Введение к работе
Актуальность ггробле?дн. Проблема слияния неблагоприятных факторов окрукаюцей среди,в том числе факторов антропогенного загрязнения,на наследственность человека вызывает все возрастающую тревогу. В числе нєгя""'Грг?гї последствий этого процесса традиционно указывается опасность индуцированного мутагенеза у человека,что выракается б росте наследственной и врозденной патологии, онкологических заболевагай / Berg(ed. ),1979 ;Дубинин, 1986, 1989;Алтухов,Г989;Еочков,Чеботарев, Г989 и др./.Основываясь на этих представлениях,существующие методы оценки и прогноза текущих и отдаленных генетических последствий антропогенного давления среда на организм человека,равно как и разработка способов профилактики и коррекции этого процесса,базируются преимущественно на анализе мутацпошагс характеристик. Осозновая всю важность и необходимость исследований по индуцированному мутагенезу у человека.нельзя забивать,что мутагенез,при всей биологической значимости,представляет собой частный случай более общего явления изменчивости генома /Дубинин,І976;І'шге-Зечтомов, 1982; Тарасов,1989/,включавшого в себя и другую категорию изменений -модификации,которко хотя и не наследуется потомством,тем не менее, играют значительную роль в онтогенезе.Есть все основания полагать, что негативные агенты ьлияния факторов загрязнения среды на генетический аппарат живых систем далеко не исчерпывается появлением . различных типов мутаций,и понятие индуцированной изменчивости генома вообще и у человека в частности,охватывает'широкий круг структурно-функциональных изменений в генетическом аппарате половых и соматических клеток,нарушая оптимальное течение физиологических процессов,что в свою очередь,может иметь существенное значение в этиологии и патогенезе как наследственных, тая и многих ненаследственных болезней человека.Подтвержденной последнему служат появляющиеся в последние годы данные о той, что влияние на организц человека генотоксических факторов различной природа вызывает рост не только наследственной патологии и злокачественных новообразований,но и общей заболеваемости за счет обменной,соматической и нернво-психической патологии /База-ева и др., 1990;Братцев,Сумарокова, 1990;Колос и др., 1991 ^воронков,Холодова,І992;Комаренцев,І993;Ушаков,Солдатова,1993; Аки|ьвв, Худолий,1993; Pauluhn ,1994/.Следовательно,оценка генетического риска,вызванного воздействием неблагоприятных факторов среды
иа наследственный аппарат человека,равно как и прогноз и профилактика текущих и отдаленных генетических последствий этого процесса,должны базироваться не только на анализе уровня мутабиль-ности.но и соответствующих данных по ненаследственной изменчивости. Обоснованность такого подхода оправдана и с позиций современных представлений об основных функциях,осуществляемых генетическим материалом воспроизводство и реализация наследственной информации или генерационная и регуляционная функция /Инге-Взчтомов, 1982;Алекперов,1989;Алекперов и др. ,1992/.
Настоящая работа представляет собой первую попытку исследовать характер и направление ненаследственной изменчивости в популяциях человека в связи с условиями конкретного экологического окружения,а также изучить на экспериментальных системах возможность коррекции этого процесса.Актуальность подобной .работы обусловлена тем,что теоретическая разработка и практическая реализация мероприятий по защите наследственности человека и охране его здоровья в условиях все возрастающей экстремальности среды возможны на основе знаний об индуцированной как наследуемой,так и ненаследуемой изменчивости у человека.Такой подход открывает возможность мониторинга и управления одновременно процессами нарушений генерационных и регуляционных функций генетического аппарата, что является базисом для познания основ нарушений физиологических функций у человека в изменившихся экологических условиях и регуляции этого процесса в направление профилактики патологических состояний и выраженных болезней,связанных с влиянием внешнесрвдовых факторов.
Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование изменчивости морфо-функциональных признаков у человека в связи с уровнем риска для генетических структур и поиск возможных путей регуляции "этого процесса.В соответствие с этой целью в работе ставятся следующие задачи:
на внутрииндивидуальном,внутригрупповом и межгрупповом уровнях исследовать изменчивость морфологических и функциональных признаков у человека в связи со степень» экологического напряжения среды обитания;
в 'модельных'экспериментах исследовать влияние генотокси-ческих факторов на показатели флюктуирующей асимметрии как формы внутрииндивидуальной изменчивости;
. " - исследовать уровень флюктуирующей асимметрии в группах
високого экологического и генетического риска;
- рассмотреть возможность использования биологически активных соединений - модификаторов изменчивоети,для одновременной коррекции нарушений генерационной и регуляционной функции генетического аппарата.
Диссертационная работа выполнялась в соответствие с планом научно-исследовательских работ Института физиологии им.Л.И. Караева АН Азербайджана в рамках двух научных тем / № государственной регистрации 0І9І0045737, ЇР государственной регистрации 0І9ІО049935/.
Научная новизна. В работе сформулировано новое научное направление в экологической генетике,выражающееся в оценке роли индуцированной изменчивости генетического аппарата с учетом генерационных и регуляционных нарушений как основы многих патологических состояний,и выявлении возможности одновременной коррекции этих процессов.
Впервые показано,что в условиях экологического напряжения прямо пропорционально его степени возрастает уровень общего йе-нотипичяского разнообразия.Установлено,что это возрастание прен-?*ущественно обусловлено увеличением вклада случайной,неадекватной и нецелесообразной изменчивости индивидуального развития,выражением которой является флюктуирующая асимметрия.Сформулирована гипотеза,что регуляционные нарушения генетического аппарата могут стать Sokom для реализации наследственно обусловленного предрасположения.
Впервые изучено влияние коппл^кса пряродно-вкологаческих |акторов на изменчивость функциональных .признаков.Установлено, что закономерность возрастания изменчивости под влиянием неблагоприятных средовых факторов носит универсальный характер и в равной мере проявляется при анализе' как кор|ологяческих,тая и $уккциоиальннх признаков.
^Впервые рассмотрен И ПОЛОЖИТеЛЬНО ОЦвНеН ВОПРОС О B03LI0SH0-
сти использования биологически активных веществ для одновременной коррекции мутационных и модификацнонгак нарушений,вызванных воздействием поражающих геном факторов.
Основные положения,выносимые на защиту.Неблагоприятные вне-шесредовые факторы,включая факторы антропогенного загрязнения среды,обуславливают возрастание общего фенотипического разнообразия морфо-функциональных признаков у человека.Ненаследствекнал
- л -
изменчивость,индуцированная такими факторами,носит преимущественно случайный,нецелесообразный характер,поскольку обусловлена случайной изменчивостью индивидуального развития.При этом уро- . вень флюктуирующей асимметрии позволяет количественно оценить индуцированную средовымк факторами степень нарушения регуляционных функций генетического аппарата.
Влияние средовых геиотоксикантов одновременно вызывает нарушения обеих функций генетического аппаратагенерационной и регуляционной,что выражается-в изменении показателей обеих форм изменчивостигыутационной и модификационной.
Воздействие биологически активных веществ одновременно вызывает снижение индуцированного уровня как мутаций,так и неадаптивных модификаций.
Комплексная оценка генетического риска,вызванного влиянием
неблагоприятных средовых факторов.должна строиться с учетом как .
мутационных изменений,так и изменений ненаследственной изменчи
вости. - — ;
Практическое значение работы. В работе показана возможность использования показателей флюктуирующей асимметрии как универсального теста для оценки нарушений регуляционной функции генетического аппарата.Предложен набор признаков,по которому целесообразно проводить анализ и оценку флюктуирующей асимметрии у че-ловока.Полученные данные могут быть использованы при организации и проведении генетического мониторинга в группах высокого вколо-гического,профессионального,семейного и возрастного риска.
Экспериментально установленная возможность ингибирования индуцированной ненаследственной изменчивости биологически активными соединениями,обладающими модифицирующими свойствами,представляют базу для создания фармакологических средств нового по-коления.предназначенных для коррекции вызванных неблагоприятными средовыми факторами нарушений регуляционных и генерационных функций генетического аппарата.
Основные положения работы могут быть включены в курсы лекций по 8К0Л0ГИИ и генетике человека.
Апробация работы. Результаты исследования представлялись, демонстрировались и обсуждались на: Всесоюзной одонтологической сессии /Вильнюсе, 1989/{Всесоюзной конференции по проблемам нейро-ккбернетике /Ростов-на-Дону, 1989/;"Бунаковских чтениях" - Всесоюзной конференции,посвященной 100-летию со дня рождения В.В.Буна-
"v: -''"'-::... '.'."."'.. -„ \'.vу.-J.'-:-.:- :. -о-нсОиоі^оз /bologna,Itol#, I '7'7 r:_" ,j-. ^иїуународкоп кокйерєнціш no нейробиологаи /Poco»-"»-
Дону,ї932/;ІУ L'.snvuo^~r* «Jim**»""» гмч ;-——WJlciie uKfiyrap^c!!
T~* ' "--*—-^-"-Аик1"г"'1'*",І--~/і'І иранской конгрессе фармакологов а 'І.;:зі:олзгсз /їаЬгіз.їгаа. ,І993/;ІІ "егуг/народном симпозя-уив по загр.іг;:єк:» округ.азіг.еЛ среди s Центральной и Восточной Европе / 2uds^3^t,.ra^2ry ,1934/;71 Северо-Амеряканском съезде ОЗцества по тзучеш:» дсенобкотиков / Raleigh,USA ,І994/;І Съезде 'Общества физиологов Азербайджана /Баку,1994/;Съезде Общества гекетіпгоз и селекционеров Азербайджана /Баку, 1094/;научных ceisnapaz Института ^кзкологдя ич.А.ІЇ.ІСараова АН Асст-баЯд^лг\
рз.Работа narrr-.кї. к а 255 е-^~.цах машинописного текста, с одер-ют 35 рисунков я 34 таблица.Список литература вкличает 329 -до-тгщгт?»,г rc"^' -^-.cts Л^4 работ азербайджанских в русских авторов.
Объекта исследования. Исследования проводились на чслово-ке и эксперггиАп«.»_~-г3х моделях.В первой случае объектами исследования являлись случайные выборки практически здорового контингента, обследованные а зонах с различной степенью экологического тптряжешм:
Х.Зона Талызскхтх гор. Ло комплексу пряродно-анологячзских условий /фактическая комфортность климата,состав иикроэленентов, условия водо-н тепло сяабжения.уровень антропогенной загрязненности и т.д./ зона Талышских гор является наиболее оптимальной для жизни по сравнени» с другими территориями Азербайджана,где проводились исследования /Степанов,1989/,я когот рассматриваться как тзола ахологического оптнмума.Вцборка из втоЯ зоны услов-
-6-.
но принята как контрольная.В Талкаїской зоно населенно сбелздоза-но в Лориксі;0!Д,Лстаринскоі'.,Ярділ.іл;;кско].! районах.
2.Зона Муглнской низменности - характеризуется интенсивным промышленным к агропроуыиленнкц освоеішєм.Ка основании тех юз показателей,что перечислены виге,эта зона относится к регионам экологического риска.В этой зоне население обследовано в Са-бирабадском, Сальянском, Али-Еайрамлинскоы, Адг.жабул ьок ом, Кзрда-мирском районах.
3.Промышленные центры республики. Обследовано население гг.Баку и Су;.іганта.Зона рассматривается как зона поименного экологического риска.Соответственно,выборка принята как груша повышенного экологического риска.
Численность калдой из выборок в зависимости от конкретная программы исследовагош составляла 50-120 человек.Принимая во внимание литературные данные о большей экочувствитёльности ыуз-ского организма / Ifeyal ,1984/,обследование проводилось среди лиц «ужского пола.Возраст обследовашшх - 17-18 лет.Обследовали такяе две случайные выборки детского контингента из зони экологического оптимума /с.їїпрамура Лернкского района/ и гони относительного экологического риска,связанного с интенсивна.! прхиепз-нием химических средств регуляции урожайности в 'плодовых садах /г.Куба/.%сленность этих выборок соответственно 41 и 76 человек. Обследовались дети в возрасте 4-6 лет.
3 работе обследовали две группы генетического p;-.3i;a. Первую группу составили 30 детей в возрасте до 6 лег с карукеклякл развития,воспитанники специализированного дача'ребенка г.Баку. В выборку были включены дети от матёрей,использовав^»: xi^nisc-кие контрацевтивы или перенесена во время берех-е-тссти острое инфекционное заболевание,а такає дети,ішеи^;;е редителей-о'олысе: наркоманией или алкоголизмом.Группа принята как "ыоделькал" ьи-борка високого генетического риска длл иэуч-.-;:НЯ r.cv.t-iraiLocTt: у человека, в том числе флюктуирующей асимметрии, шедуцироваклоЛ гз-нотонсическими факторами.
Вторую группу риска составили болышз пжс-чренией. параноидной формы /66 муншш,39 кёицин/,пациенты педиатрической клиники ІІ5 2 г.Баку. 3 качестве контроля были обследованы группа психически здоровых лиц - студенты I курса АГПУ иы.К.Туск /51 человек/ и работницы Бакинского радиозавода /37 человек/.
3 целом по различным исследовательским программам обследо-
*" .-....-- ;::.";-.:;: г-:;;:: :.v;v:!T0j'.b:!:;e v .'.'.нвоїнш зкспе-
. :_ -:--::-.: ;.-.': ..---- :;с:^.ца /' Triticua aeotivum/,конские ^л" <Уіеа ТсЪа/,арг5кдспс::с AraWdonM» **::..:^а ,."^~rc*.;.»u ,2г«во-
,і,л» —і /.m,in"r. ~--.,.. „лил- г.одсігій бил проведен таким
:І^идим.""лА_' г- їоз;.:о:.чі-;усть одновременно анализировать морфо-
ьетрические и мутационные характеристики объекта.В экспериментах с дрозофилой исследовалось влияние биологически активных еєщєств на изменчивость :.іо|/;о:.!Є'грическ;іх признаков.Схема опытов строилась о учетоіі конкретной задачи эксперимента и специфики иссле-дуеногэ объекта.С каздаи из экспериментальных объектов проведено несколько сер;;" опытов с использованием разлят.шл: иитч;т?,~~~--j и кодификаторов изменчивости'-" угл~;: :-;:.".;."". <,">: ;:з;.;е,:--т-гт-.-.".; -
I. Р.ер::алоглпСпчбоаиа анализ. В работе использован р;а количественных л качественных «ер'.тггол'іпї-ическнх признаков:
-тип „"-;;'- ::;-;"-/.::/. галакг пальцев рук /Гладкова, 1989/;
-г-рс-;'::=.г:;. :-.:т їог.і-аго. пальца /Holt (1979/;
-величины t-a ,t-b ,t-c , t-d , определяемые как расстояние в гы.от осевого трирадиуса ладони t до пальпеда-г тарздиусов соответственно а,ь,с,а-
-взличпна ладонного угла,определялась как величина угла. образованного прямлю: t-a.t-d.
-гребневч!» счет мзнду пальцевыми трярадиусамя а-ъ,ъ-о /Гладкова,1939/;
-наличие я тип узора HaSh/I,Hy ,меаяальцевнх подушечках И,Ш,1У /Curoains,M±dlo,1364/.
В целом,по дерыатогли$ической программе обследовано 584 человека /1168 отпечатков/.Дерматоглифические отпечатки получены с поыощьэ типографской краски /Гладкова, 1989/.
2.Одонтологический анализ. Из системы одонтологических в работе использованы:
-Бугорок Карабелли на нерпой верхней маллре / Shapiro, 1946/.Определялись баллы выраженности бугорка к,соответственно, три основных фенотипа признака /Зубов, 1968/;
-ход борозды второй ыатаконида / г ned /на первом низшей моллре;
-$орма борозда первой параконуса / 1?а/ка первом верхне-цоляре.
Два последних признака относятся к системе одоятоглпунчес-ких.Какдый кз них встречается в трех энотяп::ческхх аарпалтах /Зубов.1974/.
Баллы выраженности бугорка Карабелли оаредзл;-лизь визуально с помощью зубовречебного зеркальца;одонтоглі?.|п'<зснге признаки определялись на восковых слепках зубов.Кзгду аналгзирсвазна-ш$ одонтологическими признаками отсутствует карргляетзнныз связи /Зубов,1974/.Общая численность обследованных по одонтологической программе лиц составляла 748 человек.
Дерматоглияические и одонтологические признаки,ксслодэгак-ныо в работе,в значительной степени генетически дз'Герлг.псгрсг^а:. Одновременно на их морфогенез влияние. оказывазвт средовые факторы. Принципиально вакным моментом является то,что морфогенез sinx признаков приходится на эмбриональный период.т.е.,един из кзийо-лее уязвимых для внешних факторов этап онтогенеза.
3.Анкетные исследования - предполагали изучение раептеде-леюш фенотшических вариантов "рукост>Г сред;: Еонгикгеата зон, различающихся по степегої экологического напрягекия,а такяе по-пуляционных частот отдельных вариантов признака.Сцепку рукс^тп проводили по методике,описанной Н.К.Брсгиной и Т.А.Доброхотовой /І98І/.Анкетннші исследованиями охвачены 1165 человек.
4.Анализ частоты гении:; мутаций - основан г:а регистрация хлоро&иьных мутаций у. арабидопеиса с использованием змбризн-теста Мюллера / ilallar,1S63 /.
5. Анализ частоты хромосомных аберраций а акатазкых клетках с использованием стандартной методик*: /ПауаеваДОЗО/.
6.Анализ флкжтуируздей асимметрии прозодалея с учетом спец цифики конкретного объекта исследования на билатерально представленной системе признаков:
- на человеке исследовалась система количественных дерма-тоглифов ладонигь-а , t-Ъ , t^c , t-d ; величина угла ладони а*4 и гребневый счет а-Ъ.
-на растительных объекта* измерялась правая и левая половины полностью сформированных листьев /зака1,ЗЫвшио*о,1965 ! Измерения проводились, на уровне максимальной ширины листас с помощью МБС-9.
-на дрозофиле ксоледовались признаки жилкования правого и левого крыла мушки /Захаров,1987/.Зыбор признаков жилкования был проведен таким образом/іто обеспеташш представительство как наиболее изменчивой,так и наиболее стабильной областей крыла /Болеяева,194б/.
За показатель флюктуирующей асимметрии принималась средня абсолютных величин различий фенотипичеекого эффекта билатерального признака слева и справа /Thoday,l958 / я величина дисперсии флюктуирующей асимметрии - Сл .признака /Кожара,1985/.
7.Анализ общей йенотипической изменчивости - проводился на основе системы одонтологических и дсрматоглиичесних признаков.
Все полученные данные подвергались статистическому анализу с использованием стандартных методов /Лакнн,1990/.