Текст книги "Мозг в электромагнитных полях"
Автор книги: Юрий Холодов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 9 страниц)
Таким образом, практическая, как и теоретическая, актуальность изучения биологического действия ЭМП с каждым днем увеличивается. Предпринято много усилий для создания национальных программ в этой области исследований. За последние десятилетия электромагнитная биология прошла большой путь до признания за ней важной роли в системе биологических наук. Необходимо расширять исследования в этой перспективной области, повышать их методический уровень, чтобы глубже понять биологическое действие одного из важнейших факторов среды. Такое расширение неизбежно приводит к вовлечению новых объектов и методов в изучение биологического действия ЭМП.
Применение в последние годы сверхчувствительных магнитометров позволило обнаружить слабые ферромагнитные включения вначале у бактерий, потом у моллюсков, у пчел и у голубей. Появились сообщения, что такие включения можно обнаружить в головном мозгу дельфина. Поскольку поиски своеобразного «компаса» в различных биосистемах непрерывно расширяются, мысль о возможности биологического действия естественных МП становится привычной, а механизм этого действия ясным с физической точки зрения.
То обстоятельство, что некоторые бактерии синтезируют ферромагнитные включения, образуя новое для биологов внутриклеточное образование, «магнитосому», свидетельствует об экологической значимости ГМП.
В конце главы хочется отметить, что естественные ЭМП могут менять поведение различных представителей животного мира. Однако такие факты требовали экспериментальных подтверждений в строго контролируемых условиях. Кроме того, гигиенический и терапевтический подходы к оценке биологического действия ЭМП указывали на заинтересованность нервной и эндокринной систем в осуществлении реакций организма на ЭМП. Все это подчеркивает актуальность изучения поведения экспериментальных животных в различных ЭМП.
Глава 6. Электромагнитные поля меняют поведение
Отмечено многочисленными исследователями, что разные ЭМП могут менять двигательную активность (ДА) организма, изменять чувствительность к раздражителям, нарушать формирование условных рефлексов и угнетать память. Все эти выводы были получены в основном в экспериментах на животных, представляющих разные уровни эволюционного развития жизни на Земле.
Обзор сведений о влиянии ЭМП на поведение можно начать с описания результатов по изменению ДА. Метод актографии еще не получил широкого применения в исследованиях по электромагнитной биологии, но во многих публикациях отмечалось изменение этого очень общего параметра деятельности организма. Ограничиваясь анализом литературных данных, связанных с изучением ДА позвоночных животных (хотя и насекомые увеличивали свою активность во время магнитных бурь), мы должны указать, что чаще отмечали увеличение ДА при воздействии усиленных искусственных МП на рыб, на птиц и на млекопитающих, а также изменение ДА у млекопитающих при воздействии полей СВЧ. Чаще всего исследователи отмечали только сам факт изменения двигательной активности под влиянием ЭМП, иногда даже не измеряя инструментально этот параметр и не анализируя возможного физиологического механизма отмеченной реакции.
В наших опытах, проведенных в начале 50-х годов, на 11 колюшках было дано 85 воздействий МП индукцией около 20 мТл. В 64% случаев отмечали увеличение ДА, которое превышало величину контрольных записей на 50—300%. Интенсивность и повторяемость реакций зависели от индивидуальных особенностей рыб [Холодов, 1966].
В то же время в опытах на 10 птицах из семейства воробьиных было дано 48 воздействий МП индукцией 0,07 мТл. В 68% случаев отмечали увеличение ДА, которое превышало величину контрольных записей на 100– 430%.
Позже Т. Рыскановым в опытах на 20 крысах было дано 257 воздействий МП разной индукции (2,20 и 200 мТл). Увеличение ДА наблюдали примерно в 70% случаев. Величина эффекта увеличивалась с увеличением индукции.
Рис. 8. Изменение двигательной активности под влиянием магнитного поля и поля СВЧ у рыб, птиц и млекопитающих
Ордината – частота реакций (%)
Хотя мы не ставили перед собой специальной цели сравнить магниточувствительность разных классов позвоночных животных, напрашивается предположение, что птицы наиболее чутко реагируют на МП (рис. 8). Такое предположение требует специальной проверки. Возможно, все классы позвоночных одинаково чувствительны к МП, поскольку имеются сообщения, что рыбы, птицы и млекопитающие реагируют увеличением ДА на изменения МП, близких по величине к колебаниям ГМП. Например, канадский исследователь М. Перзингер отметил увеличение ДА крыс во время магнитной бури 5—6 июля 1974 г.
В специальной серии экспериментов на крысах определяли пороговую индукцию искусственных ПМП при регистрации ДА. Как следует из результатов, пороговая индукция располагается в интервале 2—20 мТл. Увеличение индукции МП на порядок приводило к увеличению двигательной активности примерно в 2 раза, из чего следует заключить, что, хотя регистрируемая реакция зависит от индукции ПМП, эта зависимость не носит линейного характера.
Как и в опытах с рыбами, в данных экспериментах эффект зависел от индивидуальных особенностей животных. Следует учитывать и генетические особенности объектов, о чем свидетельствует сообщение американских исследователей Смита и Джастенсена. Кроме того, как мы уже не раз отмечали, среди биотропных параметров электромагнитных полей следует учитывать не только интенсивность, но также градиент, вектор, частоту, форму импульса и т. п.
Не следует забывать, что многие реакций организма носят фазный характер. Эта особенность в сложном взаимодействии ЭМП с биологическими системами наиболее ярко выявилась в экспериментах на птицах (волнистые попугайчики) при использовании микроволн с разной плотностью потока мощности (ППМ). Слабые ППМ вызывали увеличение ДА, средние мало влияли на ДА, а сильные – угнетали ее.
Предельная ППМ в экспериментах Ч. Асабаева (1000 мкВт/см2) вызывала значительное снижение (на 60%) ДА у всех исследуемых птиц. При таких же воздействиях полей СВЧ на кроликов наблюдали лишь небольшое увеличение ДА у некоторых животных. Следовательно, при использовании полей СВЧ, как и при воздействии МП, подтверждается предположение о большой чувствительности птиц к ЭМП. В литературе имеются сведения об угнетении ДА при очень сильных МП и при ослабленных МП. Л. А. Андрианова и Н. П. Смирнова при действии на мышей ПМП с индукцией 50 мТл отмечали увеличение ДА, а при повышении интенсивности до 100, 200 и 400 мТл – угнетение ДА. Уместно заметить, что в данном случае регистрировали ДА фотоэлектрическим методом, который отмечает только передвижения животного, а в опытах Т. Рысканова механо-электричеким методом отмечали даже дрожание животного, которое могло при этом совсем не перемещаться.
Снижение ДА у взрослых мышей линии СВА в искусственном ослабленном до 10-7 Тл магнитном поле измеряла З. Н. Нахильницкая с соавторами (1978 г.). Число движений уменьшалось примерно на 30%.
Американские исследователи Халперн и Ван-Дейк еще раньше (1966 г.) отмечали (но, к сожалению, не измеряли) снижение ДА у мышей линии Свисс-Уебстер, находившихся в течение нескольких поколений в искусственном ослабленном до 10-7 Тл магнитном поле [Копанев и др., 1979].
Советский исследователь из Ленинграда А. В. Шакула (1978 г.) подтвердил измерениями, что мыши, родившиеся в ослабленном магнитном поле, уменьшают свою ДА. Получается, что естественное магнитное поле как-то «подталкивает» организм к определенной степени перемещений.
Известный советский физиотерапевт А. Е. Щербак высказывал в 30-х годах нашего столетия мнение о том, что тонус вегетативной нервной системы может поддерживаться неощущаемыми человеком раздражениями кожной поверхности. В число таких раздражителей он включал и ЭМП, предполагая, что таким образом в реакцию вовлекаются выработанные в процессе эволюции надежные механизмы адаптации организма.
Важно отметить кумуляцию эффектов при повторных воздействиях ЭМП на животных. Хотя еще не известны физиологические механизмы, связанные с изменением ДА животных под влиянием ЭМП, можно заключить, что метод актографии является одним из чувствительных методов регистрации реакций животного на воздействие слабых факторов внешней среды. Можно предполагать, что в этих реакциях принимают участие как нервная, так и мышечная система. Однако более специфические функции НС, связанные с обучением и памятью, полнее выявляются при изучении условнорефлекторной деятельности.
Прежде чем перейти к описанию поведенческих опытов на животных, необходимо заметить, что эффективность творческой деятельности человека, как предполагают некоторые исследователи, тоже модифицируется естественными ЭМП.
В печатных изданиях часто отмечается корреляция между числом дорожно-транспортных происшествий и ГМП. Эта корреляция была впервые обнаружена немецким исследователем Р. Рейтером (Мюнхен) в пятидесятых годах нашего столетия. В 1956 г. К. Вернер (Гамбург) подтвердил эти выводы. Венгерский исследователь И. Эрмени, советский медик В. П. Десятов, индийские геофизики Вхашкара и Шривастава, а также японский работник муниципалитета Масамура сделали сходные выводы при обработке очень разных материалов по дорожно-транспортным происшествиям. В магнито-активные дни число происшествий увеличивалось на 5—25%. Особенно увеличивался детский травматизм, что приводило к выводу о большей чувствительности развивающегося организма к ГМП.
Возможно, такие рассуждения привели упомянутого ранее канадского исследователя М. Перзингера к необходимости тщательно изучать влияние слабых (0,05—3,00 мТл) переменных (0,5 Гц) магнитных полей, создаваемых вращающимися постоянными магнитами, на деятельность НС развивающегося организма крысы. Благодаря таким рассуждениям в МП попадали преимущественно беременные крысы. Исследование их уже ставшего взрослым потомства показало, что крысы, побывавшие в МП во время пренатального развития, отличались повышенной ДА и эмоциональностью. Этот эффект в опытах на самцах выявлялся более отчетливо, чем на самках. Отсюда следует, что «сильный пол» более чувствителен к слабым магнитным воздействиям, и это можно было обнаружить не только по поведению, но и по весу таких важных эндокринных желез, как щитовидная железа и семенники. Были также обнаружены слабые гистологические изменения в гипоталамической области головного мозга, но об этих показателях реакции НС на ЭМП мы намерены позже поговорить подробнее.
Сейчас важно отметить, что у животных, побывавших в ЭМП, изменялось поведение. Большинство опытов такого рода проведено на взрослых животных при использовании разных методов исследования. Одним из наиболее продуктивных методов изучения интегративной деятельности организма высших животных и человека является павловский метод условных рефлексов (УР). Этот метод сыграл большую роль в Определении характера реакций организма на ЭМП, но еще не исчерпал всех своих возможностей. Мы попытаемся оценить новые результаты, полученные методом условных рефлексов, чтобы детальнее определить характер реакций ЦНС на ЭМП.
Использование ЭМП в качестве условного раздражителя показало лишь возможность ЭМП выполнять эту роль и обнаружило одновременно, что эта роль в естественных условиях не является главной. Если исследователей и ожидал успех при выработке УР на ЭМП, то он возникал чаще в том случае, когда в качестве показателя условно-рефлекторной деятельности использовали не двигательные реакции, а вегетативные.
При изучении влияния ЭМП на формирование УР (чаще двигательных) и при использовании самых различных методических подходов и объектов исследовании чаще всего отмечали нарушение исследуемых процессов или (чаще в работах американских исследователей) отсутствие эффекта.
В недавней обзорной статье Б. М. Савина и Н. Б. Рубцовой [1978] повторяется вывод о наибольшей чувствительности ЦНС к разным ЭМП при сравнении с реакциями других систем организма и о важности изучения изменений функционального состояния НС при обосновании порогов вредного действия ЭМП.
Установлено, что при систематическом воздействии полей СВЧ на животных изменения условных рефлексов носили сложный волнообразный характер, конкретное выражение которых зависело не только от сочетания биотропных параметров ЭМП, но и от особенностей ЦНС животных. Отсюда следует, что кратковременное наблюдение за поведением животных без учета сложности возникающих реакций и сложности воздействующего фактора не может дать адекватной оценки возникающих изменений в ЦНС.
При использовании многократных (до 3 месяцев) воздействий импульсных ЭМП разной интенсивности на крыс, у которых вырабатывали двигательные УР, харьковские исследователи во главе с Г. И. Евтушено [1978] отмечали, что при 0,5 или 3,0 мТл эффект не возникал, при 30 мТл увеличение латентного периода условных рефлексов наблюдали через месяц после начала воздействия, затем этот показатель вернулся к норме, хотя воздействие продолжалось, но через месяц после окончания воздействия опять появилось увеличение латентного периода УР. Когда же воздействовали более сильным импульсным ЭМП (90 мТл), отмеченный показатель УР увеличивался почти сразу, поддерживался на этом высоком уровне весь период воздействия и оставался повышенным еще несколько месяцев после окончания воздействия.
В работе К. В. Судакова [1976] отмечается, что при увеличении длительности воздействия от 5 мин до 2 ч на крыс модулированным (50 Гц) полем УВЧ с частотой 39 МГц и напряженностью 30—120 В/м наблюдали увеличение числа межсигнальных реакций, нарушение прежде всего оборонительных, а затем и пищевых условных рефлексов. Впоследствии возникало усиление двигательной активности и ослабление реакции на болевой раздражитель.
В работе Т. Рысканова [1980] впервые показана зависимость формирования УР от интенсивности применяемых ПМП. Вырабатывали УР активного избегания у белых мышей в Т-образном лабиринте.
Ставили целью изучать влияние ПМП индукцией 0,2; 2; 20 и 200 мТл на УР избегания у мышей. Проводили эксперименты на 170 мышах в условиях высокогорья и на 152 мышах в условиях низкогорья.
В первой серии опытов по выработке УР в условиях низкогорья использовали ПМП 200 мТл. Опытные животные для достижения критерия обучения чаще подвергались воздействию электрического раздражения по сравнению с контрольными мышами. Одну мышь начиная с 7-го дня опыта никак не могли в течение 3 дней заставить перебегать в безопасный рукав лабиринта, хотя давали до 10—15 электрических раздражений за сеанс.
Все животные опытной партии во 2—4-й дни эксперимента дали значительное увеличение числа неправильных пробежек. В 3-й день воздействия ПМП УР избегания был подавлен и приближался к показателям первого дня. Видимо, интенсивное затормаживание УР при действии ПМП данной интенсивности происходит в первые 3—4 дня, и эффект сохраняется на протяжении 10 дней опыта.
Во второй серии экспериментов перед каждым опытом экспериментальную партию мышей подвергали двухчасовому воздействию ПМП индукцией 20 мТл, что в меньшей степени сказалось на формировании УР в сравнении с результатами предыдущей серии исследований.
Через 10 дней после прекращения опытов проверяли сохранение УР, что характеризует процесс запоминания. При проверке УР на сохранение оказалось, что у контрольных животных среднее число проб для достижения критерия обучения составило 1,5±0,2 у опытных с использованием поля 200 мТл – 4,8±0,4; 20 мТл – 1,8±0,2, а 2 мТл – 1,4±0,5. Видно, что ПМП большей интенсивности сильнее нарушает функции ЦНС.
Для изучения влияния ПМП на прочно выработанный УР на 11-й день опытов одну партию животных ежедневно перед опытом подвергали воздействию ПМП индукцией 200 мТл и продолжали упрочение УР. Другая партия оставалась контрольной.
В первый день экспериментов с воздействием ПМП у опытной партии появилось уже заметное увеличение числа проб. Замедление УР продолжалось в течение 4—5 дней, что можно было объяснить тормозной реакцией организма на данный физический фактор. Через 4—5 дней наблюдалось заметное упрочение УР, что, вероятно, связано с адаптацией организма к ПМП данной интенсивности (но все время УР оставался замедленным по сравнению с контролем).
В опытах с использованием ПМП 20 мТл наблюдали, что в течение 6 дней не было отличий от контроля. Начиная с 6-го дня опытная партия этой серии замедляла укрепление УР. Видимо, ПМП данной интенсивности оказывает влияние в результате аккумуляции только через 5—6 дней. ПМП индукцией 0,2 мТл не оказывало влияния на выработку и укрепление УР.
В опытах, проведенных в условиях высокогорья, обнаружили, что ПМП 20 и 200 мТл оказывает нормализующее влияние на выработку и формирование УР, нарушенных факторами высокогорья.
Поскольку лабиринтная методика при изучении УР применяется в СССР сравнительно редко, уместно заметить, что в Т-образном лабиринте при использовании реакции выбора у крыс отмечали увеличение числа ошибок после однократного воздействия модулированным полем УВЧ. Через несколько дней это нарушение акцептора результата действия полностью исчезало.
Известно, что при формировании УР большую роль играют эмоциональные реакции, но они в электромагнитной нейрофизиологии почти не изучались, не считая сообщений М. Перзингера [Persinger, 1947]. Работа К. В. Судакова [1976] свидетельствует, что десятиминутное воздействие модулированным полем УВЧ изменяло частоту реакций самораздражения у крыс, причем характер изменений зависел от частоты модуляции. Частота реакции самораздражения увеличивалась почти вдвое в первые 2 мин воздействия модулированного (2 Гц) поля УВЧ, а затем резко снижалась и через 4 мин реакция самораздражения исчезала совсем. Такого же конечного эффекта можно было добиться при воздействии модулированного (7 Гц) поля УВЧ, но только примерно через 10 мин после начала воздействия и без начального подъема числа реакций самораздражения. Модулированное (50 Гц) поле УВЧ практически сразу блокировало у всех животных реакцию самораздражения. Таким образом, была продемонстрирована возможность направленного влияния ЭМП на эмоциональные реакции животных.
Тщательного нейрофизиологического анализа требуют факты более выраженного изменения под влиянием ЭМП процесса формирования УР в сравнении с процессом осуществления уже прочно выработанных временных связей. Гипотеза о миэлинизации синаптических окончаний при формировании УР может быть использована при этом анализе. Такая гипотеза согласуется с многочисленными фактами, свидетельствующими о значительной реакции нейроглии при действии ЭМИ. Нельзя забывать и об участии кровеносных сосудов мозга, достаточно чувствительных к ЭМП, в сложном процессе формирования временных связей в интактном мозге.
Правда, исключить этот фактор (кровеносные сосуды) в экспериментальных условиях уже можно, поскольку возможна выработка аналога УР в культуре ткани мозга или на переживающих препаратах ЦНС, но нам неизвестно, чтобы кто-то это сделал.
Куда труднее разделить вклад нервных и нейроглиальных клеток в тот сложный процесс, который мы называем обучением. На этом пути необходимы новые методические и методологические усилия, чтобы решить одну из сложнейших проблем мозговой деятельности. Хочется надеяться, что применение ЭМП в нейробиологии поможет решить эти и другие сложные задачи, связанные не только с формированием условных рефлексов, но и с процессами памяти.
При обследовании людей, работающих в условиях усиленных ЭМП, часто отмечали у них ослабление процессов памяти. Напомним, что французские психиатры прошлого века, вероятно, первыми отметили изменение памяти у людей при экспериментальном воздействии искусственных МП. В наши дни мы встречаем лишь единичные сообщения об экспериментальном исследовании памяти у людей при действии ЭМП.
В исследованиях Ч. Асабаева было отмечено, что у мышей при воздействии поля СВЧ одних и тех же параметров наиболее ранимым процессом (если сравнивались формирование УР, осуществление прочновыработанного УР и сохранение УР) явилось запоминание, которое характеризовалось количественно при изучении степени сохранения условного рефлекса (см. табл.).
Подобные результаты по той же методике были получены Т. Рыскановым при использовании ПМП разных индукций. Показано, что однократное воздействие на мышей МП 40 мТл или только перед обучением, или только перед проверкой сохранения УР (речь идет о методике одноразовой выработки пассивного электрооборонительного рефлекса избегания) не влияло на образование или сохранение УР. Нарушение сохранения УР было наибольшим, когда МП влияли сразу после обучения. Иными словами, МП каким-то образом нарушало формирование памятного следа.
Таблица 1. Характер влияния импульсных и непрерывных полей СВЧ разной плотности потока мощности на образование, осуществление и сохранение условных рефлексов у мышей [Асабаев, 1971]
| 2 | ||||
|---|---|---|---|---|
| Непрерывный | 1000 | + | + | — |
| 250 | + | — | — | |
| 10 | — | — | — | |
| Импульсный | 1000 | + | + | + |
| 250 | + | + | — | |
| 10 | + | — | — |
Изучение переноса памяти у регенерирующих планарий обнаружило, что даже обработка МП гомогената из обученных планарий перед введением его необученным животным приводила к исчезновению переноса.
Таким образом, фрагментарные наследования изменений процессов памяти под влиянием ЭМП уже показывают перспективность этого направления. Необходимо предпринять дальнейшие усилия для выяснения существенной стороны деятельности мозга, связанной с памятью и с другими сторонами деятельности головного мозга. Эта цель может быть достигнута на пути разнообразия методов исследования мозга, среди которых на первое место в нейрофизиологии выдвигаются электрофизиологические методы.
