Введение к работе
Актуальность темы.Исследование механизмов биологического действия ионизирующего излучения продиктовано, по крайней мере, тремя обстоятельствами.Все кивне организмы подвержены действию естественного радиационного фона, который составляют космические лучи и излучения радиоактивных элементов земной коры, а также радиации, связанной с развитием атомной промышленности и космических исследований, применением ионизирующих излучений в медицине.В последнее время мировая общественность обеспокоена возможбчми последствиями для здоровья людей глобальных выпадений радиоактивных продуктов, испытаний атомного и термоядерного оружия и круглых аварий, имевших место на ряде электростанций.
В настоящее время имеются данные о сильной поражаемости белков соединительной ткани, в частности коллагена, при лучевом воздействии, приводящем к существенным изменениям функциональных свойств 'соединительной ткани. Но большинство экспериментальных работ выполнены In vitro в бескислородных условиях, часто на сухих образцах с применением очень высоких доз излучения (50000 Гр и выше). Летальные дозы облучения для экспериментальных животных ва несколько порядков ниже, чем дозы, вызывающие фиксируемые радиационные повреждения коллагена на молекулярном и надмолекулярном уровнях.
Таким образом, отсутствие сведений о влиянии средних доз ионизирующей радиации (4-Ю Гр) на структуру и обмен коллагена In vivo, об общих механизмах действия 7-излучения на внеклеточные структуры организма, необходимость рассмотрения этих вопросов в возрастном аспекте определяют актуальность избранной проблемы и свидетельствуют о целесообразности проведения настоящей работы.
Цель работы. Изучиїь влияеиє средних доз ионизирующего излучения на структуру коллагена на молекулярном и надмолекулярном уровнях и ключевые этапы его обмена у белых крыс на разных этапах онтогенеза.
Задачи работы. В соответствии с целью настоящей работы были поставлены следующие задачи:
I.Изучить влияние средних доз ионизирующего излучения на интенсивность синтеза, внутри- и внеклеточного процессинга и распада
коллагена у крыс разного возраста, исследуя уровень включения -Н-пролпна в свежесинтезированшй коллаген, интенсивность ГИДрОдСИ-лнрования, скорость поперечного связывания, а такае экскрецию с иэчой окгапролннсодержаших метаболитов коллагена.
2.Изучить влияние средних доз т-излучения на изменения структуры коллагена е; :элекулярном и надмолекулярном уровнях у крыс разного возрасте, исследуя концентрацию общего коллагена в тканях, раство-рзгость и степень поперечного ковалентного связывания коллагена, ижаяические в термодинамические свойства коллагеновых структур.
3.Выявить связь ыэвду изменениями структуры и свойств коллагена и соединительнотканных образование у крыс разного возраста и изменениями разных этапов его синтеза и распада под влиянием средних доз ионизирующего излучения.
Научная новизна. Впервые получены данные о влиянии средних доз 7-нзлучен2Я на интонсивность синтеза, внутри- и внеклеточного цро-цэссшга е распада коллагена на протяжении 28 суток после экспозиции. Получены тамга данные об изменениях структуры коллагена на шлэкулярном и надмолекулярном уровнях н связанных с ними нарушениях функциональных свойств соединительной ткани под влиянием понизирукцего излучения у крыс па разных этапах онтогенеза.Установлено, что после однократного общего 7-облучения дозами 2,65 и 5,30 Гр интенсивность синтеза коллагена в коке и кости снижается в 1-е сутки после экспозиции, а затем резко повышается и остается повышенной до конца експерименте. При качественно подобной динамике это повысоние наступает в различные сроки после экспозиции (3-, 5- или 7-е сутки) и зависит от возраста животных и типа тка-ни.Уровень гидрокснлирования продана в коллагене снижается и ос-теется ниеэ контроля в течение всего эксперимента.Характер поперечного сшивания изменяется за счет перераспределения относительного количества внутри- и межмолекулярных спивок.Показано, что после экспозиции распад коллагена вначале уменьшается, а затем резко возрастает.Обнаруженные изменения обмена коллагена приводят к нарушению его структуры на молекулярном и надмолекулярном уровнях по сравнению с контролем.Впервые показано, что температура плавления и энтальпия надмолекулярных коллагеновых структур сни-
жены у облученных животных, за счет меньшего количества в молекулах оксипролина. Прочность на разрыв и модуль Юнга основного конструкционного элемента соединительной ткани - коллагенового волокна - под действием ї~ - излучения снижаются, а его растяжимость растет. Обнаружено, что во всех исследованных разновидностях соединительной ткани общая концентрация коллагена под влиянием Ґ - излучения увеличивается.
Нарушения структуры и обмена коллагеновых образований имеют выраженную дозовую и возрастную зависимость. При качественно подобном характере влияния на обмен коллагена обеих доз облучения, относительное увеличение синтеза больше при дозе 2,65 Гр, а относительное увеличение распада - при дозе 5,30 Гр. Снижение степени гидроксилирования четче выражено при облучении дозой 5,30 Гр. Интегральная чувствительность коллагеновых структур к действию Ґ - излучения наиболее выражена у одномесячных животных. Нарушения обмена коллагена у 24-месячных крыс не нормализуется через 28 суток после экспозиции. Коллагеновые структуры 3-и 12-месячных животных наиболее устойчивы к действию средних доз f - излучения.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Под влиянием средних доз ионизирующего излучения на фоне повышения общей интенсивности обмена коллагена- согласование между интенсивностями последовательных стадий его посттрансляционных и постсинтетических модификаций нарушается, причем характер этого нарушения на разных этапах онтогенеза крыс различен.
-
Обнаруженные нарушения обмена коллагена приводят к изменению структуры и свойств его молекул и надмолекулярных коллагеновых образований, что влечет за собой нарушения функциональных свойств соединительной ткали.
-
Степень влияния средних доз ионизирующего излучения на коллагеновые структуры In vlvrO зависит от дозы облучения, возраста животного и типа ткани.
Научная и практическая ценность работы. Полученные результаты имеют важное теоретическое и практическое значение для формирования представлений о молекулярных механизмах, лежащих в основе действия средних доз ионизирующего излучения на структуру, обмен и функциональные свойства соединительной ткани, а также о возрастных особенностях этого процесса.
- б -
Результаты исследования действия средних доз 7-излучения на коллагеновые структуры позволяют сделать заключение о том, что изменения обмена коллагена вызваны как прямым действием ионизирующего излучения на синтетический аппарат, так и опосредованно, вероятно, через более чувствительные к излучению ферментативные системы посттрансляцнохшых и постсинтетических модификаций и распада этого белка.Это, возможно, является одной из причин того, что радиационные поранения обмена коллагена возникают не сразу, а развиваются через определенное время после экспозиции.Нарушение более радиочувствительных обменных процессов приводит вначале к патологическому изменению структуры синтезирующихся молекул коллагена, а затем, в процессе формирования его надмолекулярных образований, к изменениям их строения и, в конечном счбте, к нарушению функциональных свойств соединительной ткани.Полученные результаты, проясняющие роль разных этапов обмена коллагена в определении свойств соединительной ткани, имеют значение не только для радиобиологии, но и для биологии развития, нормальной и патологической физиологии.Возрастные, тканевые и дозовые особенности воздействия средних доз 7-излучения могут найти практическое применение в радиотерапии и гериатрии.