Содержание к диссертации
Стр.
Введение 4
I. Обзор литературы
1.1. Инициирование низкоинтенсивным импульсным лазерным
излучением (НИЛИ) морфофизиологических и биохимиче
ских реакций 10
1.2. Антиоксидантная система (АОС) клетки, ее участие в меха
низме ответной реакции на воздействие НИЛИ 23
Строение и функции фермента каталазы как одного из важнейших компонентов АОС 25
Влияние НИЛИ на энергообеспеченность метаболических процессов через АОС клетки 27
Действие НИЛИ на молек)*Яы'''й -"їтруйтурьі, участвующие в передаче наследственной информации 30
Общая характеристика строения и функций ген-энзимной системы а-амилазы 33
П. Материал и методы исследования
II. 1. Объект исследования, его разведение и методика постанов
ки скрещиваний 38
И.2. Характеристика применяемого НИЛИ и дозиметрия 40
II.3. Методы исследования
И.3.1. Исследование морфофизиологических признаков и
подготовка материала к биохимическому анализу 42
П.3.2. Определение общего содержания РНК и белка 43
И.3.3. Определение активности каталазы и а-амилазы 47
П.4. Статистическая обработка результатов 49
III. Результаты собственных исследований
ПІЛ. Дозовые зависимости морфофизиологических и биохи
мических изменений, вызванных НИЛИ 50
III. 1.1. Модификация НИЛИ морфофизиологических при
знаков D. melanogaster 51
III. 1.2. Влияние НИЛИ на общее содержание РНК и белка
у особей D. melanogaster 56
III. 1.3. Влияние НИЛИ на функционирование АОС на
примере фермента каталазы 62
III. 1.4. Изменение уровня активности фермента а-амилазы
под воздействием НИЛИ 65
Стадиоспецифичность выявленных биоэффектов НИЛИ 68
Зависимость анализируемых биоэффектов НИЛИ от его параметров 85
IV. Обсуждение результатов 104
V. Выводы. Практические предложения 134
Литература 137
Приложение
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Низкоинтенсивное импульсное лазерное излучение ближней инфракрасной области спектра, как подтверждают многочисленные исследования последних лет, обладает некоторыми особенностями воздействия на биологические системы (Каплан и др., 1989; Самсонова и др., 1990; Франскевич, Евстигнеев, 1997). Установлено, что стимулирующее действие импульсных полупроводниковых лазеров, в частности лазеров на основе арсенида галлия, неспецифично к биологическому виду и эффективно при различных заболеваниях (Байбеков, Мусаев, 1992; Олесин и др., 1993; Руденко и др., 1993; Южаков и др., 1997). Однако проблема связи физических факторов наблюдаемых биоэффектов НИЛИ с универсальными биологическими процессами остается достаточно актуальной.
Отражением действия НИЛИ на биосистемы может служить наличие изменений как на макро-, так и на микроуровне: НИЛИ стимулирует проявление биоэффектов, реализующихся на субклеточном, клеточном, тканевом, органном, системном и организменном уровнях организации живой материи (Зубкова, 1978; Гамалея, 1983; Девятков и др., 1987; Кару, 1989). В исследованиях (Пагава и др., 1989; Шевченко и др., 1993; Жаров и др., 1994; Александров и др., 1997; Милованов, 1997) выявлено влияние НИЛИ на функционирование ферментных систем при облучении как in vivo, так и in vitro, на процессы реализации генетической информации и синтеза белка, на скорость деления и роста клеток. При этом степень проявления многообразных ответных реакций на низкоинтенсивное импульсное лазерное воздействие во многом определяется его параметрами (мощностью излучения, экспозицией, частотой посылки импульсов).
Несмотря на то, что открытие разнообразных специфических эффектов фотобиологической стимуляции способствовали пониманию механизма действия лазерного излучения на организм, по-прежнему открытыми остаются
вопросы, касающиеся процессов включения биохимических механизмов реализации адаптивного ответа, оптимизации параметров лазерного излучения, оценки зависимости проявления биологического отклика на воздействие лазерного излучения от функционального состояния организма. Выявление закономерностей воздействия НИЛИ на биоструктуры разных уровней организации вызывает настоятельную необходимость в комплексных исследованиях по изучению особенностей биологического действия этого фактора.
В предыдущих исследованиях (Чернова и др., 1992, 1993, 1994, 1996; Эндебера, 1996; Кузьмичев, 1997; Желнина, 1999) было показано, что подойти к пониманию некоторых аспектов проблемы воздействия НИЛИ на организм можно путем накопления и анализа экспериментального материала, полученного с использованием модельных объектов. Работа в этом направлении открывает дополнительные перспективы получения ответов на многие актуальные вопросы дальнейшего применения лазерного излучения в медицине, биологии, сельском хозяйстве.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящей диссертации являлось изучение ответной реакции некоторых функциональных систем организма, тотально облученного НИЛИ инфракрасной области спектра (X =890 нм), проявляющейся в виде изменения морфофизиологических и биохимических признаков на разных стадиях развития организма.
Для реализации поставленной цели были решены следующие основные задачи:
1) исследовать характер действия НИЛИ на биохимические процессы, обеспечивающие функционирование основных белок-ферментных систем организма: генетических систем синтеза белка, АОС и энзимной системы ос-амилазы;
исследовать особенности адаптивной реакции на облучение НИЛИ на уровне целостного организма в виде изменения признаков средней массы тела и скорости постэкспозиционного развития особей;
определить дозовые зависимости изменений изучаемых морфофи-зиологических и биохимических признаков (содержания РНК и белков, активности каталазы и а-амилазы);
выяснить особенности ответной реакции на облучение НИЛИ на разных стадиях развития организма;
оценить зависимость индуцированных НИЛИ изменений исследуемых показателей от продолжительности воздействия, частоты следования импульсов (чей) и мощности излучения.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Выявлены особенности проявления на разных уровнях организации биообъекта комплекса ответных реакций облученного НИЛИ (А,=890 нм) организма, все этапы которых детерминируются параметрами примененного воздействия и состоянием функциональных систем подвергнутых лазерному облучению особей. Представленные результаты вносят вклад в изучение общебиологических закономерностей воздействия НИЛИ на живые организмы посредством влияния на уровень активности метаболических процессов в клетках.
Впервые изучено:
особенности влияния НИЛИ на морфофизиологические признаки особей D. melanogaster на разных этапах онтогенеза, подвергнутых облучению на личиночной стадии развития;
характер индуцированных воздействием на личинок дрозофилы НИЛИ изменений уровня активности белок-синтезирующих систем в ходе дальнейшего роста и развития особей;
3) особенности изменения активности ферментов каталазы и ос-
амилазы в период постэкспозиционного развития организма;
степень проявления изучаемых биологических эффектов НИЛИ и их направленность в зависимости от функционального состояния соответствующих генетических систем организма;
зависимость величины и направленности биоэффектов НИЛИ, проявляющихся на уровне морфофизиологических и биохимических признаков Drosophila melanogaster от параметров излучения.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.
Однократное облучение НИЛИ (к=890 нм) биообъекта в дозах по-рядка 0,5 - 102 Дж/м2 способно обратимо влиять на функциональную активность генетического аппарата клеток, что находит отражение в изменении ряда биохимических и морфофизиологических признаков организма в ходе его дальнейшего развития.
Пороговые значения доз энергии излучения и степень выраженности биологических эффектов различны для каждого анализируемого признака.
Величина и направленность наблюдаемых эффектов зависят от используемых параметров воздействия (времени, чей и мощности), а также временного интервала с момента облучения.
Проявления ответных реакций на облучение со стороны функциональных систем организма имеют особенности в зависимости от стадии индивидуального развития и пола особей.
5. Биоэффекты НИЛИ следует рассматривать как следствие влияния
этого фактора на процессы реализации генетической информации, которы
ми детерминируются все этапы развития и функционирования живого орга
низма.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. В настоящей работе рассматриваются некоторые аспекты физиологической адаптации организма к воздействию НИЛИ, включающей механизмы модификации детерминирующих развитие процессов. В связи с универсальностью рассматриваемых биохимических процессов, результаты диссертационных исследований бу-
дут иметь общебиологическое значение, свидетельствуя о влиянии НИЛИ на функциональную активность клеточных структур, в том числе и имеющих отношение к экспрессии генов в различные периоды развития организма и могут внести вклад в фундаментальные исследования, направленные на выяснение природы и механизмов биологического действия лазерного излучения.
Оценка динамики биохимических показателей может быть использована в качестве критерия, позволяющего проанализировать биологическую эффективность НИЛИ в медицинской практике при разработке методов лечения различных заболеваний, а также выявить ее зависимость от возраста организма и условий облучения, что будет иметь большое значение при индивидуальном подборе параметров излучения и способствовать разработке методических подходов к выбору оптимальных терапевтических режимов и оценке эффективности воздействия лазерного излучения в целом. Полученные экспериментальные данные используются в процессе преподавания учебных курсов "Биология клетки", "Генетика", "Основы радиобиологии, специальных курсов и практикумов при обучении по специальности "Биология" в Калужском государственном педагогическом университете им. К.Э. Циолковского, а также могут быть рекомендованы к использованию в учебном процессе в других ВУЗах.
ПУБЛИКАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты по материалам диссертации опубликованы в 6 научных работах.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на Всероссийских конференциях "Низкоинтенсивное лазерное излучение: механизмы действия на живой организм в эксперименте и клинической медицине, фотодинамическая терапия и лазерная гипертермия" (Обнинск, 1995), "Антропогенные воздействия и здоровье человека" (Калуга, 1996), на X научно-практической конференции-семинаре "Новейшие разработки и изобретения в области лазерной медицины и ла-
зерной медицинской аппаратуры" (Калуга, 1998), на Международной конференции "Лазерная и фотодинамическая терапия" (Обнинск, 1999). Диссертация апробирована на расширенном заседании кафедры общей биологии КГПУ им. К.Э. Циолковского (2000 г.).
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 164 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, практических предложений, списка литературы, содержащего 245 названий (в том числе 70 иностранных), и приложения, содержащего 11 таблиц. Работа включает 1 таблицу и 47 рисунков.
