Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Кинетические характеристики липидов тканей животных в реакциях авто окисления 21
Глава 2. Роль антиоксидантного статуса в формировании радио биологических последствий облучения млекопитающих в зависимости от тяжести лучевого поражения 58
2.1. Вклад антиоксиданте в в обеспечение радиорезистентности млекопитающих при остром лучевом поражении 74
2.2. Роль антиоксидантного статуса в формировании последствий биологического действия излучения в малых дозах 115
Глава 3. Физико-химическая системы регуляции перекисного окисления липидов в клетках микроорганизмов 156
3.1. Роль процессов перекисного окисления липидов в жизнедеятельности прокариот 157
3.2. Роль параметров системы регуляции перекисного окисления липидов в токсигенизации среды условно-патогенной микрофлорой 179
3.3 Регуляция процессов перекисного окисления липидов в дрожжевых клетках 191
3.4 Перекисное окисление липидов и его регуляция в мицелии ксилотрофных базидиомицетов 213
Глава 4. Взаимосвязь между параметрами системы регуляции перекисного окисления липидов в норме и при действии повреждающих факторов 237
4.1 Влияние интенсивности окислительных процессов и обеспеченности клеток микроорганизмов и тканей животных антиоксидантами на взаимосвязь между параметрами системы регуляции перекисного окисления липидов 238
4.2. Влияние мощности и дозы ионизирующего излучения на взаимосвязь между параметрами системы регуляции перекисного окисления липидов 257
4.3. Воздействие химического токсиканта на состояние процессов перекисного окисления липидов в тканях мышей 277
Заключение 291
Выводы 327
Список литературы 332
- Кинетические характеристики липидов тканей животных в реакциях авто окисления
- Роль антиоксидантного статуса в формировании последствий биологического действия излучения в малых дозах
- Роль параметров системы регуляции перекисного окисления липидов в токсигенизации среды условно-патогенной микрофлорой
- Влияние мощности и дозы ионизирующего излучения на взаимосвязь между параметрами системы регуляции перекисного окисления липидов
Введение к работе
В связи с развитием мембранологии в начале 70-х годов началось активное изучение регуляторнои роли липидов в норме и при развитии многих патологий. Общепризнано, что липиды выполняют не только структурные и барьерные функции, но и являются специфическими регуляторами внутриклеточных процессов [72, 202, 226, 371, 515]. Фосфолипиды (ФЛ), одни их важнейших структурных элементов мембранной системы клетки, участвуют в проведении биопотенциала, регуляции иммунологических реакций и других важнейших метаболических процессов [51, 52, 159, 202, 266, 371, 387]. Было установлено, что мембрана является плейотроп-ной, кооперативной системой, изменения в которой следует рассматривать в терминах теории слабых взаимодействий. Неудивительно, что рядом авторов мембрана, наряду с ДНК, начала рассматриваться как одна из мишеней действия облучения на клетку [437, 438, 667]. Изменения состава ФЛ, их упорядоченности и упаковки в бислое играют существенную роль в процессах адаптации клеток к окружающим условиям [21, 226,386].
Уже в 50-х годах появилась гипотеза о важности окислительных реакций в липидах для развития лучевого поражения и злокачественного роста [370, 426]. Позже было установлено, что процесс перекисного окисления липидов (ПОЛ) протекает во всех типах мембран высших эукариот и участвует в регуляции клеточного метаболизма как в норме, так и при развитии патологических процессов. Стационарность ПОЛ в интактной мембране обеспечивается физико-химической системой регуляции окислительных реакций в липидах, параметрами которой являются антиокислительная активность (АОА) и состав липидов, способность их к окислению, структурные переходы в компонентах мембран [22, 468, 470]. Было показано также, что эта система играет существенную роль в процессах
опухолевого роста, нейродегенеративных, кардиоваскулярных и других патологиях [302,305,470, 601].
К началу наших исследований практически отсутствовали данные о кинетических свойствах липидов в реакциях автоокисления, единичные работы были посвящены изучению процессов ПОЛ в клетках прокариот и грибов [46, 397], не была ясна роль перечисленных выше параметров физико-химической системы регуляции и взаимосвязь между ними в биологических объектах разной степени сложности в норме, не изучен вклад параметров этой системы в обеспечение устойчивости биологических объектов к действию повреждающих и экологически неблагоприятных факторов, практически отсутствовали сведения о состоянии процессов ПОЛ в тканях мышевидных грызунов, обитающих в разных радиоэкологических условиях (техногенное радиоактивное загрязнение, повышенный естественный радиационный фон). Актуальность и важность исследований в этом направлении обусловлены поиском подходов к систематическому анализу механизма регуляции процессов ПОЛ в разных биологических объектах, необходимостью детального изучения биофизических механизмов взаимодействия клеток со средой, исследования взаимосвязей в тканях и баланса функций в организме для оценки биологических последствий воздействия повреждающих факторов в малых дозах и при низких интенсивностях, выработки стратегии и поиска терапевтических средств при действии ионизирующего излучения с низкой мощностью дозы и потребностей биотехнологии.
В связи с изложенным целью данной работы явилось изучение особенностей функционирования физико-химической системы регуляции процессов ПОЛ в норме и при действии повреждающих факторов в биологических объектах разной степени сложности: клетки микроорганизмов (прокариоты, дрожжи, мицелий базидиомицетов), ткани лабораторных грызунов и животных из природных популяций.
В соответствии с этим задачами работы являлись:
разработать модель и изучить кинетические характеристики липидов, выделенных из разных биологических объектов, обусловливающих их участие в реакциях низкотемпературного автоокисления;
исследовать взаимосвязь между параметрами физико-химической системы регуляции ПОЛ в клетках грамотрицательных бактерий, дрожжей и мицелия ксилотрофных базидиомицетов разных таксономических групп и выявить их роль в процессах взаимодействия клеток микроорганизмов со средой культивирования;
исследовать вклад параметров физико-химической системы регуляции ПОЛ в обеспечение природной радиорезистентности животных разных видов и линий в широком диапазоне доз облучения и их роль в репарации мембран после действия ионизирующего излучения в минимально летальных дозах;
изучить чувствительность и способность к нормализации параметров физико-химической системы регуляции ПОЛ в тканях животных, различающихся обеспеченностью антиоксидантами (АО), в отдаленные сроки после воздействия ионизирующего излучения в широком диапазоне доз и интенсив]юсти, а также после воздействия химических токсикантов;
провести сравнительное исследование взаимосвязей между параметрами системы антиоксидантной (АО) защиты, относящимися к разным субклеточным компартментам, изучить взаимосвязи между обобщенными показателями состава ФЛ в клетках и тканях выше перечисленных биологических объектов в норме и после действия повреждающих и экологически неблагоприятных факторов.
сопоставить функционирование физико-химической системы регуляции ПОЛ в тканях лабораторных грызунов и животных, обитающих в природной среде.
Основные положения, выносимые на защиту
Способность липидов из клеток микроорганизмов и тканей животных участвовать в реакциях низкотемпературного автоокисления на стадиях зарождения радикалов и продолжения цепи обусловлена кинетическими характеристиками липидов: АОА липидов; степень торможения окисления (СТО) липидами метилолеата; количество пероксидов в липидах; антипероксидная активность (АЛА), т.е. способность разлагать перок-сиды па молекулярные продукты без образования свободных радикалов.
Наличие физико-химической системы регуляции ПОЛ в клетках грамотрицательных бактерий, дрожжей разных таксономических групп и штаммов и мицелия дереворазрушагощих грибов разных таксономических групп; влияние процессов ПОЛ на регуляцию метаболизма клеток микроорганизмов в норме и при повреждающих воздействиях, а также в процессах «общения» клеток со средой культивирования.
Существование взаимосвязи между параметрами физико-химической системы регуляции ПОЛ на клеточном и органном уровнях в биологических системах разной степени сложности.
Вклад параметра физико-химической системы регуляции ПОЛ, являющегося ведущим в обеспечении функционирования сложной биологической системы в норме и при действии повреждающих факторов, обусловлен обеспеченностью липидов АО, степенью их ненасыщенности и интенсивностью процессов ПОЛ в системе.
Однотипность кинетических свойств липидов и взаимосвязей между параметрами физико-химической системы регуляции в органах лабораторных грызунов и животных из природных популяций. Определяющая роль мембран как координатора регуляции ПОЛ при воздействии слабых повреждающих и экологически неблагоприятных факторов на лабораторных животных и на животных, обитающих в природной среде.
Научная новизна: Впервые показано, что участие липидов в реакциях низкотемпературного автоокисления на стадиях зарождения радикалов и продолжения цепи обусловлено кинетическими характеристиками липидов (АОА и АПА, СТО метилолеата, количеством пероксидов в липидах) и зависит от интенсивности процесса окисления.
Экспериментально установлено наличие физико-химической системы регуляции ПОЛ в клетках микроорганизмов: грамотрицательные бактерии, дрожжи разных родов и рас, мицелий ксилотрофных базидиомицетов. Обнаружена обратная корреляционная зависимость между величинами ЛДю и соотношениями сумм более легкоокисляемых и более трудноокисляемым фракций фосфолипидов при облучении разных штаммов грам отрицательных бактерий.
Экспериментально доказано, что в биологических системах, липиды которых проявляют преимущественно прооксидантные свойства в реакциях низкотемпературного автоокисления и характеризуются относительно высокой интенсивностью процессов ПОЛ (клетки грамотрицательных бактерий, дрожжей и мицелия дереворазрушающих грибов; селезенка, эритроциты крови и головной мозг лабораторных животных) ведущим звеном физико-химической системы регуляции ПОЛ, обеспечивающим их функционирование в норме и в ответ на повреждающее воздействие, является состав липидов и степень их ненасыщенности. В печени животных, липиды которой обладают преимущественно высокой АОА и характеризуются наиболее низкой интенсивностью ПОЛ среди исследованньгх биологических объектов, ведущим звеном системы регуляции ПОЛ, обеспечивающим функционирование в норме и при действии неблагоприятных экологических факторов, является АОА липидов.
Впервые показана in vivo нелинейность изменения параметров физико-химической системы регуляции ПОЛ в тканях животных как при
радиационных воздействиях в малых дозах в зависимости от дозы облучения и ее мощности, так и при наличии химических токсикантов в низких дозах в питьевой воде животных в зависимости от их суммарной концентрации. Установлена высокая чувствительность параметров системы регуляции ПОЛ к действию низкоинтенсивного облучения и химических токсикантов в малых дозах. Это свидетельствует об определяющей роли мембран как координатора регуляции окислительных реакций при воздействии слабых повреждающих факторов.
Впервые установлены скоординированные изменения параметров системы АО защиты, относящихся к разным субклеточным компарт-ментам, в клетках микроорганизмов и тканях животных; обнаружена взаимосвязанность АОА липидов с биофизическими характеристиками, отражающими структурное и физиологическое состояние органов; показано наличие корреляционных взаимосвязей между обобщенными показателями состава ФЛ, отражающими окисляемость липидов и структурное состояние мембранной системы клетки или тканей, масштаб и направленность которых обусловлены кинетическими свойствами липидов и обеспеченности их АО. Совокупность экспериментальных данных и анализ литературы позволили сформулировать положение о функционировании процессов ПОЛ мембранной системы клетки и органа как единого целого и сделать вывод как об общности механизма регуляции клеточного метаболизма окислительными реакциями в липидах независимо от сложности биологического объекта, так и о существовании физико-химической системы регуляции ПОЛ на клеточном и органном уровнях. Предложена схема взаимосвязей между параметрами этой системы.
Показана важная роль АО статуса в определении устойчивости как к действию повреждающих факторов, так и в формировании биологических последствий низкоинтенсивного облучения в малой дозе. Высокая
чувствительность показателей липидного обмена эритроцитов крови к слабым воздействиям позволяет прогнозировать возможность их использования для оценки биологических последствий воздействия неблагоприятных экологических факторов физической и химической природы (низкоинтенсивное облучение в малой дозе, наличие химических токсикантов в питьевой воде в низких концентрациях).
Установлена общность функционирования физико-химической системы регуляции ПОЛ в тканях лабораторных животных и животных, обитающих в природной среде.
Совокупность проведенных исследований позволяет сформулировать создание нового научного направления "физико-химическая экология" (оценка биологических последствий воздействия неблагоприятных экологических факторов на биоту по состоянию системы регуляции ПОЛ тест-объектов).
Научно-практическая значимость. Данная работа является фундаментальным научным исследованием, в котором экспериментально доказано существование физико-химической системы регуляции ПОЛ на клеточном и органном уровнях в биологических объектах разной степени сложности и выявлены особенности взаимосвязей между параметрами данной системы в зависимости от обеспеченности липидов АО и интенсивности процессов ПОЛ в системе. Проведенное комплексное исследование состояния параметров физико-химической системы регуляции ПОЛ в клетках микроорганизмов, тканях лабораторных грызунов и животных природных популяций позволило оценить вклад параметров этой системы в обеспечение ее функционирования в зависимости от кинетических свойств липидов, обеспеченности их АО и интенсивности процесса окисления.
Проведенное исследование состояния физико-химической системы регуляции ПОЛ в биологических объектах разной степени сложности
12.
вносит существенный вклад в физико-химическую биологию, углубляя понимание биофизических механизмов функционирования биообъектов в норме и при воздействии повреждающих и экологически неблагоприятных факторов в зависимости от тяжести поражения и природы воздействия.
Экспериментально доказанная нелинейность изменения параметров системы регуляции ПОЛ при воздействии неблагоприятных экологических факторов химической и радиационной природы; существенное изменение характера распределения диких мышевидных грызунов по величинам АОА липидов их печени и мозга в зависимости от радиорезистентности вида, степени радиоактивной загрязненности участка отлова и времени действия радиационного фактора позволяют прогнозировать возможность ревизии таких понятий в нормировании, как "предельно допустимая концентрация" и оценка риска от экологических загрязнений.
Экспериментально показанная взаимосвязь между АО свойствами и составом липидов в клетках микроорганизмов и среде культивирования позволила объяснить появление эффекта неспецифической токсигенизации липидсодержащих сред при росте на них условно-патогенной микрофлоры и обнаружить стимулирующее действие АО в определенных концентрациях на процессы клеточной пролиферации дрожжей рода Candida (Авторское свидетельство № 1306111 от 22 декабря 1986 г.). Установление взаимосвязей между интенсивностью ПОЛ и биодеградацией древесины представляет интерес в связи с поиском экологически чистых и менее энергоемких способов разложения компонентов древесины.
13.
Кинетические характеристики липидов тканей животных в реакциях авто окисления
Общеизвестна роль окислительных реакций как в процессах авто окисления пищевых, технических и косметических жиров и масел, так и в процессах регуляции клеточного метаболизма [7, 22, 63, 86, 100, 329, 431, 468, 470, 522, 603, 610, 627]. Эффективными регуляторами окислительных процессов являются природные и синтетические антиоксиданты (АО). Механизм окисления органических веществ и ингибирования реакций окисления индивидуальными синтетическими и природными соедине ниями подробно рассмотрен в обзорах и монографиях [80, 152, 197, 332, 341, 430, 431, 471, 496, 509]. Именно предложенный Н.М. Эмануэлем с сотрудниками механизм жидкофазного окисления органических соедине ний рассматривается как основной механизм процесса ПОЛ в биоло гических мембранах [86, 100, 331, 522, 523]. Однако несмотря на обилие работ связанных с исслелонаниями-ТЮП тальные механизмы участия природных компонентов клетки в окислительных процессах до сих пор не изучены полностыо. Кроме того, для оценки АО свойств компонентов сложных биологических объектов часто используют различные варианты хемилюминесцентных и фотохеми-люминесцентных методов и модельные системы с использованием инициаторов, которые привлекательны прежде всего своей оперативностью [50, 53, 65, 85, 176, 189, 193, 203, 257, 345, 349, 351, 374, 385, 393, 405, 406, 407, 408, 423, 429, 450, 452, 477, 633, 634, 635]. В этих работах исследуют влияние как отдельных компонентов, так и сложных многокомпонентных природных систем на процессы инициированного окисления. Как известно, реакции инициированного окисления протекают по механизму цепной неразветвленной реакции [152, 432], а их период индукции определяется концентрацией ингибитора, его ингибирующей емкостью и скоростью инициирования, но не зависит от эффективности ингибитора [152]. Таким образом, при инициированном окислении определяется лишь суммарная антирадикальная активность изучаемых АО или сложных многокомпонентных систем, которая далеко не во всех случаях пропорциональна величине их АОА [63]. Автоокисление, являясь цепной реакцией с вырожденным разветвлением, представляет собой автоинициироваЕшый процесс с положительной обратной связью, которая осуществляется через гидро-пероксид [152]. Как предполагает Е.Т.
Денисов [152], именно эти кинетические особенности автоокисления обусловливают проявление следующих специфических черт ингибирования автоокисления: зависимость длительности тормозящего действия ингибитора от его эффективности [152, 431, 496]; существование критических явлений при ингибировании процессов автоокисления [428]; торможение процесса соединениями, реагирующими с ведущими цепь радикалами или разрушающими гидропероксиды на молекулярные продукты [151, 316, 412, 445, 697]; торможение процесса окисления веществами, образующими с ионами металлов переменной валентности малоактивные комплексы [356, 439]. Поэтому использование модельных реакций автоокисления жирных кислот и их эфиров, позволяющих определить истинное значение АОА, несмотря на свою длительность и трудоемкость, не утратило своей актуальности и активно применяется в практике научных исследований. Одной из наиболее широко используемых модельных систем для анализа АО свойств как индивидуальных синтетических и природных АО, так и биологически активных веществ (БАВ) является метилолеатная окислительная модель, т.е. термическое автоокисление метилового эфира олеиновой кислоты. Детальное изучение механизма автоокисления метилолеата в интервале температур 45 - 120 С было проведено еще в 50-х - 60-х годах [69, 74, 683]. Было найдено, что основными первичными продуктами окисления являются пероксиды и окиси, соотношение концентраций которых зависит от продолжительности и температуры окисления: при снижении температуры окисления до 70 С и на ранних стадиях окислительного процесса пероксиды и окиси образуются приблизительно в эквимолекулярных количествах [74]. Специальными экспериментами было показано, что окиси образуются параллельно с пероксидами путем изомеризации пероксирадикала [63, 74]. Образование более 80% основных продуктов окисления вследствие дальнейших превращений пероксидов [74] и линейная зависимость периодов индукции ингиби-рованного автоокисления метилолеата от концентрации добавленного ингибитора [63, 69] послужили основанием предложить метилолеатную окислительную модель для анализа АО свойств липидов по их способности тормозить образование пероксидов при термическом автоокислении метилолеата [77]. Обнаруженное впоследствии равенство констант рекомбинации пероксирадикалов метилолеата и природных жиров (свиной жир, масло какао) [432] явилось дополнительным подтверждением обоснованности выбора метилолеата как модельного субстрата окисления для анализа АО свойств компонентов биологических систем. При разработке метилолеатной окислительной модели эмпирически была установлена область концентраций липидов печени (от 5 до 50 мг/мл), при которой наблюдалась прямолинейная зависимость между увеличением периода индукции окисления метилолеата и количеством добавленных липидов [63]. Это предполагало, что в данной области концентраций липиды можно было не рассматривать как субстрат окисления и давало возможность количественно оценить эффективную величину АОА липидов [63]. Однако детальный анализ кинетики ингибированного окисления углеводородов в условиях автоускоренного протекания реакций, при котором основное внимание было обращено на расходование субстрата окисления, проведенный в работах [106, 107, 108] показал существенное влияние окисляемости вещества, обычно характеризующейся соотношением констант скоростей реакций ksVk , на время его расходования до определенной глубины в зависимости от кинетических характеристик ингибитора. Кроме того, была установлена определяющая роль скорости образования свободных радикалов в кинетике ингибирован-ного автоокисления, которая преимущественно и обусловливает максимальную величину периода торможения реакции до любой глубины превращения углеводорода добавками антиоксиданта. Эти данные позволяют предположить, что величина АОА липидов, экспериментально определяемая на метилолеатной окислительной модели и обусловленная прежде всего физико-химическими характеристиками содержащихся в них АО, может существенно зависеть как от окисляемости добавленных в модельную систему липидов, так и от интенсивности окислительного процесса. Действительно, при систематическом исследовании АОА липидов, выделенных как из биологических объектов разной степени сложности и биологической организации, так и после действия повреждающих факторов, нами был обнаружен ряд интересных феноменов. В частности было показано, что в зависимости от источника выделения липиды могут и ингибировать (АО эффект, рис. 1.1,А, кривая 3), и ускорять окисление метилолеата (прооксидантный эффект, рис. 1.1,А, кривая 2 и рис. 1.1,Б).
Роль антиоксидантного статуса в формировании последствий биологического действия излучения в малых дозах
Актуальность выявления метаболически важных показателей, изменения которых позволяют судить об изменении всей системы клеточного метаболизма в сложных биологических объектах значительно возрастает при оценке действия слабых повреждающих факторов. Именно результаты фундаментальных исследований механизма действия малых и особенно сверхмалых доз химических и физических факторов [62, 70, 262, 336, 368, 466, 495, 532, 552, 586, 647, 654, 688, 691] позволяют прогнозировать возникновение неблагоприятных последствий ри длительном воздействии техногенных агентов на биологические объекты. Актуальность исследования биологических последствий действия радиации в малых дозах и особенно низкой интенсивности на биообъекты с разным уровнем организации резко возросла после Чернобыльской катастрофы, а также вследствие испытания атомных бомб, когда значительные территории стали зоной повышенного экологического и биологического риска [89, 209, 391]. Как отмечалось выше, при низких дозах острого облучения основной вклад в обеспечение радиорезистентности организма вносят показатели, отражающие состояние мембранных структур, поэтому изучение роли параметров системы регуляции ПОЛ в обеспечении устойчивости животных к действию радиации в малых дозах или с низкой мощностью дозы нам представлялось обоснованным.
Однако анализ биологических эффектов, обусловленных слабым воздействием химических и физических агентов на сложные организмы, существенно осложнен следующими обстоятельствами. Во-первых, и при действии индивидуальных биологически активных веществ (БАВ), и при низкоинтенсивном облучении лабораторных животных обнаружена выраженная нелинейная зависимость «биологический эффект - доза» для систем разной степени сложности [например, 62, 79, 164, 262, 336, 369, 491, 552, 647, 688, 691]. Вследствие этого биологические эффекты, возникающие при слабых воздействиях, нельзя предсказать экстраполяцией данных, полученных в области больших доз. Во-вторых, при неизмеїшьіх условиях эксперимента ответ сложной биологической системы на слабые воздействия может изменять не только величину, но и знак эффекта (т.н., гетерогенность ответа). Одна из возможных причин этого феномена может быть связана с существенной зависимостью ответа системы от исходного состояния параметров биообъекта. Очевидно, эти обстоя- тельства и не позволяют объяснить те неожиданно большие биологические эффекты, которые наблюдаются при действии малых доз радиации и/или низкоинтенсивнога облучения, а также появление структурных и биохимических изменений различных мембранных систем уже в ранние сроки после хронического воздействия низкоиитенсивного излучения в малых дозах с позиций классической радиобиологии [например, 67, 68, 164, 212, 282, 343, 369, 466, 532, 586]. Обоснованность выбора параметров физико-химической системы регуляции ПОЛ в качестве тестов для оценки биологических последствий воздействия слабых повреждающих факторов на животных подтверждается и результатами экспериментов in vitro, в которых было обнаружено, что интенсивность ПОЛ увеличивается с уменьшением как мощности, так и самой дозы облучения [63, 69, 578, 632, 675].
В настоящее время нет единой точки зрения по вопросу о том, какие дозы считать малыми [235, 368], поэтому выбор дозы облучения проведен на основании величин доз и мощностей, определяемых Научным комитетом ООН по действию атомной радиации как низкие (менее 0,2 Гр и менее 0,5 сГр/мин) [178]. Динамику изменения ЛОЛ и состава липидов, количества ТБК-активных продуктов в тканях мышей SHK (самцы), содержания лейкоцитов в периферической крови исследовали в течение месяца после у-облучения мышей в дозе 15 сГр при разных мощностях доз: 0,01 сГр/мин; 0,25 сГр/мин и 9 сГр/мин. Воздействие с мощностью 9 сГр/мин в данном случае рассматривалось в качестве аналога острого облучения в малой дозе. Ранее уже отмечалось влияние времени года на радиопоражаемость животных и величину АОА липидов органов, поэтому необходимо указать, что данные эксперименты были проведены в апреле - мае и обеспеченность липидов тканей АО в контрольных группах мышей низкая (см. рис. 2.3.А). Количество лейкоцитов в периферической крови интактных мышей соответствовало физиологической норме; в течение первой недели эксперимента их содержание составляло (9,20 ± ОД 8)х106 клеток/л.
Известно, что при стрессе значительно увеличивается индивидуальная вариабельность различных, в том числе и физиолого-биохимических параметров [170, 360]. Вариабельность показателей может быть связана и с разной чувствительностью индивидуумов как к радиационному [124, 128, 139], так и к другим воздействиям [390]. Как уже отмечаюсь, гетерогенность показателей является одной из характерных особенностей ответа биологической системы и на действие физических и химических факторов в малых и особенно в сверхмалых дозах [62]. Действительно, анализ экспериментальных данных был существенно осложнен большой гетерогенностью исследуемых параметров, особенно в ранние сроки после облучения (1-е и 7-е сутки). При этом вариабельность показателей в тканях облученных мышей в большинстве случаев превосходит вариабельность соответствующих показателей у интактного контроля. Более стабильными параметрами являются содержание ТБК- активных продуктов в селезенке и печени контрольных групп животных и начальная концентрация пероксидов в липидах у этих же животных. Вариабельность продуктов ПОЛ в селезенке возрастает в 2,2 -4,8 раза после облучения с мощностью дозы 0,25 и 9 сГр/мин на 1-е и 7-е сутки; в печени - в 2,35 раза на 1-е сутки после облучения с мощностью дозы 0,25 сГр/мип ив 1,9-2,2 раза на 7-е сутки при всех мощностях доз; в плазме крови - в 1,8 - 2,1 раза на 7-е сутки после облучения с мощностью дозы 0,25 и 9 сГр/мин. Вариабельность величины АОА липидов печени возрастает в 1,8 раза уже на 1-е сутки и в 10,7 раза на 7-е сутки после облучения с мощностью дозы 0,01 сГр/мин и в 5,25 - 5,6 раза на 7-е сутки после облучения с мощностями доз 0,25 и 9 сГр/мин.
Роль параметров системы регуляции перекисного окисления липидов в токсигенизации среды условно-патогенной микрофлорой
Через 1 сутки после облучения порядок расположения тканей по уменьшению как величины ЛОЛ липидов, так и количества продуктов ПОЛ сохраняется таким же, как и у соответствующего контроля только в группах 2 и 4. Именно у мышей этих контрольных групп обнаружены самые низкие и практически одинаковые величины ЛОЛ липидов эритроцитов (табл. 2.7) и наиболее высокое содержание продуктов ПОЛ в плазме крови. У мышей опытных групп самая высокая АОЛ липидов эритроцитов, равная 1570 час.мл/г, найдена в группе 1, а в головном мозге - в группах 3 и 4 (-375 час.мл/г). Максимальная величина АОЛ липидов печени в контрольном и опытном (2360 час,мл/г) вариантах найдена у мышей группы 2, а селезенки - в группе 1. Интересно отметить, что масштаб колебаний величины АОЛ липидов через 1 сутки после облучения возрастает в печени, селезенке и особенно в эритроцитах в 1,8; 1,2 и 7,5 раза, соответственно, и уменьшается вдвое в головном мозге.
По уменьшению вариабельности количества ТБК-активных продуктов исследованные ткани контрольных и опытных групп мышей располагаются в одинаковой последовательности: плазма крови печень селезенка. Однако если вариабельность содержания продуктов ПОЛ в печени и селезенке в контроле и через 1 сутки после облучения достоверно не различаются, то размах колебания их количества в плазме крови облученных мышей в 2,1 раза выше, чем у контрольных животных. Это подтверждает вывод о высокой чувствительности параметров системы регуляции ПОЛ в крови животных к действию низкоинтенсивного излучения в малой дозе.
Анализ направленности и масштаба изменения величины АОА липидов и содержания продуктов ПОЛ в тканях в зависимости от их уровня у мышей соответствующих контрольных групп в большинстве случаев показал отсутствие единообразного ответа на воздействие облучения в малой дозе. Взаимосвязь между содержанием продуктов ПОЛ в селезенке и плазме крови контрольных мышей и масштабом их изменения через 1 сутки после облучения имеет экстремум в области концентраций ТБК-активных продуктов ОД - 0,2 нмоль/мг белка (рис. 2.31,А). Наиболее значительные изменения данного показателя как у контрольных, так и опытных групп мышей наблюдаются в плазме крови. Неоднозначен ответ печени, селезенки и эритроцитов крови на воздействие низкоинтенсивного излучения и по направленности и масштабу изменения АОА липидов в зависимости от величины этого показателя у соответствующих контрольных групп. Однако для липидов головного мозга (рис. 2.31,Б) выявлена обратная зависимость между масштабом изменения ЛОЛ липидов органа и ее значением в контроле. При этом уменьшение ЛОЛ липидов головного мозга через 1 сутки после облучения наблюдается только в группе мышей с более высоким значением АОА липидов этой ткани.
Значительная вариабельность интенсивности процессов ПОЛ и обеспеченности тканей АО, а также высокая чувствительность липидного обмена к действию низкоинтенсивного облучения в малых дозах побудили нас провести на этих группах мышей сравнительный анализ изменения состава липидов в эритроцитах крови, одной из наиболее чувствительных структур, и печени, одной из наиболее резистентных тканей, через 1 сутки после у-облучения в дозе 15 сГр с мощностью дозы 0,01 сГр/мин в зависимости от количественного состава ФЛ в контрольных группах животных. Состав ФЛ эритроцитов крови и печени в контрольных группах мышей представлены в табл. 2.8 и 2.10, а обобщенные показатели состава липидов эритроцитов и печени на рис. 2.32 и 2.33.
Состав ФЛ эритроцитов крови и печени мышей через 1 сут после низкоинтенсивного облучения приведен в табл. 2.9 и 2.11, а обобщенные показатели состава липидов - на рис. 2.32 и 2.33. Прежде всего необходимо обратить внимание на большую вариабельность как относительного содержания практически всех фракций ФЛ, так и обобщенных показателей липидов в эритроцитах крови иптактпых мышей по сравнению с вариабельностью состава ФЛ в печени этих же животных. В липидах эритроцитов крови контрольных мышей SHK (самцы) чрезвычайно лабильными показателями являются содержание ФЛ в составе общих липидов, мольное соотношение [стерины]/[ФЛ] и отношение ФХУФЭ.
По уменьшению величины показателя липидов эритроцитов крови группы интактных мышей располагаются в последовательности:
Относительное содержание отдельных фракций ФЛ в печени контрольных мышей в разных группах достаточно стабильно. Исключение составляет суммарное содержание ФИ+ФС, доля которых в группах 1 и 4 в 3,2 и 11,75 раза больше, чем в группах 2 и 3 (табл. 2.10). Следствием относительной стабильности состава ФЛ печени является также невысокая вариабельность средпегрупповых обобщенных показателей состава липидов печени контрольных групп мышей. Необходимо отметить только достаточно высокое содержание ФЛ в составе общих липидов в печени мышей SHK (самцы) при проведении эксперимента в весенний период (группа 1) и более низкое количество ФЛ в составе общих липидов печени контрольных мышей при проведении опытов в зимний сезон, особенно в группе 2.
Влияние мощности и дозы ионизирующего излучения на взаимосвязь между параметрами системы регуляции перекисного окисления липидов
Результаты приведенных ранее экспериментальных данных (глава 2) и данные литературы, систематизированные в обзорах и монографиях (например, [63, 120, 210, 232, 235, 315, 401, 411, 470, 588]), свидетельствуют о существенном влиянии ионизирующего излучения на параметры системы регуляции ПОЛ в клетках и тканях животных. Поскольку масштаб изменения различных параметров зависит как от дозы и мощноста ионизирующего излучения и времени после воздействия, так и от чувствительности параметра и возможности его репарации, то представляет интерес проанализировать влияние мощности и дозы ионизирующего излучения на взаимосвязь между параметрами системы регуляции ПОЛ в тканях животных, различающихся по своей природной радиорези стенті юсти.
При остром рентгеновском облучении животных как в малой (16 сГр, мыши SHK), так и в сублетальных (4,5 и 5 Гр, мыши SHK и линии СВА, беспородные крысы) дозах не выявлено достоверных различий в масштабе взаимосвязи между АО А лип идо в печени, селезенки и эритроцитов крови и степенью торможения липидами окисления метилолеата и в ранние, и в отдаленные сроки после воздействия. Эта взаимосвязь является чрезвычайно устойчивой и в липидах печени мышей SHK при облучении животных в дозе 20 Гр в течение первых суток после воздействия. Однако в липидах селезенки и головного мозга мышей, характеризующимися более низким АО статусом по сравнению с липидами печени, отмечены достоверные изменения коэффициентов линейной регрессии взаимосвязи между АОА лилидов и СТО ими метилолеата в группах животных с высокой прооксидантиой активностью липидов селезенки у контрольных мышей (АОА = - 2690 ±35 час.мл/г) и менее выраженной прооксидантиой активностью липидов головного мозга, величина которой в контрольной группе равна - 2320 ± 30 час.мл/г (рис. 4.17. А,Б). Как видно из представленных данных, если в липидах головного мозга наблюдается падение величины коэффициента «Ь» в 1,3 раза, то в липидах селезенки величина коэффициента возрастает в 2 раза. Это свидетельствует о более существенном изменении способности лилидов мозга к окислению по сравнению с изменением их АОА в группах мышей с более высоким АО статусом липидов головного мозга и об увеличении вклада АОА липидов селезенки по сравнению с их окисляемостью в группах мышей с низким АО статусом липидов этого органа при облучении животных в сверхвысокой дозе. Не выявлено достоверных различий величин коэффициентов линейной регрессии между АОА липидов селезенки, эритроцитов крови и головного мозга мышей SHK (самцы) и степенью торможения липидами окисления мстилолеата ни через 1 сутки, ни спустя 1 месяц после у-облучения животных в дозе 15 сГр с мощностью дозы 0,01 сГр/мил. Можно только отметить тенденцию уменьшения этого показателя для липидов эритроцитов крови мышей через 1 месяц после воздействия. Однако более высокая чувствительность этого параметра к действию низкоинтенсивного у-облучения в малой дозе обнаружена в липидах печени мышей SHK спустя 7 суток и 1 месяц после воздействия. Так незначительный, но достоверный рост величины «Ь» найден в липидах печени мышей SHK через 7 сут и 1 месяц после у-облучения в дозе 15 сГр с мощностью дозы 0,25 сГр/мин (Ь = 46,45 ± 0,05 в липидах печени контрольных мышей иЬ = 46,81 ±0,11 в липидах печени облученных мышей при одинаковых W0 для метилолеата) и уменьшение «Ь» спустя 1 месяц после облучения с мощностью дозы 0,01 сГр/мин (Ь = 43,20 ± 0,02 в контроле и b = 40,52 ± 0,27 в опыте при W0 = 2x10"10 Мс 1). Следовательно, спустя месяц после воздействия низкоинтенсивного излучения в малой дозе состав липидов печени претерпевает более существенные изменения, чем их АО свойства.
Ранее уже отмечался рост количества пероксидов в липидах селезенки разных видов животных, выживших после острого рентгеновского облучения в сублетальных дозах (глава 2). Наиболее выраженная способность к образованию пероксидов была выявлена для липидов селезенки мышей СВЛ. У выживших после облучения в дозе 4,5 Гр мышей этой линии в липидах селезенки сохраняется обратная корреляционная зависимость между АОА и количеством пероксидов в липидах, однако коэффициент линейной регрессии данной зависимости в липидах селезенки облученных мышей в 1,8 раза выше, чем у интактных животных (рис. 4.18). Интересно отметить, что в течение первых суток после облучения мышей SHK (самки) в дозе 20Гр обратная корреляционная взаимосвязь между данными показателями (R = -0,88 ± 0,115) найдена только в группе мышей с более низкой АОЛ липидов селезенки у контрольных животных.
Изменение масштаба взаимосвязанЕЮСТИ между параметрами АО статуса после воздействия ионизирующего излучения обнаружено и в липидах эритроцитов крови. Так, для липидов эритроцитов интактных беспородных крыс найдена прямая корреляция между АОА и АПА (рис. 4.19). У части выживших после облучения животных липиды эритроцитов обладают АПА, однако в некоторых случаях в липидах эритроцитов крови облученных крыс найдены пероксиды. При этом при сохранении прямой взаимосвязи между АОА липидов и АПА и уменьшением количества пероксидов в липидах коэффициент линейной регрессии этой корреляционной зависимости в липидах эритроцитов крови облученных крыс в 6,9 раза ниже, чем у контрольных животных.
