Informatie

7.3: Ioniserende straling - Biologie


Hoogenergetische straling, zoals röntgenstralen, (gamma)-stralen en (eta)deeltjes (of elektronen) zijn krachtige mutagenen. Omdat ze het aantal elektronen op een atoom kunnen veranderen, waardoor een verbinding in een geïoniseerde vorm wordt omgezet, worden ze aangeduid als ioniserende straling. Ze kunnen een aantal chemische veranderingen in het DNA veroorzaken, waaronder het direct breken van de fosfodiëster-ruggengraat van DNA, wat leidt tot deleties. Ioniserende straling kan ook de imidazoolring van purines openbreken. Daaropvolgende verwijdering van de beschadigde purine uit DNA door een glycosylase genereert een apurineplaats.

Figuur (PageIndex{1}): Vorming van thymine-dimeerlaesie in DNA. Het foton zorgt ervoor dat twee opeenvolgende basen op één streng aan elkaar binden, waardoor de normale baseparende dubbelstrengige structuur in dat gebied wordt vernietigd. Ultraviolette (UV) fotonen tasten op verschillende manieren de DNA-moleculen van levende organismen aan. In een veelvoorkomend schadegeval hechten aangrenzende bases zich aan elkaar, in plaats van over de 'ladder'. Hierdoor ontstaat er een uitstulping en functioneert het vervormde DNA-molecuul niet goed. (Public Domain; Meester Uegly).

Ultraviolette straling

Er ontstaat ultraviolette straling met een golflengte van 260 nm pyrimidine dimeren tussen aangrenzende pyrimidinen in het DNA. De dimeren kunnen van twee typen zijn (Figuur 7.11). Het belangrijkste product is een cytobutaanbevattend thyminedimeer (tussen C5 en C6 van aangrenzende T's). Het andere product heeft een covalente binding tussen positie 6 op één pyrimidine en positie 4 op het aangrenzende pyrimidine, vandaar dat het het "6-4" fotoproduct wordt genoemd.

Figuur (PageIndex{2}): Pyrimidinedimeren gevormd door UV-straling, geïllustreerd voor aangrenzende thymidylaten op één streng van het DNA. (A) Vorming van een covalente binding tussen de C-atomen op positie 5 van elke pyrimidine en tussen de C-atomen op positie 6 van elke pyrimidine maakt een cyclobutaanring die de twee pyrimidinen verbindt. De bases zijn op elkaar gestapeld en worden op hun plaats gehouden door de cyclobutaanring. De C-C bindingen tussen de pyrimidines zijn in deze tekening overdreven, zodat de pyrimidinering zichtbaar is. (B) Een ander fotoproduct wordt gemaakt door een binding te vormen tussen het C-atoom op positie 6 van een pyrimidine en positie 4 van het aangrenzende pyrimidine, met verlies van de O die eerder was bevestigd op positie 4. (Public Domain; Master Uegly).

De pyrimidinedimeren veroorzaken een vervorming in de dubbele DNA-helix. Deze vervorming blokkeert replicatie en transcriptie.

Oefening (PageIndex{1})

Wat is de fysieke basis voor deze vervorming in de dubbele DNA-helix?


Het elektromagnetische spectrum: niet-ioniserende straling

Straling bestaat overal om ons heen, zowel van natuurlijke als door de mens gemaakte bronnen, en is in twee vormen: ioniserend en niet ioniserend straling.

Ioniserende straling is een vorm van energie die werkt door elektronen te verwijderen uit atomen en moleculen van materialen die lucht, water en levend weefsel bevatten. Ioniserende straling kan ongezien reizen en door deze materialen gaan.

Wat is niet-ioniserende straling?

Niet-ioniserende straling bestaat overal om ons heen uit vele bronnen. Het bevindt zich links van ioniserende straling op het elektromagnetische spectrum in de onderstaande figuur.

  • Radiofrequente (RF) straling die wordt gebruikt in veel uitzend- en communicatietoepassingen
  • Magnetrons gebruikt in de keuken thuis
  • Infraroodstraling gebruikt in warmtelampen

De scheidslijn tussen ioniserende en niet-ioniserende straling komt voor in het ultraviolette deel van het elektromagnetische spectrum [getoond in de afbeelding van het elektromagnetische spectrum hierboven]. Straling in de ultraviolette band en bij lagere energieën (links van ultraviolet) wordt niet-ioniserende straling genoemd, terwijl bij de hogere energieën rechts van de ultraviolette band ioniserende straling wordt genoemd.

Naarmate we naar de linkerkant van de zichtbare lichtband in de bovenstaande afbeelding gaan, gaan we naar lagere frequenties. Met "frequentie" bedoelen we hoe snel deze golven op en neer bewegen. Hoe lager de frequentie, hoe lager de energie.

In deze lagere frequenties aan de linkerkant van het elektromagnetische spectrum vinden we infrarood-, microgolf-, radiogolven en straling in het bereik van mobiele telefoons.

Simpel gezegd, niet-ioniserende straling verschilt van ioniserende straling in de manier waarop het inwerkt op materialen zoals lucht, water en levend weefsel

In tegenstelling tot röntgenstralen en andere vormen van ioniserende straling heeft niet-ioniserende straling niet genoeg energie om elektronen van atomen en moleculen te verwijderen. Niet-ioniserende straling kan stoffen verhitten. De microgolfstraling in een magnetron verwarmt bijvoorbeeld snel water en voedsel.

We worden elke dag blootgesteld aan lage niveaus van niet-ioniserende straling. Blootstelling aan intense, directe hoeveelheden niet-ioniserende straling kan leiden tot schade aan weefsel door hitte. Dit is niet gebruikelijk en vooral een punt van zorg op de werkplek voor degenen die werken aan grote bronnen van niet-ioniserende stralingsapparaten en -instrumenten.

Risico van blootstelling aan ultraviolette (UV) straling

Ultraviolette (UV) straling is een natuurlijk onderdeel van zonnestraling en wordt afgegeven door blacklights, zonnebanken en elektrische boogverlichting. Normale dagelijkse niveaus van UV-straling kunnen nuttig zijn en vitamine D produceren. De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) raadt aan om 2 tot 3 keer per week 5 tot 15 minuten aan de zon te worden blootgesteld om voldoende vitamine D binnen te krijgen.

Te veel UV-straling kan huidverbrandingen, vroegtijdige huidveroudering, oogbeschadiging en huidkanker veroorzaken. De meeste huidkankers worden veroorzaakt door blootstelling aan ultraviolette straling.

Het bruinen door middel van zonnebanken en zonnebanken stelt de consument bloot aan UV-straling. Blootstelling aan zonnebanken en zonnebanken verhoogt ook de kans op het ontwikkelen van huidkanker.

Risico van blootstelling aan radiofrequentie (RF) en microgolfstraling

Intense, directe blootstelling aan radiofrequentie (RF) of microgolfstraling kan leiden tot schade aan weefsel als gevolg van hitte. Deze grotere blootstellingen kunnen optreden door industriële apparaten op de werkplek.


Inleiding: Geschiedenis en bronnen van microgolven

Straling kan worden gekarakteriseerd in ioniserende en niet-ioniserende straling, waarvan de laatste in twee vormen wordt onderscheiden: 1) extreem lage frequentie (ELF) of hoogfrequente (60 Hz) elektromagnetische velden (EMV's), en 2) radiofrequentie (RF) ) EMV's - die worden geproduceerd door draadloze radiogolven/microgolfproducten.

De biologische effecten van microgolfstraling beginnen effectief met de ontwikkeling van radar in het begin van de Tweede Wereldoorlog. Voor die tijd zijn geen schadelijke effecten van microgolven geconstateerd en staan ​​ook niet in de lijst van algemene milieuproblemen. Prausnitz en Susskind waren de eersten die in 1962 de effecten van microgolfstraling op het testiculaire orgaan rapporteerden [1]. Sinds begin 1962 zijn er veel door de mens gemaakte apparaten in gebruik en de meest voorkomende bron voor microgolven zijn transmissielijnen (50-60 Hz), computermonitoren (60-90 Hz), AM-radio-uitzendingen (530-1600 KHz), FM radio-uitzendingen (88-108 MHz), televisie-uitzendingen (50-700 MHz), handtelefoons (850 MHz-2,4 GHz), magnetrons (2,45 GHz), laptops en wifi (2,4 GHz).

De frequenties in het bereik van 100 kHz tot 300 GHz verwijzen naar RF en vertegenwoordigen slechts een deel van het elektromagnetische spectrum. Figuur 1 toont de bronnen van blootstelling aan radiofrequent elektromagnetisch veld (RF-EMF) die de spermaparameters beïnvloeden. In de lijst met nieuwe technologieën is de middenfrequentie (IF) vermeld als de nieuwste bron van blootstelling aan elektromagnetische velden. Dit frequentiebereik valt tussen de lage frequentie (lage frequentie - 0,1 Hz–1 kHz) en de radiofrequentie (RF) (10 MHz–300 GHz). Belangrijke bronnen van dit assortiment zijn beveiligingsscanners op luchthavens en antidiefstalapparatuur die bij de uitgangen van winkels worden gebruikt.

Schematische weergave van verschillende bronnen van RF EMV-blootstellingseffecten op hersenen en testikels en schadelijke uitkomst

Aan de andere kant zijn stralingen zoals röntgenstralen, γ-stralen en α-deeltjes vormen van ioniserende straling [2]. Ioniserende straling is veel gevaarlijker dan niet-ioniserende straling. Belangrijke bronnen van ioniserende γ-stralen zijn natuurlijke bronnen zoals het verval van uranium in de aarde, kosmische straling, de zon en radongas, terwijl kunstmatige of door de mens gemaakte bronnen radioactief afval, röntgenstralen van medische procedures enz.

Door straling geïnduceerde kanker wordt veroorzaakt door chromosomale schade of genomische instabiliteit [3]. Een toename van chromosomale afwijkingen kan het gevolg zijn van blootstelling aan straling, wat voor het eerst werd gemeld door Martin et al. [4]. Het meest gerapporteerde radiogevoelige orgaan is de mannelijke testis met het kiemepitheel, inclusief de spermatogonia, die gevoeliger zijn voor blootstelling aan straling dan andere cellen [5, 6].

De effecten van IR op de voortplanting zijn een groeiend probleem, aangezien het aantal mensen dat wordt blootgesteld aan straling via medische procedures en blootstelling aan het milieu aanzienlijk toeneemt. Gegevens beoordeeld door Yousif et al. [7] verkregen uit 31 studies rapporteren een verband tussen beroepsmatige blootstelling aan IR en ofwel de incidentie van of de mortaliteit door teelbalkanker. Vergelijkbare gegevens werden verkregen voor niet-ioniserende straling uit 9 onderzoeken. Aangezien straling een breed scala aan golflengten heeft, is het onmogelijk om alle bestaande ioniserende en niet-ioniserende stralingen in één artikel te dekken. Verder wijzen de beschikbare gegevens over ioniserende straling duidelijk op de rol ervan bij de ontwikkeling van kankers, zoals teelbalkanker. Over niet-ioniserende straling is daarentegen veel minder duidelijke informatie beschikbaar. Daarom ligt de focus van onze review meer op het onderzoeken van de effecten van niet-ioniserende straling zoals RF-EMF op de mannelijke vruchtbaarheid. Dit omvat frequenties die worden gebruikt voor mobiele telefoons, laptops, computers, magnetrons en een ander hoger frequentiebereik, waaronder de door RF-EMF geïnduceerde biologische effecten en mogelijke mechanismen op het mannelijke voortplantingssysteem.

Het netwerken van RF-EMF-ondersteunde apparaten zoals mobiele telefoons, Wi-Fi, magnetrons en laptops neemt drastisch toe en de associatie met mannelijke onvruchtbaarheid is gemeld [8,9,10,11]. Op basis van voldoende bewijs is men zich nu steeds meer gaan realiseren dat RF-EMF-straling het milieu doordringt en daarom onder de termen "elektrovervuiling" of "elektrosmog" wordt genoemd in de lijst van andere milieuverontreinigende stoffen (lucht, water , bodem en geluidsoverlast) [12].

Het International Agency for Research on Cancer [13, 14] classificeerde RF in groep 2B als 'mogelijk kankerverwekkend' voor de mens. De richtlijnen voor de specifieke absorptiesnelheid (SAR) van mobiele telefoons zijn wettelijk beperkt tot 2,0 W/kg door de International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection gerapporteerd [15], maar het SAR-niveau verschilt nog steeds van land tot land. SAR is een standaardeenheid of snelheid waarmee RF-EMF-energie aan een element of massa wordt gegeven om de penetratie van energie in menselijke weefsels te meten.

De hoeveelheid SAR die door menselijk weefsel wordt geabsorbeerd, hangt af van vele factoren, zoals de frequentie, intensiteit, polarisatie en duur van de blootstelling [16] en vooral de positie van apparaten tijdens gebruik. Er kon een hogere stralingsabsorptie worden waargenomen tijdens het telefoneren, het houden van de telefoon bij het hoofd of in de broekzak, het gebruik van een laptop op schoot verbonden met wifi en frequent gebruik van magnetrons. Agarwal et al. suggereerde dat het gebruik van mobiele telefoons de kwaliteit van het sperma nadelig beïnvloedt door het aantal zaadcellen, de beweeglijkheid, levensvatbaarheid en morfologie te verminderen, wat zou kunnen bijdragen aan mannelijke onvruchtbaarheid [17]. Bijgevolg Desai et al. geconcludeerd dat blootstelling aan RF-EMF DNA-schade kan veroorzaken als gevolg van verhoogde oxidatieve stress, wat de celdood van spermatozoa kan versnellen en testiculaire carcinogenese kan bevorderen [18]. Veel dierstudies naar het gebruik van mobiele telefoons worden in verband gebracht met een vermindering van het aantal zaadcellen [9] en motiliteit [19], wat wijst op een verslechtering van de mannelijke vruchtbaarheid. Evenzo, bij mensen, Agarwal et al. rapporteerde dat het continue gebruik van mobiele telefoons geassocieerd is met verminderde beweeglijkheid, spermaconcentratie, morfologie en levensvatbaarheid [20]. De belangrijkste onderzoeken naar het effect van RF-EMF uitgezonden door verschillende bronnen (mobiele telefoons, magnetrons, laptops en wifi-apparaten) op het vruchtbaarheidspatroon van dieren en mensen zijn samengevat in tabel 1 [21,22,23,24, 25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37].

De literatuur laat zien dat studies die de schadelijke effecten van blootstelling aan mobiele telefoons en microgolven op mannelijke voortplantingsorganen onderzoeken, zich voornamelijk concentreren op spermaparameters [9, 25, 38]. Tot op heden zijn er echter geen mogelijke mechanismen bekend over hoe RF-EMF-straling interageert met de mannelijke voortplantingsorganen en daardoor het vruchtbaarheidspatroon beïnvloedt. Enkele van de zorgen worden opgesomd en in detail besproken door de introductie van 1) biofysica van RF-EMF-straling, 2) effect van RF-EMF op spermaparameters 3) rol van kinasen in cellulair metabolisme 4) genotoxische effecten van EMF leidend tot genomische instabiliteit 5 ) RF-geïnduceerde oxidatieve stress 6) RF-EMF-effect op het reproductieve endocriene systeem, en 7) beschermende maatregelen voor deze stralingen en toekomstige aanbevelingen.

Biofysische parameters van RF-EMF

De biofysische parameters beschrijven de fysieke en biologische factoren die de cellulaire radiogevoeligheid van RF-EMF-blootstelling bepalen door de absorptiesnelheid van de straling te meten. In theorie moet de EMV het blootgestelde biologische systeem binnendringen en interne EMV's induceren om een ​​biologische respons te veroorzaken. Aan de andere kant hangt de penetratiediepte of RF-stralingsabsorptie af van invallende veldparameters (zoals intensiteit, vermogensdichtheid), blootstellingszone, vorm, geometrie en oriëntatie van het object en configuratie van de straling, bijv. hoe dichtbij is de object van de RFR-bron? [39]. Deze parameters nemen direct of indirect deel aan de vorming van vrije radicalen door de ROS-niveaus te verhogen, waarvan is vastgesteld dat ze een factor zijn voor DNA-schade. Kumar et al. hebben sperma-DNA-schade gemeld na blootstelling aan 3G-mobiele telefoons [26].

DNA-schade is een van de ernstige zorgen met betrekking tot onvruchtbaarheid of zaadbalkanker. De vraag is echter hoe zo'n laagfrequente RF-straling DNA-schade kan veroorzaken? Deze vraag is niet eenvoudig te beantwoorden, maar er wordt aangenomen dat een RF-elektromagnetisch veld wordt geclassificeerd als niet-ioniserende straling omdat de fotonen niet voldoende energie hebben om chemische bindingen te verbreken of biologische moleculen direct te ioniseren [39]. Daarom wordt algemeen aangenomen dat de EMF-energie niet voldoende is om DNA direct te beschadigen, en daarom zijn indirecte mechanismen, zoals de vrije radicalen hypothese, voorgesteld om EMF-geïnduceerde DNA-schade te verklaren [40,41,42]. Mobiele telefoons en de bijbehorende zendmasten zijn beide even verantwoordelijk voor gezondheidseffecten, aangezien mobiele telefoons straling uitzenden naar nabijgelegen relaisbasisstations of antennes. Ons lichaam fungeert als antennes die de straling absorberen en omzetten in wisselstroom [43]. De straling van mobiele telefoons wordt gegenereerd in de zender en via de antenne uitgezonden in de vorm van radiogolven [16, 39, 44]. De impact van deze RF-EMF op het menselijk lichaam wordt gemeten via een gestandaardiseerde eenheid, de SAR. De snelheid van energie die wordt geabsorbeerd door of afgezet per massa-eenheid per tijdseenheid is de SAR en E-filed kan worden berekend door-

Waar sigma (σ) de geleidbaarheid van de vloeistof is en rho (ρ) is de dichtheid van vloeistof. De gemeten E-veldwaarden en SAR-verdeling zijn 1 g en 10 g massagemiddelde SAR-waarden.

Wanneer een biologisch lichaam of weefsel wordt blootgesteld aan RF-EMF, wordt de RF-energie verstrooid en verzwakt wanneer deze lichaamsweefsels binnendringt. Energieabsorptie is grotendeels een functie van de stralingsfrequentie en de samenstelling van het blootgestelde weefsel. Het probleem van de fysica met betrekking tot blootstelling aan EMV is de penetratiediepte. De hogere absorptiesnelheid van straling die door mobiele telefoons wordt uitgezonden, wordt meer geabsorbeerd in het weefsel tijdens het bellen of het gebruik van elektromagnetische apparaten.

Testikels zijn erg gevoelig voor deze straling vanwege de ontwikkelings- en rijpingsprocessen van sperma die in de testikels plaatsvinden. Het staat ook vast dat de ontwikkelingsfase van de hersenen en de testikels erg gevoelig zijn voor straling, die ernstige schade kan veroorzaken in de vorm van genotoxische effecten [9, 25, 26, 45]. Verschillende onderzoeken suggereren dat microgolfstraling potentieel sterk genoeg is om de schedel van de hersenen binnen te dringen, en bijna 40% hiervan kan dieper in de hersenen reiken [46, 47] penetratiediepten van 4-5 cm worden aangenomen [48, 49]. Hetzelfde geldt voor de testikels.

Tijdens de ontwikkelingsstadia van de testikels is niet de penetratiediepte de enige factor, maar ook i) blootstellingstijd ii) duur van de blootstelling (dwz aantal blootstellingsdagen) iii) het grotere aantal onontwikkelde cellen dat wordt blootgesteld aan microgolven en iv) het watergehalte van het orgaan (hoe groter de hoeveelheid water in een orgaan, hoe groter het effect van de microgolfstraling). Verschillende studies meldden ook dat EMV-geïnduceerde morfologische veranderingen ook afhankelijk zijn van het type, de dosis, de modus en de duur van de blootstelling aan EMV [50,51,52,53,54]. Daarom is het noodzakelijk om eerst biofysische parameters met betrekking tot blootstelling aan RF-EMF en oorzakelijke factoren te onderzoeken.

Het effect van blootstelling aan RF-EMF op spermaparameters

In het licht van rapporten die aangeven dat in 2005 7,4% van de paren in de Verenigde Staten onvruchtbaar waren [55], en dat dit aantal naar verwachting zal toenemen tot 15%, vooral in geïndustrialiseerde landen [56], kan men het toenemende gebruik koppelen van RF-apparaten zoals mobiele telefoons of Wi-Fi, met RF-EMF-geïnduceerde spermaschade, omdat dit nauw verband houdt met onvruchtbaarheid. Hoewel er tal van andere factoren zijn, zoals de kwaliteit van het sperma, het aantal zaadcellen, de beweeglijkheid en de morfologie die afnemen bij het ouder worden, en leefstijlfactoren zoals alcoholgebruik, het roken van sigaretten die het vruchtbaarheidspatroon bij zowel mannen als vrouwen kunnen beïnvloeden, frequent gebruik van mobiele telefoons of EMF-apparaten dragen aanzienlijk bij aan deze slechte spermakwaliteit (Figuur 1).

Afgezien hiervan is het gebruik van mobiele telefoons in verband gebracht met afname van het progressieve aantal beweeglijke zaadcellen [20] motiliteit [20] en levensvatbaarheid [20, 34], evenals met toename van ROS [29] en abnormale spermamorfologie. Recent bewijs toont ook aan dat wifi van laptops de kwaliteit van het sperma negatief beïnvloedt [8]. EMV is ook verantwoordelijk voor de afname van de bevruchtingssnelheid [57], het aantal spermatogene cellen en triggert apoptose [58, 59], verminderde spermakwaliteit [60], hormonale veranderingen in de testis [20, 61], en kan aanleiding geven tot foetale verlies en ontwikkelingsstoornissen in de embryonale periode [45, 62] (Tabel 2) [9, 20, 25, 26, 28,29,30,31,32, 34, 38, 63].

Aantal zaadcellen

Blootstelling aan radiofrequente elektromagnetische velden van mobiele telefoons of andere bronnen van microgolven heeft een negatief effect op het mannelijke bevruchtingspotentieel van spermatozoa [29]. Er zijn verschillende technieken beschikbaar voor het meten van het aantal zaadcellen zoals hemocytometer, flowcytometrie en celteller. Met behulp van flowcytometrie, Kesari et al. vertoonde een aanzienlijk (P < 0,0001) afgenomen percentage zaadcellen (61,33 ± 3,68% vs. 31,14 ± 13,6%) en een verhoogd percentage apoptotische cellen (5,93 ± 1,64% vs. 13,15 ± 1,26%) na blootstelling aan mobiele telefoons (2 uur/dag gedurende 35 dagen) in een dierstudie [9]. Naast straling van mobiele telefoons, verminderde de blootstelling van mannelijke Wistar-ratten aan met wifi verbonden laptops (EMF, 1,15 micro Tesla, μT) gedurende 7 uur per dag gedurende 1 week ook het aantal zaadcellen en de beweeglijkheid [64]. Andere studies hebben ook RF-EMF [34, 37, 61, 65, 66] of straling van mobiele telefoons [67,68,69] in verband gebracht met schadelijke effecten op de testikels. Een dergelijke blootstelling aan straling kan een staat van oxidatieve stress veroorzaken en stimuleert de vorming van vrije radicalen door de mitochondriën van het sperma [67].

Beweeglijkheid en morfologie van sperma

Er is ook een lijst met onderzoeken die de negatieve invloed van RF-EMF op de beweeglijkheid en morfologie van het sperma aangeven. Verschillende auteurs ontdekten dat het dragen van GSM-telefoons in de broekzak of aan de riem de snelle progressieve beweeglijkheid van sperma verminderde [70, 71]. Kesari en Behari toonden aan dat mannen die mobiele telefoons gebruiken, verhoogde percentages abnormale spermamorfologie vertonen [28]. Verschillende groepen toonden aan dat mannen die mobiele telefoons gebruiken een verminderde spermaconcentratie, beweeglijkheid, normale morfologie en levensvatbaarheid hebben [16, 28, 37, 72, 73]. Verder, Luo et al. [74] toonde aan dat blootstelling aan RF-EMF rechtstreeks de testikels beïnvloedt door een significante afname van de diameter en het gewicht van de tubuli seminiferi te veroorzaken, evenals de gemiddelde hoogte van het kiemepitheel en pathologische en fysiologische veranderingen in testisweefsels, respectievelijk. , wat bewijst voor de groeiende bezorgdheid over toenemende onvruchtbaarheid [17, 26].

Het verband tussen blootstelling aan RF-EMF en testiculaire pathologieën en afnemende spermakwaliteit is hoogstwaarschijnlijk oxidatieve stress door toenemende niveaus van vrije radicalen of superoxide-anionen, aangezien een afname van de beweeglijkheid en levensvatbaarheid van het sperma wordt veroorzaakt door toenemende concentraties van superoxide-anion ( • O2 ) [34]. Vrije radicalen oxideren membraanfosfolipiden extracellulair, wat leidt tot verminderde levensvatbaarheid en verminderde vloeibaarheid van het membraan met verminderde beweeglijkheid.

De rol van kinasen in de spermacelcyclus en apoptose

Apoptose speelt een belangrijke rol bij het aanpassen van het juiste aantal prolifererende kiemcellen geassocieerd met de omringende Sertoli-cellen tijdens spermatogenese [75, 76]. Apoptose of geprogrammeerde celdood in de weefsels van een organisme is een belangrijke en onvermijdelijke gebeurtenis bij de hermodellering van weefsels tijdens de ontwikkeling en spermatogenese [77]. Celcyclusanalyse door flowcytometer heeft deze resultaten bevestigd omdat blootstelling aan EMF het verschijnen van een sub-G1 apoptotische piek induceert, wat kenmerkend is voor DNA-fragmentatie in spermatozoa [30]. Blootstelling aan straling van mobiele telefoons vertoonde een significante afname van G0-G1 fase van de zaadcelcyclus (3,26% ± 1,64%: P = 0,042) en G2/M (15,11% ± 1,41%: P = 0,022) in vergelijking met de controlegroep (4,12% ± 0,58%) en G2/M (18,84% ± 3,05%), respectievelijk [34]. Een verhoogd niveau van apoptotisch sperma werd gedetecteerd na blootstelling aan 2,45 GHz (14,30% ± 1,92%) en mobiele telefoon (13,15% ± 1,25%) in vergelijking met de schijnblootgestelde groep (7,43% ± 1,30%) en (5,93% ± 1,64%) ), respectievelijk [9, 31].

Spermatogenese is een actief proliferatief proces dat uit twee fasen bestaat: de mitotische en meiotische fase. De celcyclus wordt gereguleerd door een controlesysteem dat wordt gevormd door moleculen die belangrijke gebeurtenissen activeren en coördineren. Deze moleculen werken voornamelijk op twee belangrijke controlepunten in de celcyclus, G0 tot G1 en G2 tot M [16]. Initiatie van de M-fase in de spermacelcyclus vereist een eiwitkinasecomplex dat bestaat uit een katalytische subeenheid [78, 79] en een regulerende subeenheid. Beoordeling van de katalytische activiteit van een specifiek eiwitkinase speelt een belangrijke rol bij het ophelderen van signaaltransductieroutes, die het celgedrag kunnen beïnvloeden.

Kesari et al. hebben een belangrijke (P = 0,003) afname in het niveau van sperma-PKC-activiteit na blootstelling aan mobiele telefoons (2876 ± 617,9 P32-tellingen/mg eiwit) in vergelijking met de controlegroep (3013 ± 520,67 P32-tellingen/mg eiwit, waarbij P32 radioactief fosfor is 32 gelabeld ATP) [9]. Verschillende andere onderzoeken rapporteerden ook een afname van de beweeglijkheid van het sperma samen met een afname van de PKC-activiteit [80, 81]. Dit zou de cellulaire respons kunnen mediëren op extracellulaire stimuli die betrokken zijn bij proliferatie, apoptose, verminderd aantal zaadcellen en exocytotische afscheiding in een aantal niet-neuronale cellen, namelijk sperma [31, 82]. Kesari et al. hebben een significante daling gemeld (P = 0,006) in sperma histonkinase-activiteit in een microgolf-blootgestelde groep (3659.08 ± 1399.40 P32 counts/mg eiwit) in vergelijking met de schijnblootgestelde (5374.91 ± 1366.91 P32 counts/mg protein) [38]. Afname van histon H1-kinase-activiteit net voor het binnenkomen van differentiërende cellen in de M-fase, wat een universele rol suggereert van Cdc2/Cdk2 (celdelingscyclus/cycline-afhankelijke kinase) kinase om de G2/M-overgang te reguleren [34]. Kumar et al. [30] en Kesari et al. [9] toonde aan dat uitputting van de activiteit van zowel histonkinase als eiwitkinase kan dienen als een maatstaf voor het vermogen van microgolf-EMF om de spermatogenese en de spermacelcyclus te beïnvloeden. Kumar et al. heeft ook onderzoek gedaan naar een aanzienlijk toegenomen (P <0,001) niveau van creatinekinase in sperma in de microgolf-blootgestelde groep (0,24 ± 0,10 IE/10 8 spermatozoa) vergeleken met de schijngroep (0,04 ± 0,03 IE/10 8 spermatozoa) [29].

In spermatozoa is creatinekinase gelokaliseerd in de mitochondriën van het middenstukgebied [83]. Creatinefosfaat dient als donor voor de herfosforylering van adenosinedifosfaat (ADP) in ATP, dat flagellaire dyneïne/adenosinetrifosfaat en spermakwaliteit ondersteunt [84]. Aangezien verschillen in de creatinekinase-activiteit verschillen in sperma-ATP-concentraties en ATP/ADP-verhoudingen [84] weerspiegelen, kan worden gesuggereerd dat proteïnekinase C, histonkinase en creatinekinase een belangrijke rol spelen in celmetabolisme en spermatogenese en eventuele veranderingen in sperma kinasen als gevolg van RF-EMF of andere factoren kunnen leiden tot onvruchtbaarheid.

Blootstelling aan RF EMV beïnvloedt hormonale veranderingen

Blootstelling aan microgolven verstoort de tubuli seminiferi en vermindert de Leydig-celpopulatie en dus de serumtestosteronconcentratie bij ratten. Leydig-cellen scheiden testosteron af, waarbij luteïniserend hormoon (LH) Leydig-cellen stimuleert om testosteron te produceren en hun functie in stand houdt. Testosteron is verantwoordelijk voor feedbackcontrole van de LH-secretie in zowel de hypothalamus als de hypofyse. Dit hypofysehormoon bevordert de afscheiding van testosteron door de Leydig-cellen, de interstitiële cellen die zich tussen de tubuli seminiferi bevinden [85]. Leydig-cellen behoren tot de meest gevoelige cellen voor EMW en schade aan deze cellen kan de spermatogenese beïnvloeden [86]. Kumar et al. hebben een daling van het testosteronniveau gemeld na 10 GHz blootstelling aan microgolven, waarbij significante verschillen in blootgestelde dieren (1,4 ± 0,8 ng/ml) werden gevonden door vergelijking met de aan schijnblootgestelde dieren (4,1 ± 1,4 ng/ml) [63 ].

Verschillende studies meldden dat testosteron essentieel is voor spermatogenese, vorming van spermatozoa en instandhouding van structurele morfologie en fysiologie van tubuli seminiferi [87, 88]. Daarom zullen eventuele veranderingen in het niveau van testosteron nadelige effecten hebben op de mannelijke vruchtbaarheid. Meo et al. rapporteerde dat straling de polarisatietoestand van de celmembranen kan beïnvloeden [33]. Dit kan verantwoordelijk zijn voor duidelijke veranderingen in de synthese en secretie van testosteron. Aangezien veranderingen in serumtestosteronspiegels geassocieerd kunnen zijn met een mogelijk effect op de afscheiding van melatonine in de pijnappelklier, kunnen mobiele telefoons een verminderde melatonineproductie veroorzaken, wat in verschillende onderzoeken is gemeld [27, 89, 90]. Melatonine is een belangrijke factor bij de secretie van testosteron omdat het vooral een antigonadotrofisch effect heeft op het niveau van de hypothalamus en hypofyse [91,92,93].

RF-EMF-blootstelling en genotoxiciteit: Veel in-vitro- en in-vivo-onderzoeken toonden aan dat EMV genotoxische enkel- en dubbelstrengs DNA-breuken, micronucleusvorming, chromosomale afkortingen, veranderingen in genexpressie, celproliferatie en apoptose induceerde [25, 26, 94, 95,96,97]. Dergelijke veranderingen zijn verantwoordelijk voor genomische instabiliteit en bevorderen het tumorverwekkende effect in cellen. We onderzoeken het genotoxische effect van RF EMV op spermaparameters en mogelijke onvruchtbaarheidsresultaten zoals hieronder besproken en dat ook wordt weergegeven in figuur 2.

Een overzicht van de effecten van blootstelling aan RF EMV, uitgezonden door verschillende bronnen (mobiele telefoon, magnetron, wifi, laptop) op genotoxische parameters. Het voorgestelde mechanisme dat door straling veroorzaakte oxidatieve schade suggereert, kan DNA-schade, micronuclei-vorming en leidende kankerprogressie verhogen. Dit is in verband gebracht met een vervormde spermakop en mitochondriale omhulling in de spermastaart, wat leidt tot apoptose en uiteindelijk kankerprogressie

DNA-schade

De meerderheid van de onvruchtbare mannen vertoont DNA-schade [98,99,100]. Afgezien van verschillende andere levensstijlfactoren, is vastgesteld dat het gebruik van mobiele telefoons DNA-schade aan het sperma veroorzaakt [26] als gevolg van een overproductie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) bij mannen die continu mobiele telefoons gebruiken. Dit kan leiden tot de ontwikkeling van verschillende pathologieën, waaronder tumoren, en problemen in de spermatogenese [25, 67].

Het dragen van de mobiele telefoon in de broekzak schaadt de kwaliteit van het sperma. Kumar et al. heeft een breuk van de DNA-streng in zaadcellen gemeld na blootstelling van de testikels (de antennepositie van de 3G-mobiele telefoon die in de buurt van de testis van de rat wordt gehouden) gedurende 60 dagen gedurende 2 uur per dag in deze modus [26]. Met behulp van de Comet-assay rapporteerden de auteurs significante (P < 0,05) toename van de sperma-DNA-staartlengte (138,03 ± 57,84 m) en DNA-staartmoment (34,59 ± 45,02%) in de blootgestelde groep in vergelijking met de controle (39,96 ± 36,51 m en 2,75 ± 3,08%), respectievelijk. Kumar et al. heeft ook DNA-schade gemeld wanneer dieren gedurende 45 dagen 2 uur per dag werden blootgesteld aan 10 GHz blootstelling aan microgolven [63]. De auteurs rapporteerden een significante (p < 0,05) toename in staartintensiteit (15,1 ± 13,1%), staartlengte (154,4 ± 49,4 m) en staartmoment (21,6 ± 14,7%) in de blootgestelde groep vergeleken met de controlegroep, waar de staart intensiteit (1,5 ± 2,01%), staartlengte (56,6 ± 14,2 m) en staartbeweging (4,0 ± 0,5%) werden verkregen. De parameters zoals staartlengte is de afstand van DNA-migratie van het lichaam van de kernkern. Het staartmoment is het product van de staartlengte en de fractie van het totale DNA in de staart en de staartintensiteit vertegenwoordigt het aantal ontspannen/gebroken stukjes DNA in de staart . Het is interessant op te merken dat met de duur van de blootstelling en een toenemende vermogensdichtheid (uitgestraalde straling tijdens blootstelling) ook de omvang van het effect toenam.

Onlangs hebben Meena et al. hebben een significante toename van de DNA-schade aan het sperma gerapporteerd na blootstelling aan het hele lichaam in de magnetron gedurende 2 uur/dag gedurende 45 dagen bij 2,45 GHz door DNA-staartlengte en staartbeweging te meten met behulp van de komeettest [25]. RF-EMF van 2,45 GHz blootstelling veroorzaakte herschikking van DNA-segmenten en breuk van DNA in de testikels [101]. Daarom kunnen veranderingen op DNA-niveau in sperma of een ander celtype mutagene of tumorverwekkende effecten hebben.

Verschillende andere pilootstudies (in vitro) naar het effect van 2,45 GHz RFR op humaan geëjaculeerd sperma vonden veranderingen in de beweeglijkheid van het sperma en DNA-fragmentatie [8, 102]. Studies met RF-EMF van 900 MHz en 1,7 GHz onthulden geïnduceerde DNA-breuk in cauda epididymale spermatozoa en embryonale stamcellen bij muizen [3, 103]. Omdat de mannelijke geslachtscel zeer compact en rigide van aard is, is de DNA-schade als gevolg van EMV aanzienlijk. Een kortetermijneffect van RF-blootstelling is echter niet sterk en effectief genoeg om enig genoomniveau van veranderingen te veroorzaken, omdat deze schade het gevolg kan zijn van cumulatieve effecten van herhaalde blootstelling [16]. Er wordt echter ook gesuggereerd dat oxidatieve stress een sleutelrol speelt in het onderliggende mechanisme van DNA-fragmentatie van sperma.

Micronuclei, chromosomale schade en genomische instabiliteit

Micronuclei (MN) is een bekende biomarker van genotoxische gebeurtenissen waarbij een geïnduceerde MN-vorming leidde tot celdood, genomische instabiliteit of kankerontwikkeling [104]. Ionizing radiation is also a well-known inducer of genomic instability [3]. Adiga et al. reported that the exposure to ionizing radiation in mice could cause sperm DNA fragmentation and lead to transgenerational genomic instability in the offspring [105]. Radiation induced genomic instability (IGI) can be defined as delayed de novo appearance of genetic alterations after multiple cell generations. Micronuclei have been used to measure radiation-induced chromosomal damage in bone marrow and peripheral blood erythrocytes in rats [63].

Recently, Kesari et al. reported a significant increase in polychromatic erythrocyte (PCE) in a 3G mobile phone-exposed group (132.66 ± 8.62 micro-nucleated PCE/1000 erythrocytes) as compared to the sham exposed (15 ± 3.56 micro-nucleated PCE/1000 erythrocytes, P < 0.002) [96]. Similarly, a flowcytometric analysis showed that increased micronuclei formation with the ratio of PCE/NCE (normochromatic erythrocyte) after exposure to 3G mobile phone (0.24 ± 0.02 micro-nucleated PCE/1000 erythrocytes) was significantly lower as compared with the sham-exposed group (0.56 ± 0.05 micro-nucleated PCE/1000 erythrocytes P < 0,001). Kumar et al. have also reported a significant (P < 0.0004) increase by 52.75% in micronuclei formation in blood samples after 10 GHz microwaves exposure compared to the control [63]. The measurement of micronuclei formation has been proposed as a reliable method for measuring genotoxic or cytotoxic damages “in vivo” [106].

The basic phenomenon of micronuclei formation is that during red blood cells (RBC) formation, erythroblasts expel their nucleus and damage the chromosomes in the cytoplasm of young erythrocyte (in the form of micronuclei). Due to their small size, the radiofrequency-induced MN are likely to arise via a clastogenic effect [38, 107]. Micronuclei formation due to EMF is responsible for induced genomic instability [108]. Recent in vitro studies using neuronal cell lines suggest that exposure to ELF MFs may induce genomic instability after several generations [108, 109]. Thus far, no studies have reported genomic instability after short-term exposure to RF-EMF. Therefore, it is too early to conclude that any changes due to RF-EMF with decreased sperm count, motility, chromosomal or DNA damage and micronuclei formation may lead to the genomic instability. Nevertheless, such effect after long term RF-EMF exposure detection might be serious concern.

Microtubule and mitochondrial function

The physiology of sperm is an important factor in the fertility pattern, where microtubules participates and play a crucial role in cell division, intra-cellular transport, maintenance of cell polarity and motility. Any severe changes in the sperm structure (head: nucleus, acrosome mid piece: mitochondria flagellum) leads to decreased sperm count, decreased motility and finally infertility. The manchette and axoneme have a very important role as being part of the formation or in development of sperm head and tail [110], of which the main constituents of the latter are microtubules [111]. Any alteration in the ultrastructure of these microtubule-based structures may cause abnormalities in the sperm tail and alter its morphology causing severe alterations in its motility and are thus associated with infertility [112].

Kesari and Behari investigated an alteration in microtubule arrangement after exposure to mobile phone radiation [28]. Results observed under transmission electron microscopy of spermatozoa from RF-exposed rats showed significant changes in the midpiece region, microtubules of axoneme, and outer dense fibers of mitochondria and membranes. These authors also reported that the sagittal section of sperm nucleus with the acrosome shows a distortion (diffusion) from membrane head. The axoneme is the inner core structure of the cilia and flagella and is composed of a typical 9 + 2 pattern, two central and nine peripheral microtubules doublets. It originates from the distal centriole of the round spermatid centrosome [113]. For the generation of motility, the flagella and their microtubule assembly need a source of energy, where ATP hydrolysis provides the chemical energy required for production of kinetic energy, i.e. flagellar movement.

ATP is produced by the mitochondria present in the anterior section of sperm tail called the mid piece. Excess exposure of sperm to mobile phone RF-EMF causes a disruption of sperm mitochondria and resulted in production of high levels of ROS [67], which in turn are responsible for the decrease in sperm motility and the distortion of the acrosome possibly leading to an inability to penetrate oocytes, causing in infertility [28]. Figure 2 represents the possible mechanism of RF-EMF induced oxidative damage in mitochondria of sperm tail. However, several researchers reported that due to an excessive mitochondrial ROS production, the sperm cells’ limited endogenous antioxidant defenses are rapidly overwhelmed, which in turn may induce oxidative damage leading to peroxidation of the sperm acrosomal membrane and diminished acrosin activity [114, 115].

RF induced oxidative stress and ROS formation

The link between RF-EMF exposure and possible health effects are associated with the production of reactive oxygen species (ROS) and as a result of that increased oxidative stress. Oxidative stress is a condition in which the natural balance between oxidants and antioxidants is derailed towards an excessive amount of oxidants in relation to the antioxidants. This condition leads to biological damage of cells, tissues and organs [116]. De Iullis et al. reported that oxidative stress might be the main factor causing an elevation in sperm chromatin/ DNA damage [67]. However, exposure to cell phone radiation may induce oxidative stress leading to enhanced lipid peroxidation and changes in the antioxidant activities in the body [117]. Although, seminal plasma has a high capacity of endogenous antioxidants in order to protect spermatozoa from oxidative damage [118, 119], cell phone exposure leads to the induction of oxidative stress through the generation of ROS in the sperm plasma membrane by activation of NADH oxidase and similarly the activation of leukocytes.

Spermatozoa are particularly vulnerable to RF-induced oxidative stress. Small changes in the ROS level may play an important role in sperm capacitation, the acrosome reaction, and binding to the oocyte [120]. Kesari et al. observed significantly (P = 0.035) increased ROS levels as expressed as mg H2O2/l (58.25 ± 10.36 mg/l) in semen of rats that were exposed to mobile phone radiation. In the control group, the ROS levels were 41.78 ± 12.93 mg/l [38]. Kumar et al. has also reported a significant increase in seminal ROS level after 10 GHz of microwave exposure [121].

Many researchers have reported that elevated levels of ROS are cytotoxic, and may results in a loss of sperm motility, count and vitality [122,123,124,125]. Since sperm motility is directly associated with mitochondrial dysfunction, defects in sperm mitochondrial ultrastructure could be associated with decreased sperm motility in humans [126, 127].

The existence of deteriorated spermatozoa in the semen significantly increases the production of ROS and leads to mitochondrial dysfunction [128]. Since mitochondria in spermatozoa constantly supply the energy for sperm motility, any metabolic disruption in the electrons transport chain can increase the mitochondrial ROS production significantly, thus affecting sperm motility [129, 130]. Moreover, an increased mitochondrial ROS production leads to DNA fragmentation, decreased sperm motility and viability after mobile phone exposure [67]. Hence, it is important to protect the cells from free radical attacks by scavenging these highly reactive molecules with antioxidants.

Infertile men have significantly increased seminal ROS levels as well as a reduction in the antioxidant capacity compared with fertile controls [18, 131,132,133,134,135]. The formation of ROS may affect several enzymes such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) or glutathione peroxidase (GPx), which are found in seminal fluid and protect spermatozoa against the assault of ROS. Kesari and Behari [28] and Kesari et al. [38] have reported a decrease in glutathione and superoxide production after RF-EMF exposure at different frequency and power levels where the decreased glutathione level during sperm production correlated with disruption in the membrane integrity of spermatozoa as consequence of induced oxidative stress.

RF-EMF exposure affects the reproductive endocrine system

RF-EMF exposure may not only disrupt brain functions which in turn may lead to negative effects on the reproductive endocrine system as the central nervous system (CNS), particularly the limbic system and the hypothalamus, but also play an important role in controlling testicular hormones through neuro-endocrine feedback mechanisms via gonadotropin releasing hormone (GnRH) stimulating follicle-stimulating hormone (FSH) and LH as key hormones released from the pituitary gland. RF-EMF exposure can affect the release of adrenocorticotropic hormone, growth hormone, thyroid stimulating hormone, FSH, and LH in the pituitary [136]. Therefore, any decrease in the level of FSH may negatively affect spermatogenesis. On the other hand, LH stimulates Leydig cells to produce testosterone therefore a decrease in the level of the testosterone may affect sexual differentiation in the fetus and spermatogenesis in the adult. FSH stimulates the Sertoli cells, thereby activates the seminiferous tubules, resulting in the production of sperm as well as the conversion of testosterone to estradiol [137]. Researchers reported that EMF is also responsible for the decrease of melatonin levels in the brain pineal gland [27, 138]. Oktem et al. also found decreased melatonin concentrations due to microwave radiation-induced increased oxidative stress [139]. Melatonin exerts an antigonadotrophic effect mainly at the level of the hypothalamus and pituitary [91, 92] and decreases the testosterone secretion in Leydig cells with relevantly decreased testicular size and insufficient testosterone production [92]. Melatonin regulates the pulse of LH secretion in the hypothalamus, influencing gonadotropin FSH and LH release. Eventually, this can alter the production of gonadal sex steroids, resulting in changes in the reproductive cycle [140, 141].

A disrupted endocrine system may pose a great risk during prenatal and early postnatal development especially the brain development phase as reported by Sharma et al. [45]. These authors exposed pregnant female mice to 10 GHz microwave radiation and found that the radiation affected the neonatal brain much higher after exposure at 0.25 days of gestation as compared to 11.25 days, indicating the sensitivity of the brain to high frequency radiation during the early developmental phase. More interestingly, Kesari and Behari have reported that progeny from RF-exposed (2 h/day for 45 days) rats showed significant decreases in number and weight as compared with control animals [28].

Consequences of radiotherapy on male fertility

Vakalopoulos et al. [142] reported that cancer treatments, including surgery, radiotherapy and chemotherapy, could have a transitory as well as a permanent detrimental impact on male fertility. However, in patients with testicular cancer, radiotherapy has been found more deleterious to fertility than chemotherapy [143], an observation which has not been confirmed by some other authors [144, 145]. The doses applied for radiotherapy range from 3000 to 7000 cGy and are found to have mutagenic, teratogenic and embryotoxic effects [146, 147]. The constant production of sperm in the germinal epithelium renders the testes as a prime target for radiotherapy, which affects the gonads by damaging sperm production, thus leading to infertility [148]. The extent of the damage caused by radiation depends on the dosage and exposure methods (radiotherapy alone or in combination with other treatment methods). Since spermatogonia are mitotically active, the dividing spermatogonia are most vulnerable to radiation treatment [149]. The estimated dosage of radiation causing adverse effects and a reduction in the number of spermatogonia and daughter cells has been reported as between 0.1–1.2 Gy, while irreversible damage occurs at 4 Gy and a decrease in sperm count is obvious at 4–6 Gy [150]. Damage to Leydig cells is generally associated with infertility [151]. However, these cells are more resistant to radiation-induced injury [152].

During the first 50–60 days after moderate levels of irradiation (1.5–2 Gy dose), the sperm count is reduced up to 50%, which may even lead to azoospermia after moderate-to-high dose irradiation [153, 154, 148]. Post-radiation sperm cell damage is most severe 4 to 6 months after completion of a radiotherapy leading to azoospermia [155]. Whereas, in some men, low sperm counts, decreased motility, and increased rates of chromosomal abnormalities were observed after irradiation [156, 157]. A single dose of radiation administered in multiple treatments, lowers the semen volume and sperm count, which may depend on the dose applied. The recovery period for normal semen volume and sperm count could be 9–18 months if the radiation dose is below 1 Gy, about 30 months after 2–3 Gy exposure and 5 or more years for a dose of 4–6 Gy [148, 158, 159]. In general, the extent of the damage and thus the degree of fertility impairment depends on the radiation dosage. Essentially, any electromagnetic radiation including those deriving from cell phone, cell phone towers, laptop, microwave oven etc. may lead to detrimental effects on fertility. However, the harmful effects of electromagnetic radiation have not been proven in human studies due to inherent limitations associated with carrying out human studies. Therefore, more innovative basic research is needed to decipher and prove the harmful effects of electromagnetic radiation on male fertility.

Protective measures of RF-EMF exposure

The role of antioxidants in cell protection against RF-EMF-induced oxidative stress has been discussed earlier. Melatonin, N-acetyl-cysteine, and green tea or medicinal plant leaf extracts have antioxidative properties to protect the cells from any damage. The antioxidative properties of melatonin were reported first by Ianas et al. [160] and subsequently by others [25, 161,162,163]. Melatonin reduces oxidative stress and protects membrane lipids, cytosolic proteins, nuclear and mitochondrial DNA from oxidative damage [164]. In addition, it acts as potent antioxidant to detoxify ROS and stimulates antioxidative enzymes [139, 165]. Moreover, melatonin not only protects the cells from EMF-induced oxidative damage, but also prevents a decline in the mitochondrial membrane potential, which may trigger mitochondrial transition pore opening and triggering the apoptotic cascade [166,167,168]. A study by Meena et al. reported a protective role of melatonin against microwave radiations [25]. Authors exposed the animals for 2 h per day for 45 days. Melatonin was found to provide protection from oxidative damage as indicated by significant decreases (P < 0.001) in the levels of malondialdehyde and ROS (P < 0,01). Melatonin treatment also reversed the effects of EMF for sperm count, testosterone level and DNA fragmentation [25].

Consumption of green tea (Camellia sinensis), a rich source of polyphenolic compounds, shows promising antioxidant effects [55, 56] as these compounds have anti-inflammatory and anti-oxidative properties. It can also protect from many kinds of diseases due to its anti-proliferative, anti-mutagenic, anti-bacterial, and chemo-preventive properties [169,170,171,172]. Reportedly, RF-EMF induces oxidative stress and promotes sperm dysfunctions [10, 25, 26]. However, the consumption of green tea has been found to improve the quality of male and female gametes [173]. These polyphenols are potentially strong to inhibit ROS formation and have a preventative role against RF radiations. Daily consumption of green tea extract could protect the cardiovascular system [174] and lower blood glucose and cholesterol levels [175]. Recently, Roychoudhury et al. suggested that the supplementation of green tea in males could significantly improve sperm parameters by reducing oxidative stress [173]. Several other studies also support that consumption of green tea may alleviate oxidative stress and maintain reproductive health [176, 177]. Kim and Rhee reported that supplementation with green tea catechins significantly reduced the oxidative damage in the microwave exposed group [178]. Zahedifar and Baharara have also reported that green tea has an inhibitory effect and it decreases the average number of micronuclei in cell phone exposed mice [179].


The four stages of ARS are:

  • Prodromal stage (N-V-D stage): The classic symptoms for this stage are nausea, vomiting, as well as anorexia and possibly diarrhea (depending on dose), which occur from minutes to days following exposure. The symptoms may last (episodically) for minutes up to several days.
  • Latent stage: In this stage, the patient looks and feels generally healthy for a few hours or even up to a few weeks.
  • Manifest illness stage: In this stage the symptoms depend on the specific syndrome (see Table 1) and last from hours up to several months.
  • Recovery or death: Most patients who do not recover will die within several months of exposure. The recovery process lasts from several weeks up to two years.

These stages are described in further detail in Table 1

Table 1: Acute Radiation Syndromes
Syndroom Dose * Prodromal Stage Latent Stage Manifest Illness Stage Herstel
Hematopoietic
(Bone Marrow)
> 0.7 Gy (> 70 rads)
(mild symptoms may occur as low as 0.3 Gy or 30 rads)
&bull Symptoms are anorexia, nausea and vomiting.
&bull Onset occurs 1 hour to 2 days after exposure.
&bull Stage lasts for minutes to days.
&bull Stem cells in bone marrow are dying, although patient may appear and feel well.
&bull Stage lasts 1 to 6 weeks.
&bull Symptoms are anorexia, fever, and malaise.
&bull Drop in all blood cell counts occurs for several weeks.
&bull Primary cause of death is infection and hemorrhage.
&bull Survival decreases with increasing dose.
&bull Most deaths occur within a few months after exposure.
&bull in most cases, bone marrow cells will begin to repopulate the marrow.
&bull There should be full recovery for a large percentage of individuals from a few weeks up to two years after exposure.
&bull death may occur in some individuals at 1.2 Gy (120 rads).
&bull the LD50/60 &dagger is about 2.5 to 5 Gy (250 to 500 rads)
Gastrointestinal (GI) > 10 Gy (> 1000 rads)
(some symptoms may occur as low as 6 Gy or 600 rads)
&bull Symptoms are anorexia, severe nausea, vomiting, cramps, and diarrhea.
&bull Onset occurs within a few hours after exposure.
&bull Stage lasts about 2 days.
&bull Stem cells in bone marrow and cells lining GI tract are dying, although patient may appear and feel well.
&bull Stage lasts less than 1 week.
&bull Symptoms are malaise, anorexia, severe diarrhea, fever, dehydration, and electrolyte imbalance.
&bull Death is due to infection, dehydration, and electrolyte imbalance.
&bull Death occurs within 2 weeks of exposure.
&bull the LD100 &Dagger is about 10 Gy (1000 rads)
Cardiovascular (CV)/ Central Nervous System (CNS) > 50 Gy (5000 rads)
(some symptoms may occur as low as 20 Gy or 2000 rads)
&bull Symptoms are extreme nervousness and confusion severe nausea, vomiting, and watery diarrhea loss of consciousness and burning sensations of the skin.
&bull Onset occurs within minutes of exposure.
&bull Stage lasts for minutes to hours.
&bull Patient may return to partial functionality.
&bull Stage may last for hours but often is less.
&bull Symptoms are return of watery diarrhea, convulsions, and coma.
&bull Onset occurs 5 to 6 hours after exposure.
&bull Death occurs within 3 days of exposure.
&bull No recovery is expected.

* The absorbed doses quoted here are &ldquogamma equivalent&rdquo values. Neutrons or protons generally produce the same effects as gamma, beta, or X-rays but at lower doses. If the patient has been exposed to neutrons or protons, consult radiation experts on how to interpret the dose.

&dagger The LD50/60 is the dose necessary to kill 50% of the exposed population in 60 days.

&Dagger The LD100 is the dose necessary to kill 100% of the exposed population


Inhoud

In the graph on left, a dose/survival curve for a hypothetical group of cells has been drawn with and without a rest time for the cells to recover. Other than the recovery time partway through the irradiation, the cells would have been treated identically.

Radioresistance may be induced by exposure to small doses of ionizing radiation. Several studies have documented this effect in yeast, bacteria, protozoa, algae, plants, insects, as well as in in vitro mammalian and human cells and in animal models. Several cellular radioprotection mechanisms may be involved, such as alterations in the levels of some cytoplasmic and nuclear proteins and increased gene expression, DNA repair and other processes. Also biophysical models presented general basics for this phenomenon. [7]

Many organisms have been found to possess a self-repair mechanism that can be activated by exposure to radiation in some cases. Two examples of this self-repair process in humans are described below.

Devair Alves Ferreira received a large dose (7.0 Gy) during the Goiânia accident, and lived, whereas his wife, who got a dose of 5.7 Gy, died. The most likely explanation [ citaat nodig ] is that his dose was fractionated into many smaller doses which were absorbed over a length of time while his wife stayed in the house more and was subjected to continuous irradiation without a break so giving the self repair mechanisms in her body less time to repair some of the damage done by the radiation. This resulted in her death. He also eventually died in 1994. In the same way some of the persons who worked in the basement of the wrecked Chernobyl have built up doses of 10 Gy, these workers received these doses in small fractions so the acute effects were avoided.

It has been found in radiation biology experiments that if a group of cells are irradiated then as the dose increases the number of cells which survive decrease. It has also been found that if a population of cells are given a dose before being set aside (without being irradiated) for a length of time before being irradiated again then the radiation has less of an ability to cause cell death. The human body contains many types of cells and a human can be killed by the loss of a single tissue in a vital organ [ citaat nodig ] . For many short term radiation deaths (3 days to 30 days) the loss of cells forming blood cells (bone marrow) and the cells in the digestive system (wall of the intestines) cause death.

There is strong evidence that radioresistance can be genetically determined and inherited, at least in some organisms. Heinrich Nöthel, a geneticist from the Freie Universität Berlin carried out the most extensive study about radioresistance mutations using the common fruit fly, Drosophila melanogaster, in a series of 14 publications.

From the perspective of evolutionary history and causation, radioresistance does not appear to be an adaptive trait because there is no documented naturally occurring selection pressure that could have bestowed a fitness advantage to the ability for organisms to withstand doses of ionizing radiation in the range that several extremophile species have been observed to be capable of surviving. [8] This is primarily because the Earth's magnetic field shields all its inhabitants from solar cosmic radiation and galactic cosmic rays, [9] which are the two primary sources of ionizing radiation across our solar system, [10] and even including all documented terrestrial sources of ionizing radiation such as radon gas and primordial radionuclides at geographical locations considered to be natural high-level radiation sites, the yearly dose of natural background radiation [11] remains tens of thousands of times smaller than the levels of ionizing radiation that many highly radioresistant organisms can withstand.

One possible explanation for the existence of radioresistance is that it is an example of co-opted adaptation or exaptation, where radioresistance could be an indirect consequence of the evolution of a different, linked adaptation that has been positively selected for by evolution. For example, the desiccation-adaptation hypothesis proposes that the extreme temperatures present in the habitats of hyperthermophiles like NSeinococcus radiodurans cause cellular damage that is virtually identical to damage typically caused by ionizing radiation, and that the cellular repair mechanisms that have evolved to repair this heat or desiccation damage are generalizable to radiation damage as well, allowing D. radiodurans to survive extreme doses of ionizing radiation. [12] Exposure to gamma radiation leads to cellular DNA damage including alterations in nitrogenous base-pairing, sugar-phosphate backbone damage, and double-stranded DNA lesions. [13] The extraordinarily efficient cellular repair mechanisms that Deinoccocus species like D. radiodurans have evolved to repair heat-damage are likely also capable of reversing the effects of DNA damage wrought by ionizing radiation, such as by piecing back together any components of their genome that have been fragmented by the radiation. [14] [15] [16]

Bacil sp. producing unusually radiation (and peroxide) resistant spores, have been isolated from spacecraft assembly facilities, and are thought of as candidates that could ride piggyback on spacecraft through interplanetary transfer. [17] [18] [19] [20] [21] Genome analysis of some of these radiation resistant spore producers have thrown some light on the genetic traits that could be responsible for the resistances observed. [22] [23] [24] [25]

Radioresistance is also a term sometimes used in medicine (oncology) for cancer cells which are difficult to treat with radiotherapy. Radioresistance of cancer cells may be intrinsic or induced by the radiation therapy itself.

The comparison in the table below is only meant to give approximate indications of radioresistance for different species and should be taken with great caution. There are generally big differences in radioresistance for one species among experiments, due to the way radiation affects living tissues and to different experimental conditions. We should for example consider that because radiation impedes cell division, immature organisms are less resistant to radiations than adults, and adults are sterilized at doses much lower than that necessary to kill them. For example, for the insect parasitoid Habrobracon hebetor, the LD50 for haploid embryo during cleavage (1–3 hours of age) is 200 R, but about 4 hours later it is of 7,000 R (for X-ray intensity of 110 R/minute), and haploid (= male) embryos are more resistant than diploid (= female) embryos. [26] The mortality of adults H. hebetor exposed to a dose of 180,250 R is the same to this of a non-irradiated control group (food was not provided to either groups) (for 6,000 R/minute). [27] [28] However, a lower dose of 102,000 R (for 6,000 R/minute) is sufficient to induce a state of lethargy in H. hebetor that is manifested by a complete cessation of activity, including cessation of feeding, and these individuals eventually let themselves starve to death. [28] And an even lower dose of 4,858 R (for 2,650 R/minute) is sufficient to sterilize adult female H. hebetor (sterility arises 3 days post-exposure). [29] Other important factors that influence the level of radioresistance include: The length of time during which a dose of radiation is delivered—with doses delivered during longer periods, or at time intervals, being associated with greatly reduced negative effects [29] [30] The feeding state of individuals—with pre-fed and post-fed individuals being more resistant to radiations compared to starved individuals [29] [30] The type of radiation used (e.g., tardigrades Milnesium tardigradum irradiated with heavy ions have a higher survival than when irradiated with gamma rays, for a same irradiation dose) [31] The physiological state of individuals (e.g., the tardigrade species Richtersius coronifer en Milnesium tardigradum are more resistant to gamma-ray radiation when in the hydrated state, and Macrobiotus areolatus is more resistant to X-ray radiation when in the anhydrobiotic state). [31] The way lethality is measured is also source of variation for the estimated radioresistance of a species. Irradiated specimens are not instantly killed, unless exposed to a very high dose (acute dose). [32] Therefore, irradiated specimens die over a certain period of time and lower irradiation doses correspond to longer survival. This means that the radiation dose LD50 fluctuates with the time at which it is measured. For example, the β radiation dose that causes 50% mortality in the American cockroach at 25 days post-exposure is 5,700 R, but to reach 50% mortality at 3 days post-exposure, 45,610 R are needed. [30] 25 days can represent a long survival period for short lived species, such as insects, but would represent a very short survival time for long lived species, such as mammals, so comparing survival of different species after the same amount of time post-exposure also poses some challenges of interpretation. These examples illustrate the many issues associated with comparison of radioresistance among species and the need for caution when doing so.

Lethal radiation doses (Gray)
Organisme Lethal dose LD50 LD100 Class/Kingdom
Hond 3.5 (LD50/30 days) [33] Zoogdieren
Menselijk 4–10 [34] 4.5 [35] 10 [36] Zoogdieren
Rat 7.5 Zoogdieren
Muis 4.5–12 8.6–9 Zoogdieren
Rabbit 8 (LD50/30 days) [33] Zoogdieren
Tortoise 15 (LD50/30 days) [33] Reptile
Goudvis 20 (LD50/30 days) [33] Vis
Escherichia coli 60 60 bacteriën
German cockroach 64 [34] Insects
schaaldieren 200 (LD50/30 days) [33] -
Common fruit fly 640 [34] Insects
C. elegans 160-200 [37] ≫ 500-800 [38] [39] nematode
Amoebe 1,000 (LD50/30 days) [33] -
Habrobracon hebetor 1,800 [27] [28] Insects
Milnesium tardigradum 5,000 [31] Eutardigrade
Deinococcus radiodurans 15,000 [34] bacteriën
Thermococcus gammatolerans 30,000 [34] Archaea

∗ While an LD50 has been reported for wild type C. elegans individuals, an upper lethal limit has not been established, rather "nearly all animals were alive with no indication of excess lethality up to 800 Gy, the highest dose. measured." [39]


Differential response of human glioblastoma cell lines to combined camptothecin and ionizing radiation treatment

In order to enhance the cytotoxicity of radiation, camptothecin (CPT), an inhibitor of DNA topoisomerase I, was added to the cultured glioma cell lines before irradiation (IR). Radiation responses of five glioblastoma cell lines (U87-MG, U373-MG, GHE, GaMG and SNB-19) treated with CPT were analyzed in terms of cell and colony counts, cell cycle progression, expression of histone γH2AX, DNA repair protein Rad50, survivin, cleaved caspase 3, p53 and of topoisomerase I. CPT enhanced the radiotoxicity in U87-MG and SNB-19 cell lines if cell and colony counts were used as the end-points. In contrast, pre-treatment with CPT of U373-MG, GHE and GaMG cell lines did not enhance cytotoxicity of IR in terms of cell and colony counts but accelerated DNA damage repair assessed by Rad50 foci. CPT treated glioma cells revealed at least two subpopulations with respect to the expression of histone γH2AX, a marker of DNA double-strand breaks. The cell lines tested also differed in the expression of survivin, cleaved caspase 3, p53 and of topoisomerase I. The failure of CPT to enhance the radiotoxicity of glioma U373-MG, GHE and GaMG cell lines in terms of cell and colony counts was found to correlate with accelerated DNA damage repair, and with low expression of topoisomerase I, a target of CPT.


DANKBETUIGING

This review is supported by a generous gift from Jean-Noël Thorel, who also supported all quoted unpublished work at the Mediterranean Institute for Life Sciences. M.R. receives support from the two affiliated institutions (University of Paris V and Institut National pour la Santé et la Recherche Médicale). AK receives support from the Mediterranean Institute for Life Sciences. We thank Dr. Jean-Paul Leonetti and Dr. Jacques Biton of the Paris-based Deinove company for allowing us to quote the company’s unpublished work.


Bekijk de video: Bug沒修掉趕快打台版 宇宙篇第三章 議事阻擾邪星貓關卡 (Januari- 2022).