Elektrik alanının insan kromozomlarına in vitro etkisi

Elektrik alanýnýn insan kromozomlarýna in vitro
etkisi
1
2
1
Dr.M.Emin ERDAL , Dr.Nurten ERDAL , Dr.Sibel OÐUZKAN , Dr.Can PAKSU
1
2
2
Gaziantep Üniversitesi Týp Fakültesi Týbbi Biyoloji ve Genetik , Biyofizik Anabilim Dalý /GAZÝANTEP
Özet: Elektrik alanýnýn insan lenfosit kültüründe kromozomlara etkisi araþtýrýldý. Saðlýklý
bireylerden heparinli tüpe alýnan kan, kültür ortamýna býrakýlarak, 72 saatlik inkübasyonun son
24 saatinde 0.5 kV/m’lik ve 1 kV/m’lik elektrik alana maruz býrakýldý. Kontrol grubu olarak ayný
bireylerin kanlarý normal inkübasyona býrakýldý. Elektrik alanýna maruz býrakýlan ve kontrol
kültürlerine standart kromozom analizi uygulandý. Kromozomlardaki yapýsal ve sayýsal
düzensizlikler incelendi. Elektrik alan uygulanan grupta, kromozomlardaki yapýsal düzensizliklerin
oraný, kontrol grubundan daha yüksek olduðu saptandý.
Anahtar Kelimeler: Elektrik alaný, Ýnsan lenfosit kültürü, Kromozomal düzensizlikler
Elektrik alanýnýn, insan lenfosit kültürlerinde
kromozomlar üzerine in vitro etkisini araþtýrmak
için; alkol, sigara alýþkanlýðý olmayan, ilaç
kullanmayan, saðlýklý, yaþlarý 20-25 arasýnda
deðiþen 3'ü erkek 3'ü kadýn olmak üzere toplam 6
bireyin heparinli periferik kanlarý kullanýldý. Kültür
ortamý olarak, hücrelerin yapay olarak mitoza
girmelerini saðlayan phytohemaglutinin de içinde
bulunduðu ve esasýný aminoasitler, vitaminler ve
minerallerin oluþturduðu Chromosome 1A Medium
(Gibco BRL-31672-017) besiyeri kullanýldý. 5 ml'
lik besiyeri steril konik dipli santrifüj tüpüne
konularak üzerine 4-5 damla kan damlatýldý ve
37° C ' lik etüvde inkübe edildi.
GÝRÝÞ
Çevrenin
artýk
kimyasal
maddelerle
kirletilmesinin yoðun eleþtirilere neden olduðu
günümüzde, elektromagnetik çevre kirlenmesinin
oluþturduðu zararlý etkilerin araþtýrýlmasýný da
gündeme getirmiþtir. Vücudun moleküllerini,
atomlarýný ve dipollerini etkileyen elektrik alanlar;
canlý organizmada, hücre elektrik alanýný
deðiþtirerek dolaþým sistemi, sinir sistemi ve
biyokimyasal reaksiyonlarýn da deðiþimine neden
olmaktadýr8.
Elektrik alan etkisinde olan dokulara deðiþik
yollarla enerji transfer edilir. Elektrik alanlarý
herhangi bir atomun serbest elektronlarýna kinetik
enerji verir, polarizasyona neden olur ve polar
moleküllerin dipol momentlerinin, alan vektörü ile
ayný doðrultuya gelmesini saðlar6. Elektrik alanlar
etkisiyle, dokulara enerji transferi sonucunda,
organizmada mevcut moleküller oksijen, serbest
radikal forma dönüþebilmektedir. Oluþan bu
radikaller nükleik asitlere baðlanarak, DNA
bütünlüðünün
bozulmasýna
neden
olabilmektedir1,4.
Bu araþtýrmayla, elektrik alanýnýn insan
lenfosit kültüründe kromozomlara in vitro etkisini
ortaya çýkarmak amaçlanmýþtýr.
Kontrol grubunu normal inkübasyona tabi
tutulmuþ
kültürler,
deney
grubunu
ise,
inkübasyonun son 24 saatinde 0.5 kV/m ve 1
kV/m'lik elektrik alana maruz býrakýlmýþ kültürler
oluþturdu.
Elektrik alaný, paralel plaka sistemi ile etüv
içerisinde oluþturuldu. 10 x 10 cm boyutlarýnda
bakýr plakalar, aralarýnda 10 cm mesafe olacak
þekilde dikey olarak monte edildi. Güç kaynaðýnýn
pozitif ucu bir plakaya, negatif ucu ise diðer
plakaya baðlandý. 50 ve 100 Volt DC gerilimi
uygulanarak, yatay doðrultuda 0.5 kV/m ve
1kV/m'lik elektrik alan etüv içerisinde oluþturuldu.
MATERYAL ve METOD
141
Cilt 23 Yýl 1998
Elektrik alanýnýn insan kromozomlarýna in vitro etkisi
Gerilimin þiddeti deney boyunca sabit tutuldu ve
devreye baðlý multimetre ile kontrol edildi.
Kontrol ve deney gruplarýndaki periferik
lenfositlerinden hazýrlanmýþ kültürlere standart
kromozom analizi uygulandý3. Kromozomlardaki
sayýsal ve þekilsel düzensizlikler deðerlendirildi.
Normal ve düzensizlik içeren metafazlarýn
resimleri mikrofotografi sistemiyle (Olympus B017,
Olympus C-35AD-4) çekildi. Kontrol ve deney
gruplarýndan elde edilen bulgular istatistiksel
olarak Student's t Testi ile deðerlendirildi7.
BULGULAR
Şekil 1: Kontrol grubuna ait normal bir metafaz örneği (X 1000)
Kromozomlardaki
sayýsal
ve
þekilsel
düzensizliklerin belirlenmesi için 6 bireyin
herbirinden 60 metafaz plaðý (20 metafaz kontrol,
20 metafaz 0.5 kV/m' lik elektrik alan ve 20
metafaz 1 kV/m' lik elektrik alan grubu için) olmak
üzere toplam 360 metafaz plaðý deðerlendirildi.
Kontrol ve deney gruplarýndan elde edilen bulgular
Tablo 1'de verilmiþtir. Kontrol grubuna ait normal
bir metafaz örneði Þekil 1'de, 1 kV/m'lik elektrik
alaný uygulanan deney grubuna ait yapýsal
düzensizlik içeren bir metafazýn örneði ise Þekil
2'de gösterilmiþtir.
Şekil 2:1 kV/m’lik elektrik alanı uygulanan deney grubuna ait yapısal
düzensizlik içeren bir metafaz örneği. Kromatid gap ve kromatid break
ok işaretiyle gösterilmiştir ( X 1000)
Tablo 1: Gruplara göre incelenen metafazlardan elde edilen bulgular
Kontrol
Ýncelenen
Metafaz
Sayýsý
Normal
Metafaz Sayýsý
2n=46
Sayýsal ve
Yapýsal
Düzensiz
Metafaz
Sayýsý
Düzensiz Metafazlarýn Daðýlýmý
Kromati
Kromati
Hipoploidi
Hiperploidi d
d Break
Gap
2n≤45
2n≥47
120
98
22
9
120
68
52**
12*
12**
24**
4
120
64
56**
12*
14**
26**
4
3
8
2
0.5 kV/m
1 kV/m
* Kontrollere göre önemli düzeyde farklı (p<0.05)
** Kontrollere göre önemli düzeyde farklı (p<0.001)
alaný düzensiz metafaz sayýsýný önemli düzeyde
artýrmýþtýr (P<0.001). Düzensiz metafazlar
deðerlendirildiðinde; elektrik alaný hipoploidi,
hiperploidi ve kromatid gap sayýsýný arttýrdýðý,
hipoploidi sayýsýndaki artýþ P<0.05 düzeyinde,
Ýncelenen toplam metafazlar deðerlendirildiðinde;
kontrollere göre 0.5 kV/m ve 1 kV/m'lik elektrik
142
Cilt 23 Yýl 1998
Elektrik alanýnýn insan kromozomlarýna in vitro etkisi
lenfositlerinde SCE sýklýðý üzerine etkilerini
araþtýrmýþlardýr. Gd-DTPA'in konsantrasyonu
arttýrýldýðýnda magnetik alan ile birlikte SCE
sýklýðýný arttýrdýðý, buna karþýn tek baþýna
uygulamalarda
bir
fark
oluþturmadýðýný
11
gözlemiþlerdir . Zwingelberg, R. ve ark 50 Hz, 30
mT magnetik alanýn ve Cyclophosphamid' in in
vitro fare hücrelerinde mitotik indeks ve SCE
sýklýðýna
etkilerini
araþtýrmýþlardýr.
Cyclophosphamid'in SCE ve mitotik indeks üzerine
etkili olmasýna karþýn, magnetik alanýn etkisi
olmadýðýný gözlemiþlerdir12. Valjus, j. ve ark. 50
Hz elektromagnetik alana uzun süre maruz kalan
enerji
hattýnda
çalýþanlarda
yaptýklarý
çalýþmada kromozom gap ve kromozom kýrýk
sýklýðýnda artýþ olduðunu gözlemiþlerdir. Ayrýca,
bu bireyler arasýnda kromozomal düzensizliðin
sigara
içenlerde
daha
fazla
olduðunu
bildirmiþlerdir10.
Bu araþtýrma sonucunda; elektrik alana
maruz býrakýlan kültür ortamlarýndan hazýrlanan
preparatlardaki
metafazlar
incelendiðinde;
düzensiz metafaz sayýsýnda önemli bir artýþýn
olduðu saptanmýþtýr (P<0,001). Bu bulgular, bu ve
buna benzer konularda yapýlan çalýþmalarda
gözlenen, kromozom ve DNA düzensizliði ile ilgili
bulgularla desteklenmektedir.
Elektrik alana sürekli maruz kalan bireylere,
özellikle yüksek gerilim hattýnda çalýþan bireylere
bu düzensizlikler de
düþünülerek genetik
danýþma
verilmesinin
yararlý
olacaðý
kanýsýndayýz.
Araþtýrmalarýn, genotoksik etkileri gözlemede
kullanýlan SCE yöntemiyle de
tekrarlanmasý
yararlý olacaktýr.
hiperploidi ve kromatid gap sayýsýndaki artýþ ise
P<0.001 düzeyinde önemli olduðu saptandý.
Kromatid break sayýsýnda sayýsal bir artýþ
gözlenmiþ olmasýna karþýn, bu artýþ istatistiksel
olarak önemsiz bulunmuþtur (P>0.05).
TARTIÞMA
Çaðýmýzda kullanýlan birçok fiziksel ve
kimyasal etkenlerin (Elektrik alan, elektromagnetik
alan, X-ýþýnlarý, radyasyon, çevre kirletici
maddeler vs. gibi) canlý organizmalar üzerine
etkileri
konusunda
bir
çok
araþtýrma
yapýlmaktadýr. Bu araþtýrmalar daha çok canlý
hücrenin en önemli yapýsý olan kromozomlar ve
dolayýsýyla DNA üzerinde yoðunlaþmaktadýr. Bu
araþtýrmalardan bazýlarý ve genetik yapý üzerine
etkileri þunlardýr:
Taguchi, T. ve ark. In vitro X-ýþýnýna maruz
kalan hücrelerde SCE
(Sister Chromatid
Exchange)
sýklýðýný
araþtýrmýþlardýr.
Xýþýnýnýn
SCE
sýklýðýný
arttýrdýðýný
gözlemiþlerdir. Ayrýca, deðiþimin 1, 9 ve 16
numaralý kromozomlarda daha fazla olduðunu
bildirmiþlerdir9.Garcia-Sagredo, J.M. ve ark.
Düþük düzeyde pulslu elektromagnetik alanýn in
vitro insan lenfositlerinde, DNA hasarýna bir
gösterge olarak SCE sýklýðýný araþtýrmýþlardýr.
Kontrol
grubu ile düþük düzeyli
pulslu
elektromagnetik alan uygulanan örnekler arasýnda
fark olmadýðýný gözlemiþlerdir2. Khalil, A.M. ve
ark. Pulslu elektromagnetik alanýn in vitro insan
lenfositlerinde kromozom düzensizlikleri, mitotik
indeks ve SCE sýklýðý üzerine etkilerini
araþtýrmýþlardýr.
Araþtýrma
sonucunda;
kromozom düzensizliklerinde
artýþ, mitotik
indekste ise azalýþ olduðunu, mitotik indeksteki bu
azalýþýn nedeninin kültür ortamýndaki hücrelerin
ölümünden kaynaklanabileceðini ileri sürmüþlerdir.
Fakat mitotik indeksteki bu azalma, kýsa süreli
pulslu elektromagnetik alan uygulanan grupta
gözlenmemiþtir. SCE sýklýðýnda ise bir deðiþimin
olmadýðýný gözlemiþlerdir5. Yamazaki, E. ve ark.
Magnetik alan radyo frekanslarý ve gadolinium
diethylene triamine penta acetic acid (Gd-DTPA)'
nýn tek tek ve kombine þekilde insan
SUMMARY
Effects of Electric Fields on Human
Chromosomes in Vitro
The effects of the electric fields on the
chromosomes in human lymphocytes culture were
investigated. The blood drawn to heparinised tubes
from healthy people was put into culture medium
and was exposed to 0.5 kV/m and 1 kV/m electric
fields during last 24 hours of 72 hours incubation.
143
Cilt 23 Yýl 1998
Elektrik alanýnýn insan kromozomlarýna in vitro etkisi
6. Misakian M, Sheppard AK, Krause D, et al.
Biological, Physical and Electrical Parameters for in
vitro studies with ELF Magnetic and Electric Fields; A
Primer. Bioelectromagnetics, 1993; 2:1-73.
The same persons’ blood was put into normal
incubation as a control group. Standard
chromosome analyse was applied to both groups.
Structural
and
numerical
aberrations
in
chromosomes were examined. It was established
that the ratio of structural aberrations in the group
exposed electric fields were higher than that of
control group.
Key Words: Electric
lymphocytes
culture,
aberrations
7. Sümbüloðlu K ve Sümbüloðlu V: Biyoistatistik. 5.
Baský, Ankara, 1994, Özdemir Basým,Yayým ve
Daðýtým LTD. ÞTÝ., Sayfalar 106-111
8. Þeker S ve Çerezci O: Elektromagnetik alanlarýn
biyolojik etkileri güvenlik standartlarý ve korunma
yöntemleri., Ýstanbul, 1991, Boðaziçi Üniv.
Matbaasý, Sayfalar 45-46
fields, Human
Chromosomal
9. Taguchi T
and Shiraishi Y: Increased sisterchromatid exchanges (SCE) and chromosomal
fragilities by BrdU in a human mutant Blymphoblastoid cell line. Mutat.Res., 1989; 211:43-9.
10. Valjus J, Norppa H, Jarventaus H, et al. Analysis of
chromosomal
aberrations,
sister
chromadid
exchanges and micronuclei among power linesmen
with long-term exposure to 50-Hz electromagnetic
fields. Radiat. Environ. Biophys. 1993; 32:325-36.
KAYNAKLAR
1. Basago H.S: Biochemical Aspects of Free Radicals.
Biochem Cell Biol. 1990; 68:989-98.
2. Garcia-Sagredo JM., Parada LA. and Monteagudo
JL: Effect on SCE in human chromosomes in vitro of
low-level pulsed magnetic field. Environ. Mol.
Mutagen. 1990;16:185-8.
11. Yamazaki E, Matsubara S and Yamada I: Effect of
Gd-DTPA and/or magnetic fields and radiofrequency
exposure on sister chromatid exchange in human
peripheral lymphocytes. Acta Radiologica, 1993;
34(6):607-11.
3. Gosden C M, Davidson C and Robertson M:
Lymphocyte culture. In Rooney
DE and
Czepulkowski B H (eds.): Human Cytogenetics, A
Practical Approach Vol. I. USA, Oxford Universty,
1992, pp. 35-39.
12. Zwingelberg R, Obe G, Rosenthal M, et al.
Exposure of rats to a 50 Hz, 30-mT magnetic field
influences neither the frequencies of sister-chromatid
exchanges nor proliferation characteristics of cultured
peripheral lymphocytes. Mutat. Res. 1993; 302:3944.
4. Hinder RA and Stein HS: Oxygen Derived Free
Radicals. Arch. Surg. 1991;126:104- 5.
5. Khalil AM and Qassem W: Cytogenetic effects of
pulsing electromagnetic field on human lymphocytes
in vitro:chromosome aberrations, sister-chromatide
exchanges and cell kinetics. Mutat. Res., 1991;
247:141-6.
Yazýþma Adresi :
Yrd.Doç.Dr. M.Emin ERDAL
Gaziantep Üniversitesi, Týp Fakültesi
Týbbi Biyoloji ve Genetik Anabilim Dalý
27310-GAZÝANTEP
e-mail: merdal@ alpha.bim.gantep.edu.tr
144