Введение к работе
Актуальность проблемы. Обоснованную тревогу вызывает динамика экологических изменений происходящих на планете в течение относительно короткого периода времени - нескольких последних десятилетий. Среда обитания человека, в широком смысле слова, все больше пополняется вредными факторами физической, химической и биологической природы.
В настоящее время в прикладной экологии особую актуальность приобретают проблемы научного обоснования общих принципов и подходов к комплексу мероприятий (экономических, социальных, инженерных И Др.) по защите природной среды от возможного негативного влияния на нее производственной деятельности человека, а также к комплексу медицинских, ветеринарно-медицииских требований, обеспечивающих охрану здоровья человека и животных и условий их существования (Воложин А. И. и др., 1987, Кустов В. В. и др., 1992). В рамках этого направления особое место занимает изучение общих закономерностей взаимоотношений организма с факторами окружающей среды.
Реальная угроза жизни и здоровью населения, в связи со все чаще возникающими чрезвычайными ситуациями, требует разработки новых подходов в выборе путей коррекции последствий действия на организм повреждающих агентов. Ключевым моментом данного направления является изучение интимных механизмов формирования устойчивости клеток к действию различных экстремальных факторов окружающей среды (в том числе промышленных ксенобиотиков).
Реализация так называемого стресс-ответа клетки подразумевает активацию ряда метаболических процессов, имеющих своим результатом оптимальное приспособление к действию экзогенных стимулов или развитие сублетальных и летальных повреждений. Особый интерес представляет изучение роли повреждения макромолекул клеток в формировании адаптивно-приспособительных реакций. Для описания характера и интенсивности этого
процесса при действии факторов окружающей среды используют термин "протсотоксичность"( Hightower L. Е., 1991).
Повреждение клеточных белков является одним из ведущих этапов токсического действия химических агентов внешней среды на организм и имеет своим результатом окислительную модификацию функциональных групп, увеличение степени гидрофобности белковых молекул обратимую или необратимую их агрегацию. Накопление модифицированных в структурном плане протеинов способно индуцировать комплекс реакций, направленных на ликвидацию или восстановление нарушенных структур. В процессе эволюции биологических систем, в условиях изменяющейся среды был выработан и наследственно закреплен ряд механизмов, позволяющих системам приспосабливаться к этим изменениям в целях сохранения своего существования (Воложин Л. И. и др., 1987).
Индукция синтеза так называемых белков теплового шока (heat shock proteins, HSP), представляет собой один из универсальных механизмов клеточного ответа при стрессорных воздействиях и лежит в основе феномена "перекрестной термотолерантности" (O.Bensaude, 1996), т.е. устойчивости клеток с предварительно синтезированными HSP к последующему повреждающему действию экзогенных стимулов различной природы.
Процессы формирования цитоадаптивных реакций в условиях действия индукторов синтеза HSP и последующем поступлении в организм химических агентов из окружающей среды в настоящее время остается малоизученным, особенно с позиции токсикокинетических и токсикодинамических параметров действия ксенобиотиков.
Данная работа является частью комплексных исследований, проводимых на базе Международного научного центра исследований экстремальных состояний организма при Президиуме Красноярского научного центра СО РАН и кафедры химии Красноярского государственного аграрного университета.
з Целью настоящей работы явилось исследование механизмов формирования "перекрестной термотолерантности" при действии на организм химического фактора внешней среды - промышленного ксенобиотика акриламида.
Задачи исследования:
1. Изучить влияние теплового шока на активность системы
биотрансформации ксенобиотиков in vivo.
2. Оценить активность ФБ- и 3-МХ-индуцируемых изоформ цитохрома Р-
450 в постгипертермическом периоде in vivo.
-
Исследовать токсические эффекты промышленного ксенобиотика акриламида in vivo при его поступлении в организм в восстановительный период теплового шока.
-
Дать оценку функционально-метаболическому статусу гепатоцитов при изолированом и комбинированном действии на организм физического фактора - гипертермии и химического - акриламида.
5. Выявить возможные механизмы формирования "перекрестной
термотолерантности" при действии на организм протеотоксических факторов
окружающей среды.
Научная новизна исследования состоит в следующем:
1. Впервые выявлена возможность достижения "перекрестной
термотолерантности" к токсическим эффектам ксенобиотика акриламида in
vivo путем предварительного гипертермического воздействия на организм
животных.
-
Установлено, что снижение нейро- и гепатотоксического эффектов акриламида достигается при его поступлении в организм на 24 часе восстановительного периода теплового шока.
-
Впервые обнаружено защитное действие теплового шока в отношении хромосом клеток костного мозга при последующем поступлении акриламида в организм животных.
4.Обнаружен эффект "отмены" тепловым шоком предварительной индукции ФБ-, но не 3-МХ- зависимого цитохрома Р-450 in vivo.
5.Выявлена минимизация функционально-метаболических возможностей гепатоцитов на 24 часе восстановительного периода теплового шока in vivo.
-
Установлено, что к 4 часу после поступления акриламида в организм, в гепатоцитах значительно снижена гликолитическая активность и окислительное фосфорилированне, в то время как на 24 часе после воздействия отмечается высокая мощностью данных процессов.
-
Экспериментально доказано, что процесс эвакуации ферментов за пределы гепатоцитов на 24 часе после поступления в организм акриламида носит энергозависимый характер.
Научно-практическая значимость работы.
Данная работа является фрагментом темы "Исследование гомеостаза организма при экстремальных воздействиях: механизм, пути коррекции при нарушениях" (номер государственной регистрации - 01970007696), выполняемой в Международном научном центре исследований экстремальных состояний организма при Президиуме КНЦ СО РАН.
Научно-теоретическая значимость работы состоит в том, что в ней исследованы клеточные механизмы адаптации при действии протеотоксических экологически опасных факторов.
Продемонстрирована роль умеренной гипертермии, индуцирующей синтез белков теплового шока, в снижении цитотоксических эффектов промышленного ксенобиотика акриламида.
Изучен ряд механизмов формирования "перекрестной
термотолерантности" при действии на организм факторов окружающей среды, что имеет значение для разработки методов коррекции токсических эффектов ксенобиотиков, метаболизирующихся с участием фенобарбитал-индуцируемой системы биотрансформации.
Апробация работы.
Основные положения диссертации доложены на: VII Всероссийском симпозиуме "Коррекция гомеостаза", Красноярск, март 1996 г.; VIII Всероссийском симпозиуме "Гомеостаз и окружающая среда", Красноярск, март 1997 г.; Конференции - конкурсе молодых ученых Красноярского научного центра СО РАН, Красноярск, март 1997 г. Присуждено звание Лауреат конкурса; Конференции профессорско-преподавательского состава КрасГАУ "Технологии неистощителыюго землепользования", Красноярск, март 1997 г; XXXV Международной студенческой конференции "Студент и научно - технический прогресс", Новосибирск, апрель 1997 г.; Студенческой международной научно - практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения проф. И.И. Гительзона. Красноярск, апрель 1997 г.; Всероссийской конференции "Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций ", Красноярск, сентябрь 1997 г.; III Съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока, сентябрь 1997 г.; Городской научно -практической конференции "Достижения науки и техники развитию г. Красноярска", октябрь, 1997 г.; IX Всероссийском симпозиуме "Реконструкция гомеостаза", март, 1998 г.
Положения, выносимые на защиту
-
Действие физического (гипертермия) и химического (ксенобиотик акриламид) протеотоксичсских факторов окружающей среды, а также их комбинированное воздействие на организм изменяет активность системы бпотрансформации ксенобиотиков.
-
Тепловой шок в поздний восстановительный период (24 часа) "отменяет" эффект индукции ФБ-, но не 3-МХ зависимой системы биотрансформации ксенобиотиков.
3. Выраженное снижение нейро- и гепатотоксических эффектов
акриламида достигается при его поступлении в организм на 24 часе
восстановительного периода теплового шока.
4. Формирование "перекрестной термотолерантности" к действию протеотоксических агентов сопровождается минимизацией функционально-метаболических возможностей гепатоцитов, а также изменением белок- и рРНК-синтетических процессов, сопряженных с реструктурированием ядрышкового аппарата этих клеток.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, из них одна в центральной печати.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 135 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения полученных результатов, списка литературы и приложения. Работа содержит 9 таблиц, 18 рисунков, 3 схемы, библиографический указатель включает 186 литературных источника, из них 106 иностранных. Автор выражает благодарность В.А. Чихачеву (к.ф.-м.н., зав.каф. химии КГАУ); Н.А. Сеткову (д.б.н., с.н.с, ИБФ СО РАН); Г. В. Пушному (к.м.н., с.н.с), А.ГГ. Рупенко (н.с), И.И. Моргулнс (с.н.с.), О.В. Круглпк (стажер-исслсд., МНЦИЭСО при Президиуме КНЦ СО РАН); А.П. Винокурову (КрасГМА).