Введение к работе
Актуальность исследования.
Одна из центральных проблем современной биологии - проблема дифференцировки, старения, гибели и замены клеток. Эта проблема непосредственно связана с изучением онтогенеза целого организма и является важнейшим направлением современной биологии старения (Голубев А.Г., 1997; Никитин В.М., 1983; Тодоров И.Н., Тодоров Г.И., 2003; Гончарова Н.Д., Маренин В.Ю. и др., 2008; Teply D.L., 2010).
Среди многочисленных теорий старения одной из ведущих считается свободнорадикальная теория (Emanuel N.V.; Harman D., 1994). В настоящее время она развивается особенно плодотворно и является ведущей фундаментальной теорией в геронтологии (Гусев В.А., 2000; Анисимов В.Н., 2003). Согласно положениям свободнорадикальной теории старения, активные формы кислорода индуцируют цепную реакцию повреждения биополимеров и служат основным фактором инволюции организма (Зенков Н.К., Кандалинцева Н.В., Ланкин В.З и др. 2003; Меньшикова Е.Б., Зенков Н.К., Ланкин В.З. и др., Субинина Е.Е., 2006).
В соответствии с принятой многими учеными точкой зрения, возрастные особенности окислительного стресса при старении являются следствием ослабления эффективности системы антиоксидантной защиты (Абрамченко В.В., 2001; Хавинсон и др., 2003; и др.). Однако, несмотря на несомненные успехи в изучении эффектов и механизмов действия антиоксидантов, их использование в медицинской и ветеринарной практике носит нередко эмпирический характер, а многие вопросы изучения стресс- и геропротекторного действия антиоксидантов требуют дальнейшего изучения. Недостаточно изучены нарушения конечного звена эритрона – эритроцитов при интенсификации окислительного стресса разного генеза, особенно на позднем этапе онтогенеза.
В последние десятилетия появились исследования, указывающие на особенности морфофизиологических показателей эритроцитов периферической крови на ранних критических этапах постнатального онтогенеза, указывающие на возможность суждения о стадиях онтогенеза по показателям структуры и функции эритроцитов (Войнов В.П., Полюхов А.М., 1986; Леонова В.Г., 1987; Новожилов А.В., Катюхин Л.Н., 2008). Между тем, состояние эритроцитов – чувствительных индикаторов изменений нормального хода физиологических, биохимических и биофизических процессов в онтогенезе, особенно позднем, изучены недостаточно.
Взаимосвязь возрастной активации свободнорадикальных процессов с действием экстремальных факторов может оказать существенное влияние на эритроциты, онтогенетические изменения которых представлены в литературе крайне фрагментарно. Между тем, исследование возрастных особенностей структурно-функциональной организации эритроцитов при хроническом действии экстремальных, особенно токсических, факторов, может иметь, помимо теоретического, диагностическое и прогностическое значение для оценки биологической зрелости и способности организма к адаптации.
В связи с этим представляется актуальным изучение особенностей морфофизиологического состояния эритроцитов на критических этапах онтогенеза, особенно на этапе инволюции, а также при действии экстремальных факторов на примере серосодержащих газовых поллютантов, образующихся при добыче и промышленной переработке газа Астраханского газоконденсатного месторождения. Актуальным представляется и поиск средств эффективной коррекции как инволюционных нарушений структуры и функций эритроцитов, так и нарушений, вызванных хроническим действием сероводородсодержащего газа.
Цель исследования: экспериментальное изучение возрастных особенностей морфофизиологической организации эритроцитов периферической крови белых крыс в норме и при окислительном стрессе, вызванном хроническим действием сероводородсодержащих газовых поллютантов.
Основные задачи исследования:
-
изучить морфофизиологические параметры эритроцитов молодых и старых интактных крыс;
-
исследовать влияние биологического и синтетического антиоксидантов на морфофизиологические параметры эритроцитов интактных молодых и старых крыс;
-
изучить возрастную динамику свободнорадикального окисления и активности каталазы плазмы крови крыс и ее изменение при экстримальных воздействиях;
-
изучить изменения морфофизиологических параметров эритроцитов молодых и старых крыс, вызванных хроническим воздействием сероводородсодержащего газа;
-
исследовать сравнительные стресс-протекторные эффекты биологического и синтетического антиоксидантов на морфофизиологические показатели эритроцитов молодых и старых крыс, вызванные хроническим действием сероводородсодержащего газа.
Научная новизна
Впервые с применением компьютерной цитофотометрии проведено исследование морфофизиологических показателей функционального состояния эритроцитов периферической крови нелинейных белых крыс на раннем и позднем этапах постнатального онтогенеза. Установлены основные закономерности онтогенетических изменений структуры и функции эритроцитов, имеющие принципиальные различия у молодых и старых животных.
Впервые проведена комплексная оценка морфофункционального состояния эритроцитов у молодых и старых лабораторных животных, подвергнутых хроническому влиянию малых доз промышленных серосодержащих поллютантов, и определены существенные различия в характере и степени реакции эритроцитов на действие экотоксинов у молодых и старых животных.
Показано, что изменения морфофизиологических показателей эритроцитов, вызванные токсическим действием серосодержащего газа, не являются строго специфичными: подобное действие на эритроциты (по данным литературы) оказывают другие факторы токсической природы , в частности, пероксинитрит и акрилат.
Получены новые данные о принципиальных возрастных различиях действия супрафизиологических доз биоантиоксидантиа D,L,a-токоферолацетата на морфофизиологические показатели эритроцитов и свободнорадикальные процессы крови на молодых и старых животных, менее выраженные у синтетического антиоксиданта эмоксипина.
Теоретическая и практическая значимость
Комплексный подход к анализу возрастной динамики морфофизиологических показателей периферического звена эритрона – эритроцитов с использованием компьютерной цитофотометрии позволяют существенно углубить современные представления о возрастных изменениях эритроцитов на позднем этапе постнатального онтогенеза.
Экспериментальные данные об особенностях возрастной динамики физиологических и морфометрических показателях эритроцитов могут служить объективными показателями старения организма и маркером уровня его адаптивных возможностей.
Результаты исследований указывают на характерную для этапа инволюции развития значительную дестабилизацию мембран эритроцитов, связанную с возрастзависимым увеличением уровня ПОЛ и метаболитов оксида азота.
Ослабление свободнорадикальных процессов антиоксидантами (-токоферолом и в меньшей мере – эмоксипином) указывает на возможность снижения скорости и степени дестабилизации эритроцитарных мембран и улучшения показателей, характеризующих функциональное состояние эритроцитов на этапе инволюции онтогенеза.
Теоретическое и практическое значение представляют также результаты исследований морфофизиологических показателей эритроцитов при воздействии серосодержащих газовых поллютантов, образующихся при добыче и промышленной переработке Астраханского газоконденсатного месторождения. Особенность этих результатов состоит в обнаружении возрастных особенностей нарушения структуры и функции эритроцитов при хроническом действии малых доз газовых поллютантов и вытекающей отсюда необходимости коррекции этих нарушений.
Выявленные экспериментально способности -токоферола в дозах, соизмеримых с терапевтическими, (в меньшей степени – эмоксипина) нормализовать морфофизиологические параметры функционального состояния эритроцитов в позднем онтогенезе позволяют предположить возможность их использования в качестве геропротекторов, а также у лиц преклонного возраста, находящихся под воздействием неблагоприятных производственных условий газоперерабатывающего производства.
Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по физиологии человека и животных, гистологии и биохимии в Астраханском государственном университете и Астраханской государственной медицинской академии, а также в исследованиях Лаборатории экспериментальной физиологии Астраханского государственного университета.
Положения, выносимые на защиту
Возрастзависимые отклонения от физиологического уровня преобладающего числа параметров эритроцитов свидетельствуют об отсутствии стабильности морфофизиологических показателей эритроцитов в позднем онтогенезе, указывая на значительные нарушения газотранспортной функции, особенно выраженной у старых животных при ингаляции серосодержащим газом.
Различия в направленности и степени действия биологического
(-токоферол) и синтетического (эмоксипин) антиоксидантов на периферическое звено эритрона при старении организма определяются особенностями химической природы , соответственно, свойствами фенольного и водорастворимого антиоксидантов, и возрастными отличиями системы «про- и антиоксиданты» микроокружения эритроцитов.
Одним из основных механизмов повреждающего действия сероводородсодержащего газа на эритроциты периферической крови является развитие эндогенной интоксикации, детерминированной совместным действием эндо- и экзогенных прооксидантов, способных экспрессировать синтез оксида азота, особенно на позднем этапе онтогенеза.
Апробация работы: основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях Пущинского государственного университета на VI-ой научно-практической конференции «Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» (Астрахань-Москва, 2008); на Международной конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2008).
Структура диссертации: диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследований и их обсуждения, заключения, выводов и библиографии. Общий объем диссертации (.....с.) с 20 таблицами и 16 рисунками.
