Protective Effect of Low-Intensity Extremely High-Frequency Electromagnetic Radiation on an Experimental Model of Intestinal Dysbacteriosis in Laboratory Rats

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

An experimental model of dysbacteriosis caused by gentamicin sulfate, an antibiotic, was used to investigate the effect of low-intensity electromagnetic radiation of extremely high-frequencies (42.2 GHz, 0.1 mW/cm2, pulse modulation by a meander with a frequency of 1 Hz, exposure duration 30 min per day for 10 consecutive days, starting from the fourth day after the induction of dysbacteriosis) on the fatty acid composition of the thymus, blood plasma, activity of antioxidant enzymes, the amount of malondialdehyde and lactate in blood of laboratory rats. A significant decrease in the amount of myristic, palmitic, stearic, palmitoleic, oleic and linoleic fatty acids in the thymus in animals was shown. The activity of antioxidant enzymes, the amount of fatty acids and malondialdehyde in the blood remained unchanged. Lactate level in blood plasma decreased. Irradiation was shown to result in normalization of the fatty acid composition of the thymus and the amount of lactate in plasma in animals with dysbacteriosis. Due to its high efficacy, low-intensity extremely high-frequency electromagnetic radiation knowing certain parameters in dysbiosis opens up fundamentally new possibilities that could use these frequency spectrum bands to prevent and treat a number of pathological conditions associated with dysbiosis.

About the authors

A. B Gapeyev

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Email: a_b_g@mail.ru
Pushchino, Russia

T. P Kulagina

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Russia

E. S Zhukova

Nizhny Novgorod Scientific Research Institute for Hygiene and Occupational Pathology, Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare

Nizhny Novgorod, Russia

A. V Aripovsky

Research and Production Company “A-BIO”

Pushchino, Russia

M. A Pozdnyakova

Nizhny Novgorod Scientific Research Institute for Hygiene and Occupational Pathology, Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare

Nizhny Novgorod, Russia

References

  1. Gagliardi M., Monzani R., Clemente N., Fusaro L., Saverio V., Grieco G., Pańczyszyn E., Yissachar N., Boccafoschi F., and Corazzari M. A gut-ex-vivo system to study gut inflammation associated to inflammatory bowel disease (IBD). Biology (Basel), 10 (7), 605 (2021). doi: 10.3390/biology10070605
  2. Fiocchi C. and Iliopoulos D. What’s new in IBD therapy: an “omics network” approach. Pharmacol. Res., 159, 104886 (2020). doi: 10.1016/j.phrs.2020.104886
  3. Виленская Р. П., Севастьянова Л. А. и Фалеев А. С. Исследование поглощения ММ-волн в коже экспериментальных животных. Электроника СВЧ, 7, 97103 (1971).
  4. Виленская Р. П., Гельвич Э. А., Голант М. Б. и Смолянская А. З. О характере воздействия ММ-излучения на синтез колицина. Научн. докл. высш. шк. Сер. биол. науки, 7, 69-71 (1972).
  5. Смолянская А. З., Виленская Р. Л. и Голант М. Б. Действие электромагнитного излучения миллиметрового диапазона на функциональную активность некоторых генетических элементов бактериальных клеток. Успехи физ. наук, 110 (3), 458—460 (1973).
  6. Смолянская А. З., Гельвич Э. А., Голант М. Б. и Махов А. М. Резонансные явления при действии электромагнитных волн миллиметрового диапазона на биологические объекты. Успехи совр. биологии, 87 (3), 381-392(1979).
  7. Бержанская Л. Ю., Белоплотова О. Ю. и Бержанский В. Н. Влияние электромагнитного излучения КВЧ-диапазона на биолюминесценцию бактерий. Миллиметровые волны в биологии и медицине, 2, 63-67 (1993).
  8. Дрокина Т. В. и Попова Л. Ю. Действие миллиметровых электромагнитных волн на люминесценцию бактерий. Биофизика, 43 (3), 522-525 (1998).
  9. Голант М. Б., Брюхова А. К., Двадцатова Е. А., Ландау Н. С., Реброва Т. Б. и Охохонина Г. М. Возможность регулирования жизнедеятельности микроорганизмов при воздействии на них электромагнитных колебаний миллиметрового диапазона. В сб. Эффекты нетеплового воздействия миллиметрового излучения на биологические объекты, под ред. Н. Д. Девяткова (ИРЭ АН СССР, М., 1983), сс. 115-122.
  10. Лушников К. В., Гапеев А. Б., Садовников В. Б. и Чемерис Н. К. Влияние крайневысокочастотного электромагнитного излучения низкой интенсивности на показатели гуморального иммунитета здоровых мышей. Биофизика, 46 (4), 753-760 (2001).
  11. Лушников К. В., Гапеев А. Б. и Чемерис Н. К. Влияние электромагнитного излучения крайне высоких частот на иммунную систему и системная регуляция гомеостаза. Радиац. биология. Радиоэкология, 42 (5), 533-545 (2002).
  12. Лушников К. В., Гапеев А. Б., Шумилина Ю. В., Шибаев Н. В., Садовников В. Б. и Чемерис Н. К. Снижение интенсивности клеточного иммунного ответа и неспецифического воспаления при действии электромагнитного излучения крайне высоких частот. Биофизика, 48 (5), 918-925 (2003). EDN: OOKAXD
  13. Коломыцева М. П., Гапеев А. Б., Садовников В. Б. и Чемерис Н. К. Подавление неспецифической резистентности организма при действии крайневысокочастотного электромагнитного излучения низкой интенсивности. Биофизика, 47 (1), 71-77 (2002).
  14. Гапеев А. Б., Лушников К. В., Шумилина Ю. В. и Чемерис Н. К. Фармакологический анализ противовоспалительного действия низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высоких частот. Биофизика, 51 (6), 1055-1068 (2006). EDN: OPRJEZ
  15. Гапеев А. Б., Швед Д. М., Михайлик Е. Н., Корыстов Ю. Н., Левитман М. Х., Шапошникова В. В., Садовников В. Б., Алехин А. И., Гончаров Н. Г. и Чемерис Н. К. Исследование противоопухолевого действия низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высоких частот на модели солидной карциномы Эрлиха. Биофизика, 54 (6), 1128-1136 (2009). EDN: LOZDTH
  16. Жукова Е. С., Щербатюк Т. Г., Позднякова М. А. и Умнягина И. А. Способ моделирования физической нагрузки для оценки работоспособности лабораторных крыс при дисбиотических нарушениях кишечника. Патент РФ № 2796316 от 22.05.2023.
  17. Буреш Я., Бурешова О. и Хьюстон Д. П. Методика и основные эксперименты по изучению мозга и поведения (Высш. шк., М., 1991).
  18. Жукова Е. С., Щербатюк Т. Г. и Позднякова М. А. Взаимосвязь между ростом злокачественной опухоли и особенностями поведения лабораторных животных. Природные ресурсы Земли и охрана окружающей среды, 2 (1), 44-47 (2021). doi: 10.26787/nydha-2713- 203X-2021-2-1-44-47
  19. Гапеев А. Б. Исследование механизмов биологического действия низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высоких частот: успехи, проблемы и перспективы. Биомедицинская радиоэлектроника, 6, 20-30 (2014). EDN: SEAPHZ
  20. Clarkson J. M., Martin J. E., and McKeegan D. E. F. A review of methods used to kill laboratory rodents: issues and opportunities. Lab. animals, 56 (5), 419-436 (2022). doi: 10.1177/00236772221097472
  21. Кулагина Т. П., Ариповский А. В. и Гапеев А. Б. Изменение жирнокислотного состава клеток тимуса, печени, плазмы крови и мышечной ткани у мышей с солидной формой карциномы Эрлиха. Биохимия, 77 (2), 231-239 (2012). EDN: OWXONN
  22. Арутюнян А. В., Дубинина Е. Е. и Зыбина Н. Н. Методы оценки свободнорадикального окисления и антиоксидантной системы организма (ИКФ «Фолиант», СПб., 2000).
  23. Kamada N. and Núñez G. Regulation of the immune system by the resident intestinal bacteria. Gastroenterology, 146 (6), 1477-1488 (2014). doi: 10.1053/j.gastro.2014.01.060
  24. Littman D. R. and Pamer E. G. Role of the commensal microbiota in normal and pathogenic host immune responses. Cell Host Microbe, 10 (4), 311-323 (2011). doi: 10.1016/j.chom.2011.10.004.
  25. Palm N. W., De Zoete M. R., Flavell R. A., and Haven N. Immune-microbiota interactions in health and disease. Clin Immunol., 159, 122-127 (2016). doi: 10.1016/j.clim.2015.05.014
  26. Zegarra-Ruiz D. F., Kim D. V., Norwood K., Kim M., Wu W. H., Saldana-Morales F. B., Hill A. A., Majumdar S., Orozco S., Bell R., Round J. L., Longman R. S., Egawa T., Bettini M. L., and Diehl G. E. Thymic development of gut-microbiota-specific T cells. Nature, 594 (7863), 413-417 (2021). doi: 10.1038/s41586-021-03531-1
  27. Ennamorati M., Vasudevan C., Clerkin K., Halvorsen S., Verma S., Ibrahim S., Prosper S., Porter C., Yeliseyev V., Kim M., Gardecki J., Sassi S., Tearney G., Cherayil B. J., Bry L., Seed B., and Jain N. Intestinal microbes influence development of thymic lymphocytes in early life. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 117 (5), 2570-2578 (2020). doi: 10.1073/pnas.1915047117
  28. Cheng H.-Yu., Ning M.-X., Chen D.-K., and Ma W.-T. Interactions between the gut microbiota and the host innate immune response against pathogens. Front Immunol., 10, 607 (2019). doi: 10.3389/fimmu.2019.00607
  29. Terrisse S., Goubet A. G., Ueda K., Thomas A. M., Quiniou V., Thelemaque C., Dunsmore G., Clave E., Gamat-Huber M., Yonekura S., Ferrere G., Rauber C., Pham H. P., Fahrner J. E., Pizzato E., Ly P., Fidelle M., Mazzenga M., Costa Silva C. A., Armanini F., Pinto F., Asnicar F., Daillère R., Derosa L., Richard C., Blanchard P., Routy B., Culine S., Opolon P., Silvin A., Ginhoux F., Toubert A., Segata N., McNeel D. G., Fizazi K., Kroemer G., and Zitvogel L. Immune system and intestinal microbiota determine efficacy of androgen deprivation therapy against prostate cancer. J. Immunother. Cancer, 10 (3), e004191 (2022). doi: 10.1136/jitc-2021-004191
  30. Rosa Neto J. C., Calder P. C., Curi R., Newsholme P., Sethi J. K., and Silveira L. S. The immunometabolic roles of various fatty acids in macrophages and lymphocytes. Int. J. Mol. Sci., 22 (16), 8460 (2021). doi: 10.3390/ijms22168460
  31. Vanacker N., Blouin R., Ster C., and Lacasse P. Effect of different fatty acids on the proliferation and cytokine production of dairy cow peripheral blood mononuclear cells. J. Dairy Sci., 105 (4), 3508-3517 (2022). doi: 10.3168/jds.2021-21296
  32. Aronoff D. M., Canetti C., and Peters-Golden M. Prostaglandin E2 inhibits alveolar macrophage phagocytosis through an E-prostanoid 2 receptor-mediated increase in intracellular cyclic AMP. J. Immunol., 173 (1), 559-565 (2004). doi: 10.4049/jimmunol.173.1.559.
  33. Serezani C. H., Chung J., Ballinger M. N., Moore B. B., Aronoff D. M., and Peters-Golden M. Prostaglandin E2 suppresses bacterial killing in alveolar macrophages by inhibiting NADPH oxidase. Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol., 37 (5), 562-570 (2007). doi: 10.1165/rcmb.2007-0153OC
  34. Li S., Sun Y., Liang C.-P., Thorp E. B., Han S., Jehle A. W., Saraswathi V., Pridgen B., Kanter J. E., Li R., Welch C. L., Hasty A. H., Bornfeldt K. E., Breslow J. L., Tabas I., and Tall A.R. Defective phagocytosis of apoptotic cells by macrophages in atherosclerotic lesions of ob/ob mice and reversal by a fish oil diet. Circ. Res., 105 (11), 1072-1082 (2009). doi: 10.1161/CIRCRESAHA.109.199570
  35. Lan W., Ren Y., Wang Z., Liu J., and Liu H. metabolic profile reveals the immunosuppressive mechanisms of methionyl-methionine in lipopolysaccharide-induced inflammation in bovine mammary epithelial cell. Animals (Basel), 11 (3), 833 (2021). doi: 10.3390/ani11030833
  36. Гапеев А. Б., Сирота Н. П., Кудрявцев А. А. и Чемерис Н. К. Реакции тимоцитов и спленоцитов мыши на действие низкоинтенсивного электромагнитного излучения крайне высоких частот в норме и при системном воспалительном процессе. Биофизика, 55 (4), 645-651 (2010). EDN: MVKVDH
  37. Li J., Hu S. B., He Y. M., Zhuo C. F., Zhou R. L., Chen F., Li H. Y., and Deng Z. Y. 9c11tCLA modulates 11t18:1 and 9t18:1 induced inflammations differently in human umbilical vein endothelial cells. Sci. Rep., 8 (1), 1535 (2018). doi: 10.1038/s41598-018-19729-9
  38. Guo X., Li H., Xu H., Halim V., Zhang W., Wang H., Ong K. T., Woo S.-L., Walzem R. L., Mashek D. G., Dong H., Lu F., Wei L., Huo Y., and Wu C. Palmitoleate Induces Hepatic Steatosis but Suppresses Liver Inflammatory Response in Mice. PLoS ONE, 7 (6), e39286 (2012). doi: 10.1371/journal.pone.0039286
  39. Huang X., Yi S., Hu J., Du Z., Wang Q., Ye Z., Su G., Kijlstra A., and Yang P. Linoleic acid inhibits in vitro function of human and murine dendritic cells, CD4(+)T cells and retinal pigment epithelial cells. Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol., 259 (4), 987-998 (2020). doi: 10.1007/s00417-020-04972-6.
  40. Hidalgo M. A., Carretta M. D., and Burgos R. A. Long chain fatty acids as modulators of immune cells function: contribution of FFA1 and FFA4 receptors. Front Physiol., 12, 668330 (2021). doi: 10.3389/fphys.2021.668330
  41. Niu W., Yang F., Fu Z., Dong Y., Zhang Z., and Ju J. The role of enteric dysbacteriosis and modulation of gut microbiota in the treatment of inflammatory bowel disease. Microb. Pathog., 165, 105381 (2021). doi: 10.1016/j.mic-path.2021.105381
  42. Fan S.-T., Nie S.-P., Huang X.-J., Wang S., Hu J.-L., Xie J.-H., Nie Q.-X., and Xie M.-Y. Protective properties of combined fungal polysaccharides from cordyceps sinensis and ganoderma atrum on colon immune dysfunction. Int. J. Biol. Macromol., 114, 1049-1055 (2018). doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.04.004
  43. Wan Y. D., Zhu R. X., Bian Z. Z., and Pan X. P. Improvement of gut microbiota by inhibition of P38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway in rats with severe acute pancreatitis. Med. Sci. Monit., 25, 46094616 (2019). doi: 10.12659/MSM.914538
  44. Chen Y., Liang J., Ouyang F., Chen X., Lu T., Jiang Z., Li J., Li Y., and Zeng J. Persistence of gut microbiota dysbiosis and chronic systemic inflammation after cerebral infarction in cynomolgus monkeys. Front Neurol., 10, 661 (2019). doi: 10.3389/fneur.2019.00661
  45. Чепур С. В., Плужников Н. Н., Чубарь О. В., Фатеев И. В., Бакулина Л. С., Литвиненко И. В. и Ширяева А. И. Молочная кислота: динамика представлений о биологии лактата. Успехи соврем. биологии, 141 (3), 227-247 (2021). doi: 10.31857/S0042132421030042

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences