Содержание к диссертации
Стр.
Введение 3
I. Обзор литературы
Основные теории механизмов старения 8
Закономерности биотропного действия лазерного излучения 18
Особенности дрозофилы, как объекта геронтологических исследований 25
П. Материал и методы исследования
П. 1. Объект исследования и методика постановки экспериментов 35
ТТ.2. Характеристика лазерного воздействия и схемы экспериментов 37
II. 3. Статистическая обработка результатов 40
Ш. Результаты собственных исследований
III. 1. Характеристика жизнеспособности интактных особей 44
Ш.2. Характер колебаний продолжительности жизни имаго лаборатор
ной линии дикого типа (Д-32), подвергнутых воздействию
низкоинтенсивного импульсного лазерного излучения (НИЛИ) 52
Ш.З. Влияние облучения на продолжительность жизни линии bcnvg 77
Ш.4. Влияние облучения на скорость развития дрозофилы 88
11 Г. 5. Выживаемость потомков облученных особей (поколение F 0 92
IV. Обсуждение результатов 97
V. Выводы. Практические предложения 118
Литература 120
Приложение
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Биофизическими исследованиями показано, что слабый лазерный свет соответствующей длины волны и дозы способен изменять динамику регуляции в биологических системах разных
!* уровней организации (от субклеточного до организменного) (Гейниц и др.,
2002). Регуляторное действие лазерного излучения (ЛИ) наблюдается у различ-
fc ных организмов и носит неспецифическии характер (Будаговский, 2000b). Фо-
тобиологическое влияние ЛИ низкой интенсивности на активацию отдельных ферментных систем, регуляцию окислительно-восстановительных процессов на клеточном уровне и структурно-функциональные перестройки клеточных мембран в настоящее время используются для лечения различных заболеваний (Васильева, 1995). В последние годы в клинической практике низкоинтенсивной лазерной терапии используется импульсное лазерное излучение от полупроводниковых лазеров. Излучение в ближней ИК-области спектра наряду с высокой биоэффективностью действия обладает высокой проникающей способностью (Воронина и др., 1992). Многочисленные научные исследования в области лазерной медицины и взаимодействия ЛИ с биологическими тканями показы-
А вают, что ЛИ может оказывать огромный спектр не только лечебных, но и не-
благоприятных воздействий на организм человека (Кашуба, Рогаткин, 1999). Результат воздействия может проявляться в модификации процессов функционирования как отдельных групп органов или тканей, так и целого организма (Гончарова и др., 1994). Изменения различного характера регистрируются не только непосредственно после облучения, но и через достаточно длительные промежутки времени (Кузьмичев, Чернова, 2000). Установлено действие НИЛИ на морфофизиологические и биохимические признаки организма (Алешина,
^ 2001), на наследственные структуры клетки (Желнина, Чернова, 2000). Исклю-
чительно важное значение имеет экспериментальный анализ отдаленных биологических эффектов НИЛИ (Каплан и др., 1999).
НИЛИ рассматривается в качестве экологического фактора, воздействующего на шідивидуальное развитие организма (Кузьмичев, 2001). В класси-
4 ческом понимании старение, как явление индивидуального развития, представляет собой сложный процесс, ведущий к ухудшению адаптивных свойств, накоплению патологических состояний и, вследствие этого, к смерти организма (Захидов и др., 2001). Одним из важнейших показателей отражающих компен-
* саторно-приспособительиые реакции организма на воздействие экзогенных
факторов среды и эндогенные нарушения является продолжительность жизни
.ш (ПЖ) (Москалев, 2001). '
Достоинства дрозофилы как объекта геронтологических исследований определяются коротким циклом развития (10 суток) и небольшим — от 20 до 120 суток сроком жизни. Причинные события, определяющие скорость старения, происходят в постмитотических клетках (Обухова и др., 1997). Постмитотиче-ское состояние соматических тканей имаго дрозофилы служит хорошей моделью тканей, критических при старении млекопитающих и человека (нервной, мышечной, печени) (Ванюшин, Бердышев, 1977).
Через индуцированное НИЛИ изменение ПЖ появляется возможность
глубже познать механизмы действия лазерного излучения на организм, а также оценить роль генетической и стохастической составляющих в определении
длительности жизни.
Изучение общебиологических закономерностей действия НИЛИ с использованием модельного объекта позволяет решать вопросы оптимизации параметров лазерного излучения, зависимости его эффекта от функционального состояния организма.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящего исследования
являлось изучение изменчивости ПЖ дрозофилы после тотального облучения
инфракрасным низкоинтенсивным импульсным лазерным излучением (НИЛИ)
^ в зависимости от функционального состояния организма на разных стадиях его
индивидуального развития и параметров воздействия. Для решения поставленной проблемы были определены следующие задачи: 1. Исследовать динамику смертности имаго лабораторных линий Drosophila
melanogaster, подвергнутых воздействию НИЛИ и их потомков.
Оценить роль генотипа в шздуцированном лазерным излучением изменении ПЖ,
Выявить зависимость биологического отклика организма на воздействие НИЛИ от стадии развития экспонированных особей и их пола.
* 4. Определить характер изменения изучаемого признака от параметров ла-
зерного излучения.
^ 5. Исследовать влияние данного физического фактора на скорость развития
Drosophila melanogaster.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Выявлены особенности действия инфракрасного импульсного лазерного излучения низкой интенсивности на темны индивидуального развития и продолжительность жизни однократно облученного организма на доимагинальных и имагиналыгой стадиях онтогенеза и его транзитор-ного влияния на потомков (Fi). Предложена возможная схема действия НИЛИ на старение, как одного из явлений индивидуального развития. Впервые изучено:
1) динамика смертности имаго лабораторных линий bcnvg и Д-32 Droso
phila melanogaster, подвергнутых однократному тотальному облучению ИК
* НИЛИ на различных стадиях онтогенеза: эмбриональной, личиночной или има-
го;
характер изменения ПЖ потомков облученных особей (поколение Fi);
зависимость проявления биологического эффекта ИК НИЛИ от гено-типического фона особей;
степень выраженности и направленности эффекта от параметров лазерного воздействия;
5) влияние ИК НИЛИ на темпы доимагинального развития особей, облу
ді ченных на эмбриональной или личиночной стадиях развития.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.
1. Однократное воздействие ИК НИЛИ в дозах порядка от 1 до 103 Дж/м2 на различных стадиях онтогенеза способно вызывать изменение темпа индивидуального развития и величины ПЖ имаго.
Степень выраженности и направленность регистрируемых эффектов зависит как от параметров излучения (времени, чей), так и функционального состояния организма в момент воздействия.
Возможности физиологической адаптации организма к облучению на-
* холятся в зависимости от его генотипического фона.
4. Лазерное излучение низкой интенсивности способно модифицировать
, ПЖ потомков облученных особей (Fi)j вероятно, через влияние на генетиче
ский аппарат клеток.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. В настоящей работе рассматривается комплексный показатель физиологической адаптации организма — продолжительность жизни — к воздействию физического фактора, а именно НИЛИ. Полученные результаты подтверждают возможность применения Dro-sophila melanogaster в качестве тест-системы для оценки действия факторов радиационной природы на продолжительность жизни и старение. Данные, свидетельствующие о наличии статистически значимых эффектов у непосредственно
* облученных особей и их потомков, могут быть использованы при оценке отда
ленных последствий действия неионизирующего электромагнитного излучения.
* В виду универсальности процесса старения, результаты диссертационно
го исследования будут иметь общебиологическое значение и позволят расши
рить понимание механизмов регуляции продолжительности жизни и старения.
Полученные данные вносят вклад во всестороннее изучение характера воздей
ствия электромагнитных излучений на процесс реализации генетической ин
формации в онтогенезе.
Экспериментальный анализ закономерностей трашиторного действия
НИЛИ на организм имеет исключительно важное значение для оптимизации
^ параметров облучения в терапевтической практике и определения гигиениче-
ских норм при работе с НИЛИ.
Результаты исследования используются в процессе преподавания учебных курсов «Генетика», «Основы радиобиологии», специальных курсов и практикумов при обучении по специальности «Биология» в Калужском государст-
венном педагогическом университете им. К.Э.Циолковского и могут быть рекомендованы к использованию в учебном процессе других ВУЗов.
ПУБЛИКАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты по материалам диссертации опубликованы в 9 научных работах.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на XI научно-практической конференции «Современные возможности лазерной терапии» (Великий Новгород, 1999), на I Международной конференции «Лазерная и фотодинамическая терапия» (Обнинск, 1999), на Межрегиональной научно-практической конференции «Река Ока — третье тысячелетие» (Калуга, 2001), на П Международной конференции «Неиоїшзирующие электромагнитные излучения в биологии и медицине» (Калуга, 2002). Диссертация апробирована на расширенном заседании кафедры общей биологии КГПУ им. К.Э.Циолковского (2003 г.).
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 145 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения результатов, выводов, практических предложений, списка литературы, содержащего 247 названий (в том числе 16 иностранных), и приложения, содержащего 15 рисунков. Работа включает 8 таблиц и 30 рисунков.
