Научная тема: «ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА С КОЖЕЙ: ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ»
Специальность: 03.01.02
Год: 2013
Отрасль науки: Биологические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Определены диэлектрические свойства разных слоев кожи.
  2. Рассчитаны глубина проникновения ММВ в многослойную кожу и распределение плотности мощности в разных слоях кожи.
  3. Показано, что наличие в растворе и коже объектов и структур с электрическими свойствами, отличными от среды (термопара, пузырек воздуха в растворе, пора или волос в коже), приводит к заметному искажению распределения Е-поля и удельной поглощаемой мощности (УПМ) в области расположения этих объектов и структур. На границе раздела между объектом и средой возникают высокие градиенты Е-поля.
  4. На основе теоретического анализа выяснено, что селективное поглощение энергии ММВ осуществляется кровеносными сосудами кожи, ориентированными параллельно Е-полю. В кровеносных сосудах мышей, пронизывающих нормально жировой слой и ориентированных параллельно Е-полю, имеет место значительное поглощение энергии ММВ, которое может более чем в 30 раз превышать УПМ в окружающей ткани.
  5. Показано, что локальный нагрев кожи падает с уменьшением размеров луча, излучаемого антенной, с увеличением перфузии крови и с уменьшением частоты облучения. На основе теоретического анализа различных моделей теплопроводности выяснено, что экспериментальные данные по нагреву кожи наилучшим образом описываются с помощью гибридного уравнения биотеплопроводности. Несмотря на то, что ММВ поглощаются в тонком слое кожи (δ∼0,6 мм при 42 ГГц), тепло проникает глубоко в ткань, достигая мышцы.
  6. Предложен новый метод определения диэлектрических свойств кожи и фантомов, основанный на измерении кинетики нагрева во время ММВ-облучения.
  7. Наиболее практичным методом в дозиметрии ММВ является определение УПМ по начальной скорости нагрева кожи. Для точного определения УПМ необходимо экспериментальную кинетику аппроксимировать гибридным уравнением биотеплопроводности.
  8. Показано, что изменения емкости и проводимости бислойных липидных мембран (БЛМ) в отсутствие или в присутствии модификаторов не зависят от частоты облучения в диапазоне 54-76 ГГц и вызваны тепловым действием ММВ. Изменения параметров токов потенциалозависимых быстрых калиевых и кальциевых каналов в нейрональных мембранах, вызванные ММВ-облучением, также объясняются тепловым эффектом ММВ.
  9. Выявлен хорошо воспроизводимый эффект микроволнового облучения (0,9 ГГц) на проводимость модифицированных БЛМ. Резкое изменение проводимости БЛМ объясняется повышенной концентрацией Е-поля и УПМ в мембраноформирующем отверстии в тефлоновой перегородке, и как следствие, значительным повышением температуры в этом отверстии.
  10. Показано, что скорость роста температуры при ММВ-облучении играет определяющую роль в эффекте торможения электрической активности (ЭА) пейсмекерного нейрона прудовика.
  11. Показано, что ММВ-облучение лапы мышей приводит к эффекту гипоалгезии. Деиннервация облучаемой лапы путем перерезки седалищного нерва вызывает полное устранение эффекта гипоалгезии, тем самым демонстрируя участие в эффекте гипоалгезии периферической нервной системы.
  12. Выявлены два типа эффектов ММВ на ЭА икроножного нерва мыши при облучении лапы в рецептивном поле нерва. Во-первых, облучение рецептивного поля нерва приводит к торможению ЭА. Во-вторых, непосредственно после выключения облучения наблюдается динамическое увеличение ЭА. Эффект торможения ЭА объясняется ответом холодовых рецепторов на нагрев рецептивного поля нерва. Статистически достоверное торможение ЭА наблюдается при облучении с интенсивностями, вызывающими гипоалгезию, т.е. в первичной рецепции ММВ-облучения могут участвовать холодовые рецепторы кожи. Механизм, лежащий в основе эффекта динамического увеличения ЭА, не укладывается в рамки теплового. Предполагается, что в основе этого эффекта лежит дегрануляция тучных клеток.
Список опубликованных работ
Список публикаций по теме диссертации в рецензируемых журналах

1.Тяжелов ВВ, Алексеев СИ, Григорьев ПА: Изменение проводимости фосфолипидных мембран, модифицированных аламетицином, под действием высокочастотного электромагнитного поля. Биофизика 23 (4): 732-733, 1978.

2.Алексеев СИ, Тяжелов ВВ, Григорьев ПА, Сидень ГИ: Некоторые особенности микроволнового действия на бислойные мембраны, модифицированные грамицидином. Биофизика 25(4): 735-736, 1980.

3.Алексеев СИ, Тяжелов ВВ, Фаизова ЛХ, Чертищев ВВ: Влияние высокочастотного электромагнитного поля на транспорт тетрафенилбората через бислойные липидные мембраны. Биофизика 27(1): 162-163, 1982.

4.Алексеев СИ, Чертищев ВВ, Ким ЮА: К механизму микроволнового действия на проводимость бислойных липидных мембран. Биофизика 3: 545-546, 1982.

5.Акоев ИГ, Тяжелов ВВ, Коломыткин ОВ, Алексеев СИ, Григорьев ПА: Исследование механизма действия микроволн на модельные мембранные системы. Известия АН СССР, серия биологическая, No. 1: 41-52, 1985.

6.Алексеев СИ, Ильин ВИ, Тяжелов ВВ: Влияние электромагнитного излучения в дециметровом диапазоне длин волн на кальциевый ток нейронов моллюска. Биофизика 31(2): 264-268, 1986.

7.Большаков МА, Алексеев СИ: Изменение электрической активности пейсмекерных нейронов прудовика в зависимости от скорости их нагрева. Биофизика 31(3): 521-523, 1986.

8.Большаков МА, Алексеев СИ: Влияние импульсного микроволнового облучения на электрическую активность нейронов моллюсков. Известия АН СССР, серия биологическая, No. 2:312-314, 1987.

9.Zaykin AV and Alekseev SI: Determination of surface charge near the fast potassium channels in neurons of Lymnaea Stagnalis. Studia Biophys., Vol. 128, No. 2, 105-112, 1988.

10.Алексеев СИ, Ильин ВИ, Зайкин АВ: Температурные зависимости кальциевого тока нейронов моллюска. Известия АН СССР, серия биологическая, No. 2: 276-283, 1988.

11.Зайкин АВ, Алексеев СИ: Кинетическое исследование инактивации быстрого калиевого тока в нейронах прудовика. Биол. Мембраны 6(9): 966-976, 1989.

12.Bol´shakov MA and Alekseev SI: Bursting responses of Lymnaea neurons to microwave radiation. Bioelectromagnetics 13:119-129, 1992.

13.Alekseev SI and Zaykin AV: A Kinetic Study of A-type Current Inactivation in Lymnaea Neurons. Biochim Biophys Acta 1148:97-107, 1993.

14.Алексеев СИ: Активация быстрого калиевого тока в нейронах Lymnaea Stagnalis. Биол Мембраны 10(5): 494-508, 1993.

15.Захарова НМ, Алексеев СИ, Жадин МН: Воздействие СВЧ- излучения на спонтанную импульсную активность переживающих срезов коры мозга. Биофизика 38(3), 520-523, 1993.

16.Alekseev SI and Ziskin, MC: Millimeter microwave effect on ion transport across lipid bilayer membranes. Bioelectromagnetics 16: 124-131, 1995.

17.Alekseev SI, Ziskin MC: Two types of A-channels in Lymnaea neurons. J. Membrane Biol 146: 327-341, 1995.

18. Alekseev SI , Ziskin MC, Kochetkova NV, Bolshakov MA: Millimeter waves thermally alter the firing rate of the Lymnaea pacemaker neuron. Bioelectromagnetics 18: 89-98, 1997.

19. Alekseev SI, Alekseev AS, Ziskin MC: Effects of alcohols on A-type K+ currents in Lymnaea neurons. J Pharm Experimental Therapeutics 281, No 1, 84-92, 1997.

20.Alekseev SI and Ziskin MC: Effects of millimeter waves on ionic currents of Lymnaea neurons. Bioelectromagnetics , 20, 24-33, 1999.

21.Radzievsky AA, Rojavin MA, Cowan A, Alekseev SI, Ziskin MC: Hypoalgesic effect of millimeter waves in mice: Dependence on the site of exposure. Life Sciences, 66(21), 2101-2111, 2000.

22.Alekseev SI and Ziskin MC: Reflection and absorption of millimeter waves by thin absorbing films. Bioelectromagnetics, 21, 264-271, 2000.

23.Alekseev SI, Ziskin MC, Kochetkova NV: Effects of millimeter wavelength electromagnetic radiation on neurons: electrophysiological study. Crit Rev Biomed Eng 28(5-6), 52-59, 2000.

24.Radzievsky AA, Rojavin MA, Cowan A, Alekseev SI, Radzievsky AA Jr, Ziskin MC: Peripheral neural system involvement in hypoalgesic effect of electromagnetic millimeter waves. Life Sci 68(10), 1143-1153, 2001.

25.Alekseev SI and Ziskin MC: Millimeter wave power density in aqueous biological samples. Bioelectromagnetics, 22(4), 288-291, 2001.

26.Alekseev SI and Ziskin MC: Distortion of millimeter-wave absorption in biological media due to presence of thermocouples and other objects. IEEE Trans Biomed Eng 48 (9), 1013-1019, 2001.

27.Alekseev SI and Ziskin MC: Local heating of human skin by millimeter waves: A kinetics study. Bioelectromagnetics, 24(8), 571-581, 2003.

28.Radzievsky AA, Gordiienko OV, Szabo I, Alekseev SI, Ziskin MC: Millimeter wave-induced suppression of B16 F10 melanoma growth in mice: involvement of endogenous opioids. Bioelectromagnetics, 25(6), 466-473, 2004.

29.Szabo I, Alekseev SI, Acs G, Radzievsky AA, Logani MK, Makar VR, Gordiienko OR, Ziskin MC: Destruction of cutaneous melanoma with millimeter wave hyperthermia in mice. IEEE Trans Plasma Sci, 32(4), 1653-1660, 2004.

30.Radzievsky AA, Gordiienko O, Cowan A, Alekseev SI, Ziskin MC: Millimeter-wave-induced hypoalgesia in mice: dependence on type of experimental pain. IEEE Trans Plasma Sci, 32(4), 1634-1643, 2004.

31.Alekseev SI, Radzievsky AA, Szabo I, Ziskin MC: Local heating of human skin by millimeter waves: Effect of blood flow. Bioelectromagnetics, 26(8), 489-501, 2005.

32.Szabo I, Kappelmayer J, Alekseev SI, Ziskin MC: Millimeter wave induced reversible externalization of phosphatidylserine molecules in cells exposed in vitro. Bioelectro-magnetics, 27(3), 233-244, 2006.

33.Makar VR, Logani MK, Bhanushali A, Alekseev SI, Ziskin MC: Effect of cyclophosphamide and 61.22 GHz millimeter waves on T-cell, B-cell, and macrophage functions. Bioelectro-magnetics, 27(6), 458-466, 2006.

34.Logani MK, Szabo I, Makar VR, Bhanushali A, Alekseev SI, Ziskin MC: Effect of millimeter wave irradiation on tumor metastasis. Bioelectromagnetics, 27(4), 258-264, 2006.

35.Alekseev SI, Ziskin MC: Human skin permittivity determined by millimeter wave reflection measurements. Bioelectromagnetics, 28(5), 331-339, 2007.

36.Alekseev SI, Radzievsky AA, Logani MK, Ziskin MC: Millimeter wave dosimetry of human skin. Bioelectromagnetics, 29: 65-70, 2008.

37.Radzievsky AA, Gordiienko OV, Alekseev SI, Szabo I, Cowan A, Ziskin MC: Electromagnetic millimeter wave induced hypoalgesia: Frequency dependence and involvement of endogenous opioids. Bioelectromagnetics, 29: 284-295, 2008.

38.Zhadobov M, Sauleau R, Le Drean Y, Alekseev SI, Ziskin MC: Numerical and experimental millimeter wave dosimetry for in vitro experiments. IEEE Trans Microwave Theory Techniques, 56 (12): 2998-3007, 2008.

39.Alekseev SI, Gordiienko OV, Ziskin MC: Reflection and penetration depth of millimeter waves in murine skin. Bioelectromagnetics, 29: 340-344, 2008.

40.Alekseev SI, Szabo I, Ziskin MC: Millimeter wave reflectivity used for measurement of skin hydration with different moisturizers. Skin Research and Technology, 14: 390-396, 2008.

41.Alekseev SI and Ziskin MC: Influence of blood flow and millimeter wave exposure on skin temperature in different thermal models. Bioelectromagnetics, 30: 52-58, 2009.

42.Alekseev SI, Ziskin MC: Millimeter wave absorption by cutaneous blood vessels: a computational study. IEEE Trans Biomed Eng 56(10): 2380-2388, 2009.

43.Алексеев СИ, Зискин МС, Фесенко ЕЕ: К механизму действия микроволн на бислойные липидные мембраны: Роль мембраноформирующего отверстия в тефлоновой перегородке. Биофизика 54(3): 488-491, 2009.

44.Alekseev SI, Gordiienko OV, Radzievsky AA, Ziskin MC: Millimeter wave effects on electrical responses of the sural nerve in vivo. Bioelectromagnetics 31: 180-190, 2010.

45.Alekseev SI, Fesenko EE, Ziskin MC: Enhanced absorption of microwaves within cylindrical holes in Teflon film. IEEE Trans Biomed Eng 57(10): 2517-2524, 2010.

46.Alekseev SI, Ziskin MC: Enhanced absorption of millimeter wave energy in murine subcutaneous blood vessels. Bioelectromagnetics 32(6), 423-433, 2011.

47.Алексеев СИ, Зискин МС, Фесенко ЕЕ: Проблемы использования термопары для измерения роста температуры кожи во время облучения миллиметровыми волнами. Биофизика 56(3), 561-565, 2011.

48.Logani MK, Alekseev SI, Bhopale MK, Slovinsky WS, Ziskin MC: Effect of millimeter waves and cyclophosphamide on cytokine regulation. Immunopharmacol Immunotoxicol 34(1), 107-112, 2012.

49.Zhadobov M, Augustine R, Sauleau R, Alekseev S, Di Paola A, Le Quement C, Mahamoud YS, Le Drean Y: Complex permittivity of representative biological solutions in the 2-67 GHz range. Bioelectromagnetics 33(4): 346-355, 2012.

50.Chahat N, Zhadobov M, Alekseev S, Sauleau R: Human skin-equivalent phantom for on-body antenna measurements in 60 GHz band. Electronic Lett 48(2), 2012.

51.Chahat N, Zhadobov M, Sauleau R, Alekseev SI: New method for determining dielectric properties of skin and phantoms at millimeter waves based on heating kinetics. IEEE Trans Microwave Theory Tech 60(3): 827-832, 2012.

52.Алексеев СИ, Зискин МС, Фесенко ЕЕ: Частотная зависимость нагрева кожи человека при облучении миллиметровыми волнами. Биофизика 57(1), 110-114, 2012.