Введение к работе
Актуальность работы. Освоение природных ресурсов в биогеоценозах с повышенным естественным фоном радиации, развитие атомной энергетики, аварии на АЭС (выброс смеси продуктов деления ядерного топлива, таких как 137Cs, 90Sr, 131I 239Pu, 240Pu и другие) и радиохимических производствах, ядерные испытания обусловливают появление обширных территорий, подвергающихся хроническому воздействию низкоинтенсивного ионизирующего излучения с переменной мощностью дозы вследствие неравномерности загрязнения территорий радионуклидами и их естественного распада (Маслов, 1972; Алексахин и др., 1990; Козубов, Таскаев, 1994, 2002; Кудяшева и др., 1997, 2004; Рябцев, Дмитриев, 1999; Криволуцкий и др., 1999; Уткин, 2000; Кичигин, Таскаев, 2004; Собакин 2004; Позолотина и др., 2008). Актуальность исследований биологических последствий воздействия радиации в малых дозах на организм возрастает и в связи с расширением сфер использования источников ионизирующих излучений в биологии и медицине. Однако до сих пор остается дискуссионным вопрос о том, что является наиболее существенным для формирования последствий воздействия ионизирующих излучений в малых дозах в тканях млекопитающих с разным антиоксидантным статусом – сама доза облучения или ее мощность. Кроме того, отсутствие четко выраженных радиобиологических последствий облучения животных в малых дозах диктует необходимость поиска показателей, изменения которых позволили бы оценить состояние метаболизма сложной системы в целом.
Ранее во многих исследованиях показана высокая чувствительность параметров физико-химической системы регуляции перекисного окисления липидов (ПОЛ) в тканях животных к действию повреждающих факторов, в том числе и к действию радиации в малых дозах (Барабой, 1991; Пинчук и др., 1991; Шишкина и др., 1995, 2001, 2004; Кудяшева и др., 1997, 2000; Бурлакова и др., 1999.). В многочисленных экспериментах in vitro и in vivo установлено, что интенсивность процессов ПОЛ в области относительно малых доз возрастает в обратной зависимости от дозы облучения и ее мощности (Бурлакова и др., 1975, 1999; Petkau, Chelack, 1976; Шишкина и др., 1995, 1997.). Однако данные литературы о влиянии ИИ в малых дозах с изменяющейся во время облучения мощностью дозы на состояние процессов ПОЛ в тканях лабораторных животных к началу выполнения данной работы практически отсутствовали. Разработка сотрудниками ФГБУН Института общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук нового типа рентгеновского источника «сверхвысокочастотного электронно-циклотронного резонансного ускорителя электронов», способного генерировать рентгеновское излучение (РИ) в малых дозах с изменяющейся в процессе облучения мощностью дозы, модулируя естественный распад радионуклидов (Сергейчев и др., 2007; Карфидов, Сергейчев 2007), позволила восполнить данный пробел.
Цель работы. Исследование роли параметров физико-химической системы регуляции ПОЛ в тканях мышей с разным антиоксидантным статусом в формировании последствий воздействия рентгеновского излучения в дозах менее 1,5 мГр с переменной мощностью дозы.
Для выполнения цели исследований были поставлены следующие задачи:
-
Изучить сезонные и возрастные изменения показателей системы регуляции ПОЛ в тканях интактных беспородных мышей (самки).
-
Провести лабораторные исследования биологической эффективности рентгеновского излучения в дозах менее 1,5 мГр с переменной мощностью дозы.
-
Оценить вклад исходных значений показателей физико-химической системы регуляции ПОЛ в формирование биологических последствий воздействия рентгеновского излучения мышей в диапазоне доз от 0,2 до 1,5 мГр с переменной мощностью дозы.
-
Выявить вклад дозы и/или динамики мощности дозы в процессе облучения в формирование последствий воздействия РИ в тканях мышей с разным антиоксидантным статусом.
-
Сопоставить радиационно-индуцированные изменения в системе регуляции ПОЛ при g-облучении липосом, сформированных из природных липидов, в диапазоне доз от 0,5 до 7 кГр и рентгеновском облучении мышей в дозах менее 1,5 мГр с переменной мощностью дозы.
-
Сформулировать общие закономерности формирования ответа липидного компонента мембранной системы печени на низкоинтенсивное рентгеновское излучение с переменной мощностью дозы.
Положения, выносимые на защиту:
-
Высокая чувствительность параметров системы регуляции ПОЛ к однократному рентгеновскому облучению мышей в дозах менее 1,5 мГр с переменной мощностью дозы в процессе облучения. Зависимость величины эффекта от динамики мощности дозы в процессе облучения обусловлена интенсивностью ПОЛ в ткани.
-
Нелинейная зависимость «эффект – доза» для параметров системы регуляции ПОЛ как после воздействия данного типа рентгеновского излучения на животных, так и при g-облучении липосом, сформированных из природных липидов, в диапазоне доз от 0.5 до 7 кГр.
-
Существование устойчивых и однотипных взаимосвязей между показателями ПОЛ в органах мышей и сформированных из липидов их органов липосом свидетельствует о наличии единого механизма функционирования физико-химической системы регуляции ПОЛ как на уровне мембран, так и на органном уровне.
Научная новизна. Впервые исследовано состояние процессов ПОЛ в тканях мышей с разным АО статусом после воздействия РИ в дозах менее 1,5 мГр с переменной мощностью дозы. Показана высокая биологическая эффективность данного типа воздействия, обусловливающего сложный нелинейный характер изменения показателей физико-химической системы регуляции ПОЛ в тканях животных, который сохраняется в течение длительного времени после воздействия. Выявлена выраженная зависимость показателей системы регуляции ПОЛ в тканях интактных беспородных мышей (самки) от сезона проведения эксперимента и возраста животных.
Впервые установлено, что динамика мощности дозы в процессе облучения оказывает существенное влияние на интенсивность процессов ПОЛ в плазме крови в дозах менее 0,5 мГр, а в головном мозге – в дозах более 0,5 мГр.
Выявлены устойчивые и однотипные взаимосвязи между содержанием диеновых конъюгатов и кетодиенов; диеновых конъюгатов и стеринов; долей лизоформ и сфингомиелина в фосфолипидах; содержанием пероксидов в липидах и/или их способностью разлагать пероксиды и количеством кетодиенов в липидах как органов мышей, так и липосом, сформированных из природных липидов. Это соответствует представлениям о наличии единого механизма функционирования физико-химической системы регуляции ПОЛ как на уровне мембран, так и на органном уровне.
Сформулированы общие закономерности формирования ответа липидного компонента мембранной системы печени на низкоинтенсивное рентгеновское излучение с переменной мощностью дозы, который заключается в изменении её структурного состояния, увеличении жесткости и снижении способности липидов к окислению.
Практическая значимость. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о наличии единого механизма функционирования физико-химической системы регуляции ПОЛ как на уровне мембран, так и на органом уровне представляют практическую значимость для радиоэкологии и медицины. Так, содержание ТБК-активных продуктов в плазме крови животных может быть использовано в качестве теста для оценки последствий воздействия рентгеновского излучения в дозах менее 1,5 мГр переменной мощности, поскольку в работе установлено, что этот показатель является наиболее чувствительным в экспериментальных условиях. Выраженная зависимость последствий изученного типа воздействия от исходных характеристик липидов позволяет прогнозировать последствия обитания разных видов животных на загрязнённых радионуклидами территориях и проживания на них категорий населения с разным АО статусом.
Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ИБХФ РАН и поддержана Программой фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки – медицине» (2006 – 2008, 2012 гг.).
Вклад автора. Личный вклад диссертанта состоял в проведении биофизических исследовании, обработке и анализе полученных данных, формулировании положений и выводов, а также подготовке статей к опубликованию. Все изложенные в диссертации новые результаты получены автором лично или при его непосредственном участии в подготовке и проведении экспериментов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на следующих конференциях и симпозиумах: XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии. (г. Москва, 2007 г.); XIX, XX, XXII, и XXIII Всероссийских симпозиумах "Современная химическая физика", (г. Туапсе, 2007, 2008, 2010, 2011 гг.); VIII, X и XI Международных молодежных конференциях ИБХФ РАН - ВУЗЫ «Биохимическая физика», (г. Москва, 2008, 2010, 2011 гг.); Конференциях по Программе «Фундаментальные науке – медицине», (г. Москва, 2007, 2008 гг.); Международных конференциях «Генетика продолжительности жизни и старение», (г. Сыктывкар, 2008, 2010 гг.); III International Conference on colloid chemistry and physicochemical mechanics. (Moscow, 2008 г.); Российской конференции «Окисление. Окислительный стресс. Антиоксиданты». (г. Москва, 2008 г.); Международной конференции «Радиоэкология: итоги, современное состояние и перспективы» (г. Москва, 2008 г.); Рос. науч. конф. «Медико-биологические проблемы токсикологии и радиобиологии» (г. Санкт-Петербург, 2008г.); Международном симпозиуме по реакционно-способным интермедиатам и необычным молекулам ISRIUM (Prague, 2009 г.); Международной конференции «Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды», (г. Сыктывкар, 2009 г.); X Международной молодежной научной школе «Проблемы фундаментальной и прикладной радиобиологии», (г. Обнинск, 2010 г.); Third European IRPA Congress. (Finland, 2010 г.); VШ Международной конференции «Биоантиоксидант», (г. Москва, 2010 г.); VI съезде по радиационным исследованиям «Радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность» (г. Москва, 2010 г.); Российской научной конференции с международным участием «Актуальные проблемы токсикологии и радиобиологии», (г. Санкт-Петербург, 2011 г.); 14th International Congress of Radiation Research, (Poland, 2011г.); Международной конференции «Медико-биологические проблемы действия радиации», (г. Москва, 2012 г.).
Публикации. Основные результаты работы по теме диссертации представлены в 24 печатных работах: из них 5 статей в рецензируемых журналах, входящих в Перечень ВАК, 1 статья в рецензируемом зарубежном журнале, 3 главы в монографиях, 2 статьи в сборниках трудов международных конференций.
Структура и объем работы. Работа изложена на 125 стр., включает 38 рис., 15 табл., список литературы (176 источников). Диссертация состоит из введения, 3 глав (литературный обзор, материалы и методы, результаты и их обсуждение), заключения, выводов, списка литературы.
