Rat hematological parameters of subacute multifrequency electromagnetic next-generation cellular communications exposure

Full Text

Введение Электромагнитные поля диапазона мобильной сотовой связи в последнее время превратились в значимый постоянно растущий физический фактор окружающей среды. Сложившаяся электромагнитная обстановка не может не вызывать обоснованное беспокойство в связи с возможностью недооценки опасности этого фактора для здоровья человека. В современных условиях человек подвергается воздействию сложного сочетания модулированных электромагнитных полей (ЭМП) разных частот и интенсивностей, которое обусловлено массовым применением мобильных коммуникаций. Базовые станции сотовой связи по сравнению с другими источниками ЭМП работают круглосуточно на фоне постоянного увеличения их количества и интенсивности воздействия. Стремительное развитие мобильной связи способствовало тому, что существующие научные подходы просто не успевают оценить степень вредности действия ЭМП этих частот для человека. Следует заметить, что ЭМП может быть условно отнесены к категории физических факторов с не окончательно определенным риском воздействия. Проводимые в настоящее время изыскания биологического действия ЭМП сосредоточены на эпидемиологических обследованиях, исследованиях на добровольцах, экспериментах на лабораторных животных. Однако проблема получения полной картины биологической опасности ЭМП при сложной комбинации частот и сигналов различной интенсивности в диапазоне от 100 МГц до 5,5 ГГц, которую выявили в некоторых крупных европейских городах, пока остается нерешенной [1; 2]. Наибольший вклад (более 60 % от общего воздействия) в формирование электромагнитного фона в среде вносят базовые станции сотовой связи, работающие преимущественно на частотах 900, 1800, 2100 и 2600 МГц, тогда как облучение населения от радио- и телевещательных вышек является менее интенсивным. Важность эпидемиологических исследований, так же как и изучение действия ЭМП на животных, не подлежит сомнению, но в подавляющем числе случаев в лабораторных экспериментах используется, как правило, только одна частота или интенсивность. В связи с этим не так давно стало формироваться несколько новое направление - проведение исследований, которые в лабораторных условиях воспроизводят реальные условия биологического действия ЭМП при облучении сигналами нескольких частот (multiple frequencies) [3]. В то же время результаты лабораторных исследований биологического действия многочастотных ЭМП далеко неоднозначны. Изучение влияния ЭМП с частотами 1,5 и 4,3 ГГц по отдельности и в комбинации на когнитивные функции и структуру гиппокампа у самцов крыс Wistar показало, что комбинированное облучение на обеих частотах вызвало более серьезные когнитивные нарушения и повреждение ткани гиппокампа крыс, чем воздействие на одной частоте [4]. Одновременное облучение ЭМП беременных крыс и их родившегося потомство по 20 ч в день восьми различными сигналами на частотах 800 МГц; 2,0; 2,4; 2,5 и 5,2 ГГц не привело к каким-либо неблагоприятным последствиям на беременность или развитие крыс [5]. Экспериментальные исследования на лабораторных животных являются неотъемлемой частью разработки и обоснования безопасных уровней воздействия. Анализ литературных источников показал, что изучение гематологических показателей позволит оценить влияние ЭМП не только на процессы в органах кроветворения, но и уровень функциональной активности компенсаторно-приспособительных реакций организма животных в поддержании гомеостаза [6]. Цель исследования - изучить гематологические показатели крови самцов и самок крыс при подостром многочастотном электромагнитном облучении от систем сотовой связи, оценить характер и уровень отдаленных последействий. Материалы и методы Объектом исследований послужили половозрелые беспородные крысы (самцы и самки) линии Wistar массой 267 ± 32 г на начало эксперимента. Животные (48 крыс) были распределены на четыре группы по 12 крыс, которые составляли две серии с параллельным контролем. Экспериментальные группы животных, сформированные из самцов и самок крыс, подвергались многочастотному воздействию ЭМП с одинаковой величиной плотности потока энергии (ППЭ) 500 мкВт/см2 на частотах 3,5; 28 и 37 ГГц. Облучение проводили непрерывно по 23 ч в сутки в течение 30 дней, после чего крысы всех групп 30 дней находились в аналогичных условиях, но без воздействия ЭМП. Во время облучения животные пребывали в пластиковых радиопрозрачных клетках коллективного содержания и имели возможность свободного перемещения, доступ к корму и воде. Крысы всех групп содержались в условиях с поддерживаемым стандартным световым режимом: 9 ч освещения и 15 ч затемнения. Группа контроля содержалась в аналогичных с экспериментальными животными условиях за исключением воздействия ЭМП. Все работы с животными выполняли в соответствии с требованиями нормативно-правовых актов о порядке экспериментальной работы и гуманном отношении к животным. Во всех экспериментах для облучения животных использовалось стандартное оборудование базовых станций в служебном режиме стандарта 5G NR IMT-2020, обеспечивающего постоянный уровень ЭМП. Анализ периферической крови у животных обеих групп проводили на автоматическом гематологическом анализаторе BC-2800 Vet (Mindray, Китай) после декапитации через 30 дней после прекращения облучения и 30 дней спустя. Проверку на нормальность распределения данных проводили по критерию Шапиро - Уилка, статистическую обработку данных - по непараметрическому критерию Данна. Результаты и обсуждение В результате облучения животных на протяжении 30 дней такие показатели красной крови самцов крыс, как эритроциты (RBC), гемоглобин (Hb), гематокрит (HCT) и тромбоциты (PLT) демонстрировали тенденцию к повышению по сравнению с группой контроля. Противоположные изменения наблюдалась в крови самок крыс после 30-дневной экспозиции - прослеживалось тенденция к снижению этих показателей. Остальные гематологические параметры крови у животных обеих групп после облучения не имели существенных отличий от контрольной группы крыс (табл. 1). Таблица 1 Некоторые показатели красной крови крыс (самцы и самки) после 30-дневного сочетанного облучения ЭМП-частотами 3,5; 28 и 37 ГГц при ППЭ 500 мкВт/см2 Экспериментальные группы Показатели красной крови RBC (×1012/л) Hb, г/л HCT, % MCV, фл MCH, пкг MCHС, г/л RDW, % PLT, (×109/л) MPV, фл PDW Самцы Контроль 8,065 149 48,75 61,2 18,35 305 12,1 720 6,55 17,1 Опыт 9,575 183,5 58 61,35 19,4 313 12 1324 6 16,65 Самки Контроль 8,98 171 57,4 64,05 19,7 310 10,4 1236 5,85 16,85 Опыт 6,4 121 41,5 63,9 18,55 297,5 11,7 744,5 6 17 Table 1 Some indicators of the red blood of rats (males and females) after 30-days combined exposure to EMF at frequencies of 3.5, 28 and 37 GHz at energy flux density 500 μW/cm2 Experimental groups Indicators of red blood RBC (×1012/L) Hb, g/L HCT, % MCV, fL MCH, pg MCHС, g/L RDW, % PLT, (×109/L) MPV, fL PDW Males Control 8.065 149 48.75 61.2 18.35 305 12.1 720 6.55 17.1 Experience 9.575 183.5 58 61.35 19.4 313 12 1324 6 16.65 Females Control 8.98 171 57.4 64.05 19.7 310 10.4 1236 5.85 16.85 Experience 6.4 121 41.5 63.9 18.55 297.5 11.7 744.5 6 17 В лейкоцитарной формуле крови самцов и самок крыс все показатели не выходили за пределы значений контрольной группы, за исключением тенденции к повышению уровня гранулоцитов (GRAN) у самцов (табл. 2). В показателях красной крови у самцов и самок крыс спустя 30 дней после окончания облучения отмечалась тенденция к снижению уровня Hb в крови и статистически достоверное (p < 0,05) по сравнению с контролем падение среднего содержания (MCH) и средней концентрации (MCHC) Hb в RBC (табл. 3). Таблица 2 Лейкоцитарная формула крови крыс (самцы и самки) после 30-дневного сочетанного облучения ЭМП-частотами 3,5; 28 и 37 ГГц при ППЭ 500 мкВт/см2 Экспериментальные группы Показатели белой крови WBC, (×109/л) LYM (×109/л) MON (×109/л) GRAN (×109/л) LYM, % MON, % GRAN, % Самцы Контроль 3,5 2,6 0,1 0,85 71,2 3,25 25,65 Опыт 4,4 3 0,15 1,25 67,15 3,55 29,4 Самки Контроль 3,5 2,6 0,1 0,85 71,2 3,25 25,65 Опыт 3,05 2,15 0,1 0,8 70,7 3,7 25,85 Table 2 Leukogram blood of rats (males and females) after 30-days combined exposure to EMF at frequencies of 3.5, 28 and 37 GHz at energy flux density 500 μW/cm2 Experimental groups Indicators of white blood WBC, (×109/L) LYM (×109/L) MON (×109/L) GRAN (×109/L) LYM, % MON, % GRAN, % Males Control 3.5 2.6 0.1 0.85 71.2 3.25 25.65 Experience 4.4 3 0.15 1.25 67.15 3.55 29.4 Females Control 3.5 2.6 0.1 0.85 71.2 3.25 25.65 Experience 3.05 2.15 0.1 0.8 70.7 3.7 25.85 Таблица 3 Некоторые показатели красной крови крыс (самцы и самки) через 30 дней после 30-дневного сочетанного облучения ЭМП-частотами 3,5; 28 и 37 ГГц при ППЭ 500 мкВт/см2 Экспериментальные группы Показатели красной крови RBC, (×1012/л) Hb, г/л HCT, % MCV, фл MCH, пкг MCHС, г/л RDW, % PLT, (×109/л) MPV, фл PDW Самцы Контроль 9,11 152 53,4 58,75 16,75 284,5 11,7 1161,5 7,85 17,6 Опыт 8,67 106 50,4 58,25 16,8 286,5 11,7 1109 7 17,9 Самки Контроль 8,405 177 53,8 63,85 20,9 328,5 10,95 877,5 6,2 17 Опыт 8,32 126,5 51,4 62,15 15,55* 256,5* 10,9 1218,5 6,65 17,35 Примечание: * p < 0,05 относительно показателей контрольной группы. Table 3 Some indicators of the red blood of rats (males and females) after 30 days of 30-days combined exposure to EMF at frequencies of 3.5, 28 and 37 GHz at energy flux density 500 μW/cm2 Experimental groups Indicators of red blood RBC, (×1012/L) Hb, g/L HCT, % MCV, fL MCH, pg MCHС, g/L RDW, % PLT, (×109/L) MPV, fL PDW Males Control 9.11 152 53.4 58.75 16.75 284.5 11.7 1161.5 7.85 17.6 Experience 8.67 106 50.4 58.25 16.8 286.5 11.7 1109 7 17.9 Females Control 8.405 177 53.8 63.85 20.9 328.5 10.95 877.5 6.2 17 Experience 8.32 126.5 51.4 62.15 15.55* 256.5* 10.9 1218.5 6.65 17.35 Note: * p < 0.05 relative to the indicators of the control group. В лейкоцитарной формуле крови самок статистически достоверные изменения по сравнению с контрольной группой животных происходили в снижении содержания лейкоцитов (WBC) (p < 0,01), лимфоцитов (LYM) (p < 0,05) и повышении уровня моноцитов (MON) (p < 0,05). В остальные показателях белой крови животных (самцов и самок) каких-либо достоверных изменений относительно контроля не обнаружено (табл. 4). Таблица 4 Лейкоцитарная формула крови крыс (самцы и самки) через 30 дней после 30-дневного сочетанного облучения ЭМП-частотами 3,5; 28 и 37 ГГц при ППЭ 500 мкВт/см2 Экспериментальные группы Показатели белой крови WBC, (×109/л) LYM, (×109/л) MON, (×109/л) GRAN, (×109/л) LYM, % MON, % GRAN, % Самцы Контроль 4,6 3,2 0,15 1,15 67,2 3,4 29,85 Опыт 4,1 2,85 0,1 1,35 68,65 3,55 27,6 Самки Контроль 4,9 3,65 0,2 1,1 74,25 3,35 22,55 Опыт 2,55** 1,6** 0,15 0,85 61,5 5,15* 31,5 Примечание: * p < 0,05; ** p < 0,01 относительно показателей контрольной группы. Table 4 Leukogram blood of rats (males and females) after 30 days of 30-days combined exposure to EMF at frequencies of 3.5, 28 and 37 GHz at energy flux density 500 μW/cm2 Experimental groups Indicators of white blood WBC, (×109/L) LYM, (×109/L) MON, (×109/L) GRAN, (×109/L) LYM, % MON, % GRAN, % Males Control 4.6 3.2 0.15 1.15 67.2 3.4 29.85 Experience 4.1 2.85 0.1 1.35 68.65 3.55 27.6 Females Control 4.9 3.65 0.2 1.1 74.25 3.35 22.55 Experience 2.55** 1.6** 0.15 0.85 61.5 5.15* 31.5 Note: * p < 0.05; ** p < 0.01 relative to the indicators of the control group. Полученные в процессе проведенных экспериментов гематологические показатели свидетельствуют о влиянии многочастотного облучения ЭМП на систему крови животных. В некоторых публикациях приведены результаты исследований, соответствующие полученным данным. Облучение крыс Wistar ЭМП-частотой 900 МГц по одному часу в день ежедневно, 7 дней в неделю на протяжении 3 и 6 месяцев вызвало изменения в системе крови, заключающееся в снижении содержания RBC, WBC, PLT и уровня Hb с увеличением времени воздействия [7]. Определение гематологических показателей после облучения ЭМП с частотой 900 и 1800 МГц самцов белых мышей BALB/c по 15, 30 и 45 мин в день в течение двух недель показало снижение HCT, содержания Hb и RBC, а также количества PLT как после короткого, так и длительного воздействия [8]. Результаты, полученные после длительного облучения мышей линии Swiss Albino по 7 ч в день, 7 дней в неделю в течение 12 недель ЭМП с частотами 0,9 и 1,8 ГГц показали, что воздействие вызывает увеличение значений HCT, RBC и Hb в крови. Облучение также привело к снижению содержания WBC и величины MCHC в группах животных, подвергавшихся воздействию ЭМП-частотами 0,9 и 1,8 ГГц, а сравнение между группами показало, что уровень Hb у мышей в группах с 0,9 ГГц увеличивается, тогда как в группе с 1,8 ГГц, напротив, снижается. При этом обнаружено, что значения MCH у мышей в группе, подвергшейся воздействию 1,8 ГГц, снижаются, в то время как в группе с 0,9 ГГц увеличиваются. Величины MCV в группе мышей, подвергшейся воздействию 0,9 ГГц, увеличивались, в то время как в группе, подвергшейся воздействию 1,8 ГГц, снижались. Проверочный анализ крови мышей в контрольной группе показал, что гематологические параметры были в пределах нормального диапазона значений [9]. Таким образом, полученные в выполненных экспериментах результаты свидетельствуют о наличии влияния многочастотного облучения ЭМП с частотами 3,5; 28 и 37 ГГц при ППЭ 500 мкВт/см2 на систему крови, которое в наибольшей степени проявлялось после прекращения воздействия и зависело от пола животного. В ранее выполненном исследовании воздействия облучения от сотовых телефонов на гематологические показатели периферической крови, проведенном на добровольцах возрастом 18-26 лет, было установлено влияние на концентрацию Hb, величины MCH и HCT, содержание PLT, а также на лейкоцитарную формулу [10]. Помимо этого, были отмечены гендерные различия в виде прямой корреляционной зависимости между уровнем воздействия и содержанием RBC и HCT у мужчин и обратной корреляционной связью по HCT у женщин. Заключение В настоящее время в результате массового развития мобильных коммуникаций проблема мониторинга и оценки биологической опасности ЭМП становится все более актуальной в различных сферах производства и в быту. Основные направления исследования биологического действия ЭМП-частот мобильной связи в основном сосредоточены в области эпидемиологических обследований, а также лабораторных экспериментов на животных. Однако задача получения полной картины биологической опасности многочастотного ЭМП для всех составляющих поля и возможных частот излучения пока остается нерешенной, а отдельные эксперименты не охватывают все направления исследований в целом. Анализ публикаций и полученных данных экспериментальных исследований показывает, что ЭМП диапазона сотовой связи оказывает выраженное биологическое действие на систему крови животных, которое может расцениваться как адаптивная стимуляция процессов гемопоэза. Следует признать, что регистрируемые изменения в системе крови при действии многочастотного ЭМП не выходили за пределы компенсаторных, однако наличие подобных реакций может в дальнейшем вызвать срыв процессов адаптации и способствовать развитию патологических изменений в организме.

About the authors

Valentina S. Orlova

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: bte2005@mail.ru
SPIN-code: 8078-0470
Doctor of Biological Sciences, Professor of the Department of Environmental Security and Product Quality Management, Institute of Environmental Engineering 6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

Sergey Yu. Perov

Izmerov Research Institute of Occupational Health

Email: perov@irioh.ru
ORCID iD: 0000-0002-6903-4327

Doctor of Biological Sciences, Head of the Laboratory of Electromagnetic Fields

31 Budyonnogo Prospekt, Moscow, 105275, Russian Federation

Rano Z. Lifanova

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University); Izmerov Research Institute of Occupational Health

Author for correspondence.
Email: torazo-414@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8747-9856

postgraduate student, Department of Environmental Security and Product Quality Management, Institute of Environmental Engineering, Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University); research fellow, Izmerov Research Institute of Occupational Health

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation; 31 Budyonnogo Prospekt, Moscow, 105275, Russian Federation

Sergei A. Pinegin

State Scientific Center of the Russian Federation Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: serg.pineqin@gmail.com
postgraduate student, researcher fellow 76A Khoroshevskoe Shosse, bldg 34, Moscow, 123007, Russian Federation

References

Supplementary files