Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Эффект радиационной стимуляции при действии больших и малых доз ионизирующего облучения на биологические объекты
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика
Автореферат диссертации по теме "Эффект радиационной стимуляции при действии больших и малых доз ионизирующего облучения на биологические объекты"
На правах рукописи
ИВАНОВСКИЙ Юрий Александрович
ЭФФЕКТ РАДИАЦИОННОЙ СТИМУЛЯЦИИ ПРИ ДЕЙСТВИИ БОЛЬШИХ И МАЛЫХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ОБЛУЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ
03.00.02 - биофизика
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук.
Владивосток. 2006 г.
Работа выполнена на кафедре естествознания Артемовского филиала Дальневосточного Государственного Университета
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор
Елена Григорьевна Новоселова;
доктор биологических наук Анатолий Леонидович Дроздов;
доктор биологических наук Владимир Михайлович Чудновский.
Ведущая организация: Институт теоретической и
экспериментальной биофизики РАН,
г. Пущино.
Защита диссертации состоится «22» декабря 2006 года в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 005.007.03 в Институте автоматики процессов управления ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН, ауд. 510.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института автоматики и процессов управления.
Автореферат разослан "Ц" ноября 2006г.
Ученый секретарь
регионального диссертационного совета ДМ 005.007.03
д.м.н. Черняховская М.Ю.
1. Общая характеристика работы
Актуальность работы
В связи с ростом использования атомной энергии в различных областях деятельности человека, развитием ядерной энергетики, и связанные с этим аварии, проблема действия малых доз (МД) ионизирующей радиации (ИР) на здоровье человека и природную среду носит поистине глобальный характер.
В настоящее время существуют две противостоящие друг - другу модели для оценки риска стохастических эффектов ИР в зависимости от дозы облучения.
Из первой модели следует, что риск повреждения генетического аппарата клетки и риск возникновения заболеваний канцерогенной и не канцерогенной природы при облучении МД ИР, наилучшим образом оценивается линейными отношениями без порога. Любая сколь угодно МД повышают вероятность возникновения рака и других заболеваний не канцерогенной природы. В основе этой модели лежит экстраполяция результатов, полученных при больших дозах в область МД (NCRPM, 1987; Prasad et al., 2004).
Вторая модель постулирует, что существует пороговая доза, ниже которой ИР не может вызвать заболеваний канцерогенной и не канцерогенной природы и повреждение генетического аппарата клетки (Bond et al., 1991; Cohen, 2002). Эта модель, прежде всего, опирается на концепцию радиационного гормезиса (РГ).
Понятие радиационный гормезис предполагает, что ионизирующая радиация являясь при больших дозах губительным фактором для живых организмов, в малых дозах может индуцировать положительные биологические процессы и оказывать благоприятное стимулирующее действие на организм (Кузин, 1995; Boothman et al., 1998). Радиационный гормезис проявляется как повышение плодовитости, роста, деления клеток и увеличение продолжительности жизни различных биологических объектов (Кузин, 1995), и доказанного в последнее время антиканцерогенного действия малых доз ионизирующего излучения (Feinendegen et al., 2004).
В связи с этим, в последнее время, ряд исследователей и авторитетных комиссий предлагают пересмотреть нормы радиационной безопасности в сторону повышения границ предельно допустимых лучевых нагрузок, как на персонал, связанный с работой с источниками ионизирующей радиации, так и на население. Обеспечение мероприятий по радиационной защите требует значительных средств, и возможное смягчение норм радиационной безопасности может принести огромную экономическую выгоду. Поэтому проблема радиационный гормезис актуальна не только в познавательном плане, но и как проблема, затрагивающая охрану здоровья людей.
Существует несколько моделей пытающихся объяснить эффект РГ. Модели первого типа (Виленчик, 1987; РоПусоуе, Feinendegen, 2001) пытаются объяснить РГ активацией адаптивных клеточных реакций, которые ликвидирует не только радиационные повреждения, но и эндогенные повреждения ДНК. Модели второго типа (Кузин,1995; Эйду с, 2001) постулируют, что мишенью при РГ является мембрана клетки.
Модели первого типа не объясняют по-нашему мнению, главное: почему при подавляющим превалировании эндогенных повреждений ДНК над радиационными повреждениями, именно последние ответственны за активацию адаптивных клеточных реакций?
Аналогично, модели второго типа указывая на цепочку событий, приводящих к РГ, не объясняют каким образом единственный акт ионизации в биомембране может приводить к ряду регистрируемых изменений в клетке, при том, что индуцированные ИР радикальные реакции по конечным продуктам не отличаются от продуктов эндогенных радикальных реакций.
В тех случаях, когда облучению подвергались радиорезистентные организмы, эффект радиостимуляции наблюдался и при достаточно больших дозах. За исключением работ по предпосевному облучению семян сельскохозяйственных растений (Березина, Каушанский, 1975), исследования по эффекту радиостимуляции при больших дозах крайне фрагментарны и малочисленны. В тоже время, невозможно построение адекватной модели РГ без
ответа на вопрос: попадают ли под понятие РГ эффекты радиостимуляции при больших дозах? Другими словами, имеем мы дело с различными радиобиологическими эффектами — РГ при МД и эффектом радиостимуляции при больших дозах или это один эффект?
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы является исследование закономерностей эффекта радиационной стимуляции биообъектов при больших дозах ИР, и ответ на вопрос о различии механизмов эффекта радиационной стимуляции при больших и малых дозах.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи.
1. Исследовать закономерности эффекта радиационной стимуляции при больших дозах ИР у животных и растений различных таксономических групп - ракообразных Artemia Salina, моллюсков Mizuhopecten yessoensi, красных водорослях Gracilaria verrucosa;
2. Изучить закономерности эффекта радиационной стимуляции при больших дозах ИР на различных стадиях онто - и гаметогенеза, при которых наблюдаются (приморский гребешок М. yessoensis) или отсутствуют процессы пролиферации (цисты A., salina).
3. Исследовать процессы лучевого поражения при интервалах доз, в которых регистрируются эффекты радиационной стимуляции у исследуемых радиорезистентных биологических объектов.
4. Исследовать у животных различных таксономических групп, действие сверхмалых доз ИР на двигательную активность ресничек мерцательного эпителия (МЭ), которая зависит от мембранной разности электрохимических потенциалов.
5. Исследовать действие радиомиметиков, из группы алкилирующих соединений на животных (А._ salina).
6. Разработать адекватные модели механизма эффекта радиационной стимуляции при больших и малых дозах облучения.
Научная новизна
1. Впервые показано стимулирующее действие у- облучения при больших дозах на различные биологические процессы на одном виде животного (Artemia Salina, Mizuhopecten yessoensis).
2. Впервые показано, что алкилирующие соединения при определенных концентрациях оказывают стимулирующее действие на биологические процессы у животных (Artemia, salina).
3. Впервые показано, что большие дозы у- радиации при действии их на радиорезистентные организмы могут активировать процессы пролиферации (М yessoensis, G. verrucosa) и дифференцировки клеток (М. yessoensis).
4. Показано, что радиационная стимуляция при больших дозах сопровождается процессами лучевого поражения у животных и растений различных таксономических групп.
5. Доказано, что радиостимуляции при больших дозах может объясняться различными процессами клеточного поражения: клеточной гибели, ин-гибирование клеточного деления, репрессия генов, разрывы в ДНК.
6. Впервые показано, что сверхмалые дозы ИР влияют на двигательную активность ресничек МЭ животных различных таксономических групп.
7. Разработаны модели механизма радиационной стимуляции при больших и малых дозах облучения биологических объектов.
Практическое значение
Стимулирующий эффект ИР неоднократно пытались применять для повышения продуктивности с. — х. объектов (Березина, Каушанский, 1975; Кузин, 1977). Проведенные нами исследования позволяют предложить применение эффекта радиостимуляции для повышения продуктивности объектов марикультуры. Так, при культивировании приморского гребешка, нами рекомендованы следующие дозы у- облучения: для спата - 7,5 Гр, для одно- и двухлетних - 15 Гр (Ивановский и др.,1985). Учитывая увеличение выживаемости животных и прирост биомассы их мускула вследствие стимулирующего эффекта у облучения, выход конечного продукта возрастает в 1,6 - 1,8
раз (Ивановский и др.,1985). При культивировании грацилярии, нами рекомендована доза у- облучения 50 Гр (Ивановский и др.,1987). Выход конечного продукта, в этом случае увеличивается в 1,7 - 2,2 раза. Описанный нами эффект сверхчувствительности двигательной активности ресничек МЭ на ИР, может найти применение как тест-система (биологический дозиметр) на воздействие ИР. Практически всегда, воздействие поллютантов на окружающую среду комплексное. Стратегия оценки экологического вреда должна базироваться на биологических тест - системах, одним из требований к которым -их высокая радиочувствительность. Данный подход был нами реализован при оценке возможного вреда, наносимого экосистемам, при планировании строительства комплекса по перегрузке хлористого калия (повышенная радиоактивность) в порту Восточный (Карпенко, Ивановский и др., 1995).
Обоснованность и достоверность результатов подтверждается использованием методов статистической обработки результатов: метода <р, метода парных сравнений, Стьюдента, Фишера и регрессионного анализа.
Апробация результатов исследования
Материалы диссертации были изложены автором на: Всесоюзном совещании по морской аквакультуре (Керчь, 1976), Всесоюзном совещании генетические аспекты проблемы « Человек и биосфера» (Свердловск, 1978), 4 -й Всесоюзной конференции по морским беспозвоночным (Севастополь, 1986), Всесоюзной конференции «Люминесцентные методы исследования в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности» (1985), 5 -й Всесоюзной конференции «Биология клетки» (Тбилиси, 1987), 3 -й Всесоюзной конференции по морской биологии (Севастополь, 1988), Всесоюзной конференции « Синергизм действия ионизирующей радиации и других физических и химических факторов на биологические системы» (Пущино, 1988), Всесоюзной конференции « Научно - технические проблемы марикультуры в стране» (Владивосток, 1989), I Всесоюзном радиобиологическом съезде (Москва, 1989), 1 -м Всесоюзном симпозиуме "Молекулярно-клеточные механизмы хронического (внешнего и внутреннего) действия ионизирующих из-
лучений на биологические системы" (Пущино, 1990), Всероссийской конференции « Прикладные аспекты радиобиологии» (Пущино, 1994), 3 -м Международном симпозиуме "Механизмы действия ионизирующих сверхмалых доз" (Москва, 2002).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 37 работ в отечественной и зарубежной печати (22 в рецензируемых изданиях).
Личный вклад автора
Личный вклад автора состоит в том, что им осуществлена постановка задачи всех экспериментальных исследований и самостоятельно получены все теоретические результаты. Автор принимал личное участие во всех экспериментах и ему принадлежит интерпретация всех основных экспериментальных и теоретических результатов, представленных в диссертации. Автором выдвинута основная гипотеза и разработана модель механизма биологического действия радиационной стимуляции при больших и малых дозах.
Под руководством автора успешно защищена кандидатская диссертация В. Н. Кулепанова «Особенности стимулирующего действия у- радиации на объекты марикультуры» по специальности радиобиология в МГУ в 1991 г.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, 7 - и глав, выводов и списка литературы. В первой главе излагается современное состояние проблемы. Во второй главе описываются материалы и методы исследования. В третьей главе описываются особенности стимулирующего эффекта ИР рака Artemia salina. В четвертой главе особенности стимулирующего эффекта ИР у двустворчатого моллюска Mizuhopecten yessoertsis. В пятой главе особенности стимулирующего эффекта ИР у красной водоросли Gracilaria verrucosa. В шестой главе описывается влияние сверхмалых доз ИР облучения на двигательную активность ресничек МЭ различных животных. В седьмой главе рассматриваются модели радиационной стимуляции при больших и МД. Объём тома
составляет 233 страницы, 12 таблиц и 57 рисунков. Список литературы насчитывает 286 наименований, в том числе 172 на иностранных языках
Содержание работы Глава 1. Материал и методы.
Облучение всех объектов, за исключением экспериментов с мерцательным эпителием, проводили на установке РХ-у-30 у-лучами 60Со.
В экспериментах с жаброногим раком A. salina цисты этого рачка отбирали в стеклянные бюксы по 1000 штук в каждый, заливали 20 мл солевого раствора и спустя 5 ч облучали. Водные растворы супермутагенов алкили-рующих соединений N - нитрозометилмочевины (НММ) и 1 - 4 - бис - диазо-ацетилбутана (ДАБ) вводили в среду с яйцами при аналогичных условиях. Для экспериментов по продолжительности жизни (ПЖ) выклюнувшихся из яиц науплиев отбирали в партии по 50 штук. Температуру поддерживали постоянной (27 ± 0,5 °С).
В экспериментах по введению меченных предшественников синтезов ДНК и РНК, науплиев A. salina (раса оз. Сасык), выклюнувшихся из облученных или обработанных мутагенами яиц, отбирали в партии по 15 шт. в стеклянные бюксы, содержащие 10 мл морской воды, вводили раствор 11II-тимидина или 3//-уридина (активность 2,74 МБк) и выдерживали в течение суток. Нуклеиновые кислоты выделяли по методу Шнейдера. Интенсивность метки определяли на сцинтилляционном счетчике SZ.-300 (Великобритания). Повторность экспериментов 3-5-кратная.
Исследования на двустворчатом моллюске М. yessoensis проводились на четырех возрастных группах: спат (осевшие личинки), однолетние (неполовозрелых), двухлетние (впервые созревающие) и трехлетние (уже участвовавшие в нересте). Гребешков собирали с коллекторов искусственных плантациях в б. Алексеева (о. Попова Японское море). Полевые эксперименты проводили там же. Число особей в одной повторности составляло 15-30 шт.
При проведении гистологических исследований, гонады гребешка фиксировали нейтральным формалином и спиртуксусной кислотой (3:1). Синте-
зы ДНК и РНК в гонадах моллюсков исследовали радиоавтографическим методом. '//-тимидин и3Я-уридин вводили в мускул - замыкатель у основания гонады из расчета 370 кБк на 1 г сырой массы мягких тканей. Материал фиксировали через 4 ч, 4 и 14 суток после введения метки. Средние значения получали подсчетом клеток на ацинус из 10 полей зрения, и рассчитывали для ДНК - индекс меченых ядер (ИМЯ), для РНК индекс меченых клеток (ИМК) и плотность метки (ПМ).
Влияние у - облучения на красную водоросль Gracilaria verucosa (Huds.) Papenfus изучалось на водорослях, собранных в кутовой части Амурского залива (Японское море). Лабораторные опыты проводили в аквастате, с циркуляцией морской воды по замкнутой системе с биофильтрами, при восьмичасовом освещении люминесцентными лампами (освещенность14-103 лк), и круглосуточным барботажем воздухом. Число водорослей в одной по-вторности составляло 9-15 фрагментов.
В зависимости от задачи экспериментов, водоросли культивировали как в чистой морской воде, так и с добавлением минеральных солей. Концентрации биогенов были 7-10 "5М N2 и2*10"6М/>. Гетероауксин (ГАУ) вводился из расчета б мг/л.
Изучение влияния гамма-излучения на рост фрагментов грацилярии, при постлучевом культивировании их на морских плантациях в устье реки Раздольной, проводили с использованием биотехнологии, разработанной для выращивания этой водоросли (Романюк, Рыгалов, 1988).
Определение различий в характере аллозимной изменчивости между родительской и мутантной формами грацилярии проводили путем электро-форетического фракционирования в горизонтальном блоке 15%-го крахмального геля (трис - малеатная буферная система с рН 7,4). Уровень и характер аллозимной изменчивости оценивали в 12 локусах.
Эксперименты с мерцательным эпителием животных проводили на аппаратуре собранной на основе установки УАМ-1- 02 (СКВ БП, Пущино - на Оке) с модифицированной экспериментальной камерой и системой жизне-
обеспечения. Для регистрации двигательной активности ресничек мерцательного эпителия использовали телевизионный микроскоп, на экране которого на фоне изображения исследуемого объекта высвечивались две строки кадра в виде рамки. Торец световода подводили к выбранному участку и записывали частоту изменения его яркости. Эта частота определялась частотой колебания ресничек (реснички).
Источник у- облучения (137Cs) радиоактивностью 10 МБк был направлен на экспериментальную камеру с биологическим объектом. Мощность дозы регулировалось расстоянием от у- источника до камеры.
Мидии. Животных отбирали из популяции мидий (Mytilus trossulus), обитающих в заливе Восток (Японское море). Опыты проводили на ресничках латеральных клеток филламентов, вычлененных из жабр моллюсков.
Лягушки. Опыты проводили на самцах озерной лягушки (Rana terresti-kis) массой 35 - 50 г. Обонятельный эпителий иссекали из нижней части носовой полости. В экспериментах были использованы 16 препаратов от 8 животных. Эксперименты с лягушками, проводили в растворе Рингера для холоднокровных животных.
Крысы. Опыты проводили на самцах беспородных белых крыс (Rattus norvegicus) массой 150 - 180 г. Из района трахеи, иссекали препараты и переносили их в сбалансированную среду МЭМ с солями Хэнкса («Flow Lab», UK), стабилизированную 10 мМ HEPES (рН 7,4). Эксперименты проводили при температуре 22 - 23°С. В экспериментах были использованы 24 препарата от 8 животных.
Глава 2. Действие гамма радиации на жаброногого рака A. salina)
В первой серии экспериментов изучалось действие у - радиации на вы-клев науплиев при облучении яиц A. salina замоченных в морской воде с различной соленостью, что определяло количество выклевывающихся из яиц науплиев, скорость протекания биосинтетических процессов в которых зависит от концентрации NaCl (Cout, et. al., 1973). Максимальное количество на-
уплиев регистрировалось при солености среды 55- 60 %о, минимальное - при солености 100 %о.
Стимулирующий эффект у - облучения наблюдался в диапазоне 20 — 40 Гр и был более выраженным на фоне низких значений выклева науплиев А. salina в контроле. Так, при солености 56 %о с максимальным выклевом в контроле, стимулирующий эффект был недостоверен, а при солености 96 %о с минимальным выклевом в контроле действие радиации повышало процент появившихся из яиц науплиев в 5 раз.
Исследования по ПЖ Л. salina, у -облученных на стадии эмбриональной диапаузы были проведены на рачках двух рас - оз. Сасык - Сиваш с тет-раплоидным набором хромосом (п = 84) и оз. Онтарио с диплоидным набором хромосом (и = 42) (Митрофанов, Ивановский и др.,1982).
Зависимость выживаемости интактных особей A. salina (раса оз. Сасык) от возраста представляет в полулогарифмическом масштабе прямую линию (рис. 1), при этом средняя продолжительности жизни (СПЖ) животных составляет 37,1 суток.
Тетраплоидная раса A. salina оказалась более радиорезистентной чем диплоидная. СПЖ A. salina (раса оз. Сасык), облученных при дозе 100 Гр, снижалась до 50% от контроля, расы оз. Онтарио - 11,1%. Стимуляция СПЖ рачков наблюдалось у обеих рас A. salina, в одном и том же диапазоне доз. При дозах 5 и 40 Гр, СПЖ не отличалась от контроля, при дозах 60 и 100 Гр и выше СПЖ достоверно снижалась, дозы 10 и 20 Гр достоверно на 17,5% (раса оз. Онтарио), (Р< 0,001) и 31,2% (раса оз. Сасык), увеличивали СПЖ А. salina, в основном, за счет снижения смертности на ранних возрастах развития A. salina (рис.1).
Снижение коэффициента смертности в зрелом возрасте наблюдалось у животных, выклюнувшихся из яиц, облученных в дозе 40 Гр, в то же время смертность при этой дозе практически совпадала с уровнем смертности в контроле на первых двух участках. При этой дозе наблюдалось достоверное
увеличение в 3,1 раза (р < 0,01) над контролем процента животных, проживших свыше 150 суток.
Рис. 1. Продолжительность жизни A.salina (раса оз. Сасык), выклюнувшихся из яиц, облученных в различных дозах : 1 - контроль, 2- 20, 3 - 100, 4-150 Гр. По оси абсцисс — время (сутки); по оси ординат - логарифм выживаемости.
В начальный период жизни рост A.salina подчиняется логистической зависимости, которая с наступлением стадии половой зрелости переходит в линейную зависимость от возраста. Логистический участок кривой роста совпадает с высокой пролиферативной активностью в тканях A.salina, тогда как период жизни, совпадающий с линейным участком, характеризуется экстремально низким митотическим индексом и полным отсутствием клеточной дифференцировки (Iwasaki ,1990).
Влияние у- радиации на рост науплиев A.salina, выклюнувшихся из облученных цист, проявляется на логистической фазе роста животных. При этом дозы 100 и 150 Гр достоверно угнетали рост на первых этапах развития A.salina (раса оз. Сасык). При дозе 10 Гр наблюдалось достоверное стимулирование роста животных на 3-7 сутки развития рачков, исчезающее в возрас-
<и>
100
т-1-----Ь
50 100 150 200
те 14 суток. Облучение цист в дозах 20 - 40 Гр не влияло на последующий рост выклюнувшихся из них рачков.
С целью выяснения, наличия остаточных радиационных повреждений у рачков, выклюнувшихся из облученных яиц, науплии были подвергнуты дополнительным физиологическим нагрузкам.
Науплиев расы оз. Онтарио, выклюнувшихся и проживших 1 сутки при солености 31,5 %о, переносили в соленость 69 %о, в которой они содержались в течение 30 суток. В результате, их гибель в контроле и при дозах 5 -10 Гр не увеличивалась, и при дозе 10 Гр стимулирующий эффект сохранялся. При дозе 20 Гр, изменение солености приводило к снятию стимулирующего эффекта , а при дозах 40 и 60 Гр смертность достоверно увеличивалась.
Результатом повышения температуры среды, в течение 1 ч от 27 до Зб°С, была гибель половозрелых A. salina в течение суток. Рачки, выклюнувшиеся из яиц, облученных в дозе 5 и 10 Гр, показали большую терморезистентность, чем контрольные животные(соответственно 38,9 % и 63 % от гибели в контроле). При дозе 20 Гр, стимулирующей, как и доза 10 Гр, выживаемость A. salina, при повышении температуры гибель рачков была несколько выше, чем в контроле.
Следовательно, при дополнительной физиологической нагрузке, вызванной изменением солености или температуры, выявляются скрытые радиационные повреждения, не влияющие на выживаемость A. salina при обычных условиях. Это справедливо и для стимулирующей в обычных условиях выживаемость Л. salina дозы 20 Гр.
Изучение влияния у- радиации на ПЖ и плодовитость A. salina при облучении их на стадии зрелости изучалось на животных разных возрастов. При облучении A. salina дозой 1 кГр ПЖ составила 5,4 ± 0,8 дня, облучение рачков в возрасте 30 дней в интервале доз 5-15 Гр не влияло на СПЖ А. salina. Облучение рачков дозой 5 Гр по достижении ими возраста 45 дней приводит к достоверной стимуляции на 23,2 % (р <0,05) средней оставшейся ПЖ. Облучение A. salina достигших возраста 60 суток, ведет к увеличению
эффекта стимуляции до 32,3 % при дозе 5 Гр и появлению стимулирующего эффекта на (70,7 % над контролем) при дозе 10 Гр. Таким образом, эффект радиостимуляции ПЖ возрастал с увеличением возраста животного, при достоверным подавлением фертильности при всех использованных дозах.
Наряду су- облучением были проведены эксперименты по определению влияния супермутагенов НММ и ДАВ на ПЖЛ. salina при введении их в среду с замоченными яйцами жаброногого рака (рис.2).
Рис. 2. Продолжительность жизни A. salina (раса оз. Сасык), выклюнувшихся из яиц, замоченных в растворах НММ: 1 - контроль, 2- концентрация НММ 10"3 мг/мл, 3 - 10"1 мг/мл. По оси абсцисс - время (сутки); по оси ординат — логарифм выживаемости.
Введение в среду с замоченными яйцами A. salina НММ в дозах 10'1, 10"2 мг/мл приводило к достоверному (р < 0,001) сокращению ПЖ выклюнувшихся из них животных. Доза 10*3 мг/мл НММ. достоверно (р<0,001) увеличивала ПЖ vi. salina (рис. 2), как и ДАВ в дозе 10"4 мг/мл. Дозы ДАБ 5-10'3, 5-Ю"4 мг/мл не влияли на СПЖ A. salina, а при дозе 5-10"3мг/мл отмечено увеличение (р<0,001) процента животных, проживших свыше 150 суток (рис.2).
Достоверное возрастание СПЖ A. salina наблюдалось и после воздей-
100
ч-1-—т—5-1—
50 100 150 200
ствия в течение 18 часов на рачков в возрасте 45 дней, ДАБ в концентрации 0,2 мг/мл. СПЖ животных в опыте на 44% превысила контроль. Стимуляция ПЖ не сопровождалась стимуляцией плодовитости.
Действие мутагенов на рост жабронога характеризуется отсутствием при всех испытанных дозах угнетения роста A. salina (раса оз. Сасык).
Исследования по включению меченых предшественников синтеза ДНК и РНК в науплии A. salina различных возрастов показали, что динамика включения 3//-тимидина в рачков облученных на стадии диапаузы в дозах, стимулирующих ПЖ A. salina (10 - 20 Гр), и в дозе, снижающей ее (100 Гр), носила волнообразный характер. Подавление синтеза ДНК на 4-е сутки жизни при дозах, стимулирующих ПЖ, было невелико по сравнению с увеличением этого показателя на 3-й и 7-е сутки. Та же динамика синтеза ДНК наблюдалась в науплиях A. salina, выклюнувшихся из яиц, замоченных в растворе ДАБ концентрации 10"4 мг/мл (стимулирующей выживаемость) и 5-10"3 (не влияющей на выживаемость).
Включение 3Н-уридина в науплии в возрасте 3-4 суток при облучении в дозах 10 и 20 Гр было выше, а облучение в дозе 100 Гр ниже в сравнении с контролем. Включение 3Н - уридина в науплии 5- и 7-суточных возрастов достоверно не отличалось от контроля. Включение 3Я-уридина науплии, выклюнувшиеся из яиц, при воздействии ДАБ в концентрации 10"4 мг/мл, соответствовало, наблюдаемому при облучении в стимулирующих дозах.
Итак, при гамма - облучении A. salina наблюдалось: увеличение выкле-ва рачков из цист в диапазоне доз 0,1 - 1кГр, увеличение ПЖ и выживаемости на ранних стадиях онтогенеза при 10 — 20 Гр, усиление ростовых процессов при дозе 10 Гр, и терморезистентности при 5-10 Гр, т.е в разных диапазонах доз. Стимуляция жизненных процессов под действием ИР, происходила на фоне процессов радиационного поражения. Обработка яиц A. salina ра-диомиметиками приводила к стимуляции ПЖ. Активация синтеза РНК наблюдалась как при стимулирующем действии у - радиации, так и при стимулирующем действии радиомиметиков.
Глава 3. Действие гамма радиации на моллюсков (Приморский гребешок М'аиИоре^еп уеззоепхгх)
После облучении гребешка в дозах до 15 Гр гибели животных не наблюдалось. При облучении в дозе 50 Гр отход животных (возраст 1+) спустя два месяца после облучения составил 15%, а за 13 месяцев - 60%. (в контроле - 21 % ). Темп роста у облученных при этой дозе животных был заметно снижен во всех возрастных группах.
Выживаемость спата спустя 1 год после облучения в дозах 2,5-15 Гр (86%) достоверно превышала (р <0,05) контроль (76%), а в диапазоне доз 4 -7,5 Гр зарегистрировано ускорение роста, в основном, в первые месяцы после облучения. Облучение в диапазоне доз 5,25 — 15 Гр животных 1+ и 2+ приводило к увеличению массы мягких тканей, мускула (рис.3), гонад и веса раковины по сравнению с контролем.
Рис.3. Масса мягких тканей приморских гребешков. По оси абсцисс — доза облучения, Гр; по оси ординат - масса ткани, г. 1 - облучение на стадии спата; 2 - облучение в 1+; 3 — облучение в 2+.
Облучение моллюсков в возрасте одного года давало возможность выявить действие радиации на популяцию гениальных клеток, а облучение животных в возрасте 2-х и 3-х лет - возможность проследить действие радиации
-к >т-1-Гр
8 20 40
О 2
на половые клетки последующих стадий.
Оогонин. Различия в состоянии гонад контрольных в возрасте 2+ и 3+ животных и животных облученных при дозе 50 Гр выявлялись уже на 2-е сутки эксперимента. В контроле, хроматин распределялся в ядре в виде мелкой зернистости или темного ободка под ядерной мембраной, в облученных же клетках он выявлялся в виде темных грубых гранул преимущественно под ядерной оболочкой. На четвертые сутки, после облучения моллюсков в возрасте 2+ при дозах 7,5 и 15 Гр, наблюдалось возрастание числа оогоний. В контроле, оогонии располагались вдоль стенок ацинусов в одни ряд, или образовывали небольшие гнезда. У облученных животных оогонии формировали сплошной пласт, при этом многие из них были в профазе или в фазе митоза, что не наблюдалось в норме. Через месяц после облучения в гонадах самок 2+ и 3+ регистрировались только единичные оогонии.
Рис. 4. Изменение числа половых клеток в ацинусе после облучения. По оси абсцисс - время, сутки; по оси ординат - число клеток на аци-нус, шт. 1 - контроль, 2 - 7,5 Гр, 3-15 Гр, 4- 50 Гр.
Возрастание числа оогоний в начальный период после облучения подтвердилось и в экспериментах с неполовозрелыми животными в возрасте 1+.
После облучения в дозе 50 Гр увеличение клеточности наблюдали уже на 2-й час после воздействия (рис. 4).
Волнообразный характер изменения числа клеток в гонадах облученных однолетних гребешков, свидетельствует о том, что часть гониев сохранила способность к делению. Степень опустошенности гонад, зависела от дозы облучения (рис.4).
Ооциты I и II. В ооцитах I изменения в морфологии проявились через 2 сутки и только после облучения двухлетних моллюсков в дозе 15 Гр. В норме в ядрах таких ооцитов (в зависимости от стадии мейоза) хромосомы выглядели тонкими или толстыми нитями. В ядрах клеток облученных животных они наблюдались в виде толстых, коротких нитей, соединенных с ядерной мембраной, или в виде округлых плотных гранул. Число ооцитов в профазе мейоза, в гонадах облученных моллюсков, было необычайно высоким - 25 ± 2 в поле зрения, что указывает на то, что у- облучение стимулирует переход половых клеток в следующую фазу дифференцировки. Так, лишь у 3,9 % неполовозрелых интактных животных в гонадах содержались ооциты I и II. После облучения в дозе 7,5 Гр ооциты на I и II определяли у 33 % гребешков, зафиксированных в первые 7 суток. Позднее в гонадах облученных гребешков регистрировали лишь гениальные клетки.
Ооциты III и IV. В постнерестовых гонадах половозрелых моллюсков, эти клетки не встречаются. В гонадах облученных животных на 2- е сутки ( 7,5 и 15 Гр) тем не менее присутствовали ооциты III и IV. При дозе 7,5 Гр, в них видимых изменений не обнаружено. При дозе 15 Гр происходили вакуолизация и коагуляция цитоплазмы, в ядрах коагуляция кариоплазмы, которая в виде отдельных тяжей соединяла ядрышко с ядерной мембраной. В ряде случаев наблюдали резорбцию ооцитов. На 4-е сутки после облучения ооциты стадии III и IV отсутствовали.
Сперматогонии. У самцов через сутки после облучения дозой 15 Гр, и через 4 суток после облучения дозой 7,5 Гр в молодых трубочках гонад, зона, занимаемая сперматогониями, увеличилась в среднем в два раза по сравнению
с контролем. Сперматогонии, облученных моллюсков отличались от необлу-ченных конденсацией хроматина под ядерной мембраной. Среди облученных сперматогоний, в отличие от контроля, обнаруживались клетки в состоянии метафазы и профазы, в том числе и аномальные метафазные пластинки. На 11-е сутки, после облучения, количество делящихся гониев уменьшалось, в цитоплазме появлялись вакуоли и мицеллярные структуры. Через 32 суток после облучения сперматогонии не обнаруживались.
Сперматоциты. В норме, сперматоциты в постнерестовых гонадах встречаются лишь в единичных количествах. После облучения в дозах 7,5 и 15 Гр, на
4 -е сутки, сперматоциты встречались в количестве 5 -6 шт. на ацинус, при этом в них отчетливо проявлялись деструктивные процессы. Сперматнды и спермин. В сперматидах и спермиях, которые, в отличие от контроля, встречались в гонадах облученных моллюсков, деструктивные изменения выявлялись на 4-е сутки после облучения. Форма ядра из треугольного становилась палочковидной или овальной. Через 32 суток в гонадах присутствовали лишь единичные зрелые гаметы.
Характер кривых, отражающих синтез ДНК в половых клетках облученных гонад облученных животных был схожим с графиками иллюстрирующими клеточность гонад (Рис. 4).
В первые 7 суток после облучения в дозе 7,5 Гр достоверно возрастала клеточность гонад, увеличивалось число ооцитов на первых стадиях мейоза, наблюдались митозы гениальных клеток и, уровень ИМЯ при этой дозе на I -
5 сутки возрастал. Это говорит о том, что у- облучение выводило из состоянья покоя гениальные клетки, с последующим вступлением в митоз или переходом на следующую стадию дифференцировки. Однако, результаты введения 3Н-урацила в гонады гребешка показали, что эти клетки были неполноценны. Об этом свидетельствовало снижение синтеза РНК в облученных гонадах на 4-е и 14-е сутки после облучения (рис.5). Отметим, что если индекс меченых клеток (ИМК) в гонадах гребешка восстанавливался до нормы на 14-е сутки при облучении их дозами 7,5 Гр и 15 Гр, то плотность метки, а
следовательно и интенсивность синтеза РНК не восстанавливались и на 14 сутки после облучения дозой 50 Гр (рис.5).
В первые 4 часа после облучения в дозах 15 и 50 Гр в гонадах меченных 3Я-уридином наблюдалось увеличение синтеза ИМК в четыре раза (рис. 5), а ПМ оставалась на уровне нормы (рис. 5). Активация синтеза РНК в ранее неактивных клетках, по-видимому, была связана с выведением этих гениальных клеток из состояния покоя, что подтверждается увеличением кле-точности гонад в первые 4 часа после облучения при этих дозах (рис.4), имк 6560-
1234 1234
1234
Рис 5. Синтез РНК в половых клетках гребешка в контроле (1) через 4 ч (а), 4 (б) и 14 сутки (в) и после облучения в дозах 7,5 (2), 15 (3), 50 Гр (4). По оси ординат слева - ИМК, справа - ПМ.
Характер кинетики ИМЯ в поздней фазе эксперимента отражал два процесса идущих в облученных гонадах: (1) активная пролиферация половых клеток, (2) - гибель этих клеток. Динамика клеточной гибели и морфология пораженных клеток свидетельствует об апоптозе.
Отдаленное действие ИР на репродуктивную систему приморского гребешка наблюдали через год после облучения животных дозами 7,5 -15 Гр.
Каких-либо отличий от нормы в гонадах моллюсков, получивших дозы 7,5 Гр не отмечено. Таким образом, несмотря на постлучевую гибель гениальных клеток, при дозе 7,5 Гр, оставшаяся клеточной популяции было достаточно для восстановления функций половой железы. В противоположность этому, все моллюски облученные при дозе 15 Гр, как показали гистологические исследования, были стерильны.
Итак, установлено, что при действии у- облучения в дозах 2,5-15 Гр наблюдается стимуляция выживаемости приморского гребешка, а в диапазоне доз 4 - 7,5 Гр зарегистрировано ускорение у него ростовых процессов, в основном, в первые месяцы после облучения. При этом стимуляция выживаемости наблюдалась на фоне деструктивных процессов в гонадах гребешка. Характер воздействия ИР на половые клетки дозами 7,5 и 15 Гр был примерно одинаков, но при 15 Гр деструктивные процессы в гонаде проявлялись быстрее и ярче, чем при дозе 7,5 Гр. Ответная реакция состояла из двух этапов: I) всплесков пролиферативной активности камбиальных элементов, и 2) деструкции половых клеток, приводящей к стерилизации животных. Такая картина характерна для клеточного апоптоза. Первая реакция на у - облучение была связана с выходом оогоний и сперматогоний из фазы покоя, в связи, с чем появилось множество митотических пластинок и клеток в ранней профазе мейоза. Увеличение количества ооцитов-1 означает, что определенная часть гамет находилась премейотической интерфазе, и после облучения они вступили на путь дифференцировки. Очевидно, это отражает особенности апоптоза в гонадах приморского гребешка.
Глава 4. Действие гамма радиации на красную водоросль грацилярию
При изучении действия у- радиации на грацилярию нами был обнаружен рост биомассы и линейных размеров этой водоросли непосредственно во время проведения облучения. Эффект возрастал с увеличением дозы, но при этом отмечались эффекты нарастания радиационного поражения водоросли. Наиболее высокий прирост биомассы (18,8±5,2 %/ сут) был получены в стадии активного роста водоросли. В каждой стадии жизненного цикла выра-
женность эффекта коррелировала со скоростью роста водоросли до облучения. При облучении ювенильных водорослей эффект наблюдали у 100% образцов. У 22+5% отспороносивших, и следовательно не растущих водорослей, описываемый эффект либо отсутствовал, либо наблюдалось падение значения биомассы после облучения.
Рост грацилярии "под лучом" сопровождался увеличением митотиче-ского индекса в 3 раза по сравнению с контролем, т.е. описываемый эффект связан со стимуляцией облучением клеточной пролиферации. При этом, у -радиация усиливала пролиферативную активность лишь компетентных к делению клеток. С этих позиций объяснятся прямая связь между скоростью роста грацилярии до облучения и ее ростом «под лучом». Эффект аномального роста отмечен как в сублетальных, так и в летальных дозах.
Особенности жизненного цикла водорослей и скорость их роста связано с условиями их культивирования. В условиях культивирования водорослей при температуре 20°С и без минерального питания, в контрольные водоросли замедляли рост и начинали образовывать споры. В облученных водорослях рост продолжался, и в результате биомасса облученных растений превышала контроль при всех исследованных дозах (рис.6). При культивировании водорослей, без минерального питания и 1° = 10°С, грацилярия не достигала стадии спорообразования, ее рост в контроле не прекращается, и эффект радиостимуляции при дозах до 50 Гр не наблюдался, а при больших дозах скорость роста была снижена.
Наступление стадии спороношения у грацилярии можно отсрочить также путем увеличения плотности ее посадки. При увеличении плотности посадки грацилярии в 10 раз (6 г/л) и температуре культивирования 20 °С, облученные водоросли начинали разрушаться раньше, чем контроль. Интенсивность процесса деструкции была связана с поглощенной дозой (при нормальной плотности посадки эти дозы были стимулирующими).
%
Рис.6. Рост биомассы грацилярии (в % к начальной биомассе). Температура культивирования С =20 "С. По оси абсцисс - время, сутки; по оси ординат - прирост, %. Контроль -1, 20Гр - 2, ЮОГр - 3, 500Гр - 4.
Максимальные скорости роста грацилярии наблюдались, в экспериментах с минеральным питанием, при температуре 20°С. В этом случае, скорость роста интактных ювенильных водорослей достигала 3% в сутки, и, спустя месяц на слоевищах появлялись тетроспорангии. Водоросли, облученные в дозе 250 Гр на ювенильной стадии, в этом эксперименте, имели скорость роста -1,8 % в сутки, но переход на стационарную фазу роста наступала у них в тот же срок, что и у контрольных, но в контроле водоросли прекращали рост, а рост облученных лишь замедлялся. Эксперимент, поставленный в тех же условиях, с грацилярией, находящейся в стадии перехода от вегетативного роста к спорообразованию, показал, что облучение при дозе 250 Гр пролонгировало вегетативный рост водорослей, в результате чего биомасса облученных водорослей увеличивалась по сравнению с контролем в 2,5 раза.
Следствием пролонгации вегетативного роста было сохранение биомассы облученных водорослей, так как разрушение таллома у них начиналось намного позднее, чем у контрольных растений, т. е. подавлялся переход в следующую онтогенетическую фазу - фазу разрушения.
При постановке экспериментов, с водорослями, находящимися на стадии перехода от активного роста к размножению, облучение в дозах 50 - 250 Гр приводило к достоверной стимуляции роста водоросли на 30-40% выше контроля. Обработка водорослей фитогормонами на третьи сутки после облучения приводила к синергическому эффекту - скорость роста возрастала на 90-100% по отношению к контролю (рис. 7).
%
6004
А*
300-
100
Т" сутки
20
40
60
Рис.7. Совместное действие у - радиации и ГАУ на рост фрагментов грацилярии. 1 - контроль, 2 - ГАУ, 3 - ЮОГр, 4- 100 Гр + ГАУ.
Введение фитогормонов в культуральную среду с необлученными водорослями не вызывало эффекта сохранения биомассы грацилярии, как при действии у - радиации. Тем более интересно, что при совместном действии ГАУ и радиации наблюдался синергический эффект. Так, обработка ГАУ спустя трое суток после облучения дозой 250 Гр приводила к 100% сохранности биомассы водорослей в течение 1,5 месяцев после распада контрольных партий, а облученные в той же дозе без обработки ГАУ - 10 - 35 %, от начальной биомассы.
Постлучевое культивирование грацилярии на морских подвесных свойствах подтвердило данные, полученные в лабораторных условиях. Наибольшее количество биомассы с единицы субстрата было собрано у водорослей, облученных при дозах 20 и 100 Гр. Увеличение урожая происходило за счет пролонгации вегетативного роста и задержки репродуктивного развития грацилярии. Так в контроле к концу эксперимента только 3% фрагментов не определились к какой-либо генерации, то у облученных растений, таких было при дозе 50 Гр 12%, а при дозе 100 Гр - 31%.
При применении ИР в культивировании грацилярии важно знать, как действует радиация на гелеобразующие полисахариды, конечный продукт биотехнологии выращивания этой водоросли. В экспериментах по влиянию гамма - излучения на выход гелеобразующих полисахаридов, увеличение их выхода наблюдалось после облучения дозами 5-250 Гр.
В экспериментах, спустя 7-12 сутки после облучения, на гаметофитах грацилярии фиксировалось появление многочисленных точек роста. Через 20 - 30 суток эти ростовые зоны формировались в проростки длиной 0,6 - 1 см, имеющие различные морфологические аномалии. В результате культивирования одного из них была получена форма грацилярии, морфологически отличная от природных исходных образцов грацилярии. Анализ ее аллозимной изменчивости показал, что аплельные частоты между родительской и му-тантной формами достоверно различаются. В локусе Пеп у мутантной формы фиксирован аллель 2, а в родительском поселении присутствуют аллели 1 с
частотой 0,019 и 3 с частотой 0,094. Обратная картина наблюдалась в локусе Г-6-фгд, где аллель 2 фиксирован у родительской формы, а у мутантной обнаружены аллель 1 с частотой 0,049 и аллель 3 с частотой 0,228.
Эффект аномального роста «под лучом», можно рассматривать как проявление радиационной стимуляции при хроническом гамма - облучении мощностью дозы - 8,55 Гр/мин, т.е. на несколько порядков превосходящих цифры, встречающиеся в литературе (Кузин, 1977). Эффект аномального роста «под лучом» напрямую был связан с пролиферативной активностью в облучаемых образцах. При этом не важно было, каким путем была подавлена эта пролиферативная активность: естественным, в случае экспериментов с грацилярией на стадиях ее онтогенеза с отсутствием роста или искусственно путем ее содержания в условиях исключающих активный рост, или предварительным облучением сдерживающий ее рост. Дозы, при которых наблюдался эффект аномального роста «под лучом», были повреждающими.
Увеличение биомассы и выживаемости фрагментов в диапазоне доз 20 - 500 Гр происходило у водорослей при переходе от вегетативного роста к спорообразованию. Если в контроле происходило спорообразование, то облученные растения продолжали рост. При искусственном подавлении спорообразования путем снижения температуры культивирования или увеличением плотности посадки, дозы радиации, при которых ранее наблюдалась стимуляция, оказывали ингибирующее действие на рост. Следовательно, стимуляция роста грацилярии происходила путем не выключения части онтогенетической программы, отвечающей за прекращение вегетативный роста, с началом спороношения. Также объясняется и эффект сохранения биомассы облученных водорослей, после спороношения. Эффект увеличения ПЖ жизни водорослей, достигается путем блокирования у облученных водорослей наступления стадии разрушения отспороносивших водорослей. Усиление этого эффекта при введении гормонов роста, подтверждает вышесказанное.
Утрату аллозимной изменчивости в локусе Пеп у мутантной формы можно объяснить отбором из родительской популяции выборки, состоящей
лишь из гомозигот по аллелю 2. Мутантная форма грацилярии была получена из таллома водоросли, вследствие облучения утратившей способность переходить на стадию разрушения и сохранившей возможность размножаться вегетативно. При этом мутантная форма гомозиготная, т.е. не функционирует соответствующий аллельный ген. Наиболее вероятно это связано это с метилированием соответствующего участка ДНК. Итак, очевидно что радиационная стимуляция в случае с грацилярией происходит путем блокирования наступления очередной стадии онтогенетической программы.
Глава 5. Реакция мерцательного эпителия животных на у- облучение в сверхмалых дозах В норме латеральные реснички всех исследованных клеток способны функционировать в течение многих часов без изменения частоты, нарушений метахрональной волны и длительного стоп - эффекта. При облучении с мощностью дозы 0,9 мГр/ч клеток жабр мидии, спустя 20 - 30 мин после начала облучения регистрировали снижение частоты биений в 1,5 раза. Наблюдалось изменение характера биений с кратковременной остановкой ресничек и периодическое разрушение метахрональной волны (рис. 8). Эти явления усиливались со временем и к концу срока облучения (1 ч) частота биений снижалась примерно в 2 раза. В пострадиационном периоде (1ч) наблюдали восстановление устойчивой метахрональной волны, регистрировали периодический подъем частоты биений, но, и спустя 1 ч после прекращения облучения частота биений составляла - 50% от таковой в норме.
При мощности дозы 2 мГр/ч у - облучение приводило к полной остановке биений ресничек. В дальнейшем, наблюдалось восстановление активности ресничного эпителия, выражающееся в начале биений ресничек отдельных участков эпителия, но и спустя 2 ч после окончания облучения ме-тахрональная волна не восстанавливалась.
Обнаруженный эффект, по-видимому, был связан с воздействием продуктов радиолиза на клетки МЭ. Так, при введении перекиси водорода в кон-
центрации 3 -10 "5 М спустя 5 мин после введения перекиси наблюдали мгновенную остановку биений ресничек.
Рис. 8, Изменение частоты биений латеральных ресничек клеток МЭ жабры мидии при действии у - радиации с мощностью дозы 0,9 мГр/ч: а -частота биений до облучения; Ь - через 30 мин после начала облучения; с -через 60 мин от начала облучения (суммарная доза 0,9 мГр). Отметка под записью а соответствует 1 с.
Двигательная реакция ресничек клеток обонятельного эпителия лягушки на ИР, была идентична реакциям МЭ жабр мидии. При облучении с мощностью дозы 6 мГр/ч спустя 20 мин после начала облучения регистрировали снижение частоты биений на 25%. При достижении суммарной дозы 4,5 мГр, частота биений снижалась примерно в 2 раза. В пострадиационном периоде (2 ч) наблюдалось восстановление метахрональной волны, частоты биений, но возвращение к первоначальному уровню не отмечали, и спустя 2 ч после прекращения облучения частота биений составляла - 50% от нормы.
Реакцию клеток МЭ эпителия трахеи крыс на у - облучение с мощностью дозы 19 мГр/ч можно было наблюдать уже спустя 5 мин после его начала. В течение 1 мин частота биений их ресничек возрастала в 2 раза, оставалась повышенной в течение 10-12 мин, а затем, после непродолжительного (3-5 мин) периода, в течение которого частота биений ресничек оставалась уровне контроля, следовал новый цикл повышения частоты. Со временем, периодическое синхронное возрастание частоты биений учащалось, промежутки между двумя спадами частоты увеличивались, а средний уровень час-
тоты становился выше. В постлучевой период наблюдалась обратная последовательность событий и спустя 1,5 - 2,5 часа после окончания биения ресничек приходили к норме. При облучении с мощностью дозы 1,8 мГр/ч наблюдали те же закономерности, но с меньшей их выраженностью.
Сверхчувствительность МЭ эпителия животных к ИР, свидетельствует о том, что облучение в малых дозах может непосредственно проявляться на уровне физиологических реакций клеток. При этом в диапазоне доз 0.075 - 19 мГр у всех исследованных видов животных и независимо, от органа, из которого были взяты препараты МЭ, наблюдается дисфункция двигательной активности этой ткани. При у - облучении ресничек МЭ жабр мидии и обонятельного эпителия лягушки, это проявлялось в снижение частоты их биений. При у - облучении препаратов МЭ трахеи крыс, наблюдалось периодическое возрастание частоты биения ресничек этой при общем увеличении среднего уровня частоты биений ресничек. Эффект зависел, как от дозы, так и от мощности дозы. Скорость и полнота восстановительных процессов зависели от степени поражения. Двигательная активность ресничек показала высокую радиочувствительность у животных далеко отстоящих таксономических групп. Значительно различаются эти животные и по видовой радиочувствительности. При температуре 10 - 11°С, т.е. такой же, при которой измеряли реакцию реснитчатых клеток, смертность мидий спустя месяц после облучения в дозе 500 Гр составляла всего 5%, т. е. их радиорезистентность на два порядка превосходила радиорезистентность крыс.
Движение ресничек МЭ осуществляется вращающимся молекулярным мотором, которым является протонная АТФ - синтетаза, с использованием энергии в виде разности электрохимических потенциалов ионов на мембране (Kinoshita et. al., 1998). Отсюда следует, в экспериментах с МЭ жабр мидии имеет случай выравнивания потенциалов на мембране. Это может быть связано с открыванием мембранных каналов или с пробоем мембраны. В экспериментах с МЭ трахеи крыс имеет случай периодического возрастания разности потенциалов, что возможно связано с воротными токами.
Глава. 6. Теоретические аспекты эффекта радиационной стимуляции при больших и малых дозах ионизирующего облучения
В радиобиологии существует несколько гипотез, пытающихся объяснить РГ.
Как снятие апикального доминирования трактуется РГ в работе М.В. Миллера и В.М Миллера (Miller, Miller, 1987). Они основываются на том, что клетки апикальной меристемы более чувствительны к ИР чем другие, не делящиеся в момент обучения, но потенциально способные к пролиферации клетки растения. Тогда, в результате облучения подавляется апикальная меристема, функцию которой принимают на себя другие клетки, в результате чего возрастает число ветвлений, цветов и плодов.
Высокая радиочувствительность, приводящая к смерти, не дифференцированные примордиальные клетки, может быть описана, как проявление «самоубийства» поврежденных клеток для пользы организма как целого (апоптоз). Смерть этих клеток стимулирует пролиферацию здоровых клеток замещающих их. По мнению С. Кондо (Kondo, 1988), альтруистичный суицид наблюдается в клетках дрозофилы, мышей, людей, растений и кишечной палочки К coli. Это может объяснить РГ иммунной системы. В растениях, РГ, по мнению автора, связан с неальтруистичной клеточной гибелью.
Наиболее последовательно идея сверхрепарации развита в работах М. Полякова и Л. Е. Фининдегана (Pollycove, Feinendegen, 2003), которые выдвинули обоснованную гипотезу, объясняющую антиканцерогенный эффект малых доз ИР. По их модели, действие малых доз ИР на клетку, в отличие от больших доз, двойственно по своей природе. С одной стороны, происходит повреждение ДНК, с немедленным запуском репаративных систем, с другой стороны, посылается сигнал о стимуляции физиологических процессов нейтрализующих повреждения ДНК. Эти физиологические процессы запускаются не сразу, они не специфичны, и направлены, главным образом на нейтрализацию нерадиационных повреждений ДНК. Эти адаптивные реакции: (1) стимуляция радикальной системы детоксикации, (2) активация нескольких
систем репарации ДНК, (3) индуцирование иммуннокомпетентности, (4) индуцирование апоптоза латентно поврежденных клеток. Эти реакции наиболее эффективны при дозах 0,1 - 0,2 Гр и исчезают при дозах свыше 0,5 Гр.
Гипотеза М. Полякова и Л. Е. Фининдегана (РоПусоуе, Ретепс^еп 2003), удовлетворительно объясняет факты увеличения ПЖ и снижение частоты рака при повышенной дозовой нагрузке, но она не претендует на роль универсальной теории объясняющей все особенности эффекта РГ.
В своей монографии Л.Х Эйдус (Эйдус, 2001), доказывает, что в механизмах эффекта РГ основной мишенью действия ИР является клеточная мембрана. Аргументация автора основывается на том, что морфологические и функциональные нарушения мембран ионизирующим излучением регистрируются практически сразу, после облучения и при дозах порядка 5-20 сГр (Эйдус, 2001), при этом наблюдается нарушение барьерной функции мембран, при облучении в малых дозах. Временной интервал между облучением и регистрацией эффекта составляет при этом от 1 с до 1 мин, что по мнению Л. X. Эйдуса говорит о прямом действии облучения на мембрану. Дальнейшая цепочка событий, будет происходить, по схеме: изменение проницаемости мембраны — изменение внутриклеточного ионного состава — стимуляция пролиферации.
Из всех авторов вышеприведенных гипотез, только М. Поляков и Л. Е. Фининдеган (РоПусоуе, Ретепс^еп 2003) и Л. X. Эйдус (Эйдус, 2001) четко проводят границу между малыми и большими дозами — 0,5 Гр.
Можно привести ряд причин по которым необходимо разделять эффект радиационной стимуляции при больших дозах от эффекта РГ.
Первое, при больших дозах чувствительный объем не ограничивается мембраной клетки, и, следовательно, объяснения эффекта радиационной стимуляции, на клеточном или молекулярном уровне, можно не ограничивать событиями, происходящими на мембране клетки.
Второе, при больших дозах, репарация ДНК никогда не бывает полной. Это делает невозможным объяснение эффекта радиостимуляции при
больших дозах, как активацию репарационных систем клетки, залечивающих, как индуцированные радиацией, так и ранее возникшие спонтанные повреждения ДНК (Pollycove, Feinendegen 2003).
Третье, в случае больших доз радиационная стимуляция каких — либо биопроцессов или функций организма, как правило, регистрируется на фоне процессов поражения. Проявляться это поражение может позднее, или при дополнительных нагрузках. Так, при облучении растений стимулирующие дозы для различных культур составляют от 2,5 до 500 Гр (Березина, Каушан-ский, 1975), что заведомо выше уровня, при котором регистрируются повышение числа цитогенетических повреждений. Повышение репродуктивной функции при действии ИР, зачастую наблюдалось на фоне повышенной гибели личинок, увеличении процента ненормальностей в развитии ряда видов рыб (Чмилевский, 1985; Шеханова, 1983) . В наших экспериментах, радиостимуляция роста и выживаемости при дозах доз 20 — 500 Гр у водоросли Gracilaria verrucosa сопровождалась процессами радиационного поражения и мутационным процессом (глава 4). У животных, моллюсков (глава 3) и ракообразных Artemia salina (глава 2), процессы радиостимуляции также сопровождались процессами радиационного поражения. Стимуляция выклева нау-плиев из яиц наблюдалась при их облучении при дозах до 500 Гр. При этом рачки, выклюнувшиеся из яиц, облученных при меньших дозах 60 Гр и более, отличались повышенным коэффициентом смертности (глава 2). Повышение продолжительности жизни ракообразных и усиление ростовых процессов у приморского гребешка, сопровождалась подавлением репродуктивных процессов, вплоть до полной стерильности. При дополнительных физиологических нагрузках, вызванных изменением экзогенных условий, можно выявить скрытые радиационные повреждения, при дозах стимулирующих биологические процессы.
Следовательно, правильно разделять эффекты радиационной стимуляции на РГ, возникающий при малых: дозах и эффекты радиостимуляции при
больших дозах, когда процессы биостимуляции идут на фоне поражения более радиочувствительных структур.
Тогда объяснение радиостимуляции при больших дозах можно искать в процессах клеточного поражения: клеточной гибели (отсроченная смерть клетки, апоптоз), ингибирование клеточного деления, репрессия генов. Клеточные реакции на ионизирующее облучение в массивных дозах, достаточно разнообразны, и маловероятно, что объяснение радиационной стимуляции при больших дозах можно свести к одному механизму.
Объяснение М.В. Миллера и В.М Миллера (Miller, Miller, 1987), распространяется и на диапазон больших доз, в котором обычно регистрируется, стимулирующий эффект радиации у растительных объектов.
Воззрения С. Кондо (Kondo, 1988) на роль апоптоза при РГ также можно распространить на эффект радиационной стимуляции при больших дозах, т.к. индуцируемый ионизирующим облучением апоптоз, как правило, регистрируется в диапазоне доз 1 - 10 Гр ÍHarms-Ringdahl et. al., 1996).
Дополнительные воздействия, повреждающие генетический аппарат клетки, такие как ИР или химические мутагены, могут стимулировать апоптоз, что приводит к защите организма от присутствия клеток с поврежденной ДНК. Эти поврежденные клетки замешаются популяцией клеток с неповрежденной ДНК. В результате в эксперименте регистрируется увеличение ПЖ животного, как это наблюдается в наших экспериментах с A. salina (глава 2). При этом различные ткани и системы организма имеют различную чувствительность к индуцируемому радиацией апоптозу (Ross, 1999). В менее чувствительных тканях остаются генотоксические повреждения, которые могут проявиться на определенных онтогенетических стадиях. Это иллюстрируется характером кривых продолжительности жизни A. salina (глава 2). Повышенная выживаемость выклюнувшихся из облученных яиц науплиев снижалась при переходе их на ювенильную стадию. С этих позиций находит свое объяснение возрастание эффекта радиационной стимуляции, с возрастом животного (глава 2): так как за период жизни в тканях животного накапливаются
клетки с соматическими мутациями, то и происходящее путем апоптоза обновление тканей с возрастом увеличивается. Эффект радиационной стимуляции ПЖ при облучении в больших дозах может объясняться апоптозом и у других объектов: губок (Wermuth, 1980), насекомых (Sacher, 1963).
В настоящем исследовании показано, что действие ИР значительно повышает выклев науплиев при облучении в широком диапазоне доз (10 - 500 Гр). В период от замачивания до выклева науплиев пролиферация клеток и синтез ДНК в яйцах A. salina отсутствуют, в этот период регистрируются лишь процессы клеточной дифференцировки, синтез РНК и белковый синтез (Metalli, Ballardin, 1972). Очевидно, на этом этапе развития A. salina как, повреждающее, так и стимулирующее действие ИР может быть связано лишь с синтезом РНК. Объяснение, мы связываем с усилением праймерной активности ДНК, стимуляция которой, наблюдается при облучении хроматина in vitro в диапазоне доз 10 - 200 Гр (Мее et. al., 1973). Молекулы ДНК при этом получают многочисленные повреждения. После выклева из яиц науплиев А. salina и начала в них активного процесса пролиферации, это проявляются в повышенной гибели рачков на ранних стадиях развития. При этом тетрапло-идная раса A. salina отличалась большей выживаемостью чем диплоидная.
Любые изменения структуры и метаболизма клеток могут приводить в конечном итоге к нарушению физиолого-биохимических процессов в облученном организме. Ввиду этого, зачастую трудно отличить стимулирующий эффект радиации от эффектов, вызванных регуляторными процессами, индуцированными повреждениями других тканей. Радиационная стимуляция одних функций или систем организма может являться следствием поражения других систем или функций. Так, стимуляция роста приморского гребешка в наших исследованиях являлась следствием подавления репродуктивных процессов. По этому типу может происходить усиление роста, и у других объектов, в частности рыб (Зубова, 1978; Чмилевский, 1985).
Можно выделить особый тип радиационной стимуляции, когда под действием ИР происходит блокирование наступление очередной стадии он-
тогенеза. Так, радиационная стимуляция вегетативного роста водоросли G. verrucosa, была результатом частичного блокирования стадии спороношения - у облученных водорослей, в отличие от контроля, на этой стадии рост не прекращался (глава 4). Генетически обусловленная гибель отспороносивших водорослей G. verrucosa, у облученных растений не наступала, что имитировало повышение их выживаемости (глава 4). При этом дополнительное введение гормонов приводило к синергическому эффекту. Одним из путей влияния фитогормонов на репрессию и дерепрессию генов является метилирование ДНК, вызывающее усиление или ослабление экспрессии соответствующих генов или полное прекращение их функционирования на том или другом этапе органогенеза (Полевой,1985). ИР метилирует ДНК. В этом случае, со-четанное действие ИР и гормонов может приводить к синергическому эффекту, что и наблюдалось в наших экспериментах (глава 4).
Гипотеза М. Полякова и Л. Е. Фининдегана (Pollycove, Feinendegen 2003) объясняет факты увеличения ПЖ и снижение частоты рака при повышенной дозовой нагрузке. Тем не менее, она не объясняет по — нашему мнению основную проблему РГ: почему при подавляющим превалировании эндогенных повреждений ДНК над радиационными повреждениями, именно последние ответственны за активацию адаптивных клеточных реакций? Аналогично предполагая, что мишенью при стимулирующем действии малых доз ИР является мембрана клетки (Кузин, 1995; Эйдус, 2001), и, указывая на цепочку событий, приводящих к РГ, авторами не объясняется, каким образом единственный акт ионизации в биомембране может приводить к ряду регистрируемых изменений в клетке.
Так как мембраны составляют более половины массы клетки, то более половины первичных актов поглощения энергии будет происходить в биомембранах или в примембранном двойном электрическом слог. Толщина области диффузного слоя зависит от числа носителей зарядов и в среднем составляет порядка 10 нм.
Энергия редкоионизирующего излучения преобразовывается в биологическом материале в энергию первичных фото - и Комптон - электронов (Кабакчи, Булгакова, 1997). Выбитый гамма - квантом первичный электрон из молекулы воды в двойном электрическом примембранном слое, имеет большую вероятность уйти за пределы радиуса экранировки. К примеру, энергетический спектр Комптон — электронов при облучении у- лучами 60Со, в зависимости от угла рассеяния ^-кванта составит от 0 до 0,36 МэВ.
Электроны, двигаясь в среде, продолжают терять свою энергию, пока энергия электронов становится близкой или равной энергии теплового движения молекул среды (термализация электрона) (Кабакчи, Булгакова, 1997).
Для дальнейшего рассмотрения, важно отметить, что первичные электроны, выбитые в двойном электрическом слое клетки, будут уходить из этого слоя, и будут становиться термализованным либо во внеклеточном, либо во внутриклеточном пространстве этой же клетки, или первичные и вторичные электроны будут термализоваться в примембранном двойном электрическом слое или в самой мембране другой клетки.
Это означает, что первичные химические реакции радиолиза воды: Н20—>Н20+ +е, н2о* —> Н* + ОН
и
е"+ЯаО->Я|)+ОЯ->
будут разнесены в пространстве, и, следовательно, до тех пор, пока образовавшийся свободный заряд не будет скомпенсирован электродиффузией, эти реакции будут протекать без соответствующих реакций рекомбинации и дис-пропорционирования. Как известно (Кабакчи, Булгакова, 1997), рекомбинация и диспропорционирование радикалов принадлежат к числу наиболее распространенных реакций при радиолизе воды и органических соединений. Предлагаемая модель радиолиза воды при разделении зарядов представлена на рис.9.
Рис.9. Модель радиолиза воды при разделении зарядов.
При поглощении энергии ИР непосредственно в мембране, быстрые первичные электроны с большой вероятностью будут уходить за пределы экранирующего слоя, или выбитый в другой области первичный электрон может термализоваться непосредственно в мембране. В результате чего возникнет липидный радикал, инициирующий реакции ПОЛ. Ввиду наличия некомпенсированного электрического заряда, эти реакции также будут протекать при отсутствии реакций рекомбинации и диспропорционирования.
Все эти особенности радикальных реакций могут иметь место только при МД ИР. С увеличением дозы будет расти вероятность прихода в область, где произошло поглощение энергии, и в результате ухода быстрого первичного электрона образовался некомпенсированный положительный заряд, вторичного электрона или термализация в этой области первичного электрона, выбитого в другом месте, и радиолиз будет протекать по обычной схеме.
Протекание радикальных реакций без рекомбинации и диспропорционирования будет приводить к протеканию радикальных реакций с большой скоростью, и гашение реакций будет происходить на антиоксидантах. Тогда
ответом на облучение при МД будет стимуляция антиоксидантных систем клетки, как это описано в модели М. Полякова и Л. Е. Фининдегана (Polly-cove, Feinendegen 2003).
По современным представлениям (Saran, 2003), радикалы <9'~ и ИО\, служат модуляторами мембранной структуры. Они могут изменять химические и физические свойства фосфолипидного бислоя, и облегчать другим веществам прохождение через гидрофобную область двойных слоев фосфо-липида; являются хелперами при генерации клеточных сигналов для мембранного транспорта и управлении воротными каналами. Следовательно, они играют важную роль в жизни клетки и клеточного роста. Тогда повышенный уровень этих радикалов в клетке будет улучшать ее функциональные возможности и стимулировать пролиферацию, что и может лежать в основе РГ.
В воде ушедшие от материнского иона термализованные электроны могут стабилизироваться за счет сольватации. Термализованный электрон захватывается структурной полостью жидкости и вызывает электронную поляризацию окружающих молекул. Взаимодействие электрона с диполями среды приводит к их ориентации по отношению к электрону. В итоге образуется простейший анион - сольватированный электрон (есшы,), в котором электрон является общим для нескольких молекул матрицы (Кабакчи, Булгакова, 1997).
С химической точки зрения можно представить двойной электрический примембранный слой как достаточно сильный электролит. Если е ' термали-зуется в двойном электрическом примембранном слое, то его нужно рассматривать как сольватированный электрон в электролите. Термодинамическая теория такого электрона развита в работах В. Д. Лахно и О. В. Васильева (Васильев, Лахно, 1991). Она основана на выражении для функционала полной энергии
где {.г - масса электрона, ф - потенциал, создаваемый ионами; р - плотность ионов.
Это приводит к представлению о новом типе автолокализованного состояния в электролите - иононе, когда электрон оказывается захваченным облаком окружающих его ионов. Наличие ионов в двойном электрическом слое биомембраны приводит к дополнительной локализации электрона (Васильев, Лахно, 1991).
При высоких концентраций ионов поведение электрона определяется только кулоновским взаимодействием, которое приводит к образованию состояния поляронного типа (СЬиеу, БусЬуоу, 2000). Носитель заряда будет воздействовать на мембрану как классический заряд, распределенный в пространстве по закону:
где цКг) - волновая функция носителя заряда в поляроне. Под действием электрического поля молекулы мембранных белков могут менять свою ориентацию или конформационное состояние функционально значимых центров. В липидном матриксе происходит изменение микровязкости, а также электрострикция.
Т. к. г ~ нм, то напряженность электрического поля, локально действующего на мембрану, будет порядка 108 В/м. Наличие поля такой напряженности вблизи от биомембраны может приводить к электропорации мембраны по теории Ю. А. Чизмаджева (Рубин, 1987):
где ат - поверхностное натяжение мембраны, ар - поверхностное натяжение боковой поверхности поры. стт и ор — диэлектрические проницаемости вещества мембраны (углеводород) и поры (вода), соответственно, 2лга-рИ -это работа, необходимая для образования водной поверхности по периметру поры; - 2лг^сгт — выигрыш в энергии за счет исчезновения мембраны в месте возникновения поры.
Электропорация мембраны будет приводить к изменению проницаемости мембраны. Л. X. Эйдус (Эйдус, 2001) убедительно показал на основе ана-
р0(г) = е(у(г)У
,2
лиза ряда экспериментальных фактов, что изменение проницаемости мембраны при действии МД происходит непосредственно после облучения, следствием чего является изменение внутриклеточного ионного состава, что приводит к изменению мембранного потенциала и/или стимуляции пролиферации.
Из модели следует, проявление эффекта РГ будет тем выше, чем выше компонент редкоионизирующего излучения при смешанном облучении.
Так, при содержание популяций дрожжевых клеток в условиях повышенного радиационного фона приводило к замедлению процессов старения и отмирания клеток (Петин и др., 2003). Уменьшение редкоионизирующего компонента естественного радиационного фона в 20 раз приводило к увеличению скорости старения и отмирания штаммов дрожжевых клеток.
Вытекающее из предлагаемой модели повышение уровня свободных радикалов при действии МД ИР, с последующей стимуляцией антиоксидант-ных систем клетки наблюдалось в ряде работ (БсЬбНпЬе^ег е1. а!., 2004).
Из предложенной модели следует, что гашение радикальных реакций при облучении в МД будет происходить, в основном, на антиоксидантах. При определенных мощностях доз возможно истощение пула антиоксидантов, как это наблюдается при «Чернобыльском синдроме» (Нейфах, 2003).
Изменение ионной проницаемости мембраны при действии МД, по нашим предположениям происходящее вследствие разделения зарядов, будет приводить к изменению разности потенциалов на мембране.
Подобный эффект должен отчетливо проявляться на биосистемах типа молекулярных моторов. Клетками с таким строением являются клетки МЭ. Движение ресничек МЭ осуществляется вращающимся мотором, которым является протонная АТФ - синтетаза, с использованием энергии в виде разности электрохимических потенциалов ионов на мембране (КшоБИка е1. а!., 1998). При МД, по нашим предположениям, двигательная активность ресничек МЭ должна быть весьма чувствительна к действию ИР. Это подтвердилось в экспериментах с мерцательным эпителием животных различных таксономических групп (глава 6). При у- облучении в сверхмалых дозах
препаратов МЭ наблюдалось отчетливая дисфункция двигательной активности этой ткани и изменение характера биений ресничек.
Заключение
1. В результате проделанных экспериментов было установлено, что эффект стимулирующего действия у - облучения при больших дозах радиации регистрируется у радиорезистентных животных и растений различных таксономических групп и на различных стадиях их онтогенеза. При этом стимулируются такие же биологические процессы и функции, как и при РГ. При определенных дозах ионизирующей радиаций у радиорезистентных организмов могут активироваться процессы пролиферации (М yessoensis, G. verrucosa) и дифференцировки клеток (Л/, yessoensis). Зарегистрирована радиационная стимуляция выживаемости (А.. salina, М. essoensis), продолжительности жизни (/).. salina), роста (А.. Salina, М. yessoensis, G. verrucosa,) и урожайности (G. verrucosa).
2. Эффект радиационной стимуляции при больших дозах каких - либо биологических процессов или функций, в отличие от стимуляции при малых дозах, всегда сопровождается процессами лучевого поражения. Следовательно, эффект радиационной стимуляции необходимо подразделять на эффект радиационной стимуляции при больших дозах и на эффект РГ.
3. Радиостимуляции при больших дозах может объясняться различными процессами клеточного поражения: клеточной гибели (отсроченная смерть клетки, апоптоз), ингибирование клеточного деления, репрессия генов, разрывы в ДНК. Не существует единого механизма радиационной стимуляция при действии больших доз ионизирующей радиации.
4. Обнаружен ранее не известный эффект действия малых доз ионизирующей радиации - дисфункция двигательной активности МЭ животных. Впервые показано, облучение сверхмалыми дозами у- радиации, может непосредственно проявляться на уровне двигательных реакций клеток.
5. Объяснение эффекта действия МД основано на понимании того факта, что первичные электроны, выбитые в двойном электрическом слое клетки
или в мембране, обладают достаточной энергией для ухода за пределы экранирующего слоя, ввиду чего будет образовываться нескомпенсированный электрический заряд. Вследствие этого радикальные реакции будут протекать без соответствующих реакций рекомбинации и диспропорционирования. Локализации электрона в двойном электрическом слое биомембраны может приводить изменение микровязкости, электрострикции или электропорации мембраны. Все эти особенности радикальных реакций и появление нескомпенсированный электрического заряда, вследствие локализации электрона, могут иметь место только при МД ИР. С увеличением дозы будет расти вероятность прихода в область, где произошло поглощение энергии, и в результате ухода быстрого первичного электрона образовался некомпенсированный положительный заряд, вторичного электрона или термализация в этой области первичного электрона, выбитого в другом месте.
6. Предлагаемая модель согласуется, как с собственными экспериментальными результатами — объясняет эффект дисфункции двигательной активности МЭ животных, так и с литературными источниками.
Список сокращений
ГАУ - гетероауксин
ДАБ - 1 — 4 - бис-диазоацетилбутан
ИМЯ - индекс меченных ядер
ИР -ионизирующая радиация
ИУК - индолилуксусная кислота
МД -малые дозы
МЭ -мерцательный эпителий
НММ - нитрозометилмочевина
ПЖ - продолжительности жизни
ПМ - плотность метки .
ПОЛ - перекисное окисление липидов
РГ - радиационный гормезис.
СПЖ - средняя продолжительности жизни
Основные публикации по теме диссертации
1. Дзюба С.М., Кулепанов В.Н., Ивановский Ю.А. Действие у- излучения на репродуктивную систему двустворчатого моллюска Mizuhopecten yessoen-sis. Ранние пострадиационные изменения в гонадах// Радиобиология.-1991. Т. 31. № 3. - С. 311 — 317.
2. Ивановский Ю.А. Стимулирующее действие у - облучения и алкилирую-щих соединений на жаброногого рака Artemia salina. Сообщение 1. Стимуляция продолжительности жизни, выклюнувшихся из облученных или обработанных алкилирующими соединениями цист A. salina// Радиобиология. - 1980. Т.20. №1.- С. 62 - 69.
3. Ивановский Ю.А. Стимулирующее действие у - облучения и алкилирую-щих соединений на жаброногого рака Artemia salina. Сообщение 2. Влияние у -радиации и химических мутагенов на рост A. salina// Радиобиология -1980.a. Т.20. № 2 - С. 303 - 306.
4. Ивановский Ю.А. Радиационный гормезис, радиационная стимуляция или гиперфункциональный эффект ионизирующего облучения?// Радиобиология -1993. Т. 33. № 2 - С. 760 - 763.
5. Ивановский Ю. А. Радиационный гормезис. Благоприятны ли малые дозы ионизирующей радиации?// Вестник ДВО РАН. -2006. № 6. С. 86-91.
6. Ивановский Ю. А., Брегман Ю. Э., Кулепанов В. Н. Стимулирующее действие у - излучения на ростовые процессы приморского гребешка Patinopekten yessoensis // Радиобиология. - 1985. Т. 25. №. 1. - С. 119 - 121.
7. Ивановский Ю.А., Карпенко А. А. Изменение двигательной активности ресничек мерцательного эпителия жабр мидии при действии у - излучения в сверхмалых дозах// Радиобиология. - 1991. Т. 31. №. 6. - С. 870 - 874.
8. Ивановский Ю. А., Карпенко А. А. Реакция мерцательного эпителия животных на гамма - облучения в сверхмалых дозах // Тез. докл. 3 -го Международного симпозиума "Механизмы действия ионизирующих сверхмалых доз"(Москва, 3-6 декабря 2002года), Москва: 2002. Изд. - во Российского университета дружбы народов. С. — 85.
9. Ивановский Ю.А., Кулепанов В.Н., Лесникова Л.Н. Полищук Р.Ф., Ядыкин A.A. // Эффект аномального роста «под лучом» и радиочувствительность морской красной водоросли Gracilariall Радиобиология. - 1986. Т. 26. № 1.-С. 95-99.
10. Ивановский Ю. А., Кулепанов В. Н., Полищук Р. Ф., Ядыкин А. А. Способ культивирования морских красных водорослей. Авторское свидетельство. № 1324126. от 15.03 1987.
11. Ивановский Ю. А. Кулинич H. М. Стимулирующее действие у - облучения и алкилирующих соединений на жаброногого рака Artemia salina. Сообщение 3. Включение ^//-тимидина 3Н— уридина в науплии, облученных или обработанных 1 - 4 - диазоацетилбутаном на стадии эмбриональной диапаузы// Радиобиология -1980. Т. 20. № 3 - С. 414 - 418.
12. Ивановский Ю. А., Митрофанов Ю. А. Стимуляция выклева науплиев Artemia salina под действием у облучения.// Радиобиология. - 1978. Т. 18. № 1 - С. 135 - 138.
13. Ивановский Ю. А., Митрофанов Ю. А., Чага И. Л. Выклев науплиев Artemia salina при различных режимах солености и температуры.// Биология моря. - 1980. № 4. - С. 25 - 31.
14. Карпенко А. А., Ивановский Ю. А. Мерцательный эпителий трахеи крыс чувствителен к у - облучению в сверхмалых дозах// Радиобиология. - 1992. Т.32.№. 5.-С. 701 -705.
15. Карпенко А. А., Ивановский Ю. А. Вероятные механизмы высокой радиочувствительности мерцательного эпителия // Тез. докл. 3 -го Международного симпозиума "Механизмы действия ионизирующих сверхмалых доз" (Москва, 3-6 декабря 2002года), Москва: 2002. Изд. - во. Российского университета дружбы народов. С. — 86.
16. Карпенко А. А., Ивановский Ю. А., Тяпкин В. С., Карпенко Л. Л., Панфилов Д. Н. Оценка вреда наносимого человеку и гидробионтам индустриальным комплексом по перегрузке угля и хлористого калия (порт Восточ-
ный, б. Врангеля, зал. Петра Великого, Японское море) // Биология моря. -1995. Т. 21. №.б. - С. 418.
17. Ковалева А. Л., Ивановский Ю. А., Воропаева О. Н. Образование отростков у красной водоросли Gracilaria verrucosa из стенок цистокарпов// Биология моря. - 1990. №.1. - С. 67 - 68.
18. Кузин А. М., Медведкова В. В, Вагабова М. Э., Ивановский Ю. А. Синергизм действия у - радиации и радиотоксинов. Развитие, синтез ДНК, хромосомные аберрации// Радиобиология -1981. Т. 21. № 3. - С. 390 - 394.
19. Кулепанов В.Н., Дзюба С.М., Ивановский Ю.А. Действие у- излучения на репродуктивную систему двустворчатого моллюска Mizuhopecten yessoen-sis. Отдаленные последствия у - облучения // Радиобиология,- 1991. Т. 31. №3.-С. 348-351.
20. Кулепанов В. Н, Жильцова Л.В., Ивановский Ю. А. К изучению особенностей размножения красных водорослей из рода Gracilaria GrevJ! Альгология -1994. Т. 4. № 1. - С.29- 33.
21. Кулепанов В. Н, Ивановский Ю. А., Воропаева О. Н. Псевдостимули-рующий эффект у - радиации у красной морской водоросли грацилярии бородавчатой// Радиобиология -1991. Т. 31. № 6. - С. 829 - 834.
22. Кулепанов В. Н, Ивановский Ю. А., Никифоров С. М. Индуцированный мутагенез у красной водоросли Gracilaria verrucosa (Huds.) Papenf. // Генетика растений - 1996. T. 32. № 2 - С. 262 - 266.
23. Митрофанов Ю. А., Ивановский Ю.А., Лесникова Л.Н., Макарычева А. М. Числа хромосом и кариотипы некоторых популяций Artemia salina/l Цитология и генетика. -1982. Т. 16. № 4 - С. 11 — 14.
24. А.А. Karpenko, Yu. A. Ivanovsky. Effect of very low doses of y - radiation on motility of gill ciliated epithelia of Mytylius edulis// Radiat. Res. - 1992 V. 132.N.1.-P. 106 - 110.
Ивановский Юрии Александрович
Эффект радиационной стимуляции при действии больших и малых доз ионизирующего облучения на биологические объекты
Автореферат
Подписано к печати 07.11.2006. Усл.пл. 2,4 Уч.-изд..л. 2
Формат 60x84/16 Тираж 100 Заказ 68
Издано ИАПУ ДВО РАН. Владивосток, Радио,5 Отпечатано участком оперативной печати ИАПУ ДВО РАН. Владивосток, Радио,5
Содержание диссертации, доктора биологических наук, Ивановский, Юрий Александрович
Введение
Глава 1 .Современное состояние проблемы
1.1. Понятие малых доз радиации в радиобиологии
1. 2. Радиационный гормезис при малых дозах ионизирующей радиации
1.3. Основные молекулярно - клеточные реакции на облучение при малых дозах ионизирующей радиации
1.4. Поражающее действие малых доз ионизирующей радиацией. Увеличение радиочувствительности при облучении в малых дозах
1.5. Радиационная стимуляция при больших дозах ионизирующей радиации
1.6. Радиобиология водных организмов
1.7. Радиационный гормезис и радиационная стимуляция биологических объектов 51 1.8 Обоснование задач исследования
Глава 2. Материал и методы 61 2.1. Исследования на ракообразных (жаброногий рак А. salinä) 61 2.2 Исследования на моллюсках (приморский гребешок Mizuhopecten yessoensis)
2.3. Исследования на красной водоросли грацилярии бородавчатой Gracilaria verrucosa (Huds.) Papenf. (Rhodophyta, Gigartinales)
2.4. Исследования на мерцательном эпителии животных
Глава 3. Эксперименты с жаброногий раком A salina
3.1. Действие гамма - радиации на выклев науплиев А. salina (раса оз. Онтарио) из цист
3.2. Продолжительность жизни рачков А. Salina, выклюнувшихся из облученных яиц
3.3. Влияние у - радиации на рост А. salina
3.4. Влияние изменения температуры и солености на выживаемость рачков A.salina, выклюнувшихся из облученных яиц
3.5. Влияние у - радиации на продолжительность жизни и плодовитость
A. salina, облученных на стадии зрелости
3.6.Стимуляция жизненных процессов A.salina, выклюнувшихся из обработанных алкилирующими соединениями цист
3.7. Включение Н-тимидина Н - уридина в науплии А. salina, облученных или обработанных 1 - 4 - бис - диазоацетилбутаном на стадии эмбриональной диапаузы
3.8. Обсуждение результатов экспериментов с ракообразными
Глава 4. Эксперименты с моллюсками (приморский гребешок)
4.1. Влияние у - облучения на выживаемость и рост приморского гребешка
4.2. Действие у - облучения на репродуктивную систему приморского гребешка
4.2.1. Действие у - облучения на репродуктивную систему самок приморского гребешка
4.2.2. Действие облучения на половые клетки самцов приморского гребешка
4.2.3. Влияние у - облучения на синтез ДНК и РНК в клетках гонад приморского гребешка
4.2.4. Отдаленное действие у - излучения на репродуктивную систему приморского гребешка
4.3. Обсуждение результатов экспериментов с приморским гребешком
Глава 5. Эксперименты с водорослями (грацилярия)
5.1. Радиочувствительность грацилярии и ее аномальный рост «под лучом» при больших дозах гамма - облучения
5.2. Влияние условий культивирования на проявления эффекта радиационной стимуляции у грацилярии
5.3. Совместное действие гамма - облучения и фитогормонов на грацилярию
5.4. Влияние гамма - излучения на рост фрагментов грацилярии в условиях морского плантационного культивирования
5.5. Влияние гамма - радиации на выход гелеобразущих полисахаридов из талломов грацилярии
5.6. Мутагенное действие стимулирующих доз гамма - радиации на грацилярию
5.7. Обсуждение результатов экспериментов с грацилярией
5.8. Общие итоги изучения эффекта радиационной стимуляции при облучении радиорезистентных морских организмов
Глава 6. Эксперименты с мерцательном эпителием животных 168 6.1 .Эксперименты с мерцательным эпителием жабр мидии и обонятельного эпителия лягушки 168 6. 2. Эксперименты с мерцательным эпителием трахеи крыс. 173 6.3. Обсуждение результатов экспериментов с мерцательным эпителием животных
Глава 7. Теоретические аспекты эффекта радиационной стимуляции при больших и малых дозах ионизирующего облучения
Введение Диссертация по биологии, на тему "Эффект радиационной стимуляции при действии больших и малых доз ионизирующего облучения на биологические объекты"
Актуальность работы. Проблема последствий воздействия ионизирующей радиации на биологические объекты и, в первую очередь, на человека возникла одновременно с открытием в 1896 г. А. Беккерелем явления радиоактивности. До середины прошлого века эта проблема интересовала в основном исследователей специализирующихся в области радиационной биологии и медицины. Угроза ядерной войны, глобальные выпадения радиоактивных осадков от испытаний атомного оружия вызвала тревогу мировой общественности и привела к необходимости интенсификации радиобиологических исследований. К концу 80-х годов прошлого столетия механизм действия больших доз радиации был достаточно хорошо изучен. Очень кратко и очень упрощенно его можно представить следующим образом. Облучение прямо или опосредовано через продукты радиолиза воды, вызывает одиночные или двойные разрывы в молекуле ДНК. Эти разрывы либо репарируют-ся, либо не репарируются, либо неправильно репарируются. В итоге, это приводит к нарушению функционированию генома клетки с последующим повреждением функционировании клетки и нарушениями в работе организма вплоть до летального исхода.
Биологические эффекты ионизирующего излучения принято подразделять на стохастические и нестохастические. Нестохастические эффекты - это причинно следственные эффекты, когда после воздействия ионизирующего облучения в определенной дозе следует определенный биологический ответ. К примеру, облучение при достаточно больших дозах ионизирующей радиацией, приводит к лучевой болезни, радиационным ожогам кожи, т.п., а еще при больших дозах, наступает летальный исход.
Нестохастические эффекты наблюдаются при средних и больших дозах облучения, а стохастические эффекты, относят к эффектам малых доз. Это означает, что облучение в малых дозах ионизирующей радиации лишь увеличивает вероятность заболеваний канцерогенной и не канцерогенной природы.
С физических позиций, к малым дозам принято относить такие дозы, при которых наблюдается прохождение одной ионизирующей частицы через
3 2 ядро клетки. В зависимости от размеров ядра, это дозы порядка 10" - 10' Грей [165]. О границах малых доз ионизирующей радиации, с точки зрения биологической, до сих пор нет единого мнения, и это понятие является предметом оживленных дискуссий (см. раздел 1.1).
Результаты биологических исследований в области малых доз ионизирующей радиации достаточно противоречивы и статистически не всегда достаточно убедительны. Поэтому одной из основных проблем в радиобиологии является зависимость доза - эффект для радиационно - индуцированных поражений при малых дозах.
В настоящее время существуют две противостоящие друг - другу модели для оценки риска стохастических эффектов ионизирующей радиации в зависимости от полученной дозы облучения.
Из первой модели следует, что риск повреждения генетического аппарата клетки и риск возникновения заболеваний канцерогенной и не канцерогенной природы при облучении малыми дозами ионизирующей радиации, наилучшим образом оценивается линейными отношениями без порога. Любая сколь угодно малая доза повышает вероятность возникновения рака и других заболеваний не канцерогенной природы. В основе этой модели лежит экстраполяция результатов, полученных при больших дозах в область малых доз [105, 207].
Вторая модель постулирует, что существует пороговая доза, ниже которой радиация не может вызвать заболеваний канцерогенной и не канцерогенной природы [125, 191]. Эта модель, прежде всего, опирается на концепцию радиационного гормезиса, а также на то, что сам уровень спонтанного канцерогенеза относительно высок, поэтому трудно или даже невозможно количественно оценить число случаев возникновения рака при малых дозах. То же самое относится и к радиационному мутагенезу. Добавим, что обе модели используют математическое моделирование и данные радиоэпидемиологических исследований.
В широком смысле термин гормезис, по сути, - название, данное стимулирующим эффектам, вызванным низкими уровнями потенциально токсичных агентов. Когда это явление было впервые идентифицировано, его назвали Законом Арндт - Шульца (Arndt-Schulz) или Правилом Хуеппе (Hueppe's Rule), потому, как предполагалась, что это всеобщее явление [54]. В начале 80 -х г. прошлого века возродился интерес к этому обобщению, и большое количество публикаций в его поддержку, привело к повторной проверке явления. Многочисленные исследования показывают, что мало того, что гормезис наблюдается на уровне таксонов после экспозиции разнообразных агентов, но и соблюдается форма кривой «доза - эффект».
Термин радиационный гормезис предполагает, что облучение, являясь при больших дозах губительным для живого фактором, в малых дозах может индуцировать положительные биологические процессы и оказывать благоприятное стимулирующее действие на организм [54, 164].
Радиационный гормезис проявляется как повышение плодовитости, роста, деления клеток и увеличение продолжительности жизни различных биологических объектов после их облучение в малых дозах [54, 164].
В литературе по этому поводу существуют многочисленные утверждения экспертов и представительных комиссий, заявляющих, что есть фактическая безопасно-пороговая доза радиации. В то время как другие такие же солидные эксперты и комиссии полагают, что у вопроса о пороге безопасной дозы все же нет ответа.
Безопасная доза" и "безопасная мощность дозы" ионизирующей радиации означают, что все подвергнутые облучению живые организмы и био-та не получают вреда во время и после прекращения облучения. Опасная доза или опасная мощность дозы, означают, что никто не даст гарантии, что впоследствии, вся или часть облученной популяции не пострадает от ионизирующей радиацией.
Если действие малых доз, в самом деле, благоприятно на организм, то логично пересмотреть нормы радиационной безопасности в сторону повышения границ предельно допустимых лучевых нагрузок, как на персонал, связанный с работой с источниками ионизирующего излучения, так и на население. Обеспечение мероприятий по радиационной защите требует значительных денежных средств, и возможное смягчение норм радиационной безопасности может принести огромную экономическую выгоду. Поэтому проблема радиационного гормезиса актуальна не только в познавательном плане, но и как проблема, затрагивающая охрану здоровья множества людей.
Существует несколько моделей пытающихся объяснить эффект радиационного гормезиса. Модели первого типа [144, 205] пытаются объяснить радиационный гормезис активацией адаптивных клеточных реакций, которые ликвидирует не только радиационные повреждения, но и эндогенные повреждения ДНК. Модели второго типа [54, 98] постулируют, что мишенью при стимулирующем действии малых доз ионизирующей радиации является мембрана клетки.
Модели первого типа не объясняют, по-нашему мнению, главное: почему при подавляющим превалировании эндогенных повреждений ДНК над радиационными повреждениями, именно последние ответственны за активацию адаптивных клеточных реакций?
Аналогично, модели второго типа указывая на цепочку событий, приводящих к гормезисному эффекту, не объясняют каким образом единственный акт ионизации в биомембране может приводить к ряду регистрируемых изменений в клетке, при том, что индуцированные ионизирующей радиацией радикальные реакции по конечным продуктам не отличаются от продуктов эндогенных радикальных реакций.
В тех случаях, когда облучению подвергались радиорезистентные организмы эффект радиационной стимуляции наблюдался и при достаточно больших дозах. За исключением работ по предпосевному облучению семян сельскохозяйственных растений [5], исследования по эффекту радиационной стимуляции при больших дозах крайне фрагментарны и малочисленны. В доступной нам литературе нет сведений, о каких-либо исследованиях закономерностей эффекта радиационной стимуляции при больших дозах ионизирующей радиации. В тоже время, невозможно построение адекватной модели эффекта радиационного гормезиса без ответа на вопрос: попадают ли под понятие радиационного гормезиса эффекты радиационной стимуляции при больших дозах? Другими словами, имеем мы дело с двумя различными радиобиологическими эффектами - радиационным гормезисом при малых дозах и эффектом радиостимуляции при больших дозах или это один эффект?
Для ответа на этот вопрос было необходимо провести исследования на радиорезистентных объектах различных таксономических групп. Для экспериментов были отобраны три вида: жаброногий рак Artemia. salina, двустворчатый моллюск приморский гребешок Mizuhopecten yessoensis, красная морская водоросль грацилярия бородавчатая Gracilaria verrucosa (Huds.) Papenf. (Rhodophyta, Gigartinales). Выбор объектов для исследования осуществлялся по следующим соображениям:
1. Жаброногий рак Artemia . salina является широко распространенным объектом аквакультуры, как корм для личинок рыб, и ввиду этого его биология хорошо изучена [180]. Этот объект прост при содержании его в лабораторных условиях, и имеет короткую продолжительность жизни - необходимое условие для экспериментов по влиянию у - радиации на продолжительность жизни. Эвригалинность и эвритермность этого животного давали возможность выявлять потенциальные радиационные повреждения при дополнительных солевых и температурных нагрузках. Различная плоидность двух рас A. salina (п = 42) из популяций оз. Онтарио и оз. Сасык (п = 84) [69] позволяла определить влияние этого фактора на радиочувствительность A. salina и проявление эффекта радиационной стимуляции. В период от гидратации цист до выклева науплиев пролиферация клеток и синтез ДНК в яйцах А. salina отсутствуют, в этот период регистрируются лишь процессы клеточной дифференцировки [126, 180], что давало возможность установить закономерности эффекта радиостимуляции при действии ионизирующего облучения на биообъекты с отсутствием этих процессов.
2. Приморский гребешок КИгикореМеп уе88оет18 является объектом мари-культуры, и ввиду этого его биология, и в частности особенности гаметоге-неза достаточно изучены [18]. Этот объект в отличие от артемии удобен для гистологических исследований, поэтому особый упор был сделан на исследовании действия ионизирующего излучения на гонады гребешка. Приморский гребешок легко культивируется в естественных, и может содержаться в лабораторных условиях, что также во многом послужило причиной выбора его объектом наших исследований.
3. Морская макроводоросль грацилярия бородавчатая является ценным агароносом, выращивается во многих странах мира, легко культивируется в лабораторных условиях, и ввиду этого ее биология хорошо изучена [222]. Это послужило причиной выбора этой водоросли объектом наших исследований. Эта водоросль отличается высокими скоростями роста, но по мере созревания слоевищ темпы роста падают и после спороношения, завершая цикл своего развития, растения распадаются [67]. Это позволяло проследить особенности проявления эффекта радиостимуляции на разных стадиях онтогенеза этой водоросли. Проведение экспериментов при различных режимах культивирования и исследования совместного действия у - радиации и фитогор-монов позволяло прийти к определенным выводам о механизмах эффекта радиационной стимуляции при действии больших доз ионизирующего облучения на эту водоросль. Размножается грацилярия половым, бесполым и вегетативным способом: гаметофит и спорофит изоморфны. Так как гаметофиты имеют гаплоидный набор хромосом, то уже в имелась возможность определить наличие изменений в геноме водоросли в области стимулирующих доз у- облучения.
4. Мерцательный эпителий животных состоит из ансамбля ресничек, координированной работой которых осуществляется движение жидкостей в организме. По современным представлениям [1], считается, что двигательная активность ресничек клеток мерцательного эпителия имеет единые механизмы у животных различных таксономических групп. Движение ресничек мерцательного эпителия осуществляется вращающимся молекулярным мотором, которым является протонная АТФ - синтетаза, с использованием энергии в виде разности потенциалов ионов на мембране [167]. По нашим предположениям действие малых доз ионизирующей радиации должно быть связано с изменением разности потенциалов биомембраны. В этом случае, при действии малых дозах радиации, должны быть изменения в двигательной активности ресничек мерцательного эпителия.
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы является исследование закономерностей эффекта радиационной стимуляции биообъектов при больших дозах ионизирующего облучения, и ответ на вопрос о различии механизмов эффекта радиационной стимуляции при больших и малых дозах.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи.
1. Исследовать закономерности эффекта радиационной стимуляции при больших дозах ИР у животных и растений различных таксономических групп - ракообразных Artemia Salina, моллюсков Mizuhopecten yessoensi, красных водорослях Gracilaria verrucosa;
2. Изучить закономерности эффекта радиационной стимуляции при больших дозах ИР на различных стадиях онто - и гаметогенеза, при которых наблюдаются (приморский гребешок М. yessoensis) или отсутствуют процессы пролиферации (цисты A. salina).
3. Исследовать процессы лучевого поражения при интервалах доз, в которых регистрируются эффекты радиационной стимуляции у исследуемых радиорезистентных биологических объектов.
4. Исследовать у животных различных таксономических групп, действие сверхмалых доз ИР на двигательную активность ресничек мерцательного эпителия, которая зависит от мембранной разности электрохимических потенциалов.
5. Исследовать действие радиомиметиков, из группы алкилирующих соединений на животных (А. salina).
6. Разработать адекватные модели механизма эффекта радиационной стимуляции при больших и малых дозах облучения.
Научная новизна
1. Впервые показано стимулирующее действие у - облучения при больших дозах на различные биологические процессы на одном виде животного (Artemia Salina).
2. Впервые показано, что алкилирующие соединения при определенных концентрациях оказывают стимулирующее действие на биологические процессы у животных (Artemia salina).
3. Впервые показано, что большие дозы у - радиации при действии их на радиорезистентные организмы могут активировать процессы пролиферации (М yessoensis, G. verrucosa) и дифференцировки клеток (М yessoensis).
4. Показано, что радиационная стимуляция при больших дозах сопровождается процессами лучевого поражения у животных и растений различных таксономических групп.
5. Доказано, что радиостимуляции при больших дозах может объясняться различными процессами клеточного поражения: клеточной гибели, ин-гибирование клеточного деления, репрессия генов, разрывы в ДНК.
6. Впервые показано, что сверхмалые дозы ИР влияют на двигательную активность ресничек МЭ животных различных таксономических групп.
7. Разработаны модели механизма радиационной стимуляции при больших и малых дозах облучения биологических объектов.
Практическое значение
Стимулирующий эффект ионизирующего излучения неоднократно пытались применять для повышения продуктивности сельскохозяйственных объектов [5, 54, 183]. Проведенные нами исследования позволяют предложить применение эффекта радиостимуляции для повышения продуктивности объектов марикультуры. Так, при культивировании приморского гребешка, нами рекомендованы следующие дозы у- облучения: для спата - 7,5 Гр, для одно- и двухлетних - 15 Гр [30]. Учитывая увеличение выживаемости животных и прирост биомассы их мускула вследствие стимулирующего эффекта у - облучения, выход конечного продукта возрастает в 1,6 - 1,8 раз [30]. При культивировании грацилярии, нами рекомендована доза у - облучения 50 Гр [37]. Выход конечного продукта, в этом случае увеличивается в 1,7 -2,2 раза. Описанный нами эффект сверхчувствительности двигательной активности ресничек мерцательного эпителия на у - облучение, может найти применение как тест-система (биологический дозиметр) на воздействие ионизирующей радиации. Практически всегда, воздействие поллютантов на окружающую среду комплексное. Стратегия оценки экологического вреда, в этом случае, должна базироваться на биологических тест - системах, одним из требований к которым, должна быть высокая радиочувствительность. Данный подход был нами реализован при оценке возможного вреда, наносимого наземным и водным экосистемам, при планировании строительства индустриального комплекса по перегрузке угля и хлористого калия (продукт с высокой фоновой активностью) в порту Восточный [47].
Обоснованность и достоверность результатов подтверждается использованием методов статистической обработки результатов: метода (р, метода парных сравнений, Стьюдента, Фишера и регрессионного анализа.
Апробация результатов исследования
Материалы диссертации были изложены автором на: Всесоюзном совещании по морской аквакультуре (Керчь, 1976) [70], Всесоюзном совещании генетические аспекты проблемы « Человек и биосфера» (Свердловск, 1978) [41], Всесоюзной конференции «Люминесцентные методы исследования в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности» (Минск, 1985) [81], 4 -й Всесоюзной конференции по морским беспозвоночным (Севастополь, 1986) [22], 5-й Всесоюзной конференции «Биология клетки» [30] (Тбилиси, 1987) [82], 3 -й Всесоюзной конференции по морской биологии (Севастополь, 1988) [31], Всесоюзной конференции « Синергизм действия ионизирующей радиации и других физических и химических факторов на биологические системы» (Пущино, 1988) [32], Всесоюзной конференции « Научно -технические проблемы марикультуры в стране» (Владивосток, 1989) [59], I Всесоюзном радиобиологическом съезде (Москва, 1989) [33, 56], 1 -м Всесоюзном симпозиуме "Молекулярно-клеточные механизмы хронического (внешнего и внутреннего) действия ионизирующих излучений на биологические системы" (Пущино, 1990) [44, 83], Всероссийской конференции « Прикладные аспекты радиобиологии» (Пущино, 1994) [60] , 3 -м Международном симпозиуме "Механизмы действия ионизирующих сверхмалых доз" (Москва, 2002) [35,46].
Публикации
По теме диссертации опубликовано 37 работ в отечественной и зарубежной печати (22 в рецензируемых изданиях).
Личный вклад автора состоит в том, что им осуществлена постановка задачи всех экспериментальных исследований и самостоятельно разработаны все теоретические положения. Автор принимал личное участие во всех экспериментах и ему принадлежит интерпретация всех основных экспериментальных результатов, представленных в диссертации. Автором выдвинута основная гипотеза и разработана модель механизма биологического действия радиационной стимуляции при больших и малых дозах.
Под руководством автора успешно защищена кандидатская диссертация В. Н. Кулепанова «Особенности стимулирующего действия у- радиации на объекты марикультуры» по специальности радиобиология в МГУ в 1991 г.
Объём и структура работы
Диссертация состоит из введения, 7-ми глав, выводов и списка литературы. В первой главе излагается современное состояние проблемы. Во второй главе описываются материалы и методы исследования. В третьей главе описываются особенности стимулирующего эффекта ионизирующей радиации жаброногого рака Artemia salina . В четвертой главе особенности стимулирующего эффекта ионизирующей радиации у двустворчатого моллюска
Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Ивановский, Юрий Александрович
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.В результате проделанных экспериментов было установлено, что эффект стимулирующего действия у - облучения при больших дозах радиации регистрируется у радиорезистентных животных и растений различных таксономических групп и на различных стадиях их онтогенеза. При этом стимулируются такие же биологические процессы и функции, как и при радиационном гормезисе. При определенных дозах ионизирующей радиации у радиорезистентных организмов могут активироваться процессы пролиферации (М yessoensis, G. verrucosa) и дифференцировки клеток (М yessoensis). Зарегистрирована радиационная стимуляция выживаемости (А. salina, М. es-soensis), продолжительности жизни (А. salina), роста (А. Salina, М. yessoensis, G. verrucosa,) и урожайности (G. verrucosa).
2. Эффект радиационной стимуляции при больших дозах каких-либо биологических процессов или функций, в отличие от стимуляции при малых дозах, всегда сопровождается процессами лучевого поражения. Следовательно, эффект радиационной стимуляции необходимо подразделять на эффект радиационной стимуляции при больших дозах и на эффект РГ.
3. Радиостимуляция при больших дозах может объясняться различными процессами клеточного поражения: клеточной гибели (отсроченная смерть клетки, апоптоз), ингибирование клеточного деления, репрессия генов, разрывы в ДНК. Не существует единого механизма радиационной стимуляции при действии больших доз ионизирующей радиации.
4. Обнаружен ранее не известный эффект действия малых доз ионизирующей радиации - дисфункция двигательной активности мерцательного эпителия животных. Впервые показано, что облучение сверхмалыми дозами у - радиации может непосредственно проявляться на уровне двигательных реакций клеток.
5. Объяснение эффекта действия малых доз основано на понимании того факта, что первичные электроны, выбитые в двойном электрическом слое клетки или в мембране, обладают достаточной энергией для ухода за пределы экранирующего слоя, ввиду чего будет образовываться нескомпенсирован-ный электрический заряд. Вследствие этого радикальные реакции будут протекать без соответствующих реакций рекомбинации и диспропорциониро-вания. Локализация электрона в двойном электрическом слое биомембраны может приводить к изменению микровязкости, электрострикции или электро-порации мембраны. Все эти особенности радикальных реакций и появление нескомпенсированного электрического заряда, вследствие локализации электрона, могут иметь место только при малых дозах ионизирующей радиации. С увеличением дозы будет расти вероятность прихода в область, где произошло поглощение энергии, и в результате ухода быстрого первичного электрона образовался некомпенсированный положительный заряд, вторичного электрона или термализация в этой области первичного электрона, выбитого в другом месте.
6. Предлагаемая модель согласуется, как с собственными экспериментальными результатами - объясняет эффект дисфункции двигательной активности МЭ животных, так и с литературными источниками.
Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Ивановский, Юрий Александрович, Владивосток
1. Албертс Б,, Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. 2 - изд. Пер. с англ. - Т 3. М: Мир, 1994. - 296 с.
2. Александрова Е. Н., Календо Г. С, Серебряков Н. Г. Радиационный блок митозов и действие стимулирующих факторов // Цитология. - 1980. - Т.22.- Хо12.-С. 1453-1457.
3. Бак 3., Александер П. Основы радиобиологии. М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. - 499 с.
4. Березина Н.М., Каущанский Д.А. Предносевное облучение семян сельскохозяйственных растений. 2-е изд. М.: Атомиздат, 1975. - 264 с.
5. Брегман Ю. Э. Взаимосвязь роста и энергетического обмена у некоторых промысловых донных беспозвоночных залива Посьета (Японское море):Автореферат дис. канд. биол. наук. Владивосток, 1973. - 25 с.
6. Бурлакова Е. Б., Голощапов А. Н, Жижина Г. П., Конрадов А.А. Новые аспекты закономерностей действия низкоинтенсивного облучения вмалых дозах// Радиационная биология. Радиоэкология. - 1999. - Т. 39, - Ш1.-С. 26-33.
7. Васильев О. В., Лахно В. Д. Экранировка сольватированного электрона в электролите// Журнал физической химии. - 1991. - Т.65. - № 8. - 2104 -2108.
8. Виленчик М. М. Биологические основы старения и долголетия. М. «Знание», 1987. - с. 222.
9. Владимиров Ю.А. Физико-химические основы патологии клетки. Москва, МГУ, РГМУ, 1998г: Электронный документ.(http://biophysics.hotmail.ru/lect_/index.htm)
10. Воронина Э. А., Пешков П., Шеханова И. А. Темп роста и плодовитость рыб при обитании их в среде с повышенным уровнемрадиации// Труды BbiHPO. -1974. - Т. 100. - 74-79.
11. Георгиев Г. П. Химия и биохимия нуклеиновых кислот. Л: «Медицина». 1968, -с. 120.
12. Голубкова М. Г. Изучение радиоустойчивости водорослей// Механизмы радиоустойчивости растений. Киев: Наукова думка. 1976, - 166 - 178.
13. Гордеева А. В., ЛабасЮ. А., Звягильская Р. А. Апоптоз одноклеточных организмов: механизмы и эволюция// Биохимия - 2004. Т. 69. Ж 10. - 1301-1313
14. Гродзинский Д. М. Радиобиология растений. Киев: Наукова думка, 1989. - 384 с.
15. Грузова М. Н., Дзюба М. Солитарный тип оогенеза на примере пластинчатожаберного моллюска Patinopekten yessoensis(Jay)// Цитология.-1973. - Т. 15. - № 3. - 283-290.
16. Дзюба М. Приморский гребешок. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1986. -С. 118-130.
17. Дзюба М., Кулепанов В. Н., Ивановский Ю. А. Действие у - излучения на репродуктивную систему двустворчатого моллюска Mizuhopecten yes-soensis. Ранние пострадиационные изменения в гонадах//Радиобиология.-1991.-Т.31.-ХоЗ.-С.311-317.
19. Жижина Г. П., Палиевская Т. М. Действие пероксида водорода в малых концентрациях на структуру ДЬЖ// Радиационная биология. Радиоэколо-гия. - 2003. - Т. 43. - № 2. - 147-149.
20. Ивановский Ю. А. Стимулирующее действие у - облучения и алкили- рующих соединений на жаброногого рака Artemia salina. Сообщение 2.Влияние у -радиации и химических мутагенов на рост А. salina// Радио-биология -1980. - Т. 20. - № 2 - 303-306.
21. Ивановский Ю. А. Радиационный гормезис, радиационная стимуляция или гинерфункциональный эффект ионизирующего облучения?//Радиобиология -1993. - Т. 33. - № 2 - 760-763.
22. Ивановский Ю. А. Радиационный гормезис. Благоприятны ли малые до- зы ионизирующей радиации?// Вестник ДВО РАН. - 2006. - № 6. - 86-91.
23. Ивановский Ю. А., Брегман Ю. Э., Кулепанов В. Н. Стимулирующее дей- ствие у - излучения на ростовые процессы приморского гребешкаPatinopekten yessoensis// Радиобиология. - 1985. - Т. 25. - № 1. - 119-121.
24. Ивановский Ю. А., Карпенко А. А. Изменение двигательной активности ресничек мерцательного эпителия жабр мидии при действии у - излученияв сверхмалых дозах// Радиобиология. - 1991. - Т. 31. - JVb 6. - 870-874.
25. Ивановский Ю. А., Кулепанов В. Н., Лесникова Л. Н., Полищук Р.Ф., Ядыкин A.AJ/ Эффект аномального роста «под лучом» и радиочувстви-тельность морской красной водоросли Gracilariall Радиобиология. -1986.- Т. 26. - №. 1 - 95-99.
26. Ивановский Ю.А., Кулепанов В. И., Полищук Р. Ф., Ядыкин А. А. Способ культивирования морских красных водорослей: Авторское свидетельство№1324126. 1987 15. марта.
27. Ивановский Ю. А., Митрофанов А. А. Стимуляция выклева науплиев Artemia salina под действием у - облучения// Радиобиология. -1978. - Т.1 8 . - № 1 - С . 135-138.
28. Ивановский Ю. А., Митрофанов А. А., Чага И. Л. Выклев науплиев Artemia salina при различных режимах солености и температуры// Биоло-гия моря. - 1980. - № 4. - 25-31.
29. РТльиченко О. М., Гудков И. Н. Механизмы пострадиационного восста- новления сине - зеленых водорослей.// Инф. Бюлл. Науч. сов. АН СССРпо проблемам радиобиологии. -1986. JV2 36. -СИ - 80.
30. Карапетян К., Варданян В. А. Действие ионизирующей радиации на овогенез. Ереван: Изд. - во АН АрмССР. 1967. - 163 с.
32. Козлов А. А. К проблеме «малых доз» в радиобиологии// Радиобиология. -1988.-Т.28.-№3.- 424-426.
33. Козлов А. А., Магаладзе В. А. О стимулирующем влиянии сверхмалых доз хронического у - облучения на развитие куриных эмбрионов// Радио-биология.-1991. - Т. 31. - № 1. - 154-155.211
34. Коломийцева И. К. Немонотонность зависимости доза-эффект в области малых доз ионизирующей радиации// Радиационная биология. Радиоэко-логия. - 2003. Т. 43. № 2. - 179 -181.
35. Корочкин Л. И., Серов О. Д., Манченко Г. П. Генетика изоферментов. М.: Наука, 1977.-С. 5-17.
36. Косенко Л. А. Автографическое исследование ноловых клеток самцов Приморского гребешка// Биология моря. - 1979. - № 3. - 44-49.
37. Кузин А. М. Возможные механизмы участия нриродного радиационного фона (ПРФ) в стимуляции деления клеток// Радиационная биология. Ра-диоэкология. -1994. - Т. 34. - № 2. - 398-400.
38. Кузин А. М. Р1деи радиационного гормезиса в атомном веке. М.: Наука, 1995.-158 с.
39. Кузин А. М., Хакимов Н.А., Шайков Р.Т., Хакимов Х.Я. Рост, развитие эмбрионов, цыплят и яйценоскость кур, облученных до и в процессе ин-кубации// Радиобиология. -1975. - Т. 15. - № 6. - 866-870.
40. Кулепанов В.Н., Дзюба СМ., Ивановский Ю.А. Действие у - излучения на гаметогенез Приморского гребешка//Тез. докл. I Всесоюз. радиобиологи-ческого съезда. Москва, 21—27 августа 1989. Пущино: ИБФ АН СССР,1989. Т. 3. - 602-603.
41. Кулепанов В.Н., Дзюба СМ., Ивановский Ю.А. Действие у - излучения на репродуктивную систему двустворчатого моллюска Mizuhopecten yessoen-sis. Отдаленные последствия у - облучения// Радиобиология.- 1991. - Т. 31.- № 3 . - С 348-351.
42. Кулепанов В. Н, Жильцова Л.В., Ивановский Ю. А. К изучению особен- ностей размножения красных водорослей из рода Gracilaria Grev.// Альго-логия -1994. - Т. 4. - № 1. - С 29-33.
43. Кулепанов В. Н, Ивановский Ю. А., Радиационные методы в марикульту- ре// Тез. докладов Всеоюз. Конференции «Научно - технические пробле-мы марикультуры в стране» Октябрь. Владивосток: 1989. - С 156 - 157.212
44. Кулепанов В. Н, Ивановский Ю А. Получении мутантных форм грациля- рии бородавчатой.// Тез. докладов Всероссийской конференции « При-кладные аспекты радиобиологии» (Пущино, 1994), Пущино: 1994 - 31-32.
45. Кулепанов В. Н, Ивановский Ю. А., Воропаева О. П. Псевдостимули- рующий эффект у - радиации у красной морской водоросли грациляриибородавчатой// Радиобиология -1991. - Т. 31. - № 6. - 829-834.
46. Кулепанов В. Н, Ивановский Ю. А., Пикифоров СМ. Индуцированный мутагенез у красной водоросли Gmcilaria venucosa (Huds.) Papenf.ll Гене-тика растений - 1996. - Т. - 32. - № 2 - 262-266.
47. Кусницкий B.C., Ситников В.П. Особенности некоторых функциональ- ных механизмов полости носа у детей зоны жесткого контроля// Докл. 1конгресса 16-18 мая. Рос. Общества отоларингологов. - П.: 1994.Приложение 2. 104 -105.
48. Душников Е.Ф., Загребин В.М. Апоптоз клеток: морфология, биологиче- ская роль, механизмы развития// Архив патологии. - 1987. - Т. 49. - № 1 -С. 84-89.
49. Мазник Н. А. Цитогенетические исследования лимфоцитов перифериче- ской крови при профессиональном облучении медицинских радиологов//Цитология и генетика. -1987. - Т. 21. - № 6 - 437-440.
50. Макиенко В.Ф., Золотухина Л.С. Жизненный цикл Gracilaria verrucosa {Huds) у берегов Дальнего Востока// Изв. ТР1НР0. - 1979. - Т. 103. - 55 -60.
51. Митрофанов Ю. А. Индуцированная изменчивость хромосом эукариот. М.: Наука. 1994-с. 144.213
52. Митрофанов Ю. А., Ивановский Ю. А., Лесникова Л. Н., Макарычева А, М. Числа хромосом и кариотипы некоторых популяций Artemia salinallЦитология и генетика. -1982. - Т. 16. - № 4 - 11-14.
53. Митрофанов Ю. А., Ивановский Ю. А., Лозовский Е. А., Макарычева А. М., Викторовская Г. И., Вальвач А. А. Аквакультура А. salma//Te3. Док-ладов Всеоюз. Совещания по морской аквакультуре. Керчь. 19-22 января1976 г. М: 1976.-С. 59-60.
55. Нейфах Е. А. Большие радиопатогенные нагрузки детей от "малых доз" техногенной хронической радиации// Радиационная биология. Радиоэко-логия. - 2003. - Т. 43. - № 2. - 193-196.
56. Пелевина И. И., Алещенко А. В., Антощина М. М., Готлиб В. Я., Кудря- шова О. В., Семенова Л. П., Серебряный А. М. Реакция популяции клетокна облучение в малых jifl^sxll Радиационная биология. Радиоэкология. -2003.-Т. 4 3 . - № 2 . - С . 161-166.
57. Перцов Л.А. Биологические аспекты радиационного загрязнения моря. М.: Атомиздат. 1978. -160 с.
58. Петин В. Г., Морозов И. И., Кабакова П. М., Горшкова Т. А. Некоторые эффекты радиационного гормезиса бактериальных и дрожжевых клеток//Радиационная биология. Радиоэкология. - 2003. - Т. 43. - JV2 2. - 176-178.
59. Пикаев А. К. Современная радиационная химия. Радиолиз газов и жидко- стей. М.: Наука, 1986. - 440 с.214
60. Питиримова М. А. Пострадиационное восстановление и мутационная из- менчивость ячменя// Тез. докладов 1-го Всеоюз. радиобиологическогосъезда. Москва. 21 -27 авг. Т. 2. Пущино: 1989. - 302 - 303.
61. Плохинский Н. А. Биометрия М.- Л: Изд. МГУ, 1970. - с. 145.
62. Полевой В.В. Фитогормоны. Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. 248 с.
64. Радченко Л.А. Влияние у - облучения на выживаемость Artemia salinall Радиобиология. -1982. - Т. 22. - № 3. - 423-426.
65. Рапопорт И. А. Мутационная селекция М: Наука. 1968. - 230 - 241.
66. Романюк В. А., Рыгалов В, Е. Рекомендации по искусственному воспро- изводству грацилярии. Ч. 1, Биологическое обоснование плантационногокультивирования фрагментов грацилярии бородавчатой. Владивосток:1989.-с. 42.
67. Савина Н.В., Даливеля О. В., Никитченко Н. В., Кужир Т. Д. Влияние ма- лых доз на биологические эффекты алкилирующих агентов в исследова-ниях на дрозофиле// Цитология и генетика. - 2003. - Т. 37. - JVb 1- 48-55.
68. Терещенко Н. Н., Владимиров В. Б. Пострадиационная реакция фотосин- тетического аппарата зеленой водоросли// Тез. докл. Всесоюз. Конф. подействию малых доз ионизирующей радиации. Севастополь, октябрь,1984. - Киев. «Наукова думка». - 1984. - 94.216
69. Черфас Р.Б. Радиационное норажение гонад карпа// Вопросы ихтиологии. -1962-Т.2.-№1.-С. 104-115.
70. Чмилевский Д. А, Влияние рентгеновских лучей на оогенез теляпии {Те- lapia mossambica Peters). 3. Облучение личинок в возрасте 20 суток// Он-тогенез. -1985. - Т. 16. - № 4. - 416-420.
71. Шевченко В. А., Печкуренков В. Д., Абрамов В. И. Радиационная генети- ка природных популяций. - М.: Наука, 1992. - 219 с.
72. Эйдус Л. X. Мембранный механизм биологического действия малых доз. М.: «Типография ФНПР». 2001. - с. 82.
73. Ярмоненко П. Радиобиология человека и животных. 3-е издание. М.: Высшая школа. 1988. - с. 424.
74. Abbat J. D., Hamilton Т. R., Weeks J. L., Epidemiological studies in three corporations covering the Canadian nuclear fuel cycle; Biological effects of lowlevel radiation// IAEA, Vienna: 1983. p. 351.
75. Agrawal S. С Effects of X - rays and gamma - rays on the germination of spore survival of vegetable colony and sporulation of the green algaStigeoclonium pasheri (Vicher)// Cox. and Bold. Protistenk .-1986. - V. 131. -N. 1-2.- P. 139-141.
76. Anderson R. E., Tokoda S., Williams W. L., Spellman C. W. Low dose irra- diation permits immunization of A/J mice with subimmunogenic numbers ofSal cells.// British Journal of Cancer- 1986. - V. 54. - N . 4. - P. 505-510.
77. Asato Y. Photorecovery of gamma - irradiation cultures of blue - green alga Anacystis nidulansll Radiation Botany - 1971. - V. 11. - N. 3. - P. 313-317.
78. Becker K. Book review: Evaluation of the Linear-Nonthreshold Dose- Response Model for Ionizing Radiation, NCRP Report 136// Health Physics. -2002. - V. 82. - N. 2. - P. 257-258.
79. Beckman K. В., Ames B. N. Free radical theory of aging matures// Physiol- ogy Reviews. - 1998. - V. 78. - N. 4. - P. 547-581.
80. Berrington A., Darby S. C, Weiss H. A., Doll R. 100 years of observation on British Radiologists: mortality from cancer and other causes 1987-1997//British Journal of Radiology - 2001. - V. 74. - N. 3. - P. 507-519.
81. Bhattarcharjee D. Role of radioadaptation on radiation-induced thymic lym- phoma in mice//Mutation Research - 1996. - V. 358.-N. 2. -P. 231-235.
82. Bogen K.T. Biologically based prediction of empirical nonlinearity in lung cancer risk vs. residential/occupational radon exposure// Human and EcologicalRiskAssessment.-2001.-V. 7.-N. 8. -P. 811-827.
83. Boothman D. A., Odegaard E., Yang C. R. et al. Molecular analyses of adap- tive survival responses (ASRs): role of ASRs in radiotherapy// Human and En-vironmental Toxicology -1998. - V. 17. - N. 8. - P. 448-453.
84. Brenner D. J., Little J. В., Sachs R. K. The bystander effect in radiation onco- genesis: II. A quantitative model// Radiation Research. - 2001. - V. 155. - N. 3.- P. 402-408.
85. Broome E. J., Brown D. L., Mitchel R. E. J. Dose responses for adaptation to low doses of '^'Co-gamma rays and ^H beta particles in normal human fibro-blasts//Radiation Research. - 2002. - V. 158.-N. 2 . - P . 181-186.218
86. Calabrese E. J., Baldwin L. A. U-Shaped dose-responses in biology, toxicol- ogy, and public health// Annual Reviews of Public Health. - 2001. - V. 22. - P.15-33.
87. Calabrese E. J., Baldwin L. A. Scientific Foundations of hormesis// Critical Reviews in Toxicology. - 2001. - V. 31. - N. 4 - 5. - P. 351-352.
88. Calabrese E. J., Baldwin L. A. Hormesis: A generalizable and unifying hy- pothesis// Critical Reviews in Toxicology. - 2001. - V. 31. - N. 4 - 5. - P. 353-424.
89. Calabrese E. J., Baldwin L. A. Toxicology rethinks its central belief// Nature. -2003.-V. 421.-P. 691.
90. Catania J., Fainveather D. S. DNA methylation, and cellular aging// Mutation Research. -1991. - V. 256. - N. 3 - P. 283-293.
91. Chaffey J. Т., Rosenthal D. S., Moloney W. D., Hellman S. Total Body Irra- diation as Treatment for Lymphosarcoma// International Journal of RadiationOncology and Biological Physics. -1976. - V.I. - N. 3 - P. 399-405.
92. Chuev G. N., Sychyov V. V. Mean-field theory of an electron solvated in molten salts// Journal of Chemical Physics - 2000. - V. 112. - N. 10. - P. 4707-4715.
93. Cohen B. L. Test of the Linear No-Threshold theory of radiation carcinogene- sis in the low dose, low dose rate region// Health Physics. -1995. - V. 68. - N.2.-P. 157-174.219
94. Cohen В. L. Cancer risk from low-level radiation// American Journal of Ro- entgen. - 2002. - V. 179. - N. 6 - P. 1137-1143.
95. Cohen B. L. Risks in Perspective// Journal of American Physicians and Sur- geons - 2003. - V. 8. - N. 2 - P. 50-53.
96. Conte F. P., Peterson G. K., Ewing R. D. Larval salt gland oiArtemia salina nauplii. Regulation of protein synthesis by environmental salinity// Journal ofComparative Physiology. -1973. - V. 82. - N. 3. - P. 277-289.
97. Cork 1. M. Y - irradiation and longevity of the flour-beetle// Radiation Re- search. - 1957. - V. 7. - N. 6. - P. 551-557.
98. Croute F., Soleilhavoup J. P., Vidal S., Rousseille R., Planel H. Proliferation kinetics of Paramecium tetraurelia in balloon-borne experiments// AviationSpace and Environmental Medicine. - 1982. - V. 53. - P. 531-536.
99. Cuttler J. M. Low-dose irradiation therapy to cure gas gangrene infections// American Nuclear Society Winter Meeting. DC. Washington: 2002. - P. 17-21.
100. Cuttler J. M., PoUycove M. Can cancer be treated with low doses of irradia- tion?// Journal of American Physicians and Surgeons - 2003. - V. 8. - N. 4. - P.108-111.
101. Donaldson R. L., Bonham K. Effect of chronic exposure of chinoch salmon eggs and alevins to gamma irradiation// Franco - American Fish - Society. -1970.-V 99.-N. 1.- P. 112.
102. El - Abdin A. Z., Roushdy M. Z. Effect of different doses of X - ray irradia- tion in Bulinus Truncatus Snails and eggs// Journal of Egyptian Medical Asso-ciation. - 1976. - V. 59. - P. 411-426.
103. Engel D.W. Effect of single continues exposures of gamma - radiation on the survival and growth of the blue crab Callinectes sapidusll Radiation Research. -1967. - V. 32.-N. 4.-P. 658-691.
104. Engel D. M., Davis E. M. An atypical response to radiation by the Mud Snail Nussarius Obsoletus// International Journal of Radiation Biology -1973. - V.24.-N. 2.-P. 199-209.
105. Etoch H., Hyodo T. Y. Techniques demonstrating radiation pathology in aquatic organisms including histology and autoradiography// Technical ReportsSeries of International Atomics Energy Agency. - 1979. V. 190. - P. 283-300.
106. Feinendegen L. E, Bond V. P., Sondhaus С A. Cellular signal adaptation with damage control at low doses versus the predominance of DNA damage at highdoses// Reports of Academy Science III.-1999. - V. 322. - N. 2-3. - P. 245-251.221
107. Feinendegen L. E., PoUycove M. Biologic response to low doses of ionizing radiation: detriment versus hormesis. Part 1. Dose response of cells and tissues//Journal of Nuclear Medicine - 2001. - V.42. - N. 7. - P. 17 N - 27 N.
108. Feinendegen L. E., Pollycove M., Sondhaus С A. Responses to low doses of ionizing radiation in biological systems// Nonlinearity in Biology, Toxicology,and Medicine. - 2004.-V.2. -N. 3,-P. 143-171.
109. Feng X., Xu S., Liu Shuzheng L. Time course of intracellular free Ca con- centration changes in thymocytes after whole body irradiation with X-rays//Chinese Journal of Radiologist Medical Protective. - 1998. - V. 18. - N. 5.-P. 351-353.
110. Frigerio N. A., Stowe R. S. Carcinogenic and genetic hazard from background radiation// Biological and environmental effects of low-level radiation. Vienna:IAEA, 1976.-V.2.-P. 385-393.
111. Gardner J. W., Gutmann F. D. Fatal water intoxication of an Army trainee during urine drug testing// Military Medicine. - 2002. - V. 167. - N. 4. - P. 435-437.
112. Ghiassi-Nejad M., Mortazavi S., M., J., Cameron J. R., Niroomand-Rad A., Karam P. A Very High Background Radiation Areas of Ramsar, Iran: Prelimi-nary Biological Studies// Health Physics. - 2002. - V. 82. - N. 1. - P. 87-93.
113. Gilbert E. S., Fry S. A., Wiggs L. D. et al. Analysis of combined mortality data on workers at the Hanfort Site, Oak Ridge National Laboratory, and Rocky222Flats Nuclear Weapons Plant// Radiation Research. - 1989. - V. 120. - N. 1. - P.19-35.
114. Gilbert E. S, Petersen G. R, Buchanan J. A. Mortality of workers at the Han- ford site: 1945-1981//Health Physics- 1989. -V. 56. -N. 1. -P. 11-25.
115. Gourabi H., Mozdarani H. A cytokinesis-blocked micronucleus study of the radioadaptive response of lymphocytes of individuals occupationally exposed tochronic doses of radiation// Mutagenesis. - 1998. - V. 13. - N. 2. - P. 475-480.
116. Graham S., Levin M. L., Lilienfeld A. M., Schuman L. M., Gibson R., Dowd J. E., Hempelmann L. Preconception, intrauterine, and postnatal irradiation asrelated to leukemia// National Cancer Institute Monographs -1966. - V. 19. - P.347-371.
117. Harms-Ringdahl M., Nicotera P., Radford L R. Radiation induced apoptosis// Mutation Research -1996. - V. 366. - N. 2. - P. 171-179.
119. Herskowitz I. Damage to offspring of irradiated women// Progress of Immu- nologist Gynecology. -1957.- N. 3. - P. 374-379.
120. Hoppenheit M. Wirkungen einer einmaligen rotgenbe - strahlung auf die fortpflanzung der weibchenvon Gammarus duebeni {Crustacea, Amphipoda)//Helgolander wiss Meeresunters. -1972. - V. 23. - N. 3. - P. 467- 484.
121. Ikushima Т., Aritomi H., Morisita J. Radioadaptive response. Efficient repair of radiation induced DNA damage in adapted cells// Mutation research. - 1996.- V. 358.-N. 2.-P. 193-198.
122. Joiner M. C, Marples В., Lambin P., Short S. C , Turesson I. Low-dose hy- persensitivity// Current status and possible mechanisms. International Journal ofRadiation Oncology. - 2001. - V. 49. - N. 2. - P. 379-389.
123. Kauffman J. M. Dismissed, and Some Implications for Public Policy// Journal of Scientific Exploration -2003. - V. 17. - N . 3. - P. 389-407.
124. Kellerer A. M. A survey of approaches to radiation biophysics// Fifth sympo- sium of microdosimetry Ed. J. Booz et. al. 1976 - P. 409 - 442.
125. Kendal G. M., Muirhead C. R., Macgibbon B. H., Oagan J. A. First analysis of the national registry for radiation workers; Occupational exposure to ionizingradiation and mortality//NRPB, Chilton, Didcot, U.K.: 1992. RPB-R251.
126. Kinoshita K., Jr., Yasuda R., Noji H., Ishiwata S., Yoshida M. FpATPase: A Rotary Motor Made of a Single Molecule// Cell - 1998.- V. 93. - N. 1. P. 21-24.
127. Korkina L. G., Afanas'ef I. В., Diplock A. T. Antioxidant therapy in children affected by irradiation from the Chernobyl nuclear accident// Biochemistry So-ciety Transaction.- 1993 V. 21: 314S.
128. Kondo S. Altruistic cell suicide in relation to radiation hormesis// Interna- tional Journal of Radiation Biology. Related Studies Physics Chemistry Medi-cine - 1988. - V. - N. 1. - P. 95-102.
129. Kostyuchenko V. A, Kristina L. Yu. Long-term irradiation effects in the population evacuated from the East-Urals radioactive trace area// Scientific To-tal Environment - 1994.-V. 142.-N.I.-P. 119-125.224
130. Kraus М. Resistance of blue - green algae to ^^ Co Gamma irradiation// Ra- diation Botany -1969. - N. 3 - P. 481.
131. Little J. B. Induction of genetic instability by ionizing radiation// Reports of Academy Sciences. III. -1999. - V. 322. - N. 2 - 3. - P. 127-134.
132. Liu S. Z. Nonlinear dose-response relationship in the immune system follow- ing exposure to ionizing radiation: mechanisms and implications// Nonlinearityin Biology, Toxicology and Medicine - 2003. - V. 1. - N. 1. - P. 71-78.
133. Luckey T. D. Physiological Benefits from Low Level of Ionizing Radiation// Health Physics -1982. - V. 43. - N. 6. - P. 771-789.
135. Macklis R. M., Bresford B. Radiation hormesis// Journal of Nuclear Medicine -1991.- V. 32 .-N.I . -P. 350-359.
136. Maфles В., Lambin P., Skov K. A., Joiner, M. C. Low dose hyper radiosen- sitivity and increased radioresistance in mammalian cells// International Journalof Radiation Biology -1997. - V. 71. - N. 6. - P. 721-735.
137. Matanoski G. M. Health Effect of Low-Level Radiation in Shipyard Workers. Final Report. Report No. DOE DE-AC02-79 EV10095. Washington, DC: U.S.Department of Energy; 1991.
138. McGregor J. F., Newcombe H. B. Decreased risk of embryo mortality follow- ing low doses of radiation to from sperm// Radiation Research. -1972. - V. 52.- N . 3 . - P . 536-544.
139. Metalli P., Ballardin E. Radiobiology of Artemia salina.Radiation effects and ploidi// Current Topics in Radiation Research, Quarterly. - 1972. - V. 7. - N. 2.-P. 181-240.
140. Mifune M., Sobue Т., Arimoto H., Komoto Y., Kondo S., Tanooka H. Cancer mortality survey in a spa area (Misasa, Japan) with a high radon background//Japanese Journal of Cancer Research -1992. - V. 83. - N. 1. - P. 1-5.225
141. Miller M.W., Miller W. M. Radiation hormesis in Plant// Health Physics - 1987.-V. 52.-N. 5.-P.607-616.
142. Mine M., Okumura Y., Ichimaru M., Nakamura Т., Kondo S. Apparently beneficial effect of low to intermediate doses of A-bomb radiation on humanlife span// International Journal of Radiation Biology - 1990. - V. 58. - N. 6. -P. 1035-1043.
143. Mix M.C., Sparks A. K. Repair of digestive tubule of the Pacific Oyster Crassostrea gigas, damaged by ionizing radiation// Journal of Invertebrate Pa-thology. - 1971. - V. 17. - N. 2. - P. 172-177.
144. Mossman J. L. Deconstructing radiation hormesis// Health Physics. - 2001. - V. 80. - N. 2. - P. 263-269.
145. Mossman J. L., Ledesma L. M. Radiation exposure and adaptive processes// BELLE Newsletter. -1999. - V. 7/ - N. 3. - P. 16-19.
146. Nambi K. S. V., Soman S. D. Environmental radiation and cancer in India// Health Physics - 1987. - V. 52. - N. 5. - P. 653-657.
147. NCRPM. National Council Radiation Protection Measurements. Recommen- dations on Limits for Exposure to Ionizing Radiation. Publication 91. Bethesda,MD: National Council on Radiation Protection & Measurements, 1987.
148. NCRPM. National Council Radiation Protection Measurements. Evaluation of the Linear-Nonthreshold Dose-Respons Model for Ionizing Radiation. Publica-tion 136. MD : National Council on Radiation Protection & Measurements,2001.226
149. Nei М. Genetic distance between Populations// American Nature. -1972. - V. 106.-N. 2. -P. 283-292.
150. Newcombe H. B, McGregor J. F. Childhood cancer following obstetric radi- ography// Lancet - 1971. - N. 2. - P. 151-152.
151. Nogami M., Huang J.T., Nakamura L.T., Makinodan T. T cells are the cellu- lar target of the proliferation-augmenting effect of chronic low-dose ionizingradiation in mice// Radiation Research.-1994. - V. 139. - N. 1. - P. 47-52.
152. Nystrom L., Andersson I., Bjurstam N., Frisell J., Nordenskjold В., Rutqvist E. R. Long-term effects of mammography screening: Updated overview of theSwedish randomized trials// Lancet. - 2002. - V. 359. - N. 5. - P. 909-919.
153. Olivieri G., Bodycote J., Wolff S. Adaptive response of human lymphocytes to low concentrations of radioactive thymidine// Science - 1984. - V. 223. - P.594-597.
154. Olsen O., Getzsche P. C. Cochrane review on screening for breast cancer with mammography// Lancet-2001. - V. 358. - N. 6. - P. 1340-1342.
155. Palenik В., Morel F. M. M. Dark production of H2O2 in the Sargasso Sea// 1.imnology. Oceanography. - 1988. - V. 33. - N. 6. - P. 1601-1611.
156. Pant M. C, Liao X. Y., Lu Q., Molloi S., Elmore E., Redpath J. L. Mecha- nisms of suppression of neoplastic transformation in vitro by low doses of low
157. ET radiation// Carcinogenesis. - 2003. - V. 24. - N. 12. - P. 1961-1965.
158. Parsons P. A. Hormesis: an adaptive expectation with emphasis on ionizing radiation// Journal of Application Toxicology - 2000. - V. 20. - N. 2. - P. 103-112.
159. Parsons P. A. Radiation hormesis: An ecological and energetic perspective// Medical Hypotheses-2001.-V. 57.-N. 2. -V. Ill-219.
160. Patel R. J. Effects of irradiation (high energy rays) on Cladophora gracilis (Griff) Kutz.ll Phycos. - 1975. V. 14. N. 1 - 2. - P. 41 - 46.
161. Pollycove M. Feinendegen L. E. Biologic response to low doses of ionizing radiation: detriment versus hormesis. Part 2. Dose response of cells and tissues//Journal of Nuclear Medicine - 2001. - V. 42. - N. 9. - P. 26 N - 37 N.
162. Pollycove M. Feinendegen L. E. Radiation-induced versus endogenous DNA damage: Possible effect of inducible protective responses in mitigating endoge-nous damage// Human and Experimental Toxicology. - 2003. -V. 22. - N. 6. -P. 290-306.
163. Prasad K. N., Cole W. C, Hasse G. M. Health Risks of low dose ionizing ra- diation in Humans: A Review// Experimental Biology and Medicine -2004. - V.229.-N. 2.-P. 378-382.
164. Puck T. T, Morse H, Johnson R, Waldren C. A. Caffeine enhanced measure- ment of mutagenesis by low levels of gamma-irradiation in human lympho-cytes// Somatic Cellular Molecular Genetics - 1993. - V. 19. - N. 2. - P. 423-429.
165. Radivoyevitch Т., Kozubek S., Sachs R. K. The risk of chronic myeloid leu- kemia: Can the dose-response curve be U-shaped?// Radiation Research.- 2002.-V. 157.-N. l . - P . 106-109.
166. Raman В., Dulberg C.S., Spasoff R. A. Mortality among Canadian military personel exposed to low-dose radiation// Canadian Medical Association Jour-nal.-1987.-V. 136.-N.6.-P. 1951-1955.
167. Redpath J. L. Radiation-induced neoplastic transformation in vitro: Evidence for a protective effect at low doses of low LET radiation//Cancer and MetastasisReviews -2004. - V.23.-N. 3-4. - P . 333-339.228
168. Redpath J. L., Lu Q., Lao X,, Molloi S., Elmore E. Low doses of diagnostic energy X rays protect against neoplastic transformation in vitro// InternationalJournal of Radiation Biology. - 2003. - V. 79. - N. 4. - P. 235-240.
169. Redpath J. L., Short S. C , Woodcock M., Johnston P. J. Low-dose reduction in transformation frequency compared to unirradiated controls: The role of hy-per-radiosensitivity to cell death// Radiation Research - 2003. - V. 159. - N. 3. -P. 433-436.
170. Redpath J., L., Lu Q., Lao X., Molloi S., Elmore E. Low doses of diagnostic energy X rays protect against neoplastic transformation in vitro// InternationalJournal of Radiation Biology. - 2003. - V. 79. - N. 4. - P. 235-240.
171. Robinette С D., Jablon S., Preston T. L. Studies of Participants in Nuclear Tests//National Research Council Final Report. - 1985. DOE/EVO1577,Washington.
172. Rothkamm K, Lobrich M. From the cover: evidence for a lack of DNA dou- ble-strand break repair in human cells exposed to very low x-ray doses// Pro-ceeding of the National Academy of Science of U S A - 2003. - V. 100. - P.5057-5062.
173. Rustad R. С Regeneration of cilia in heavily irradiated Sea Urchin embry- ons//Radiation Research. - 1981. - V. 88. - N. 3. - P. 631-635.
174. Sacher G. A. Effects of X-rays on the survival of Drosophila imagoes// Physi- ology Zoology. - 1963. V. 36. - N. 2. - P. 295-311.229
175. Santelices В., Doty M. S. A review of Gracilaria farming// Aquaculture. - 1989.-V. 78.-N. 1.- P. 95-133.
176. Saran M. To What End does Nature produce Superoxide? NADPH oxidize as an autocrine modifier of membrane phospholipids generating paracrine lipidmessengers// Free Radical Research - 2003. - V. 37 - N. 10. - P. 1045-1059.
177. Schettino G., Folkard M., Prise K. M., Vojnovic В., Held K. D., Michael B. D. Low-dose studies of bystander cell killing with targeted soft X rays// Radia-tion Research. - 2003. - V. 160. - N. 3. - P. 505 - 511.
178. Schollnberger H., Menache M. M., Hanson T. E. A biomathematical model- ing approach to explain the phenomenon of radiation hormesis// Human andEcological Risk Assessment - 2001. - V. 7. - N. 4. - P. 867-890.
179. Schollnberger H., Mitchel R. E. J., Crawford-Brown D. J., Hofmann W. Nonlinear dose-response relationships and inducible cellular defence mecha-nisms// Journal of Radiologist Protective. - 2002. V. 22. N. ЗА. - P. A21-A 25.
180. Schollnberger H., Stewart R. D., Mitchel R. E. J. An examination of radiation hormesis mechanisms using a multistage carcinogenesis model// Nonlinearity inBiology, Toxicology, and Medicine. - 2004. - V. 2. - P. 317-352.230
181. Shebaita М. К. Radiation promotive concept// Arch. Gefluegelkd. -1975. V. 39.-P. 180(A17:255534).
182. Sheppard S. C , Regitnig P. J. Factors controlling the hormesis response in ir- radiated seed// Health Physics - 1987. V. 52. N. 5. - P. 599 - 605.
183. Sherwood T. 100 years' observation of risks from radiation for British (male) radiologists// Lancet -2001. - V. 358. - P. 604.
184. Shimizu Y., Kato H., SchuU W. J., Mabuchi K. Dose response analysis among atomic-bomb survivors exposed to low-level radiation// In: Low Level Irradia-tion and Biological Defense Mechanisms:. 71 - 74, Excerpta Medica, Amster-dam 1992, p. 71 - 74.
185. Singh В., Arrand J. E, Joiner M. C. Hypersensitive response of normal human lung epithelial cells at low radiation doses// International Journal of RadiationBiology. -1994. - V. 65. - N. 4 - P. 457-464.
186. Sorensen K.J., Attix C. M., Christian A. Т., Wyrobek A. J., Tucker J. D. Adaptive response induction and variation in human lymphoblastoid cell lines//Mutation Research - 2002. - V. 519. - N. 1-2. - P. 15-24.
187. Stewart A., Kneale G. W. Radiation dose effects in relation to obstetric X- rays and childhood cancers// Lancet- 1970. - N.I. - P. 1185-1188.
188. Stewart A., Kneale G. W. A-bomb survivors: factors that may lead to a re- assessment of the radiation hazard// International Journal of Epidemiology. -2000. - V. 29. - N. 4. - P. 708-714.
189. Suzuki K., Kodama S., Watanabe M. Extremely low-dose ionizing radiation causes activation of mitogen-activated protein kinase pathway and enhancesproliferation of normal human diploid cells// Cancer Research. - 2001. -V. 61. -P. 5396-5401.
190. Tietjen G. L. Plutonium and lung cancer// Health Physics - 1987. - V. 52. - N. 5.-P. 625-628.
191. Tokarskaya Z. B, Okladlnikova N. D, Belyaeva Z. D, Drozhko E. G. Multi- factorial analysis of lung cancer dose-response relationships for workers at theMayak Nuclear Enterprise// Health Physics. -1997. - V. 73. - N. 6. - P. 899 -905.
192. Uchida I. A., Holunga R., Lawler C. Maternal radiation and chromosomal ab- errations// Lancet. -1968. - N. 2. - P. 1045 - 1049.
193. Upton A. C. Radiation hormesis: Data and interpretations// Critical Reviews in Toxicology . - 2001. - V. 31. - N. 6. - P. 681-695.
194. Vidyvati, Nagaraju P. Effects of gamma - rays on Closterium acerosum Ehrenb.// Phycos. -1983. - V. 22. - N. 1 - 2. - P. 171-175.
195. Warner H. R., Hodes R. J., Pocinki K. What does cell death have to do with aging? // Journal of American Geriatric Soc. -1997. V. 45. N. 9 - P. 1140 -1146.
196. Wei L., Zha Y., Tao Z., He W., Chen D., Yaan Y. Epidemiological investiga- tion of radiological effects in high background radiation areas of Yan^iangChina// Journal of Radiation Research - 1990. - V. 31. - N. 1. - P. 119 -136.
197. Welander A. D. Some effects of X - irradiation of different embryonic stages of the Trout (Salmo gairdneli)// Growth -1954. - V.12. - N. 3. - P. 227 - 255.
198. Wermuth J. F. Gamma - irradiation and longevity oi Campanularia plexuosalI Biological Bulletin.-1980.-V. 159.-N.3. - P. 752-759.232
199. Wolf S. The adaptive response in radiobiology: evolving insights and implica- tions // Environmental Health Perspective. -1998. - V. 1. - N. 106. Suppl. 1. -P. 277 - 283.
200. Yonezawa M., Misonoh J., Hosokawa Y., Two types of X-ray induced radio- resistance in mice, presence of 4 dose ranges with distinct biological effects//Mutation Research. - 1996. - V. 358. - P. 237-243.
201. Zehnder A, Egli B. Zur resisten von blaualgen gegen kurswellige strahlung// Schweiz. Z. Hydrol. - 1977. - V. 39. - N. 2. - P. 167-177.
-
Ивановский, Юрий Александрович
-
доктора биологических наук
-
Владивосток, 2006
-
ВАК 03.00.02
- Влияние предынкубационной обработки яиц ионизирующим излучением на эмбриональный и постэмбриональный онтогенез цыплят-бройлеров
- Реакция организма кур на действие ионизирующих излучений
- Биоэлектрическая активность кардиомиоцитов облученного организма при гипоксии
- Состояние нейрогормональной регуляции и структурная организация плазматических мембран гладкомышечных клеток аорты крыс при действии ионизирующего излучения
- СОЧЕТАННОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРИ ПРЕДПОСЕВНОМ ОБЛУЧЕНИИ СОИ
