|
|
|
Acțiunea radiațiilor electromagnetice asupra animalelor
Dintre caracteristicile fizice ale mediului ambiant, pe primul loc, din punct de vedere al importanței pentru organisme, se situeaza radiațiile elecromagnetice, deoarece, așa cum s-a aratat la discutarea problemelor de bioenergetica, lumina reprezinta sursa primara de energie a intregii biosfere. In afara de aceasta, pentru toate organismele animale superioare și, in modul cel mai evident pentru om, lumina constituie suportul fizic al celei mai mari cantitați de informație senzoriala pe baza careia iși orienteaza viața. Pe de alta parte, unele radiații electromagnetice, atat existente in natura, cat și produse artificial, pot reprezenta fie un factor cu utilitate in biologie și medicina, fie un factor de risc.
In ceea ce privește natura radiațiilor electromagnetice, in prezent este unanim acceptat caracterul dualist al acestora : ele reprezinta atat unde ( adica propagarea in spațiu a unei mișcari oscilatorii ), cat și corpusculi - fotoni, a caror energie și impuls sunt proprii pentru fiecare radiație. Se sublinieaza faptul ca orice radiație electromagnetica este simultan atat unda, cat și corpuscul, dar ca in diferite fenomene se manifesta cu precadere fie unul, fie celalalt aspect. Astfel, toate fenomenele legate de propagarea radiației electromagnetice ( reflexie, refracție, interferența, difracție, polarizare ) pot fi ințelese referindu-se la unde, care provin de la o sursa, in timp ce pentru explicarea interacțiunii radiațiilor electromagnetice cu substanța ( efect fotoelectric, reacții fotochimice, impraștierea radiațiilor ) se impune considerarea aspectului corpuscular, deci referirea la un flux de fotoni.
Radiațiile electromagnetice au lungimi de aproximativ 10 ³ m pana la aproximativ 10 ¯¹¹ m, dar atat proprietațile lor fizice, cat și biologice sunt foarte diferite, in funcție de domeniul de lungimi de unda corespunzator.
Lumina are o multitudine de efecte atat asupra organismelor vegetale, cat și a celor animale. In regnul animal, lumina constituie principalul factor de orientare in spațiu a majoritații speciilor ( incepand chiar cu celenteratele și moluștele, la care se cosntata o sensibilitate dermatoptica), iar pentru vertebratele superioare este suportul material al celei mai mari cantitați de informație senzoriala.
O clasificare a radiațiilor, mai semnificativa pentru biologie decat distincția intre cele electromagnetice și corpusculare, este legata de efectele acestora asupra materiei. Astfel se deosebesc radiațiile ionizate, a caror energie este suficienta pentru a smulge un electron dintr-o structura moleculara de radiațiile neionizare, care nu pot realiza acest efect.
Absorbția radiațiilor ionizate de catre materia vie duce la efecte complexe, in cadrul carora se pot distinge mai multe faze :
a). reacțiile elementare, de durata foarte scurta ( 10 ¯¹¹ sec ), cosntand din ionizarea și excitarea atomilor sau moleculelor, urmate de reacții radiochimice, de formare a radicalilor liberi. Aceasta prima faza este foarte puțin influențata de variațiile de temperatura ;
b). reacțiile chimice, in care radicalii liberi și moleculele excitate reacționeaza fie intre ei, fie cu alte molecule. Viteza acestor reacții creste cu temperatura ( faza termosensibila ) și ele dureaza de la o frațiune de secunda pana la cateva ore.
c). in cazul materiei vii, urmeaza faza modificarilor funcției și structurilor celulare, care poate duce la leziuni observabile. Acest stadiu biologic poate dura pana la mai mulți ani.
Efectele iradierii structurilor biologice viriaza in funcție de constituenții moleculari ai structurii iradiate, de tipul de celula, țesut sau organ iradiat, de starea lor fiziologica, de specie și de treapta de dezvoltare filogenetica și ontogenetica.
Prin iradierea cu doze crescande a unei populații celulare menținuta in cultura, apar efecte masurabile in urmatoarea ordine :
- modificarea ratei de crestere : pentru doze mici, masa culturii celulare creste inițial, din cauza apariției unor celule uriașe, dupa care masa celulelor scade ;
- intarzierea mitozei pentru iradiere cu doze mai mici sau suprimarea mitozei la doze mai mari ;
- moartea celulara intarziata sau imediata : dupa o iradiere cu doze de cateva zeci de krad, se poate observa pierderea oricarei activitați metabolice sau moartea imediata a unei celule.
Iradierea accidentala are ca manifestari radiopatologice :
- afectarea organelor hematoportice, cu semne de aplazie medulara și modificari esențiale in hemograma : neutropenie, leucopenie, anemie, trombopenie ;
- radiodermite precoce sau tardive ;
- afectarea cristalinului prin dezvoltarea cataractei ;
- sterilitate feminina prin suprimarea menstruației și masculina prin azoospermie, manifestari temporare sau definitive, in funcție de doza ;
- afectarea dezvoltarii embrionului ( malformații ) ;
- cancerizarea .
Campurile electromagnetice interacționeaza cu sistemele biologice in masura in care energia electromagnetica este transferata membranei biologice-ținta. Intr-un cimp de microunde, componenții dipolari ai membranei ( cum sunt, de exemplu, lanțurile laterale ale aminoacizilor precum și apa legata asociata suprafeței celulare ) vor suferi o mișcare de orientare .
Un studiu relevant asupra elementelor figurate din sangele de mamifer este cel raportat de Liburdy și colaboratorii . Aceștia studiaza efectul temperaturii și oxigenarii asupra eritrocitelor de iepure și limfocitelor splenice de șobolan expuse la campuri de microunde de 2,45 GHz.
Se constata o creștere a transportului de Na ( sodiu ), indusa de microunde, dar numai in domeniul de temperatura de 17 - 19,5 s C, ce coincide cu domeniul tranziției structurale de faza a membranei eritrocitului. Saturarea membranei eritrocitului cu colesterol, care elimina tranziția de faza la temperatura respectiva, duce la anularea efectului observat. Aceasta observație sugereaza ca tranziția structurata de faza este critica pentru interacția membranei cu microundele.
In sistemele membranare biologice complexe, cum sunt eritrocitul și limfocitul, tranziția structurala de faza se observa cel mai frecvent prin schimbarea pantei in dreapta.
Se știe ca membrana plasmatica conține la suprafața sa receptori specializați la care se atașeaza liganzi specifici cum ar fi hormonii, peptidele și proteinele cu rol in declanșarea unei cascade de reacții biochimice - cascada traducerii de semnal - al carei rezultat final este creșterea și proliferarea celulara precum și alte procese celulare. Acțiunea microundelor asupra legarii superficiale a proteinelor de membrana ar insemna posibilitatea interferenței acestora in cascada traducerii de semnal, respectiv in caile de comunicare intra- și inter- celulare.
S-a pus problema daca și alte tipuri de celule sanguine, cu structura și funcții specifice, diferite de ale eritrocitului, raspund similar cu acesta la acțiunea microundelor. Limfocitul difera substanțial de eritrocit, fiind o celula nucleata iar membrana sa prezinta funcții specializate de transport și de legare a proteinelor receptoare.
Creierul mamiferelor este protejat de efectul prezenței substanțelor potențial nocive din sange prin existența așa - numitei bariera hemato - crebrala. Aceasta este o bariera hidrofoba, cu permeabilitate selectiva de catre moleculele mici, solubile in lipide. Și alte molecule, insolubile in lipide, cum ar fi glucoza, depașesc cu ușurința straturile celulare care formeaza aceasta bariera, folosindu-se de afinitatea lor pentru proteine. Dar cunostințele privind rolul adaptiv al barierei sunt departe de a fi complexe; exista un consens in a considera ca rolul ei nu se reduce doar la a impiedica accesul moleculelor polare ale substanțelor toxice la substanța celulara, ci de a servi ca sistem regulator care stabilizeaza și optimizeaza mediul fluid din spațiile intercelulare din creier. O bariera intacta și normal funcționala protejeaza creierul de distrugere, in timp ce disfuncția acesteia ( așa cum se intampla in crizele epileptice sau in hipertensiunea cu valori foarte ridicate ) permite influxul in țesutul cerebral a moleculelor hidrofile ( in mod normal blocarea putand conduce la edem cerebral, presiune intercraniala crescuta, afectarea ireversibila a creierului ).
Efecte asupra sistemului imunitar : Raspunsul imun este o noțiune folosita pentru a descrie reacția defensiva in fața unor substanțe straine sau a unor antigeni. In fața unei astfel de agresiuni, organismele superior organizate ale mamiferelor mobilizeaza in primul rand resursele imune non - specifice ale rezistenței naturale care acționeaza prin intermediul mecanismelor vasculare și celulare. Apare o reacție inflamatorie la nivel vascular care se datoreaza, in primul rand aminelor proinflamatorii ( histamine, serotonina ) produse de catre mastocite, a caror excitare este mediata de catre unii anticorpi.
La nivelul celular imunitatea naturala se leaga de fagocitoza care este realizata de catre neutrofilele polinucleare și de catre monocite sau macrofage. Neutrofilele polinucleare provin din celulele originare din maduva osoasa diferențiate prin segmentarea nucleului, prin imbogațirea cu enzime și prin atașarea de receptori destinați anticorpilor și componentei C3b a complementului. Monocitele sunt celule mari, apte de diviziune, avand timpi de viața lungi și prezentand o marcata predispoziție pentru acțiunea fagocitara.
Cand rezistența naturala nu este suficienta, se mobilizeaza imunitatea umorala dobandita și se ataca selectiv un anumit antigen, folosindu-se de mecanisme ce recunosc structurile moleculare specifice - așa-numiții determinanți antigenici. Aceasta imunitate este determinata in special de imunoglobuline formate din patru lanțuri polipentidice care, la una dintre extremitați cunoscuta sub numele de "regiunea variabila", prezinta o secvența de aminoacizi in funcție de anticorpul respectiv.
Efecte cromozomiale și genetice : O serie de investigații au dus la concluzia ca iradierea cu microunde poate duce la modificari cromozomiale. Aceste studii au aratat ca modificarile sunt in principal datorate stresului termic și nu efectiv campului electromagnetic de microunde. Desigur aceste modificari sunt privite ca disfuncții celulare generale, efectele "incalzirii" cu microunde sau cu alta metoda fiind aceleași. Aceasta afirmație este valabila pentru iradieri cu puteri destul de mari și efect termic imediat.
Pentru iradieri in camp electromagnetic la nivele atermice de densitați de putere dar un timp de iradiere suficient de indelungat, se pot produce modificari genetice cu efect evident mutagen asupra intregului țesut iradiat. Aberațiile cromozomiale pot fi astfel transmise pe cale genetica. Desigur, exista un optim de putere și frecvența pentru inducerea modificarilor cromozomiale.
Studiile facute pe țesuturi vii in vivo au dus la stabilirea unor tehnici care sa țina sub control acest efect. La nivel de țesut celular aparținand unui organ supus stresului de iradiere pot aparea modificari ale unor viruși care sa acționeze asupra acestui țesut in sens mutagen; acest efect este indirect și necontrolail.
Apare o ambiguitate privind efectul campului electromagnetic de microunde sau asupra sistemului mutagen celular, intrebarea fiind daca acesta produce sau nu in mod direct, modificari cromozomiale. Daca acestea sunt produse direct, se pune problema determinarii frecvenței și puterii acestui camp.
Cum efectele celulare care apar in urma iradierii cu camp electromagnetic sunt de natura termica, iar modificarile prin stres termic sunt controlabile se poate afirma ca in urma studiilor recente exista un prag de densitate de putere de 10 mW/cm ² pentru care microundele nu au efect mutagen prin nici unul dintre efectele secundare pe care le produc.
Bibliografie : CHOU C.-K, GUY A.W. : Effects of electromagnetic fields on isolated nerve and muscle preparation
JOHNSON C.C : Fiberoptic liquid crystal probed for absorbed radio
ROSS W.N. : Changes in absortion fluorescente, dichroism and birefringente in stained giant axons
TASAKI I., SISCO K. : Electrophsiological and optical methods for studying the excitability of nerve membrane
