Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Обзор литературы 12
Биологические эффекты воздействия ионизирующего излучения в малых дозах 12
Роль повреждений ДНК в развитии биологических эффектов воздействия ионизирующего излучения в малых дозах 26
Материалы и методы исследований, использованные в работе 44
Результаты исследований и их обсуждение 60
3.1. Молекулярные и клеточные эффекты в клетках селезенки мышей
при длительном воздействии низкоинтенсивного у-излучения 60
3.1.1. Изменение уровня однонитевых разрывов ДНК в клетках
селезенки 60
ДНК-белковые сшивки в клетках селезенки мышей, подвергавшихся длительному воздействию низкоинтенсивного у-излучения 74
Изменение антиоксидантного статуса клеток селезенки мышей при длительном воздействии низкоинтенсивного у-излучения 80
3.1.4. Масса селезенки и число выделяемых из нее клеток у
мышей, подвергавшихся длительному воздействию
низкоинтенсивного у-излучения 82
Цитогенетические эффекты в клетках системы крови мышеи при длительном воздействии низкоинтенсивного у-излучения 85
Биологическая эффективность острого и хронического облучения в малых дозах 88
Влияние длительного воздействия ионов тяжелых металлов и у-излучения в малых дозах на генетические структуры клеток системы крови мышей 99
Влияние длительного воздействия гамма-излучения и стабильных изотопов цезия и стронция в малых дозах на генетические структуры клеток системы крови мышей 109
Молекулярные и цитогенетические эффекты у потомков мышей, подвергавшихся длительному воздействию низкоинтенсивного
у- излучения 117
3.7. Радиобиологические эффекты в популяциях мелких
млекопитающих, обитающих в местах захоронения радиоактивных
отходов 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 146
ВЫВОДЫ 150
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 152
Введение к работе
Актуальность проблемы. Все живые организмы на земле постоянно
подвергаются воздействию ионизирующего излучения (ИИ) от
естественных источников ИИ. Однако, в результате загрязнения окружающей среды техногенными радионуклидами (атомные взрывы, аварии на атомных станциях, неконтролируемый сброс радиоактивных отходов) человек и биота нередко подвергаются воздействию ионизирующего излучения большей интенсивности, чем это обычно встречается в природе.
В отличие от воздействия ИИ в больших дозах, которые могут вызывать существенные клинические нарушения, лучевую болезнь и гибель организма, ИИ в малых дозах не всегда вызывает заметные морфо-функциональные изменения у живых организмов. Как показывает анализ данных литературы (Бурлакова и др., 1996; Calabrese and Baldwin, 2000; Пелевина и др., 2003; Mothersill and Seymour, 2003), ИИ в малых дозах индуцируют комплекс цитогенетических, биохимических и биофизических изменений в клетках организма животных и человека. Однако до сих ведутся споры как о механизмах наблюдаемых эффектов, так и о степени риска облучения в малых дозах для человека и биоты, причем выводы об опасности хронического облучения делаются, в основном, на основании эпидемиологических и биомониторинговых исследований, что не совсем
корректно в связи с трудностью оценки как доз облучения, так и вклада многочисленных сопутствующих факторов. Данные экспериментальных исследований биологических эффектов хронического воздействия ИИ в малых дозах единичны, что связано с большими затратами на проведение таких экспериментов.
Проблема хронического действия ИИ в малых дозах на живые организмы приобретает особую значимость в связи с возможностью сочетанного действия различных факторов окружающей среды, в частности, ИИ и тяжелых металлов. Предполагают, что чем более длительным и менее интенсивным становится облучение организма, тем большее значение приобретают сопутствующие влияния неблагоприятных факторов (Петин и др., 1997,1998).
В связи с вышеизложенным, нам представляется весьма актуальным изучение влияния хронического воздействия ИИ и тяжелых металлов на генетические структуры клеток мышей в тех дозах и интенсивностях воздействия, которые реально существуют на загрязненных территориях. Выбор клеток системы крови в качестве объекта исследований был обусловлен их высокой чувствительностью к воздействию повреждающих агентов и значимостью для функционирования организма в целом.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в исследовании влияния длительного воздействия низкоинтенсивного ионизирующего излучения и тяжелых металлов на состояние структуры
ДНК и уровень цитогенетических повреждений в клетках системы крови мелких грызунов.
Исходя из этого, были поставлены следующие задачи исследования:
1. Изучить динамику изменения уровня однонитевых разрывов ДНК и
ДНК-белковых сшивок в клетках селезенки мышей при длительном
воздействии низкоинтенсивного у-излучения;
2. Оценить цитогенетическую эффективность хронического
воздействия низкоинтенсивного у-излучения;
3. Провести сравнительный анализ дозовых кривых индукции
однонитевых разрывов ДНК и цитогенетических нарушений при остром и
хроническом облучении в малых дозах;
4. Исследовать модифицирующее воздействие ионов тяжелых металлов
(свинец, кадмий, стабильные изотопы стронция и цезия) на молекулярные и
цитогенетические эффекты хронического низкоинтенсивного облучения у
мышей;
5. Изучить молекулярные и цитогенетические эффекты в клетках
крови мышей и полевок из природных популяций, обитающих на
территориях загрязненных радионуклидами.
Положения, выносимые на защиту:
1. Зависимости доза-эффект изученных молекулярных и цитогенетических показателей от времени воздействия (дозы) низкоинтенсивного ионизирующего излучения и/или тяжелых металлов в
малых дозах являются нелинейными.
2. Длительное постоянное воздействие ионизирующего излучения
и/или тяжелых металлов вызывает молекулярные и цитологические
изменения в клетках системы крови мышей, носящие адаптационный
характер.
3. Биологическая эффективность хронического облучения с мощностью
дозы примерно на 3 порядка превышающего природный радиационный фон
ниже, чем эффективность острого облучения в тех же дозах.
Научная новизна. Впервые исследовано влияние длительного воздействия низкоинтенсивного у-излучения и ионов тяжелых металлов (свинец, кадмий) на уровень ДНК-белковых сшивок в клетках селезенки и тимуса мышей.
Впервые выполнены комплексные исследования влияния хронического воздействия низкоинтенсивного у-излучения, а также стабильных изотопов стронция и цезия на состояние структуры ДНК, уровень клеточной гибели, антиоксидантную активность и частоту цитогенетических нарушений в клетках системы крови мышей.
Впервые проведено сравнительное исследование дозовых зависимостей количества однонитевых разрывов ДНК в клетках селезенки и частоты полихроматофильных эритроцитов костного мозга с микроядрами у мышей, подвергавшихся острому и хроническому низкоинтенсивному облучению.
Впервые проведено изучение уровней ДНК-белковых сшивок в лейкоцитах крови и клетках селезенки мелких млекопитающих, обитающих на территории загрязненной радионуклидами.
Научно-практическая ценность работы. Полученные
экспериментальные данные являются одними из первых результатов
исследований хронического воздействия низкоинтенсивного
ионизирующего излучения и солей тяжелых металлов на генетические структуры клеток животных. Полученные результаты позволяют глубже понять механизмы биологического действия ИИ в малых дозах и оценить степень реальной опасности хронического низкоинтенсивного облучения.
Результаты диссертационной работы используются при проведении радиобиологического мониторинга и оценке экологического состояния Сергиево-Посадского технологического комплекса по переработке радиоактивных отходов ГУЛ Мое НПО «Радон».
Личный вклад диссертанта. Представленная работа является частью плановых исследований проведенных в 1996-2003 гг лабораторией биологической оценки экологических техногенных аномалий ГУЛ МосНПО «Радон» с личным вкладом диссертанта в получение представленных в работе экспериментальных данных не менее 70-80 %. Автор самостоятельно осуществлял постановку и проведение экспериментальных исследований, первичную обработку и анализ полученных данных, формулировал положения и выводы работы.
В работе частично использованы материалы совместных исследований цитогенетических нарушений в клетках мышей, полученные совместно с сотрудниками института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН (проф., д.б.н. В.А. Шевченко, проф., д.б.н. М.Д. Померанцева и к.б.н. Л.К. Рамайя) и института экспериментальной и теоретической биофизики РАН (к.б.н. СИ. Заичкина, к.б.н. О.М. Розанова, к.б.н. Д.Ю. Клоков, к.б.н. Г.Ф. Аптикаева и к.б.н. А.Х. Ахмадиева).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Ш-м и IV-м съездах по радиационным исследованиям (Москва, 1997, 2001); П-м съезде биофизиков России (Москва, 1999); П-м и Ш-м съездах Вавиловского общества генетиков и селекционеров России (Санкт-Петербург, 2000, Москва, 2004); Международном симпозиуме «Хроническое радиационное воздействие: возможности биологической индикации» (Челябинск, 2000); the 8-th International Symposium on Radiation Physics (Prague, Czech Republic, 2000); Международной научной конференции «Современные проблемы радиобиологии, радиоэкологии и эволюции» (Дубна, 2000); Международной конференции «Проблемы радиационной генетики на рубеже веков» (Москва, 2000); the First International Congress of the SARS «Radiobiology 2000» (Stellenbosch, South Africa, 2000); Международной конференции БИОРАД-2001 (Сыктывкар, 2001); the 2-nd WONUC International Conference «The effects of low and very low doses of ionizing radiation on human health» (Dublin, Ireland, 2001); ХІ-м
Международном симпозиуме по биоиндикаторам (Сыктывкар, 2001); the 8-th International Conference on Environmental Mutagens (Shizuoka, Japan, 2001); the NATO ARW «Ecological standardization and equidosimetry for radioecology and environmental ecology» (Kyiv, Ukraine, 2002); the 7-th International symposium «Metal Ions in Biology and Medicine» (Saint Petersburg, Russia, 2002); Международной конференции «Генетические последствия чрезвычайных радиационных ситуаций» (Москва, 2002); 1-st and 2-nd International conferences «Non-linear dose-response relationships in biology, toxicology and medicine» (University of Massachusetts, Amherst, MA, USA, 2002, 2003); Ш-м Международном симпозиуме «Механизмы действия сверхмалых доз» (Москва, 2002); the IV-th International Meeting "PAEMS 2003" (Cairo, Egypt, 2003); the NKS conference on Radioactive Contamination in Urban Areas (Roskilde, Denmark, 2003), the 3-rd Congress on Radiation Research (Kiev, Ukraine, 2003); COSPAR Colloquium (Second International Workshop) Radiation Safety for Manned mission to Mars (Dubna, Russia, 2003); Международной конференции «Радиационная безопасность территорий. Радиоэкология города» (Москва, 2003); the International Workshop on Radiation Health Effects at Low Doses or Low Dose Rates (Neuherberg, Germany, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 78 печатных работ, в том числе 15 статей в рецензируемых журналах.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследований, использованных в работе, 7 глав результатов исследований и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы.
