Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Антиоксидантный статус, состав фосфолипидов и процессы дегидрирования в органах мышевидных грызунов из районов с радиоактивным загрязнением

ВАК РФ 03.00.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Антиоксидантный статус, состав фосфолипидов и процессы дегидрирования в органах мышевидных грызунов из районов с радиоактивным загрязнением"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА

" '' БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

КУДЯШЕВА Алевтина Григорьевна

АНТИОКСИДАНТНЫЙ СТАТУС, СОСТАВ ФОСФОЛИПИДОВ И ПРОЦЕССЫ ДЕГИДРИРОВАНИЯ В ОРГАНАХ МЫШЕВИДНЫХ ГРЫЗУНОВ ИЗ РАЙОНОВ С РАДИОАКТИВНЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ

03.00.01 — радиобиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва 1996

Работа выполнена в Отделе радиоэкологии Института биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук.

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, профессор A.M. Кузин доктор биологических наук М.М. Константинова доктор медицинских наук, профессор В.А. Барабой

Ведущая организация — Институт биохимической физики

им. Н.М.Эмануэля РАН

Защита состоится »М^екаАл 1996 г. в -fer _часоз на заседании диссертационного совета Д.053.05.74. в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, г. Москва, ГСП, Ленинские торы, МГУ, биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ. Отзывы просим направлять по адресу: 119899, г. Москва, ГСП, Ленинские горы, биологический факультет, диссертационный совет Д.053.05.74.

Автореферат разослан 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук, профессор O.P. Колье

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Наибольшую актуальность проблема общности и различий в механизмах действия острого и хронического облучения приобрела после Чернобыльской катастрофы, когда значительные территории стали зоной повышенного экологического и биологического риска (Алексахин, 1,990; Козубов, Таскаев, 1990). С позиций классической радиобиологии невозможно оценить биологическое воздействие ионизирующей радиации в малых (пелеталышх) дозах и ин-тенсивностях 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 лшшдов (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; Серкго и др., 1989, 1995; Барабой, 1992, 1995). При оценке действия ионизирующей радиации в острых дозах на лабораторных животных были обнаружены прямолинейные зависимости антиокислнтельной 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 фосфолихшдами (ФЛ) мембран, участвующими в регуляции многочисленных функций организма (Алексееико, 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 (Виг1акоуа, 1978; КгееЬ е1 а1., 1981; К1еша а а1, 1989; ОоГтап, 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 липидов, 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 лактатдегидрогеназ (СДГ, ПДГ, 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.

2. Охарактеризовать особенности изменений исследуемых параметров в зависимости от органа, пола, возраста, вида и фазы популяцион-ного цикла животных.

3. 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.

4. Оценить степень дпскоординации биохимических и биофизических показателей в органах мышевидных грызунов в условиях хронического действия радиации низкой интенсивности в природной среде на основании изучения корреляционных взаимосвязей между исследуемыми звеньями ПОЛ и дегидрирования.

5. 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 сравпеншо с острым облучением на антиоксидант-ный статус, состав ФЛ, обобщенные показатели лнпидного 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-экономки по изученпым параметрам чувствительны к хроническому действию радиации низкой интенсивности и могут быть использованы в качестве тест-объекта для биоиндпкации техногенного радиоактивного загрязнения природных биоценозов.

Установлено, что направленность и характер биофизических и биохимических сдвигов в ткапях мышевидных грызунов, обитающих в условиях повышенной естественной радиоактивности и в 30-км зоне аварии на Чернобыльской АЭС одпотшшы, однако глубина нарушений клеточных систем регуляции у животных из зоны аварии выражена сильнее.

Теоретическая и практическая значимость. Получеппые данные о . нарушениях в регуляции ПОЛ и процессов дегидрирования вскрывают новые аспекты биологического действия ионизирующей радиащш в малых дозах и могут быть использованы для углубления 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 пизкопптенсивного 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 по 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 выполнены экологические (отлов животных, учет численности, определение вида, возраста грызунов) и биохимические исследования (определение актив-поста ферментов, антаоксидантного 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 Кош 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 показателей системы регуляции процессов перекисного окисления лппидов и дегадрировапия в органах мышевидных грызунов к радиоактивному загрязнению в среде их обитания.

2. Видовые и органные особенности в изменении биохимических и биофизических параметров в тканях грызунов при хрогшческом действии малых доз радиации в природной среде.

3. Общность и различия хронического воздействия радиации низкой интенсивное™ на изменения антиоксидантпого статуса, состава фосфолипндов и процессов дегидрирования в тканях мышевидных грызунов из зоны аварии по сравнению с изменениями в условиях острого облучения.

4. 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 "Бггоиндпкация загрязненных 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 сверхмальгх 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 (Пущино, 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.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Радиоэкологическая характеристика районов, объекты исследований. Исследования проведены на природных популяциях мышевидных грызунов нескольких видов (полевая мышь — Apodemus agrarius Pall., полевка-экономка — Microtus oeconomus Pall., рыжая полевка — Clethrionomus glareolus Schreb., обыкновенная полевка — Microtus arvalis Pall., желтогорлая мышь — Apodemus flavicollis Melchior.). Выбор мышевидных грызунов в качестве основного объекта исследований обусловлен тем, что они, являясь животными тесного контакта с почвой, оказались в сфере наиболее интенсивного постоянного внешнего и внутреннего ионизирующего облучения.

Отлов животных осуществляли на стационарных участках с нормальным (контрольный), повышенным (опытный) содержанием естественных радионуклидов (зона средней тайги, Ухтинский район Республики Коми) и на территориях, относительно чистых (районы г. Киев), и загрязненных искусственными радионуклидами (30-км зона аварии на Чернобыльской АЭС). Период проведения работ и сбора материала охватывал в Республике Коми — 1981-1984 гг. и 1993-1994 гг., а в зоне аварии — 1987-1993 гг. При выборе стаций обитания животных руководствовались принципом их экологической идентичности и различиями только по уровню гамма-фона и содержанию радионуклидов в почве, растительности и в самих животных.

Участки с повышенным уровнем естественной радиоактивности. В средне-таежной зоне локальные радиевые участки образовались более

45 лет назад в результате техногенного воздействия и выхода на поверхность подземных радиоактивных вод сложного химического состава с повышенным содержанием 22б1?а, 225Иа, 232Т11.

Средпяя мощность дозы от внешнего гамма-облучения па опытном участке (Ухтхшский район) составляла 17.3 пКл/кг-с и варьировала в пределах от 3.6 до 144 пКл/кг-с (50-2000 мкР/ч), па контрольном участке ее среднее зпачепие было 0.90 пКл/кг-с при колебаниях от 0.72 до 1.08 пКл/кг-с (10-15 мкР/ч). Количество инкорпорированного 22бЯа в организме опытных полевок колебалось в пределах от 2.27 до 5.02х10"13 г/г живой массы и было в среднем на порядок выше, чем у контрольных полевок. Мышевидные грызуны на этих участках были представлепы в осповпом полевкой-экономкой.

Повышенный в Ю-100 раз гамма-фон на опытном участке обусловливает дозовую пагрузку на организм половозрелого животного от впешпего облучения от 3 до 30 мГр/год, от инкорпорированных радионуклидов — от 12 до 40 мГр/год и от газообразных эманаций радона и торона — 13 мГр/год (Тестов, Таскаев, 1971).

Участки 30-километровой зоны аварии на Чернобыльской АЭС. На радиоактивпом следе были выделены участки, приурочепные к стациям постоянного обитания мышевидных грызунов, на которых были разбиты учетные площадки, площадью 3-5 га каждый. Отлов мышевидных грызунов осуществляли в течение всего периода исследований на семи участках 30-км зоны, различающихся уровнем радиоактивного загрязнения, но близких по экологическим условиям обитания животных. По уровпю впешпего гамма-облучения участок 1 можно отнести к снль-нозагрязнешюму, участки 2-4 — среднезагрязненным, участки 5-7 — слабозагрязненным (табл. 1).

Результаты спектрометрического анализа показали, что шкурки и тушки животных с участков с сильным и средним уровнем радиоактивного загрязнения имели содержание основных радионуклидов (144Се, 10бКи, 137Сз, 134С$) в среднем на 1-2 порядка выше, чем животных с более "чистых" территорий. Величина экспозиционной дозы от впешпего бета-облучения на загрязненных участках была больше дозы от гамма-облучения в среднем: 1986 г. — в 57-60, 1987 г.- 35-37, 1988 г.- 2-2.5, а в 1989 г. — 1.2-1.7 раза. Сопоставление доз облучения грызунов, обитающих па различных участках в 1986-1988 пг., однозначно указывает на постоянное снижение вклада в суммарную поглощенную дозу от

внешнего бета- и гамма-облучения па фоне увеличения дозы от инкорпорированных радионуклидов. В 1989 г. эта тенденция сохраняется на участках со слабым уровнем (участки 5, 6) и средним уровнем (участки 3, 4) радиоактивного загрязнения.

Таблица 1

Пределы варьирования мощности дозы внешнего гамма-облучения на стационарных участках в зоне аварии на ЧАЭС, мР/ч (данные А.И. Таскаева, Б.В. Тестова, 1988,1993 гг.)

Номер 1986 г. 1987 г. 1988 г. 1989 г.

участка сентябрь август август август

1 300-500 150-200 45-70 10-18

2 40-50 15-20 3.6-6.2 2-4

3 40-50 15-20 4.2-8.3 2.3-4.6

4 4-6 2-3 0.5-0.9 0.3-0.6

5, 6 0.05-0.3 0.02-0.1 0.017 0.01

7 0.05-0.1 0.04-0.07 0.03-0.05 0.04-0.05

Относительная численность животных на исследуемых участках.

Отлов животных проводили ежегодно в один и тот же полевой период с учетом сезона размножения (июль-август в Ухтинском районе и май-июнь, август-сентябрь в зоне ЧАЭС) стандартными живоловушка-ми. Относительную численность животных выражали в числе пойманных зверьков на 100 ловушко-суток.

На участках в Республике Коми фазы популяционпого цикла полевок-экономок как на контрольном, так и опытном участках совпадали и характеризовались высокой в 1981, 1984, 1988 пг. (фазы пика и подъема) и низкой численностью в 1982, 1983, 1986, 1987, 1994 гг. (фазы депрессии и спада). В 30-км зоне ЧАЭС у разных видов грызунов фазы популяционного цикла в одни и те же сроки исследования не всегда совпадали. Однако 1987 и 1990 гг. характеризовались относительно высокой численностью на всех исследуемых участках обитания полевок-экономок, полевых мышей и полевок обыкновенных, тогда как рыжая полевка имела пики численности в 1986, 1987 и 1990, 1991 гг.

Биохимические методы исследований. Использованы животные обоего пола трех возрастных групп: неполовозрелые сеголетки (возраст от 1-2 мес), половозрелые сеголетки (от 3-5 мес) и перезимовавшие животные (старше года). Отловленных зверьков содержали 1-2 суток в условиях вивария и подвергали декапитацпи в 9-10 час утра. Все манипуляции с органами и тканями животных проводили при температуре 0-4°С. Печень, мозг и селезенку мышей, используемые для определения величины АОА липидов и состава ФЛ, сразу же подвергали глубокому замораживапию. Всего за исследуемый период были взяты для анализа органы и ткани от 1500 грызунов (из них из средне-таежной зоны — более 500 и из районов аварии и г. Киев — более 1000 животных).

Экстракцию липидов из органов проводили по методу Фолча (Folch J. et al, 1957) в модификации Кейтса (Кейтс, 1975). Величину АОА липидов печени, селезенки и мозга определяли на метилолеатной окислительной модели (Бурлакова и др., 1975). Результаты всех экспериментов по АОА приводили к стандартным значениям (Шишкина и др., 1974). Степень торможения окисления (СТО) — способность липидов к окислению оценивали как соотношение периодов индукции окисления опытного образца и периода индукции окисления чистого метилолеата и относили к концентрации липидов в метплолеате (Меньшов и др., 1994). Начальное количество пероксидов в липидах определяли по разности концентрации пероксидов в растворах липндов, соотнесенных с количеством липидов и измеренных до начала окислепия. Антиперок-сидную активность — способность липидов разлагать пероксиды на молекулярные продукты без образования свободных радикалов оценивали по разности пероксидов в метилолеате и в растворе липидов в метило-леате до начала окисления, соотнесенную с 1 г липидов (Меньшов и др., 1994; Шишкина и др., 1996).

Разделение ФЛ на отдельные фракции осуществляли методом тонкослойной хромотографии с использованием сшшкагеля тина Н (по Шталго или Woelm) (Хигганс, 1990).

Гомогенизацию тканей (сердечная мышца, печень, мозг) для определения активности ферментов проводили в 0.25 М растворе трис-сахарозы при pH 7.4 и температуре 0-4°С. Активность СДГ,ПДГ определяли колориметрическими методами (Кип, Abood, 1949) в модификации Нордманна (Nordmann et al., 1951). Активность ЛДГ определяли по методу Севела и Товарек (Sevela, Tovarek, 1959) в модификации Крест-

никовой (Крестникова, Товарек, 1969). Белок тканей определяли по Лоури (Lowiy et al, 1951).

Данные полевых исследований были обработаны общепринятыми методами вариационной статистики (Парчевская, 1969; Рокицкий, 1973) и с помощью компьютерных программ KINS (Брин, Травин, 1991).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

I. Антиоксидантный статус липидов в органах

мышевидных грызунов из разных мест обитания

К моменту аварии на ЧАЭС в литературе существовали лишь единичные работы, в которых изучалось состояние системы ПОЛ в органах диких мышевидных грызунов (Иваненко, 1985). Все это чрезвычайно затрудняло оценку биологических эффектов Чернобыльской катастрофы на популяции мышевидных грызунов, обитающих в районе станции, и вызывало необходимость поиска адекватного биологического контроля. С этой целью были изучены параметры системы регуляции ПОЛ в органах разных видов мышевидных грызунов, отловленных в Республике Коми и на менее загрязненных территориях в пригородах г. Киев.

Антиоксидантный статус тканей диких грызунов с контрольных участков. Необходимо отметить, что величины АОА лнпидов органов диких грызунов в целом ниже, чем соответствующие показатели для лабораторных животных, а во многих случаях их липиды обладают проок-сидантными свойствами, т.е. ускоряют окисление метилолеата. Проок-сидантная активность липидов, помимо обеднения их антиоксидантами, наиболее вероятно, обусловлена и высокой степенью их ненасыщенво-сти. Очевидно, липиды печени, мозга и селезенки диких грызунов, обитание которых в природных условиях требует адаптации к длительному пребыванию в условиях низких температур, являются более ненасыщенными, чем липиды печени лабораторных грызунов. Самые низкие значения АОА липидов органов диких грызунов коми и киевской популяции обнаружены в селезенке, липиды которой обладают прооксидант-ными свойствами. Вариабельность АОА липидов и СТО в печени в 1525 раз, а в мозге в 1.4-1.8 раза выше у грызунов, обитающих в природной среде, чем у лабораторных животных.

Как и у лабораторных грызунов, величины АОА липидов изменяются в зависимости от вида, возраста зверьков н сезона их отлова (табл. 2). По величине данного показателя органы мышевидных грызунов и коми и киевской популяций по уменьшению этого показателя располагаются в следующий ряд: печень>мозг>селезенка, а исследуемые виды животных — желтогорлые мынш>рыжие полевки> полевые мы-ши>полевки-экономки. Масштаб изменения и значения АОА липидов в органах мышевидных грызунов коми и киевской популяций сопоставим.

Таблица 2

Величины антиокислительной активности (ч-мл/г) липидов органов диких грызунов, отловленных на контрольных участках в Республике Коми и Украины

Вид

Возраст, пал животных

Печень

Мозг

1991 г, Киев

Полевая мышь половозрелые и перезимовавшие самцы Рыжая полевка половозрелые самки Желтогорлая мышь неполовозрелые и половозрелые самцы

1992 г, Ухта

Полевка-экономка половозрелые самки

Рыжая полевка

1993 г., Сыктывкар

половозрелые самцы

1993 г, Киев

Желтогорлая мышь неполовозрелые самцы

-359 (12) 1395±395 (7)

2360 (6) 170±130 (8) -160+120 (9) 210±260 (5)

-1932±2 (3)* -1735±95 (6)

-1625±455 (6) 190±155 (7) -285±190 (10) -280±220 (6)

* — среднеарифметическое с ошибкой среднего арифметического, в скобках — количество животных.

Совокупность дашгых позволяет предположить, что система апти-оксидантной защиты достаточно устойчива и способна сохранять видовую специфичность биохимических параметров на уровне клеток и органов для осуществления единой регуляции процесса ПОЛ мышевидных грызунов из природных популяций. Высокая вариабельность АОА липи-

дов органа, относительно низкие значения этого показателя и более высокая степень ненасыщенности липидов, очевидно, являются необходимыми условиями для поддержания гомеостаза и нормального функционирования клеточных систем в органах диких грызунов в среде обитания.

Результаты анализа АОА липидов в тканях разных видов грызунов из зоны аварии показали зависимость данного параметра от исследуемого органа, возраста и вида животных. Обеднение липидов печени антиоксидантами происходит в соответствии с радиочувствительностью вида. В 1987г. исследуемые виды грызунов, отловленные на участках со слабым уровнем радиоактивного загрязнения (5, 6), по уровню АОА липидов печени можно расположить в следующий возрастающий ряд: по-левки-экономки(половозрелые>неполовозрелые>перезимовавпше)>непо-ловозрелые полевые мышн>перезимовавшие рыжие полевки. Однако значения АОА липидов в печени исследуемых видов из зоны аварии ниже, чем соответствующие показатели у грызунов этих же видов, отловленных в пригородах г. Киев. Кроме того, величина АОА липидов печени рыжих полевок, отловленных на участках 5, 6 в аварийной зоне, существенно пиже, чем у рыжих полевок подмосковной популяции (Иваненко, 1985). Данные литературы позволяют заключить, что величина ЛД50/30 Для рыжих полевок выше, чем для полевок-экономок и полевых мышей (Граевская, 1972; Ильенко и др., 1977; Маслова, 1988). Более радиорезистентные рыжие полевки имеют и более высокую АОА липидов печени, по сравнению с более радиочувствительными полевыми мышами и полевками-экономками.

Многолетний анализ АОА липидов печени и головного мозга у разных видов грызунов из зоны аварии обнаружил стадийные (фазные) изменения исследуемого показателя. Времена наступления экстремумов и минимуме» значений АОА липидов печени, мозга зависят от радиочувствительности вида животных и уровня радиоактивного загрязнения (рис. 1). В соответствии с фазными изменениями АОА липидов органов выявляются два временных отрезка в динамике этого показателя: первые два года после аварии выявили наиболее сильную обедненность липидов печени, мозга антиоксидантами у полевок-экономок со всех участков отлова (рис.1). У остальных исследуемых видов грызунов из зоны аварии в первый год анализа обнаружен довольно высокий уровень АОА липидов печени и мозга, независимо от возраста животных и участка их обитания, который обычно

практически не встречается у шпжткых лабораторных животных, и вероятно, является защитной реакцией. В последующие годы низкий уровень АОА лнпидов печепи, наблюдаемый, как правило, у полевок-экономок я полевых мышей с участков со слабым и средним уровнем радиоактивного загрязнения сменился относительно высоким. Липиды мозга всех исследуемых видов грызунов, отловленных на разных участках в зоне аварии, обладают прооксидантными свойствами, о чем свидетельствуют низкие уровпи АОА липидов в течение всего периода анализа, которые сопоставимы с данными показателями у полевок, обитающих в условиях слабого радиоактивного загрязнения в Республике Коми.

5000 «О 00 3000 | 20 00 1000

.1000

1387 1969 1989 1990 1991 1992 1993 Годы

-600 -1000

|

-1500 -2 ООО -2500

1987 1988 1990 1991 1992 1993 Годы

| □ Участок 6 а Участок 4 щ Участок 11

Рис. 1. Динамика АОА липидов печени (А) и головного мозга (Б) полевок-экономок из зоны аварии на Чернобыльской АЭС.

Наиболее радиочувствительные полевки-экономки имели самую низкую АОА лшшдов по сравнению с более радиорезистентными рыжими полевками, полевыми мышами и обыкновенными полевками. Самый низкий уровень АОА лшшдов органов, наблюдаемый в течение всего периода исследований, был обнаружен у полевок-экономок, отловленных на участке со средним уровнем радиоактивного загрязнения (участок 4). Самые высокие уровни АОА лшшдов печени и мозга были отмечены у рыжих полевок и полевых мышей с участков со слабым и средним уровнем радиоактивного загрязнения. Характер (стадийность) сдвигов АОА лшшдов в мозге менее выражен, чем в печени, что соответствует данным литературы о большей активности антиоксидантных систем мозга по сравнению с другими органами. У полевых мышей отмечено отсутствие монотонности падения величины АОА лшшдов в органах с увеличением мощности дозы внешнего облучения на участках отлова. Масштаб изменений АОА липидов печени и мозга превосходит или сопоставим с изменениями этого показателя в органах лабораторных мышей как после острого облучения в летальных и сублетальных дозах, так и после воздействия радиации низкой мощности (Бурлакова и др., 1975; Шарышн и др., 1994; Полякова, Шишкина, 1995; Шишкина, Бурлакова, 1996).

Необходимо отметить, что масштаб изменения АОА липидов печени и мозга грызунов, отловленных на участках с разным уровнем радиоактивного загрязнения, существенно зависит от вида, возраста грызунов, что свидетельствует о разной степени повреждения системы АО защиты в тканях мышевидных грызунов при хроническом гшзкоинтенсивном облучении в природной среде. Высокая вариабельность исследуемого параметра у грызунов из зоны аварии указывает на гетерогенность ответной реакции грызунов, что способствует сохранению гомеостаза и адаптации животных в биогеоценозах с радиоактивным загрязнением.

Селезенка относится к группе критических органов при облучении животных в сублетальных и минимально легальных дозах. В течение восьми лет исследования наши данные показывали, что липиды селезенки диких грызунов всех видов из зоны аварии обладали, как правило, прооксидантными свойствами. Обедненность лшшдов селезенки ан-тиоксидантами была значительно сильнее чем в мозге и печени (рис. 2), что свидетельствует об изменении состава лшшдов и степени их ненасыщенности. Эта изменения подтверждаются значительным возрастани-

ем начального количества пероксидов в лппидах селезенки грызунов в отдаленные сроки после аварии (в среднем в 4-39 раз по сравнению с первыми годами анализа) и превышают аналогичный показатель у грызунов с чистых территорий. Необходимо отметить, что фазные измепе-ппя АОА липидов, количества пероксидов, и появление экстремумов этих показателей у разных видов грызунов не всегда совпадают. Однако у наиболее чувствительных полевок-экономок, отловленных на слабоза-грязненных участках, обнаружено совпадите времен появления первой волны максимальных величин АОА липидов и начального количества пероксидов. Очевидно это обусловлено нарушениями в системе регуляции ПОЛ в тканях менее радиорезистентных видов и подтверждается появлением ярко выраженных деструктивных изменений и усилением активности пролнфератнвных процессов в системе кроветворения, обнаруженных. у полевод-экономок из аварийной зоны (Материй, 1994, 1996). Как и в других исследуемых органах в селезенке наблюдаются немонотонные изменения показателей аптиокендантного статуса в зависимости от мощности дозы на участках отлова зверьков.

500 0 -600 -1000

5

Т -1500 -2000 -2500 -3000

Рис. 2. Динамика АОА липидов селезенки полевых мышей из зоны аварии на Чернобыльской АЭС.

т _ - _

Участок 5 Участок 4 Участок 2 Участок 1

■ 1987 В1988 01989 В1991 01992

Таким образом, отсутствие единообразных изменений различных показателей АО защиты и сохранение измененного АО статуса в тканях диких грызунов, отловленных на участках с разным уровнем радиоактивного загрязнения в зоне аварии на ЧАЭС, очевидно, обусловлены нарушениями в системе регуляции ПОЛ и свидетельствуют о повреждающем действии хронического низкоинтенсивного облучения в малых дозах.

II. Влияние радиоактивного загрязнения

на состав фосфолипидов в органах диких грызунов

Роль ФЛ в процессах окисления многогранна. Вклад ФЛ в антиок-сидантные свойства липидов существенно зависит от интенсивности процессов ПОЛ, химической природы ФЛ и степени их ненасыщенности,: соотношения концентраций ФЛ и антиоксидантов (Hudson, Mahgoub, 1981; Богуславская и др.,1990; Бурлакова и др., 1991, 1995). Установлено, что качественный состав ФЛ мембран различных эукари-от практически одинаков, а различаются количественные соотношения между фракциями (Крепе, 1981).

Поскольку данные о составе липидов органов мышевидных грызунов природных популяций практически отсутствуют, то были проведены исследования состава липидов природных популяций грызунов с более чистых территорий. Качественный состав ФЛ селезенки и печени у полевок-экономок, отловленных па относительно чистых территориях (г. Сыктывкар, Ухтинский район, г. Киев), а также у 2-го и 3-го поколений, полученных от этих животных, представлен стандартным набором ФЛ. Однако у полевок-экономок, обитающих в природной среде, отмечается более высокое содержание кардиолипина (КЛ) и фосфатид-ной кислоты (ФК), а также значительные колебания относительного содержания люофосфатндилхолиыа (ЛФХ) и ФЛ в составе общих липидов, имеющих зависимость от фазы популящюнного цикла животных. В целом, у диких грызунов с относительно чистых территорий вариабельность отдельных фракций ФЛ и суммарных показателей липидного обмена была несколько выше, но соотношение значений отдельных фракций, как правило, оставалось таким же, что и у лабораторных животных.

В первые годы после аварии (1987 г.) состав ФЛ селезенки исследованных видов грызунов па фоне низкого уровня АОА липидов характеризуется повышенным содержанием лизоформ ФЛ, уменынепием доли ФЛ в составе общих липидов, увеличением соотношения суммарных легко- и трудноокисляемых фракций ФЛ, значительными колебаниями относительного содержания основных фракции ФЛ.

В отдаленные сроки анализа (4-7 лет после аварии) в селезенке отдельных видов грызунов с разных участков обитания несколько повышается содержание основной фракции фосфатидплхолина (ФХ), доля ФЛ в составе общих липидов, значения суммарных показателей (ФХ/ФЭ, ЕЛОФЛ/ЕТОФЛ) близки к таковым у пнтактных лабораторных мышей и полевок контрольных участков. Однако у полевок-экономок с участков 1 и 4 и рыжих полевок с участка 1 сохраняется высокое содержание минорных фракций (ЛФХ до 20%, КЛ+ФК свыше 18%), у полевок со слабозагрязнепиого участка 6 снова отмечается низкое содержать ФЛ в составе общих липпдов (до 7-9%). О длительности сохранения нарушений в этом звене физико-химической системы регуляции ПОЛ свидетельствует наличие следовых количеств ЛФХ, ФИ, ФС и ФЭ в составе ФЛ селезенки неполовозрелых полевых мышей, отловленных на участке 1 в 1993 г.

Состав ФЛ печени грызунов из аварийной зоны характеризуется более высокой вариабельностью отдельных фракций ФЛ. В 1987г. обнаружено чрезвычайно высокое содержание ЛФХ в составе ФЛ у всех грызунов и со всех участков отлова (рис. 3): у полевок-экономок ЛФХ увеличивается в 5-21, полевых мышей — 7-17, рыжих полевок — 3-17, полевок обыкновенных — 10-20 раз по сравнению с таковым в печени мышей с контрольных участков. Подобное возрастание ЛФХ отмечали^ только в печени и лишь, в первый год после аварии. Возрастание содержания ЛФХ в печени лабораторных мьшхей наблюдали многие авторы при остром облучении и различных стрессовых воздействиях (Медведев и др., 1975; Алматов и др., 1994), однако масштаб измепепий был гораздо меньше. В этот же срок возрастает содержание сфингомпе-лина (СМ) и КЛ+ФК. При этом у всех рассматриваемых видов грызунов пз зоны аварии содержание СМ увеличивается в среднем 1.5-3 раза, а КЛ+ФК более чем в 4-5 раз по сравнению.с интактными лабораторными мытами и полевками с чистых территорий. Одновременно происходит значительное снижение основных фракций ФЛ. Фракция фосфати-

дилхолина (ФХ) у некоторых груш полевок-экономок (неполовозрелые самки участка 4, перезимовавшие самки участка 6) снижается в среднем в 2-3 раза, а содержание фосфатидилэтаноламина (ФЭ) сильно падает у всех исследуемых видов и доходит до значений, характерных для минорных фракций ФЛ (2-11%) (рис. 3.). В первый год после аварии в печени отмечено снижение содержания ФЛ в составе общих лшшдов (ниже 30%) (рис. 4), повышение соотношения ФХ/ФЭ (> 2 во всех группах полевок) и снижение отношения ЕЛОФЛ/2ТОФЛ до 0.4 относительных единиц, что в среднем в 2 раза ниже нормы. Столь существенные изменения состава ФЛ печени мышевидных грызунов из зоны аварии свидетельствуют о глубоких нарушениях процесса биосинтеза липидов, вызывающих деструктивные процессы в органе, что подтверждается морфологическими исследованиями (Шишкина и др., 1992; Маслова и др., 1994; Материй, 1996) и состоянием энергетического обмена в печени.

Контрольные участки 10-«м зона ЧАЭС, 1987 г.

Рис. 3. Состав фосфолипидов печени разных видов грызунов

(ПЭ — полевки-экономки, ПМ — полевые мыши, РП — рыжие полевки, ПО — полевки обыкновенные; цифры 1, 2, 5 и 6 обозначают номера участков).

В отдаленные сроки после аварии (1991-1993 гг.) у полевок-экономок с участков со слабым и средним уровнем радиоактивного за-

грязнения относительное содержание основных фракций (ФХ, ФЭ и ФИ+ФС) становится близким к норме. Однако полевки-экономки самого загрязненного участка 1 и осенью 1990 г. отличались повышенным содержанием ЛФХ (20-25%), СМ, КЛ+ФК (11-18%) и низким содержанием основных фракций ФХ и ФЭ, что свидетельствует о сохранении радиационных нарушений. Через 4-5 лет после аварии выявлена частичная нормализация обобщенных показателен лшттото обмена у полевок-экономок и полевых мышей из зоны аварии. %

78 «0

se

3

5«

С

г

о * »

о в

2«

11

Мыши ПЭ ПЭ ПЭ-4 РП-в ПМ-3 ПО-1

СВА Кош Киев

Контрольные участки ЗС-*м тона ЧАЭС, 1987 г.

Рис. 4. Доля фосфолипидов в составе общих липидов в печени разных видов грызунов (обозначения те же, что на рнс. 3).

В головной мозге грызунов из зоны аварии состав ФЛ был менее изменчив чем в печени и селезенке. В первый год анализа (1987 г.) у животных всех возрастных групп и со всех участков исследования было увеличено содержание ЛФХ до 2-2.5%, ФХ на 7.5-9.7%, КЛ+ФК на 14-21% и снижено содержание ФЭ на 26-28%. В 1990-1991 гг. у всех сравниваемых групп гршунов исчезает ЛФХ. По отдельным фракциям происходят перестройки в составе ФЛ, приводящие к частичной нормализации. Эти сдвиги у полевок проходили по-разному в зависимости от уровня радиоактивного загрязнения. У полевок с участка со средним уровнем загрязнения повышается доля ФИ с ФС и снижается содержа-

1+

+ нЬ

я

ние основной фракции ФЭ, у полевок с участка с сильным уровнем загрязнения остается повышенной доля ФХ и низкой — ФЭ. По обобщенным показателям липидного обмена более существенные отклонения от нормы найдены в первый год после аварии, в отдаленные сроки исследований происходит относительная нормализация.

В целом, обнаружена довольно высокая чувствительность показателей состава ФЛ органов диких грызунов к хроническому низкоинтенсивному облучению, отсутствие единообразных монотонных зависимостей от мощности внешнего облучения на участках отлова грызунов, а также фазные изменения исследуемых показателей, динамика которых имеет тканевую и видовую специфичность и различается в зависимости от степени радиоактивного загрязнения участка отлова.

Сохранение измененного антиоксидашного статуса, состава липи-дов в течение длительного времени способствует возникновению и функциональных нарушений в тканях мышевидных грызунов из аварийной зоны.

III. Процессы дегидрирования в тканях мышевидных

грызунов из районов радиоактивного загрязнения

Активность ключевых ферментов цикла Кребса и гликолиза у полевок-экономок, обитающих в условиях нормального уровня гамма-фона (контрольный участок, Республика Коми), несколько ниже, чем у лабораторных мышевидных грызунов, и зависит от пола, возраста и фаз популяционного цикла.

Сдвиги в активности дегидрогеназ у полевок-экономок с опытного участка (повышенный уровень естественной радиоактивности, Республика Коми) свидетельствуют об изменении процессов дегидрирования, дисбалансе биохимических процессов и одновременно — о приспособлении их к действию радиоэкологического фактора. Установлено, что изменения активности дегидрогеназ проявляются сильнее в фазы депрессии и подъема численности животных. Разнонаправленные изменения активности дегидрогеназ в тканях полевок опытного участка (повышение и снижение активности ферментов) — это разные стадии ответпой приспособительной реакции организма на хроническое действие малых уровней радиации в природной среде.

Анализ активности ферментов в тканях нолевых мышей и полевок-экономок из зоны аварии по сравнению с полевками-экономками чистых территорий и повышенных уровней естественной радиоактивности Республики Коми выявил более низкий уровень процессов дегидрирования, а также органные, видовые и возрастные особенности.

Обнаружено, что направленность биохимических сдвигов в тканях животных чернобыльской и северной (опытный участок. Республика Коми) популяций в условиях радиоактивного загрязнения были одинаковы — в сторону угнетения (в фазы депрессии и подъема численности животных) и повышения (в фазы пика). Однако уровень повышения активности ферментов у грызунов пз зоны аварии был, как правило, ниже уровня активности дегидрогеназ, наблюдаемого у полевок с участка с повышенным уровнем естественной радиоактивности. У животных чернобыльской популяции масштаб изменений активности дегидрогеназ как в сторону угнетепия, так и в сторону активации был более существенен, чем у полевок, популяция которых в течение многих поколений обитала на территории с повышенпым содержанием естественных радионуклидов.

Динамика активности дегидрогеназ в исследуемых тканях мышевидных грызунов из зоны аварии обнаружила фазовые изменения, которые имели неодинаковую глубину сдвигов в зависимости от исследуемого органа, возраста, вида животных, уровня радиоактивного загрязнения и времени, прошедшего после аварии.

В сердечной мыщце у полевок-экономок в большинстве проанализированных случаев наблюдали угнетение процессов окисления сукци-ната н пнрувата (рнс. 5). Наиболее глубокие сдвиги активности ферментов в сторону снижения как у полевок-экопомок, так и полевых мышей (по сравнению с соответствующими значениями активности ферментов у полевок-экономок с чистых территорий и полевых мышей со слабоза-грязеннош участка 5) отмечали в 1988-1989 гг. (в среднем в 2-3 раза по сравнению с 1987 г.). Следует особо отметить значительную активацию ЛДГ в сердечной мышце у пеполовозрелых полевых мышей и полевок-экопомок на сильно- и среднезагрязненных участках в разные годы исследования, свидетельствующую об ускореипом протекании гликолиза и преждевременном старении молодых зверьков, что ранее мы отмечали у неполовозрелых полевок-экономок с опытного участка (Республика Комп). Одновременно при этом наблюдали возрастание гетерогенности

значений активности ферментов у полевых мышей одного возраста с участков с сильным и средним уровнем радиоактивною загрязнения (участки 1 и 2). Подобную гетерогенность ответных реакций полевок-экономок с участка 4 из зоны аварии мы наблюдали в 1987 г. в печени по суммарным показателям липидного обмена. Совокупность этих данных свидетельствует о значительной внутршопуляционной изменчивости многих показателей ПОЛ и дегидрирования, обусловленных хроническим облучением низкой интенсивности. Следует отметить, что самые существенные сдвиги активности ферментов были обнаружены у животных со среднезагрязненных участков. У полевых мышей снова был отмечен немонотонный характер функциональных сдвигов активности ферментов от уровня радиоактивного загрязнения участка.

со

4а

20

* -20 ■40 -60 ■во

Рис. 5. Динамика активности ферментов в сердечной мышце неполовозрелых полевок-экономок из зоны аварии на Чернобыльской АЭС

Характер и направленность сдвигов в активности дегидрогеназ в головном мозге полевых мышей были аналогичны изменениям, наблюдаемым в сердечной мышце. У полевок-экономок направленность сдвигов активности ферментов с повышением уровня внешнего облучения меняется в сторону угнетения. Отличительной чертой мозга яшиется более высокий уровень и значительная вариабельность значений актив-

Участок 6 V Участок 4 нпдг аедг олдг

I У" * 4 I 1 *

1987 1988 1989 1990 1387 1988 1 989 1990

поста СНГ и ПДГ по сравнению с сердцем и печенью, за счет интенсивности протекания и высокой лабильности функционирования метаболических процессов в мозге. Активность ферментов в печени грызунов из зоны аварии, в отличие от мозга и сердца в первые три года апа-лиза неуклонно снижалась по сравнению с соответствующими данными коми и киевской популяции животных с относительно чистых территорий. Во всех проанализированных образцах печени полевок-экономок в отличие от полевых мышей и пояевок обыкновенных отмечено более значительное угнетение активности ферментов. Совокупность глубоких функциональных и деструктивных изменений в печени мышей из аварийной зоны наблюдали с 1986 г. вплоть до 1992 г., что свидетельствует о достаточно высокой чувствительности печени к хроническому низкоинтенсивному облучению.

В отдаленные сроки после аварии (1990 г.) у полевых мышей во многих случаях наблюдалась значительная активация процессов дегидрирования сукципата и пирувата по сравнению с значениями активпо-стй ферментов у полевых мышей в сердечной мышце и мозге со слабо-загрязненного участка 5, а у полевок-экопомок высокий уровень ЛДГ наблюдали лишь в единичных случаях (рис. 6).

Сукцикатдегмдрогенаэа Пируяатдегмдрогенааа Лактатдегмдрогеиаэа

□ Участок* МУчастокЗ IIУчасток ? дУчасток1

Рис. 6. Динамика активности ферментов в мозге неполовозрелых полевых мышей из зоны аварии на Чернобыльской АЭС.

(* — достоверные различия при р<0.05)

Активация окислительных ферментов цикла Кребса и гликолиза свидетельствует о развитии компенсаторных ответных реакций организма к действию радиоактивного загрязнения в среде обитания животных. Аналогичную активацию процессов дегидрирования (одинаковый масштаб изменений) мы отмечали ранее в органах у 4-го поколения поле-вок-зкономок в эксперименте с хроническим внешним гамма-облучением низкой интенсивности (645 мкР/ч в течение 4 мес) (Пикулев, Кудя-шева, Таскаев, 1987). Однотипность обнаруженных функциональных сдвигов с отмеченными ранее у полевок, обитающих в условиях повышенной естественной радиоактивности, и с описанными в радиобиологических экспериментах на лабораторных животных при действии рентгеновского облучения в относительно малых дозах в состоянии иммоби-лизационного стресса, позволяет предполагать ведущую роль радиационного фактора в развитии выявленных изменений в процессах дегидрирования.

Однако помимо функциональных отклонений в процессах дешяри-вания у грызунов из зоны аварии изменяется характер распределения уровня активности ферментов в тканях по сравнению с таковым у ин-тактных лабораторных мышей и полевок-экономок северной популяции, обитающих в условиях нормального уровня радиоактивности, что подтверждает анализ корреляционных связей. Значения коэффициентов корреляции (табл. 3) у нолевок-обыкновенных и полевых мышей, отловленных в 1987 г. на участках с разным уровнем радиоактивного загрязнения, в большинстве случаев имеют низкие значения, свидетельствующие о дискоординации процессов дегидрирования. У мышей из зоны аварии во всех тканях отмечено ослабление сопряженности между ПДГ-ЛДГ и СДГ-ЛДГ (соответственно г < 0.2, г < 0.3). В 1989 и 1990 гг. во всех тканях усиливается дисбаланс ферментативных процессов и возрастает частота коэффициентов корреляции с отрицательными значениями.

Причин дискоординации и достоверного угнетения активности ферментов в тканях грызунов из зоны аварии может быть несколько. Как показали наши исследования, снижение активности ферментов дегидрирования идет, как правило, параллельно уменьшению содержания ангаоксидантов в тканях. При активации ПОЛ образующиеся перекиси липидов могут инак-тивировать каталитические центры ферментов. Последствием активации ПОЛ может быть нарушите целостности клеточных мембран, связанное с

измененным составом ФЛ. Весь комплекс этих изменений влияет на скорость реакций с участием мембраносвязанных фермептов, что приводит к дисбалансу процессов дегидрирования.

Таблица 3.

Коэффициенты линейной корреляции между активностями дешдрогеназ в тканях неполовозрелых полевок обыкновенных и полевых мышей из зоны аварии на Чернобыльской АЭС (осень 1987 г.)

Исследуемая ткань Сравниваемые показатели

ПДГ-СДГ | СДГ-ЛДГ 1 ПДГ-ЛДГ

Полевка обыкновенная

Участок 2

сердечная мышца 0.38 0.58 -0.25

печень 0.38 0.22 0.71*

головной мозг 0.96* 0.08 0.29

Участок 3

сердечная мышца 0.29 0.11 0.94*

печень 0.75* -0.10 -0.14

головной мозг- 0.40 -0.17 0.79*

Полевая мышь

Участок 1

сердечная мышца -0.65* 0.64* 0.54

печень 0.28 0.39 0.89*

головной мозг 0.59* 0.72* 0.66*

Участок 3

сердечная мышца -0.55* 0.21 0.89*

печень 0.87* 0.69 0.73*

головной мозг 0.67* -0.01 -0.37

Участок 5

сердечная мышца 0.94* 0.43 0.46

печень 0.79* 0.46 0.60

головкой мозг 0.96* 0.82* 0.81*

Участок 7

сердечная мышца 0.72* 0.20 0.94*

печень 0.69* 0.62* 0.70*

головной мозг 0.89* 0.82* 0.95*

Условные обозначения: ГЩГ - — пвруватдегидрогеназа,

СДГ — сукцинатдегндрогеназа,

лдг — лактатдегидрогеназа;

* — высокая коррелятивная связь при р<0.01

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное комплексное изучение состояния систем клеточной регуляции в органах мышевидных грызунов из природных популяций в районах с радиоактивпым загрязнением позволило нам установить, что хроническое низкоинтенсивное облучение в малых дозах вызывает в организме сложную картину нарушений в системе регуляции процессов ПОЛ и дегидрирования. При всей сложности интерпретации полученных результатов обнаружено, что у животных, обитающих в природных условиях радиоактивного загрязнения, происходят фазные изменения биофизических, биохимических и функциональных показателей, степень выраженности и глубина изменений которых зависят от радиочувствительности вида грызунов, органных и возрастных особенностей, природы исследуемого показателя, уровня радиоактивного загрязнения и длительности действия радиоактивного фактора. Анализ экспериментального материала позволяет обнаружить определенное сходство и различия в динамике исследуемых параметров в тканях животных при длительном воздействии радиации с малой мощностью дозы по сравнению с острым облучением. К наиболее характерным однотипным изменениям можно отнести следующие эффекты: обеднение липидов органов антиоксидаитами протекает в соответствии с природной радиорезистентностью вида и радиочувствительностью органа; изменение состава фосфолипидов и обобщенных показателей липидного обмена, угнетение и дискоординация процессов дегидрирования.

Нами обнаружены особенности действия хронического облучения в малых дозах в природной среде: сложный, немонотонный (полимодальный) характер биохимических, биофизических и функциональных изменений в зависимости от мощности внешнего гамма-облучения на участках отлова животных (рис. 7); изменение порядка распределения органов по величинам АОА липидов и активностям ферментов дегидрирования; масштаб изменения исследуемых показателей регузгяторных клеточных систем в органах мышевидных грызунов из зоны аварии превосходит масштаб изменения этих же показателей в тканях лабораторных животных при облучении их в суб- и летальных дозах; высокая гетерогенность исследуемых параметров, наиболее выраженная в тканях грызунов, обитающих на участках со слабым и средним уровнем радиоактивного загрязнения.

- - Д' Г-Н ••

0.81 з 16 15 150 И1^ч«с

Рис. 7. Полимодальная зависимость (нелинейный характер) величин биохимических показателей в печени полевых мышеи (1987-1990 гг.) от мощности внешнего гамма-облучения на участках отлова животных.

Сохранение измененного антиоксидантного статуса, состава ФЛ и процессов дегидрирования в органах мышевидных грызунов в течение длительного времени и дезинтеграция обменных процессов способствует нарушению взаимосвязей между клеточными системами регуляции ПОЛ и энергетического обмена и переходу их на новый уровень регулирования. Обнаружено, что чувствительными звеньями являются: АОА липи-дов — состав ФЛ, АОА липидов — активность ферментов, в которых в первую очередь происходят нарушения, а более стойкими — окисляе-мость липидов и все три сравниваемых показателя (АОА, состав ФЛ, активность ферментов), нарушения которых отмечали в отдаленные сроки после аварии. Рис. 8 демонстрирует корреляционные зависимости между звеньями регуляции процессов ПОЛ и дегидрирования, установленные нами в органах мышевидных грызупов из зоны аварии на ЧАЭС.

пттьЕщтыт

ААКТЛТДШАРОПНШ

АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ ДЕГИДРИРОВАНИЯ

шмшшщчм лкшииеп

СОСТАВ

липидов

ДНТИОКСИДАйТНЫМ СТАТУС

»демлми

ПЕГОКСИДМ

МПШКШ1ШМ

шшкгк

окишемость липидов стеаш тшимхеш мшенкп

Рис. 8. Корреляционные зависимости между звеньями рефляции процессов ПОЛ и дегидрирования на органном уровне.

Полученные данные отражают напряженный характер взаимосвязей между отдельными звеньями процессов ПОЛ и энергетического обмена, что свидетельствует о разбалансированностн биохимических процессов в условиях радиоактивного загрязнения в зоне аварии. Отмечена высо-

кая поражаемость нечеии при слабом уровне, а головного мозга — соответственно прп среднем уровне радиоактивного загрязнения. В изученных органах полевок-экономок, обнаруженные наиболее глубокие функциональные сдвиги в активности ферментов дегидрирования, более существенпые изменения аншоксвдантного статуса и состава ФЛ по сравнению с другими видами грызунов из зоны аварии, свидетельствуют о большей чувствительности этого вида к хропическому действию радиации в малых дозах. На этом основании возможно использовать именно полевку-экономку в качестве тест-объекта для бионндикации уровня радиоактивности в природных биоценозах.

Хотя радиоэкологическая характеристика участков в районе ЧАЭС и территорий с повышенным радиационным фоном в Республике Коми существенно различается по химическому составу радионуклидов и времени действия радиационного фактора, обнаружены однотипные изменения состава лшшдов и активности ферментов дегидрирования в тканях природных популяций диких грызунов, в то время как степень их выраженности существенно выше у грызунов из зоны аварии. Отсутствие единообразных изменений различных показателей АО зашиты, сохранение существенных измепенин АОА и состава лшшдов и активности ферментов дегидрирования в тканях диких грызунов в течение длительного времени после аварии, очевидно, не позволяют рассматривать набтодаюшпеся метаболические изменепия как адаптационные. В целом можно сказать, что в течение 8 лет после аварии в тканях мышевидных грызунов не произошло полного восстановления на клеточном уровне. Достоверные изменения АО статуса и энергетической обеспеченности тканей популяций полевок-экономок, обитающих на территориях с повышенным уровнем естественной радиоактивности, на которых период действия радиационного фактора составляет свыше 40 лет, свидетельствуют о переходе клеточного метаболизма на другой уровень регулирования.

Анализ экспериментального материала позволяет предположить, что состояние системы регуляции ПОЛ и процессов дегидрирования в органах диких грызунов и высокая их чувствительность к хроническому действию радиации низкой интенсивности могут служить основой для раннего прогнозирования биологических эффектов и отдаленных последствий радиоактивного загрязнения в природной среде.

выводы

1. Впервые выявлена высокая чувствительность показателей системы регуляции процессов ПОЛ и дегидрирования в органах мышевидных грызунов из природных популяций к радиоактивному загрязнению среды обитания (30-км зона Чернобыльской АЭС и территории с повышенным уровнем естественной радиоактивности — Республика Коми). Отмечены фазные изменения антиокислительной активности липи-дов, количественного состава фосфолшшдов, обобщенных показателей липидпого обмена и активности ферментов дегидрирования в тканях мышевидных грызунов. Степень выраженности и направленность этих изменений зависят от радиочувствительности вида животных, возрастных и органных особенностей, природы исследуемого показателя, времени действия и уровня радиоактивного загрязнения среды обитания.

2. Обнаружены сходство и особенности хронического действия радиации низкой интенсивности на антиоксидантный статус, состав фосфолшшдов и активность ферментов дегидрирования в органах мышевидных грызунов из зоны аварии по сравнению с условиями острого облучения:

а) сходство выражается в:

— обеднении липидов органов антиоксидантами, зависящем от природной радиорезистентности вида и радиочувствительности органа,

— значительных колебаниях в содержании основных и минорных фракций ФЛ, доли ФЛ в составе общих липидов в селезенке, печени и мозге,

— соотношениях суммарных показателей легко- и трудноокис-ляемых фосфолшшдов и соотношениях количеств ФХ и ФЭА в селезенке и печени,

— высоком относительном содержании лизофосфатидилхолина в составе ФЛ печени всех групп изученных животных,

— длительно сохраняющихся нарушениях процессов дегидрирования (снижение активности СДГ, ГЩГ, ЛДГ в сердечной мышце, печени и мозге и дискоординация катализируемых ими ферментативных процессов);

б) особенности выражаются в:

— сложной, нелинейной (полимодальной) зависимости изменений исследуемых параметров от уровня радиоактивного загрязнения,

— изменении порядка распределения тканей по величинам активности ферментов и АОА лппидов,

— большем масштабе и высокой гетерогенности ответных реакций показателей клеточных систем регуляции ПОЛ и дегидрирования.

3. Установлено, что у каплевидных грызунов из зоны аварии на ЧАЭС нарушена координация звеньев системы регуляции ПОЛ и процессов дегидрирования, при этом степень выраженности и сроки проявления этих нарушений зависят от природы исследуемых показателей, степени загрязненности участка, вида и органа животного, а также времени, прошедшего после аварии.

4. Показано, что при слабом и среднем уровпях (внешнее гамма-облучение от 0.02 до 20 мР/ч) радиоактивного загрязнения среды обитания паиболее поражаемыми органами соответственно являются печень и головной мозг. При этом ранние нарушения взаимосвязей в печени и мозге мышевидных грызунов (зона аварии на ЧАЭС) происходят в звеньях АОА липндов :— состав фосфолшшдов и АОА — активность фермептов дегидрирования. Обнаружено, что устойчивыми при хроническом облучении низкой интенсивности являются взаимосвязи между АОА липидов, составом ФЛ, активностью дегидрогеназ и окисляемо-стью липидов, значительные изменения в которых происходят в более поздние сроки и сохраняются у животных при среднем и высоком уровне радиоактивного загрязнения среды обитания.

5. Установлено, что в условиях радиоактивного загрязнения (зона аварии на ЧАЭС) длительность сохранения нарушений и дискоордина-ция в отдельных звеньях ПОЛ и процессах дегидрирования и лишь частичная нормализация исследуемых показателей способствует переходу клеточных систем регуляции на новый уровень функционирования.

6. Доказано, что полевка-экономка по биофизическим, биохимическим и функциональным показателям является наиболее чувствительным к радиоактивному загрязнению видом и может использоваться как тест-объект при биоиндикацни техногенного радиоактивного загрязнения биоценозов.

7. Выявлено, что высокая чувствительность параметров системы регуляции ПОЛ и процессов дегидрирования (по совокупности биофизических, биохимических, функциональных изменений и выявленных взаимосвязей) к радиоактивному загрязнению разного генезиса позволяет использовать их как биохимические тест-системы при оценке отдаленных последствий для состояния организма мелких млекопитающих.

8. Установлено, что глубина и степень выраженности биохимических сдвигов (при их одинаковой направленности и характере) у животных из зоны аварии на ЧАЭС и с участков с повышенным уровнем естественной радиоактивности (Республика Коми) различаются, что свидетельствует о существенных перестройках в тканях и органах мышевидных грызунов.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кудяшева А.Г., Таскаев А.И. Уровень активности дегидрогеназ в норме и при хроническом действии внешнего гамма-облучения у бурундуков // Радиобиология. 1984. — Т. 24. - № 2,- С. 230-233.

2. Кудяшева А.Г. Изучение некоторых сторон энергетического обмена полевки-экономки при обитании в природных биогеоценозах повышенной естественной радиоактивности П Радиация как экологический фактор при антропогенном загрязнении. Сыктывкар, 1984.-С. 63-70. (Тр.Коми фил. АН СССР, N 67).

3. Загорская Н.Г., Кудяшева А.Г., Материй Л.Д. Действие хронического гамма-обдучепия па бурундуков в условиях вивария // Радиобиология. 1984. — Т. 24.- Вып. 4.- С. 561-563.

4. Кудяшева А.Г. Видовые особенности энергетического обмена у двух видов грызунов // Экология. 1985.- № 6.- С. 72-74.

5. Пикулев А.Т., Кудяшева А.Г., Таскаев А.И. Влияние хронического гамма-облучения на активность дегидрогеназ в тканях полевок-экономок и их потомства, обитающих в условиях повышенной радиоактивности // Радиобиология. 1987. — Т.27,- Вып. 2,- С. 218-223.

6. Кудяшева А.Г. Активность дегидрогеназ в тканях полевок-экономок, обитающих в условиях повышенной естественной радиоактивности И Радиоэкология биогеоценозов с повышенным фоном естест-

венной радиоактивности. Сыктывкар, 1987.- С. 37-45. (Тр. Коми фил. АН СССР, № 81).

7. Кудяшева А.Г. Роль тиолов и дегидрогеназ в радиочувствительности Microtus oeconomus Pall. // Радиочувствительность растений и животных биогеоценозов с повышенным естественным фоном радиации. Сыктывкар, 1988.- С. 33^2 (Тр. Коми НЦ УрО АН СССР, № 97).

8. Кудяшева А.Г., Таскаев А.И., Загорская Н.Г., Шишкина JI.H. Влияпие комплексного радиоактивного загрязнения на параметры систем регуляции метаболизма клетки // Чернобыль-88: Докл. I Всес. на-уч.-техн. совещ. по итогам ликвидации последствий аварии на ЧАЭС.-Чернобыль, 1989.- Т. 3.- Ч. 2,- С. 124-141.

9. Кудяшева А.Г., Шишкипа JI.H., Загорская Н.Г. Видовые особенности в повреждении регуляторпых систем клеток в тканях мышевидных грызупов в условиях радиоактивного загрязнения // Чернобыль-90: "Радиоэкологические аспекты последствий аварии" Докл.П Всесоюз. науч.-техн. совеш., Т. VI, Ч. III.- Чернобыль, 1990.- С. 518-527.

10. Шишкина Л.Н., Материй Л.Д., Кудяшева А.Г., Загорская Н.Г. Структурно-функциональные парушепия в печепи диких грызунов из районов аварии па Чернобыльской АЭС // Черпобыль-90: "Радиоэкологические аспекты последствий аварии" Докл.П Всесоюз. науч.-техн. совещ., Т. VI, Ч. III.- Чернобыль, 1990,- С. 489-504.

11. Шишкина Л.Н., Загорская Н.Г., Кудяшева А.Г. Состав фосфо-лшшдов в селезенке диких грызунов в зависимости от уровня радиоактивного загрязнения // Экологические последствия радиоактивного загрязнения среды. Сыктывкар, 1991.- С. 20-29. (Тр. Коми НЦ УрО РАН, № 120).

12. Шишкина Л.Н., Материй Л.Д., Кудяшева А.Г. и др. Струюгур-но-функшональные нарушения в печени диких грызунов из районов аварии на Чернобыльской АЭС // Радиобиология. 1992.- Т. 32.- Вып. 1.-С. 19-29.

13. Кудяшева А.Г., Шишкина Л.Н., Загорская Н.Г. Динамика изменений антиокислителыюй активности лшшдов печени полевки-экономки в зоне аварии на ЧАЭС II Радиоэкологические исследования в 30-км зоне аварии на ЧАЭС. Сыктывкар, 1993,- С. 27-34. (Тр. Коми НЦ УрО РАН, № 127).

14. Кудяшева А.Г. Активность дегидрогеназ в тканях полевок-экономок, обитающих в райопе ЧАЭС // Радиационные аспекты Черно-

быльской аварии.: Тр. I Всесоюз. конф., Обнинск. СПб.: Гидрометеоиз-дат, 1994.- Т. 2.- С. 183-187.

15. Загорская Н.Г., Кудяшева А.Г., Шишкина JI.H. Влияние радиоактивного загрязнепия на линидный обмен в печени полевок-экономок // Радиоэкологический мониторинг природных экосистем. Сыктывкар, 1993.- С. 45-53. (Тр. Коми НЦ УрО РАН, № 130).

16. Кудяшева А.Г., Шишкина Л.Н., Загорская Н.Г. Видовые особенности в повреждении регуляторных систем клеток печени мышевидных грызунов в условиях слабого радиоактивного загрязнения // Экология. 1994,- № 6.- С. 48-53.

17. Кудяшева А.Г., Шишкина Л.Н., Загорская Н.Г. Функциональное состояние органов грызунов природных популяций в зоне аварии на ЧАЭС //Чернобыль-94: Докл. IV межд. науч.-техн. конф. "Итоги 8 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС". — Чернобыль, 1996.- Т. 2.- С. 312-321.

18. Шишкина Л.Н., Кудяшева А.Г., Загорская Н.Г. Состояние систем клеточной регуляции в тканях диких грызунов из районов аварии на Чернобыльской АЭС // Воздействие радиоактивного загрязнения в зоне аварии на Чернобыльской АЭС (1986-1996).- Сыктывкар, 1996,- Т. 1.-С. 77-100. (Тр. Коми науч. центра УрО Российской АН, № 145).

19. Кудяшева А.Г. Процессы дегидрирования в тканях полевых мышей из 30-километровой зоны Чернобыльской АЭС // Воздействие радиоактивного загрязнения в зоне аварии на Чернобыльской АЭС (1986-1996).- Сыктывкар, 1996.- Т. 1.- С. 101-112. (Тр. Коми науч. центра УрО Российской АН, N2 145).

20. Кудяшева А.Г., Загорская Н.Г., Шевченко О.Г. Биохимические изменения в головном мозге полевок-экономок из 30-километровой зоны Чернобыльской АЭС // Укр. биохим. журн. 1996. — Т. 68.- № 2.-С. 87-93.

21. Кудяшева А.Г., Шишкина Л.Н., Загорская Н.Г., Таскаев А.И. Влияние техногенного загрязнения на регуляторные системы клетки. — Сыктывкар, 1990.- 40 с. (Сер. "Науч. докл."/ АН СССР Урал, отд-ние. Коми науч. центр; Вып. 248).

22. Kudyasheva A.G., Materiy L.D., Shishkina L.N. et al. Mor-phofunctional condition of the liver in wild mice from the Chernobyl NPP accident zone И Comparative assessment of the environmental impact of radionuclides released during three major nuclear accident: Kyshtym, Win-

dascalles, Chernobyl: Abstr. Semminar (Luxembourg, October 1-5, 1990). — Luxembourg, 1990.- P. 68.

23. Kudyasheva A.G., Materiy L.D. Zagorkaya N.G. et al. Wild rodents as bioindicator of radioactive contamination // Bioindicators deteriorated regions: Abstr. VI Intm. Conf.- Ceske-Budejovice (Czech Republic), 1991. — P. 79.

24. Kudyasheva A.G. The processes of dehydration in tissues of wild rodent from die zones with increased level of radioactivity // II Intnl. Conf. P. 1. Moscow, 1994,- P. 128.

25. Кудяшева А.Г., Загорская Н.Г., Шевченко О.Г. и др. Характеристика регуляторпых систем клеток у диких грызунов в условиях техногенного загрязнения // Экологический статус загрязненных радионуклидами территорий: Тез. докл. Междунар. раб. совещ. по Черн. экол. исслед. сети. Минск, 1995.- С. 80.

26. Кудяшева А.Г., Загорская Н.Г. Особенности действия радиоактивного загрязнения на клеточные системы регуляции в тканях грызунов пз зоны аварии на Чернобыльской АЭС // Чернобьшь-96: Тез. докл. V межд. науч.-техн. конф. "Итоги 10 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС". — Зеленый Мыс, 1996.- С. 456.