Ученые выяснили, что магнитные поля с частотой, равной частоте сердечных сокращений у эмбрионов рыб данио-рерио, а также на 10% выше или ниже ее, на 6–15% ускоряют сердцебиение зародышей. Все исследованные частоты магнитного поля приводили к одному и тому же эффекту, а это значит, что они активируют в клетках сердца одинаковые механизмы контроля сердечного ритма. Обнаруженные закономерности можно использовать при исследовании природы сердечно-сосудистых заболеваний и поиска препаратов для их лечения. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology.
Магнитные поля крайне низкой частоты — в миллионы раз меньшей, чем в медицинских томографах — влияют на поведение рыб, а также функционирование их организма, например, развитие и работу головного мозга, сердца и других органов. Такие поля могут встречаться вблизи приборов, преобразующих электрическую энергию (в естественных водоемах это могут быть электродвигатели лодок и кораблей, в лабораториях — магнитные мешалки и другие устройства). Однако до сих пор не до конца ясны механизмы, благодаря которым магнитные поля воздействуют на работу различных органов и систем рыб, в частности, сердечно-сосудистой системы.
Исследователи из Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН (Москва) и Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН (Борок) определили, что низкочастотные магнитные поля, близкие по частоте к сердечным сокращениям, позволяют «управлять» сердечным ритмом у эмбрионов данио-рерио.
Авторы провели эксперименты с двух-, трех- и четырехдневными зародышами. Эмбрионы поместили в чашки Петри и измерили частоту их сердечных сокращений. Затем рыб переместили в устройство, генерирующее магнитные поля контролируемых частот. Исследователи выбрали три частоты поля: соответствующую частоте сердечных сокращений рыб, на 10% выше, а также на 10% ниже ее. Такие условия должны были позволить авторам определить, сможет ли частота магнитного воздействия стать «водителем» сердечного ритма у рыб. После пребывания в магнитных полях у данио-рерио повторно измерили частоту сердечных сокращений.
Оказалось, что под действием всех исследованных частот магнитного поля у эмбрионов на 6–15% увеличилась частота сердечных сокращений, то есть возникла тахикардия. При этом наиболее чувствительными к действию поля оказались самые молодые эмбрионы — возрастом в двое суток.
Неожиданным оказалось то, что магнитное поле частотой на 10% ниже частоты сердечных сокращений рыб тоже привело к тахикардии, а не, наоборот, к замедлению сердцебиения. Это значит, что магнитное поле напрямую не служит сигналом, определяющим сердечный ритм. Вероятно, оно действует косвенно — запуская в клетках сердечной мышцы цепочки химических реакций и сигнальных молекул, которые приводят исключительно к учащению сердцебиения. В частности, авторы предполагают, что магнитные поля влияют на окислительно-восстановительные реакции на биологических мембранах. Подтвердить такие эффекты позволят дальнейшие исследования биохимических процессов в клетках при воздействии магнитных полей.
«Установленное нами влияние магнитных полей можно использовать при моделировании сердечных заболеваний у данио-рерио, в частности тех, что сопровождаются тахикардией. Такие модели важны для проверки эффективности соответствующих лекарств, а предложенный простой и обратимый способ неинвазивно, без добавления химических препаратов ускорять сердечный ритм эмбрионов упростит процедуру. В дальнейшем мы планируем подробнее исследовать молекулярные механизмы, которые запускаются под действием низкочастотных магнитных полей и приводят к тахикардии», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Вячеслав Крылов, доктор биологических наук, заведующий лабораторией популяционной биологии и генетики Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН.