell Biochem Biophys. 2014;70:845–55.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 82

    Дасдаг С., Акдаг М.З., Аксен Ф., Башан М., Буюкбайрам Х.Влияет ли воздействие мобильного телефона GSM на частоте 900 МГц на мозг крысы? Electromagn Biol Med. 2004; 23:201–14.

    КАС Статья Google Scholar

  • 83

    Фрагопулу А.Ф., Самара А., Антонелоу М.Х., Ксантопулу А., Пападопулу А. , Вугас К. и др. Реакция протеома мозга после воздействия на все тело мышей мобильного телефона или беспроводной базовой станции DECT. Electromagn Biol Med. 2012; 31: 250–74.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 84

    Verma RK, Sisodia R, Bhatia A.Радиозащитная роль Amaranthus Gangeticus Linn.: биохимическое исследование мозга мышей. Джей Мед Фуд. 2002; 5: 189–95.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 85

    Шарма А., Сисодиа Р., Бхатнагар Д., Саксена В.К. Пространственная память и способность к обучению и их связь с синтезом белка у швейцарских мышей-альбиносов, подвергшихся воздействию микроволн с частотой 10 ГГц. Int J Radiat Biol. 2014;90:29–35.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 86

    Калабро Э., Конделло С., Курро М., Ферлаццо Н., Каккамо Д., Магазу С. и др.Модуляция ответа HSP в клетках SH-SY5Y после воздействия микроволн мобильного телефона. World J Biol Chem. 2012; 3:34–40.

    ПабМед ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 87

    Calabrò E, Magazù S. Исследование воздействия микроволн мобильных телефонов на вторичную структуру белков с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. J Электромагнит Анальный. 2010;2010

  • 88

    Кох С, Задор А.Функция дендритных шипов: устройства, обслуживающие биохимические, а не электрические вычисления. J Neurosci. 1993; 13: 413–22.

    КАС PubMed Google Scholar

  • 89

    Харрис К.М. Строение, развитие и пластичность дендритных шипиков. Курр Опин Нейробиол. 1999; 9: 343–8.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 90

    Нимчинский Э.А., Сабатини Б.Л., Свобода К.Структура и функция дендритных шипиков. Annu Rev Physiol. 2002; 64: 313–53.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 91

    Джонсон О. Л., Ouimet CC. Синтез белка необходим для пролиферации дендритных шипов в срезах мозга взрослых. Brain Res. 2004; 996: 89–96.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 92

    Дасдаг С., Акдаг М.З., Кизил Г., Кизил М., Чакир Д.У., Йокус Б.Влияние радиочастотного излучения 900 МГц на бета-амилоидный белок, карбонил белка и малоновый диальдегид в головном мозге. Electromagn Biol Med. 2012; 31:67–74.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 93

    Привет, Кенни П.Дж. МикроРНК в функции и дисфункции нейронов. Тренды Нейроси. 2012;35:325–34.

    КАС PubMed ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 94

    Абэ М., Бонини Н.М.МикроРНК и нейродегенерация: роль и влияние. Тенденции клеточной биологии. 2013;23:30–6.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 95

    Baer C, Claus R, Plass C. Полногеномная эпигенетическая регуляция микроРНК при раке. Cancer Res. 2013;73:473–7.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 96

    Stahlhut Espinosa CE, Slack FJ. Роль микроРНК в развитии рака.Йельский J Biol Med. 2006; 79: 131–40.

    ПабМед Google Scholar

  • 97

    Дасдаг С., Акдаг М.З., Эрдал М.Е., Эрдал Н., Ай О.И., Ай М.Е. и др. Длительное и чрезмерное использование радиочастотного излучения 900 МГц изменяет экспрессию микроРНК в головном мозге. Int J Radiat Biol. 2015;91:306–11.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 98

    Дасдаг С., Акдаг М.З., Эрдал М.Е., Эрдал Н., Ай О.И., Ай М.Е. и др.Влияние радиочастотного излучения 2,4 ГГц, испускаемого оборудованием Wi-Fi, на экспрессию микроРНК в тканях головного мозга. Int J Radiat Biol. 2015;91:555–61.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 99

    Чжао Л. , Сун С., Сюн Л., Ян И., Гао И., Ван Л. и др. МикроРНК: новый механизм, участвующий в патогенезе микроволнового воздействия на гиппокамп крыс. Джей Мол Нейроски. 2014;53:222–30.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 100

    Хассаншахи А., Шафии С.А., Фатеми И., Хассаншахи Э., Аллахтаваколи М., Шабани М. и др.Влияние электромагнитных волн Wi-Fi на одномодальные и мультимодальные задачи распознавания объектов у самцов крыс. Неврология наук. 2017; 38:1069–76.

  • 101

    Мегха К., Дешмукх П.С., Банерджи Б.Д., Трипати А.К., Ахмед Р., Абегаонкар М.П. Микроволновое излучение низкой интенсивности вызывало окислительный стресс, воспалительную реакцию и повреждение ДНК в мозге крыс. Нейротоксикология. 2015;51:158–65.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 102

    Беляев И.Ю., Кох С.Б., Терениус О., Роксстрём-Линдквист К., Мальмгрен Л.О., Зоммер Х. В. и др.Воздействие на мозг крысы микроволн GSM с частотой 915 МГц вызывает изменения в экспрессии генов, но не разрывы двухцепочечной ДНК или влияние на конформацию хроматина. Биоэлектромагнетизм. 2006; 27: 295–306.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 103

    Merola P, Marino C, Lovisolo G, Pinto R, Laconi C, Negroni A. Пролиферация и апоптоз в клеточной линии нейробластомы, подвергнутой воздействию модулированного радиочастотного поля 900 МГц. Биоэлектромагнетизм.2006; 27: 164–71.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 104

    Qutob S, Chauhan V, Bellier P, Yauk C, Douglas G, Berndt L, et al. Профилирование экспрессии генов с помощью микрочипов клеточной линии глиобластомы человека, подвергнутой in vitro воздействию импульсно-модулированного радиочастотного поля с частотой 1,9 ГГц. Радиационное разрешение 2006; 165: 636–44.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 105

    Ван Л. Ф., Тянь Д.В., Ли Х.Дж., Гао Ю.Б., Ван Ч.З., Чжао Л. и др.Идентификация нового варианта промоторной области гена субъединицы крысы nr2b и его связи с индуцированным микроволновым излучением нейронным повреждением. Мол Нейробиол. 2016;53:2100–11.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 106

    Gibson GE, Jope R, Blass J. Снижение синтеза ацетилхолина, сопровождающее нарушение окисления пировиноградной кислоты в мозговом фарше крыс. Биохим Дж. 1975; 148:17–23.

    КАС PubMed ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 107

    Mosconi L, Tsui WH, Rusinek H, De Santi S, Li Y, Wang GJ, et al.Количественное определение, региональная уязвимость и кинетическое моделирование метаболизма глюкозы в головном мозге при легкой форме болезни Альцгеймера. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2007; 34:1467–79.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 108

    Nicholson RM, Kusne Y, Nowak LA, LaFerla FM, Reiman EM, Valla J. Региональное церебральное поглощение глюкозы в 3xTG модели болезни Альцгеймера подчеркивает общую региональную уязвимость в моделях AD мышей. Brain Res.2010;1347:179–85.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 109

    Gage FH, Kelly P, Bjorklund A. Региональные изменения в метаболизме глюкозы в головном мозге отражают когнитивные нарушения у старых крыс. Джей Нейро. 1984; 4: 2856–65.

    КАС Google Scholar

  • 110

    Choeiri C, Staines W, Miki T, Seino S, Messier C. Пластичность переносчиков глюкозы во время обработки памяти.Неврология. 2005; 130: 591–600.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 111

    Квон М.С., Воробьев В., Кянняля С., Лайне М., Ринне Дж.О., Тойвонен Т. и др. Излучение мобильного телефона GSM подавляет метаболизм глюкозы в мозге. J Cereb Blood Flow Metab. 2011;31:2293–301.

    КАС PubMed ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 112

    Дуркин Т. П., Мессье С., де Бур П., Вестеринк Б.Повышенные уровни глюкозы усиливают индуцированный скополамином избыток ацетилхолина из гиппокампа: исследование микродиализа in vivo на крысах. Behav Brain Res. 1992; 49: 181–8.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 113

    Ragozzino ME, Unick KE, Gold PE. Высвобождение ацетилхолина в гиппокампе во время тестирования памяти у крыс: усиление глюкозой. П Нац акад. 1996;93:4693–8.

    КАС Статья Google Scholar

  • 114

    Мессье К., Дуркин Т., Мрабет О., Дестрад К.Улучшающее память действие глюкозы: косвенные доказательства облегчения синтеза ацетилхолина в гиппокампе. Behav Brain Res. 1990; 39: 135–43.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 115

    Золотой полиэтилен. Модуляция ацетилхолином нейронных систем, участвующих в обучении и памяти. Нейробиол Узнать Мем. 2003; 80: 194–210.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 116

    Золотой полиэтилен.Ацетилхолин: когнитивные и мозговые функции. Нейробиол Узнать Мем. 2003; 80:177.

    ПабМед Статья Google Scholar

  • 117

    Крылова И., Духанин А., Ильин А., Кузнецова Е. Ю., Балаева Н., Шимановский Н. и др. Влияние микроволнового излучения на обучение и память. Бык Экспер Биол Мед. 1992; 114:1620–2.

    Артикул Google Scholar

  • 118

    Ван Л., Ли С., Пэн Р., Гао И., Чжао Л., Ван С. и др.Метаболический подход к скринингу метаболитов мочи при микроволновом воздействии на обезьян. Mil Med Sci. 2011;35:369–78.

    КАС Google Scholar

  • 119

    Сандерс А.П., Джойнс В.Т. Влияние гипертермии и гипертермии плюс микроволны на энергетический метаболизм мозга крыс. Биоэлектромагнетизм. 1984; 5: 63–70.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 120

    Чжао Л., Пэн Р.Ю., Гао Ю.Б., Ван С.М., Ван Л.Ф., Донг Дж. и др.Морфологические изменения митохондрий и метаболические эффекты гиппокампа крыс после микроволнового облучения. Chin J Radiol Med Prot. 2007; 27: 602–4.

    КАС Google Scholar

  • 121

    Wang Q, Cao Z. Влияние микроволновых электромагнитных полей на активность цитохромоксидазы энергетического обмена в нейронах коры головного мозга постнатальных крыс. J Здоровье окружающей среды. 2005; 22: 329–31.

    КАС Google Scholar

  • 122

    Онгвиджитват С., Вонг-Райли МТ.Является ли ядерный респираторный фактор 2 основным координатором транскрипции для всех десяти ядерных субъединиц цитохром с оксидазы в нейронах? Ген. 2005; 360: 65–77.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 123

    Чандрасекаран К. , Хатанпяя К., Рапопорт С.И., Брэди Д.Р. Снижение экспрессии ядерных и митохондриальных ДНК-кодируемых генов окислительного фосфорилирования в ассоциации неокортекса при болезни Альцгеймера. Мол Мозг Рез.1997; 44: 99–104.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 124

    Эллис К.Э., Мерфи Э.Дж., Митчелл Д.К., Головко М.Ю., Скалья Ф., Барсело-Коблин Г.К. и др. Аномалия митохондриальных липидов и нарушение цепи переноса электронов у мышей, лишенных α-синуклеина. Мол Селл Биол. 2005; 25:10190–201.

    КАС PubMed ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 125

    Caubet R, Pedarros-Caubet F, Chu M, Freye E, de Belem RM, Moreau J, et al.Радиочастотный электрический ток повышает эффективность антибиотиков против бактериальных биопленок. Противомикробные агенты Chemother. 2004; 48:4662–4.

    КАС PubMed ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 126

    Канг Д. , Хамасаки Н. Митохондриальный фактор транскрипции а в поддержании митохондриальной ДНК. Ann N Y Acad Sci. 2005; 1042: 101–8.

    КАС PubMed Статья Google Scholar

  • 127

    Ли Х., Ли К.Экспрессия генов апоптоза и их связь с мутациями мтДНК в опухолевых тканях онкогинекологических больных. Чин Дж. Здоровье при рождении. 2003; 11:34–36.

    Google Scholar

  • 128

    Lu M, Zhu J, Qian C, Wang G, Nie J, Tong J. Биологические эффекты микроволнового излучения 2450 МГц в сочетании с γ-лучами на культивируемых глиоцитах крыс. J Radiat Proc. 2010;3:46–50.

    Google Scholar

  • Воздействие микроволнового излучения на энергетический метаболизм мозга и связанные с ним механизмы

    Abstract

    В связи с быстрым развитием электронных технологий в последние годы растет беспокойство по поводу потенциальных опасностей для здоровья, вызванных микроволновым излучением (МВ). Мозг является одним из наиболее чувствительных органов-мишеней для микроволнового излучения, где повреждение митохондрий происходит раньше и тяжелее, чем в других органах. Нарушения энергетического обмена действительно играют важную роль в процессе поражения головного мозга микроволновым излучением. В этой статье мы рассмотрим биологические эффекты микроволнового излучения, особенности снабжения и потребления энергии мозгом, а также влияние микроволнового излучения на митохондриальный энергетический обмен и возможные связанные с ним механизмы.

    Ключевые слова: Микроволновое излучение, Мозг, Энергетический обмен, Митохондрии, Механизмы.

    Введение. , медицинской и военной областях. Популяризация мобильных телефонов, компьютеров, бытовой техники и другого электронного оборудования сделала обучение, работу и доступ к развлечениям намного более удобными.В связи с интенсивным развитием различного передового военного вооружения, такого как самолеты дальнего радиолокационного обнаружения, радиоэлектронные помехи и новые радары, солдаты постоянно подвергаются воздействию сложных факторов внешней среды, в том числе интенсивного и сложного излучения МВт.

    Будучи четвертым по величине источником загрязнения после воздуха, воды и шума, микроволновое излучение вызывает множество биологических эффектов [1]. Мозг является наиболее чувствительным органом-мишенью для СВЧ-излучения, где повреждение митохондрий происходит раньше и тяжелее, чем в других органах.Исследования влияния СВЧ-излучения на энергетический метаболизм мозга вызвали большую озабоченность.

    Обзор

    Биологические эффекты СВЧ-излучения

    Биологические эффекты СВЧ-излучения делятся на два типа: тепловые и нетепловые эффекты [2,3]. Оба присутствуют, причем тепловые эффекты преобладают в случае мощного и высокочастотного СВЧ-излучения, а нетепловые эффекты преобладают в случае маломощного СВЧ-излучения [4]. СВЧ-излучение оказывает многогранное воздействие на многие системы организма, включая нервную [5–7], эндокринную [8], сердечно-сосудистую [9], иммунную [10,11], репродуктивную [12–14] и кроветворную [15]. ] системы.Мозгу всегда требуется высокий уровень потребления кислорода и энергии для поддержания регулярных функций. Поэтому этот орган чувствителен к неинфекционным раздражителям, таким как ионизирующее излучение и гипоксия [16,17]. Исследования нашей и других групп показали, что микроволновое излучение повреждает структуры гиппокампа у крыс, ухудшает долговременную потенциацию, снижает концентрацию нейротрансмиттеров, уменьшает количество синаптических пузырьков и приводит к ухудшению памяти [5,18,19]. Таким образом, мозг считается наиболее чувствительным органом-мишенью для СВЧ-излучения.

    Повреждающее воздействие СВЧ-излучения на мозг включает дисфункцию головного мозга и структурные повреждения головного мозга. Эпидемиологическое обследование показало, что СВЧ-излучение вызывает у человека усталость, головную боль, возбуждение, сновидения, потерю памяти и другие симптомы неврастении [20]. Кроме того, у крыс после СВЧ-облучения наблюдались нарушения способности к обучению и памяти, что определялось в водном лабиринте Морриса [5,6,21,22]. СВЧ-излучение также может приводить к сморщиванию нейронов, ядерной конденсации, набуханию митохондрий, расширению эндоплазматического ретикулума, изменениям синаптических щелей и расширению сосудистых эндотелиальных соединений, где повреждение митохондрий происходило раньше и тяжелее [5,21,23-25].

    Особенности энергетического обмена головного мозга

    В организме человека головной мозг имеет наибольшую потребность в кислороде и подвержен нарушениям энергетического обмена, что определяется его высокой скоростью метаболизма, высоким потреблением кислорода и низкими запасами энергии. Митохондрии являются ключевыми центрами окислительного фосфорилирования (OXPHOS) и синтеза аденозинтрифосфата (АТФ). Окислительно-восстановительные ферменты и коферменты, участвующие в дыхательной цепи, лежат во внутренней мембране митохондрий в непосредственной близости.Электроны, проходящие через дыхательную цепь, переносят протоны со стороны матрикса на цитоплазматическую сторону через внутреннюю мембрану митохондрий. Когда протоны рефлюксируют по градиенту концентрации, высвобождаемая энергия используется АТФ-синтазой для катализа синтеза АТФ.

    Помимо преобразования энергии, митохондрии также играют другие важные роли, например, в регуляции апоптоза и запасании Ca 2+ . Митохондрии являются не только отправной точкой многих путей передачи сигнала, но и мишенью.

    Влияние СВЧ-излучения на митохондриальный энергетический метаболизм

    МВ-излучение вредно для энергетического метаболизма мозга. По своей природе нейроны чрезвычайно чувствительны к снижению доступности АТФ. Как основной источник энергии, митохондрии подвержены повреждениям, вызванным СВЧ-излучением. Ван и др. . [26] подвергали обезьян воздействию СВЧ-излучения со средней плотностью мощности 5 мВт/см 2 и 11 мВт/см 2 в течение 10 с и 4,68 мкВт/см 2 в течение 12 ч/д в течение 30 дней в совокупности.Нарушения в метаболитах, связанных с функцией митохондрий, в моче, таких как янтарная кислота, лимонная кислота и 2-кетоглутаровая кислота, были индуцированы после однократного облучения мощностью 5 мВт/см 2 и 11 мВт/см 2 и после длительное облучение 4,68 мкВт/см 2 , выявляющее с помощью метаболомики гиперчувствительность митохондрий к СВЧ-излучению.

    Воздействие СВЧ-излучения на структуру митохондрий

    СВЧ-излучение приводит к структурным повреждениям митохондрий, в первую очередь проявляющимся в виде набухания митохондрий и кавитации, а также дезорганизованных, сломанных и редких крист.

    В некоторой степени СВЧ-излучение влияет на структуру митохондрий дозозависимым образом. Чжао и др. . [5] подвергали крыс-самцов линии Вистар воздействию СВЧ-излучения со средней плотностью мощности 2,5, 5 и 10 мВт/см 2 с удельной мощностью поглощения (SAR) 1,05, 2,1 и 4,2 Вт/кг соответственно в течение 6 мин. /д в течение 30 дней. В гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, митохондрии были набухшими и вакуолизированными, а кристы были неупорядоченными и их было меньше. Кроме того, эти ультраструктурные изменения в митохондриях имели тенденцию быть более серьезными по сравнению с увеличением SAR.Се и др. . [27] подвергали самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения в течение 1 ч при средней плотности мощности 3 и 30 мВт/см 2 соответственно. Никаких существенных изменений не произошло в митохондриях гиппокампа или коры головного мозга в группе 3 мВт/см 2 , в то время как митохондрии в группе 30 мВт/см 2 действительно были повреждены. Эти результаты свидетельствуют о том, что в определенном диапазоне степень повреждения структуры митохондрий положительно коррелирует с дозой СВЧ-излучения.

    Радиация

    МВт, повреждающая митохондриальные структуры, подчиняется временной зависимости. Се и др. . [27] подвергли самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения (30 мВт/см 2 , продолжительность: 1 ч). Сразу после облучения ультраструктура митохондрий показала небольшое нарушение в гиппокампе и коре головного мозга крысы; через 3 ч после облучения заметно увеличилось видимое набухание митохондрий, а кристы стали дезорганизованными, разорванными и редкими; Через 24 часа после облучения наблюдалась митохондриальная дегенерация, демонстрируемая миелиноподобными структурами и случайными плотными отложениями в митохондриях. Короче говоря, ультраструктурные изменения в митохондриях мозга крысы были индуцированы в течение 24 часов после облучения 30 мВт/см 2 МВт.

    Длительное и низкодозовое кумулятивное МВ излучение приводит к значительному повреждению митохондрий. Донг и др. . [21] подвергали крыс SD воздействию СВЧ-излучения (4,68 мкВт/см 2 , 12 ч/день, продолжительность: 30 дней), что приводило к аналогичным структурным изменениям, таким как набухание и кавитация в митохондриях облученных крыс. гиппокамп и кора головного мозга.

    Воздействие СВЧ-излучения на энергетический метаболизм митохондрий

    Снижение содержания АТФ

    Наиболее важной функцией митохондрий как «электростанции клетки» является обеспечение клетки энергией; следовательно, внутриклеточное содержание АТФ является одним из наиболее прямых и объективных показателей при оценке функции митохондрий. Кроме того, АТФазы гидролизуют АТФ до АДФ и высвобождают энергию, запасенную в АТФ.

    Определенные дозы СВЧ-излучения вызывают снижение митохондриального синтеза АТФ.Чжао и др. . [25] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Результаты показали, что содержание митохондриальной АТФ в гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, снижалось до минимального уровня через 3 дня после облучения и восстанавливалось через 7 дней после облучения, а активность АТФаз значительно повышалась через 3 дня после облучения и восстанавливалась через 7 дней. после облучения, предполагая компенсаторную роль этой регуляции с отрицательной обратной связью. Сандер и др. .[28] подвергали крыс SD воздействию СВЧ-излучения с частотой 591 МГц при средней плотности мощности 13,8 мВт/см 2 , что вызывало снижение доступности АТФ, что приводило к нарушениям энергетического обмена мозга.

    Снижение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ)

    Являясь одним из ключевых ферментов митохондриального энергетического метаболизма, СДГ связывается с внутренней мембраной митохондрий и катализирует дегидрирование сукцината с образованием в конечном итоге АТФ, образуя мостик между циклом Кребса и OXPHOS.

    МВт излучения снижает активность SDH. Чжао и др. . [25] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Активность SDH в гиппокампе крысы, подвергшейся воздействию MW, значительно снизилась через 6 часов после облучения, что привело к нарушениям митохондриального энергетического метаболизма. Ван и др. . [29] подвергали крыс Wistar воздействию микроволнового излучения высокой мощности (HPM) мощностью 10, 30 и 100 мВт/см 2 в течение 5 минут соответственно. Они также обнаружили снижение активности SDH в каждой группе облучения, которая восстановилась через 7 дней после облучения.В другом исследовании самцы крыс Wistar подвергались воздействию МВт излучения мощностью 30 мВт/см 2 в течение 15 минут. Активность СДГ в гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, существенно не менялась через 14 дней после облучения, что указывает на то, что индуцированное МВ излучением снижение активности СДГ при определенных условиях является обратимым [23].

    Подавление активности цитохром-с-оксидазы (ЦОГ)

    ЦОГ встроена во внутреннюю мембрану митохондрий и является терминальным комплексом митохондриальной цепи переноса электронов.Как еще один из ключевых ферментов митохондриального энергетического метаболизма, ЦОГ является единственным ферментом, который переносит электроны к кислороду с образованием H 2 O и АТФ [30,31]. Считается, что 90% внутриклеточного молекулярного кислорода утилизируется ЦОГ [32].

    Определенные дозы СВЧ излучения отрицательно влияют на активность ЦОГ. Ван и др. . [33] подвергали первичные культуры нейронов коры головного мозга крыс Вистар непрерывному СВЧ-излучению с частотой 900 МГц и значениями SAR 0,38, 0,76, 1.15, 2,23 и 3,22 Вт/кг соответственно в течение 2 ч/д в течение 4–6 дней. Результаты показали, что токсическое воздействие СВЧ-излучения на активность ЦОГ накапливалось и имело дозозависимую зависимость. Сюн и др. . [34] использовали микроволновое излучение мощностью 30 мВт/см 2 для облучения самцов крыс Wistar. Сниженная активность ЦОГ и сниженная экспрессия мРНК ЦОГ I/IV и белка ЦОГ I были обнаружены после МВ-излучения, что свидетельствует о том, что МВ-излучение влияет на активность ЦОГ на нескольких уровнях.

    Потенциальные механизмы, связанные с индуцированными СВЧ-излучением нарушениями митохондриального энергетического метаболизма

    Благодаря быстрому развитию современных методов молекулярной биологии стало возможным изучение механизмов биологических эффектов СВЧ-излучения на клеточном и молекулярном уровнях.В этом разделе будут рассмотрены потенциальные механизмы нарушений энергетического метаболизма головного мозга, вызванных СВЧ-излучением, с семи аспектов, включая экспрессию генов, митохондриальную мембрану, апоптоз, окислительный стресс (ОС), перегрузку Ca 2+ , митохондриальную ДНК и вовлеченную передачу сигнала. пути.

    Измененная экспрессия генов в дыхательной цепи

    СВЧ-излучение вызывает аномальную экспрессию генов, кодирующих дыхательную цепь, что приводит к нарушению энергетического обмена мозга. Чжао и др. . [35] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Через 6 часов после облучения в гиппокампе крыс наблюдалось множество генов, дифференциально экспрессируемых (активировано: syn1, ptprj, CD74 и MHCII; подавлено: ttr, enpp2, folr1, cdh32, spata2, spp1, calb2, tacl и dnpi), некоторые из которых ( syn1, ttr и enpp2) тесно связаны с метаболической функцией митохондрий. В качестве нейрального метаболического маркера ЦОГ содержит 13 субъединиц, при этом ЦОГ I-III кодируется митохондриальными генами, а остальные 10 субъединиц кодируются ядерными генами.ЦОГ I представляет собой каталитический центр, а ЦОГ IV регулирует активность фермента в ответ на содержание АТФ/АДФ [36,37]. Чжао и др. . [38] обнаружили, что воздействие импульсного СВЧ-излучения на самцов крыс Wistar (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин) снижало экспрессию мРНК ЦОГ I/II через 6 ч после облучения и увеличивало экспрессию мРНК ЦОГ IV в 1 d, оба из которых имели тенденцию восстанавливаться через 3-7 дней, демонстрируя, что снижение активности ЦОГ в гиппокампе крыс произошло после СВЧ-излучения 30 мВт/см 2 . Се и др. . [39] подвергали крыс острому МВ-излучению в течение 1 ч при средней плотности мощности 3 мВт/см 2 или 30 мВт/см 2 соответственно. После СВЧ-облучения 3 мВт/см 2 в течение 0, 3 и 24 ч не было обнаружено значительных изменений уровней экспрессии мРНК ЦОГ I и ЦОГ IV в коре головного мозга и гиппокампе крыс. Однако после молекулярного излучения мощностью 30 мВт/см 2 в течение 0, 3 и 24 ч экспрессия мРНК ЦОГ I в коре головного мозга и гиппокампе крыс значительно снизилась, но значительных изменений в уровнях экспрессии мРНК ЦОГ IV обнаружено не было.В заключение, СВЧ-излучение подавляет ген ЦОГ-1, кодируемый митохондриальной ДНК в коре головного мозга и гиппокампе крыс дозозависимым образом. Эти результаты позволяют предположить, что изменения в экспрессии генов, вызванные СВЧ-излучением, являются важными факторами митохондриальной дисфункции и недостаточности энергии мозга.

    Поврежденная митохондриальная мембрана

    Митохондриальная мембрана позволяет митохондриям быть относительно независимыми и поддерживать гомеостаз своей внутренней среды и играет важную роль в преобразовании энергии, передаче сигналов и транспортировке материалов. Различные ферменты, тесно связанные с энергетическим обменом, такие как СДГ и комплекс I-IV, связываются с митохондриальной мембраной. Являясь ключевой частью синтеза АТФ, поврежденная митохондриальная мембрана приводит к снижению активности комплекса I/III и дальнейшим нарушениям энергетического обмена [40].

    Структурное повреждение митохондриальной мембраны является одним из важнейших механизмов нарушения энергетического обмена мозга при СВЧ-излучении. Митохондрии представляют собой органеллы, обернутые двойной мембраной, причем внутренняя мембрана образует кристы, которые значительно увеличивают площадь поверхности митохондриальной мембраны.Поскольку биопленки являются мишенями электромагнитного излучения [41], можно сделать вывод, что структурные особенности митохондрий определяют их высокую чувствительность к поражению, вызванному СВЧ-излучением.

    Существует несколько возможных путей, посредством которых СВЧ-излучение может структурно повредить митохондриальную мембрану. Во-первых, микроволновое излучение обладает способностью усиливать вращение и вибрацию молекул и увеличивать частоту столкновений между молекулами, что приводит к разрыву химических связей и, таким образом, к повреждению структуры митохондриальной мембраны [42].Во-вторых, СВЧ-излучение приводит к значительному увеличению внутриклеточных активных окислительных форм (АФК) и нарушению антиоксидантных ферментов, вызывая окислительную модификацию биологических макромолекул и повреждение митохондрий [22,43-46]. В-третьих, СВЧ-излучение вызывает внутриклеточную перегрузку Ca 2+ и вызывает повреждение митохондриальной мембраны посредством активации фосфолипаз и протеаз [47-49].

    Апоптотическая гибель нервных клеток

    В процессе поражения головного мозга СВЧ-излучением апоптоз является одним из конечных результатов повреждения клеток.Блокирование апоптоза для снятия воздействия СВЧ-излучения на нервную систему и поиска новых мишеней для профилактики и лечения имеет большое значение.

    Излучение

    МВт индуцирует апоптоз нервных клеток посредством классического митохондриально-зависимого пути каспазы-3. Цзо и др. . [50] подвергали нейроноподобные клетки, полученные из PC12, и крыс Wistar воздействию частоты 2,856 ГГц в течение 5 и 15 минут соответственно при средней плотности мощности 30 мВт/см 2 . Результаты показали конденсацию хроматина и образование апоптотических телец в нервных клетках через 6 ч после воздействия МВ.Кроме того, снижался митохондриальный мембранный потенциал (ММП) и увеличивалась фрагментация ДНК, что приводило к увеличению процента апоптотических клеток. Кроме того, увеличились соотношение Bax/Bcl-2 и экспрессия цитохрома с, расщепленной каспазы-3 и PARP. Кесари и др. . [43] подвергали 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона по 2 часа в день в течение 60 дней, чтобы исследовать влияние воздействия мобильного телефона 3G. Результаты показали, что микроволновое излучение, испускаемое мобильным телефоном 3G, значительно индуцировало разрывы нитей ДНК в головном мозге. Между тем, в группе, подвергшейся воздействию, также наблюдалось значительное увеличение количества микроядер, каспазы-3 и апоптоза. Обнаружено опосредованное митохондриальной дисфункцией высвобождение цитохрома с и последующая активация каспаз, которые участвуют в процессе радиационно-индуцированной апоптотической гибели клеток.

    Окислительный стресс

    МВт-излучение активирует опосредованное НАДН-оксидазой увеличение АФК, и, в свою очередь, избыток АФК повреждает митохондриальную электрон-транспортную цепь, которая является основным источником АФК, в конечном итоге образуя порочный круг и усугубляя нарушения в головном мозге энергетический обмен [13,51-54].Дешмукх и др. . [22] подвергли крыс Fischer-344 воздействию СВЧ (частота 900 МГц; SAR 8,4738 × 10 −5 Вт/кг) в гигагерцовой поперечной электромагнитной ячейке (GTEM) в течение 30 дней (2 ч/день, 5 дней). /неделю). Результаты показали достоверное повышение ОС, о чем свидетельствует увеличение в крови уровней МДА (маркер перекисного окисления липидов), карбонила белка (маркер окисления белков) и содержания неизмененного глутатиона (GSH). Таким образом, исследование показало, что низкоуровневое СВЧ-излучение способно привести к ОС.Кесари и др. . [44] воздействовали на 35-дневных крыс Wistar мобильным телефоном в течение 2 ч в день в течение 45 дней, где SAR составлял 0,9 Вт/кг. Результаты свидетельствовали о значительном повышении уровня АФК, значительном снижении уровней глутатионпероксидазы (ГПх) и супероксиддисмутазы (СОД) и увеличении активности каталазы (КАТ). Кроме того, сообщается, что ингибирование OS и удаление ROS оказали большой терапевтический эффект на повреждение мозга, вызванное СВЧ-излучением [55,56].В совокупности избыток АФК играет важную роль в процессе радиационно-индуцированного повреждения энергетического метаболизма головного мозга.

    Избыток АФК вреден для энергетического метаболизма мозга. Во-первых, чрезмерные уровни АФК-индуцированного разрыва ДНК (ядерной и митохондриальной ДНК) могут быть одной из ключевых причин нарушений энергетического метаболизма мозга, вызванных СВЧ-излучением [43,44,57-59]. Кесари и др. . [43] подвергли 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона в течение 2 ч в день в течение 60 дней и обнаружили, что содержание АФК показало положительную линейную корреляцию с повреждением ДНК.Другое исследование показало, что предварительная обработка поглотителями радикалов способна блокировать повреждение ДНК, вызванное СВЧ-излучением [59]. Во-вторых, избыточные уровни АФК были тесно связаны с апоптозом нервных клеток, как описано ранее [43,44]. В-третьих, считается, что в качестве вторичного мессенджера повышенная АФК-индуцированная чрезмерная активация одного или нескольких сигнальных путей играет более важную роль в повреждении клеток, чем в окислительной модификации [60,61]. Роль АФК в поражении головного мозга, вызванном СВЧ-излучением, нуждается в дальнейшем изучении.

    Ca

    2+ перегрузка

    В нормальных условиях внеклеточная концентрация свободного Ca 2+ намного выше, чем внутриклеточная концентрация, и более 90% внутриклеточного Ca 2+ хранится в эндоплазматическом ретикулуме и митохондрии. Следовательно, небольшой приток Са 2+ способен вызвать резкое повышение концентрации цитоплазматического Са 2+ и запустить ряд физиологических реакций.

    Увеличение цитоплазматического Ca 2+ наблюдается в процессе поражения головного мозга, вызванного СВЧ-излучением.Ян и др. . [47] подвергали первичные культуры нейронов гиппокампа крыс СВЧ-излучению в течение 5 мин при средней плотности мощности 10 мВт/см 2 . Результаты показали значительное увеличение цитоплазматического Ca 2+ сразу после облучения. Лу и др. . [48] ​​подвергали первичные культуры глиальных клеток воздействию частоты 2450 МГц в течение 2 ч/день в течение 3 дней при средней плотности мощности 4 мВт/см 2 . Также был обнаружен повышенный внутриклеточный свободный Ca 2+ .

    Ca 2+ перегрузка приводит к нарушению энергетического обмена мозга.Чрезмерная активация митохондриальной поры перехода проницаемости (mPTP), вызванная перегрузкой Ca 2+ , может быть одной из важных причин. Исследования показали, что активация mPTP, вызванная перегрузкой Ca 2+ , приводит к набуханию и фрагментации митохондрий [62,63]. Кроме того, при чрезмерной активации mPTP увеличивается проницаемость митохондриальной мембраны, исчезает MMP, отсоединяется дыхательная цепь от OXPHOS и прекращается синтез АТФ [64,65]. Кроме того, Ca 2+ является важным внутриклеточным вторичным мессенджером, способным активировать различные сигнальные молекулы, такие как PKC, AC и цАМФ-ФДЭ.Роль, которую играет Ca 2+ во время митохондриального повреждения, вызванного СВЧ-излучением, заслуживает более глубокого исследования.

    Нарушенная митохондриальная ДНК

    Митохондриальная ДНК (мтДНК) кодирует 13 субъединиц комплекса дыхательной цепи и 22 тРНК и 2 рРНК митохондрий и имеет первостепенное значение для синтеза OXPHOS и АТФ. Митохондриальный транскрипционный фактор А (mtTFA), ключевой фактор, кодируемый ядерными генами, участвующими в регуляции мтДНК, играет важную роль в целостности, саморепликации и репарации мтДНК после транспорта из цитоплазмы в митохондрии [66].

    Излучение мощностью

    МВт может разрушить мтДНК или изменить экспрессию мтДНК, что приведет к снижению продукции АТФ. Во-первых, мтДНК со структурой кольца двойной спирали лишена защиты систем связывания и репарации белков и гораздо более восприимчива к внешним раздражителям, таким как СВЧ-излучение, чем ядерная ДНК. СВЧ-излучение способно разрывать нити ядерной ДНК [43,44,57-59]. Кроме того, АФК обладают способностью индуцировать мутации мтДНК и создавать барьеры для образования ОКСФОС и АТФ [67].Однако эффекты повреждения мтДНК, вызванного СВЧ-излучением, на энергетический метаболизм мозга все еще требуют дальнейшего изучения. Во-вторых, для функционирования mtTFA необходимо должным образом перенести из цитоплазмы в митохондрии, что приводит к митохондриальной дисфункции, когда этот процесс нарушается MW-излучением. Се и др. . [27] подвергли самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения (30 мВт/см 2 , продолжительность: 1 ч). Экспрессия мРНК mtTFA в гиппокампе и коре головного мозга крыс увеличивалась в ответ на снижение содержания АТФ в рамках возможной регуляции с отрицательной обратной связью. Сюй и др. . [68] подвергали первичные культуры корковых нейронов новорожденных крыс СВЧ-излучению (частота и плотность мощности неизвестны). Экспрессия мРНК и белка мтТЖК возрастала, но новые мтТЖК не ингибировали влияние МВ излучения на энергетический обмен. В другом исследовании эти авторы подтвердили ингибирующее действие МВ-излучения на транспорт мтТЖК из цитоплазмы в митохондрии с помощью метода изотопного мечения, что может быть основной причиной индуцированного МВ-излучением снижения АТФ [69].

    Вовлеченные сигнальные пути

    Существует много сигнальных путей, участвующих в процессе митохондриальной дисфункции, вызванной MW-радиацией, включая путь фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K) и путь митоген-ассоциированной протеинкиназы (MAPK), которые представляют собой адаптивные реакции клеток, которые регулируют клеточные функции и способствуют их выживанию.

    Путь PI3K/Akt

    Имеется достаточно доказательств того, что путь PI3K/Akt, сигнальный каскад киназы против апоптоза, способствующий выживанию, играет ключевую роль в выживании клеток [70,71]. Индуцируемый гипоксией фактор-1α (HIF-1α), ключевой физиологический датчик уровня кислорода в большинстве клеток млекопитающих, играет важную роль в выживании клеток, метаболизме глюкозы, транспорте и метаболической адаптации, регулируя экспрессию своих генов-мишеней [72-75]. ]. Кроме того, было показано, что активация HIF-1α сигнальным путем PI3K/Akt/mTOR играет важную роль в нейропротекции [76,77].

    Большое значение придается сигнальному пути PI3K/Akt в процессе поражения головного мозга, вызванного СВЧ-излучением, и активация HIF-1α, ключевой молекулы-мишени пути PI3K/Akt, способна восстанавливать нарушенные митохондриальные энергетический обмен, вызванный СВЧ-излучением в определенной степени.Ван и др. . [78] подвергали крыс острому МВ-излучению в течение 5 минут при средней плотности мощности 30 и 100 мВт/см 2 соответственно. Экспрессия мРНК и белка HIF-1α в гиппокампе и коре головного мозга крыс значительно увеличилась в период от 6 ч до 1 дня после облучения. В другом исследовании крысы-самцы Вистар подвергались воздействию импульсного СВЧ-излучения в течение 30 дней (6 мин/день, 5 дней/неделю) при средней плотности мощности 2,5, 5 и 10 мВт/см 2 соответственно. Экспрессия мРНК и белка HIF-1α в нейронах гиппокампа крыс увеличилась в период от 14 дней до 1 месяца после облучения в группе 2.5 и 5 мВт/см 2 группы, но уменьшилось в группе 10 мВт/см 2 [79]. Таким образом, активация HIF-1α происходит как после однократного острого, так и при длительном облучении СВЧ. Однако неясно, полезен ли активированный HIF-1α для клеток, пораженных СВЧ-излучением. Чжао и др. . [24] подвергали нейроноподобные клетки, происходящие из PC12, СВЧ-излучению мощностью 30 мВт/см 2 в течение 5 мин. Сверхэкспрессия HIF-1α защищала митохондрии от повреждения за счет повышения уровней АТФ и ММР, в то время как подавление HIF-1α способствовало индуцированному MW повреждению митохондрий.Активация передачи сигналов PI3K была необходима для MW-индуцированной активации HIF-1α и защитного ответа. Хотя HIF-1α представляет собой многообещающую терапевтическую мишень при радиационном поражении MW, как HIF-1α регулируется и какие могут быть его эффективные мишени в митохондриях, остается неизвестным.

    Путь МАРК

    МАРК, который состоит из различных генных продуктов, оканчивающихся различными факторами транскрипции, участвующими в выживании, пролиферации и гибели клеток, в зависимости от силы стимула, регулирует баланс между выживанием/дифференцировкой клеток и гибелью клеток /апоптоз [80].Три подсемейства MAPK включают внеклеточную регулируемую протеинкиназу (ERK), N-концевую киназу c-jun/стресс-активируемую протеинкиназу (JNK/SAPK) и p38MAPK.

    Активация HIF-1α, опосредованная передачей сигналов ERK, защищает от митохондриальной дисфункции, вызванной СВЧ-излучением. Чжао и др. . [24] подвергали нейроноподобные клетки, происходящие из PC12, СВЧ-излучению мощностью 30 мВт/см 2 в течение 5 мин. Ингибирование p-Erk1/2 способствовало MW-индуцированному снижению уровней АТФ и MMP и индуцировало снижение экспрессии HIF-1α, демонстрируя, что передача сигналов ERK участвует в защитном механизме против MW-индуцированного повреждения митохондрий.

    p38MAPK, известная как передача сигналов MAPK гибели клеток, участвует в апоптозе нервных клеток, индуцированном СВЧ-излучением. p38MAPK индуцирует апоптоз, регулируя конформационные изменения и последующую олигомеризацию Bax, диссипацию MMP и высвобождение цитохрома с из митохондрий [81]. Кесари и др. . [43] подвергали 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона по 2 часа в день в течение 60 дней, чтобы исследовать влияние воздействия мобильного телефона 3G. Они обнаружили, что мобильное излучение 3G индуцирует апоптоз в головном мозге путем активации p38MAPK, пути основной реакции на стресс.

    Заключение

    К настоящему времени было признано повреждающее воздействие СВЧ-излучения на структуру и функцию митохондрий, а исследования на клеточном и молекулярном уровне соответствующих механизмов также позволили добиться ряда потенциальных молекулярных мишеней для предотвращения и будет предложена обработка СВЧ излучения.

    В этой области исследований присутствуют следующие проблемы: (a) вызванное СВЧ-излучением нарушение энергетического метаболизма головного мозга включает множество параметров, таких как доза, время и частота, которые требуют дальнейшего изучения; (b) биологические эффекты СВЧ-излучения широко распространены, включая различные сигнальные пути, и настоящий обзор ограничивается исследованием отдельных сигнальных путей и не позволяет анализировать эффекты перекрестных помех между различными сигнальными путями; (в) отсутствуют специфические маркеры для оценки последствий радиационного поражения СВЧ и эффективные молекулярные мишени для профилактики и лечения их поражений; (d) последствия митохондриального повреждения, вызванного СВЧ-излучением, до сих пор неясны, и его корреляция с нейродегенеративными заболеваниями, связанными с митохондриями, такими как болезнь Альцгеймера, требует дальнейшего изучения. Отсутствие одинаковых стандартов среди разных лабораторий создает барьер для дальнейшего развития и обмена информацией.

    В совокупности этот обзор воздействия СВЧ-излучения на энергетический метаболизм мозга и связанные с ним механизмы регуляции, молекулярные маркеры, мишени для лекарств и профилактические меры показывает необходимость продолжения исследований в этой области.

    Воздействие микроволнового излучения на энергетический метаболизм мозга и связанные с ним механизмы

    Abstract

    В связи с быстрым развитием электронных технологий в последние годы растет беспокойство по поводу потенциальных опасностей для здоровья, вызванных микроволновым излучением (МВ).Мозг является одним из наиболее чувствительных органов-мишеней для микроволнового излучения, где повреждение митохондрий происходит раньше и тяжелее, чем в других органах. Нарушения энергетического обмена действительно играют важную роль в процессе поражения головного мозга микроволновым излучением. В этой статье мы рассмотрим биологические эффекты микроволнового излучения, особенности снабжения и потребления энергии мозгом, а также влияние микроволнового излучения на митохондриальный энергетический обмен и возможные связанные с ним механизмы.

    Ключевые слова: Микроволновое излучение, Мозг, Энергетический обмен, Митохондрии, Механизмы.

    Введение. , медицинской и военной областях. Популяризация мобильных телефонов, компьютеров, бытовой техники и другого электронного оборудования сделала обучение, работу и доступ к развлечениям намного более удобными.В связи с интенсивным развитием различного передового военного вооружения, такого как самолеты дальнего радиолокационного обнаружения, радиоэлектронные помехи и новые радары, солдаты постоянно подвергаются воздействию сложных факторов внешней среды, в том числе интенсивного и сложного излучения МВт. Будучи четвертым по величине источником загрязнения после воздуха, воды и шума, микроволновое излучение вызывает множество биологических эффектов [1].

    Мозг является наиболее чувствительным органом-мишенью для СВЧ-излучения, где повреждение митохондрий происходит раньше и тяжелее, чем в других органах.Исследования влияния СВЧ-излучения на энергетический метаболизм мозга вызвали большую озабоченность.

    Обзор

    Биологические эффекты СВЧ-излучения

    Биологические эффекты СВЧ-излучения делятся на два типа: тепловые и нетепловые эффекты [2,3]. Оба присутствуют, причем тепловые эффекты преобладают в случае мощного и высокочастотного СВЧ-излучения, а нетепловые эффекты преобладают в случае маломощного СВЧ-излучения [4]. СВЧ-излучение оказывает многогранное воздействие на многие системы организма, включая нервную [5–7], эндокринную [8], сердечно-сосудистую [9], иммунную [10,11], репродуктивную [12–14] и кроветворную [15]. ] системы.Мозгу всегда требуется высокий уровень потребления кислорода и энергии для поддержания регулярных функций. Поэтому этот орган чувствителен к неинфекционным раздражителям, таким как ионизирующее излучение и гипоксия [16,17]. Исследования нашей и других групп показали, что микроволновое излучение повреждает структуры гиппокампа у крыс, ухудшает долговременную потенциацию, снижает концентрацию нейротрансмиттеров, уменьшает количество синаптических пузырьков и приводит к ухудшению памяти [5,18,19]. Таким образом, мозг считается наиболее чувствительным органом-мишенью для СВЧ-излучения.

    Повреждающее воздействие СВЧ-излучения на мозг включает дисфункцию головного мозга и структурные повреждения головного мозга. Эпидемиологическое обследование показало, что СВЧ-излучение вызывает у человека усталость, головную боль, возбуждение, сновидения, потерю памяти и другие симптомы неврастении [20]. Кроме того, у крыс после СВЧ-облучения наблюдались нарушения способности к обучению и памяти, что определялось в водном лабиринте Морриса [5,6,21,22]. СВЧ-излучение также может приводить к сморщиванию нейронов, ядерной конденсации, набуханию митохондрий, расширению эндоплазматического ретикулума, изменениям синаптических щелей и расширению сосудистых эндотелиальных соединений, где повреждение митохондрий происходило раньше и тяжелее [5,21,23-25].

    Особенности энергетического обмена головного мозга

    В организме человека головной мозг имеет наибольшую потребность в кислороде и подвержен нарушениям энергетического обмена, что определяется его высокой скоростью метаболизма, высоким потреблением кислорода и низкими запасами энергии. Митохондрии являются ключевыми центрами окислительного фосфорилирования (OXPHOS) и синтеза аденозинтрифосфата (АТФ). Окислительно-восстановительные ферменты и коферменты, участвующие в дыхательной цепи, лежат во внутренней мембране митохондрий в непосредственной близости.Электроны, проходящие через дыхательную цепь, переносят протоны со стороны матрикса на цитоплазматическую сторону через внутреннюю мембрану митохондрий. Когда протоны рефлюксируют по градиенту концентрации, высвобождаемая энергия используется АТФ-синтазой для катализа синтеза АТФ.

    Помимо преобразования энергии, митохондрии также играют другие важные роли, например, в регуляции апоптоза и запасании Ca 2+ . Митохондрии являются не только отправной точкой многих путей передачи сигнала, но и мишенью.

    Влияние СВЧ-излучения на митохондриальный энергетический метаболизм

    МВ-излучение вредно для энергетического метаболизма мозга. По своей природе нейроны чрезвычайно чувствительны к снижению доступности АТФ. Как основной источник энергии, митохондрии подвержены повреждениям, вызванным СВЧ-излучением. Ван и др. . [26] подвергали обезьян воздействию СВЧ-излучения со средней плотностью мощности 5 мВт/см 2 и 11 мВт/см 2 в течение 10 с и 4,68 мкВт/см 2 в течение 12 ч/д в течение 30 дней в совокупности.Нарушения в метаболитах, связанных с функцией митохондрий, в моче, таких как янтарная кислота, лимонная кислота и 2-кетоглутаровая кислота, были индуцированы после однократного облучения мощностью 5 мВт/см 2 и 11 мВт/см 2 и после длительное облучение 4,68 мкВт/см 2 , выявляющее с помощью метаболомики гиперчувствительность митохондрий к СВЧ-излучению.

    Воздействие СВЧ-излучения на структуру митохондрий

    СВЧ-излучение приводит к структурным повреждениям митохондрий, в первую очередь проявляющимся в виде набухания митохондрий и кавитации, а также дезорганизованных, сломанных и редких крист.

    В некоторой степени СВЧ-излучение влияет на структуру митохондрий дозозависимым образом. Чжао и др. . [5] подвергали крыс-самцов линии Вистар воздействию СВЧ-излучения со средней плотностью мощности 2,5, 5 и 10 мВт/см 2 с удельной мощностью поглощения (SAR) 1,05, 2,1 и 4,2 Вт/кг соответственно в течение 6 мин. /д в течение 30 дней. В гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, митохондрии были набухшими и вакуолизированными, а кристы были неупорядоченными и их было меньше. Кроме того, эти ультраструктурные изменения в митохондриях имели тенденцию быть более серьезными по сравнению с увеличением SAR.Се и др. . [27] подвергали самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения в течение 1 ч при средней плотности мощности 3 и 30 мВт/см 2 соответственно. Никаких существенных изменений не произошло в митохондриях гиппокампа или коры головного мозга в группе 3 мВт/см 2 , в то время как митохондрии в группе 30 мВт/см 2 действительно были повреждены. Эти результаты свидетельствуют о том, что в определенном диапазоне степень повреждения структуры митохондрий положительно коррелирует с дозой СВЧ-излучения.

    Радиация

    МВт, повреждающая митохондриальные структуры, подчиняется временной зависимости. Се и др. . [27] подвергли самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения (30 мВт/см 2 , продолжительность: 1 ч). Сразу после облучения ультраструктура митохондрий показала небольшое нарушение в гиппокампе и коре головного мозга крысы; через 3 ч после облучения заметно увеличилось видимое набухание митохондрий, а кристы стали дезорганизованными, разорванными и редкими; Через 24 часа после облучения наблюдалась митохондриальная дегенерация, демонстрируемая миелиноподобными структурами и случайными плотными отложениями в митохондриях. Короче говоря, ультраструктурные изменения в митохондриях мозга крысы были индуцированы в течение 24 часов после облучения 30 мВт/см 2 МВт.

    Длительное и низкодозовое кумулятивное МВ излучение приводит к значительному повреждению митохондрий. Донг и др. . [21] подвергали крыс SD воздействию СВЧ-излучения (4,68 мкВт/см 2 , 12 ч/день, продолжительность: 30 дней), что приводило к аналогичным структурным изменениям, таким как набухание и кавитация в митохондриях облученных крыс. гиппокамп и кора головного мозга.

    Воздействие СВЧ-излучения на энергетический метаболизм митохондрий

    Снижение содержания АТФ

    Наиболее важной функцией митохондрий как «электростанции клетки» является обеспечение клетки энергией; следовательно, внутриклеточное содержание АТФ является одним из наиболее прямых и объективных показателей при оценке функции митохондрий. Кроме того, АТФазы гидролизуют АТФ до АДФ и высвобождают энергию, запасенную в АТФ.

    Определенные дозы СВЧ-излучения вызывают снижение митохондриального синтеза АТФ.Чжао и др. . [25] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Результаты показали, что содержание митохондриальной АТФ в гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, снижалось до минимального уровня через 3 дня после облучения и восстанавливалось через 7 дней после облучения, а активность АТФаз значительно повышалась через 3 дня после облучения и восстанавливалась через 7 дней. после облучения, предполагая компенсаторную роль этой регуляции с отрицательной обратной связью. Сандер и др. .[28] подвергали крыс SD воздействию СВЧ-излучения с частотой 591 МГц при средней плотности мощности 13,8 мВт/см 2 , что вызывало снижение доступности АТФ, что приводило к нарушениям энергетического обмена мозга.

    Снижение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ)

    Являясь одним из ключевых ферментов митохондриального энергетического метаболизма, СДГ связывается с внутренней мембраной митохондрий и катализирует дегидрирование сукцината с образованием в конечном итоге АТФ, образуя мостик между циклом Кребса и OXPHOS.

    МВт излучения снижает активность SDH. Чжао и др. . [25] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Активность SDH в гиппокампе крысы, подвергшейся воздействию MW, значительно снизилась через 6 часов после облучения, что привело к нарушениям митохондриального энергетического метаболизма. Ван и др. . [29] подвергали крыс Wistar воздействию микроволнового излучения высокой мощности (HPM) мощностью 10, 30 и 100 мВт/см 2 в течение 5 минут соответственно. Они также обнаружили снижение активности SDH в каждой группе облучения, которая восстановилась через 7 дней после облучения.В другом исследовании самцы крыс Wistar подвергались воздействию МВт излучения мощностью 30 мВт/см 2 в течение 15 минут. Активность СДГ в гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, существенно не менялась через 14 дней после облучения, что указывает на то, что индуцированное МВ излучением снижение активности СДГ при определенных условиях является обратимым [23].

    Подавление активности цитохром-с-оксидазы (ЦОГ)

    ЦОГ встроена во внутреннюю мембрану митохондрий и является терминальным комплексом митохондриальной цепи переноса электронов.Как еще один из ключевых ферментов митохондриального энергетического метаболизма, ЦОГ является единственным ферментом, который переносит электроны к кислороду с образованием H 2 O и АТФ [30,31]. Считается, что 90% внутриклеточного молекулярного кислорода утилизируется ЦОГ [32].

    Определенные дозы СВЧ излучения отрицательно влияют на активность ЦОГ. Ван и др. . [33] подвергали первичные культуры нейронов коры головного мозга крыс Вистар непрерывному СВЧ-излучению с частотой 900 МГц и значениями SAR 0,38, 0,76, 1.15, 2,23 и 3,22 Вт/кг соответственно в течение 2 ч/д в течение 4–6 дней. Результаты показали, что токсическое воздействие СВЧ-излучения на активность ЦОГ накапливалось и имело дозозависимую зависимость. Сюн и др. . [34] использовали микроволновое излучение мощностью 30 мВт/см 2 для облучения самцов крыс Wistar. Сниженная активность ЦОГ и сниженная экспрессия мРНК ЦОГ I/IV и белка ЦОГ I были обнаружены после МВ-излучения, что свидетельствует о том, что МВ-излучение влияет на активность ЦОГ на нескольких уровнях.

    Потенциальные механизмы, связанные с индуцированными СВЧ-излучением нарушениями митохондриального энергетического метаболизма

    Благодаря быстрому развитию современных методов молекулярной биологии стало возможным изучение механизмов биологических эффектов СВЧ-излучения на клеточном и молекулярном уровнях.В этом разделе будут рассмотрены потенциальные механизмы нарушений энергетического метаболизма головного мозга, вызванных СВЧ-излучением, с семи аспектов, включая экспрессию генов, митохондриальную мембрану, апоптоз, окислительный стресс (ОС), перегрузку Ca 2+ , митохондриальную ДНК и вовлеченную передачу сигнала. пути.

    Измененная экспрессия генов в дыхательной цепи

    СВЧ-излучение вызывает аномальную экспрессию генов, кодирующих дыхательную цепь, что приводит к нарушению энергетического обмена мозга. Чжао и др. . [35] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Через 6 часов после облучения в гиппокампе крыс наблюдалось множество генов, дифференциально экспрессируемых (активировано: syn1, ptprj, CD74 и MHCII; подавлено: ttr, enpp2, folr1, cdh32, spata2, spp1, calb2, tacl и dnpi), некоторые из которых ( syn1, ttr и enpp2) тесно связаны с метаболической функцией митохондрий. В качестве нейрального метаболического маркера ЦОГ содержит 13 субъединиц, при этом ЦОГ I-III кодируется митохондриальными генами, а остальные 10 субъединиц кодируются ядерными генами.ЦОГ I представляет собой каталитический центр, а ЦОГ IV регулирует активность фермента в ответ на содержание АТФ/АДФ [36,37]. Чжао и др. . [38] обнаружили, что воздействие импульсного СВЧ-излучения на самцов крыс Wistar (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин) снижало экспрессию мРНК ЦОГ I/II через 6 ч после облучения и увеличивало экспрессию мРНК ЦОГ IV в 1 d, оба из которых имели тенденцию восстанавливаться через 3-7 дней, демонстрируя, что снижение активности ЦОГ в гиппокампе крыс произошло после СВЧ-излучения 30 мВт/см 2 . Се и др. . [39] подвергали крыс острому МВ-излучению в течение 1 ч при средней плотности мощности 3 мВт/см 2 или 30 мВт/см 2 соответственно. После СВЧ-облучения 3 мВт/см 2 в течение 0, 3 и 24 ч не было обнаружено значительных изменений уровней экспрессии мРНК ЦОГ I и ЦОГ IV в коре головного мозга и гиппокампе крыс. Однако после молекулярного излучения мощностью 30 мВт/см 2 в течение 0, 3 и 24 ч экспрессия мРНК ЦОГ I в коре головного мозга и гиппокампе крыс значительно снизилась, но значительных изменений в уровнях экспрессии мРНК ЦОГ IV обнаружено не было.В заключение, СВЧ-излучение подавляет ген ЦОГ-1, кодируемый митохондриальной ДНК в коре головного мозга и гиппокампе крыс дозозависимым образом. Эти результаты позволяют предположить, что изменения в экспрессии генов, вызванные СВЧ-излучением, являются важными факторами митохондриальной дисфункции и недостаточности энергии мозга.

    Поврежденная митохондриальная мембрана

    Митохондриальная мембрана позволяет митохондриям быть относительно независимыми и поддерживать гомеостаз своей внутренней среды и играет важную роль в преобразовании энергии, передаче сигналов и транспортировке материалов. Различные ферменты, тесно связанные с энергетическим обменом, такие как СДГ и комплекс I-IV, связываются с митохондриальной мембраной. Являясь ключевой частью синтеза АТФ, поврежденная митохондриальная мембрана приводит к снижению активности комплекса I/III и дальнейшим нарушениям энергетического обмена [40].

    Структурное повреждение митохондриальной мембраны является одним из важнейших механизмов нарушения энергетического обмена мозга при СВЧ-излучении. Митохондрии представляют собой органеллы, обернутые двойной мембраной, причем внутренняя мембрана образует кристы, которые значительно увеличивают площадь поверхности митохондриальной мембраны.Поскольку биопленки являются мишенями электромагнитного излучения [41], можно сделать вывод, что структурные особенности митохондрий определяют их высокую чувствительность к поражению, вызванному СВЧ-излучением.

    Существует несколько возможных путей, посредством которых СВЧ-излучение может структурно повредить митохондриальную мембрану. Во-первых, микроволновое излучение обладает способностью усиливать вращение и вибрацию молекул и увеличивать частоту столкновений между молекулами, что приводит к разрыву химических связей и, таким образом, к повреждению структуры митохондриальной мембраны [42].Во-вторых, СВЧ-излучение приводит к значительному увеличению внутриклеточных активных окислительных форм (АФК) и нарушению антиоксидантных ферментов, вызывая окислительную модификацию биологических макромолекул и повреждение митохондрий [22,43-46]. В-третьих, СВЧ-излучение вызывает внутриклеточную перегрузку Ca 2+ и вызывает повреждение митохондриальной мембраны посредством активации фосфолипаз и протеаз [47-49].

    Апоптотическая гибель нервных клеток

    В процессе поражения головного мозга СВЧ-излучением апоптоз является одним из конечных результатов повреждения клеток.Блокирование апоптоза для снятия воздействия СВЧ-излучения на нервную систему и поиска новых мишеней для профилактики и лечения имеет большое значение.

    Излучение

    МВт индуцирует апоптоз нервных клеток посредством классического митохондриально-зависимого пути каспазы-3. Цзо и др. . [50] подвергали нейроноподобные клетки, полученные из PC12, и крыс Wistar воздействию частоты 2,856 ГГц в течение 5 и 15 минут соответственно при средней плотности мощности 30 мВт/см 2 . Результаты показали конденсацию хроматина и образование апоптотических телец в нервных клетках через 6 ч после воздействия МВ.Кроме того, снижался митохондриальный мембранный потенциал (ММП) и увеличивалась фрагментация ДНК, что приводило к увеличению процента апоптотических клеток. Кроме того, увеличились соотношение Bax/Bcl-2 и экспрессия цитохрома с, расщепленной каспазы-3 и PARP. Кесари и др. . [43] подвергали 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона по 2 часа в день в течение 60 дней, чтобы исследовать влияние воздействия мобильного телефона 3G. Результаты показали, что микроволновое излучение, испускаемое мобильным телефоном 3G, значительно индуцировало разрывы нитей ДНК в головном мозге. Между тем, в группе, подвергшейся воздействию, также наблюдалось значительное увеличение количества микроядер, каспазы-3 и апоптоза. Обнаружено опосредованное митохондриальной дисфункцией высвобождение цитохрома с и последующая активация каспаз, которые участвуют в процессе радиационно-индуцированной апоптотической гибели клеток.

    Окислительный стресс

    МВт-излучение активирует опосредованное НАДН-оксидазой увеличение АФК, и, в свою очередь, избыток АФК повреждает митохондриальную электрон-транспортную цепь, которая является основным источником АФК, в конечном итоге образуя порочный круг и усугубляя нарушения в головном мозге энергетический обмен [13,51-54].Дешмукх и др. . [22] подвергли крыс Fischer-344 воздействию СВЧ (частота 900 МГц; SAR 8,4738 × 10 −5 Вт/кг) в гигагерцовой поперечной электромагнитной ячейке (GTEM) в течение 30 дней (2 ч/день, 5 дней). /неделю). Результаты показали достоверное повышение ОС, о чем свидетельствует увеличение в крови уровней МДА (маркер перекисного окисления липидов), карбонила белка (маркер окисления белков) и содержания неизмененного глутатиона (GSH). Таким образом, исследование показало, что низкоуровневое СВЧ-излучение способно привести к ОС.Кесари и др. . [44] воздействовали на 35-дневных крыс Wistar мобильным телефоном в течение 2 ч в день в течение 45 дней, где SAR составлял 0,9 Вт/кг. Результаты свидетельствовали о значительном повышении уровня АФК, значительном снижении уровней глутатионпероксидазы (ГПх) и супероксиддисмутазы (СОД) и увеличении активности каталазы (КАТ). Кроме того, сообщается, что ингибирование OS и удаление ROS оказали большой терапевтический эффект на повреждение мозга, вызванное СВЧ-излучением [55,56].В совокупности избыток АФК играет важную роль в процессе радиационно-индуцированного повреждения энергетического метаболизма головного мозга.

    Избыток АФК вреден для энергетического метаболизма мозга. Во-первых, чрезмерные уровни АФК-индуцированного разрыва ДНК (ядерной и митохондриальной ДНК) могут быть одной из ключевых причин нарушений энергетического метаболизма мозга, вызванных СВЧ-излучением [43,44,57-59]. Кесари и др. . [43] подвергли 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона в течение 2 ч в день в течение 60 дней и обнаружили, что содержание АФК показало положительную линейную корреляцию с повреждением ДНК.Другое исследование показало, что предварительная обработка поглотителями радикалов способна блокировать повреждение ДНК, вызванное СВЧ-излучением [59]. Во-вторых, избыточные уровни АФК были тесно связаны с апоптозом нервных клеток, как описано ранее [43,44]. В-третьих, считается, что в качестве вторичного мессенджера повышенная АФК-индуцированная чрезмерная активация одного или нескольких сигнальных путей играет более важную роль в повреждении клеток, чем в окислительной модификации [60,61]. Роль АФК в поражении головного мозга, вызванном СВЧ-излучением, нуждается в дальнейшем изучении.

    Ca

    2+ перегрузка

    В нормальных условиях внеклеточная концентрация свободного Ca 2+ намного выше, чем внутриклеточная концентрация, и более 90% внутриклеточного Ca 2+ хранится в эндоплазматическом ретикулуме и митохондрии. Следовательно, небольшой приток Са 2+ способен вызвать резкое повышение концентрации цитоплазматического Са 2+ и запустить ряд физиологических реакций.

    Увеличение цитоплазматического Ca 2+ наблюдается в процессе поражения головного мозга, вызванного СВЧ-излучением.Ян и др. . [47] подвергали первичные культуры нейронов гиппокампа крыс СВЧ-излучению в течение 5 мин при средней плотности мощности 10 мВт/см 2 . Результаты показали значительное увеличение цитоплазматического Ca 2+ сразу после облучения. Лу и др. . [48] ​​подвергали первичные культуры глиальных клеток воздействию частоты 2450 МГц в течение 2 ч/день в течение 3 дней при средней плотности мощности 4 мВт/см 2 . Также был обнаружен повышенный внутриклеточный свободный Ca 2+ .

    Ca 2+ перегрузка приводит к нарушению энергетического обмена мозга.Чрезмерная активация митохондриальной поры перехода проницаемости (mPTP), вызванная перегрузкой Ca 2+ , может быть одной из важных причин. Исследования показали, что активация mPTP, вызванная перегрузкой Ca 2+ , приводит к набуханию и фрагментации митохондрий [62,63]. Кроме того, при чрезмерной активации mPTP увеличивается проницаемость митохондриальной мембраны, исчезает MMP, отсоединяется дыхательная цепь от OXPHOS и прекращается синтез АТФ [64,65]. Кроме того, Ca 2+ является важным внутриклеточным вторичным мессенджером, способным активировать различные сигнальные молекулы, такие как PKC, AC и цАМФ-ФДЭ.Роль, которую играет Ca 2+ во время митохондриального повреждения, вызванного СВЧ-излучением, заслуживает более глубокого исследования.

    Нарушенная митохондриальная ДНК

    Митохондриальная ДНК (мтДНК) кодирует 13 субъединиц комплекса дыхательной цепи и 22 тРНК и 2 рРНК митохондрий и имеет первостепенное значение для синтеза OXPHOS и АТФ. Митохондриальный транскрипционный фактор А (mtTFA), ключевой фактор, кодируемый ядерными генами, участвующими в регуляции мтДНК, играет важную роль в целостности, саморепликации и репарации мтДНК после транспорта из цитоплазмы в митохондрии [66].

    Излучение мощностью

    МВт может разрушить мтДНК или изменить экспрессию мтДНК, что приведет к снижению продукции АТФ. Во-первых, мтДНК со структурой кольца двойной спирали лишена защиты систем связывания и репарации белков и гораздо более восприимчива к внешним раздражителям, таким как СВЧ-излучение, чем ядерная ДНК. СВЧ-излучение способно разрывать нити ядерной ДНК [43,44,57-59]. Кроме того, АФК обладают способностью индуцировать мутации мтДНК и создавать барьеры для образования ОКСФОС и АТФ [67].Однако эффекты повреждения мтДНК, вызванного СВЧ-излучением, на энергетический метаболизм мозга все еще требуют дальнейшего изучения. Во-вторых, для функционирования mtTFA необходимо должным образом перенести из цитоплазмы в митохондрии, что приводит к митохондриальной дисфункции, когда этот процесс нарушается MW-излучением. Се и др. . [27] подвергли самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения (30 мВт/см 2 , продолжительность: 1 ч). Экспрессия мРНК mtTFA в гиппокампе и коре головного мозга крыс увеличивалась в ответ на снижение содержания АТФ в рамках возможной регуляции с отрицательной обратной связью. Сюй и др. . [68] подвергали первичные культуры корковых нейронов новорожденных крыс СВЧ-излучению (частота и плотность мощности неизвестны). Экспрессия мРНК и белка мтТЖК возрастала, но новые мтТЖК не ингибировали влияние МВ излучения на энергетический обмен. В другом исследовании эти авторы подтвердили ингибирующее действие МВ-излучения на транспорт мтТЖК из цитоплазмы в митохондрии с помощью метода изотопного мечения, что может быть основной причиной индуцированного МВ-излучением снижения АТФ [69].

    Вовлеченные сигнальные пути

    Существует много сигнальных путей, участвующих в процессе митохондриальной дисфункции, вызванной MW-радиацией, включая путь фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K) и путь митоген-ассоциированной протеинкиназы (MAPK), которые представляют собой адаптивные реакции клеток, которые регулируют клеточные функции и способствуют их выживанию.

    Путь PI3K/Akt

    Имеется достаточно доказательств того, что путь PI3K/Akt, сигнальный каскад киназы против апоптоза, способствующий выживанию, играет ключевую роль в выживании клеток [70,71]. Индуцируемый гипоксией фактор-1α (HIF-1α), ключевой физиологический датчик уровня кислорода в большинстве клеток млекопитающих, играет важную роль в выживании клеток, метаболизме глюкозы, транспорте и метаболической адаптации, регулируя экспрессию своих генов-мишеней [72-75]. ]. Кроме того, было показано, что активация HIF-1α сигнальным путем PI3K/Akt/mTOR играет важную роль в нейропротекции [76,77].

    Большое значение придается сигнальному пути PI3K/Akt в процессе поражения головного мозга, вызванного СВЧ-излучением, и активация HIF-1α, ключевой молекулы-мишени пути PI3K/Akt, способна восстанавливать нарушенные митохондриальные энергетический обмен, вызванный СВЧ-излучением в определенной степени.Ван и др. . [78] подвергали крыс острому МВ-излучению в течение 5 минут при средней плотности мощности 30 и 100 мВт/см 2 соответственно. Экспрессия мРНК и белка HIF-1α в гиппокампе и коре головного мозга крыс значительно увеличилась в период от 6 ч до 1 дня после облучения. В другом исследовании крысы-самцы Вистар подвергались воздействию импульсного СВЧ-излучения в течение 30 дней (6 мин/день, 5 дней/неделю) при средней плотности мощности 2,5, 5 и 10 мВт/см 2 соответственно. Экспрессия мРНК и белка HIF-1α в нейронах гиппокампа крыс увеличилась в период от 14 дней до 1 месяца после облучения в группе 2.5 и 5 мВт/см 2 группы, но уменьшилось в группе 10 мВт/см 2 [79]. Таким образом, активация HIF-1α происходит как после однократного острого, так и при длительном облучении СВЧ. Однако неясно, полезен ли активированный HIF-1α для клеток, пораженных СВЧ-излучением. Чжао и др. . [24] подвергали нейроноподобные клетки, происходящие из PC12, СВЧ-излучению мощностью 30 мВт/см 2 в течение 5 мин. Сверхэкспрессия HIF-1α защищала митохондрии от повреждения за счет повышения уровней АТФ и ММР, в то время как подавление HIF-1α способствовало индуцированному MW повреждению митохондрий.Активация передачи сигналов PI3K была необходима для MW-индуцированной активации HIF-1α и защитного ответа. Хотя HIF-1α представляет собой многообещающую терапевтическую мишень при радиационном поражении MW, как HIF-1α регулируется и какие могут быть его эффективные мишени в митохондриях, остается неизвестным.

    Путь МАРК

    МАРК, который состоит из различных генных продуктов, оканчивающихся различными факторами транскрипции, участвующими в выживании, пролиферации и гибели клеток, в зависимости от силы стимула, регулирует баланс между выживанием/дифференцировкой клеток и гибелью клеток /апоптоз [80].Три подсемейства MAPK включают внеклеточную регулируемую протеинкиназу (ERK), N-концевую киназу c-jun/стресс-активируемую протеинкиназу (JNK/SAPK) и p38MAPK.

    Активация HIF-1α, опосредованная передачей сигналов ERK, защищает от митохондриальной дисфункции, вызванной СВЧ-излучением. Чжао и др. . [24] подвергали нейроноподобные клетки, происходящие из PC12, СВЧ-излучению мощностью 30 мВт/см 2 в течение 5 мин. Ингибирование p-Erk1/2 способствовало MW-индуцированному снижению уровней АТФ и MMP и индуцировало снижение экспрессии HIF-1α, демонстрируя, что передача сигналов ERK участвует в защитном механизме против MW-индуцированного повреждения митохондрий.

    p38MAPK, известная как передача сигналов MAPK гибели клеток, участвует в апоптозе нервных клеток, индуцированном СВЧ-излучением. p38MAPK индуцирует апоптоз, регулируя конформационные изменения и последующую олигомеризацию Bax, диссипацию MMP и высвобождение цитохрома с из митохондрий [81]. Кесари и др. . [43] подвергали 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона по 2 часа в день в течение 60 дней, чтобы исследовать влияние воздействия мобильного телефона 3G. Они обнаружили, что мобильное излучение 3G индуцирует апоптоз в головном мозге путем активации p38MAPK, пути основной реакции на стресс.

    Заключение

    К настоящему времени было признано повреждающее воздействие СВЧ-излучения на структуру и функцию митохондрий, а исследования на клеточном и молекулярном уровне соответствующих механизмов также позволили добиться ряда потенциальных молекулярных мишеней для предотвращения и будет предложена обработка СВЧ излучения.

    В этой области исследований присутствуют следующие проблемы: (a) вызванное СВЧ-излучением нарушение энергетического метаболизма головного мозга включает множество параметров, таких как доза, время и частота, которые требуют дальнейшего изучения; (b) биологические эффекты СВЧ-излучения широко распространены, включая различные сигнальные пути, и настоящий обзор ограничивается исследованием отдельных сигнальных путей и не позволяет анализировать эффекты перекрестных помех между различными сигнальными путями; (в) отсутствуют специфические маркеры для оценки последствий радиационного поражения СВЧ и эффективные молекулярные мишени для профилактики и лечения их поражений; (d) последствия митохондриального повреждения, вызванного СВЧ-излучением, до сих пор неясны, и его корреляция с нейродегенеративными заболеваниями, связанными с митохондриями, такими как болезнь Альцгеймера, требует дальнейшего изучения. Отсутствие одинаковых стандартов среди разных лабораторий создает барьер для дальнейшего развития и обмена информацией.

    В совокупности этот обзор воздействия СВЧ-излучения на энергетический метаболизм мозга и связанные с ним механизмы регуляции, молекулярные маркеры, мишени для лекарств и профилактические меры показывает необходимость продолжения исследований в этой области.

    Воздействие микроволнового излучения на энергетический метаболизм мозга и связанные с ним механизмы

    Abstract

    В связи с быстрым развитием электронных технологий в последние годы растет беспокойство по поводу потенциальных опасностей для здоровья, вызванных микроволновым излучением (МВ).Мозг является одним из наиболее чувствительных органов-мишеней для микроволнового излучения, где повреждение митохондрий происходит раньше и тяжелее, чем в других органах. Нарушения энергетического обмена действительно играют важную роль в процессе поражения головного мозга микроволновым излучением. В этой статье мы рассмотрим биологические эффекты микроволнового излучения, особенности снабжения и потребления энергии мозгом, а также влияние микроволнового излучения на митохондриальный энергетический обмен и возможные связанные с ним механизмы.

    Ключевые слова: Микроволновое излучение, Мозг, Энергетический обмен, Митохондрии, Механизмы.

    Введение. , медицинской и военной областях. Популяризация мобильных телефонов, компьютеров, бытовой техники и другого электронного оборудования сделала обучение, работу и доступ к развлечениям намного более удобными.В связи с интенсивным развитием различного передового военного вооружения, такого как самолеты дальнего радиолокационного обнаружения, радиоэлектронные помехи и новые радары, солдаты постоянно подвергаются воздействию сложных факторов внешней среды, в том числе интенсивного и сложного излучения МВт. Будучи четвертым по величине источником загрязнения после воздуха, воды и шума, микроволновое излучение вызывает множество биологических эффектов [1].

    Мозг является наиболее чувствительным органом-мишенью для СВЧ-излучения, где повреждение митохондрий происходит раньше и тяжелее, чем в других органах.Исследования влияния СВЧ-излучения на энергетический метаболизм мозга вызвали большую озабоченность.

    Обзор

    Биологические эффекты СВЧ-излучения

    Биологические эффекты СВЧ-излучения делятся на два типа: тепловые и нетепловые эффекты [2,3]. Оба присутствуют, причем тепловые эффекты преобладают в случае мощного и высокочастотного СВЧ-излучения, а нетепловые эффекты преобладают в случае маломощного СВЧ-излучения [4]. СВЧ-излучение оказывает многогранное воздействие на многие системы организма, включая нервную [5–7], эндокринную [8], сердечно-сосудистую [9], иммунную [10,11], репродуктивную [12–14] и кроветворную [15]. ] системы.Мозгу всегда требуется высокий уровень потребления кислорода и энергии для поддержания регулярных функций. Поэтому этот орган чувствителен к неинфекционным раздражителям, таким как ионизирующее излучение и гипоксия [16,17]. Исследования нашей и других групп показали, что микроволновое излучение повреждает структуры гиппокампа у крыс, ухудшает долговременную потенциацию, снижает концентрацию нейротрансмиттеров, уменьшает количество синаптических пузырьков и приводит к ухудшению памяти [5,18,19]. Таким образом, мозг считается наиболее чувствительным органом-мишенью для СВЧ-излучения.

    Повреждающее воздействие СВЧ-излучения на мозг включает дисфункцию головного мозга и структурные повреждения головного мозга. Эпидемиологическое обследование показало, что СВЧ-излучение вызывает у человека усталость, головную боль, возбуждение, сновидения, потерю памяти и другие симптомы неврастении [20]. Кроме того, у крыс после СВЧ-облучения наблюдались нарушения способности к обучению и памяти, что определялось в водном лабиринте Морриса [5,6,21,22]. СВЧ-излучение также может приводить к сморщиванию нейронов, ядерной конденсации, набуханию митохондрий, расширению эндоплазматического ретикулума, изменениям синаптических щелей и расширению сосудистых эндотелиальных соединений, где повреждение митохондрий происходило раньше и тяжелее [5,21,23-25].

    Особенности энергетического обмена головного мозга

    В организме человека головной мозг имеет наибольшую потребность в кислороде и подвержен нарушениям энергетического обмена, что определяется его высокой скоростью метаболизма, высоким потреблением кислорода и низкими запасами энергии. Митохондрии являются ключевыми центрами окислительного фосфорилирования (OXPHOS) и синтеза аденозинтрифосфата (АТФ). Окислительно-восстановительные ферменты и коферменты, участвующие в дыхательной цепи, лежат во внутренней мембране митохондрий в непосредственной близости.Электроны, проходящие через дыхательную цепь, переносят протоны со стороны матрикса на цитоплазматическую сторону через внутреннюю мембрану митохондрий. Когда протоны рефлюксируют по градиенту концентрации, высвобождаемая энергия используется АТФ-синтазой для катализа синтеза АТФ.

    Помимо преобразования энергии, митохондрии также играют другие важные роли, например, в регуляции апоптоза и запасании Ca 2+ . Митохондрии являются не только отправной точкой многих путей передачи сигнала, но и мишенью.

    Влияние СВЧ-излучения на митохондриальный энергетический метаболизм

    МВ-излучение вредно для энергетического метаболизма мозга. По своей природе нейроны чрезвычайно чувствительны к снижению доступности АТФ. Как основной источник энергии, митохондрии подвержены повреждениям, вызванным СВЧ-излучением. Ван и др. . [26] подвергали обезьян воздействию СВЧ-излучения со средней плотностью мощности 5 мВт/см 2 и 11 мВт/см 2 в течение 10 с и 4,68 мкВт/см 2 в течение 12 ч/д в течение 30 дней в совокупности.Нарушения в метаболитах, связанных с функцией митохондрий, в моче, таких как янтарная кислота, лимонная кислота и 2-кетоглутаровая кислота, были индуцированы после однократного облучения мощностью 5 мВт/см 2 и 11 мВт/см 2 и после длительное облучение 4,68 мкВт/см 2 , выявляющее с помощью метаболомики гиперчувствительность митохондрий к СВЧ-излучению.

    Воздействие СВЧ-излучения на структуру митохондрий

    СВЧ-излучение приводит к структурным повреждениям митохондрий, в первую очередь проявляющимся в виде набухания митохондрий и кавитации, а также дезорганизованных, сломанных и редких крист.

    В некоторой степени СВЧ-излучение влияет на структуру митохондрий дозозависимым образом. Чжао и др. . [5] подвергали крыс-самцов линии Вистар воздействию СВЧ-излучения со средней плотностью мощности 2,5, 5 и 10 мВт/см 2 с удельной мощностью поглощения (SAR) 1,05, 2,1 и 4,2 Вт/кг соответственно в течение 6 мин. /д в течение 30 дней. В гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, митохондрии были набухшими и вакуолизированными, а кристы были неупорядоченными и их было меньше. Кроме того, эти ультраструктурные изменения в митохондриях имели тенденцию быть более серьезными по сравнению с увеличением SAR.Се и др. . [27] подвергали самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения в течение 1 ч при средней плотности мощности 3 и 30 мВт/см 2 соответственно. Никаких существенных изменений не произошло в митохондриях гиппокампа или коры головного мозга в группе 3 мВт/см 2 , в то время как митохондрии в группе 30 мВт/см 2 действительно были повреждены. Эти результаты свидетельствуют о том, что в определенном диапазоне степень повреждения структуры митохондрий положительно коррелирует с дозой СВЧ-излучения.

    Радиация

    МВт, повреждающая митохондриальные структуры, подчиняется временной зависимости. Се и др. . [27] подвергли самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения (30 мВт/см 2 , продолжительность: 1 ч). Сразу после облучения ультраструктура митохондрий показала небольшое нарушение в гиппокампе и коре головного мозга крысы; через 3 ч после облучения заметно увеличилось видимое набухание митохондрий, а кристы стали дезорганизованными, разорванными и редкими; Через 24 часа после облучения наблюдалась митохондриальная дегенерация, демонстрируемая миелиноподобными структурами и случайными плотными отложениями в митохондриях. Короче говоря, ультраструктурные изменения в митохондриях мозга крысы были индуцированы в течение 24 часов после облучения 30 мВт/см 2 МВт.

    Длительное и низкодозовое кумулятивное МВ излучение приводит к значительному повреждению митохондрий. Донг и др. . [21] подвергали крыс SD воздействию СВЧ-излучения (4,68 мкВт/см 2 , 12 ч/день, продолжительность: 30 дней), что приводило к аналогичным структурным изменениям, таким как набухание и кавитация в митохондриях облученных крыс. гиппокамп и кора головного мозга.

    Воздействие СВЧ-излучения на энергетический метаболизм митохондрий

    Снижение содержания АТФ

    Наиболее важной функцией митохондрий как «электростанции клетки» является обеспечение клетки энергией; следовательно, внутриклеточное содержание АТФ является одним из наиболее прямых и объективных показателей при оценке функции митохондрий. Кроме того, АТФазы гидролизуют АТФ до АДФ и высвобождают энергию, запасенную в АТФ.

    Определенные дозы СВЧ-излучения вызывают снижение митохондриального синтеза АТФ.Чжао и др. . [25] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Результаты показали, что содержание митохондриальной АТФ в гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, снижалось до минимального уровня через 3 дня после облучения и восстанавливалось через 7 дней после облучения, а активность АТФаз значительно повышалась через 3 дня после облучения и восстанавливалась через 7 дней. после облучения, предполагая компенсаторную роль этой регуляции с отрицательной обратной связью. Сандер и др. .[28] подвергали крыс SD воздействию СВЧ-излучения с частотой 591 МГц при средней плотности мощности 13,8 мВт/см 2 , что вызывало снижение доступности АТФ, что приводило к нарушениям энергетического обмена мозга.

    Снижение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ)

    Являясь одним из ключевых ферментов митохондриального энергетического метаболизма, СДГ связывается с внутренней мембраной митохондрий и катализирует дегидрирование сукцината с образованием в конечном итоге АТФ, образуя мостик между циклом Кребса и OXPHOS.

    МВт излучения снижает активность SDH. Чжао и др. . [25] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Активность SDH в гиппокампе крысы, подвергшейся воздействию MW, значительно снизилась через 6 часов после облучения, что привело к нарушениям митохондриального энергетического метаболизма. Ван и др. . [29] подвергали крыс Wistar воздействию микроволнового излучения высокой мощности (HPM) мощностью 10, 30 и 100 мВт/см 2 в течение 5 минут соответственно. Они также обнаружили снижение активности SDH в каждой группе облучения, которая восстановилась через 7 дней после облучения.В другом исследовании самцы крыс Wistar подвергались воздействию МВт излучения мощностью 30 мВт/см 2 в течение 15 минут. Активность СДГ в гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, существенно не менялась через 14 дней после облучения, что указывает на то, что индуцированное МВ излучением снижение активности СДГ при определенных условиях является обратимым [23].

    Подавление активности цитохром-с-оксидазы (ЦОГ)

    ЦОГ встроена во внутреннюю мембрану митохондрий и является терминальным комплексом митохондриальной цепи переноса электронов.Как еще один из ключевых ферментов митохондриального энергетического метаболизма, ЦОГ является единственным ферментом, который переносит электроны к кислороду с образованием H 2 O и АТФ [30,31]. Считается, что 90% внутриклеточного молекулярного кислорода утилизируется ЦОГ [32].

    Определенные дозы СВЧ излучения отрицательно влияют на активность ЦОГ. Ван и др. . [33] подвергали первичные культуры нейронов коры головного мозга крыс Вистар непрерывному СВЧ-излучению с частотой 900 МГц и значениями SAR 0,38, 0,76, 1.15, 2,23 и 3,22 Вт/кг соответственно в течение 2 ч/д в течение 4–6 дней. Результаты показали, что токсическое воздействие СВЧ-излучения на активность ЦОГ накапливалось и имело дозозависимую зависимость. Сюн и др. . [34] использовали микроволновое излучение мощностью 30 мВт/см 2 для облучения самцов крыс Wistar. Сниженная активность ЦОГ и сниженная экспрессия мРНК ЦОГ I/IV и белка ЦОГ I были обнаружены после МВ-излучения, что свидетельствует о том, что МВ-излучение влияет на активность ЦОГ на нескольких уровнях.

    Потенциальные механизмы, связанные с индуцированными СВЧ-излучением нарушениями митохондриального энергетического метаболизма

    Благодаря быстрому развитию современных методов молекулярной биологии стало возможным изучение механизмов биологических эффектов СВЧ-излучения на клеточном и молекулярном уровнях.В этом разделе будут рассмотрены потенциальные механизмы нарушений энергетического метаболизма головного мозга, вызванных СВЧ-излучением, с семи аспектов, включая экспрессию генов, митохондриальную мембрану, апоптоз, окислительный стресс (ОС), перегрузку Ca 2+ , митохондриальную ДНК и вовлеченную передачу сигнала. пути.

    Измененная экспрессия генов в дыхательной цепи

    СВЧ-излучение вызывает аномальную экспрессию генов, кодирующих дыхательную цепь, что приводит к нарушению энергетического обмена мозга. Чжао и др. . [35] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Через 6 часов после облучения в гиппокампе крыс наблюдалось множество генов, дифференциально экспрессируемых (активировано: syn1, ptprj, CD74 и MHCII; подавлено: ttr, enpp2, folr1, cdh32, spata2, spp1, calb2, tacl и dnpi), некоторые из которых ( syn1, ttr и enpp2) тесно связаны с метаболической функцией митохондрий. В качестве нейрального метаболического маркера ЦОГ содержит 13 субъединиц, при этом ЦОГ I-III кодируется митохондриальными генами, а остальные 10 субъединиц кодируются ядерными генами.ЦОГ I представляет собой каталитический центр, а ЦОГ IV регулирует активность фермента в ответ на содержание АТФ/АДФ [36,37]. Чжао и др. . [38] обнаружили, что воздействие импульсного СВЧ-излучения на самцов крыс Wistar (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин) снижало экспрессию мРНК ЦОГ I/II через 6 ч после облучения и увеличивало экспрессию мРНК ЦОГ IV в 1 d, оба из которых имели тенденцию восстанавливаться через 3-7 дней, демонстрируя, что снижение активности ЦОГ в гиппокампе крыс произошло после СВЧ-излучения 30 мВт/см 2 . Се и др. . [39] подвергали крыс острому МВ-излучению в течение 1 ч при средней плотности мощности 3 мВт/см 2 или 30 мВт/см 2 соответственно. После СВЧ-облучения 3 мВт/см 2 в течение 0, 3 и 24 ч не было обнаружено значительных изменений уровней экспрессии мРНК ЦОГ I и ЦОГ IV в коре головного мозга и гиппокампе крыс. Однако после молекулярного излучения мощностью 30 мВт/см 2 в течение 0, 3 и 24 ч экспрессия мРНК ЦОГ I в коре головного мозга и гиппокампе крыс значительно снизилась, но значительных изменений в уровнях экспрессии мРНК ЦОГ IV обнаружено не было.В заключение, СВЧ-излучение подавляет ген ЦОГ-1, кодируемый митохондриальной ДНК в коре головного мозга и гиппокампе крыс дозозависимым образом. Эти результаты позволяют предположить, что изменения в экспрессии генов, вызванные СВЧ-излучением, являются важными факторами митохондриальной дисфункции и недостаточности энергии мозга.

    Поврежденная митохондриальная мембрана

    Митохондриальная мембрана позволяет митохондриям быть относительно независимыми и поддерживать гомеостаз своей внутренней среды и играет важную роль в преобразовании энергии, передаче сигналов и транспортировке материалов. Различные ферменты, тесно связанные с энергетическим обменом, такие как СДГ и комплекс I-IV, связываются с митохондриальной мембраной. Являясь ключевой частью синтеза АТФ, поврежденная митохондриальная мембрана приводит к снижению активности комплекса I/III и дальнейшим нарушениям энергетического обмена [40].

    Структурное повреждение митохондриальной мембраны является одним из важнейших механизмов нарушения энергетического обмена мозга при СВЧ-излучении. Митохондрии представляют собой органеллы, обернутые двойной мембраной, причем внутренняя мембрана образует кристы, которые значительно увеличивают площадь поверхности митохондриальной мембраны.Поскольку биопленки являются мишенями электромагнитного излучения [41], можно сделать вывод, что структурные особенности митохондрий определяют их высокую чувствительность к поражению, вызванному СВЧ-излучением.

    Существует несколько возможных путей, посредством которых СВЧ-излучение может структурно повредить митохондриальную мембрану. Во-первых, микроволновое излучение обладает способностью усиливать вращение и вибрацию молекул и увеличивать частоту столкновений между молекулами, что приводит к разрыву химических связей и, таким образом, к повреждению структуры митохондриальной мембраны [42].Во-вторых, СВЧ-излучение приводит к значительному увеличению внутриклеточных активных окислительных форм (АФК) и нарушению антиоксидантных ферментов, вызывая окислительную модификацию биологических макромолекул и повреждение митохондрий [22,43-46]. В-третьих, СВЧ-излучение вызывает внутриклеточную перегрузку Ca 2+ и вызывает повреждение митохондриальной мембраны посредством активации фосфолипаз и протеаз [47-49].

    Апоптотическая гибель нервных клеток

    В процессе поражения головного мозга СВЧ-излучением апоптоз является одним из конечных результатов повреждения клеток.Блокирование апоптоза для снятия воздействия СВЧ-излучения на нервную систему и поиска новых мишеней для профилактики и лечения имеет большое значение.

    Излучение

    МВт индуцирует апоптоз нервных клеток посредством классического митохондриально-зависимого пути каспазы-3. Цзо и др. . [50] подвергали нейроноподобные клетки, полученные из PC12, и крыс Wistar воздействию частоты 2,856 ГГц в течение 5 и 15 минут соответственно при средней плотности мощности 30 мВт/см 2 . Результаты показали конденсацию хроматина и образование апоптотических телец в нервных клетках через 6 ч после воздействия МВ.Кроме того, снижался митохондриальный мембранный потенциал (ММП) и увеличивалась фрагментация ДНК, что приводило к увеличению процента апоптотических клеток. Кроме того, увеличились соотношение Bax/Bcl-2 и экспрессия цитохрома с, расщепленной каспазы-3 и PARP. Кесари и др. . [43] подвергали 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона по 2 часа в день в течение 60 дней, чтобы исследовать влияние воздействия мобильного телефона 3G. Результаты показали, что микроволновое излучение, испускаемое мобильным телефоном 3G, значительно индуцировало разрывы нитей ДНК в головном мозге. Между тем, в группе, подвергшейся воздействию, также наблюдалось значительное увеличение количества микроядер, каспазы-3 и апоптоза. Обнаружено опосредованное митохондриальной дисфункцией высвобождение цитохрома с и последующая активация каспаз, которые участвуют в процессе радиационно-индуцированной апоптотической гибели клеток.

    Окислительный стресс

    МВт-излучение активирует опосредованное НАДН-оксидазой увеличение АФК, и, в свою очередь, избыток АФК повреждает митохондриальную электрон-транспортную цепь, которая является основным источником АФК, в конечном итоге образуя порочный круг и усугубляя нарушения в головном мозге энергетический обмен [13,51-54].Дешмукх и др. . [22] подвергли крыс Fischer-344 воздействию СВЧ (частота 900 МГц; SAR 8,4738 × 10 −5 Вт/кг) в гигагерцовой поперечной электромагнитной ячейке (GTEM) в течение 30 дней (2 ч/день, 5 дней). /неделю). Результаты показали достоверное повышение ОС, о чем свидетельствует увеличение в крови уровней МДА (маркер перекисного окисления липидов), карбонила белка (маркер окисления белков) и содержания неизмененного глутатиона (GSH). Таким образом, исследование показало, что низкоуровневое СВЧ-излучение способно привести к ОС.Кесари и др. . [44] воздействовали на 35-дневных крыс Wistar мобильным телефоном в течение 2 ч в день в течение 45 дней, где SAR составлял 0,9 Вт/кг. Результаты свидетельствовали о значительном повышении уровня АФК, значительном снижении уровней глутатионпероксидазы (ГПх) и супероксиддисмутазы (СОД) и увеличении активности каталазы (КАТ). Кроме того, сообщается, что ингибирование OS и удаление ROS оказали большой терапевтический эффект на повреждение мозга, вызванное СВЧ-излучением [55,56].В совокупности избыток АФК играет важную роль в процессе радиационно-индуцированного повреждения энергетического метаболизма головного мозга.

    Избыток АФК вреден для энергетического метаболизма мозга. Во-первых, чрезмерные уровни АФК-индуцированного разрыва ДНК (ядерной и митохондриальной ДНК) могут быть одной из ключевых причин нарушений энергетического метаболизма мозга, вызванных СВЧ-излучением [43,44,57-59]. Кесари и др. . [43] подвергли 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона в течение 2 ч в день в течение 60 дней и обнаружили, что содержание АФК показало положительную линейную корреляцию с повреждением ДНК.Другое исследование показало, что предварительная обработка поглотителями радикалов способна блокировать повреждение ДНК, вызванное СВЧ-излучением [59]. Во-вторых, избыточные уровни АФК были тесно связаны с апоптозом нервных клеток, как описано ранее [43,44]. В-третьих, считается, что в качестве вторичного мессенджера повышенная АФК-индуцированная чрезмерная активация одного или нескольких сигнальных путей играет более важную роль в повреждении клеток, чем в окислительной модификации [60,61]. Роль АФК в поражении головного мозга, вызванном СВЧ-излучением, нуждается в дальнейшем изучении.

    Ca

    2+ перегрузка

    В нормальных условиях внеклеточная концентрация свободного Ca 2+ намного выше, чем внутриклеточная концентрация, и более 90% внутриклеточного Ca 2+ хранится в эндоплазматическом ретикулуме и митохондрии. Следовательно, небольшой приток Са 2+ способен вызвать резкое повышение концентрации цитоплазматического Са 2+ и запустить ряд физиологических реакций.

    Увеличение цитоплазматического Ca 2+ наблюдается в процессе поражения головного мозга, вызванного СВЧ-излучением.Ян и др. . [47] подвергали первичные культуры нейронов гиппокампа крыс СВЧ-излучению в течение 5 мин при средней плотности мощности 10 мВт/см 2 . Результаты показали значительное увеличение цитоплазматического Ca 2+ сразу после облучения. Лу и др. . [48] ​​подвергали первичные культуры глиальных клеток воздействию частоты 2450 МГц в течение 2 ч/день в течение 3 дней при средней плотности мощности 4 мВт/см 2 . Также был обнаружен повышенный внутриклеточный свободный Ca 2+ .

    Ca 2+ перегрузка приводит к нарушению энергетического обмена мозга.Чрезмерная активация митохондриальной поры перехода проницаемости (mPTP), вызванная перегрузкой Ca 2+ , может быть одной из важных причин. Исследования показали, что активация mPTP, вызванная перегрузкой Ca 2+ , приводит к набуханию и фрагментации митохондрий [62,63]. Кроме того, при чрезмерной активации mPTP увеличивается проницаемость митохондриальной мембраны, исчезает MMP, отсоединяется дыхательная цепь от OXPHOS и прекращается синтез АТФ [64,65]. Кроме того, Ca 2+ является важным внутриклеточным вторичным мессенджером, способным активировать различные сигнальные молекулы, такие как PKC, AC и цАМФ-ФДЭ.Роль, которую играет Ca 2+ во время митохондриального повреждения, вызванного СВЧ-излучением, заслуживает более глубокого исследования.

    Нарушенная митохондриальная ДНК

    Митохондриальная ДНК (мтДНК) кодирует 13 субъединиц комплекса дыхательной цепи и 22 тРНК и 2 рРНК митохондрий и имеет первостепенное значение для синтеза OXPHOS и АТФ. Митохондриальный транскрипционный фактор А (mtTFA), ключевой фактор, кодируемый ядерными генами, участвующими в регуляции мтДНК, играет важную роль в целостности, саморепликации и репарации мтДНК после транспорта из цитоплазмы в митохондрии [66].

    Излучение мощностью

    МВт может разрушить мтДНК или изменить экспрессию мтДНК, что приведет к снижению продукции АТФ. Во-первых, мтДНК со структурой кольца двойной спирали лишена защиты систем связывания и репарации белков и гораздо более восприимчива к внешним раздражителям, таким как СВЧ-излучение, чем ядерная ДНК. СВЧ-излучение способно разрывать нити ядерной ДНК [43,44,57-59]. Кроме того, АФК обладают способностью индуцировать мутации мтДНК и создавать барьеры для образования ОКСФОС и АТФ [67].Однако эффекты повреждения мтДНК, вызванного СВЧ-излучением, на энергетический метаболизм мозга все еще требуют дальнейшего изучения. Во-вторых, для функционирования mtTFA необходимо должным образом перенести из цитоплазмы в митохондрии, что приводит к митохондриальной дисфункции, когда этот процесс нарушается MW-излучением. Се и др. . [27] подвергли самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения (30 мВт/см 2 , продолжительность: 1 ч). Экспрессия мРНК mtTFA в гиппокампе и коре головного мозга крыс увеличивалась в ответ на снижение содержания АТФ в рамках возможной регуляции с отрицательной обратной связью. Сюй и др. . [68] подвергали первичные культуры корковых нейронов новорожденных крыс СВЧ-излучению (частота и плотность мощности неизвестны). Экспрессия мРНК и белка мтТЖК возрастала, но новые мтТЖК не ингибировали влияние МВ излучения на энергетический обмен. В другом исследовании эти авторы подтвердили ингибирующее действие МВ-излучения на транспорт мтТЖК из цитоплазмы в митохондрии с помощью метода изотопного мечения, что может быть основной причиной индуцированного МВ-излучением снижения АТФ [69].

    Вовлеченные сигнальные пути

    Существует много сигнальных путей, участвующих в процессе митохондриальной дисфункции, вызванной MW-радиацией, включая путь фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K) и путь митоген-ассоциированной протеинкиназы (MAPK), которые представляют собой адаптивные реакции клеток, которые регулируют клеточные функции и способствуют их выживанию.

    Путь PI3K/Akt

    Имеется достаточно доказательств того, что путь PI3K/Akt, сигнальный каскад киназы против апоптоза, способствующий выживанию, играет ключевую роль в выживании клеток [70,71]. Индуцируемый гипоксией фактор-1α (HIF-1α), ключевой физиологический датчик уровня кислорода в большинстве клеток млекопитающих, играет важную роль в выживании клеток, метаболизме глюкозы, транспорте и метаболической адаптации, регулируя экспрессию своих генов-мишеней [72-75]. ]. Кроме того, было показано, что активация HIF-1α сигнальным путем PI3K/Akt/mTOR играет важную роль в нейропротекции [76,77].

    Большое значение придается сигнальному пути PI3K/Akt в процессе поражения головного мозга, вызванного СВЧ-излучением, и активация HIF-1α, ключевой молекулы-мишени пути PI3K/Akt, способна восстанавливать нарушенные митохондриальные энергетический обмен, вызванный СВЧ-излучением в определенной степени.Ван и др. . [78] подвергали крыс острому МВ-излучению в течение 5 минут при средней плотности мощности 30 и 100 мВт/см 2 соответственно. Экспрессия мРНК и белка HIF-1α в гиппокампе и коре головного мозга крыс значительно увеличилась в период от 6 ч до 1 дня после облучения. В другом исследовании крысы-самцы Вистар подвергались воздействию импульсного СВЧ-излучения в течение 30 дней (6 мин/день, 5 дней/неделю) при средней плотности мощности 2,5, 5 и 10 мВт/см 2 соответственно. Экспрессия мРНК и белка HIF-1α в нейронах гиппокампа крыс увеличилась в период от 14 дней до 1 месяца после облучения в группе 2.5 и 5 мВт/см 2 группы, но уменьшилось в группе 10 мВт/см 2 [79]. Таким образом, активация HIF-1α происходит как после однократного острого, так и при длительном облучении СВЧ. Однако неясно, полезен ли активированный HIF-1α для клеток, пораженных СВЧ-излучением. Чжао и др. . [24] подвергали нейроноподобные клетки, происходящие из PC12, СВЧ-излучению мощностью 30 мВт/см 2 в течение 5 мин. Сверхэкспрессия HIF-1α защищала митохондрии от повреждения за счет повышения уровней АТФ и ММР, в то время как подавление HIF-1α способствовало индуцированному MW повреждению митохондрий.Активация передачи сигналов PI3K была необходима для MW-индуцированной активации HIF-1α и защитного ответа. Хотя HIF-1α представляет собой многообещающую терапевтическую мишень при радиационном поражении MW, как HIF-1α регулируется и какие могут быть его эффективные мишени в митохондриях, остается неизвестным.

    Путь МАРК

    МАРК, который состоит из различных генных продуктов, оканчивающихся различными факторами транскрипции, участвующими в выживании, пролиферации и гибели клеток, в зависимости от силы стимула, регулирует баланс между выживанием/дифференцировкой клеток и гибелью клеток /апоптоз [80].Три подсемейства MAPK включают внеклеточную регулируемую протеинкиназу (ERK), N-концевую киназу c-jun/стресс-активируемую протеинкиназу (JNK/SAPK) и p38MAPK.

    Активация HIF-1α, опосредованная передачей сигналов ERK, защищает от митохондриальной дисфункции, вызванной СВЧ-излучением. Чжао и др. . [24] подвергали нейроноподобные клетки, происходящие из PC12, СВЧ-излучению мощностью 30 мВт/см 2 в течение 5 мин. Ингибирование p-Erk1/2 способствовало MW-индуцированному снижению уровней АТФ и MMP и индуцировало снижение экспрессии HIF-1α, демонстрируя, что передача сигналов ERK участвует в защитном механизме против MW-индуцированного повреждения митохондрий.

    p38MAPK, известная как передача сигналов MAPK гибели клеток, участвует в апоптозе нервных клеток, индуцированном СВЧ-излучением. p38MAPK индуцирует апоптоз, регулируя конформационные изменения и последующую олигомеризацию Bax, диссипацию MMP и высвобождение цитохрома с из митохондрий [81]. Кесари и др. . [43] подвергали 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона по 2 часа в день в течение 60 дней, чтобы исследовать влияние воздействия мобильного телефона 3G. Они обнаружили, что мобильное излучение 3G индуцирует апоптоз в головном мозге путем активации p38MAPK, пути основной реакции на стресс.

    Заключение

    К настоящему времени было признано повреждающее воздействие СВЧ-излучения на структуру и функцию митохондрий, а исследования на клеточном и молекулярном уровне соответствующих механизмов также позволили добиться ряда потенциальных молекулярных мишеней для предотвращения и будет предложена обработка СВЧ излучения.

    В этой области исследований присутствуют следующие проблемы: (a) вызванное СВЧ-излучением нарушение энергетического метаболизма головного мозга включает множество параметров, таких как доза, время и частота, которые требуют дальнейшего изучения; (b) биологические эффекты СВЧ-излучения широко распространены, включая различные сигнальные пути, и настоящий обзор ограничивается исследованием отдельных сигнальных путей и не позволяет анализировать эффекты перекрестных помех между различными сигнальными путями; (в) отсутствуют специфические маркеры для оценки последствий радиационного поражения СВЧ и эффективные молекулярные мишени для профилактики и лечения их поражений; (d) последствия митохондриального повреждения, вызванного СВЧ-излучением, до сих пор неясны, и его корреляция с нейродегенеративными заболеваниями, связанными с митохондриями, такими как болезнь Альцгеймера, требует дальнейшего изучения. Отсутствие одинаковых стандартов среди разных лабораторий создает барьер для дальнейшего развития и обмена информацией.

    В совокупности этот обзор воздействия СВЧ-излучения на энергетический метаболизм мозга и связанные с ним механизмы регуляции, молекулярные маркеры, мишени для лекарств и профилактические меры показывает необходимость продолжения исследований в этой области.

    Воздействие микроволнового излучения на энергетический метаболизм мозга и связанные с ним механизмы

    Abstract

    В связи с быстрым развитием электронных технологий в последние годы растет беспокойство по поводу потенциальных опасностей для здоровья, вызванных микроволновым излучением (МВ).Мозг является одним из наиболее чувствительных органов-мишеней для микроволнового излучения, где повреждение митохондрий происходит раньше и тяжелее, чем в других органах. Нарушения энергетического обмена действительно играют важную роль в процессе поражения головного мозга микроволновым излучением. В этой статье мы рассмотрим биологические эффекты микроволнового излучения, особенности снабжения и потребления энергии мозгом, а также влияние микроволнового излучения на митохондриальный энергетический обмен и возможные связанные с ним механизмы.

    Ключевые слова: Микроволновое излучение, Мозг, Энергетический обмен, Митохондрии, Механизмы.

    Введение. , медицинской и военной областях. Популяризация мобильных телефонов, компьютеров, бытовой техники и другого электронного оборудования сделала обучение, работу и доступ к развлечениям намного более удобными.В связи с интенсивным развитием различного передового военного вооружения, такого как самолеты дальнего радиолокационного обнаружения, радиоэлектронные помехи и новые радары, солдаты постоянно подвергаются воздействию сложных факторов внешней среды, в том числе интенсивного и сложного излучения МВт. Будучи четвертым по величине источником загрязнения после воздуха, воды и шума, микроволновое излучение вызывает множество биологических эффектов [1].

    Мозг является наиболее чувствительным органом-мишенью для СВЧ-излучения, где повреждение митохондрий происходит раньше и тяжелее, чем в других органах.Исследования влияния СВЧ-излучения на энергетический метаболизм мозга вызвали большую озабоченность.

    Обзор

    Биологические эффекты СВЧ-излучения

    Биологические эффекты СВЧ-излучения делятся на два типа: тепловые и нетепловые эффекты [2,3]. Оба присутствуют, причем тепловые эффекты преобладают в случае мощного и высокочастотного СВЧ-излучения, а нетепловые эффекты преобладают в случае маломощного СВЧ-излучения [4]. СВЧ-излучение оказывает многогранное воздействие на многие системы организма, включая нервную [5–7], эндокринную [8], сердечно-сосудистую [9], иммунную [10,11], репродуктивную [12–14] и кроветворную [15]. ] системы.Мозгу всегда требуется высокий уровень потребления кислорода и энергии для поддержания регулярных функций. Поэтому этот орган чувствителен к неинфекционным раздражителям, таким как ионизирующее излучение и гипоксия [16,17]. Исследования нашей и других групп показали, что микроволновое излучение повреждает структуры гиппокампа у крыс, ухудшает долговременную потенциацию, снижает концентрацию нейротрансмиттеров, уменьшает количество синаптических пузырьков и приводит к ухудшению памяти [5,18,19]. Таким образом, мозг считается наиболее чувствительным органом-мишенью для СВЧ-излучения.

    Повреждающее воздействие СВЧ-излучения на мозг включает дисфункцию головного мозга и структурные повреждения головного мозга. Эпидемиологическое обследование показало, что СВЧ-излучение вызывает у человека усталость, головную боль, возбуждение, сновидения, потерю памяти и другие симптомы неврастении [20]. Кроме того, у крыс после СВЧ-облучения наблюдались нарушения способности к обучению и памяти, что определялось в водном лабиринте Морриса [5,6,21,22]. СВЧ-излучение также может приводить к сморщиванию нейронов, ядерной конденсации, набуханию митохондрий, расширению эндоплазматического ретикулума, изменениям синаптических щелей и расширению сосудистых эндотелиальных соединений, где повреждение митохондрий происходило раньше и тяжелее [5,21,23-25].

    Особенности энергетического обмена головного мозга

    В организме человека головной мозг имеет наибольшую потребность в кислороде и подвержен нарушениям энергетического обмена, что определяется его высокой скоростью метаболизма, высоким потреблением кислорода и низкими запасами энергии. Митохондрии являются ключевыми центрами окислительного фосфорилирования (OXPHOS) и синтеза аденозинтрифосфата (АТФ). Окислительно-восстановительные ферменты и коферменты, участвующие в дыхательной цепи, лежат во внутренней мембране митохондрий в непосредственной близости.Электроны, проходящие через дыхательную цепь, переносят протоны со стороны матрикса на цитоплазматическую сторону через внутреннюю мембрану митохондрий. Когда протоны рефлюксируют по градиенту концентрации, высвобождаемая энергия используется АТФ-синтазой для катализа синтеза АТФ.

    Помимо преобразования энергии, митохондрии также играют другие важные роли, например, в регуляции апоптоза и запасании Ca 2+ . Митохондрии являются не только отправной точкой многих путей передачи сигнала, но и мишенью.

    Влияние СВЧ-излучения на митохондриальный энергетический метаболизм

    МВ-излучение вредно для энергетического метаболизма мозга. По своей природе нейроны чрезвычайно чувствительны к снижению доступности АТФ. Как основной источник энергии, митохондрии подвержены повреждениям, вызванным СВЧ-излучением. Ван и др. . [26] подвергали обезьян воздействию СВЧ-излучения со средней плотностью мощности 5 мВт/см 2 и 11 мВт/см 2 в течение 10 с и 4,68 мкВт/см 2 в течение 12 ч/д в течение 30 дней в совокупности.Нарушения в метаболитах, связанных с функцией митохондрий, в моче, таких как янтарная кислота, лимонная кислота и 2-кетоглутаровая кислота, были индуцированы после однократного облучения мощностью 5 мВт/см 2 и 11 мВт/см 2 и после длительное облучение 4,68 мкВт/см 2 , выявляющее с помощью метаболомики гиперчувствительность митохондрий к СВЧ-излучению.

    Воздействие СВЧ-излучения на структуру митохондрий

    СВЧ-излучение приводит к структурным повреждениям митохондрий, в первую очередь проявляющимся в виде набухания митохондрий и кавитации, а также дезорганизованных, сломанных и редких крист.

    В некоторой степени СВЧ-излучение влияет на структуру митохондрий дозозависимым образом. Чжао и др. . [5] подвергали крыс-самцов линии Вистар воздействию СВЧ-излучения со средней плотностью мощности 2,5, 5 и 10 мВт/см 2 с удельной мощностью поглощения (SAR) 1,05, 2,1 и 4,2 Вт/кг соответственно в течение 6 мин. /д в течение 30 дней. В гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, митохондрии были набухшими и вакуолизированными, а кристы были неупорядоченными и их было меньше. Кроме того, эти ультраструктурные изменения в митохондриях имели тенденцию быть более серьезными по сравнению с увеличением SAR.Се и др. . [27] подвергали самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения в течение 1 ч при средней плотности мощности 3 и 30 мВт/см 2 соответственно. Никаких существенных изменений не произошло в митохондриях гиппокампа или коры головного мозга в группе 3 мВт/см 2 , в то время как митохондрии в группе 30 мВт/см 2 действительно были повреждены. Эти результаты свидетельствуют о том, что в определенном диапазоне степень повреждения структуры митохондрий положительно коррелирует с дозой СВЧ-излучения.

    Радиация

    МВт, повреждающая митохондриальные структуры, подчиняется временной зависимости. Се и др. . [27] подвергли самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения (30 мВт/см 2 , продолжительность: 1 ч). Сразу после облучения ультраструктура митохондрий показала небольшое нарушение в гиппокампе и коре головного мозга крысы; через 3 ч после облучения заметно увеличилось видимое набухание митохондрий, а кристы стали дезорганизованными, разорванными и редкими; Через 24 часа после облучения наблюдалась митохондриальная дегенерация, демонстрируемая миелиноподобными структурами и случайными плотными отложениями в митохондриях. Короче говоря, ультраструктурные изменения в митохондриях мозга крысы были индуцированы в течение 24 часов после облучения 30 мВт/см 2 МВт.

    Длительное и низкодозовое кумулятивное МВ излучение приводит к значительному повреждению митохондрий. Донг и др. . [21] подвергали крыс SD воздействию СВЧ-излучения (4,68 мкВт/см 2 , 12 ч/день, продолжительность: 30 дней), что приводило к аналогичным структурным изменениям, таким как набухание и кавитация в митохондриях облученных крыс. гиппокамп и кора головного мозга.

    Воздействие СВЧ-излучения на энергетический метаболизм митохондрий

    Снижение содержания АТФ

    Наиболее важной функцией митохондрий как «электростанции клетки» является обеспечение клетки энергией; следовательно, внутриклеточное содержание АТФ является одним из наиболее прямых и объективных показателей при оценке функции митохондрий. Кроме того, АТФазы гидролизуют АТФ до АДФ и высвобождают энергию, запасенную в АТФ.

    Определенные дозы СВЧ-излучения вызывают снижение митохондриального синтеза АТФ.Чжао и др. . [25] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Результаты показали, что содержание митохондриальной АТФ в гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, снижалось до минимального уровня через 3 дня после облучения и восстанавливалось через 7 дней после облучения, а активность АТФаз значительно повышалась через 3 дня после облучения и восстанавливалась через 7 дней. после облучения, предполагая компенсаторную роль этой регуляции с отрицательной обратной связью. Сандер и др. .[28] подвергали крыс SD воздействию СВЧ-излучения с частотой 591 МГц при средней плотности мощности 13,8 мВт/см 2 , что вызывало снижение доступности АТФ, что приводило к нарушениям энергетического обмена мозга.

    Снижение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ)

    Являясь одним из ключевых ферментов митохондриального энергетического метаболизма, СДГ связывается с внутренней мембраной митохондрий и катализирует дегидрирование сукцината с образованием в конечном итоге АТФ, образуя мостик между циклом Кребса и OXPHOS.

    МВт излучения снижает активность SDH. Чжао и др. . [25] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Активность SDH в гиппокампе крысы, подвергшейся воздействию MW, значительно снизилась через 6 часов после облучения, что привело к нарушениям митохондриального энергетического метаболизма. Ван и др. . [29] подвергали крыс Wistar воздействию микроволнового излучения высокой мощности (HPM) мощностью 10, 30 и 100 мВт/см 2 в течение 5 минут соответственно. Они также обнаружили снижение активности SDH в каждой группе облучения, которая восстановилась через 7 дней после облучения.В другом исследовании самцы крыс Wistar подвергались воздействию МВт излучения мощностью 30 мВт/см 2 в течение 15 минут. Активность СДГ в гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, существенно не менялась через 14 дней после облучения, что указывает на то, что индуцированное МВ излучением снижение активности СДГ при определенных условиях является обратимым [23].

    Подавление активности цитохром-с-оксидазы (ЦОГ)

    ЦОГ встроена во внутреннюю мембрану митохондрий и является терминальным комплексом митохондриальной цепи переноса электронов.Как еще один из ключевых ферментов митохондриального энергетического метаболизма, ЦОГ является единственным ферментом, который переносит электроны к кислороду с образованием H 2 O и АТФ [30,31]. Считается, что 90% внутриклеточного молекулярного кислорода утилизируется ЦОГ [32].

    Определенные дозы СВЧ излучения отрицательно влияют на активность ЦОГ. Ван и др. . [33] подвергали первичные культуры нейронов коры головного мозга крыс Вистар непрерывному СВЧ-излучению с частотой 900 МГц и значениями SAR 0,38, 0,76, 1.15, 2,23 и 3,22 Вт/кг соответственно в течение 2 ч/д в течение 4–6 дней. Результаты показали, что токсическое воздействие СВЧ-излучения на активность ЦОГ накапливалось и имело дозозависимую зависимость. Сюн и др. . [34] использовали микроволновое излучение мощностью 30 мВт/см 2 для облучения самцов крыс Wistar. Сниженная активность ЦОГ и сниженная экспрессия мРНК ЦОГ I/IV и белка ЦОГ I были обнаружены после МВ-излучения, что свидетельствует о том, что МВ-излучение влияет на активность ЦОГ на нескольких уровнях.

    Потенциальные механизмы, связанные с индуцированными СВЧ-излучением нарушениями митохондриального энергетического метаболизма

    Благодаря быстрому развитию современных методов молекулярной биологии стало возможным изучение механизмов биологических эффектов СВЧ-излучения на клеточном и молекулярном уровнях.В этом разделе будут рассмотрены потенциальные механизмы нарушений энергетического метаболизма головного мозга, вызванных СВЧ-излучением, с семи аспектов, включая экспрессию генов, митохондриальную мембрану, апоптоз, окислительный стресс (ОС), перегрузку Ca 2+ , митохондриальную ДНК и вовлеченную передачу сигнала. пути.

    Измененная экспрессия генов в дыхательной цепи

    СВЧ-излучение вызывает аномальную экспрессию генов, кодирующих дыхательную цепь, что приводит к нарушению энергетического обмена мозга.Чжао и др. . [35] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Через 6 часов после облучения в гиппокампе крыс наблюдалось множество генов, дифференциально экспрессируемых (активировано: syn1, ptprj, CD74 и MHCII; подавлено: ttr, enpp2, folr1, cdh32, spata2, spp1, calb2, tacl и dnpi), некоторые из которых ( syn1, ttr и enpp2) тесно связаны с метаболической функцией митохондрий. В качестве нейрального метаболического маркера ЦОГ содержит 13 субъединиц, при этом ЦОГ I-III кодируется митохондриальными генами, а остальные 10 субъединиц кодируются ядерными генами.ЦОГ I представляет собой каталитический центр, а ЦОГ IV регулирует активность фермента в ответ на содержание АТФ/АДФ [36,37]. Чжао и др. . [38] обнаружили, что воздействие импульсного СВЧ-излучения на самцов крыс Wistar (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин) снижало экспрессию мРНК ЦОГ I/II через 6 ч после облучения и увеличивало экспрессию мРНК ЦОГ IV в 1 d, оба из которых имели тенденцию восстанавливаться через 3-7 дней, демонстрируя, что снижение активности ЦОГ в гиппокампе крыс произошло после СВЧ-излучения 30 мВт/см 2 .Се и др. . [39] подвергали крыс острому МВ-излучению в течение 1 ч при средней плотности мощности 3 мВт/см 2 или 30 мВт/см 2 соответственно. После СВЧ-облучения 3 мВт/см 2 в течение 0, 3 и 24 ч не было обнаружено значительных изменений уровней экспрессии мРНК ЦОГ I и ЦОГ IV в коре головного мозга и гиппокампе крыс. Однако после молекулярного излучения мощностью 30 мВт/см 2 в течение 0, 3 и 24 ч экспрессия мРНК ЦОГ I в коре головного мозга и гиппокампе крыс значительно снизилась, но значительных изменений в уровнях экспрессии мРНК ЦОГ IV обнаружено не было.В заключение, СВЧ-излучение подавляет ген ЦОГ-1, кодируемый митохондриальной ДНК в коре головного мозга и гиппокампе крыс дозозависимым образом. Эти результаты позволяют предположить, что изменения в экспрессии генов, вызванные СВЧ-излучением, являются важными факторами митохондриальной дисфункции и недостаточности энергии мозга.

    Поврежденная митохондриальная мембрана

    Митохондриальная мембрана позволяет митохондриям быть относительно независимыми и поддерживать гомеостаз своей внутренней среды и играет важную роль в преобразовании энергии, передаче сигналов и транспортировке материалов.Различные ферменты, тесно связанные с энергетическим обменом, такие как СДГ и комплекс I-IV, связываются с митохондриальной мембраной. Являясь ключевой частью синтеза АТФ, поврежденная митохондриальная мембрана приводит к снижению активности комплекса I/III и дальнейшим нарушениям энергетического обмена [40].

    Структурное повреждение митохондриальной мембраны является одним из важнейших механизмов нарушения энергетического обмена мозга при СВЧ-излучении. Митохондрии представляют собой органеллы, обернутые двойной мембраной, причем внутренняя мембрана образует кристы, которые значительно увеличивают площадь поверхности митохондриальной мембраны.Поскольку биопленки являются мишенями электромагнитного излучения [41], можно сделать вывод, что структурные особенности митохондрий определяют их высокую чувствительность к поражению, вызванному СВЧ-излучением.

    Существует несколько возможных путей, посредством которых СВЧ-излучение может структурно повредить митохондриальную мембрану. Во-первых, микроволновое излучение обладает способностью усиливать вращение и вибрацию молекул и увеличивать частоту столкновений между молекулами, что приводит к разрыву химических связей и, таким образом, к повреждению структуры митохондриальной мембраны [42].Во-вторых, СВЧ-излучение приводит к значительному увеличению внутриклеточных активных окислительных форм (АФК) и нарушению антиоксидантных ферментов, вызывая окислительную модификацию биологических макромолекул и повреждение митохондрий [22,43-46]. В-третьих, СВЧ-излучение вызывает внутриклеточную перегрузку Ca 2+ и вызывает повреждение митохондриальной мембраны посредством активации фосфолипаз и протеаз [47-49].

    Апоптотическая гибель нервных клеток

    В процессе поражения головного мозга СВЧ-излучением апоптоз является одним из конечных результатов повреждения клеток.Блокирование апоптоза для снятия воздействия СВЧ-излучения на нервную систему и поиска новых мишеней для профилактики и лечения имеет большое значение.

    Излучение

    МВт индуцирует апоптоз нервных клеток посредством классического митохондриально-зависимого пути каспазы-3. Цзо и др. . [50] подвергали нейроноподобные клетки, полученные из PC12, и крыс Wistar воздействию частоты 2,856 ГГц в течение 5 и 15 минут соответственно при средней плотности мощности 30 мВт/см 2 . Результаты показали конденсацию хроматина и образование апоптотических телец в нервных клетках через 6 ч после воздействия МВ.Кроме того, снижался митохондриальный мембранный потенциал (ММП) и увеличивалась фрагментация ДНК, что приводило к увеличению процента апоптотических клеток. Кроме того, увеличились соотношение Bax/Bcl-2 и экспрессия цитохрома с, расщепленной каспазы-3 и PARP. Кесари и др. . [43] подвергали 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона по 2 часа в день в течение 60 дней, чтобы исследовать влияние воздействия мобильного телефона 3G. Результаты показали, что микроволновое излучение, испускаемое мобильным телефоном 3G, значительно индуцировало разрывы нитей ДНК в головном мозге.Между тем, в группе, подвергшейся воздействию, также наблюдалось значительное увеличение количества микроядер, каспазы-3 и апоптоза. Обнаружено опосредованное митохондриальной дисфункцией высвобождение цитохрома с и последующая активация каспаз, которые участвуют в процессе радиационно-индуцированной апоптотической гибели клеток.

    Окислительный стресс

    МВт-излучение активирует опосредованное НАДН-оксидазой увеличение АФК, и, в свою очередь, избыток АФК повреждает митохондриальную электрон-транспортную цепь, которая является основным источником АФК, в конечном итоге образуя порочный круг и усугубляя нарушения в головном мозге энергетический обмен [13,51-54].Дешмукх и др. . [22] подвергли крыс Fischer-344 воздействию СВЧ (частота 900 МГц; SAR 8,4738 × 10 −5 Вт/кг) в гигагерцовой поперечной электромагнитной ячейке (GTEM) в течение 30 дней (2 ч/день, 5 дней). /неделю). Результаты показали достоверное повышение ОС, о чем свидетельствует увеличение в крови уровней МДА (маркер перекисного окисления липидов), карбонила белка (маркер окисления белков) и содержания неизмененного глутатиона (GSH). Таким образом, исследование показало, что низкоуровневое СВЧ-излучение способно привести к ОС.Кесари и др. . [44] воздействовали на 35-дневных крыс Wistar мобильным телефоном в течение 2 ч в день в течение 45 дней, где SAR составлял 0,9 Вт/кг. Результаты свидетельствовали о значительном повышении уровня АФК, значительном снижении уровней глутатионпероксидазы (ГПх) и супероксиддисмутазы (СОД) и увеличении активности каталазы (КАТ). Кроме того, сообщается, что ингибирование OS и удаление ROS оказали большой терапевтический эффект на повреждение мозга, вызванное СВЧ-излучением [55,56].В совокупности избыток АФК играет важную роль в процессе радиационно-индуцированного повреждения энергетического метаболизма головного мозга.

    Избыток АФК вреден для энергетического метаболизма мозга. Во-первых, чрезмерные уровни АФК-индуцированного разрыва ДНК (ядерной и митохондриальной ДНК) могут быть одной из ключевых причин нарушений энергетического метаболизма мозга, вызванных СВЧ-излучением [43,44,57-59]. Кесари и др. . [43] подвергли 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона в течение 2 ч в день в течение 60 дней и обнаружили, что содержание АФК показало положительную линейную корреляцию с повреждением ДНК.Другое исследование показало, что предварительная обработка поглотителями радикалов способна блокировать повреждение ДНК, вызванное СВЧ-излучением [59]. Во-вторых, избыточные уровни АФК были тесно связаны с апоптозом нервных клеток, как описано ранее [43,44]. В-третьих, считается, что в качестве вторичного мессенджера повышенная АФК-индуцированная чрезмерная активация одного или нескольких сигнальных путей играет более важную роль в повреждении клеток, чем в окислительной модификации [60,61]. Роль АФК в поражении головного мозга, вызванном СВЧ-излучением, нуждается в дальнейшем изучении.

    Ca

    2+ перегрузка

    В нормальных условиях внеклеточная концентрация свободного Ca 2+ намного выше, чем внутриклеточная концентрация, и более 90% внутриклеточного Ca 2+ хранится в эндоплазматическом ретикулуме и митохондрии. Следовательно, небольшой приток Са 2+ способен вызвать резкое повышение концентрации цитоплазматического Са 2+ и запустить ряд физиологических реакций.

    Увеличение цитоплазматического Ca 2+ наблюдается в процессе поражения головного мозга, вызванного СВЧ-излучением.Ян и др. . [47] подвергали первичные культуры нейронов гиппокампа крыс СВЧ-излучению в течение 5 мин при средней плотности мощности 10 мВт/см 2 . Результаты показали значительное увеличение цитоплазматического Ca 2+ сразу после облучения. Лу и др. . [48] ​​подвергали первичные культуры глиальных клеток воздействию частоты 2450 МГц в течение 2 ч/день в течение 3 дней при средней плотности мощности 4 мВт/см 2 . Также был обнаружен повышенный внутриклеточный свободный Ca 2+ .

    Ca 2+ перегрузка приводит к нарушению энергетического обмена мозга.Чрезмерная активация митохондриальной поры перехода проницаемости (mPTP), вызванная перегрузкой Ca 2+ , может быть одной из важных причин. Исследования показали, что активация mPTP, вызванная перегрузкой Ca 2+ , приводит к набуханию и фрагментации митохондрий [62,63]. Кроме того, при чрезмерной активации mPTP увеличивается проницаемость митохондриальной мембраны, исчезает MMP, отсоединяется дыхательная цепь от OXPHOS и прекращается синтез АТФ [64,65]. Кроме того, Ca 2+ является важным внутриклеточным вторичным мессенджером, способным активировать различные сигнальные молекулы, такие как PKC, AC и цАМФ-ФДЭ.Роль, которую играет Ca 2+ во время митохондриального повреждения, вызванного СВЧ-излучением, заслуживает более глубокого исследования.

    Нарушенная митохондриальная ДНК

    Митохондриальная ДНК (мтДНК) кодирует 13 субъединиц комплекса дыхательной цепи и 22 тРНК и 2 рРНК митохондрий и имеет первостепенное значение для синтеза OXPHOS и АТФ. Митохондриальный транскрипционный фактор А (mtTFA), ключевой фактор, кодируемый ядерными генами, участвующими в регуляции мтДНК, играет важную роль в целостности, саморепликации и репарации мтДНК после транспорта из цитоплазмы в митохондрии [66].

    Излучение мощностью

    МВт может разрушить мтДНК или изменить экспрессию мтДНК, что приведет к снижению продукции АТФ. Во-первых, мтДНК со структурой кольца двойной спирали лишена защиты систем связывания и репарации белков и гораздо более восприимчива к внешним раздражителям, таким как СВЧ-излучение, чем ядерная ДНК. СВЧ-излучение способно разрывать нити ядерной ДНК [43,44,57-59]. Кроме того, АФК обладают способностью индуцировать мутации мтДНК и создавать барьеры для образования ОКСФОС и АТФ [67].Однако эффекты повреждения мтДНК, вызванного СВЧ-излучением, на энергетический метаболизм мозга все еще требуют дальнейшего изучения. Во-вторых, для функционирования mtTFA необходимо должным образом перенести из цитоплазмы в митохондрии, что приводит к митохондриальной дисфункции, когда этот процесс нарушается MW-излучением. Се и др. . [27] подвергли самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения (30 мВт/см 2 , продолжительность: 1 ч). Экспрессия мРНК mtTFA в гиппокампе и коре головного мозга крыс увеличивалась в ответ на снижение содержания АТФ в рамках возможной регуляции с отрицательной обратной связью.Сюй и др. . [68] подвергали первичные культуры корковых нейронов новорожденных крыс СВЧ-излучению (частота и плотность мощности неизвестны). Экспрессия мРНК и белка мтТЖК возрастала, но новые мтТЖК не ингибировали влияние МВ излучения на энергетический обмен. В другом исследовании эти авторы подтвердили ингибирующее действие МВ-излучения на транспорт мтТЖК из цитоплазмы в митохондрии с помощью метода изотопного мечения, что может быть основной причиной индуцированного МВ-излучением снижения АТФ [69].

    Вовлеченные сигнальные пути

    Существует много сигнальных путей, участвующих в процессе митохондриальной дисфункции, вызванной MW-радиацией, включая путь фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K) и путь митоген-ассоциированной протеинкиназы (MAPK), которые представляют собой адаптивные реакции клеток, которые регулируют клеточные функции и способствуют их выживанию.

    Путь PI3K/Akt

    Имеется достаточно доказательств того, что путь PI3K/Akt, сигнальный каскад киназы против апоптоза, способствующий выживанию, играет ключевую роль в выживании клеток [70,71].Индуцируемый гипоксией фактор-1α (HIF-1α), ключевой физиологический датчик уровня кислорода в большинстве клеток млекопитающих, играет важную роль в выживании клеток, метаболизме глюкозы, транспорте и метаболической адаптации, регулируя экспрессию своих генов-мишеней [72-75]. ]. Кроме того, было показано, что активация HIF-1α сигнальным путем PI3K/Akt/mTOR играет важную роль в нейропротекции [76,77].

    Большое значение придается сигнальному пути PI3K/Akt в процессе поражения головного мозга, вызванного СВЧ-излучением, и активация HIF-1α, ключевой молекулы-мишени пути PI3K/Akt, способна восстанавливать нарушенные митохондриальные энергетический обмен, вызванный СВЧ-излучением в определенной степени.Ван и др. . [78] подвергали крыс острому МВ-излучению в течение 5 минут при средней плотности мощности 30 и 100 мВт/см 2 соответственно. Экспрессия мРНК и белка HIF-1α в гиппокампе и коре головного мозга крыс значительно увеличилась в период от 6 ч до 1 дня после облучения. В другом исследовании крысы-самцы Вистар подвергались воздействию импульсного СВЧ-излучения в течение 30 дней (6 мин/день, 5 дней/неделю) при средней плотности мощности 2,5, 5 и 10 мВт/см 2 соответственно. Экспрессия мРНК и белка HIF-1α в нейронах гиппокампа крыс увеличилась в период от 14 дней до 1 месяца после облучения в группе 2.5 и 5 мВт/см 2 группы, но уменьшилось в группе 10 мВт/см 2 [79]. Таким образом, активация HIF-1α происходит как после однократного острого, так и при длительном облучении СВЧ. Однако неясно, полезен ли активированный HIF-1α для клеток, пораженных СВЧ-излучением. Чжао и др. . [24] подвергали нейроноподобные клетки, происходящие из PC12, СВЧ-излучению мощностью 30 мВт/см 2 в течение 5 мин. Сверхэкспрессия HIF-1α защищала митохондрии от повреждения за счет повышения уровней АТФ и ММР, в то время как подавление HIF-1α способствовало индуцированному MW повреждению митохондрий.Активация передачи сигналов PI3K была необходима для MW-индуцированной активации HIF-1α и защитного ответа. Хотя HIF-1α представляет собой многообещающую терапевтическую мишень при радиационном поражении MW, как HIF-1α регулируется и какие могут быть его эффективные мишени в митохондриях, остается неизвестным.

    Путь МАРК

    МАРК, который состоит из различных генных продуктов, оканчивающихся различными факторами транскрипции, участвующими в выживании, пролиферации и гибели клеток, в зависимости от силы стимула, регулирует баланс между выживанием/дифференцировкой клеток и гибелью клеток /апоптоз [80].Три подсемейства MAPK включают внеклеточную регулируемую протеинкиназу (ERK), N-концевую киназу c-jun/стресс-активируемую протеинкиназу (JNK/SAPK) и p38MAPK.

    Активация HIF-1α, опосредованная передачей сигналов ERK, защищает от митохондриальной дисфункции, вызванной СВЧ-излучением. Чжао и др. . [24] подвергали нейроноподобные клетки, происходящие из PC12, СВЧ-излучению мощностью 30 мВт/см 2 в течение 5 мин. Ингибирование p-Erk1/2 способствовало MW-индуцированному снижению уровней АТФ и MMP и индуцировало снижение экспрессии HIF-1α, демонстрируя, что передача сигналов ERK участвует в защитном механизме против MW-индуцированного повреждения митохондрий.

    p38MAPK, известная как передача сигналов MAPK гибели клеток, участвует в апоптозе нервных клеток, индуцированном СВЧ-излучением. p38MAPK индуцирует апоптоз, регулируя конформационные изменения и последующую олигомеризацию Bax, диссипацию MMP и высвобождение цитохрома с из митохондрий [81]. Кесари и др. . [43] подвергали 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона по 2 часа в день в течение 60 дней, чтобы исследовать влияние воздействия мобильного телефона 3G. Они обнаружили, что мобильное излучение 3G индуцирует апоптоз в головном мозге путем активации p38MAPK, пути основной реакции на стресс.

    Заключение

    К настоящему времени было признано повреждающее воздействие СВЧ-излучения на структуру и функцию митохондрий, а исследования на клеточном и молекулярном уровне соответствующих механизмов также позволили добиться ряда потенциальных молекулярных мишеней для предотвращения и будет предложена обработка СВЧ излучения.

    В этой области исследований присутствуют следующие проблемы: (a) вызванное СВЧ-излучением нарушение энергетического метаболизма головного мозга включает множество параметров, таких как доза, время и частота, которые требуют дальнейшего изучения; (b) биологические эффекты СВЧ-излучения широко распространены, включая различные сигнальные пути, и настоящий обзор ограничивается исследованием отдельных сигнальных путей и не позволяет анализировать эффекты перекрестных помех между различными сигнальными путями; (в) отсутствуют специфические маркеры для оценки последствий радиационного поражения СВЧ и эффективные молекулярные мишени для профилактики и лечения их поражений; (d) последствия митохондриального повреждения, вызванного СВЧ-излучением, до сих пор неясны, и его корреляция с нейродегенеративными заболеваниями, связанными с митохондриями, такими как болезнь Альцгеймера, требует дальнейшего изучения.Отсутствие одинаковых стандартов среди разных лабораторий создает барьер для дальнейшего развития и обмена информацией.

    В совокупности этот обзор воздействия СВЧ-излучения на энергетический метаболизм мозга и связанные с ним механизмы регуляции, молекулярные маркеры, мишени для лекарств и профилактические меры показывает необходимость продолжения исследований в этой области.

    Воздействие микроволнового излучения на энергетический метаболизм мозга и связанные с ним механизмы

    Abstract

    В связи с быстрым развитием электронных технологий в последние годы растет беспокойство по поводу потенциальных опасностей для здоровья, вызванных микроволновым излучением (МВ).Мозг является одним из наиболее чувствительных органов-мишеней для микроволнового излучения, где повреждение митохондрий происходит раньше и тяжелее, чем в других органах. Нарушения энергетического обмена действительно играют важную роль в процессе поражения головного мозга микроволновым излучением. В этой статье мы рассмотрим биологические эффекты микроволнового излучения, особенности снабжения и потребления энергии мозгом, а также влияние микроволнового излучения на митохондриальный энергетический обмен и возможные связанные с ним механизмы.

    Ключевые слова: Микроволновое излучение, Мозг, Энергетический обмен, Митохондрии, Механизмы.

    Введение. , медицинской и военной областях. Популяризация мобильных телефонов, компьютеров, бытовой техники и другого электронного оборудования сделала обучение, работу и доступ к развлечениям намного более удобными.В связи с интенсивным развитием различного передового военного вооружения, такого как самолеты дальнего радиолокационного обнаружения, радиоэлектронные помехи и новые радары, солдаты постоянно подвергаются воздействию сложных факторов внешней среды, в том числе интенсивного и сложного излучения МВт. Будучи четвертым по величине источником загрязнения после воздуха, воды и шума, микроволновое излучение вызывает множество биологических эффектов [1]. Мозг является наиболее чувствительным органом-мишенью для СВЧ-излучения, где повреждение митохондрий происходит раньше и тяжелее, чем в других органах.Исследования влияния СВЧ-излучения на энергетический метаболизм мозга вызвали большую озабоченность.

    Обзор

    Биологические эффекты СВЧ-излучения

    Биологические эффекты СВЧ-излучения делятся на два типа: тепловые и нетепловые эффекты [2,3]. Оба присутствуют, причем тепловые эффекты преобладают в случае мощного и высокочастотного СВЧ-излучения, а нетепловые эффекты преобладают в случае маломощного СВЧ-излучения [4]. СВЧ-излучение оказывает многогранное воздействие на многие системы организма, включая нервную [5–7], эндокринную [8], сердечно-сосудистую [9], иммунную [10,11], репродуктивную [12–14] и кроветворную [15]. ] системы.Мозгу всегда требуется высокий уровень потребления кислорода и энергии для поддержания регулярных функций. Поэтому этот орган чувствителен к неинфекционным раздражителям, таким как ионизирующее излучение и гипоксия [16,17]. Исследования нашей и других групп показали, что микроволновое излучение повреждает структуры гиппокампа у крыс, ухудшает долговременную потенциацию, снижает концентрацию нейротрансмиттеров, уменьшает количество синаптических пузырьков и приводит к ухудшению памяти [5,18,19]. Таким образом, мозг считается наиболее чувствительным органом-мишенью для СВЧ-излучения.

    Повреждающее воздействие СВЧ-излучения на мозг включает дисфункцию головного мозга и структурные повреждения головного мозга. Эпидемиологическое обследование показало, что СВЧ-излучение вызывает у человека усталость, головную боль, возбуждение, сновидения, потерю памяти и другие симптомы неврастении [20]. Кроме того, у крыс после СВЧ-облучения наблюдались нарушения способности к обучению и памяти, что определялось в водном лабиринте Морриса [5,6,21,22]. СВЧ-излучение также может приводить к сморщиванию нейронов, ядерной конденсации, набуханию митохондрий, расширению эндоплазматического ретикулума, изменениям синаптических щелей и расширению сосудистых эндотелиальных соединений, где повреждение митохондрий происходило раньше и тяжелее [5,21,23-25].

    Особенности энергетического обмена головного мозга

    В организме человека головной мозг имеет наибольшую потребность в кислороде и подвержен нарушениям энергетического обмена, что определяется его высокой скоростью метаболизма, высоким потреблением кислорода и низкими запасами энергии. Митохондрии являются ключевыми центрами окислительного фосфорилирования (OXPHOS) и синтеза аденозинтрифосфата (АТФ). Окислительно-восстановительные ферменты и коферменты, участвующие в дыхательной цепи, лежат во внутренней мембране митохондрий в непосредственной близости.Электроны, проходящие через дыхательную цепь, переносят протоны со стороны матрикса на цитоплазматическую сторону через внутреннюю мембрану митохондрий. Когда протоны рефлюксируют по градиенту концентрации, высвобождаемая энергия используется АТФ-синтазой для катализа синтеза АТФ.

    Помимо преобразования энергии, митохондрии также играют другие важные роли, например, в регуляции апоптоза и запасании Ca 2+ . Митохондрии являются не только отправной точкой многих путей передачи сигнала, но и мишенью.

    Влияние СВЧ-излучения на митохондриальный энергетический метаболизм

    МВ-излучение вредно для энергетического метаболизма мозга. По своей природе нейроны чрезвычайно чувствительны к снижению доступности АТФ. Как основной источник энергии, митохондрии подвержены повреждениям, вызванным СВЧ-излучением. Ван и др. . [26] подвергали обезьян воздействию СВЧ-излучения со средней плотностью мощности 5 мВт/см 2 и 11 мВт/см 2 в течение 10 с и 4,68 мкВт/см 2 в течение 12 ч/д в течение 30 дней в совокупности.Нарушения в метаболитах, связанных с функцией митохондрий, в моче, таких как янтарная кислота, лимонная кислота и 2-кетоглутаровая кислота, были индуцированы после однократного облучения мощностью 5 мВт/см 2 и 11 мВт/см 2 и после длительное облучение 4,68 мкВт/см 2 , выявляющее с помощью метаболомики гиперчувствительность митохондрий к СВЧ-излучению.

    Воздействие СВЧ-излучения на структуру митохондрий

    СВЧ-излучение приводит к структурным повреждениям митохондрий, в первую очередь проявляющимся в виде набухания митохондрий и кавитации, а также дезорганизованных, сломанных и редких крист.

    В некоторой степени СВЧ-излучение влияет на структуру митохондрий дозозависимым образом. Чжао и др. . [5] подвергали крыс-самцов линии Вистар воздействию СВЧ-излучения со средней плотностью мощности 2,5, 5 и 10 мВт/см 2 с удельной мощностью поглощения (SAR) 1,05, 2,1 и 4,2 Вт/кг соответственно в течение 6 мин. /д в течение 30 дней. В гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, митохондрии были набухшими и вакуолизированными, а кристы были неупорядоченными и их было меньше. Кроме того, эти ультраструктурные изменения в митохондриях имели тенденцию быть более серьезными по сравнению с увеличением SAR.Се и др. . [27] подвергали самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения в течение 1 ч при средней плотности мощности 3 и 30 мВт/см 2 соответственно. Никаких существенных изменений не произошло в митохондриях гиппокампа или коры головного мозга в группе 3 мВт/см 2 , в то время как митохондрии в группе 30 мВт/см 2 действительно были повреждены. Эти результаты свидетельствуют о том, что в определенном диапазоне степень повреждения структуры митохондрий положительно коррелирует с дозой СВЧ-излучения.

    Радиация

    МВт, повреждающая митохондриальные структуры, подчиняется временной зависимости. Се и др. . [27] подвергли самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения (30 мВт/см 2 , продолжительность: 1 ч). Сразу после облучения ультраструктура митохондрий показала небольшое нарушение в гиппокампе и коре головного мозга крысы; через 3 ч после облучения заметно увеличилось видимое набухание митохондрий, а кристы стали дезорганизованными, разорванными и редкими; Через 24 часа после облучения наблюдалась митохондриальная дегенерация, демонстрируемая миелиноподобными структурами и случайными плотными отложениями в митохондриях.Короче говоря, ультраструктурные изменения в митохондриях мозга крысы были индуцированы в течение 24 часов после облучения 30 мВт/см 2 МВт.

    Длительное и низкодозовое кумулятивное МВ излучение приводит к значительному повреждению митохондрий. Донг и др. . [21] подвергали крыс SD воздействию СВЧ-излучения (4,68 мкВт/см 2 , 12 ч/день, продолжительность: 30 дней), что приводило к аналогичным структурным изменениям, таким как набухание и кавитация в митохондриях облученных крыс. гиппокамп и кора головного мозга.

    Воздействие СВЧ-излучения на энергетический метаболизм митохондрий

    Снижение содержания АТФ

    Наиболее важной функцией митохондрий как «электростанции клетки» является обеспечение клетки энергией; следовательно, внутриклеточное содержание АТФ является одним из наиболее прямых и объективных показателей при оценке функции митохондрий. Кроме того, АТФазы гидролизуют АТФ до АДФ и высвобождают энергию, запасенную в АТФ.

    Определенные дозы СВЧ-излучения вызывают снижение митохондриального синтеза АТФ.Чжао и др. . [25] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Результаты показали, что содержание митохондриальной АТФ в гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, снижалось до минимального уровня через 3 дня после облучения и восстанавливалось через 7 дней после облучения, а активность АТФаз значительно повышалась через 3 дня после облучения и восстанавливалась через 7 дней. после облучения, предполагая компенсаторную роль этой регуляции с отрицательной обратной связью. Сандер и др. .[28] подвергали крыс SD воздействию СВЧ-излучения с частотой 591 МГц при средней плотности мощности 13,8 мВт/см 2 , что вызывало снижение доступности АТФ, что приводило к нарушениям энергетического обмена мозга.

    Снижение активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ)

    Являясь одним из ключевых ферментов митохондриального энергетического метаболизма, СДГ связывается с внутренней мембраной митохондрий и катализирует дегидрирование сукцината с образованием в конечном итоге АТФ, образуя мостик между циклом Кребса и OXPHOS.

    МВт излучения снижает активность SDH. Чжао и др. . [25] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Активность SDH в гиппокампе крысы, подвергшейся воздействию MW, значительно снизилась через 6 часов после облучения, что привело к нарушениям митохондриального энергетического метаболизма. Ван и др. . [29] подвергали крыс Wistar воздействию микроволнового излучения высокой мощности (HPM) мощностью 10, 30 и 100 мВт/см 2 в течение 5 минут соответственно. Они также обнаружили снижение активности SDH в каждой группе облучения, которая восстановилась через 7 дней после облучения.В другом исследовании самцы крыс Wistar подвергались воздействию МВт излучения мощностью 30 мВт/см 2 в течение 15 минут. Активность СДГ в гиппокампе крыс, подвергшихся воздействию МВ, существенно не менялась через 14 дней после облучения, что указывает на то, что индуцированное МВ излучением снижение активности СДГ при определенных условиях является обратимым [23].

    Подавление активности цитохром-с-оксидазы (ЦОГ)

    ЦОГ встроена во внутреннюю мембрану митохондрий и является терминальным комплексом митохондриальной цепи переноса электронов.Как еще один из ключевых ферментов митохондриального энергетического метаболизма, ЦОГ является единственным ферментом, который переносит электроны к кислороду с образованием H 2 O и АТФ [30,31]. Считается, что 90% внутриклеточного молекулярного кислорода утилизируется ЦОГ [32].

    Определенные дозы СВЧ излучения отрицательно влияют на активность ЦОГ. Ван и др. . [33] подвергали первичные культуры нейронов коры головного мозга крыс Вистар непрерывному СВЧ-излучению с частотой 900 МГц и значениями SAR 0,38, 0,76, 1.15, 2,23 и 3,22 Вт/кг соответственно в течение 2 ч/д в течение 4–6 дней. Результаты показали, что токсическое воздействие СВЧ-излучения на активность ЦОГ накапливалось и имело дозозависимую зависимость. Сюн и др. . [34] использовали микроволновое излучение мощностью 30 мВт/см 2 для облучения самцов крыс Wistar. Сниженная активность ЦОГ и сниженная экспрессия мРНК ЦОГ I/IV и белка ЦОГ I были обнаружены после МВ-излучения, что свидетельствует о том, что МВ-излучение влияет на активность ЦОГ на нескольких уровнях.

    Потенциальные механизмы, связанные с индуцированными СВЧ-излучением нарушениями митохондриального энергетического метаболизма

    Благодаря быстрому развитию современных методов молекулярной биологии стало возможным изучение механизмов биологических эффектов СВЧ-излучения на клеточном и молекулярном уровнях.В этом разделе будут рассмотрены потенциальные механизмы нарушений энергетического метаболизма головного мозга, вызванных СВЧ-излучением, с семи аспектов, включая экспрессию генов, митохондриальную мембрану, апоптоз, окислительный стресс (ОС), перегрузку Ca 2+ , митохондриальную ДНК и вовлеченную передачу сигнала. пути.

    Измененная экспрессия генов в дыхательной цепи

    СВЧ-излучение вызывает аномальную экспрессию генов, кодирующих дыхательную цепь, что приводит к нарушению энергетического обмена мозга.Чжао и др. . [35] подвергали самцов крыс Wistar импульсному СВЧ-излучению (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин). Через 6 часов после облучения в гиппокампе крыс наблюдалось множество генов, дифференциально экспрессируемых (активировано: syn1, ptprj, CD74 и MHCII; подавлено: ttr, enpp2, folr1, cdh32, spata2, spp1, calb2, tacl и dnpi), некоторые из которых ( syn1, ttr и enpp2) тесно связаны с метаболической функцией митохондрий. В качестве нейрального метаболического маркера ЦОГ содержит 13 субъединиц, при этом ЦОГ I-III кодируется митохондриальными генами, а остальные 10 субъединиц кодируются ядерными генами.ЦОГ I представляет собой каталитический центр, а ЦОГ IV регулирует активность фермента в ответ на содержание АТФ/АДФ [36,37]. Чжао и др. . [38] обнаружили, что воздействие импульсного СВЧ-излучения на самцов крыс Wistar (30 мВт/см 2 , продолжительность: 5 мин) снижало экспрессию мРНК ЦОГ I/II через 6 ч после облучения и увеличивало экспрессию мРНК ЦОГ IV в 1 d, оба из которых имели тенденцию восстанавливаться через 3-7 дней, демонстрируя, что снижение активности ЦОГ в гиппокампе крыс произошло после СВЧ-излучения 30 мВт/см 2 .Се и др. . [39] подвергали крыс острому МВ-излучению в течение 1 ч при средней плотности мощности 3 мВт/см 2 или 30 мВт/см 2 соответственно. После СВЧ-облучения 3 мВт/см 2 в течение 0, 3 и 24 ч не было обнаружено значительных изменений уровней экспрессии мРНК ЦОГ I и ЦОГ IV в коре головного мозга и гиппокампе крыс. Однако после молекулярного излучения мощностью 30 мВт/см 2 в течение 0, 3 и 24 ч экспрессия мРНК ЦОГ I в коре головного мозга и гиппокампе крыс значительно снизилась, но значительных изменений в уровнях экспрессии мРНК ЦОГ IV обнаружено не было.В заключение, СВЧ-излучение подавляет ген ЦОГ-1, кодируемый митохондриальной ДНК в коре головного мозга и гиппокампе крыс дозозависимым образом. Эти результаты позволяют предположить, что изменения в экспрессии генов, вызванные СВЧ-излучением, являются важными факторами митохондриальной дисфункции и недостаточности энергии мозга.

    Поврежденная митохондриальная мембрана

    Митохондриальная мембрана позволяет митохондриям быть относительно независимыми и поддерживать гомеостаз своей внутренней среды и играет важную роль в преобразовании энергии, передаче сигналов и транспортировке материалов.Различные ферменты, тесно связанные с энергетическим обменом, такие как СДГ и комплекс I-IV, связываются с митохондриальной мембраной. Являясь ключевой частью синтеза АТФ, поврежденная митохондриальная мембрана приводит к снижению активности комплекса I/III и дальнейшим нарушениям энергетического обмена [40].

    Структурное повреждение митохондриальной мембраны является одним из важнейших механизмов нарушения энергетического обмена мозга при СВЧ-излучении. Митохондрии представляют собой органеллы, обернутые двойной мембраной, причем внутренняя мембрана образует кристы, которые значительно увеличивают площадь поверхности митохондриальной мембраны.Поскольку биопленки являются мишенями электромагнитного излучения [41], можно сделать вывод, что структурные особенности митохондрий определяют их высокую чувствительность к поражению, вызванному СВЧ-излучением.

    Существует несколько возможных путей, посредством которых СВЧ-излучение может структурно повредить митохондриальную мембрану. Во-первых, микроволновое излучение обладает способностью усиливать вращение и вибрацию молекул и увеличивать частоту столкновений между молекулами, что приводит к разрыву химических связей и, таким образом, к повреждению структуры митохондриальной мембраны [42].Во-вторых, СВЧ-излучение приводит к значительному увеличению внутриклеточных активных окислительных форм (АФК) и нарушению антиоксидантных ферментов, вызывая окислительную модификацию биологических макромолекул и повреждение митохондрий [22,43-46]. В-третьих, СВЧ-излучение вызывает внутриклеточную перегрузку Ca 2+ и вызывает повреждение митохондриальной мембраны посредством активации фосфолипаз и протеаз [47-49].

    Апоптотическая гибель нервных клеток

    В процессе поражения головного мозга СВЧ-излучением апоптоз является одним из конечных результатов повреждения клеток.Блокирование апоптоза для снятия воздействия СВЧ-излучения на нервную систему и поиска новых мишеней для профилактики и лечения имеет большое значение.

    Излучение

    МВт индуцирует апоптоз нервных клеток посредством классического митохондриально-зависимого пути каспазы-3. Цзо и др. . [50] подвергали нейроноподобные клетки, полученные из PC12, и крыс Wistar воздействию частоты 2,856 ГГц в течение 5 и 15 минут соответственно при средней плотности мощности 30 мВт/см 2 . Результаты показали конденсацию хроматина и образование апоптотических телец в нервных клетках через 6 ч после воздействия МВ.Кроме того, снижался митохондриальный мембранный потенциал (ММП) и увеличивалась фрагментация ДНК, что приводило к увеличению процента апоптотических клеток. Кроме того, увеличились соотношение Bax/Bcl-2 и экспрессия цитохрома с, расщепленной каспазы-3 и PARP. Кесари и др. . [43] подвергали 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона по 2 часа в день в течение 60 дней, чтобы исследовать влияние воздействия мобильного телефона 3G. Результаты показали, что микроволновое излучение, испускаемое мобильным телефоном 3G, значительно индуцировало разрывы нитей ДНК в головном мозге.Между тем, в группе, подвергшейся воздействию, также наблюдалось значительное увеличение количества микроядер, каспазы-3 и апоптоза. Обнаружено опосредованное митохондриальной дисфункцией высвобождение цитохрома с и последующая активация каспаз, которые участвуют в процессе радиационно-индуцированной апоптотической гибели клеток.

    Окислительный стресс

    МВт-излучение активирует опосредованное НАДН-оксидазой увеличение АФК, и, в свою очередь, избыток АФК повреждает митохондриальную электрон-транспортную цепь, которая является основным источником АФК, в конечном итоге образуя порочный круг и усугубляя нарушения в головном мозге энергетический обмен [13,51-54].Дешмукх и др. . [22] подвергли крыс Fischer-344 воздействию СВЧ (частота 900 МГц; SAR 8,4738 × 10 −5 Вт/кг) в гигагерцовой поперечной электромагнитной ячейке (GTEM) в течение 30 дней (2 ч/день, 5 дней). /неделю). Результаты показали достоверное повышение ОС, о чем свидетельствует увеличение в крови уровней МДА (маркер перекисного окисления липидов), карбонила белка (маркер окисления белков) и содержания неизмененного глутатиона (GSH). Таким образом, исследование показало, что низкоуровневое СВЧ-излучение способно привести к ОС.Кесари и др. . [44] воздействовали на 35-дневных крыс Wistar мобильным телефоном в течение 2 ч в день в течение 45 дней, где SAR составлял 0,9 Вт/кг. Результаты свидетельствовали о значительном повышении уровня АФК, значительном снижении уровней глутатионпероксидазы (ГПх) и супероксиддисмутазы (СОД) и увеличении активности каталазы (КАТ). Кроме того, сообщается, что ингибирование OS и удаление ROS оказали большой терапевтический эффект на повреждение мозга, вызванное СВЧ-излучением [55,56].В совокупности избыток АФК играет важную роль в процессе радиационно-индуцированного повреждения энергетического метаболизма головного мозга.

    Избыток АФК вреден для энергетического метаболизма мозга. Во-первых, чрезмерные уровни АФК-индуцированного разрыва ДНК (ядерной и митохондриальной ДНК) могут быть одной из ключевых причин нарушений энергетического метаболизма мозга, вызванных СВЧ-излучением [43,44,57-59]. Кесари и др. . [43] подвергли 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона в течение 2 ч в день в течение 60 дней и обнаружили, что содержание АФК показало положительную линейную корреляцию с повреждением ДНК.Другое исследование показало, что предварительная обработка поглотителями радикалов способна блокировать повреждение ДНК, вызванное СВЧ-излучением [59]. Во-вторых, избыточные уровни АФК были тесно связаны с апоптозом нервных клеток, как описано ранее [43,44]. В-третьих, считается, что в качестве вторичного мессенджера повышенная АФК-индуцированная чрезмерная активация одного или нескольких сигнальных путей играет более важную роль в повреждении клеток, чем в окислительной модификации [60,61]. Роль АФК в поражении головного мозга, вызванном СВЧ-излучением, нуждается в дальнейшем изучении.

    Ca

    2+ перегрузка

    В нормальных условиях внеклеточная концентрация свободного Ca 2+ намного выше, чем внутриклеточная концентрация, и более 90% внутриклеточного Ca 2+ хранится в эндоплазматическом ретикулуме и митохондрии. Следовательно, небольшой приток Са 2+ способен вызвать резкое повышение концентрации цитоплазматического Са 2+ и запустить ряд физиологических реакций.

    Увеличение цитоплазматического Ca 2+ наблюдается в процессе поражения головного мозга, вызванного СВЧ-излучением.Ян и др. . [47] подвергали первичные культуры нейронов гиппокампа крыс СВЧ-излучению в течение 5 мин при средней плотности мощности 10 мВт/см 2 . Результаты показали значительное увеличение цитоплазматического Ca 2+ сразу после облучения. Лу и др. . [48] ​​подвергали первичные культуры глиальных клеток воздействию частоты 2450 МГц в течение 2 ч/день в течение 3 дней при средней плотности мощности 4 мВт/см 2 . Также был обнаружен повышенный внутриклеточный свободный Ca 2+ .

    Ca 2+ перегрузка приводит к нарушению энергетического обмена мозга.Чрезмерная активация митохондриальной поры перехода проницаемости (mPTP), вызванная перегрузкой Ca 2+ , может быть одной из важных причин. Исследования показали, что активация mPTP, вызванная перегрузкой Ca 2+ , приводит к набуханию и фрагментации митохондрий [62,63]. Кроме того, при чрезмерной активации mPTP увеличивается проницаемость митохондриальной мембраны, исчезает MMP, отсоединяется дыхательная цепь от OXPHOS и прекращается синтез АТФ [64,65]. Кроме того, Ca 2+ является важным внутриклеточным вторичным мессенджером, способным активировать различные сигнальные молекулы, такие как PKC, AC и цАМФ-ФДЭ.Роль, которую играет Ca 2+ во время митохондриального повреждения, вызванного СВЧ-излучением, заслуживает более глубокого исследования.

    Нарушенная митохондриальная ДНК

    Митохондриальная ДНК (мтДНК) кодирует 13 субъединиц комплекса дыхательной цепи и 22 тРНК и 2 рРНК митохондрий и имеет первостепенное значение для синтеза OXPHOS и АТФ. Митохондриальный транскрипционный фактор А (mtTFA), ключевой фактор, кодируемый ядерными генами, участвующими в регуляции мтДНК, играет важную роль в целостности, саморепликации и репарации мтДНК после транспорта из цитоплазмы в митохондрии [66].

    Излучение мощностью

    МВт может разрушить мтДНК или изменить экспрессию мтДНК, что приведет к снижению продукции АТФ. Во-первых, мтДНК со структурой кольца двойной спирали лишена защиты систем связывания и репарации белков и гораздо более восприимчива к внешним раздражителям, таким как СВЧ-излучение, чем ядерная ДНК. СВЧ-излучение способно разрывать нити ядерной ДНК [43,44,57-59]. Кроме того, АФК обладают способностью индуцировать мутации мтДНК и создавать барьеры для образования ОКСФОС и АТФ [67].Однако эффекты повреждения мтДНК, вызванного СВЧ-излучением, на энергетический метаболизм мозга все еще требуют дальнейшего изучения. Во-вторых, для функционирования mtTFA необходимо должным образом перенести из цитоплазмы в митохондрии, что приводит к митохондриальной дисфункции, когда этот процесс нарушается MW-излучением. Се и др. . [27] подвергли самцов крыс Wistar воздействию СВЧ-излучения (30 мВт/см 2 , продолжительность: 1 ч). Экспрессия мРНК mtTFA в гиппокампе и коре головного мозга крыс увеличивалась в ответ на снижение содержания АТФ в рамках возможной регуляции с отрицательной обратной связью.Сюй и др. . [68] подвергали первичные культуры корковых нейронов новорожденных крыс СВЧ-излучению (частота и плотность мощности неизвестны). Экспрессия мРНК и белка мтТЖК возрастала, но новые мтТЖК не ингибировали влияние МВ излучения на энергетический обмен. В другом исследовании эти авторы подтвердили ингибирующее действие МВ-излучения на транспорт мтТЖК из цитоплазмы в митохондрии с помощью метода изотопного мечения, что может быть основной причиной индуцированного МВ-излучением снижения АТФ [69].

    Вовлеченные сигнальные пути

    Существует много сигнальных путей, участвующих в процессе митохондриальной дисфункции, вызванной MW-радиацией, включая путь фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K) и путь митоген-ассоциированной протеинкиназы (MAPK), которые представляют собой адаптивные реакции клеток, которые регулируют клеточные функции и способствуют их выживанию.

    Путь PI3K/Akt

    Имеется достаточно доказательств того, что путь PI3K/Akt, сигнальный каскад киназы против апоптоза, способствующий выживанию, играет ключевую роль в выживании клеток [70,71].Индуцируемый гипоксией фактор-1α (HIF-1α), ключевой физиологический датчик уровня кислорода в большинстве клеток млекопитающих, играет важную роль в выживании клеток, метаболизме глюкозы, транспорте и метаболической адаптации, регулируя экспрессию своих генов-мишеней [72-75]. ]. Кроме того, было показано, что активация HIF-1α сигнальным путем PI3K/Akt/mTOR играет важную роль в нейропротекции [76,77].

    Большое значение придается сигнальному пути PI3K/Akt в процессе поражения головного мозга, вызванного СВЧ-излучением, и активация HIF-1α, ключевой молекулы-мишени пути PI3K/Akt, способна восстанавливать нарушенные митохондриальные энергетический обмен, вызванный СВЧ-излучением в определенной степени.Ван и др. . [78] подвергали крыс острому МВ-излучению в течение 5 минут при средней плотности мощности 30 и 100 мВт/см 2 соответственно. Экспрессия мРНК и белка HIF-1α в гиппокампе и коре головного мозга крыс значительно увеличилась в период от 6 ч до 1 дня после облучения. В другом исследовании крысы-самцы Вистар подвергались воздействию импульсного СВЧ-излучения в течение 30 дней (6 мин/день, 5 дней/неделю) при средней плотности мощности 2,5, 5 и 10 мВт/см 2 соответственно. Экспрессия мРНК и белка HIF-1α в нейронах гиппокампа крыс увеличилась в период от 14 дней до 1 месяца после облучения в группе 2.5 и 5 мВт/см 2 группы, но уменьшилось в группе 10 мВт/см 2 [79]. Таким образом, активация HIF-1α происходит как после однократного острого, так и при длительном облучении СВЧ. Однако неясно, полезен ли активированный HIF-1α для клеток, пораженных СВЧ-излучением. Чжао и др. . [24] подвергали нейроноподобные клетки, происходящие из PC12, СВЧ-излучению мощностью 30 мВт/см 2 в течение 5 мин. Сверхэкспрессия HIF-1α защищала митохондрии от повреждения за счет повышения уровней АТФ и ММР, в то время как подавление HIF-1α способствовало индуцированному MW повреждению митохондрий.Активация передачи сигналов PI3K была необходима для MW-индуцированной активации HIF-1α и защитного ответа. Хотя HIF-1α представляет собой многообещающую терапевтическую мишень при радиационном поражении MW, как HIF-1α регулируется и какие могут быть его эффективные мишени в митохондриях, остается неизвестным.

    Путь МАРК

    МАРК, который состоит из различных генных продуктов, оканчивающихся различными факторами транскрипции, участвующими в выживании, пролиферации и гибели клеток, в зависимости от силы стимула, регулирует баланс между выживанием/дифференцировкой клеток и гибелью клеток /апоптоз [80].Три подсемейства MAPK включают внеклеточную регулируемую протеинкиназу (ERK), N-концевую киназу c-jun/стресс-активируемую протеинкиназу (JNK/SAPK) и p38MAPK.

    Активация HIF-1α, опосредованная передачей сигналов ERK, защищает от митохондриальной дисфункции, вызванной СВЧ-излучением. Чжао и др. . [24] подвергали нейроноподобные клетки, происходящие из PC12, СВЧ-излучению мощностью 30 мВт/см 2 в течение 5 мин. Ингибирование p-Erk1/2 способствовало MW-индуцированному снижению уровней АТФ и MMP и индуцировало снижение экспрессии HIF-1α, демонстрируя, что передача сигналов ERK участвует в защитном механизме против MW-индуцированного повреждения митохондрий.

    p38MAPK, известная как передача сигналов MAPK гибели клеток, участвует в апоптозе нервных клеток, индуцированном СВЧ-излучением. p38MAPK индуцирует апоптоз, регулируя конформационные изменения и последующую олигомеризацию Bax, диссипацию MMP и высвобождение цитохрома с из митохондрий [81]. Кесари и др. . [43] подвергали 45-дневных самцов крыс Wistar воздействию мобильного телефона по 2 часа в день в течение 60 дней, чтобы исследовать влияние воздействия мобильного телефона 3G. Они обнаружили, что мобильное излучение 3G индуцирует апоптоз в головном мозге путем активации p38MAPK, пути основной реакции на стресс.

    Заключение

    К настоящему времени было признано повреждающее воздействие СВЧ-излучения на структуру и функцию митохондрий, а исследования на клеточном и молекулярном уровне соответствующих механизмов также позволили добиться ряда потенциальных молекулярных мишеней для предотвращения и будет предложена обработка СВЧ излучения.

    В этой области исследований присутствуют следующие проблемы: (a) вызванное СВЧ-излучением нарушение энергетического метаболизма головного мозга включает множество параметров, таких как доза, время и частота, которые требуют дальнейшего изучения; (b) биологические эффекты СВЧ-излучения широко распространены, включая различные сигнальные пути, и настоящий обзор ограничивается исследованием отдельных сигнальных путей и не позволяет анализировать эффекты перекрестных помех между различными сигнальными путями; (в) отсутствуют специфические маркеры для оценки последствий радиационного поражения СВЧ и эффективные молекулярные мишени для профилактики и лечения их поражений; (d) последствия митохондриального повреждения, вызванного СВЧ-излучением, до сих пор неясны, и его корреляция с нейродегенеративными заболеваниями, связанными с митохондриями, такими как болезнь Альцгеймера, требует дальнейшего изучения.Отсутствие одинаковых стандартов среди разных лабораторий создает барьер для дальнейшего развития и обмена информацией.

    В совокупности этот обзор воздействия СВЧ-излучения на энергетический метаболизм мозга и связанные с ним механизмы регуляции, молекулярные маркеры, мишени для лекарств и профилактические меры показывает необходимость продолжения исследований в этой области.

    Влияние микроволнового излучения на активность каталазы. разложение перекиси водорода при микроволновом и обычном нагревании

    Влияние микроволнового нагрева (МВ) на активность известного фермента (каталазы) было выяснено путем изучения каталазного разложения перекиси водорода (H 2 O 2 при различном времени нагревания) (от 0 до 12 мин)).Для сравнения также был исследован традиционный нагрев водяной бани (WB) в идентичных температурных условиях. Микроволновое излучение оказывало положительное влияние на активность каталазы только в течение очень короткого промежутка времени (менее 3 мин), предположительно из-за возможного нарушения структурной целостности каталазы при микроволновом облучении на более длительных временах (негативное влияние), о чем свидетельствует Гел. Проникающая хроматография (ГПХ) и времяпролетная масс-спектрометрия MALDI (MALDI-TOFMS) анализы. Влияние температуры на каталазную активность также исследовали при 39, 37 и 25 °С.Результаты показывают, что использование гибридного подхода к нагреву с обычным нагревом (водяная баня) в сочетании с микроволнами было более эффективным при условии, что микроволновое облучение проводилось в течение короткого времени (также менее 3 минут). Кроме того, показано, что микроволновый нагрев при разложении перекиси водорода был наиболее эффективным, когда ферментативная реакция проводилась при более низкой температуре, особенно при 25 °C.

    У вас есть доступ к этой статье

    Подождите, пока мы загрузим ваш контент.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *