КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ВЕЧЕРЯ ОЛЕГ ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 599:539.1.047:577.346

ХРОНІЧНА ДІЯ ІОНІЗУЮЧОЇ РАДІАЦІЇ ТА КАДМІЮ НА КЛІТИНИ ПЕЧІНКИ І СЛИЗОВОЇ ОБОЛОНКИ ТОНКОГО КИШЕЧНИКА ЩУРІВ

03.00.01— радіобіологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

КИЇВ-2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі біохімії біологічного факультету

Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

Войціцький Володимир Михайлович,

Київський національний університет

Імені Тараса Шевченка, професор кафедри біохімії.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук,

Дружина Микола Олександрович,

Інститут експериментальної патології, онкології та радіобіології ім. Р.Є. Кавецького НАН України, провідний науковий співробітник;

доктор біологічних наук,

Кутлахмедов Юрій Олексійович,

Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, завідувач лабораторії радіоекологічної надійності екосистем.

Провідна установа: Національний науковий центр радіаційної медицини АМН України, Інститут експериментальної радіобіології, лабораторія радіаційної біохімії, м. Київ

Захист відбудеться 24.02.2003 року о 13-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 03127, м. Київ, проспект Глушкова 2, корпус, 12, біологічний факультет, ауд. 215.

Поштова адреса: 01033, Київ-33, вул. Володимирська, 64;

Спецрада Д 26.001024, біологічний факультет

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою:

м. Київ, вул. Володимирська, 58

Автореферат розісланий “22” січня 2003 року

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради Брайон О.В.

Актуальність теми. Дослідженя сумісної дії іонізуючої радіації та хімічних забруднювачів довкілля є однією з актуальних проблем, оскількі ці чинники призводять до розвитку патологічних станів. Саме дослідження реакції організму на клітинному рівні дає змогу виявити первинні механізми такої дії, визначити можливість прояву захисно-компенсаторних реакцій, розробити шляхи зменшення негативного впливу на організм зазначених чинників.

Іонізуюча радіація та токсичні хімічні речовини, зокрема солі важких металів, негативно впливають на організм навіть у відносно низьких дозах [Городзинський, 2000; Трахенберг, 1994]. До одного з токсичніших техногенних забрудників оточуючого середовища відноситься кадмій. Він здатний всмоктуватись в тонкому кишечнику, накопичуватись переважно в клітинах печінки та нирках, де може затримуватись довгий час та негативно впливати на організм [Богомазов, 1985; 1986; 1992].

Біологічні мембрани, як надмолекулярні інтегруючі системи, які формують клітину та внутрішньоклітинне середовище, забезпечують прояв усіх важливих функцій організму [Кучеренко та ін., 1995]. Вони є основними мішенями дії як фізичних, так і хімічних чинників. Порушення структурно-функціональних властивостей біомембран викликає розвиток багатьох паталогічних процесів [Барабой, Судковой,1997].

Сумісна дія іонізуючої радіації та інших чинників довкілля, в тому числі важких металів [Руднев и др., 1994], призводить до появи різноманітність біохімічних змін в організмі. В дослідженнях [Войцицкий и др., 1994; 1997; Хижняк, 1997; Хижняк и др., 1998; 1999; 2000; Hizhnyak et al., 1996, 2001] визначені основні шляхи дії іонізуючої радіації (рентгенівського випромінювання) в сублетальних дозах на структурно-функціональні властивості ентероцитів слизової оболонки тонкого кишечника при одноразовому опроміненні, та за сумісної дії з іонами кадмію. В той же час, ще не достатньо досліджені особливості сумісної хронічної дії цих чинників.

Таким чином, значної актуальності набуває дослідження особливостей хронічної сумісної дії сублетальних доз іонізуючої радіації низької інтенсивностей та низьких доз кадмію на структурно-функціональні властивості клітин печінки та слизової оболонки тонкого кишечника.

Зв'язок з науковою тематикою організації. Робота виконана у рамках теми № 97083 “Біохімічні механізми розвитку променевого ураження після дії іонізуючої радіації” кафедри біохімії біологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Мета та завдання дослідження. Визначити особливості та характер взаємодії хронічного сумісного впливу іонізуючої радіації малої потужності та низьких концентрацій іонів кадмію на структурно-функціональні властивості клітин печінки та слизової оболонки тонкого кишечника.

В зв'язку з цим були поставлені такі завдання:

1. Дослідити окрему та сумісну хронічну дію іонізуючої радіації (потужність дози 0,72 сГр/добу, та хлориду кадмію (потрапляв в організм з питною водою, яка містила 0,01 мг/мл СdСl2 (10 ГДК), що в середньому становить 250 мкг СdСl2 на добу) на:

а) морфометричні показники та проліферативну активність клітин печінки і різних відділів тонкого кишечника (дванадцятипала та порожня кишки);

б) активність мембранозв'язаних ферментів клітин печенки та слизової оболонки тонкого кишечника;

в) кількісний склад ліпідів в клітинах печінки, слизової оболонки кишечника та апікальної мембрани ентероцитів;

г) протікання процесів ПОЛ в мембранах гепатоцитів та ентероцитів слизової оболонки тонкого кишечника, їх антиокисну активність.

2. Провести факторний аналіз досліджуваних показників з метою встановлення тих із них, які мають суттєве значення при оцінці структурно-функціонального стану печінки та слизової оболонки тонкого кишечника за умов сумісної хронічної дії іонізуючої радіації та кадмію.

3. Визначити характер взаємодії іонізуючої радіації та кадмію в клітинах печінки та слизової оболонки тонкого кишечника за умов досліджень.

Об'єкт дослідження: окрема та сумісна хронічна дія іонізуючої радіації та СdСl2 на організм.

Предмет дослідження: ентероцити слизової оболонки тонкого кишечника та гепатоцити.

Методи дослідження: Радіобіологічні, спектрометричні, морфологічні, гістологічні, світлова мікроскопія, математичні.

Наукова новизна. Проведено та систематизовано комплексні морфологічні, гістологічні та біохімічні дослідження як окремої так і сумісної хронічної дії іонізуючої радіації з потужністю дози 0,72 сГр/ добу при досягнення дози 0,3 Гр, 0,6 Гр і 1,0 Гр та низьких концентрацій кадмію (250 мкг СdСl2 за добу) на структурно-функціональний стан клітин печінки та слизової оболонки тонкого кишечника.

Встановлено, що поряд з радіаційним фактором у структурних порушеннях клітин печінки значний внесок належить хронічному впливу кадмію, що пов'язано з переважним накопиченням кадмію в клітинах печінки та його токсичними властивостями.

За хронічної сумісної дії іонізуючої радіації та кадмію виявлено здатність ентероцитів слизової оболонки тонкого кишечника посилювати процеси регенерації. Спостерігаються зміни ліпідного матриксу мембран цих клітин та інгібування активності мембранозв'язаних ферментів, які посилюються з підвищенням дози діючих чинників.

Встановлено, що хронічна сумісна дія іонізуючої радіації та кадмію в умовах досліджень призводить до порушення окисно-антиоксидантної системи клітин печінки та слизової оболонки тонкого кишечника в результаті посилення процесів ліпідної пероксидації і виявляється в дисбалансі накопичення продуктів ПОЛ.

Застосування методу головних компонент дозволило визначити найсуттєвіші за умов проведення досліджень показники серед вибраних параметрів, які визначають стан клітин печінки та слизової оболонки тонкого кишечника за хронічної сумісної дії іонізуючої радіації та кадмію. Зроблена класифікація об'єктів дослідження, тобто, віднесення їх до тієї чи іншої визначеної групи, що дало можливість обгрунтувати висновки про дію досліджуваних чинників на організм.

Встановлено, що за хронічної дії іонізуючої радіації та кадмію в умовах проведення досліджень їх взаємодія має антагоністичний характер.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати можуть слугувати науковим обґрунтуванням розробки методів корекції та запобігання порушень структурно-функціональних властивостей клітин печінки та слизової оболонки тонкого кишечника за дії іонізуючої радіації та кадмія.

Показана доцільність використання методу головних компонент для виявлення “прихованих” закономірностей, які регулюють протікання досліджуваних процесів.

Викладені в роботі положення можуть бути включені до навчальних програм вузів, де викладаються курси “Радіобіологія”, “Радіаційна медицина”, “Радіаційна біохімія” тощо.

Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто провів пошук та аналіз наукової літератури за темою роботи та статистичну обробку результатів, а також брав участь у виконанні всіх експериментальних робіт. За участю наукового керівника та співавторів публікацій проведено інтерпретацію результатів роботи, обговорення положення, які висунуті на захист, та висновки.

Апробація результатів роботи. Основні результати дисертаційної роботи були висвітлені на: Міжнародній науковій конференції “Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде” (Семипалатинск, 2000), Міжнародному екологічному конгресі “Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности” (Санкт-Петербург, 2000), Міжнародній науковій конференції “Биоард-2001. Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиактивное загрязнение среды” (Сиктивкар, 2001), Всеукраїнській науково-практичній конференції Інституту ядерних досліджень НАН України (Київ, 2001), Науково-практичних конференціяї професорсько-викладацького складу Київського національного університету імені Тараса Шевченка (Київ, 2000; 2001).

Публікація матеріалів. Основні положення дисертаційної роботи викладено в 6 наукових публікаціях, з яких 3 статті у профільних виданнях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, огляду наукової літератури, опису матеріалів та методів дослідження, власних досліджень з обговоренням, заключення, висновків, списку використаної літератури, що включає 227 посилань.

Робота викладена на 140 сторінках машинопису, ілюстрована 8 рисунками та 16 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження були проведені на білих безпородних щурах-самцях, масою 180-200 г, яких утримували на стандартному раціоні віварію та які постійно знаходились в приміщенні, де було розташоване джерело іонізуючого випромінювання направленої дії, а які не піддавали дії іонізуючого випромінювання, були додатково захищені від нього свинцевим екраном. Після закінчення досліджень, експерементальних тварин забивали шляхом декапітації.

Хронічне зовнішнє g-опромінення експериментальних тварин здійснювали на установці “Еталон” Інституту ядерних досліджень НАН України, яка як джерело випромінювання містила 60Со. Потужність дози становила — 0,72 сГр/добу. Експериментальні тварини разом з питною водою споживали хлорид кадмію Ї 0,01 мг/мл CdCl2 (10 ГДК). Із урахування того, що за добу щур випиває близько 25 мл води , то за 1 добу до його організму з питною водою надходило приблизно 250 мкг CdCl2.

Тварин ділили на 13 груп в залежності від мети експерименту:

1. Контроль на початку досліду;

2. Контроль; тривалість дослідження — 42 доби.

3. Тварин піддавали дії кадмію; тривалість дослідження — 42 доби.

4. Тварин піддавали дії g-опромінення в сумарній дозі 0,3 Гр; тривалість дослідження — 42 доби.

5. Тварин піддавали сумісній дії g-опромінення в сумарній дозі 0,3 Гр та кадмію; тривалість дослідження — 42 доби.

6. Контроль; тривалість дослідження — 84 доби.

7. Тварин піддавали дії кадмію; тривалість дослідження — 84 доби.

8. Тварин піддавали дії g-опромінення в сумарній дозі 0,6 Гр; тривалість дослідження — 84 доби.

9. Тварин піддавали сумісній дії g-опромінення в сумарній дозі 0,6 Гр та кадмію; тривалість дослідження — 84 доби.

10. Контроль; тривалість дослідження — 145 діб.

11. Тварин піддавали дії кадмію; тривалість дослідження — 145 діб.

12.Тварин піддавали дії g-опромінення в сумарній дозі 1,0 Гр; тривалість дослідження — 145 діб.

13. Тварин піддавали сумісній дії g-опромінення в сумарній дозі 1,0 Гр та кадмію; тривалість дослідження — 145 діб.

Перед початком досліду, а також 2 рази на тиждень в період досліджень проводили дозиметричний контроль, і вводились при необхідності відповідні корегування.

Для дослідження морфометричних показників парафінові напівтонкі зрізи готували згідно з методикою [Волкова та ін., 1982; Карупу, 1984]. На парафінових та напівтонких зрізах за допомогою окулярмікрометра вимірювали висоту ентероцитів одношарового епітелію щіткової облямівки. Вимірювання діаметру ядер гепатоцитів та площі поперечного перерізу ядер ентероцитів проводили на напівавтоматичній установці “Інтеграл-2МТ” за програмою “Маркер”. Мітотичний індекс визначали згідно методики [Астауров, 1974] та підраховували кількість клітин, які припадають на крипту. При даних дослідженнях за 2 год до забою тваринам перорально вводили розчин колхіцину в концентрації 0,2 мг на 100г живої маси.

Активність лужної фосфатази визначали згідно [Chijsen, 1980], активність g-глутамілтрансферази—згідно [Lin et all, 1981], активність аланінаминотрансферази — згідно [Expert, 1976]. Визначення Мg2+-АТФазної та Nа+,К+-АТФази активності проводили згідно [Chijsen, 1980].

Вміст ТБК (2-тіобарбітурова кислота)Їактивних продуктів, за рівнем яких оцінювали кількість малонового діальдегіду (МДА) визначали за методом [Орехович, 1977]. Визначення шиффових основ проводили згідно [Tappel, 1978], а дієнових кон'югатів (ДК) — [Орехович, 1977]. Визначення антиокисної активності (АОА) проводили за методом [Семенов и др., 1985]. Кількость триацилгліцеролів, холестеролу та загальних фосфоліпідів визначали ферментативним методом за допомогою біхроматичної фотометричної системи “STAT FAX 1904 PLUS” (США).

Для визначення ступеня взаємного впливу різних параметрів досліджуваних процесів та виявлення об'єктивно існуючих закономірностей використовували метод факторного аналізу [Харман, 1972; Браверман, 1983].

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Цитоморфометричні дослідження стану слизової оболонки тонкої кишки і печінки. Встановлено, що хронічне опромінення вже при сумарній дозі 0,6 Гр викликає перебудову архітектоніки печінки. Спостерігаються поліморфізми гепатоцитів, діаметр ядер зменшується, окремі ядра та цитоплазма лізовані. Дія сумарної дози 1,0 Гр ще більш виражена. Хронічне надходження в організм дослідних тварин кадмію приводить до більш значних дистрофічних змін паренхіми печінки, ніж лише дія іонізуючої радіації в умовах проведення досліджень. За сумісної дії іонізуючої радіації та іонів кадмію також виявлені суттєві порушення архітектоніки печінки. В той же час гістоструктура епітелію тонкого кишечника піддається менш вираженим змінам. За сумісної дії іонізуючого випромінювання та кадмію спостерігається збільшення висоти ентероцитів. Виявлене зменшення площі ядер ентероцитів свідчить, мабуть, про пригнічення функціональної активності ентероцитів слизової оболонки тонкого кишечнику при хронічній дії іонізуючої радіації та кадмію. Епітелій тонкого кишечнику відноситься до таких клітинних систем, які найбільш швидко оновлюються. Про порушення процесів диференціації ентероцитів свідчить встановлене зменшення кількості клітин у проліферативній зоні при дії як окремо, так і спільно іонізуючої радіації та кадмію (табл.1). Найбільші зміни відбуваються при сумісній дії іонізуючої радіації та кадмію.

Активність ферментів тонкого кишечника та печінки. В ентероцитах слизової оболонки тонкого кишечника та гепатоцитах присутні гідролази та трансферази, серед яких важливе значення мають лужна фосфатаза (ЛФ), g-глутамілтрансфераза (ГТТ) та аланіламінотрансфераза (АлАТ) [Becciolini, 1987]. Вплив на клітинні структури таких факторів оточуючого середовища, як іонізуюча радіація та важкі метали приводить до функціональних порушень мембранозв'язаних ферментних систем [Рискулова, 1986; Трахенберг, 1994]. Встановлено (табл. 2), що активність зазначених ферментів в клітинах епітелію тонкого кишечника знижується за умов дії всіх чинників у зазначені терміни проведення досліджень, але вірогідні зміни спостерігаються тільки у певних випадках. Так, іони кадмію викликали вірогідне зменшення тільки ГТТ ( в середньому на 15%) при тривалості досліду 145 діб. Дія іонізуючої радіації в дозі 0,6 Гр та 1,0 Гр викликала вірогідне зниження активності ЛФ в середньому на 16% та 17% відповідно, а ГТТ за цих умов — на 21% та 18,5%. В той же час сумісна дія іонізуючої радіації та іонів кадмію приводила до суттєвішого зниження активності всіх зазначених ферментів і у всі терміни досліджень.

Провідна роль у підтримці внутрішньоклітинного гомеостазу належить Na+, К+-АТФазі та Мg2+-АТФазі. Встановлено, що іонізуюча радіація викликала зменшення активності Na+, К+-АТФази в клітинах слизової оболонки тонкого кишечника в середньому на 23% при дозі опромінення 0,6 Гр та збільшення активності цього ферменту в 2,2 рази при опроміненні в дозі 1,0 Гр. Сумісна дія іонізуючої радіації та іонів кадмію за даних умов викликала підвищення активності Na+,К+-АТФази в середньому на 44% та 37% відповідно. Активність Мg2+-АТФази в препаратах слизової оболонки тонкого кишечника збільшувалося як при окремій дії іонізуючої радіації, так і

Таблиця 1

Загальна кількість клітин в крипті та мітотична активність стовбурних клітин крип дванадцятипалої та порожньої кишки за хронічної дії іонізуючої радіації та кадмію (M±m, n=5-7)

Група тварин Мітотичний індекс

Дванадцятипала кишка Порожня кишка

Контроль на початок досліду 0,18±0,03 0,13±0,04

Тривалість досліду 42 доби:

контроль 0,19±0,04 0,12±0,03

CdCl2 0,18±0,03 0,14±0,04

г-опромінення (0,3 Гр) 0,30±0,04* 0,19±0,04*

г-опромінення (0,3 Гр) + CdCl2 0,15±0,03 0,07±0,02*

Тривалість досліду 84 доби:

контроль 0,18±0,03 0,13±0,04

CdCl2 0,19±0,04 0,08±0,03*

г-опромінення (0,6 Гр) 0,20±0,05 0,19±0,04*

г-опромінення (0,6 Гр) + CdCl2 0,17±0,04 0,21±0,03

Тривалість досліду 145 діб:

контроль 0,19±0,04 0,13±0,03

CdCl2 0,04±0,02* 0,05±0,02*

г-опромінення (1,0 Гр) 0,22±0,04 0,20±0,04*

г-опромінення (1,0 Гр) + CdCl2 0,24±0,05 0,22±0,04*

* p?0,05 по відношенню до контролю на початок досліду та у відповідних грах за тривалістю досліду

Таблиця 2

Активність ферментів слизової оболонки порожньої кишки за хронічної дії іонізуючої радіації та кадмію (M±m, n=5-7)

Ферменти Група тварин Лужна фосфатаза, мкмоль/хв* мг білка г-Глутаміл-трансфераза, мкмоль/ хв* мг білка Аланінаміно-трансфераза, мкмоль/ хв* мг білка Na+,K+-АТФаза, мкмоль Рн/ годинуЧмг білка

Контроль на початок досліду 9,6±0,7 3,6±0,3 14,2±1,7 0,40±0,03

Тривалість досліду 42 доби:

контроль 10,1±0,6 3,7±0,3 14,3±1,8 0,41±0,04

CdCl2 9,6±0,7 3,6±0,2 14,0±1,6 0,39±0,03

г-опромінення (0,3 Гр) 9,5±0,6 3,4±0,2 12,5±1,5 0,40±0,04

г-опромінення (0,3 Гр) + CdCl2 8,9±0,7* 3,2±0,3* 11,9±1,6* 0,42±0,05

Тривалість досліду 84 доби:

контроль 10,0±0,7 3,8±0,3 14,4±1,7 0,39±0,03

CdCl2 8,6±0,6 3,4±0,2 13,8±1,5 0,34±0,04

г-опромінення (0,6 Гр) 8,4±0,6* 3,0±0,3* 12,0±1,6 0,30±0,04*

г-опромінення (0,6 Гр) + CdCl2 7,9±0,7* 2,9±0,2* 11,0±1,4* 0,56±0,05*

Тривалість досліду 145 діб:

контроль 9,9±0,8 3,8±0,2 14,3±1,6 0,49±0,04**

CdCl2 8,5±0,7 3,3±0,3* 13,5±1,7 0,43±0,03

г-опромінення (1,0 Гр) 8,3±0,7* 3,1±0,3* 11,8±1,5 1,10±0,05*

г-опромінення (1,0 Гр) + CdCl2 7,7±0,6* 2,8±0,2* 10,8±1,4* 0,67±0,04*

* p?0,05 по відношенню до контролю у відповідних групах за тривалістю досліду

** p?0,05 до контролю на початок досліду

сумісному впливі іонізуючої радіації та іонів кадмію при опроміненні в дозі 0,3 Гр і 0,6 Гр на 15-50%. В той же час при опроміненні в дозі 1,0 Гр відбувалося зменшеня активності Мg2+-АТФази в середньому на 37%, а при сумісній дії іонізуючої радіації в цій дозі та іонів кадмію — на 28%. Таким чином, із зростанням дози опромінення активності Мg2+-АТФази в препаратах слизової оболонки тонкого кишечника інгібувалася.

Дослідженя активності цих же ферментів в клітинах печінки при хронічній окремій та сумісній дії іонізуючої радіації та іонів кадмію показали, що активність ЛФ зменшилась вірогідно тільки при сумісній дії іонізуючої радіації та іонів кадмію при досягненні дози опромінення 0,6 Гр (тривалість досліду 84 доби) в середньому на 21%, а при досягненні дози 1,0 Гр (145 діб) – на 26%. За цих термінів досліджень активність АлАТ зменшувалася відповідно в середньому на 20% та 25%.

В клітинах печінки тільки при сумісній дії іонізуючої радіації та іонів кадмію активність Na+, К+-АТФази зменшувалася. Активність Мg2+-АТФази в препаратах печінки незначно збільшувалась за умов дії всіх досліджуваних чинників.

Вміст ліпідів тонкого кишечника та печінки. Особливості будови та обміну речовин у клітинах печінки та слизової оболонки тонкого кишечника в значній мірі обумовлені кількісним складом та різноманітністю ліпідів клітинних мембран. Ліпіди відіграють вирішальну роль у формуванні радіаційно-індукованих порушень біомембран [Элойя, 1989; Коломийцева и др., 1989].

Отримані результати свідчать, що в клітинах печінки кількість основних структурних ліпідів клітинних мембран (триацилгліцеролів, фосфоліпідів і холістеролу) суттєво не змінюється при окремій дії іонізуючої радіації та іонів кадмію у всі досліджувані терміни. За сумісній дії іонізуючої радіації та іонів кадмію відмічено лише зменшення триацилгліцеролів і фосфоліпідів.

В слизовій оболонці тонкого кишечника відбувалося зменшення кількості ліпідів у всі досліджувані терміни як при дії тільки іонізуючої радіації, так і її сумісній дії з іонами кадмію (табл. 3). Так, при дії тільки іонізуючої радіації відбувається зменшення кількості триацилгліцеролів на 30-40%, фосфоліпідів — на 23-25%, холестеролу — на 34-45%. Ще більше зменшення вмісту досліджуваних ліпідів відбувається при сумісній дії іонізуючої радіації та іонів кадмію.

В апікальній мембрані (АМ) ентероцитів слизової оболонки тонкого кишечника іонізуюча радіація у всі досліджувані терміни викликає зменшення вмісту триацилгліцеролів в середньому на 19%, 24% та 29% відповідно, холестеролу на 29%, 33% та 41%, а фосфоліпідів вірогідно тільки

Таблиця 3

Кількість ліпідів в слизовій оболонці порожньої кишки, мкг/мг білку (M±m, n=5-7)

Група тварин Триацилгліцероли Фосфоліпіди Холестерол

Контроль на початок досліду 181,4±15,0 107,2±8,3 18,6±3,2

Тривалість досліду 42 доби:

контроль 185,6±16,4 118,6±9,2 20,3±2,9

CdCl2 180,5±17,2 120,5±10,1 20,5±3,1

г-опромінення (0,3 Гр) 141,0±14,3* 108,0±8,7 14,6±2,0*

г-опромінення (0,3 Гр) + CdCl2 117,1±13,8* 88,3±6,4* 13,6±1,6*

Тривалість досліду 84 доби:

контроль 156,1±17,1 91,1±6,5** 19,7±3,8

CdCl2 130,3±10,2 85,3±7,0 15,8±2,1

г-опромінення (0,6 Гр) 113,3±9,4* 73,3±6,7* 12,0±1,6*

г-опромінення (0,6 Гр) + CdCl2 94,4±8,6* 69,2±5,8* 8,5±1,1*

Тривалість досліду 145 діб:

контроль 134,5±12,6** 83,7±6,7 18,2±3,1

CdCl2 105,4±9,1* 74,2±6,0 10,2±1,6*

г-опромінення (1,0 Гр) 101,7±8,2* 56,2±4,9* 10,0±1,8*

г-опромінення (1,0 Гр) + CdCl2 94,5±7,4* 63,2±5,4* 9,5±1,4*

* p?0,05 по відношенню до контролю у відповідних групах за тривалістю досліду

** p?0,05 по відношенню до контролю на початок досліду

при опроміненні в дозах 0,6 та 1,0 Гр — в середньому на 21% та 17% відповідно. Хронічна сумісна дія іонізуючої радіації та іонів кадмію викликає більш суттєве зниження кількості досліджуваних ліпідів в АМ ентероцитів в порівнянні з дією лише іонізуючої радіації.

При співставленні впливу іонізуючої радіації та іонів кадмію на кількісний вміст ліпідів печінки і слизової оболонки тонкого кишечника відмічено наступне: ефект зменшення вмісту триацилгліцеролів, фосфоліпідів та холестеролу більш виражений у слизовій облонці, а ще більше — в АМ ентероцитів.

Перекисне окислення ліпідів та антиоксидантна активність слизової оболонки тонкого кишечника та печінки. Перебіг реакцій перекисного окислення ліпідів (ПОЛ) в мембранних структурах забезпечується узгодженим функціонуванням ферментних та неферментних систем контролю за вмістом активних форм кисню, вільних радикалів, продуктів ПОЛ тощо. Підвищення концентрації продуктів ПОЛ – універсальний механізм ушкодження мембран при різних паталогічних станах [Барабой, Сутковой, 1997].

Встановлено (табл. 4), що вміст первинних продуктів ПОЛ – дієнових кон'югатів (ДК) в слизові оболонці тонкого кишечника суттєво не змінюється як за хронічної окремої дії іонізуючої радіації та іонів кадмію, так і при сумісній у всі терміни досліджень. Відмічено тільки зростання вмісту ДК в слизовій оболонці тонкого кишечника при дії іонізуючої радіації в дозі 0,3 Гр (в середньому на 48%). Не спостерігається вірогідних змін вмісту ДК в препаратах печінки за всіх термінів досліджень. Встановлено, що в слизовій оболонці тонкого кишечника іонізуюча радіація як при окремій дії, так і сумісній з іонами кадмію викликала зменшення вмісту МДА, кількість якого перераховували на рівень ТБК-активних продуктів. В препаратах печінки теж спостерігається зниження вмісту МДА за сумісної дії радіації та іонів кадмію. Незначне накопичення ШО спостерігається в препаратах слизової оболонки тонкого кишечника та печінки у всі зазначені терміни досліджень як при окремій, так і сумісній дії іонізуючої радіації та іонів кадмію. Встановлено, що в препаратах слизової оболонки тонкого кишечника при дії іонізуючої радіації із зростанням дози зменшується їх антиокисна активність. В той же час, за хронічної сумісної дії іонізуючої радіації та іонів кадмію цей ефект більш виражений.

Обробка результатів досліджень з використанням методу факторного аналізу. Для визначення особливостей окремої та сумісної хронічної дії іонізуючої радіації та іонів кадмію була використана багатофакторна модель аналізу головних компонент[Иберла, 1972; Харман, 1972; Браверман, Мучник, 1983; Кучеренко та ін., 2002]. Треба мати на увазі, що при обробці результатів методом головних компонент необхідно

Таблиця 4

Вміст дієнових кон'ютатів, шиффових основ та малонового диальдегіду в слизовій оболонці порожньої кишки за хронічної дії іонізуючої радіації та іонів кадмію (M±m, n=5-7)

Група тварин Дієнові кон'ютати, Е233/Е218, від. од. Шиффові основи, від. од. Малоновий диальдегід, нмоль/мг білка

-Fe2+-аскорбат +Fe2+-аскорбат (60 хв. інкубації)

Контроль на початок досліду 1,04±0,12 1,12±0,09 0,42±0,03 1,61±0,10

Тривалість досліду 42 доби:

Контроль 1,17±0,15 1,00±0,11 0,48±0,04 1,66±0,14

CdCl2 1,07±0,17 1,25±0,14 0,43±0,03 1,50±0,10

г-опромінення (0,3 Гр) 1,73±0,19* 1,13±0,12 0,42±0,03 1,80±0,12

г-опромінення (0,3 Гр) + CdCl2 1,06±0,10 1,35±0,14 0,46±0,05 1,20±0,09*

Тривалість досліду 84 доби:

Контроль 0,71±0,06** 1,00±0,12 0,34±0,04** 1,62±0,13

CdCl2 0,61±0,04 0,89±0,07 0,22±0,04* 1,89±0,16

г-опромінення (0,6 Гр) 0,84±0,07 1,25±0,14 0,12±0,02* 1,86±0,12

г-опромінення (0,6 Гр) + CdCl2 0,65±0,05 1,10±0,09 0,10±0,02* 1,22±0,11*

Тривалість досліду 145 діб:

Контроль 1,04±0,09 1,00±0,13 0,35±0,03** 1,70±0,14

CdCl2 1,06±0,11 1,10±0,11 0,32±0,04 1,50±0,13

г-опромінення (1,0 Гр) 1,08±0,10 1,09±0,12 0,15±0,02* 1,66±0,10

г-опромінення (1,0 Гр) + CdCl2 1,07±0,11 0,98±0,09 0,18±0,03* 0,78±0,08*

* p?0,05 по відношенню до контролю у відповідних групах за тривалістю досліду

** p?0,05 до контролю на початок досліду

використовувати попереднє нормування даних. Аналіз даних проводили з урахуванням двох типів нормування: 1) нормування в кожній віковій групі тварин (термін досліджень) на контроль даної групи; 2) нормування всіх даних на початок дослідження. Нормування першого типу практично усуває вплив змін, які, можливо, пов'язанi з віковим станом тварин; при його використанні результати приводяться до рівня, що відповідає контролю в відповідній віковій групі тварин. Таким чином, відхилення в величинах нормуваних параметрів будуть визначатись в основному дією зовнішніх агентів, а не змінами, що пов'язані з віком тварин. При нормуванні другого типу зберігається інформація як про зміни стану, що пов'язані з віковим фактором, так і з дією досліджуваних чинників.

З урахуванням цих уточнень і проводився аналіз головних компонент для отриманого набору даних, що характеризують стан організму за умов хронічного впливу низьких доз іонізуючого випромінення та кадмію. При аналізі використовувались дані вимірів 40 показників стану різних органів щурів за трьома термінами досліджень, які відповідають сумарно отриманим дозам опромінення 0,3; 0,6 та 1,0 Гр. Для виявлення головних компонентів, які максимально наближено описують стан об'єктів дослідження, спочатку була проведена діоганалізація повної матриці коефіцієнтів кореляції для всіх 40 досліджуваних параметрів. Аналіз розрахунків свідчить про те, що серед 40 досліджуваних параметрів тількі 12 з них визначають основний внесок у стан об'єктів дослідження.

Отримані результати досліджень відображали в просторі ознак, які визначались найсуттєвішими першими трьома головними компнентами. Результати дослідження при диферинційованному визначені головних компонент в кожній віковій групі представлені в координатах а1-а2, а1-а3 і а2-а3. Вони являють собою значення проекції вектора даних на відповідну головну компоненту для дослідження параметрів в групах контрольних показників (К), дії іонізуючої радіації (Р), іонів кадмію (Сd) та за умов іх сумісного впливу (С) відповідно.

Аналіз результатів (рис. 1) при нормуванні на визначені на початок досліджень контрольні показники свідчать про виражене групування параметрів в просторі ознак, що характеризують різні діючі чинники. Особливо добре це помітно на рис. 1.Б і рис. 1.В, де результати досліджень представлені в координатах а1-а3, а2-а3.

Разом з тим, доцільним є при угрупуванні результатів дослідження враховувати вікові зміни у тварин, які підпадали під довготривалі експерименти. Тому в наступній серії обробки результатів дослідження методом головних компонент нормування було проведено на контрольні показники для кожного терміну досліджень. В цьому випадку нормування включає групування об'єктів в просторі ознак обумовлюється лише дозовими навантаженнями та ефектами сумісної дії досліджуваних чинників. Групуючи дані в просторі загальних ознак, в цьому випадку теж спостерігається розділення об'єктів за типом впливу і ще більш виражене.

Результати розрахунку інтегральних коефіцієнтів синергізму представлених на рис. 2. За умов хронічного впливу іонізуючої радіації та іонів кадмію іх взаємодія має антагоністичний характер, який свідчить про складні механізми адаптації організму до радіаційних ушкоджень та дії іонів кадмію за умов проведення досліджень.

ВИСНОВКИ

1. За хронічної (42, 84 та 145 діб) сумісної дії іонізуючої радіації (0, 72 сГр добу)та іонів кадмію (250 мкг добу) спостерігаються дистрофічні зміни паренхіми печінки, поліморфізм гепатоцитів, зменшення розмірів ядра, збільшення висоти ентероцитів слизової оболонки тонкого кишечника та підвищення їх проліферативної активності.

2. Встановлено інгібування активності мембранозв'язаних ферментів ентероцитів та гепатоцитів за хронічної дії іонізуючої радіації та іонів кадмію, яке посилюється за сумісної дії цих чинників.

3. Хронічна сумісна дія іонізуючої радіації та іонів кадмію супроводжується в клітинах печінки та слизової оболонки тонкого кишечника дисбадансом накопичення продуктів ПОЛ із зменшенням АОА об'єктів дослідження.

4. Зменшення кількості основних структурних ліпідів мембран (триацилгліцеролів, фосфоліпідів, холестеролу) в клітинах слизової оболонки тонкого кишечника за умов хронічної дії іонізуючої радіації та іонів кадмію відбувається, головним чином, за рахунок їх зменшення в апікальній мембрані ентероцитів.

5. Методом головних компонент встановлені найхарактерніші показники, які за умов хронічної дії іонізуючої радіації та іонів кадмію дозволили виявити особливості сумісної дії цих чинників на клітини печінки та слизової оболонки тонкого кишечника — їх антагоністичну взаємодію.

Список праць опублікованих за темою дисертації

1. Хижняк С.В., Степанова Л.І., Вечеря О.О., Орендаренко В.Н., Войціцький В.М. Перекисне окислення ліпідів в клітинах печінки та тонкої кишки за сумісної дії іонізуючої радіації та кадмію. // Вісник КУ. Сер. Біологія. –2000. –№32. –С. 12-13.

2. Хижняк С.В., Бабич Л.В., Вечеря О.А., Гаврилей В.И., Войцицький В.М., Кучеренко М.Є. Оценка воздействия ионов кадмия и ионизирующей радиации на липидный состав клеток печени и кишечника крыс. // Доповіді Національної академії наук України. –2000. –№10. –С. 169-171.

3. Кучеренко М.Є., Хижняк С.В., Пазюк Л.М., Бузинська Н.О., Вечеря О.О., Войціцький В.В. Морфофункціональний стан слизової оболонки тонкої кишки в результаті дії іонізуючого опромінення та кадмію. // Современные проблемы токсикологии. –2001. –№2. –С. 20-23.

4. Хижняк С.В., Вечеря О.А., Гаврилей В.И., Шевченко Л.Е., Войцицький В.М. Нарушение липидного гомеостаза при хроническом воздействии малых доз ионизирующего излучения и ионов кадмия. // Труды Международного экологического конгреса “Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности”. –Санкт-Петербург.: Балтийский государственный технический университет. – 2000. – Т.2.– С. 332.

5. Зыков Г.А., Хижняк С.В., Вечеря О.А., Кисиль Е.А., Войцицький В.М. Лазерная масспектрометрия тонкого кишечника в ранний период после воздействия на организм ионов кадмия. // Тезисы Международной научно-практической конференции “Тяжелые металы и радионуклиды в окружающей среде”. – 2000. – Семипалатинск:. Из-во “Сейм-арт”. – С. 29.

6. Хижняк С.В., Бездробная Л.К., Вечеря О.А., Бабич Л.В., Балан П.П., Войцицький В.М. Влияние хронического g-облучения на состояние мембранных липидов. // Тезисы международной конференции “Биоард-2001. Биологические эфекты малых доз ионизирующей радиации и радиактивное загрязнение среды”. – 2001. – Сыктывкар. Из-во “Макетпрес”.– С. 249.

АНОТАЦІЯ

Вечеря О.О. Хронічна дія іонізуючої радіації та кадмію на клітини печінки і слизової оболонки тонкого кишечника щурів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.01 – радіобіологія. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка. – Київ. – 2003 р.

Дисертація присвячена вивченню радіобіологічних ефектів хронічної сумісної дії іонізуючої радіації низької потужності ? 0,72 сГр/добу (сумарні дози 0,3; 0,6 та 1,0 Гр) та іонів кадмію (250 мкг добу) при дослідженні структурно-функціональних властивостей клітин печінки та слизової оболонки тонкого кишечника. Виявлено, що за умови хронічної сумісної дії досліджуваних чинників підвищується проліферативна активність ентероцитів слизової оболонки порожньої кишки, зменшується площа їх ядер, та збільшується висота. В печінці спостерігаються дистрофічні зміни паренхіми, поліморфізм гепатоцитів, зменшення розміру та лізис окремих ядер. Як окрема, так і сумісна хронічна дія іонізуючої радіації та іонів кадмію призводить до призводить до пригнічення активності мембранозв'язаних ферментів гепатоцитів та ентероцитів в наслідок порушення структури клітинних мембран. Як результат виснаження антиоксидантних систем можна розглядати зменшення кількості продуктів ПОЛ на фоні зміни антиоксидантної активності в досліджуваних тканинах. В клітинах слизової оболонки тонкого кишечника виявлено зменшення кількості основних ліпідів за хронічного як окремого, так і сумісного впливу на організм іонізуючої радіації та іонів кадмію.

Факторний аналіз отриманих результатів дозволив виявити найхарактерніші з досліджуваних параметрів, які визначають особливості сумісної хронічної дії іонізуючої радіації та іонів кадмію.

Ключові слова: хронічне іонізуюче випромінювання, кадмій, тонкий кишечник, печінка, факторний аналіз.

АННОТАЦИЯ

Вечеря О.А. Хроническое воздействие ионизирующей радиации и кадмия на клетки печени и слизистой оболочки тонкого кишечника крыс. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.01 – радиобиология. – Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко. – Киев. – 2003 г.

Диссертация посвящена изучению эффекта и особенностей хронического сочетанного воздействия малых доз ионизирующей радиации низкой интенсивности (сумарная доза 1,0 Гр) и ионов кадмия (10 ПДК) на структурно-функциональные свойства клеток печени и слизистой оболочки тонкого кишечника. Показано, что наряду с действием ионизирующей радиации, в изменения структуры печени больший вклад осуществляет хроническая интоксикация кадмием, что связано с накоплением этого металла в клетках печени. Выявлено полиморфизм и дистрофические изменения паренхимы клеток печени, а также активацию пролиферативной активности энтэроцитов при действии как ионизирующего излучения, так и ионов кадмия. Последний эффект на фоне изменения количества клеток в крипте свидетельствует о стимуляции процессов регенерации тонкого кишечника. Сочетанное воздействие изучаемых внешних факторов приводило к усилению указанных эфектов.

Показано, что как раздельное, так и сочетанное хроническое воздействие ионизирующей радиации и кадмия преимущественно ингибирует активность основных мембраносвязаных ферментов печени и слизистой оболочки кишечника, что может являться результатом структурных нарушений клеточных мембран в результате наблюдаемой интенсификации окислительных процесов, на что указывает уменьшение количества белковых SН-групп и дисбаланс в накоплении продуктов ПОЛ. В энтероцитах угнетение активности указанных ферментов более выражено по сравнению с препаратами клеток печени.

Изучение содержания основных структурных липидов в клетках печени показало, что как при раздельном, так и сочетанном хроническом воздействии на организм ионизирующей радиации и кадмия их количество существенно не изменяется. В энтероцитах слизистой оболочки тонкого кишечника отмечено снижение содержания триацилглицеролов, фосфолипидов и холестерола при действии радиации во все временные диапазоны. Сочетанное влияние ионизирующей радиации и кадмия дозозависимо усиливает данный эффект.

Выявленное снижение количества основных структурных липидов мембран гепатоцитов и энтероцитов, а уменьшение как первичных, так и вторичных продуктов ПОЛ (диеновых коньюгатов, малонового диальдегида, шиффовых основ) можно рассматривать как результат истощения антиоксидантных систем исследуемых органов. Показано, что в препаратах печени и слизистой оболочки тонкого кишечника совместное воздействие ионизирующей радиации и ионов кадмия приводит к снижению антиоксидантной активности.

Использование метода факторного анализа при изучении 40 исследуемых параметров показало, что только 12 из них определяют состояние объекта исследования в условиях эксперимента. Наибольшие изменения в тонком кишечнике связаны с нарушением пролиферативной активности єнтероцитов, активиацией процессов ПОЛ, уменьшением количества фосфолипидов и холестерола, ингибированием активности мембраносвязаных ферментов. В печени, также, наибольшие изменения связаны с нарушением продуктов ПОЛ. Установлено, что при хроническом сочетанном воздействии ионизирующей радиации и ионов кадмия, их взаимодействие носит антагонистический характер.

Ключевые слова: хроническая ионизирующая радиация, кадмий, тонкий кишечник, печень, факторный анализ.

SUMMARY

Vecherya O.O. Chronic effect of the ionosing radiation and cadmium on the cells of liver and the mucous membrane of small intestine of rats.-Manuscript.

Thesis for completion of a scientific degree of a Candidate of Biological Sciences on the specialisation 03.00.01 –Radiobiology. –Kyiv Taras Schevchenko National University. -Kyiv. –2003.

This Thesis is devoted to the ascertainment of basic radiobiological effects and influences as a result of the combined chronic effect of low levels of ionising radiation coming to 0,72 cGr/24 hours (summary doses 0,3; 0,6 and 1,0 Gr) and cadmium ions (250 micro grammes per 24 hours) on the structural and functional activities of the cells of liver and the mucous membrane of small intestine. There has been idetified the increase in proliferating activity of the enterocites of the hollow intestine with the combined chronic influence of the investigated outer factors. There has been idetified that both separate and combined effects of ionising radioactivity and cadmium as a result of the disruption in the structure of cells membranes mostly suppresses the activity of the membrane connected markers enzymes of the mucous membrane of small intestine. As a result of the exhausting of the anti-oxidant systems it is possible to consider the decrease in the products of lipid oxidation and the increase of anti-oxidant activity of the examined tissues. In the cells of the mucous membrane of small intestine there has been identified the decrease of the level of the main membrane lipids during the prolonged both separate and combined effects of the ionising radiation and the ions of cadmium. Factor analysis of the obtained results has allowed to reveal the most characteristic parameters of all the investigated ones, which define the peculiarities of the combined chronic influence of the ionising radiation and ions of cadmium.

Key words: Chronic ionising radiation, cadmium, small intestine, liver, factor analysis.