Введение к работе
Актуальность темы. Действие ионизирующей радиации на биологические системы определяется комплексом структурных и функциональных изменений на молекулярно-клеточном уровне. Многочисленными исследованиями показано, что радиочувствительными процессами на уровне клеток являются обмен нуклеиновых кислот, синтез белков, обмен липидов и углеводов, состояние ферментативных систем, проницаемость плазматической мембраны для ионов и другие реакции (Коггл Дж., 1986; Кудряшов Ю.Б., Беренфельд Б.С, 1982; Стрельцова В.Н., 1987). Известно, что физиологическая активность большинства клеток в организме млекопитающих контролируется рядом универсальных регуляторных механизмов, к которым относятся системы циклического адено-зинмонофосфата (цАМФ), внутриклеточного Са2+-обмена, обмена фосфотиди-линозитолов, Na+-H*-o6MeHa и др. (Воейков В.А., 1984; Орлов С.Н., 1981; Berridge M.J., 1984; Irvine R.F., 1984). Среди них несомненный интерес представляет система поддержания внутриклеточной концентрации ионов Са2+, поскольку, с одной стороны, кальций в ионизированной форме является универсальным внутриклеточным регулятором. С другой, при различных повреждениях организма Са2+ в зависимости от уровня его накопления в цитоплазме, обусловленного воздействием поражающих факторов, может выступать и в качестве цитотоксического агента (Орлов С.Н., 1987; Rasmussen Н., 1989; Farber J.L., 1981). В связи с этим оценка особенностей функционирования и степени модификации подобных регуляторных систем может быть использована для выяснения молекулярно-клеточных механизмов действия ионизирующих излучений на организм в целом.
В настоящее время разработаны различные методические подходы, позволяющие корректно оценить состояние системы поддержания Са2+-гомеостаза в клетках организма лабораторных животных и человека (Покудин Н.И., 1986; 1987; Tsien R.Y., 1982; Cobbold Р.Н., 1987). Получены данные о модификации системы Са2+-обмена в результате воздействия широкого спектра повреждающих факторов физической и химической природы, а также при развитии ряда заболеваний (Древаль В.И., 1992; Шевченко А.С., 1980; Шевченко А.С., 1990; Carafoli Е., 1987; Farber J.L., 1981; Suko J., 1971). В то же время информация об исследовании показателей системы Са2+-обмена в клетках сельскохозяйственных животных в норме и при облучении практически отсутствует.
Вместе с тем, значение исследований в этой области возросло в связи с возникновением постоянно действующего радиационного фактора, обусловленного масштабным загрязнением ряда регионов Российской Федерации вследствие аварии на Чернобыльской АЭС. Длительное нахождение сельскохозяйственных животных на загрязненных радионуклидами территориях потребовало оценки влияния внешнего и внутреннего облучения на различные системы организма. При этом следует учесть, что закономерности биологического действия ионизирующих излучений на сельскохозяйственных животных действительно детально изучены в целом ряде работ (Пяткин В.К., Баранов А.Е., 1980; Сироткин А.Н., 1987; Исамов Н.Н., 1989; Киршин В.А., Бударков В.А., 1990; Кругликов Б.П., 1990); предложены различные эффективные методы оценки
физиологического состояния организма при остром облучении в больших дозах. Тогда как для малых доз острого и хронического облучения, которые формируют у животных "скрытые" повреждения органов и тканей, разработанные методы прогнозирования исхода лучевого поражения могут быть недостаточно информативны.
Именно поэтому большой научный и практический интерес представляет разработка методов определения параметров системы Са2+-обмена в клетках крови сельскохозяйственных животных и оценка этих показателей при действии ионизирующего излучения.
Цель и задачи исследования. Целью работы являлось исследование состояния системы Са -обмена в клетках крови интактных и облученных сельскохозяйственных животных.
В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:
Разработать метод определения показателей системы Са2+-обмена в эритроцитах н нейтрофилах периферической крови овец и коров.
Изучить состояние параметров системы Са2*-обмена в клетках крови овец при внешнем тотальном у-облучении.
Оценить показатели системы Са2*-обмена в эритроцитах и нейтрофилах овец при действии пролонгированного облучения в малых дозах.
- Исследовать проницаемость плазматической мембраны эритроцитов для Са2* в клетках крови коров в хозяйствах с радиоактивным загрязнением территории после аварии на ЧАЭС.
Научная новизна. Разработан метод оценки состояния системы Са *-обмена в эритроцитах и нейтрофилах коров и овец. Определены начальная скорость накопления и скорость входа 45Са, а также концентрация Са2+ в клетках. Показано, что проницаемость мембран клеток интактных жвачных животных для Са2* ниже, чем у других млекопитающих (человек, лабораторные животные).
Установлено, что внешнее "р-облучение 0вец в дозах от 30,96 до 154,8 мКл/кг приводит к фазовым изменениям показателей системы Са^-обмена в радиочувствительных и радиорезистентных клетках крови. Увеличение проницаемости плазматической мембраны и концентрации ионизированного Са2* в цитоплазме эритроцитов и нейтрофилов обнаруживается уже с первых суток после облучения организма.
Отмечено изменение проницаемости плазматических мембран клеток для Са2* при пролонгированном облучении овец в дозах 2,58 и 12,9 мКл/кг
Выявлены различия в ответной реакции клеток периферической крови овец при действии острого и пролонгированного у-облучения.
Установлено, что у сельскохозяйственных животных при длительном содержании на загрязненных радионуклидами территориях формируются "скрытые" нарушения, которые проявляются в увеличении проницаемости плазматической мембраны эритроцитов для Са2*.
Теоретическая и практическая значимость. В работе решена важная для сельскохозяйственной радиобиологии научная проблема, связанная с изучением основных параметров системы Са2*-обмена в клетках крови продуктивных
животных, которые характеризуют степень ее нарушения при остром и хроническом облучении в широком диапазоне доз.
Определены основные параметры модификации системы Са2+-обмена при остром (30,96-154,8 мКл/кг) и пролонгированном (2,58 и 12,9 мКл/кг) облучении. Установлена зависимость, в ранние сроки наблюдений, изменений показателей внутриклеточного Са2+-обмена от дозы острого внешнего у-облучення животных.
Показатели системы Са2+-обмена могут быть использованы для исследования физиологического состояния продуктивных животных при ведении животноводства на радиоактивно загрязненных территориях.
Разработанные методы могут быть рекомендованы для оценки воздействия различных физических и химических факторов на организм сельскохозяйственных животных, как в научных исследованиях, так и при выполнении учебных программ биологических ВУЗов.
Основные положения выносимые на защиту:
Система Са2+-обмена в клетках крови овец и коров, по сравнению с лабораторными животными и человеком, характеризуется низкими величинами проницаемости мембран для Са2+.
Внешнее у-облучение овец в дозах 30,96-154,8 мКл/кг приводит к фазовому нарушению функционирования системы поддержания внутриклеточного Са2*-гомеостаза в клетках крови. Нарушение внутриклеточного Са2+-гомеостаза при облучении животных обусловлено увеличением проницаемости плазматической мембраны для ионов Са2+.
Пролонгированное у-облучение овец в дозах 2,58 и 12,9 мКл/кг характеризуется изменением Са2+-обмена как в радиочувствительных клетках (нейтро-филы), так и в радиорезистентных (эритроциты).
Длительное содержание сельскохозяйственных животных на радиоактивно загрязненных территориях приводит к изменению проницаемости плазматических мембран для Са2+ в клетках крови и формированию "скрытых" внутриклеточных нарушений.
Апробация диссертации. Основные положения диссертационной работы доложены на межлабораторном научном семинаре ВНИИСХРАЭ 27 июля 2000 г и представлены в материалах П-го и Ш-го Всесоюзного Радиобиологического съезда (1993 г., 1997 г.), И-Обнинского симпозиума по радиоэкологии (1996 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 статей в журналах "Сельскохозяйственная биология", "Радиационная биология. Радиоэкология", "Доклады ВАСХНИЛ", "Доклады РАН", "Физическая медицина" и 11 тезисов в материалах конференций и симпозиумов в 1993-2000 гг.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, материала и методик исследования, результатов собственных исследований, заключения и списка литературы. Работа изложена на 104 машинописных страницах, иллюстрирована 11 таблицами и 12 рисунками. Список литературы содержит 159 источников.
