Введение к работе
Актуальность проблемы. Наибольшую актуальность проблема общности и различий в механизмах действия острого и хронического облучения приобрела после Чернобыльской катастрофы, когда значительные территории стали зоной повышетюго экологического и биологического риска (Алексахин, 1990; Козубов, Таскаев, 1990). С позиций классической радиобиологии невозможно оценить биологическое воздействие ионизирующей радиации в малых (пелетальпых) дозах и {інтенсивностях на живые организмы в природных условиях и объяснить появление столь неожиданно больших эффектов. Проведение комплексного радиоэкологического мониторинга для прогнозирования состояния природных популяций, в частности животных, вызывает необходимость выполнения специальных исследований, чтобы выбрать и обосновать критерии, позволяющие адекватно оценить степень этого воздействия.
Одним из таких перспективных направлений работы является изучение процесса перекисного окисления липидов (ПОЛ), играющего огромную роль в регуляции клеточного метаболизма в норме и при действии ионизирующей радиации (Владимиров, Арчаков, 1972; Бурлакова и др., 1975, 1995; Кудряшов и др., 1989, 1992; Серкиз и др., 1989, 1995; Барабой, 1992, 1995). При оценке действия ионизирующей радиации в острых дозах на лабораторных животных были обнаружены прямолинейные зависимости антиокислительной активности (АОА) липидов от параметров, характеризующих радиорезистентность животных (Шишкина и др., 1976; Бурлакова и др., 1977, 1985; Иваненко, 1985). Показало, что величина АОА липидов теспо связана с фосфолипидами (ФЛ) мембран, участвующими в регуляции многочисленных функций организма (Алексеенко, 1987; Климов, Никульчева, 1995). Весь комплекс изменений состава ФЛ при изменении ПОЛ под действием ионизирующей радиации оказывает влияние на скорость реакции с участием мембранос-вязанных ферментов, в том числе ферментов дегидрирования, и имеет важное значепие для регулирующей роли мембраны в клеточном метаболизме (Burlakova, 1978; Kreeb et al., 1981; Klema et al, 1989; Gofman, 1990).
Но практически нет сведений о закономерностях и механизмах хронического действия радиации в малых дозах на отдельные звенья процессов ПОЛ и дегидрирования в органах и тканях мышевидных грызунов из природных популяций, особенно в условиях техногенного радиоактивного загрязнения.
Цель исследования — выявить закономерности и механизмы радиационного нарушения регуляции перекисного окисления липидов и процессов дегидрирования в органах мышевидных грызунов, обитающих на территориях 30-км зоны аварии на Чернобыльской АЭС и в районах с повышенным уровнем естественной радиоактивности (Республика Коми) на основе комплексного изучения таких параметров, как антиокислительная активность лшгадов, состав фосфолипидов и активность ферментов дегидрирования.
Задачи исследований: 1. Описать динамику изменений АОА липидов, состава фосфолипидов в печени, селезенке, головном мозге, активности сукцинат-, пируват- и лактатдегадрогеназ (СДГ, ВДГ, ЛДГ) в сердечной мышце, печени и головном мозге разных видов грызунов с участков с различным уровнем радиоактивного загрязнения в 30-км зоне аварии на ЧАЭС.
-
Охарактеризовать особенности изменений исследуемых параметров в зависимости от органа, пола, возраста, вида и фазы популяцион-ного цикла животных.
-
Сравнить процессы дегидрирования в тканях мышевидных грызунов, обитающих в условиях повышенного уровня естественной радиоактивности (в 10-100 раз выше фонового) и радиоактивного загрязнения в зоне аварии на ЧАЭС.
-
Оценить степень дискоординации биохимических и биофизических показателей в органах мышевидных грызунов в условиях хронического действия радиащш низкой интенсивности в природной среде на основании изучения корреляционных взаимосвязей между исследуемыми звеньями ПОЛ и дегидрирования.
-
Выделить наиболее радиочувствительные виды диких грызунов для использования их в качестве тест-обьектов при биоиндикации техногенного радиоактивного загрязнения среды их обитания.
Научная новизна. Впервые изучены антиокислительная активность липидов, состав фосфолипидов, обобщенные показатели липидно-
го обмена и активпость ферментов дегидрирования у разных по радиочувствительности диких грызунов в зависимости от уровня радиоактивного загрязнения и времени, прошедшего после аварии, возраста животных и исследуемого органа. Показано, что радиоактивное загрязнение вызывает фазные изменения всех исследуемых показателей, динамика и степень выраженности которых определяется видом, возрастом грызунов, тканевой специфичностью, природой исследуемого показателя. Выявлены общность и особенности действия радиации в малых дозах в природной среде по сравнению с острым облучением на антиоксндант-иый статус, состав ФЛ, обобщенные показатели липшшого обмена и процессы дегидрирования в тканях исследуемых животных. Обнаружено, что взаимосвязь между АОА и окисляемостью лнпидов является устойчивой, а наиболее чувствительные звенья — АОА — состав ФЛ и АОА — функциональные тесты. Впервые на природных популяциях грызунов показан сложный, нелинейный (бимодальный) характер сдвигов в зависимости от мощности дозы внешнего облучения па участках отлова грызунов, сохраняющийся в течение нескольких лет после аварии по всем показателям.
Обнаружено, что полевки-экопомкн по изученпым параметрам чувствительны к хроническому действию радиации низкой интенсивности и могут быть использованы в качестве тест-объекта для биоиидикацин техногенного радиоактивного загрязнения природных биоценозов.
Установлено, что направленность и характер биофизических и биохимических сдвигов в ткапях мышевидных грызунов, обитающих в условиях повьппенной естественной радиоактивности и в 30-км зоне аварии на Чернобыльской АЭС одпотишш, однако глубина нарушений клеточных систем регуляции у животных из зоны аварии выражена сильнее.
Теоретическая и практическая значимость. Полученпые данные о . нарушениях в регуляции ПОЛ и процессов дегидрирования вскрывают новые аспекты биологического действия ионизирующей радиации в малых дозах и могут быть использованы для углублешм представлений о роли этих процессов при оценке действия радиоактивного загрязнения на организм мелких млекопитающих в природной среде. По степени изменений показателей антиоксидантного статуса, состава фосфолипи-дов и активности ферментов дегидрирования можно судить о глубине метаболических нарушений при действии пизкоиптенсивного облуче-
ния, а также прогнозировать отдаленные последствия радиоактивного загрязнения на функциональное состояние организма природных популяций животных. Полученные результаты являются вкладом в исследование механизмов адаптации организмов и изучение хронического действия малых доз радиации на регуляцию клеточного метаболизма мышевидных грызунов, обитающих в природной условиях. Совокупность экспериментальных данных позволяет судить об особенностях действия радиоактивного загрязнения, появлении групп риска животных с различными нарушениями в органах и тканях и о диапазоне изменчивости биохимических и биофизических показателей и функциональных тестов при обитании животных в условиях хронического радиоактивного загрязнения (зона аварии на ЧАЭС) и территориях с повышенным уровнем естественной радиоактивности. Выявлено, что печень как наиболее чувствительный орган может быть использовала при оценке биохимических эффектов для слабого уровня радиоактивного загрязнения, а головной мозг — для среднего уровня радиоактивного загрязнения.
Результаты работы нашли практическое применение при разработке рекомендаций по использованию биохимических и биофизических тестов для прогноза влияния отдаленных экологических и генетических последствий аварии на ЧАЭС на состояние организма мелких млекопитающих, обитающих на территориях с радиоактивным загрязнением. Работа проводилась в рамках комплексной программы но ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС (постановление Совета Министров СССР от 1 ноября 1986 г. "Влияние радиоактивного загрязнения на флору и фауну").
Личный вклад диссертанта в разработку научных результатов, выносимых на защиту. Автором диссертационной работы вьшолнены экологические (отлов животных, учет численности, определение вида, возраста грызунов) и биохимические исследования (определение активности ферментов, антиоксидантного статуса лшшдов тканей), самостоятельно проведен анализ всего первичного материала, сформулированы положения и выводы работы.
Настоящая работа является частью комплексных исследований, проводимых Отделом радиоэкологии Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН на природных популяциях мышевидных грызунов, обитающих на территориях с повышенным уровнем
естественной радиоактивности (Республика Коми) и в 30-километровой зопе аварии ЧАЭС.
Положения, выносимые на защиту. 1. Чувствительность показателен системы регуляции процессов перекисного окисления лппидов и дегадрировапия в органах мышевидных грызунов к радиоактивному загрязнению в среде их обитания.
-
Видовые и органные особенности в изменении биохимических и биофизических параметров в тканях грызунов при хроїшческом действии малых доз радиации в природной среде.
-
Общность и различия хронического воздействия радиации низкой интенсивности на изменения антиоксидантного статуса, состава фосфолипидов и процессов дегидрирования в тканях мышевидных грызунов из зоны аварии по сравнепню с изменениями в условиях острого облучения.
-
Длительность сохранения нарушений исследуемых параметров, дискоординацпя биохимических процессов п переход клеточных систем регуляции па новый уровень регулирования.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на II радиобиологической конференции соцстран (Варпа, 1978), I Всесоюзном биофизическом съезде (Москва, 1982), выездной сессии Научного совета по проблемам радиобиологии АН СССР (Сыктывкар, 1983), Всесоюзном симпозиуме "Механизмы действия ионизирующего излучения на структуру и функции белков" (Львов, 1986), школе-семинаре "Надежность биосистем и радиоэкология" (Мукачево, 1988), Всесоюзном совещании "Синергизм действия ионизирующей радиации и других физических и химических факторов на биологические системы" (Пущино, 1988), V Международной конференции "Биоиндпкация загрязнепных территорий" (Чехословакия, 1989), I Всесоюзном симпозиуме "Молекулярно-клеточные механизмы хронического (внешнего и внутреннего) действия ионизирующих излучений на биологические системы" (Пущино, 1990) I и II радиобиологических съездах (Москва, 1989; Киев, 1993), II Международном симпозиуме "Механизмы действия сверхмалых доз" (Москва, 1995), III Международном симпозиуме "Урал — атомный: паука, промышленность, жизнь" (Екатеринбург, 1995), Всесоюзных и международных совещаниях и конференциях, посвященных радиобиологическим последствиям аварии
на ЧАЭС (Пушино, 1988, 1990; Сыктывкар, 1989; Обнинск, 1990; Брянск, 1991; Киев, 1991; Москва, 1991, 1994; Минск, 1991, 1995; Зеленый Мыс, 1990, 1996).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 66 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 280 страницах машинописного текста, состоит из введения, семи глав, выводов, списка цитируемой литературы, состоящей из 388 источников, приложения. Работа иллюстрирована 58-ю таблицами и 46-ю рисунками.
