Microwave irradiation modifies the ultraweak luminescence of cell life products

Abstract

The registration of ultraweak luminescence method is used to control a variety of different objects in studying the biological effects of microwave radiation on a number of systems. This method appears to be highly promising for the analysis of lipid peroxidation (LPO) and in other reactions involving reactive oxygen species (ROS). It was discovered that EHF irradiation under different ways initiation, causes acceleration of LPO. It is necessary to note that an enhanced content of LPO products in the samples after EHF irradiation was observed at intensities not exceeding 1 mW/cm². The mechanism of the observable effect may be connected with the acceleration of accession of oxygen from air to the suspension. Ex vivo studies of blood cell in whole blood samples is the best way to model the in vivo situation in blood. Our study demonstrates that MMW radiation did not affect blood cells and platelets in untreated blood but increased substantially the response of neutrophils in blood treated with particulate agonists - opsonized zymosan (OZ ) or bacteria E. coli . Microwave heating of blood appears to be the dominant mechanism in enhancing the reaction of neutrophils, together with the response of LPO of skin cell membranes to agonists under chosen experimental conditions (ЕHF EMR-induced oxidative stress). Heating of the tissues occurs at shallow depths. The temperature increases slowly and varies only slightly. This property of microwave radiation suggests the possibility of using it for targeted local therapy with minimal side effects and damage to surrounding tissues. For example, using EHF EMR for targeted regulation of local inflammatory processes in small areas of the skin without damaging healthy tissue. MMW irradiation of infected area can promote the activation of neutrophils in the wound resulting in the local potentiation of neutrophil antimicrobial activity. On the other hand, our results show the necessity of gentle employment of EHF EMR for therapy in patients with infection diseases.

• микроволновое излучение
• КВЧ
• перекисное окисление липидов (ПОЛ)
• активные формы кислорода (АФК)
• сверхслабое излучение
• мембраны клеток кожи
• нейтрофилы
• люминолзависимая хемилюминесценция
• тепловое действие излучения
• extremely high frequencies (EHF)
• lipid peroxidation (LPO)
• reactive oxygen species (ROS)
• Ultraweak luminescence
• skin cell membranes
• luminol-dependent chemiluminescence (Cl)
• heating effect

For citation

References

1. Godik E.E., Gulyaev Yu.V. Functional imaging of the human body. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. 1991. Vol. 10, No. 4, PP. 21-29.
2. Годик Э.Э., Гуляев Ю.В. Физические поля человека и животных. В мире науки. 1990. № 5. С. 75-83.
3. Гуляев Ю.В., Годик Э.Э. Статья в книге "Кибернетика живого: Биология и информация". М.: Наука. 1984. С. 111-116.
4. Jiang X., Clark R. A., Liu L., Wagers A. J., Fuhlbrigge R. C., Kupper T. S. Skin infection generates non-migratory memory CD8+ T(RM) cells providing global skin immunity. Nature. 2012 Feb 29. 483(7388):227-31. Available at https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3437663/. DOI: 10.1038/nature10851
5. Владимиров Ю.А., Шерстнев М.П. Хемилюминесценция клеток животных. Итоги науки и техники. Биофизика. 1989. Т. 24. С. 171.
6. Colli L. Facchini, U. Guidotti, G. Lonati, R.D. Arsenigo, M. Sommariva, O. Experientia, 1955, Vol. 11. P. 479-481. Available at https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF02166829
7. Владимиров Ю.А. Литвин Ф.Ф. Исследование сверхслабых свечений в биологических системах. Биофизика.1959. T. 4, № 5. C. 601-605.
8. Владимиров Ю.А. Сверхслабые свечения при биохимических реакциях. 1966. Москва. Наука. 126 с.
9. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука. 1972. 252 c.
10. Тарусов Б.Н. Поливода А.И. Журавлев А.И. Изучение сверхслабой спонтанной люминесценции животных клеток. Биофизика. 1961. T. 6, № 4. C. 490-492.
11. Гасанов Р.А, Мамедов Т.Г. Тарусов Б.Н. Спонтанная и индуцированная биохемилюминесценция растений в аэробных и анаэробных условиях. Доклады АН СССР. 1963. T. 150, № 4. C. 913-915.
12. Vladimirov, Y.A. Intrinsic (low-level) chemiluminescence, in Free radicals. A practical approach, N.A. Punchard, F. J. Kelly, Editors. 1996, Oxford University Press: Oxford, New York, Tokyo. pp. 65-82.
13. Владимиров Ю.А. Свечение, сопровождающее биохимические реакции. Соровский образовательный журнал. 1999. № 6. С. 25-32. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25974839
14. Малинин В.С. Казаринов К.Д. Путвинский А.В. Механизм активации нейтрофилов крови человека импульсами электрического поля. Биофизика. 1996. Т. 41, вып. 4. С. 876-886.
15. Чеканов А.В., Панасенко О.М., Осипов А.Н., Казаринов К.Д. и др. Взаимодействие гипохлорита с гидропероксидом жирной кислоты приводит к образованию свободных радикалов. Биофизика. 2005. Т. 50, № 1. С. 13-19.
16. Магин Д.В. Измайлов Д.Ю. Попов И. Левин Г. Владимиров Ю.А. Фотохемилюминесценция как метод изучения антиоксидантной активности в биологических системах. Вопросы медицинской химии. 2000. T. 46, № 4. C. 61-66. URL: http://flatik.ru/fotohemilyuminescenciya-kak-metod-izucheniya-antioksidantnoj-a
17. Владимиpов Ю.А., Пpоcкуpнина Е.В., Измайлов Д.Ю. Кинетичеcкая xемилюминеcценция как метод изучения pеакций cвободныx pадикалов. Биофизика. 2011. Т. 56, № 6. C. 1081-1090. DOI: 10.1134/S0006350911060200
18. Шаров В.С., Владимиров Ю.А. Хемилюминесценция липосом, активированная редкоземельными ионами. Биофизика. 1982. Т. 27, вып. 2. С. 327-329.
19. Шаров В.С., Суслова Т.Б., Владимиров Ю.А. Изучение вклада липидных и водных радикалов в хемилюминесценцию при перекисном окислении липидов с помощью редкоземельных активаторов. Тезисы докладов I Всесоюзного биофизического съезда. М.: МГУ, 1982. Т. 3. С. 161-162.
20. Sharov V.S., Driomina E.S., Putvinsky A.V., Vladimirov Yu.A. Intrinsic and enhanced chemiluminescence accompanying lipid peroxidation. Journal of Bioluminescence and Chemiluminescence. 1991. Vol. 6, No. 4.PP. 282.
21. Лебедева О.В. Угарова Н.Н. Хемилюминесцентное определение глюкозы в сыворотке крови. Журнал аналитической химии. 1995. T. 50, № 10. C. 1110-1113.
22. Сафронова А.Б., Гапеев А.Б., Аловская А.А., Габдулхакова А.Г., Чемерис Н.К., Фесенко Е.Е. Миллиметровые волны ингибируют синергический эффект кальциевого ионофора А23187 и форболового эфира в активации респираторного взрыва нейтрофилов. Биофизика. 1997. Т. 42, вып. 6. С. 1267-1273.
23. Мудрик Д.Г., Голант М.Б., Извольская В.Е. и др. Исследование хемилюминесценции лейкоцитов крови человека после воздействия низкоинтенсивного электромагнитного поля крайне высокой частоты. Доклады 10-го российского симпозиума «Миллиметровые волны в медицине и биологии». М. ИРЭ РАН. 1995. С. 109-111.
24. Гапеев А.Б., Чемерис Н.К. Действие непрерывного и модулированного ЭМИ КВЧ на клетки животных. Вестник новых медицинских технологий. 2000. Т. 7, № 1. С. 20-25.
25. Гапеев А.Б., Якушина В.С., Чемерис Н.К., Фесенко Е.Е. Зависимость эффектов ЭМИ КВЧ от величины постоянного магнитного поля. Доклады Академии наук. 1999. Т. 369, № 3. С. 404-407.
26. Поцелуева М.М., Пустовидко А.В., Евтодиенко Ю.В., Храмов Р.Н., Чайлахян Л.М. Образование реактивных форм кислорода в водных растворах под действием электромагнитного излучения КВЧ-диапазона. Доклады Акдемии наук.1998. Т. 359, № 3. С. 415-418.
27. Поцелуева М.М., Чухлова Э.А., Медведев Б.И., Евтодиенко Ю.В. Условия оптимальной продукции активных форм кислорода полиморфноядерными лейкоцитами крысы. Биофизика. 1995. Т. 40, вып. 6. С. 1259-1264.
28. Khizhnjak E.P., Ziskin C. Temperature oscillation in liquid media caused by continuous (nonmodulated) millimeter wavelength electromagnetic irradiation. Bioelectromagnetics. 1996. V. 17. P. 223-229. DOI: 10.1002/(SICI)1521-186X(1996)17:3<223::AID-BEM8>3.0.CO;2-5
29. Kazarinov K.D., Putvinsky A.V., Malinin V.S. Interface Convection in Water as a Primary Mechanism of Extra High Frequency Irradiation. In: Electricity and magnetism in Biology and Medicine. Plenum publishing corporation. N.Y. 1999. P. 441 -444.
30. Маринов Б.С., Чайлахян Л.М. Регуляция активности супероксиддисмутазы сверхвысокочастотным излучением. Механизм действия СВЧ. Доклады Академии наук. 1997. Т. 357, № 6. С. 821-824.
31. Вакс В.Л., Домрачев Г.А., Родыгин Ю.Л., Селивановский Д.А., Спивак Е.И. Диссоциация воды под действием СВЧ излучения. Известия ВУЗов. Радиофизика. 1994. Т. 37, № 1. С. 149-154.
32. Шаров В.С. Казаринов К.Д. Андреев В.Е. Путвинский А.В. Бецкий О.В. Ускорение перекисного окисления липидов под действием электромагнитного излучения ММ диапазона. Биофизика. 1983. Т. 23, № 1. С.146-147.
33. Казаманов В.А. Шаров В.С. Путвинский А.В. Казаринов К.Д. Хемилюминометр. Приборы и техника эксперимента. 1989. № 1. С.243-244.
34. Петренко Ю.М., Рощупкин Д.И., Владимиров Ю.А. Кинетика взаимодействия закисного железа с окисленными липидами и возможность хемилюминесцентного определения гидроперекисей. Биофизика. 1975. Т. 20, № 4. С. 608-611.
35. Казаринов К.Д., Полников И.Г. Изучение биологческого действия микроволнового излучения с помощью хемилюминесцентного метода. Электронная техника. Сер.1. СВЧ-техника. 2010. № 2. С. 57-71.
36. Vlasova I.I., Mikhalchik E.V., Gusev A.A., Balabushevich N.G., Gusev S.A., and Kazarinov K.D. Extremely high frequency electromagnetic radiation promotes neutrophil antimicrobial activity. Bioelectromagnetics. February 2018. V. 39, Is. 2. Р. 144-155. DOI: 10.1002/bem.22103
37. Szabo I., Rojavin M.A., Rogers T.J., Ziskin M.C. Reactions of keratinocytes to in vitro millimeter wave exposure. Bioelectromagnetics, 2001, Vol. 22, No 5, pp. 358-364. Available at https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/bem.62. DOI: https://doi.org/10.1002/bem.62.
38. Alekseev S.I., Ziskin M.C. Enhanced absorption of millimeter wave energy in murine subcutaneous blood vessels. Bioelectromagnetics, 2011, Vol. 32, No 6, pp. 423-433. DOI: 10.1002/bem.20658 Available at https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3118398/
39. Gapeyev A.B., Safronova V.G., Chemeris N.K., Fesenko E.E. Inhibition of the production of reactive oxygen species in mouse peritoneal neutrophils by millimeter wave radiation in the near and far field zones of the radiator. Bioelectrochemistry Bioenergetics, 1997, Vol. 43, No 2, pp. 217-220. DOI: https://doi.org/10.1016/S0302-4598(96)05155-0. Available at https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0302459896051550.
40. Safronova V.G., Gabdoulkhakova A.G., Santalov B.F. Immunomodulating action of low intensity millimeter waves on primed neutrophils. Bioelectromagnetics, 2002, Vol. 23, No 8, pp. 599- 606. Available at https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/bem.10056. DOI: 10.1002/bem.10056.
41. Poniedzialek B., Rzymski P., Nawrocka-Bogusz H., Jaroszyk F., Wiktorowicz K. The effect of electromagnetic field on reactive oxygen species production in human neutrophils in vitro. Electromagnetic Biology and Medicine, 2013, Vol. 32, No 3, pp. 333-341. DOI: 10.3109/15368378.2012.721845.
42. Alekseev S.I., Ziskin M.C. Local heating of human skin by millimeter waves: A kinetics study. Bioelectromagnetics, 2003, Vol. 24, No 8, pp. 571-581.
43. Ziskin M.C. Millimeter Waves: Acoustic and Electromagnetic. Bioelectromagnetics. 2013, Vol. 34, No 1, pp. 3-14. Available at https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/bem.10137. DOI: https://doi.org/10.1002/bem.10137.
44. Tuschl H., Novak W., Molla-Djafari H. In vitro effects of GSM modulated radiofrequency fields on human immune cells. Bioelectromagnetics, 2006, Vol. 27, No 3, pp. 188-196. Available at https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/bem.20191. DOI: 10.1002/bem.20191.
45. Lantow M., Lupke M., Frahm J., Mattsson M.O., Kuster N., Simko M. ROS release and Hsp70 expression after exposure to 1,800MHz radiofrequency electromagnetic fields in primary human monocytes and lymphocytes. Radiation Environmental Biophysics. 2006, Vol. 45, No 1, pp.55-62. Available at https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00411-006-0038-3. DOI: 10.1007/s00411-006-0038-3.
46. Stankiewicz W., Dabrowski M.P., Kubacki R., Sobiczewska E., Szmigielski S. Immunotropic influence of 900MHz microwave GSM signal on human blood immune cells activated in vitro. Electromagnetic Biology and Medicine. 2006, Vol. 25, No 1, pp. 45-51. DOI: 10.1080/15368370600572961.
47. Sypniewska R.K., Millenbaugh N.J., Kiel J.L., Blystone R.V., Ringham H.N., Mason P.A., Witzmann F.A. Protein changes in macrophages induced by plasma from rats exposed to 35 GHz millimeter waves. Bioelectromagnetics. 2010, Vol. 31, No 8, pp. 656-663. DOI: 10.1002/bem.20598.