Neuromorphological Effects of Acute and Chronic Electromagnetic Irradiation

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Morphological changes in the cerebral cortex were studied in model experiments on three types of laboratory animals (mice, rats, dogs) exposed to both acute and chronic electromagnetic radiation. It has been established that neurons are highly reactive and at the same time plasticity to the electromagnetic factor. Changes in neurons are more pronounced with general than with partial irradiation. The greatest response was found from the structures of the protein-synthesizing system of neurons, as well as their interneuronal contacts. After 3 days of the recovery period, changes were detected only at the ultrastructural level in the form of residues, decayed organelles, clusters of lysosomes and local foci of brain edema. With chronic exposure to microwaves with exposure at the “zero effect” level, the sensitivity of neurons to electromagnetic radiation was characterized by species differences and was inversely dependent on the animal’s body weight: mice were the most sensitive, the structures of the rat nervous system were more resistant, and the nervous structures of dogs had the least sensitivity.

Full Text

Restricted Access

About the authors

I. B. Ushakov

State Scientific Center – A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center of the FMBA of Russia

Author for correspondence.
Email: Fmbc@fmbamail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0270-8622

Doctor of Medical Sciences, Professor, Academician

Russian Federation, Moscow

V. P. Fedorov

Voronezh State Academy of Sports

Email: vgifk@vmail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6136-5861

Doctor of Medical Sciences, Professor

Russian Federation, Voronezh

B. I. Davydov

State Scientific Research Testing Institute of Aviation and Space Medicine

Email: Fmbc@fmbamail.ru

Doctor of Medical Sciences, Professor 

Russian Federation, Moscow

References

  1. Алексеева В.А., Григорьев О.А., Прокофьева А.С., Гошин М.Е. История научных конференций по электромагнитной биологии, радиобиологии и гигиене неионизирующих излучений в России. В кн.: Актуальные вопросы радиобиологии и гигиены неионизирующих излучений: Доклады Всероссийской научной конференции. Москва, 2019. М.: РНКЗНИ, 2019. С. 178–182. [Grigoriev O.A., Prokofiev A.S., Goshin M.E. Istoriya nauchnyh konferencij po elektromagnitnoj biologii, radiobiologii i gigiene neioniziruyushchih izluchenij v Rossii = History of scientific conferences on electromagnetic biology, radiobiology and hygiene of non-ionizing radiation in Russia. In: Topical issues of radiobiology and hygiene of non-ionizing radiation: Reports of the All-Russian Scientific Conference. Moscow, 2019. M: RNKZNI, 2019. P. 178–182. (In Russ.)]
  2. Антипов В.В., Давыдов Б.И., Тихончук В.С. Биологическое действие электромагнитных излучений микроволнового диапазона. М.: Наука, 1980. 221 с. [Antipov V.V., Davydov B.I., Tikhonchuk V.S. Biologicheskoe dejstvie elektromagnitnyh izluchenij mikrovolnovogo diapazona = Biological effect of electromagnetic radiation in the microwave range. M.: Nauka, 1980. V. 40. 221 p. (In Russ.)]
  3. Воронцова З.А., Ушаков И.Б., Хадарцев А.А., Есауленко И.Э., Гонтарев С.Н. Морфофункциональные соотношения при воздействии импульсных электромагнитных полей. Тула: ТулГУ, 2012. 368 с. [Vorontsova Z.A., Ushakov I.B., Khadartsev A.A., Esaulenko I.E., Gontarev S.N. Morfofunkcional’nye sootnosheniya pri vozdejstvii impul’snyh elektromagnitnyh polej = Morphofunctional relations under the influence of pulsed electromagnetic fields. Tula: TulSU, 2012. 368 p. (In Russ.)]
  4. Григорьев О.А., Меркулов А.В., Григорьев К.А. Электромагнитные поля базовых станций подвижной радиосвязи и экология. Характеристика и оценка электромагнитной обстановки вокруг базовых станций подвижной радиосвязи. Радиац. биология. Радиоэкология. 2005;45(6):722–725. [Grigoriev O.A., Merkulov A.V., Grigoriev K.A. Electromagnetic fields of mobile radio base stations and ecology. Characterization and evaluation of the electromagnetic environment around mobile radio base stations. Radiation biology. Radioecology. 2005; 45(6):722–725. (In Russ.)]
  5. Григорьев Ю.Г. Человек в электромагнитном поле (существующая ситуация, ожидаемые биоэффекты и оценка опасности). Радиац. биология. Радиоэкология. 1997;37(4):690–702. [Grigoriev Yu.G. A man in an electromagnetic field (the current situation, expected bioeffects and hazard assessment). Radiation Biology. Radioecology. 1997;37(4):690–702. (In Russ.)]
  6. Григорьев О.А. Актуальные вопросы радиобиологии и гигиены неоинизирующих излучений в связи с развитием новых технологий. В кн.: Актуальные вопросы радиобиологии и гигиены неионизирующих излучений: Докл. Всерос. науч.конф.. Москва, 2019. М.: РНКЗНИ, 2019. С. 104–109. [Grigoriev O.A. Aktual’nye voprosy radiobiologii i gigieny neoiniziruyushchih izluchenij v svyazi s razvitiem novyh tekhnologij = Topical issues of radiobiology and hygiene of non-ionizing radiation in connection with the development of new technologies. In: Topical issues of radiobiology and hygiene of non-ionizing radiation: Reports of the All-Russian Scientific Conference. Moscow, 2019. M: RNKZNI, 2019. P. 104–109. (In Russ.)]
  7. Григорьев Ю.Г., Григорьев О.А. Сотовая связь и здоровье: электромагнитная обстановка, радиобиологические и гигиенические проблемы, прогноз опасности. М.: Экономика, 2016. 574 с. [Grigoriev Yu.G., Grigoriev O.A. Sotovaya svyaz’ i zdorov’e: elektromagnitnaya obstanovka, radiobiologicheskie i gigienicheskie problemy, prognoz opasnosti = Cellular communication and health: electromagnetic environment, radiobiological and hygienic problems, hazard forecast. Moscow: Ekonomika, 2016. 574 p. (In Russ.)]
  8. Григорьев Ю.Г. Значимость адекватной информации об опасности ЭМП сотовой связи для здоровья населения в 21 веке. В кн.: Актуальные вопросы радиобиологии и гигиены неионизирующих излучений: Докл. Всерос. науч. конфе. Москва, 2019. М.: РНКЗНИ, 2019. С. 22–25. [Grigoriev Yu.G. Znachimost’ adekvatnoj informacii ob opasnosti EMP sotovoj svyazi dlya zdorov’ya naseleniya v 21 veke =The importance of adequate information about the dangers of cellular EMF for public health in the 21st century. In: Topical issues of radiobiology and hygiene of non-ionizing radiation: Reports of the All-Russian Scientific Conference. Moscow, 2019. M: RNKZNI, 2019. P. 22–25. (In Russ.)]
  9. Ушаков И.Б., Федоров В.П., Зуев В.Г. Нейроморфологические эффекты электромагнитных излучений. Воронеж: Центрально-Черноземное книжное изд-во, 2007. 287 с. [Ushakov I.B., Fedorov V.P., Zuev V.G. Nejromorfologicheskie effekty elektromagnitnyh izluchenij=Neuromorphological effects of electromagnetic radiation. Voronezh: Central Chernozem Book Publishing House, 2007. 287 p. (In Russ.)]
  10. Городничев Р.М., Петров Д.А., Фомин Р.Н. Магнитная стимуляция головного мозга как новый метод диагностики функционального состояния двигательной системы спортсменов. Теория и практика физической культуры. 2006;(1): 2–5. [Gorodnichev R.M., Petrov D.A., Fomin R.N. Magnitnaya stimulyaciya golovnogo mozga kak novyj metod diagnostiki funkcional’nogo sostoyaniya dvigatel’noj sistemy sportsmenov = Magnetic stimulation of the brain as a new method of diagnosing the functional state of the motor system of athletes. Theory and Practice of Physical Culture. 2006;(1):2–5. (In Russ.)]
  11. Городничев Р.М. Стимуляционные воздействия на ЦНС как средство изменения координационной структуры локомоторных движений. В кн.: Ценности, традиции и новации современного спорта: Мат. V Всерос. конф. М.: Малаховка, 2017. С. 23–29. [Gorodnichev R.M. Stimulyacionnye vozdejstviya na CNS kak sredstvo izmeneniya koordinacionnoj struktury lokomotornyh dvizhenij=Stimulating effects on the central nervous system as a means of changing the coordination structure of locomotor movements. In: Values, traditions and innovations of modern sports: materials of the V All-Russian Conference. M.: Malakhovka, 2017. P. 23–29. (In Russ.)]
  12. Холодов Ю.А. Реакции нервной системы на электромагнитные поля. М.: Наука, 1975. 284 с. [Kholodov Yu.A. Reakcii nervnoj sistemy na elektromagnitnye polya=Reactions of the nervous system to electromagnetic fields. M.: Nauka, 1975. 284 p. (In Russ.)]
  13. Давыдов Б.И., Тихончук В.С., Антипов В.В. Биологическое действие, нормирование и защита от электромагнитных излучений. М: Энергоатомиздат, 1984. 176 с. [Davydov B.I., Tikhonchuk V.S., Antipov V.V. Biologicheskoe dejstvie, normirovanie i zashchita ot elektromagnitnyh izluchenij=Biological action, rationing and protection from electromagnetic radiation. M.: Energoatomizdat, 1984. 176 p. (In Russ.)]
  14. Жаворонков Л.П., Дубовик Б.В., Павлова Л.Н. Влияние модулированного ЭМП низкой интенсивности на общую возбудимость ЦНС. Радиация и риск. 2011;20(2):64–74. [Zhavoronkov L.P., Dubovik B.V., Pavlova L.N. Vliyanie modulirovannogo EMP nizkoj intensivnosti na obshchuyu vozbudimost’ CNS=The effect of modulated low-intensity EMF on the general excitability of the central nervous system. Radiation and Risk. 2011; 20(2): 64–74. (In Russ.)]
  15. Лукьянова С.Н. Фундаментальная характеристика реакции нейронов головного мозга на ЭМП нетепловой интенсивности. Радиац. биология. Радиоэкология. 2019;59(4):414–429. [Lukyanova S.N. Fundamental’naya harakteristika reakcii nejronov golovnogo mozga na EMP neteplovoj intensivnosti=Fundamental characteristic of the reaction of brain neurons to EMF of non-thermal intensity. Radiation Biology. Radioecology. 2019;59(4):414–429. (In Russ.)]
  16. Чиженкова Р.А. Перестройки в деятельности нейронных популяций коры при СВЧ. Неврол. вестник им. В.М. Бехтерева. 2007;39(4): 43–47. [Chizhenkova R.A. Perestrojki v deyatel’nosti nejronnyh populyacij kory pri SVCh =Perestroika in the activity of neural populations of the cortex in microwave. Neurological Bulletin named after V.M. Bekhterev. 2007; 39(4):43–47. (In Russ.)]
  17. Calabro E. Effects of Electromagnetic Fields on Cells and Proteins’ Structure. Lambert Academic Publishing, 2012. 300 p.
  18. Kim J.H., Sohn U.D., Kim H.G., Kim H.R. Exposure to 835 MHz RF-EMF decreases the expression of calcium channels, inhibits apoptosis, but induces autophagy in the mouse hippocampus. Korean J. Physiol. Pharmacol. 2018;22(3):277–289.
  19. Григорьев О.А., Зубарев Ю. Б. Действие электромагнитной энергии беспроводной связи на человека: прогнозы роста обусловленной заболеваемости, их реализация и проблемы оценки. Концепции. 2022;41(1):3–17. [Grigoriev O.A., Zubarev Yu.B. Dejstvie elektromagnitnoj energii besprovodnoj svyazi na cheloveka: prognozy rosta obuslovlennoj zabolevaemosti, ih realizaciya i problemy ocenki=The effect of electromagnetic energy of wireless communication on a person: forecasts of the growth of conditioned morbidity, their implementation and evaluation problems. Conceptions. 2022;41(1):3–17. (In Russ.)]
  20. Жаворонков Л.П., Петин В.Г. Количественные критерии микроволнового поражения. М.: ГЕОС, 2018. 232 с. [Zhavoronkov L.P., Petin V.G. Kolichestvennye kriterii mikrovolnovogo porazheniya=Quantitative criteria of microwave damage. M.: GEOS, 2018. 232 p. (In Russ.)]
  21. Лукьянова С.Н. Нейроэффекты слабых электромагнитных воздействий (от нейрона к образованиям мозга, ЦНС, организму. В кн.: Актуальные вопросы радиобиологии и гигиены неионизирующих излучений: Докл. Всерос. науч. конф. Москва, 2019. М.: РНКЗНИ, 2019. С. 26–28. [Lukyanova S.N. Nejroeffekty slabyh elektromagnitnyh vozdejstvij (ot nejrona k obrazovaniyam mozga, CNS, organizmu=Neuroeffects of weak electromagnetic influences (from neuron to brain formations, central nervous system, body. In: Topical issues of radiobiology and hygiene of non-ionizing radiation: Reports of the All-Russian Scientific Conference. Moscow, 2019. M: RNKZNI, 2019. P. 26–28. (In Russ.)]
  22. Bernal-Mondragon C., Arriaga-Avila V., Martinez- Abundis E. et al. Effects of repeated 9 and 30-day exposure to extremely low-frequency electromagnetic fields on social recognition behavior and estrogen receptors expression in olfactory bulb of Wistar female rats. Neurol. Res. 2017;39(2):165–175.
  23. Hinrikus H., Bachmann M., Karai D., Lass J. Mechanism of low-level microwave radiation effect on nervous system. Electromagn. Biol. Med. 2017; 36(2):202–212.
  24. Barthelemy A., Mouchard A., Bouji M. et al. Glial markers and emotional memory in rats following acute cerebral EMF exposures. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2016;23(24):25343–25355.
  25. Hardell L., Carlberg M. Lost opportunities for cancer prevention: historical evidence on early warnings with emphasis on radiofrequency radiation. Rev. Environ. Health. 2021; https://doi.org/10.1515/reveh-2020- 0168. published online February 15, 2021.
  26. Carlberg M. and Hardell L. Review Article Evaluation of Mobile Phone and Cordless Phone Use and Glioma Risk Using the Bradford Hill Viewpoints from 1965 on Association or Causation. Hindawi BioMed Res. Int. Vol. 2017. Article ID 9218486, 17 pages.
  27. Баркин В.В., Буянов Л.С., Лопаткина Н.В. Влияние на моторную функцию крыс низкоинтенсивного импульсно-моделированного электромагнитного излучения при различных схемах воздействия. В кн.: Человек и электромагнитные поля: Сб. докл. V Междунар. конф. Саров: ФГУП “РФЯЦ-ВНИИЭФ”, 2017. С. 75–84. [Barkin V.V., Buyanov L.S., Lopatkina N.V. Vliyanie na motornuyu funkciyu krys nizkointensivnogo impul’sno-modelirovannogo elektromagnitnogo izlucheniya pri razlichnyh skhemah vozdejstviya=Influence of low-intensity pulse-modulated electromagnetic radiation on the motor function of rats under various exposure schemes. In: Man and electromagnetic fields: Collection of reports of the V International Conference. Sarov: FSUE “RFNC-VNIIEF”, 2017. P. 75–84. (In Russ.)]
  28. Зуев В.Г., Ушаков И.Б. Экспериментальное изучение эффектов острого неравномерного микроволнового облучения. Мед. радиология. 1984;29(12): 46–49. [Zuev V.G., Ushakov I.B. Eksperimental’noe izuchenie effektov ostrogo neravnomernogo mikrovolnovogo oblucheniya=Experimental study of the effects of acute uneven microwave irradiation. Medical Radiology. 1984;29(12):46–49. (In Russ.)]
  29. Лукьянова С.Н. ЭМП СВЧ диапазона нетепловой интенсивности как раздражитель для ЦНС. М.: ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А. И. Бурназяна, 2015. 200 с. [Lukyanova S.N. EMP SVCh diapazona neteplovoj intensivnosti kak razdrazhitel’ dlya CNS =EMF of the microwave range of non-thermal intensity as an irritant for the Central Nervous System M.: A. I. Burnazyan Federal State Budgetary Research Center, 2015. 200 p. (In Russ.)]
  30. Пахунова Л.В. Влияние СВЧ-поля на некоторые отделы центральной и периферической нервной системы экспериментальных животных: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 1987. [Pakhunova L.V. Vliyanie SVCh-polya na nekotorye otdely central’noj i perifericheskoj nervnoj sistemy eksperimental’nyh zhivotnyh =The effect of the microwave field on some parts of the central and peripheral nervous system of experimental animals: Avtoref. dis cand. biol. nauk = Abstract of the dissertation ... cand. Biol. Sci. M., 1987. (In Russ.)]
  31. Трухачев А.Н., Зуев В.Г., Федоров В.П. Морфофункциональное состояние коры головного мозга в условиях неравномерного электромагнитного излучения. В кн.: Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии и нейропластичности: Мат. Всерос. науч. конф. М.: Научный мир, 2008. С. 537–542. [Trukhachev A.N., Zuev V.G., Fedorov V.P. Morfofunkcional’noe sostoyanie kory golovnogo mozga v usloviyah neravnomernogo elektromagnitnogo izlucheniya=Morphofunctional state of the cerebral cortex in conditions of uneven electromagnetic radiation. In: Topical issues of functional hemispheric asymmetry and neuroplasticity: Proceedings of the All-Russian Scientific Conference. Moscow: Scientific World, 2008. P. 537–542. (In Russ.)]
  32. Ушаков И.Б., Федоров В.П. Церебральные эффекты хронических электромагнитных излучений. В кн.: Человек и электромагнитные поля: Сб. докл. V Междунар. конф. Саров: ФГУП “РФЯЦ-ВНИИЭФ”, 2017. С. 37–47. [Ushakov I.B., Fedorov V.P. Cerebral’nye effekty hronicheskih elektromagnitnyh izluchenij=Cerebral effects of chronic electromagnetic radiation. In: Man and electromagnetic fields: Collection of reports of the V International Conference. Sarov: FSUE “RFNC-VNIIEF”, 2017. P. 37–47. (In Russ.)]
  33. Федоров В.П., Ушаков И.Б., Гундарова О.П. Изменения нейронов коры головного мозга при остром неравномерном электромагнитном облучении. В кн.: Актуальные вопросы радиобиологии и гигиены неионизирующих излучений: Сб. докл. Всерос. науч. конф. Москва, 2019. М.: РНКЗНИ, 2019. С. 91–94. [Fedorov V.P., Ushakov I.B., Gundarova O.P. Izmeneniya nejronov kory golovnogo mozga pri ostrom neravnomernom elektromagnitnom obluchenii=Changes in neurons of the cerebral cortex during acute uneven electromagnetic irradiation. In: Topical issues of radiobiology and hygiene of non-ionizing radiation: collection of reports of the All-Russian Scientific Conference. Moscow, 2019. M: RNKZNI, 2019. P. 91–94. (In Russ.)]
  34. Ушаков И.Б., Федоров В.П., Асташова А.Н. Экспериментальная оценка состояния нервной системы при хроническом воздействии неионизирующего излучения. В кн.: Актуальные вопросы радиобиологии и гигиены неионизирующих излучений: Сб. докл. Всерос. науч. конф. Москва, 2019. М.: РНКЗНИ, 2019. С. 29–31.[Ushakov I.B., Fedorov V.P., Astashova A.N. Eksperimental’naya ocenka sostoyaniya nervnoj sistemy pri hronicheskom vozdejstvii neioniziruyushchego izlucheniya=Experimental assessment of the state of the nervous system under chronic exposure to non-ionizing radiation. In: Topical issues of radiobiology and hygiene of non-ionizing radiation: collection of reports of the All-Russian Scientific Conference. Moscow, 2019. M.: RNKZNI, 2019. P. 29–31. (In Russ.)]
  35. Федоров В.П. Влияние электромагнитных излучений на двигательные центры головного мозга. В кн.: Физическая культура, спорт и здоровье в современном обществе: сборник статей Всероссийской конференции. Воронеж: Научная книга, 2018. С. 345–353. [Fedorov V.P. Vliyanie elektromagnitnyh izluchenij na dvigatel’nye centry golovnogo mozga=The influence of electromagnetic radiation on the motor centers of the brain. In: Physical culture, sport and health in modern society: collection of articles of the All-Russian Conference. Voronezh: Scientific Book, 2018. P. 345–353. (In Russ.)]
  36. Федоров В.П., Гундарова О.П. Экспериментальная оценка стимулирования физической работоспособности электромагнитным излучением. В кн.: Современное состояние и тенденции развития физической культуры и спорта: Сб. науч. статей по итогам VI Всерос. науч.-практ. конф. Белгород, 2019. Белгород: НИУ “БелГУ”, 2019. С. 519–525. [Fedorov V.P., Gundarova O.P. Eksperimental’naya ocenka stimulirovaniya fizicheskoj rabotosposobnosti elektromagnitnym izlucheniem=Experimental evaluation of stimulation of physical performance by electromagnetic radiation. In: The current state and trends in the development of physical culture and sports: A collection of scientific articles on the results of the VI All-Russian Scientific and Practical Conference. Belgorod, 2019. Belgorod: NRU “BelSU”, 2019. P. 519–525. (In Russ.)]
  37. Eghlidospour M., Ghanbari A., Azari H. Effects of radiofrequency exposure emitted from a GSM mobile phone on proliferation, differentiation, and apoptosis of neural stem cells. Anat. Cell Biol. 2017; 50(2): 115–123.
  38. Kim J.H., Kim H.J., Yu D.H., Kweon H.S., Huh Y.H. Changes in numbers and size of synaptic vesicles of cortical neurons induced by exposure to 835 MHz radiofrequency-electromagnetic field. Anat. Cell Biol. 2017;50(8): 246.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences