Роль структурированной, йодированной и омагниченной воды в изменении фоновой электрической активности одиночных мотонейронов спинного мозга крыс при экспериментальном гипотиреозе

Ключевые слова: структурированная вода, йодированная вода, омагниченная вода, фоновая активность, спинной мозг, мотонейроны, гипотиреоз 

Известно, что вода покрывает три четверти поверхности Земли. Она составляет значительную часть живого организма (60-70 % тела человека, 90% – растений). Форма её нахождения обусловливается соотношением давления и температуры, например: туман, облака, дождь, иней, град, снег [1]. Также известно, что вода является преобладающим компонентом содержания живой клетки (85 %), средний молекулярный вес равен 18; число молекул воды на единицу ДНК составляет 1, 2·10-7. Вода служит естественным растворителем для минеральных ионов и других веществ, а также дисперсионной средой, играющей важнейшую роль в коллоидной системе протоплазмы [2]. Вода – вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И. В. Петрянов свою научно-популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире” [8]. А доктор биологических наук  Б. Ф. Сергеев начал свою книгу  “Занимательная физиология” с главы о воде – “Вещество, которое создало нашу планету”. Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует  другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах. Почти 60% поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твёрдой водой – снегом и льдом – покрыто 20% суши. Из общего количества воды на Земле,  равного 1 млрд 386 млн кубических километров, 1 млрд 338 млн кубических километров  приходится на долю солёных вод мирового океана и только 35 млн кубических километров – на долю пресных вод. Всего количества океанической воды хватило бы на то, чтобы покрыть ею земной шар  слоем более 2,5 километров. На каждого жителя Земли  приблизительно приходится 0,33 кубических километров морской воды и 0,008 кубических километров пресной воды. Но трудность в том, что подавляющая часть пресной воды на Земле находится в таком состоянии, которое делает её труднодоступной для человека. Почти 70% пресных вод заключено в ледниковых  покровах полярных стран и в горных ледниках, 30% – в водоносных слоях под землёй, а в руслах всех рек содержатся всего лишь 0,006% пресных вод. Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников. Как известно, свойства химических соединений зависят от того, из каких элементов состоят их молекулы, и изменяются закономерно. Воду можно рассматривать как оксид водорода или как гидрид кислорода. 

Существуют девять устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее: ¹Н₂¹⁶О – 99,73%, ¹Н₂¹⁸О – 0,2%, ¹Н₂¹⁷О – 0,04%, ¹H²Н¹⁶О – 0,03%. Остальные пять изотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожно малых количествах. Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи О – Н  0,957 нм; валентный угол Н – О – Н  104^o 27'. Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от кислородного, электрические заряды в ней рассредоточиваются. Молекула воды полярна, что является причиной особого взаимодействия между разными её молекулами. Атомы водорода в молекуле воды, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул. Такая химическая связь называется водородной. Она объединяет молекулы воды в своеобразные полимеры пространственного строения. В водяном паре присутствует около 1%  димеров воды. Расстояние между атомами кислорода – 0,3 нм. В жидкой и твёрдой фазах каждая молекула воды образует четыре водородные связи: две – как донор протонов и две – как акцептор протонов. Средняя длина этих связей – 0, 28 нм, угол  Н – О – Н  стремится к 180º. Четыре водородные связи молекулы воды направлены приблизительно к вершинам правильного тетраэдра. Структура модификаций льда представляет собой трёхмерную сетку. В модификациях, существующих при низких давлениях, так называемый лёд-I , связи Н – О – Н  почти прямолинейны и направлены к вершинам правильного тетраэдра. Но при высоких давлениях обычный лёд можно превратить в так называемые  лёд-II, лёд-III и так далее – более тяжёлые и плотные кристаллические формы этого вещества. Самые твёрдые, плотные и тугоплавкие пока – лёд-VII  и  лёд-VIII. Лёд-VII получен под давлением 3 млрд Па, он плавится при  температуре + 190^оC. В модификациях – лёд-II – лёд-VI – связи Н – О – Н искривлены и углы между ними отличаются от тетраэдрического, что обусловливает увеличение плотности по сравнению с плотностью обычного льда. Только в модификациях лёд-VII и лёд-VIII достигается самая высокая плотность упаковки: в их структуре две правильные сетки, выстроенные из тетраэдров, вставлены одна в другую, при этом сохраняется система прямолинейных водородных связей. Трёхмерная сетка водородных связей, построенная из тетраэдров, существует и в жидкой воде, во всём интервале от температуры плавления до критической температуры, равной + 3,98^оС. Увеличение плотности при плавлении, как и в случае плотных модификаций льда, объясняется искривлением водородных связей. Искривление водородных связей увеличивается с ростом температуры и давления, что ведёт к возрастанию плотности. С другой стороны, при нагревании средняя длина водородных связей становится больше, в результате чего плотность уменьшается. Совместное действие двух фактов объясняет наличие максимума плотности воды при температуре + 3, 98^оС. 

Тело человека почти на 63 – 68 % состоит из воды. Почти все биохимические реакции в каждой живой клетке – это реакции в водных растворах. С водой  удаляются из нашего тела ядовитые шлаки; вода, выделяемая потовыми железами и испаряющаяся с поверхности кожи, регулирует температуру нашего тела. Представители животного и растительного мира содержат такое же обилие воды в своих организмах. Меньше всего воды, лишь 5 – 7% веса, содержат некоторые мхи и лишайники. Большинство обитателей земного шара и растения состоят более чем на половину из воды. Например, млекопитающие содержат 60 – 68 %; рыбы – 70 %; водоросли – 90 – 98 % воды [3, 4, 9].

Имеется ещё один вид воды, отличающийся по физическим свойствам от обычной, – это омагниченная вода (ОМВ). Такую воду получают с помощью магнитов, вмонтированных в трубопровод, по которому течет вода. ОМВ изменяет свои физико-химические свойства: скорость химических реакций в ней увеличивается, ускоряется кристаллизация растворённых веществ, увеличивается слипание твёрдых частиц примесей и выпадение их в осадок с образованием крупных хлопьев (коагуляция). Омагничивание успешно применяется на водопроводных станциях  при большой мутности забираемой воды. Она позволяет также быстро осаждать загрязненные промышленные стоки. С биологической точки зрения ОМВ является биогенным фактором, стимулирующим мочеотделение, снижение артериального давления, изменение фармакологического действия ряда лекарств и других закономерностей протекания процессов в живом организме [5,15 – 17, 21]. 

Особенностями структурированной (талой) воды (СВ) является то, что она свободно диффундирует через клеточную мембрану, способствуя быстрому проникновению внутрь клетки растворённых в ней веществ [6, 7, 20]. Йодированная вода (ИВ) обладает широким спектром действия на самые разнообразные процессы в живом организме, что отражено в ряде научных исследований [19, 22, 23]. На данном историческом этапе одним из широко распространённых патологий человеческого организма является дисфункция щитовидной железы, гипотиреоз, вызванная дефицитом йода в организме [18]. Исходя из вышеперечисленных особенностей биогенных факторов и актуальности патологии, в сериях научных исследований проведено изучение влияния данных физических факторов на изменение фоновой электрической активности (ФА) одиночных мотонейронов (МН) спинного мозга (СМ) крыс в норме и в условиях экспериментального гипотиреоза (ГПТ) как в отдельности, так и в их сочетании.

Материал и методы 

Эксперименты были поставлены на 50 крысах-самцах массой 200 – 220 г, разделённых на 9 подопытных групп: первая – 5 животных, получавших обычную водопроводную воду по 20 мл в сутки в течение 6 месяцев, каждое животное индивидуально; вторая – 5 животных, получавших в течение 6 месяцев ОМВ по 20 мл в сутки; третья – 5 животных, получавших в течение 6 месяцев СВ по 20 мл в сутки; четвёртая – 5 животных, получавших в течение 6 месяцев ИВ по 20 мл в сутки; пятая – 5 животных с ГПТ, получавших в течение 6 месяцев обычную водопроводную воду по 20 мл в сутки; шестая – 5 животных с ГПТ, получавших в течение 6 месяцев ОМВ по 20 мл в сутки; седьмая – 5 крыс с ГПТ, получавших в течение 6 месяцев СВ по 20 мл в сутки; восьмая – 5 крыс с ГПТ, получавших в течение 6 месяцев ИВ по 20 мл в сутки; девятая – 10 крыс с ГПТ, получавших в течение 6 месяцев сочетанный комплекс ОМВ – 5 мл, СВ – 10 мл и ИВ – 5 мл в сутки, каждое животное индивидуально. Гипотиреоз вызывался путём удаления 2/3 щитовидной железы, с сохранением паращитовидных желёз. Омагничивание, структурирование и йодирование воды проводилось посредством специальной установки. После проведения индивидуальных клинических наблюдений и завершения дачи препаратов на всех 9 группах подопытных животных были поставлены электрофизиологические эксперименты. Микроэлектрофизиологическими методами производили регистрацию ФА одиночных МН СМ, на компьютере, в режиме on - line. Анализ ФА одиночного МН производили посредством специального комплекса компьютерных программ, обеспечивающих в режиме on-line селекцию спайков посредством амплитудной дискриминации спайка и последующим построением куммулятивной и суммарной импульсных гистограмм для выбора

 Рис. 1. Куммулятивные (а) и суммированные (в) пре- и постстимульные гистограммы внеклеточной фоновой активности одиночного мотонейрона  вентрального рога спинного мозга крыс, получавших обычную водопроводную воду (1, а, б, в); одиночного мотонейрона вентрального рога спинного мозга крыс, получавших в течение 6 месяцев омагниченную воду (2, а, б, в); одиночного мотонейрона вентрального рога спинного мозга у животных, получавших в течение 6 месяцев структурированную воду (3, а, б, в) и одиночного мотонейрона вентрального рога спинного мозга крыс, получавших в течение 6 месяцев йодированную воду (4, а, б, в). Глубина отведения 4 мотонейронов – 1300 микрон.

На «а»: ордината – число импульсов до и после стимуляции нерва, абсцисса – время регистрации импульсного потока; на «б»: картина импульсного потока после стимуляции нерва в избранном интервале времени; на «в»: ордината – процент импульсов (в бинах) от числа проб, абсцисса – последовательность бинов

Рис. 2. Куммулятивные (а) и суммированные (в) пре - и постстимульные гистограммы внеклеточной фоновой активности одиночного мотонейрона вентрального рога спинного мозга у животных с гипотиреозом, получавших в течение 6 месяцев обычную водопроводную воду (1, а, б, в); одиночного мотонейрона вентрального рога спинного мозга у животных с гипотиреозом, получавших в течение 6 месяцев омагниченную воду (2, а, б, в); одиночного мотонейрона вентрального рога спинного мозга у животных с гипотиреозом, получавших в течение 6 месяцев структурированную воду (3, а, б, в); одиночного мотонейрона вентрального рога спинного мозга у животных с гипотиреозом, получавших в течение 6 месяцев йодированную воду (4, а, б, в); одиночного мотонейрона вентрального рога спинного мозга у животных с гипотиреозом, получавших в течение 6 месяцев сочетанный комплекс омагниченной, структурированной и йодированной воды (5, а, б, в). Глубина отведения 5 мотонейронов – 1300 микрон.

На «а»: ордината – число импульсов до и после стимуляции нерва, абсцисса – время регистрации импульсного потока; на «б»: картина импульсного потока после стимуляции нерва в избранном интервале времени; на «в»: ордината – процент импульсов (в бинах) от числа проб, абсцисса – последовательность бинов

необходимого режима записи ФА одиночного MН СМ. Отведение ФА исследуемых МН проводили стеклянными микроэлектродами с диаметром кончика 1 – 2 мк, заполненных 2М раствором NaCl, стереотаксически ориентированными в дорсовентральном направлении в сером веществе передних рогов поясничного отдела СМ в области МН (IX пластина по Рекседу). Последующий анализ ФА осуществляли по алгоритму, подробно описанному в наших предыдущих статьях [10, 11].

Результаты и обсуждение

На рис. 1 приведены примеры куммулятивных (1 – 4, а, б) и суммированных (1 – 4, в) престимульных и постстимульных гистограмм ФА одиночного МН СМ животных первых четырех групп. На рис. 2 приведены примеры куммулятивных (1 – 5, а, б) и суммированных (1 – 5, в) престимульных и постстимульных гистограмм ФА одиночного МН СМ животных  следующих пяти групп. 

Как видно из рис. 1, у животных, получавших биогенные стимуляторы (2 – 4, а, б, в) картина ФА одиночного МН представлена усиленным типом регулярного разряда МН; в особенности эффект усиления регулярного разряда МН наблюдается у животных, получавших ИВ (4, а, б, в), по сравнению с животными, получавшими обычную водопроводную воду (1, а, б, в). Из рис. 2 следует, что при экспериментальной дисфункции щитовидной железы ГПТ наблюдается закономерность перехода регулярного типа разряда МН в патологический (пачечный) разряд МН (1, а, б, в) у животных, получавших обычную водопроводную воду. У животных с ГПТ, получавших ОМВ (2, а, б, в), наблюдается постепенная нормализация картины ФА МН, но сохраняется пачечный тип разряда МН. У животных с ГПТ, получавших СВ, наблюдается картина ФА МН почти аналогичная картине ФА МН у животных с ГПТ, получавших ОМВ (3, а, б, в). У животных с ГПТ, получавших ИВ, происходит более выраженная нормализация картины ФА МН по сравнению с животными с ГПТ, получавшими ОМВ и СВ (4, а, б, в). Наиболее резкая картина нормализации ФА МН наблюдается у животных с ГПТ, с явлением обратного перехода пачечного типа разряда МН в регулярный тип разряда МН, получавших сочетанный комплекс ОМВ, СВ и ИВ в определённых  дозировках (5, а, б, в).

Учитывая результаты ранее проведённых исследований по изучению действия СВ и  ИВ [12 – 14], а также данные проведенного нами исследования, высказывается предположение о протекторном действии cочетанного комплекса СВ, ИВ и ОМВ  на фоновую активность одиночных мотонейронов спинного мозга при гипотиреозах. 

Поступила 17.04.09

Литература

1. Гаврюченков Ф. Г., Курочкин М. И., Потехин А. А., Рабинович В. А. Химия. Справочное руководство. Л., 1975, с. 20.
2. Де Робертис Э., Новинская В., Саэс Ф. Биология клетки. 1967, с. 35 – 37.
3. Кнунянц. И. Л. Химическая энциклопедия. т.  1., М., 1988, с. 209.
4. Крицман В. А., Станцо В. В. Энциклопедический словарь юного химика. М., 1982, с. 24 – 28.   
5. Мамаев В. А., Мухин Ю. В., Кромм Д. С. Врачеватели древности: экскурс в историю. М., 1988, с. 12 – 17.
6. Матинян Л. А., Киприян Т. К., Хачатрян Т. С. Сравнительное изучение изменений частоты сердечного ритма у крыс при действии обыкновенной йодированной и йодированной талой воды. Ж. Вестник МАНЭБ, 2006, вып. 2, т. 11, 6, с. 176 – 177.
7. Матинян Л. А., Нагапетян Х. О., Киприян Т. К., Авакян А. Э., Хачатрян Т. С. Особенности влияния структурированной воды на электрокардиограмму крыс в норме и при экспериментальном гипотиреозе. Ж. Вестник МАНЭБ, 2007, т. 12, 4, с. 184 – 186.
8. Петрянов И.В. Самое необыкновенное вещество в мире. М.,  1975, с. 3 – 17.
9. Спенглер О.А. Слово о воде. Л., 1980.
10. Хачатрян Т. С. Действие лидазы и тироксина на фоновую электрическую активность одиночных пирамидных нейронов коры больших полушарий крыс. Биол. журн. Армении, 2007, т. 59, 3 – 4 , с. 198 – 202.
11. Хачатрян Т. С. Протекция тироксином изменений вызванной активности повреждённых травмой одиночных мотонейронов спинного мозга крыс. Биол. журн. Армении, 2008,  т. 60, 3,с. 64 – 67.
12. Bulliyya G., Dwibedi B., Mallick G., Sethy P. G., Kar S. K. Determination of iodine nutrition and community knowledge regarding iodine deficiency disorders in selected tribal blocks of Orissa, India. J. Pediatr. Endocrinol. Metab., 2008,  21, v. 1, p. 79 – 87.
13. Curnow P., Booth T. G. The transition state for integral membrane protein folding. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2009,  106, v. 3, p. 773 – 778.
14. Guilherme M. R., Moia T. A., Reis A. V., Paulino A. T., Rubira A. F., Mattoso L. H., Muniz E. C., Tambourqi E. B. Synthesis and water absorption transport mechanism of a pH-sensitive polymer network structured on vinyl-functionalized pectin. J. Biomacromolecules, 2009,  10, v. 1, p. 190 – 196.
15. 15.Isai K., Suwa M., Watarai H. Pulsed magnetic field faraday imaging of diamagnetic liquids. J. Anal. Sci., 2009, ¹25, v. 1, p. 1 – 3.
16. Jacob M., Sutton B. P. Algebraic decomposition of fat and water in MRI. J. IEEE Trans. Med. Imaging, 2009,  28, v. 2, p. 173 – 184.
17. Larsson E. M. Movement of water molecules and blood flow show the details of brain. J. Lakartidningen, 2008,  105, v. 47, p. 3430 – 3436.
18. Laukarrinen J., Koobi P., Kalliovalkama J., Sand J., Mattila J., Turjanmaa V., Porsti I., Nordback I. Bile flow to the duodenum is reduced in hypothyreosis and enhanced in hyperthyreosis. J. Neurogastroenterol. Motil., 2002,  14, v. 2, p. 183 – 188.
19. Li S. M., Zhang G. H., Sun F., Wang P. H., Zhang Z. Z., Li X. W., Li S. H. Field study on the change of urinary iodine levels among family members with iodine content of 5 - 150 microg/L in drinking water before and after non-iodized salt intervention. J. Zhonghua Liu Xing Bing Xue Za Zhi (China), 2008,  29, v. 8, p. 767 – 770.
20. Lombardo T. G., Giovambattista N., Debenedetti P. G. Structural and mechanical properties of glassy water in nanoscale confinement. J. Faraday Discuss., 2009,  141, p. 359 – 376.
21. Mellon E. A., Beesam R. S., Kasam M., Baumgardner J. E., Borthakur A., Witschey W. R. Jr., Reddy R. Single shot T1rho magnetic resonance imaging of metabolically generated water in vivo. J. Adv. Exp. Med. Biol., 2009,  645, p. 279 – 286. 
22. Ren Q., Fan J., Zhang Z., Zheng X., Delong G. R. An environmental approach to correcting iodine deficiency: supplementing iodine in soil by iodination of irrigation water in remote areas. J. Trace Elem. Med. Biol., 2008,  22, v. 1, p. 1 – 8.
23. Weng H. X., Yan A. L., Hong C. L., Qin Y. C., Pan L., Xie L. L. Biogeochemical transfer and dynamics of iodine in a soil-plant system. J. Environ. Geochem. Health, 2008,  18, p. 10 – 16.

Вопросы, ответы, комментарии