Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12
1.1. Морфофизиология щитовидной железы млекопитающих в норме 12
1.1.1. Морфологическая характеристика щитовидной железы 12
1.1.2. Функция щитовидной железы млекопитающих 19
1.2. Особенности биологического действия ионизирующего излучения в малых дозах 27
1.3. Воздействие ионизирующего излучения и факторов химической природы на структурно-функциональное состояние щитовидной железы 36
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 53
2.1. Радиоэкологическая обстановка и дозовые нагрузки на организм
животных на участках с повышенным уровнем естественной
w радиоактивности 53
2.2. Условия радиационного воздействия в эксперименте 57
2.3. Объекты исследования 59
2.4. Гистологическая, морфологическая и морфометрическая
обработка материала 62
2.5. Оценка функционального состояния щитовидной железы 65
2.6. Статистическая обработка результатов 67
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 69
3.1. Структурно-функциональное состояние щитовидной железы полевок-
экономок, обитающих в разных радиоэкологических условиях 69
3.1.1. Морфологическая и гормональная характеристика щитовидной железы
полевок-экономок, обитающих в условиях нормального уровня естественной
радиоактивности 70
З Л.2. Структурно-функциональные особенности щитовидной железы полевок, обитающих в условиях повышенного уровня естественной
радиоактивности 81
3.2. Морфофункциональное состояние щитовидной железы мышей линии СВА
после раздельного и сочетанного действия факторов радиационной и
химической природы 96
3.2.1. Радиационные эффекты в тиреоидной ткани мышей линии СВА после хронического действия ионизирующего излучения 97
3.2.2. Влияние нитрата 232Th на структуру щитовидной железы мышей линии СВА 102
3.2.3. Действие нитрата Na на морфологическое состояние щитовидной железы
мышей линии СВА ПО
3.2.4. Морфофункциональные особенности щитовидной железы мышей линии СВА после сочетанного действия ионизирующего излучения и нитрата 2Э2ТЪ 114
3.2.5. Сочетанное действие ионизирующего излучения и нитрата Na на тиреоидную паренхиму мышей линии СВА 130
3.2.6. Оценка раздельного и сочетанного воздействия факторов радиационной
и химической природы на щитовидную железу мышей линии СВА методом
главных компонент 139
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 146
ВЫВОДЫ 150
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 152
Введение к работе
Актуальность проблемы. Внедрение радиационных технологий в различные отрасли народного хозяйства, промышленность, науку и медицину, развитие атомной промышленности, испытания ядерного оружия, аварии на атомных реакторах приводят к широкому распространению территорий с повышенным радиационным фоном. В природных условиях живые организмы одновременно подвергаются действию комплекса факторов, имеющих химическую и физическую природу, которые в сочетании с ионизирующей радиацией могут вызывать самые разнообразные биологические эффекты, что в значительной степени осложняет оценку состояния и прогнозирование ожидаемых экологических последствий, как природных популяций животных, так и здоровья человека. Кроме того, немаловажное значение имеют и экологические факторы, которые могут в значительной степени изменять радиационный эффект. Многообразие воздействий на биоту обуславливает актуальность изучения сочетан-ного действия факторов разной природы, особенно при их хроническом действии. Предсказать эффект таких взаимодействий весьма сложно, тем более что во многих случаях недостаточно изучены закономерности их раздельного действия.
Распространенным объектом экологического мониторинга являются мышевидные грызуны (Шварц, и др., 1968; Башенина, 1977; Любашевский, 1980; Чернявский, Ткачев, 1982;Ивантеридр., 1985;Кудяшева, 1987; Ермакова, 1991; Башлыкова, 2000; Шевченко, 2001; Атлас патоморфологических ..., 1994; Мамина, 2003; Пашнина, 2003). Многочисленность этой группы животных, их широкая представленность в различных трофических цепях экосистем, возможность определенной экстраполяции результатов экотоксикологического анализа с этой группы млекопитающих на человека (Безель, 1987) и то, что они непосредственно воспринимают давление негативных факторов среды, позволя
ет широко использовать их для целей индикации нарушенности среды (Васильев, Васильева, 2000).
Эндокринной системе принадлежит существенная роль в поддержании гомеостаза и осуществлении адаптации организма к постоянно изменяющимся условиям окружающей среды. Основное значение этой системы заключается, с одной стороны, в мобилизации пластического резерва всего организма, а с другой - в гормональной индукции синтеза белков, чем обеспечивается не только управление адаптивными изменениями, но и переход от срочной адаптации к долговременной и достижение состояния устойчивой сопротивляемости к действию раздражителя (Виру, 1980; Larsen, Ingbar, 1992). В процессах долговременной адаптации организма участвуют гормоны щитовидной железы (Mariash, Oppenheimer, 1980; Кулинский, 1997; Ткачук, 1998). Тиреоидные гормоны являются универсальными стимуляторами метаболизма, роста и развития в связи с широким спектром влияний на центральную нервную систему, общеметаболические процессы, нейро-эндокринные механизмы регуляции морфогенеза и физиологических функций органов (Виру, 1980; Кэтт, Дюфо, 1985; Фурдуй, 1986; Теппермен, Теппермен, 1989; Thyroid hormone ..., 1990; Туракулов и др., 1991; Larsen, Ingbar, 1992; Greenspan, 1997; Дедов и др., 2000). Любые отклонения и клеточные перестройки щитовидной железы могут повлечь за собой каскад патологических нарушений в других системах.
К настоящему времени в научной литературе накопилось большое количество сведений о высокой чувствительности щитовидной железы к действию различных раздражителей (Функциональное состояние ..., 1996; Селятицкая, Обухова, 2001; Горбачев, 2002) в том числе и к ионизирующим излучениям (Кра-евский, 1960; Бетц, 1961; Ташходжаев, 1969; Ткачев, 1970; Иванов и др., 1998; Мизина, Ситникова, 1998). Однако исследования морфофункционального состояния щитовидной железы при действии малых доз радиации единичны (Со
магические эффекты ..., 1986; Ермакова, 1991). Изучение совместного действия двух факторов натиреоидную ткань ограничивается работами, в которых наряду с ионизирующим излучением в качестве второго агента использован ш1, обладающий тропностью к щитовидной железе (Бурыкина, 1959; Василенко и др., 1967; Жорно и др., 1982; Ильин и др., 1991). Данные о морфологическом состоянии щитовидной железы у мьпиевидных грызунов после сочетанного действия факторов радиационной и химической природы в доступной нам литературе практически отсутствуют. Наиболее важными с прогностической точки зрения представляются исследования отдаленных эффектов, развивающихся в тиреоидной паренхиме в ответ на действие агентов разной природы. В последнее время появляется все больше сведений, полученных преимущественно после обследования людей, подвергшихся облучению при различных радиационных катастрофах, о том, что значительные морфологические изменения вплоть до различных новообразований могут развиваться в щитовидной железе спустя длительный латентный период после действия неблагоприятных факторов (Цыб, Поверенный, 1996; Тронько, Богданова, 1997; Thyroid cancer ..., 1999; Nagataki, 1999). Одним из перспективных направлений в разработке критериев оценки состояния организма в условиях радиоактивного загрязнения природной среды, является морфологический анализ органов и тканей. Эти методы обладают широкой информативностью при выявлении ранних изменений, формирующихся на уровне клеток и субклеточных структур, позволяют проследить развитие деструктивных и компенсаторных процессов, а также выявить необратимое поражение в той или иной системе, определяющее в конечном итоге судьбу организма в целом (Морфофункциональные исследования ..., 1984; Структурные основы .... 1987; Материй, Ермакова, 1993). Морфометрические методы изучения ткани способствуют в количественном выражении определить характер ее структурной перестройки и степень морфофункциональной активности,
избегая при этом приблизительности и субъективизма в трактовке обнаруживаемых изменений (Хмельницкий, 2002). К тому же на основе этих методов можно дать адекватную оценку функциональной активности исследуемого органа. Более полное представление о гормонопоэзе и выделении гормонов щитовидной железы можно получить при сочетании методов морфологического исследования и определения уровня гормонов в крови.
Ухудшение экологической обстановки, важнейшая роль щитовидной железы в поддержании гомеостаза и осуществлении процессов адаптации организма к постоянно изменяющимся условиям среды, а также удобство использования мелких млекопитающих в качестве тест-объекта определили цель и задачи нашего исследования.
Цель работы состояла в изучении закономерностей раздельного и соче-танного действия факторов радиационной и нерадиационной природы на структурно-функциональное состояние щитовидной железы мышевидных грызунов.
Для достижения цели были поставлены следующие основные задачи:
1. Провести морфофункциональное исследование щитовидной железы полевок-экономок, обитающих на участках с разным уровнем естественной радиоактивности.
2. Выявить закономерности и особенности раздельного действия разных доз/концентраций ионизирующего излучения, нитратов 232Th и Na на морфологическое состояние щитовидной железы мышей линии СВА.
3. Исследовать влияние сочетанного действия ионизирующей радиации и нитрата 232Th или Na на щитовидную железу мышей линии СВА.
Научная новизна. Впервые определено и проанализировано содержание гормонов щитовидной железы (Т3 и Т4) в сыворотке крови полевок-экономок, обитающих на территориях с разным уровнем естественной радиоактивности в зависимости от пола, возраста и фазы популяционного цикла. Впервые дана
характеристика состоянию структуры щитовидной железы полевок с нормального и радиоактивных участков в фазу спада численности популяции. Выявлено, что наиболее выраженные изменения в морфофункциональном состоянии щитовидной железы связаны с фазами популяционного цикла животных. Получены новые данные о высокой чувствительности щитовидной железы зверьков к действию малых доз радиации в условиях среды обитания (в 10-100 раз превышающие уровень нормального у-фона). При этом нарушения в структурно-функциональном состоянии щитовидной железы наиболее ярко проявлялись у полевок с урано-радиевого участка. Обнаружено что, эффективность радиационного воздействия не одинакова в разные периоды популяционного цикла; в фазу спада численности структурно-функциональные перестройки были более отчетливы, чем в год пика численности. Впервые изучена структура щитовидной железы мышей линии СВА в норме и определены закономерности и особенности формирования ответной реакции тиреоидной паренхимы после раздельного и сочетанного действия малых доз ионизирующего излучения и нитратов 232Th или Na. Обнаружено, что после у-облучения в диапазонах доз 1.4-1.8 сГр (30 сут.) и 4.3-5.4 сГр (90 сут.) наибольшие морфофункциональные перестройки в щитовидной железе мышей проявляются при меньшей дозовой нагрузке. Хроническое введение в организм животных нитрата 232Th или нитрата Na (0.03, 0.10 и 0.30 г/кг) показало, что оба фактора приводят к структурным изменениям в исследуемой ткани, степень выраженности которых зависела от природы вещества и его концентрации. Установлено, что сочетанное действие у-облучения с нитратом 232Th или Na в разных дозах/концентрациях вызывает нелинейные эффекты взаимодействия: после у-облучения совместно с введением нитрата 232Th отмечали преимущественно антагонистический характер взаимодействия раздражителей, тогда как сочетанное действие малых доз радиации и нитрата Na вызывало как антагонистические, так и синергические
эффекты взаимодействия факторов. Результаты дисперсионного анализа показали, что основной вклад в структурно-функциональные перестройки щитовидной железы при сочетанном действии ионизирующего излучения и нитрата 232Th вносит у-облучение, а при взаимодействии радиации с нитратом Na решающее значение имело сочетанное действие исследуемых факторов.
Теоретическая и практическая значимость работы. Оценка экологического ущерба, причиненного природным популяциям животных, обитающих на территориях с повышенным уровнем радиоактивности и прогноз их состояния, несомненно, имеет не только практический, но и теоретический интерес. Результаты проведенного исследования расширяют современные представления о последствиях биологического действия малых доз ионизирующих излучений на живые организмы. Выявленные в условиях эксперимента нелинейные эффекты (антагонизм, синергизм) взаимодействия факторов разной природы необходимо учитывать при оценке радиационно-химического загрязнения на организм мелких млекопитающих в природной среде. Определены наиболее информативные структурно-функциональные параметры щитовидной железы, которые можно рекомендовать для проведения исследований по раздельному и сочетанному действию факторов разной природы.
Положения, выносимые на защиту:
1. Модифицирующее действие внутрипопуляционных процессов на структурно-функциональное состояние щитовидной железы мышевидных грызунов в условиях радиоактивного загрязнения среды обитания.
2. Высокая чувствительность щитовидной железы полевок-экономок, обитающих в условиях повышенного уровня естественной радиоактивности. Реакция щитовидной железы полевок на радиационное воздействие в природной среде зависит от возраста, фазы популяционного цикла и типа радиоактивного загрязнения участка отлова.
3. Раздельное и сочетанное действие ионизирующего излучения с нитратом 232Th, а также с нитратом Na приводит к существенным структурным перестройкам в тиреоидной ткани мышей линии СВА, выраженность и глубина которых зависит от природы действующего агента, интенсивности радиационного воздействия (доза и время) и концентрации введенного вещества.
4. Сочетанное действие малых доз у-излучения с нитратом 232Th или с нитратом Na на щитовидную железу мышей линии СВА вызывает нелинейные (антагонистические, синергические) эффекты взаимодействия факторов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на V и VI молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии" (Сыктывкар, 1998, 1999), VII Международном симпозиуме "Урал атомный, Урал промышленный" (Екатеринбург, 1999), XXXVII международной научно-студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 1999), Всесоюзной научной конференции "Развитие идей академика Шварца в современной экологии" (Екатеринбург, 1999), Международной конференции "Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды" (Сыктывкар, 2001), IX молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии и экологии", (Сыктывкар, 2002), Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ВНИИОЗ "Современные проблемы природопользования, охотоведения и звероводства" (Киров, 2002), Международной конференции "Экология северных территория России. Проблемы, прогноз ситуаций, пути развития, решения"( Архангельск, 2002), Международной конференции, посвященной 80-летию со дня рождения проф. М.Г. Колпакова "Эндокринные механизмы регуляции функций в норме и патологии" (Новосибирск, 2002), Интернациональном симпозиуме "Проблемы загрязнения окружающей среды в Арктике" (Rovaniemi, 2002), III Международном симпозиуме "Механизмы действия сверх 4)
малых доз" (Москва, 2002), Десятой молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии и экологии" (Сыктывкар, 2003), Всероссийской научной школе "Актуальные проблемы регионального экологического мониторинга: научный и образовательный аспекты" (Киров, 2003), Международной конференции "Радиационная безопасность территорий. Радиоэкология города" (Москва, 2003).
В своей работе мы пользовались методической, практической помощью и консультациями ряда сотрудников Отдела радиоэкологии Института биологии КНЦ УрО РАН - к.б.н. OJB. Ермаковой, к.б.н. А.И. Таскаева, ст. лаб. Л.В. Батура, к.б.н. Д.В. Гурьева, ст. лаб. Н.Н.Старобор и ст. лаб. Мыльниковой, а также сотрудников Киевского национального университета имени Тараса Шевченко (Украина) к.б.н. В.М. Войцицкого, к.б.н. СВ. Хижняка и к.б.н. А.В. Ку-рашова, за что приносим им искреннюю благодарность.
