академія медичних наук УКРАЇНИ

науковий центр радіаційної медицини

СУТКОВОЙ Дем’ян Аврамович

УДК: 616.831:614.876:616-092:612.013.1:612.014:578.158

СТАН ОКИСНО-АНТИОКСИДАНТНої системи ГОЛОВНОГО МОЗКУ

за умов впливу ІОНІЗУЮЧОЇ РАДІАЦІЇ ТА ЙОГО КОРЕКЦІЯ

03.00.01 – Радіобіологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

Київ – 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова АМН України

Наукові консультанти | д. мед. н., проф., акад. АМН України Зозуля Ю. П.

Інститут нейрохірургії АМН України

ім. акад А .П. Ромоданова АМН України,

директор

д. мед. н. Горбань Є. М.

Інститут геронтології АМН України,

завідувач лабораторії радіології

Офіційні опоненти | д. б. н., ст. н. с. Чоботько Г. М.

Науковий центр радіаційної медицини АМН України,

завідувач лабораторії радіаційної цитології

д. б. н., проф. Кутлахмедов Ю. О.

Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України,

завідувач лабораторії радіоекології

д. б. н., проф. Войцицький В. М.

Київський національний університет імені Т.Г.Шевченка,

професор кафедри біохімії

Провідна установаІнститут медичної радіології ім. С.П.Григор’єва АМН України, (Харків)

Захист відбудеться 13 грудня 2005 р. о 14 год на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.562.01 у Науковому центрі радіаційної медицини АМН України, пр-кт Перемоги, 119-121, Київ, 04115

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Наукового центру радіаційної медицини АМН України, вул. Мельникова, 53, Київ, 04050

Автореферат розіслано 14 листопада 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ______________________________________к. б. н. Ляшенко Л. О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Події, що стались на Чорнобильскій АЕС у 1986 р., продемонстрували світу суттєву загрозу для усіх живих організмів низькодозового та низькоінтенсивного радіаційного впливу. Разом з тим, і дотепер механізм біологічної дії “малих” доз іонізуючого випромінювання на організм вивчено вкрай недостатньо [А. И. Нягу, 1994]. Не стало винятком і вивчення особливостей пострадіаційних ушкоджень нервової системи. Перші прогностичні повідомлення відносно можливого інтенсивного розвитку церебральних патологій в післяаварійний період були зроблені в кінці 80-х років академіком А. П. Ромодановим. В подальшому ці прогнози підтвердились. Зокрема, великим об’ємом клініко-діагностичних даних [Ю. П. Зозуля, 1998], в період катастрофи і майже до сьогодення, в районах, які постраждали внаслідок аварії, зафіксовано істотне (понад 10%) підвищення частоти нервово-психічних захворювань, які обумовлені проявом “психоневрологічного стресу”, “психологічного дискомфорту”[А. К. Гуськова,1995], “психогенно травмуючих факторів” [Ю. А. Александровский, 1991], “психічної дезадаптації”, “хронічного психологічного стресу” [В. П. Антонов, А.А. Пет- риченко, 1995], тобто усією симптоматикою, що формує поняття “пострадіаційна енцефалопатія”. Це сприяло виділенню даної проблеми як пріоритетної у вивченні медико-біологічних наслідків аварії на ЧАЕС [О. Р. Вінницький, 1993]. Оскільки повідомлень про механізм біологічної дії “малих” доз іонізуючого опромінення було вкрай недостатньо, а ті дані, що висвітлювали ряд ключових аспектів, мали деякі протиріччя і розбіжності, це обумовило актуальність та необхідність проведення спеціальних досліджень. Вони мали не тільки сконцентрувати увагу вчених на визначенні особливостей впливу низькодозового опромінення на метаболічні та функціональні можливості ЦНС, тобто на стан біохімічних, біофізичних, імунологічних та морфологічних змін, але й створити наукову базу для розробки ефективних засобів профілактики та лікування пострадіаційних зрушень у мозку, а відтак, і в усьому організмі [П. П. Чаяло, 2001].

Доведено, що однією з систем організму, які першочергово реагують на дію стрессорних чинників, та від яких істотно залежить подальший перебіг адаптаційних реакцій організму є система збалансованого функціонування про-антиоксидантного гомеостазу [Ю. А. Владимиров, А.И.Арчаков,1972].Адже вільнорадикальний механізм пошкодження плазматичних, мітохондріальних та ядерних мембран (розбалансування усіх мембранозалежних біохімічних реакцій, ушкодження ядерного та мітохондріального геному, ліпопротеїнів крові, що призводить до пошкодження судин та гістогематичних бар’єрів, порушень механізмів нервової та гуморальної регуляції організму) і відіграє вирішальну та провідну роль у патогенезі майже усіх захворювань, обумовлених впливом самих різних негативних чинників [В.А. Барабой, Д. А. Сутковой, 1997]. У головному мозку і ЦНС в цілому існують найбільш сприятливі умови для розвитку вільнорадикальної патології , оскільки високий вміст ліпідів та води, максимальне споживання кисню (до 20 %), наявність розвинутої системи біологічних мембран роблять головний мозок особливо уразливим для окисного пошкодження його церебральних структур. Ось чому прийшли висновку, що тривале радіаційне навантаження низької інтенсивності на ЦНС може викликати незворотні пошкодження окисно-антиоксидантної системи гомеостазу, що лежать в основі певних порушень функціонування не тілки нервової системи, а і різних систем і органів біооб”єкту.

У зв’язку з вищевикладеним є актуальним подальше вивчення механізмів пострадіаційного ушкодження головного мозку та пошук патогенетично обгрунтованих методів попередження, усунення або пом’якшення негативних наслідків дестабілізації окисно-антиоксидантного гомеостазу в ЦНС.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи є частиною науково-дослідної роботи “Розробити комплекс профілактичних, діагностичних та лікувальних заходів для осіб, які зазнали впливу несприятливих факторів Чорнобильської катастрофи: на основі впливу радіонуклідів на головний мозок” (1991—1992 рр)., реєстраційний № 01.9.10036946; “Дослідження структурно-молекулярних та функціональних змін головного мозку в ранні та віддалені строки хронічного впливу малих доз радіації” (1993—1994 рр.), № U001864; “Дослідження наслідків тривалого внутрішнього радіаційного впливу на ЦНС експериментальних тварин та їх нащадків і розробка методів корекції” (1997—1998 рр), № U013478; “Дослідження чутливості різних морфофункціональних утворень головного мозку до тривалого впливу малих доз іонізуючого випромінювання, механізми ушкодження і адаптаційно-компенсаторних реакцій (експериментальні та клінічні дослідження)” (1999—2001 рр.), № U004118, які входили до Зведеного плану НДР АМН України.

Мета дослідження: виявити особливості про-антиоксидантного статусу у крові щурів та рівень окисного фосфорилування і електронномікроскопічні морфологічні зміни у їх мозку при дії сублетальних доз іонізуючої радіації. На основі отриманих даних обгрунтувати та впровадити в медичну практику заходи корекції виявлених зрушень у структурі та функції ЦНС з метою підвищення ефективності лікування нейрорадіаційної патології та стійкості організму до дії радіаційних чинників.

Задачі дослідження:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Об’єкт дослідження — система окисно-антиоксидантного гомеостазу крові та головного мозку щурів за умов впливу іонізуючої радіації.

Предмет дослідження — про-антиоксидантний гомеостаз крові та мозку щурів, рівень окисного фосфорилування та морфофункціональний стан головного мозку.

Методи дослідження — фізіологічні, біохімічні, радіонуклідні, електронномікроскопічні, статистичні.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що вперше:

—

—

—

—

—

—

—

—

—

Практичне значення одержаних результатів. Теоретичні положення, отримані як наслідок результатів проведеної роботи, сприяють розширенню уявлень щодо патогенетичних механізмів розвитку пострадіаційної енцефалопатії, розкривають роль радіаційно-обумовлених змін окисно-антиоксидантного гомеостазу у крові, а також у порушеннях білоксинтетичних процесів, процесів окисного фосфорилування у тканині мозку та його морфофункціонального стану. Результати досліджень в галузі змін про-антиоксидантного статусу, обумовлених радіаційним впливом, можуть бути введені в навчальний курс підготовки медичних фахівців. Експериментально обгрунтована можливість корекції окисно-антиоксидантного, окисно-фосфорилувального гомеостазу та морфофункціональних змін мозку, обумовлених впливом іонізуючої радіації, за допомогою застосування сполук антиоксидантного ряду ДМСО та карнозину, а також еламіну та екстракту гарбуза або гіпокситерапевтично-тренінгового впливу. На цій основі розроблено та впроваджено у клінічну практику Інституту нейрохірургії АМН України ім. акад. А.П.Ромоданова методику гіпоксітерапевтичної корекції пострадіаційних змін окисно-антиоксидантного гомеостазу при лікуванні хворих на пострадіаційну енцефалопатію, що підтверджено актом впровадження.

Особистий внесок здобувача полягав у розробці теоретичних основ та наукового підходу до вирішення питань, пов’язаних з темою дисертації, організації та проведенні експериментальних клініко-біохімічних, -біофізичних, морфологічних досліджень з урахуванням та аналізом клінічних спостережень, у теоретичному та статистичному узагальненні отриманих даних, а також у розробці методів корекції стану ПОЛ та АО-системи за умов впливу іонізуючої радіації.

Біохімічні, біофізичні, гістологічні, морфометричні та електронномікроскопічні дослідження, радіометрія, розрахунки експозиційних та поглинутих доз радіаційного впливу проводилися на базі відповідних лабораторій Інституту нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова.

Апробація роботи. Матеріали дисертаційних досліджень обговорювались на XII з’їзді фізіологів товариства ім.І.П.Павлова (м. Львів, 1986); VII науково-практичній конференції лікарів Середньоазіатського військового округу (м.Алма-Ата, 1988 р.); республіканській науковій конференції „Немедикаментозные методы купирования хронических болевых синдромов”(м. Київ, 1989 р.); Всесоюзній конференції „Радиобиологические последствия аварии на Чернобыльской АЭС” (м. Мінськ, 1991 р.); Радіобіологічному з’їзді (м.Пущино, 1993); Першому з’їзді нейрохірургів України (м. Київ, 1993 р); семінарі 21-26 вересня конференції „Чернобыльская катастрофа”(м. Мінськ, 1995 р.); науково-практичній конференції НАН України (м. Київ, 1996 р.); Міжнародній конференції та Приельбруських Бесідах, присвячених А.З. Колчинській (1998 р.); Всеросійській конференції "Проблемы противолу-чевой защиты" (Москва, 16 листопада 1998 р.); ІІ Українській науково-практичній конференції „Ускоренное старение и пути его профилактики”(2001 р.); 4-й Міжнародній конференції "Гіпоксія в медицині" (26-28 вересня 2001 р., Женева, Швейцарія); науково-практичній конференції нейрохірургів України (Житомир, 17—19 вер. 2002 р.); Міжнародній конференції „Астро-Эко”,Терскол (12—16 серпня 2002 р.); VII з’їзді Українського біохімічного товариства (2002 р.); ІІІ Міжнародному симпозиумі “Механизм действия сверхмалых доз” (Москва, 3-6 грудня 2002 р.); ІІІ з’їзді нейрохірургів України, Алушта, Крим, 23—25 вересня 2003 р.); XI Міжнародній конференції “Экология человека в постчернобыльский период” (м. Мінськ, 2004 р.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи видано 80 наукових робіт, у тому числі три монографії загальним обсягом 53,3 друкованих аркушів, 21 стаття у фахових наукових виданнях; 56 публікацій у збірниках та в матеріалах міжнародних і вітчизняних наукових з’їздів, конгресів, симпозиумів, конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Робота викладена на 311 сторінках друкованого тексту; складається з вступу, 5 розділів, висновків і додатку. В роботі використано 390 літературних джерел, з них 283 вітчизняних та 107 іноземних авторів. Матеріали досліджень ілюстровані 65 рисунками і 87 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали і методи дослідження. Клініко-біохімічні дослідження проводили, використовуючи кров хворих на пострадіаційну енцефалопатію – ліквідаторів наслідків аварії на Чорнобильській АЕС у1986-1987 р.р., які після цього продовжували працювати або жити в зоні жорсткого радіаційного контролю. Хворі отримали як зовнішнє, так і тривале внутрішнє (комбіноване) опромінення. Дослідження проводили впродовж 1991—1995 років. Обстежено 167 осіб віком 30—52 роки, які отримали дозу радіаційного опромінення (згідно наведеної, несвоєчасної документації) 0,25—0,8 Гр. У хворих в обстежуваній групі відхилень психоемоційного стану до аварії не відмічалось; в період до 1986 р. всі пацієнти були практично здорові. В якості контроля використовували кров груп умовно здорових людей (донори) — 47 осіб віком 20-45 років. Лабораторні біохімічні дослідження проводили з ранку, натще, у стані спокою, до застосування медикаментозних засобів. В біохімічних та біофізичних дослідженнях використовували гепаринізовану венозну кров. Дослідження стану ПОЛ проводили до лікування та в кінці реабілітаційного курсу.

Експериментальні спостереження проведено на 1150 безпородних білих щурах вагою 180 - 200 гр — самцях та самицях, а також на 25 кролях породи шиншила.

Загальне рентгенівське опромінення тварин здійснювали на рентгенівському апараті РУМ-17 за таких умов: напруга —180 кВ, сила струму —10 мА, відстань —40 см, фільтри —0,5 мм Сu++ 1,0 мм Al, потужність експозиційної дози — 2,0810-4 Кл/кгс. При локальному опроміненні голови або тулуба решту поверхні тіла захищали свинцевим екраном. Ефект внутрішнього радіаційного опромінення досягали додаванням до раціону харчування щурів радіонукліду цезію (137Cs) щоденно у дозі 600 Бк. Радіонуклід згодовували щурам на початку годування, натще, разом з невеликою порцією корму, яка повністю з”їдалась твариною. Утримання щурів в зоні радіаційного забруднення проводили у м. Чорнобилі.

Розрахунки поглинутих доз рентгенівського опромінення проводили за методикою М.Ш.Вайнберга [1984]; внутрішнього — за методиками В. В. Борисової [1988] та B. [1992].

В дисертаційній роботі наведено результати експериментальних досліджень, отриманих при використані 42 груп тварин, підібраних з урахуванням гомогенності за віком та статтю. На першому етапі досліджень використовували наступні групи тварин:

1-- 4 група щурів піддавалась разовому R-опроміненню у дозі 13 мКл/кг; 26 мКл/кг; 52 мКл/кг; 103 мКл/кг. Дослідження проводили через 5 та 15 хвилин, 24 год., 3, 7, 14 і 30 діб, 6 та 9 місяців після іонізуючого опромінення тварин;

5 групу формували з щурів першого покоління, отриманих від тварин, яких піддавали загальному разовому R-опроміненню у дозі 52 мКл/кг перед спаровуванням;

6, 7 групи щурів піддавались фракціонованому загальному R-опроміненню щоденно в продовж 30 та 45 діб дозою 0,194 мКл/кг, сумарна доза відповідно = 5,8 мКл/кг та 8,7 мКл/кг;

8, 9 групи щурів піддавали локальному разовому R-опроміненню голови або тулуба у дозі 52 мКл/кг;

10 - 13 групи піддавали внутрішньому радіаційному впливу радіонуклідами 137Cs протягом 1_го, 3-х, 6-и та 9-и місяців. З метою диференціації ефекту радіаційного впливу від хімічного впливу солі цезію була проведена додаткова серія досліджень, де активність ВРП визначали у тканинах щурів, які отримували лише стабільний ізотоп цезію;

14, 15 групи формували з щурів, поділених за типами нервової системи, зокрема з високою (ВЛА) та низькою (НЛА) локомоторною активністю. Дослідних тварин піддавали внутрішньому опроміненню радіонуклідами 137Сs протягом 3 міс.;

16 групу формували з тварин першого покоління, народжених від щурів, яких перед спаровуванням піддавали щоденному внутрішньому опроміненню радіонуклідами 137Cs на протязі 3 міс.;

17 групу формували з тварин першого покоління, народжених від щурів, яких перед спаровуванням піддавали внутрішньому опроміненню радіонуклідами 137Cs на протязі 6 (самиці) та 9 (самці) міс.;

18 групу щурів формували з тварин першого покоління, отриманих від самиць, опромінених радіонуклідами 137Cs під час вагітності;

19, 20 групу щурі формували з тварин першого покоління, отриманих від самиць, опромінених радіонуклідами 137Cs у продовж 3 міс. перед спаровуванням, та які було поділено за типами нервової системи з ВЛА і НЛА;

21 групу формували з тварин другого покоління, отриманих від щурів, опромінених радіонуклідами 137Cs у продовж 3 міс. перед спаровуванням;

22 - 24 групи тварин, які зазнали внутрішнього опромінення комплексом радіонуклідів 137Cs + 85Sr у дозі 600 Бк та 1200 Бк на добу (відповідно) у продовж 30, 56 та 90 діб;

25 - 27 групи щурів утримували у зоні Чорнобильської АЕС на протязі 3, 12 та 24 міс., тобто в умовах максимально наближених до реальних післяаварійних радіаційних обставин на ЧАЕС. При цьому розрахункові поглинуті дози опромінення становили відповідно 4; 34 та 66 мГр.

Другий етап роботи було спрямовано на вивчення шляхів та можливостей фармакологічної, харчової (аліментарної) та немедикаментозної (НПГ) антиоксидантної корекції післярадіаційних порушень перекисно-окисних , енергогенеруючих процесів та морфофункціонального стану головного мозку. Дослідження впливу фармакологічних, з антиоксидантними властивостями корегуючих факторів - диметилсульфоксиду (ДМСО) і карнозину було проведено через 7, 14 та 36 діб після зовнішнього рентгенівського або внутрішнього радіонуклідного 137Cs опромінення щурів.

на 28—30 групах тварин вивчали вплив разового зовнішнього R-опромінення у дозі 52 мКл/кг та антиоксидантні властивості ДМСО (50 мг/кг *), карнозину (10 мг/кг *) або комбіновану дію обох цих препаратів * у відповідних дозах;

31, 32 групи щурів складали тварини, піддані внутрішньому опроміненню 137Cs з активністю 600 Бк на добу, які отримували ДМСО (10 мг/кг**) або карнозин (5 мг/кг**) у продовж 30 діб;

33 групу складали щури, піддані внутрішньому опроміненню 137Cs з активністю 600 Бк на добу і впливу комбінованої дії ДМСО (10 мг/кг**) та карнозину (5 мг/кг**);

Антистресова (адаптогенна) активність ДМСО [Н. В. Гуляева, 1992] обгрунтовує використання цього препарату поряд з токоферолом та іншими АО як ад'юванта в терапії різних нейрохірургічних захворювань, які супроводжуються порушенням психоемоціонального статусу хворих. Цікавою особливістю цього препарату є те, що окисно-відновні реакції за участю ДМСО можуть проходити не тільки в умовах in vitro, але й in vivo, оскільки він синтезується в біологічних системах в реакціях дегідратації сірковмістних амінокислот, тобто, ця сполука є природньою. Застосування карнозину з метою антиоксидантної корекції ПОЛ мозку в післярадіаційному періоді також диктувалося тією обставиною, що це природня сполука [А.А. Болдырев, 1991; Н. В. Гуляева, 1992]. Карнозин, як і ДМСО, в разі біологічної дії не порушує мембранного бішару клітин, навіть при використанні його у високих концентраціях. Ця його дія відрізняється від дії -токоферолу щонайменше у двох відношеннях: з одного боку, карнозин не тільки гальмує вільнорадикальні процеси, але й активно нейтралізує вже утворені продукти ПОЛ (чого -токоферол робити невзмозі); з іншого боку, стабілізуючи гідрофобний шар клітинної мембрани, він захищає її від негативного впливу перекисного окислення.

На 34–36 групах тварин проведено дослідження антиоксидантного впливу адаптації до гіпоксії середньогір’я на активність вільнорадикальних і окисно-фосфорилуючих процесів при дії імобілізаційного стресу (34 група), довготривалої гіпербаричної оксигенації - утримування тварин протягом 3 год під тиском 81,04 кПа (35 група) та загального рентгенівського опромінення у дозі 77 мКл/кг (36 група);

37, 38 групу тварин формували з кролів та щурів, підданих декомпресії при тиску 38,2 кПа в продовж 4 діб по 6 год. на добу;

39 група складалась з щурів, підданих зовнішньому R-опроміненню у дозі 0,194 мКл/кг та які у продовж 45 діб проходили реабілітаційний курс НПГ (1 год щоденно впродовж 25 діб, починаючи з 15-ї доби після опромінення);

40 групу щурів піддавали внутрішньому радіонуклідному опроміненню 137Cs з активністю 600 Бк щодобово у продовж 30 діб та які проходили реабілітаційний курс НПГ (1 год щоденно впродовж 25 діб, починаючи з 15-ї доби після опромінення);

41, 42 групу щурів піддавали внутрішньому опроміненню 137Cs з активністю 600 Бк на добу у продовж 30 діб та які щоденно отримували з їжею екстракт еламіну у концентрації 1,28 г / кг (41 група) або екстракту гарбуза у концентрації 1,28 г / кг (42 група).

Примітки: * - введення препаратів на 4, 6 и 7 добу після R-опромінення; ** - щоденне введення препаратів починаючи з 15_ї доби від початку внутрішнього опромінення 137Cs.

При застусуванні еламіну та екстракту гарбуза враховували, що ці харчові добавки з високими антиоксидантними властивостями крім мінеральних компонентів та біологічно активних вуглеводів містять значну кількість аскорбінової кіслоти, тіміну, рибофлавіну, азотних ї пектинових речовин, жиророзчинних вітамінів, а саме — токоферолів і каротиноїдів.

В дисертації наведено також результати, які характеризують адаптаційний вплив гіпоксії середньогір’я (78,7 кПа) на антиоксидантний статус людини. При проведені біохімічних спостережень використовували кров добровольців, які в до- та в післяадаптаційний до гіпоксії період піддавались фізичним навантаженням, різним температурним (від -15С до _С, а також від 0С до +100С) та гострим гіпоксичним впливам ("підйом" у барокамері до 38,2 кПа).

В роботі приведено дані спостережень антиоксидант-нормалізуючої дії НПГ (дихання пацієнтів протягом 5 хв. гіпоксічною газовою сумішшю, яка містила 12кисню, а потім 5 хв. – з нормальним вмістом кисню 21%; тривалість сеансу 1 год) при лікуванні хворих на пострадіаційну енцефалопатію (32 особи). Порівнювали вплив загального курсу лікування, або 12 сеансів НПГ на показники про-антиоксидантного статусу в крові хворих; також вивчали антиоксидантну дію НПГ без застосування традиційних методів лікування. У контролі використовували кров донорів — 17 осіб.

При оцінці критеріїв активності вільнорадикальних реакцій переокиснення та антиоксидантної стійкості організму проводили визначення:

·

·

·

·

·

·

·

·

·

Енергогенеруючу функцію органів та тканин досліджували, застосовуючи полярографічний метод визначення інтенсивності окисного фосфорилування за інтенсивністю споживання кисню гомогенатом або мітохондріями мозку [Е. Н. Виноградова и др., 1963].

Визначення типу нервової системи тварин проводили за методикою відкритого поля [Я. Буреш и соавт., ], відбираючи щурів з високою (ВЛА) та низькою (НЛА) локомоторною активністю.

Морфометричні та електронномікроскопічні дослідження головного мозку проводили, як описано [А. Т. Носов, 1985].

При статистичному опрацюванні результатів досліджень використовували критерій Ст'юдента-Фішера, як описано [О. П. Минцер и др., 1991].

Результати досліджень

Прооксидантно-антиоксидантний статус у крові ліквідаторів аварії на ЧАЕС. Метою досліджень на першому етапі було визначення активності ВРП та ФАОС у крові людей хворих (відповідно діагнозу медичного закладу) на пострадіаційну енцефалопатію, обумовлену радіоактивним опроміненням, що сталося наслідком аварії на ЧАЕС. Наведені на рис.1 дані вмісту ТБК-активних продуктів, перекисної резистентності еритроцитів, а на рис.2 показники інтенсивності спонтанної хемілюмінесценції у крові хворих на пострадіаційну енцефалопатію свідчать про виразне активування перекисно окисних процесів у їх організмі.

Рис. 1. Рівень ТБК-активних продуктів та перекисної резистентності еритроцитів у крові хворих на пострадіаційну енцефалопатію, % від норми (дослідження 1992—1995 р.р.)

Рис. 2. Активність спонтанної хемілюмінесценції в крові хворих на пострадіаційну енцефалопатію, % від норми (дослідження 1992—1995 р.р.)

Резюмуючи дані, викладені рис. 1 і 2, дійшли висновку, що радіаційний вплив у (відносно) невисоких дозах обумовив розвиток виразного, довготривалого підвищення активності ВРП та зниження активності ФАОС в організмі ліквідаторів аварії на ЧАЕС, що в подальшому, безперечно, сприяло формуванню та розвитку симптомів пострадіаційної енцефалопатії, відповідно, за механізмом ПОЛ-індукованого радіотоксикозу. Характерно, аналогічна спрямованість змін відмічена нами і при біохімічних дослідженнях активності ВРП в крові опромінених щурів. Прооксидантно-антиоксидантний гомеостаз, окисно-фосфорилувальна функція та морфо-функціональний стан ЦНС при зовнішньому та внутрішньому радіаційному опроміненні щурів. Аналізуючи результати досліджень, які наведено на рис.3 слід відмітити, що одноразове загальне R-опромінення щурів у дозах 13 або 52 мКл/кг обумовило суттєве підвищення у крові вмісту малонового діальдегіду (за ТБК- продуктами). У крові опромінених тварин спостерігалось також значне пригнічення перекисної резистентності еритроцитів (рис. 4); причому, за дози опрмінення 13 мКл/кг відмічено більш виразні зміни, а ніж за опромінення 52 мКл/кг. Наведене констатує відсутність дозозалежного ефекту.

Рис. 3. Динаміка змін вмісту ТБК-активних продуктів у плазмі крові щурів після одноразового загального рентгенівського опромінення, % відносно контролю.

Рис 4. Динаміка змін перекисної резистентності еритроцитів крові щурів після одноразового загального рентгенівського опромінення ( відсоток зруйнованих еритроцитів).

Вивчення змін активності ВРП у крові опромінених щурів проводили паралельно з дослідженням стану перекисно-окисних процесів у їх мозку (рис. 5, 6).

Рис 5. Динаміка змін рівня ТБК-активних продуктів в тканині мозку щурів після загального рентгенівського опромінення, % відносно контролю.

Рис. 6. Динаміка змін рівня ендогенних перекисів у мозку щурів після загального рентгенівського опромінення (у % гемолізованих еритроцитів), % відносно контролю.

Характер наведених на рис. 5 даних свідчить, що загальне разове R-опромінення у різних дозах викликає досить схожі зміни вмісту ТБК-активних продуктів. Спостерігається максимально високий підьом малонового діальдегіду в перші години та сутки і, дещо меньший, але вірогідно підвищений у віддалений період спостережень. Слід відзначити, що у цьому випадку зафіксовано ідентичний, суттєво-підвищений вміст ендогених перекисів у перші години та сутки досліджень, який дещо видозмінювався через 6,5 міс. за дози 52 мКл/кг, але через 9 міс. він був вірогідно забагато вищим від рівня контрольних величин. Аналогічний характер відслідковувся при вивченні стану змін рівня ендогених перекисів мозку (рис.6). Отримані дані також свідчать, що дія іонізуючого опромінення пов’язана не тільки з безпосередньою активацією ВРП, але й зі значним пригніченням системи АО-захисту мозку, що характеризує його високу чутливість до впливів іонізуючої радіації у “малих” дозах. З наведеного видно, що мозок реагує на опромінення виразніше ніж кров. Це особливо добре демонструють отримані достовірні показники ІХЛ (контроль: кровь -1842±143, мозг – 422±36 імп/сек) після рентгенівського опромінення у дозі 13 мКл/кг (кровь - 2072±99, мозг -- 529±50 імп/сек) що відповідає 113% та 125% відносно контролю. Характерно, із збільшенням дози до 52 мКл/кг особливості дії опромінення на ВРП інтенсивніше проявлялись в крові (показник ІХЛ відносно контролю становив 135 % для крові та 129% для мозку).

При вивченні ПОЛ та енергогенеруючих процесів в мозку щурів за умов впливу зовнішного фракціонованого рентгенівського (табл. 1, 2) та внутрішнього радіонуклідного опромінення (рис.7, 8, табл. ) встановлено, що за цих умов відбувається активація ВРП та пригнічення системи АО-захисту. Зокрема, спостерігали істотне підвищення ТБК-активних продуктів, ендогенних перекисів у мозку та кількості гемолізованих еритроцитів при визначенні ПРЕ у крові.

Таблиця 1

Активність перекисного окиснення ліпідів в крові та мозку щурів після зовнішнього фракціонованого рентгенівського опромінення (0,194 мКл/кг на фракцію протягом 30 діб; сумарна доза 5,8 мКл/кг); М±m; n = 16

Група | ТБК-активні продукти в плазмі крові, мкмоль/мл | Перекисна ре- зистентність еритроцитів,

% гемоліз. еритроцитів | ТБК-активні продукти в мозку,

мкмоль /г тканини | Ендогенні перекиси у

мозку, % зруйнов. клітин | Рівень шиффових основ у тканині мозку, відн.од. флюоресценції

Контроль | 1,33±0,01 | 6,76±0,16 | 3,37±0,09 | 7,68±0,49 | 43,0±7,0

Дослід | 1,56±0,05* | 10,82±0,79* | 3,69±0,07* | 13,40±1,88* | 26,60±1,3*

% | 117,3 | 160 | 109,5 | 174,5 | 62

Примітка: * — різниця з контролем достовірна; Р<0,05

Зміни показників ПОЛ свідчать, що зовнішнє опромінення обумовило достовірну активацію ВРП (за ТБК-продуктами і ендогеними перекисами) та пригнічення системи АО-захисту (за показниками ПРЕ). При цьому також відмічено суттєве гальмування окисно-фосфорилувальної активності мітохондрій мозку (табл. 2). Взагалі, на цьому етапі аналізу наведеного експериментального матеріалу слід обов”язково відмітити досить суттєвий кореляційний зв”зок (r) між змінами активності усіх перекисно-окисних показників у крові та мозку опромінених різними дозами та у різний спосіб щурів. Наприклад, вміст ТБК-активних продуктів у крові щурів, підданих загальному R-опроміненню дозою 13 мКл/кг становив 1,66; 1,65; 1,5; 1,49; 1,66;1,66; 1,65; 1,51; 1,49 мкмоль/мл; у мозку -- 7,08; 4,54; 5,3; 3,04; 6,9;7,18; 6.91; 4,54; 5,3; 3,04; коефіцієнт r мав вагоме значення: 0,67. Характерно, локальне опромінення головного мозку обумовило більш виразний кореляційний звязок. Показники крові становили 1,9; 1,85; 1,49;1,65; 2,15; 1,67 мкмоль/мл, мозку -- 4,64; 4,52; 2,56; 3,17; 5,3; 3,32; коефіцієнт r = 0,97. З наведеного можемо зробити два висновки. Перше, високий показник r безсумнівно свідчить, що зміни активності перекисно-окисних процесів, які протікають у крові опромінених ссавців, мають обов”язково протікати і у їх мозку. По-друге, взаємозв”язок процесу ПОЛ у крові та мозку інтенсивніше проявляється при локальному опроміненні тварин.

Таблиця 2

Показники окисного фосфорилування гомогенатів мозку щурів після зовнішнього фракціонованного рентгенівського опромінення (0,194 мКл/кг на фракцію, щодобово

30 діб, сумарна доза 5,8 мКл/кг); M±m; n = 8—9;

субстрат окиснення – сукцинат

Показники

Вид впливу | Швидкість споживання кисню, ммоль/мг білка/хв |

ДKЧ |

AДФ/О | Vднф, ммоль/мг білка/хв

V2 | V3 | V4o

Інтактні самці (контроль) | 17,70,6 | 63,00,9 | 17,00,6 | 3,740,13 | 2,720,04 | 73,62,8

Опромінені | 17,00,1 | 54,6±1,8* | 17,50,2 | 3,13±0,11* | 2,39±0,06* | 51,4±2,8*

% | 99 | 87 | 102 | 84 | 88 | 69

Примітка: * — різниця з контролем достовірна; Р<0,05

Найбільш суттєві зміни прослідковувались при споживанні кисню мітохондріями у стані V3 — (в процесі фосфорилування), що мало негативний ефект при розрахунках коефіцієнту дихання за Чансом (ДКЧ) та показників енергетичного виходу АДФ/О.

Аналогічні за характером зміни відбуваються також у крові та мозку щурів після внутрішнього радіонуклідного опромінення. Зокрема,спостерігається активація ПОЛ у крові (з максимумом в 1й та 9-й місяці) і мозку (див. рис. 7, 8). Більш того, через 3, 6 і 9 місяців в мозку активність була набагато вища за ту, що спостерігали в крові. Зростання активності ПОЛ відмічали як на початкових, так і на кінцевих етапах спостережень, при цьому антиоксидантна стійкість організму все більш знижувалась.

Рис 7. Вплив щоденного парентерального введення радіонукліду цезію-137 на стан активності перекисного окиснення ліпідів у крові щурів; % відносно контролю.

Рис 8. Вплив щоденного параентерального введення радіонукліду цезію-137 на стан активності перекисного окиснення ліпідів у мозку щурів; % відносно контролю

Таблиця 3

Окисне фосфорилування гомогената мозку щурів, яких піддавали внутрішньому опроміненню радіонуклідами 137Сs протягом 30 та 45 діб, M±m; n = 10—12;

субстрат окиснення – сукцинат

Показники

Вид

впливу | Швидкість споживання кисню, ммоль/мг білка/хв | ДKЧ | AДФ/О | Vднф, ммоль/мг білка/хв | Vf АДФ,

нмоль /мг білка/хв.

V2 | V3 | V4o

30 діб | Контроль | 18,5±0,8 | 66,2±0,8 | 17,3±1,2 | 3,97±0,24 | 2,72±0,05 | 76,2±2,12 | 230±18,6

Опромін. | 17,9±0,4 | 56,2±3,4* | 17,0±0,4 | 3,30±12* | 2,63±0,06 | 69,7±4,1 | 190±20,0*

% | 96 | 85 | 98 | 83 | 96 | 91 | 82

45 діб | Контроль | 17,7±0,6 | 63,0±0,9 | 17,0±0,6 | 3,74±0,13 | 2,72±0,04 | 73,6±2,3 | -

Опромін. | 17,1±0,8 | 54,6±2,9* | 16,7±0,6 | 3,27±0,9* | 2,57±06* | 65,4±2,1* | -

% | 96 | 87 | 98 | 87 | 94 | 88 | -

Примітка: * — різниця з контролем достовірна; Р<0,05

Вплив внутрішнього, як і зовнішнього, іонізуючого опромінювання супроводжувався гальмуванням енергогенеруючої функції ЦНС. Порівнюючи, відмічаємо (табл. 2, 3), що зовнішнє опромінення призводило до дещо більш суттєвого радіаційного ефекту, гальмуючи більш виразно дихальний контроль, швидкість споживання кисню в процесі фосфорилування АДФ та при досліджуванні впливу роз’єднувального фактора (Vднф), більш виразно гальмуючи показник енергетичного виходу (коефіцієнт АДФ/О знизився на 12 %).

Проведено аналіз особливостей динаміки ПОЛ в крові та мозку за умов локального R_опромінення голови і тулуба щурів, в порівнянні із загальним R-опроміненням (рис. 9, 10).

А Б

Рис. 9. Зміни рівня ТБК-активних продуктів ПОЛ (А) та ендогенних перекисів (Б) в гомогенатах мозку щурів після локального (голови) і тотального рентгенівського опромінення в дозі 52 мКл/кг; % відносно контролю

Рис. 10. Рівень активності перекисного окиснення ліпідів у мозку та крові щурів через місяць після одноразового рентгенівського опромінення в дозі 52 мКл/кг, % відносно контролю

I — вміст ТБК-активних продуктів у мозку; II — рівень ендогенних перекисів у мозку; III — рівень шиффових основ у мозку; IV — вміст ТБК-активних продуктів у крові; V — процент гемолізованих еритроцитів

Виявлені зміни свідчать, що вони є наслідком у першу чергу порушень про-антиоксидантного гомеостазу, які відбуваються при опроміненні мозку. З початку і до кінця експерименту спостерігалось підвищення активності ВРП в пострадіаційний період як у тканині мозку, так і в крові (тобто в організмі в цілому), причому у мозку порушення показників було більш виразним.

Отже, на підставі порівняльного аналізу стверджуємо, що основний внесок у променеву активацію ПОЛ в ЦНС щурів вносить прямий вплив радіації на головний мозок. Мозок сам по собі активно відповідає на відносно невеликі дози іонізуючої радіації ініціацією реакцій ПОЛ, а от, антиоксидантна стійкість ЦНС здебільшого (рис. 0) залежить від її стану в усьому організмі.

Аналізуючи показники пострадіаційного морфофункціонального стану нервових клітин мозку (табл. 4) та результати гістологічних, електронно-мікроскопічних та ензимо-гісто-хімічних досліджень встановили, що при загальному опроміненні тварин (13 і 52 мКл/кг) можна виділити чотири стадії змін тканини головного мозку:

—

—

—

—

Таблиця 4

Параметри морфофункціонального стану нервових клітин через 30 діб після зовнішнього рентгенівського опромінення; M±m; n = 8—9;

Параметри | Кора | Гіпоталамус

Дози опромінення, мКл/кг | Дози опромінення, мКл/кг

Контроль | 13 | 52 | Контроль | 13 | 52

Хроматин, % | 17,2±0,7 | 11,6±1,5* | 12,3±1,2* | 14,1±0,9 | 12,5±0,7* | 13,3±0,9

Синапси (довж. акт. зони/ довж. контакту) | 0,74±0,02 | 0,61±0,02 | 0,64±0,03 | 0,73±0,02 | 0,69±0,02 | 0,65±0,03

Синаптичні пухирці, кількість | 71±7 | 57±6* | 56±2* | 69±3 | 62±1* | 66±5

Мітохондрії, площа, % | 13,2±1,2 | 11,6±1,0 | 10,1±0,9* | 18,5±1,2 | 9,6±0,4* | 9,1±0,2*

Примітка: * — різниця з контролем достовірна; Р<0,05.

Аналогічні, але дещо більш виражені зміни показників морфофункціонального стану нервових клітин мозку спостерігаються і після 30 діб внутрішнього радіонуклідного опромінення (табл. 5):

—

—