"Лабораторная медицина", 2(16) 2016

И. С. Блохин 1, В.Б. Дорохов 2, М.И. Касымбаев 1, С. Тулеуханов 3, Г.В. Цесарский 1

  1. Инновационно-исследовательский центр «Алматы», Республика Казахстан, г. Алматы
  2. Институт Высшей Нервной Деятельности и Нейрофизиологии (ИВНД и НФ) РАН. Российская Федерация, г. Москва
  3. Казахский университет имени аль-Фараби. Республика Казахстан, г. Алматы

Ключевые слова: электромагнитное воздействие, магнитное поле, облучение, резонанс Шумана, синхронизация нейронов, сон, бодрствование.

Аннотация

Интерес к воздействию электромагнитного поля на нервную систему человека возник, когда нам удалось выявить корреляции между среднесуточной вариабельностью геомагнитного поля и качеством сна контрольной группы людей. Стало очевидно, что атмосферные электромагнитные явления, т.н. резонансы Шумана, проявляющиеся как сверхнизкочастотные стоячие электромагнитные (ЭМ) волны могут оказывать влияние на синхронизацию нейронной активности мозга человека и животных. Для подтверждения этого результата нами был проведен ряд лабораторных экспериментов на мышах по воздействию сверхнизкочастотным электромагнитным (СНЧ ЭМ) излучением на частоте 7,86 Гц,  четырех слабых напряженностей. Проведенное исследование  показало изменение суточного цикла сон –бодрствования у мышей, подвергнутых СНЧ ЭМ воздействию . Подобный эффект может объясняться активацией определенных структур  центральной нервной системы (ЦНС) под воздействием ЭМ поля малой напряженности. Мы предполагаем, что исследуемая частота ЭМ бесконтактного воздействия на ЦНС может иметь терапевтический эффект на сон, обучение  и консолидацию памяти. А также может быть использована для восстановления нарушений взаимодействия нервных сетей мозга, при болезнях Паркинсона, Альгеймера, эпилепсии и некоторых неврологических и психиатрических заболеваний.

Введение

Долгое время считалось, что внешние ЭМ поля сверхнизких частот не способны оказать существенного влияния на активность мозговых процессов. Позже удалось выяснить, что короткопериодные магнитные пульсации c частотами 0,05 – 5 Гц и амплитудой 100 нТл, близкие по своим характеристикам к пульсациям геомагнитного поля, повышают спонтанную ритмическую активность нервных клеток мозжечка, что доказывает возможность прямого влияния электромагнитных полей крайне низких частот на функциональную активность отдельных нейронов [1]. Аналогичные результаты продемонстрировали и другие исследования [2-5].

Ранее нами была установлена корреляция между АP-индексом среднесуточной вариабельности геомагнитного поля (резонансы Шумана) и качеством сна контрольной группы испытуемых людей [6]. Результаты указывали на существование некоторого порогового значения АP-индекса АP-ПОР ≈ 30 нТл, до которого изменение геомагнитного поля сказывается положительно на качестве сна. При превышении величиной АР-индекса порогового значения АP-ПОР возникает обратная зависимость качества сна от напряженности геомагнитного поля.

С целью получения дополнительной нейрофизиологической информации о механизме воздействия СНЧ ЭМ на нервную систему, нами было изучено влияние электромагнитных пульсаций с частотой 7,86 Гц на циклы сна и бодрствования у лабораторных мышей.

Методика эксперимента

В эксперименте участвовало 6 мышей, линии C57BL/6, находящихся на разном расстоянии от импульсного источника электромагнитного поля, формирующего импульсы на частоте 7,86 Гц. Источником излучения являлся прибор «Фараон-1» (сертификат соответствия ГОСТ-Р № POCC RU.МЛ04.Н00407), имеющим 4 интенсивности излучения.

Животных помещали в две звукоизолированные камеры (сделанные из «прозрачного» для электромагнитного излучения материала) по 4 индивидуальных бокса в каждой камере. Прибор помещался между этими двумя камерами, поле излучения было симметрично в обе стороны. Индивидуальные боксы расположены на разном расстоянии от прибора, но в разных камерах два бокса расположены  на одинаковом расстоянии, поэтому  в одном эксперименте мы могли  одновременно сравнивать эффекты разных интенсивностей у  4 пар мышей (Рис.1).

Животные содержались при постоянном световом режиме 12/12 (08:00–20:00 ч – яркий (150 лк) белый свет, 20:00–08:00 ч – слабый (15 лк) красный). По истечении недельного периода восстановления после операции начинали длительную круглосуточную регистрацию полисомнограммы, включающей 2 канала ЭЭГ и запись механограммы двигательной активности (3D акселерометр), а также видеорегистрацию поведения животных, позволяющих детально анализировать стадии сна и бодрствования животных) [7]. ЭМ воздействия проводились по следующей временной схеме: 1) фон- первые трое суток без воздействий 2) ЭМ воздействия включались в 15 часов и длились 24 часа на 4,8,12,16 день от начала эксперимента. Сравнивались средняя длительность стадий бодрствования и сна за каждый час в течении: 1)  первых трех фоновых суток; 2) за 1 сутки  при 4 четырех интенсивностях ЭМ излучения (на 4,8,12,16 день); 3) 1 сутки после выключения ЭМ излучения (соответственно 5,9,13,16 дни от начала эксперимента).  Для каждой мыши был рассчитан средний процент отношению фазы сна к фазе бодрствования за каждый час суток для каждой из стадий эксперимента.

Результаты

На рисунке 2 представлено относительное изменение количества фазы сна для мышей М3, М4, М5 и М6 во время воздействия (вверху) и после воздействия (внизу) для 4 интенсивностей ЭМ воздействия. Относительное изменение длительности фазы сна высчитывалось из разницы суммарного количества сна, подсчитанного за период соответствующего воздействия, и усредненной за 3 суток суммарной длительности сна в фоновой записи до первого воздейсвия.. Разница выражается в процентном изменении относительно фона и вычислялось по формуле Св -Сф/ Сф%, где Св- средняя длительность сна в течение суток после воздействия, а Сф- средняя длительность сна в фоне в течении трех суток до первого воздействия. При этом расстояние от источника электромагнитных импульсов до мышей М3 и М6 (BMIN = 0,7*10-6 Тл, BMAX = 0,7 * 10-5 Тл) вдвое больше, чем до мышей М4 и М5 (BMIN = 2,5*10-6 Тл, BMAX = 2,5 * 10-5 Тл). Удаленность от источника и разница в интенсивности воздействия режимов 1, 2, 3, 4 обуславливает различную реакцию мышей на воздействие. На рисунке 3 можно видеть различие в реакции мышей на воздействие. У М5 мы наблюдаем монотонный прирост фазы сна за ночной период, соответствующий активной фазе циркадного ритма мыши. У М3 количество фазы сна в процессе воздействия практически не изменилось, однако мы можем видеть увеличение длительности сна по отношению к фоновому уровню. Сон стал более глубоким, а бодрствование между фазами сна – более продолжительным.

При одинаковым режиме воздействия (3) мыши М4 и М5, находящиеся на одном расстоянии от источника, проявляют одинаковый процент прироста фазы сна как во время воздействия, так и в стадии после воздействия, несмотря на изначально различный характер фона и реакций на ЭМ воздействие

Обсуждение результатов

Мы выявили качественную и количественную зависимость длительности сна мышей от воздействия слабого электромагнитного излучения на частоте 7,86 Гц. По данным литературы близкие частоты соответствуют частотам синхронизации нейронов гиппокампа, принимающего участие в консолидации памяти, пространственной ориентации и многих других механизмах мозга. В недавней работе американских исследователей [8] сообщалось о регистрации в гиппокампе медленных мозговых волн, распространяющихся за счет слабых эндогенных электрических полей порядка 2-6 мВ/мм.  Это говорит о том, что передача нервных импульсов между нейронами возможна при участии электрического поля. Аналогичные результаты были получены шведскими исследователями [9]., изучавшими активность PV-нейронов мышей во время тестов на внимательность. В результате активности PV-нейронов появлялось слабое излучение на частоте 30-40 Гц. При обратном эксперименте в процессе облучения мышей электромагнитным полем на той же частоте происходила активация PV-нейронов и улучшались показатели тестов на внимательность. Эти и другие факты [1,4,5] свидетельствуют в пользу биологической активности слабых электромагнитных полей сверхнизких частот.

Полученные результаты, дают нам возможность предполагать, что оптимальные режимы ЭМ воздействия могут оказывать терапевтические воздействия на нормализацию взаимодействия в нейронных сетях при разных мозговых патологиях [1,4]. 

Благодарности

Мы благодарим сотрудников Лаборатории нейрофизиологии сна и бодрствования Института Высшей Нервной Деятельности и Нейрофизиологии (ИВНД и НФ) РАН за оказанную помощь в постановке и обсуждении результатов экспериментов.

Список литературы

  1. Агаджанян Н.А., Власова И.Г. Влияние инфранизкочастотного магнитного поля на ритмику нервных клеток и их устойчивость к гипоксии. Биофизика. – 1992. – Т. 37, №4. – С. 681 – 689.
  2. Gavalas–Medici R.T., Day–Magdaleno S.R. ELF electric fields effects schedule–controled behaviour of monkeys, Nature. – 1978. – Vol. 261, N 5557. – P. 256 – 258.
  3. Ludwig H.W. Electromagnetic multiresonance – the base of homeopathy and biophysical therapy,  Proc. 42nd Congr. Int. Homeopathic Med. – League, 29 March – 2 April, 1987. – Arlington, 1987.– P. 74-79.
  4. Кудряшов Ю. Б., Рубин А. Б. Радиационная биофизика (сверхнизкочастотные электромагнитные излучения). — ФИЗМАТЛИТ Москва, 2014. — С. 220
  5. Холодов Ю.А., Лебедева Н.Н. Реакции нервной системы человека на электромагнитные поля. – М.: Наука, 1992
  6. Блохин И., Касымбаев М. Исследование воздействия электромагнитных резонансов Шумана на ритмы мозга во время сна. Вестник НАН РК, Том 4, Номер 356 (2015), С. 38 – 43
  7. А.И. Манолов, В. М. Ковальзон, Ю. В. Украинцева, Л. С. Моисеенко, В. Б. Дорохов. Зависимость точности автоматического выделения состояний сна и бодрствования у мышей от спектральных характеристик электроэнцефалограммы. Журн. высш. нерв. деят. 2015. Т. 65. № 6. С.601-607.
  8. Qiu C., M. Zhang. Can Neural Activity Propagate by Endogenous Electrical Field? The Journal of Neuroscience, December 2, 2015, 35(48):15800 –15811
  9. Kim H., Wang X. Prefrontal Parvalbumin Neurons in Control of Attention. Cell 164, 208–218, January 14, 2016

References

  1. Agadzhanjan N.A., Vlasova I.G. Vlijanie infranizkochastotnogo magnitnogo polja na ritmiku nervnyh kletok i ih ustojchivost' k gipoksii. Biofizika. – 1992. – T. 37, №4. – S. 681 – 689.
  2. Gavalas–Medici R.T., Day–Magdaleno S.R. ELF electric fields effects schedule–controled behaviour of monkeys, Nature. – 1978. – Vol. 261, N 5557. – P. 256 – 258.
  3. Ludwig H.W. Electromagnetic multiresonance – the base of homeopathy and biophysical therapy,  Proc. 42nd Congr. Int. Homeopathic Med. – League, 29 March – 2 April, 1987. – Arlington, 1987.– P. 74-79.
  4. Holodov Ju.A., Lebedeva N.N. Reakcii nervnoj sistemy cheloveka na jelektromagnitnye polja. M., 1992. - 135 s.
  5. Lebedeva N.N., Vehov A.V, Konopljov S.P., Tkachenko O.N. Korrekcija funkcional'nogo sostojanija cheloveka-operatora s pomoshh'ju nizkointensivnogo slozhnomodulirovannogo jelektromagnitnogo izluchenija. Biomedicinskaja radiojelektronika, 2009, №12, S.12-17
  6. Blokhin I., Kasymbaev M. Issledovanie vozdejstvija jelektromagnitnyh rezonansov Shumana na ritmy mozga vo vremja sna. Vestnik NAN RK, Tom 4, Nomer 356 (2015), S. 38 – 43
  7. A.I. Manolov, V. M. Koval'zon, Ju. V. Ukrainceva, L. S. Moiseenko, V. B. Dorohov. Zavisimost' tochnosti avtomaticheskogo vydelenija sostojanij sna i bodrstvovanija u myshej ot spektral'nyh harakteristik jelektrojencefalogrammy. Zhurn. vyssh. nerv. dejat. 2015. T. 65. № 6. S.601-607.
  8. Qiu C., M. Zhang. Can Neural Activity Propagate by Endogenous Electrical Field? The Journal of Neuroscience, December 2, 2015, 35(48):15800 –15811
  9. Kim H., Wang X. Prefrontal Parvalbumin Neurons in Control of Attention. Cell 164, 208–218, January 14, 2016


Рисунок 1. Схема эксперимента. Расстояния от источника ЭМ поля (Ф) до мышей M4, M5 = 44 см(r1) и для мышей M3,M6 = 70 см (r2), расстояния измерялись между центрами клеток.

Рисунок 2. Относительное изменение средней длительности сна относительно фонового уровня (от начала эксперимента до первого воздействия): 1) вверху - во время воздействия, 2) внизу- через 1 сутки после воздействия для мышей M4, M5, M3, M6. Ось абцисс - цифры по горизонтали отражают 4 интенсивности ЭМ воздействия на 4,8,12,16 день от начала эксперимента Стрелками отмечены столбцы, соответствующие диаграммам из рисунка 3. Ось ординат - изменение средней длительности сна в % относительно фона вычислялось по формуле Св -Сф/ Сф%, где Св- средняя длительность сна в течение суток после воздействия, а Сф- средняя длительность сна в фоне в течении трех суток до первого воздействия. Расстояния от источника ЭМ поля до мышей M4,M5 и M3,M6 различались (см. Рис.1).

Рисунок 3. Динамика сна (по показателю отсутствия двигательной активности) в течение суток фон - синий цвет, воздействие – зеленый цвет. Вверху - мышь М5 через одни сутки после включения ЭМ с 3-ей интенсивностью, (13 сутки после начала эксперимента), внизу - мышь М3 при включение в 15 часов ЭМ воздействия со 2-ой интенсивностью (8 сутки после начала эксперимента). Ось ординат- отношение в течении одного часа, абсцисса –абсолютное время в часах.

15.05.2016 12:26

ИИЦ "АЛМАТЫ" © 2014-2016

БЦ Нурлы Тау (пр.Аль-Фараби, 17/1), блок 5В, 17 этаж