Комбинированное действие солей тория, свинца и гамма-излучения на мужские половые клетки лабораторных мышей

липопероксидация (Владимиров, Арчаков, 1972). Гамма - излучения

интенсифицирует пероксидацию липидов, в результате образуется избыток

липидных токсических веществ, наступает деструкция мембраны (Ясуо Кагава.

1935, цит. по Кудряшову).

Надежность живых систем в отношении поражающего действие гамма лучей

обеспечивается активностью защитных ресурсов системы - биогенных аминов,

тиолов, гормонов, эндогенных антиокислительных и антирадикальных систем

(Гончаренко, Кудряшов, 1980).

1.2. Влияние тяжелых металлов на наследственные структуры организма

Тяжелые металлы в последние десятилетия являются одним из самых

распространенных факторов загрязнения окружающей среды. В связи с этим

назрела настоятельная необходимость на ряд вопросов о степени

генотоксической опасности многих веществ, включающих в свои структуры ионы

ТМ. Мнения различных исследователей о генетической активности ТМ

неоднозначны, поскольку функциональная роль металлов в организме до конца

еще не выяснена.

Известно, что физиологическая роль некоторых ТМ обеспечивается их

участием в клеточных структурах. Так, наряду с общеизвестными

микроэлементами, представляющими атомы Мn, Fе, Ni, Сu, Мо, Zn, и Сr,

оказывающих стабилизирующее действие на двойную спираль ДНК, а также

играющих важную роль в организации третичной и четвертичной структур

хромосом (Уильямс, 1975), возможна и определена роль ТМ в регуляции

внутриклеточных процессов, в частности, как было показано Мазиа (Маzia,

1954) (цит. по: Ракин, 1990) кобальт и никель регулируют кроссинговер,

препятствуя возникновению структурных нарушений нитей ДHК.

Металлы способны связываться и с белковыми структурами. Так в 1977 году

в цитолизосомах кишечного эпителия личинок дрозофилы были обнаружены

белковые образования, содержащие ионы меди (Тарр, Носkaday, 1977). Было

высказано предложение, что эти протеиды, названные металлотионинами,

являются клеточными детоксикантами. Правильность этого предложения была

подтверждена в 1987 году, когда было обнаружено резкое снижение

концентрации низкомолекулярных комплексов серебра и ртути, вводимых крысам

в качестве затравок, под действием медь - и кобальт содержащих

металлотионинов (Sugawara, 1987) (цит. по: Ракин, 1990).

По мнению Д. Уильямса (1975), металлы в качестве микроэлементов могут

находиться в виде свободных ионов, выполняя регуляторные функции в клетке.

Однако Б. Халлиуэл (1987), полагает, что в виде свободных радикалов ТМ

появляются в организме крайне редко, причем происходит это в случае

разрушения ранее существовавших комплексов и являются в этом виде

сильнейшими клеточными ядами.

Действительно, практически все металлы, попадающие в клетку, сразу

связываются в органические комплексы, даже находясь в виде нерастворимой

соли. Такие ковалентные и координатные комплексы проявляют не только

стимулирующую, но и угнетающую активность, которая в основном зависит от

атомарной массы и электроположительности катионов металлов (Talukderg,

1987) (цит. по: Ракин, 1990). Резюмируя данные по генотоксической

активности различных ТМ можно сделать вывод, что эти вещества, принимая

форму органокомплекса, начинают проявлять мутагенные свойства.

Рассматривая механизмы повреждения наследственных структур можно

сказать, что под влиянием ТМ происходит повреждения третичной структуры

хромосом, что ведет к частичной денатурации ДНК. При связывании двух

валентных ТМ с ДНК возможны мутации типа транверсий и транзиций (Лерина,

1972). ТМ могут вызывать хромосомные аберрации, индуцировав точковые

мутации, нарушать ферментные взаимодействия, ингибируя отдельные энзимы.

При этом соблюдается избирательная блокировка ферментных систем. Каждый из

металлов действует в строго определенных структурных точках энзимов,

вследствие чего появляется возможность подключить другие ферментные

системы, чтобы компенсировать такие взаимодействия. ТМ взаимодействуя с

ферментными системами, могут замещать активный центр. ТМ, находясь в

цитоплазме, изменяют насыщенность свободными радикалами в сторону их

уменьшения.

Ярким примером клеточных изменений является свинец, который обладает

гонадотоксическим действием (Харченко, Андреева, 1987). Отмечена

способность свинца, обладающего большим сродством к электрону, блокировать

поступление в клетку кальция на рубеже внешней клеточной мембраны.

Ингибирующее действие свинца на процессе синтеза ДНК и РНК объясняется

подавлением им активности, полимераз. Ацетат свинца может индуцировать

рецессивные сцепленные с полом летальные мутации (Jacobson - Kram,

Montalbano, 1985). Нитрат свинца в малых концентрациях вызывает повышение

уровня доминантных и рецессивных летальных мутаций у дрозофилы (Ракин,

1990).

1. Особенности биологического действия инкорпорированных

радионуклидов

Естественные радионуклиды являются химическими токсикантами. Обладают

способностью излучать ИИ. Радиотоксический эффект инкорпорированных

радиоактивных веществ превышают эффект от внешнего облучения (Рамад, 1981).

При попадании радионуклидов в организм, облучение может продолжаться в

течении всей жизни. Мощность дозы облучения уменьшается со временем.

Обширные исследования на животных показали, что проявление биоэффектов

при инкорпорации радионуклидов, зависят от физических свойств (тип и

энергия излучения), дозы, формы вводимого соединения, пути и ритма

поступления, особенностей распределения, эффективного периода полураспада,

определяющего длительность лучевого воздействия, физиологических и

генетических особенностей организма. Например: торий. Период полураспада

тория Т=1,39*1010. Поэтому в большей степени можно говорить о его

токсичности, чем о радиационном факторе. Длительный контакт грызунов с

природным торием приводит к усилению репаративных процессов в организме,

что полностью не компенсирует нарушение физиологического гомеастаза

(Верховская и др., 1965). Безусловное значение имеет вид, в котором торий

поступает в организм, а именно сопровождающий его анион. Большую

биологическую опасность представляют неорганические соединения тория, чем

комплексы.

Биоэффекты обычно наблюдаются при накоплении в тканях радионуклидов в

дозах, значительно превышающих предельно допустимые в теле человека и

животных. С увеличением дозы радионуклидов замедляется регенерация

сперматозоидов, уменьшается масса семенников. Такие эффекты проявлялись при

введении в организм Се, наблюдалось уменьшение массы семенников крыс на б0%

по

сравнению с контролем. Также атрофия семенников у крыс при поражении

радионуклидом Сs (Москалев, 1985).

При поступлении в организм НТО с питьевой водой, обнаружены атрофические

изменения в семенных канальцах, их потомки имели меньшие размеры тела и

были более подвержены инфекции, у них часто развивались инвазионные опухоли

кишечника, в основе которых лежали наследственные изменения половых клеток

(Mewissen, 1983, по Москалеву, 1991). НТО может индуцировать Д М на

постмейотических стадиях сперматогенеза и реципрокные транслокации в

сперматогониях.

Гистологически в семенниках крыс после введения плутония выявлены

канальцы с нарушенным сперматогенезом и измененным соотношением разных форм

клеток. Изменения сперматогенеза в первую очередь относят к системе

сперматогония-сперматиды. Начальная стадия сперматогенеза редуцирована, еще

более уменьшена генерация сперматоцитов первого порядка. В этих клетках

нарушен мейоз, о чем свидетельствует наличие двуядерных сперматоцитов и

клеток с крупным ядром. Количество клеток Лейдига увеличена, что является

морфологическим выражением дисгормональной перестройки эндокринной части

яичек. Мелкоклеточная лимфоцитарная инфильтрация стромы свидетельствует об

аутоиммунных процессах в этом органе, завершающихся деструкцией половых

клеток, в результате чего нарушатся оплодотворение (Райцина 1985 по

Москалеву, 1991).

Особенностью биологического действия инкорпорированных радионуклидов

определяется активной ролью организма в формировании тканевых доз из-за

наличия транспортных иметаболических процессов, обуславливающих накопление,

проявление эффектов, выведение радионуклидов из определенных органов и

тканей.

2. Комбинированное действие факторов различной природы на

клеточные структуры

Рассматривая многоклеточные организмы как совокупность взаимосвязанных

между собой клеток, находящихся на разных стадиях развития, можно понять

важность познания проблемы сочетанного действия факторов различной природы

на клеточные структуры. Проблема комбинированного действия факторов

физической и химической природы на клеточные структуры в настоящее время

актуально с точки зрения радиобиологии и экологии. Исследование эффектов

клетки позволит нам сделать выводы о ее состоянии, а следовательно и об

организме.

Сочетанное действие

физических и химических факторов

В представленных научным комитетом ООН по эффектам атомной радиации в

отчетах (UNSCEAR, 1982, цит. по Ракину), выделены два класса количественной

оценки эффектов сочетанного действия различных факторов: 1. Наблюдаемый

эффект вызван действием обоих агентов (ИИ и кофактором). Здесь отмечаются

три частных случая сочетанного действия факторов:

а. интегральный эффект равен по значению сумме эффектов раздельно-

действующих софакторов (аддитивность);

б. интегральный эффект выражен менее, чем это бы имело место при

сложении результатов действия факторов порознь (антагонизм);

в. интегральный эффект превышает по значению сумму эффектов, действующих

независимо софакторов (синергизм).

2. Этот класс включает наблюдаемый эффект - результат модифицирования

действия одного из агентов другим, неактивным самим по себе. Сюда относятся

два варианта с противоположным действием:

а. резкое снижение ИЭ неактивным агентом (протекция);

б. резкое повышение эффекта неактивным агентом (сенсибилизация).

Комбинированное действие ИИ и физических факторов

Сочетание факторов и их действия на живой объект может носить различный

характер. Например, при действии лазерного излучения и гамма - лучей Со на

дрожжи S. Сеrеvisae нескольких штаммов отмечен аддитивный характер

взаимодействия факторов по выживаемости (Петин, 1987).

В экспериментах, выполненных на Zea mays, при действии на этот объект

ультразвука и рентгеновских лучей также обозначен аддитивный эффект. Другие

исследователи обнаружили синергизм действия ультразвука и ИИ на клетки

кишечной палочки и млекопитающих (Martins е.а., 1977, Graid, 1977).

Обнаружившие синергизм, авторы отметили, что если ультразвук вызывает

мембранные повреждения, то ИИ - ядерные, то есть синергизм может быть

результатом этих двух типов повреждений.

Гипертермия является сенсибилизирующим агентом. Однако клетки

млекопитающих более чувствительны к воздействию температуры и ИИ по

сравнению с дрожжевыми. Проведенные В.Г. Петиным исследования на диплоидных

и гаплоидных штаммах дрожжей E. magnusii, Z. Bceilli, подтверждают вывод о

синергичном характере взаимодействия гипертермии и ИИ.

Следует ожидать, что плотно ионизирующие излучения вызывают большую долю

необратимых повреждений, чем редко ионизирующие.

Совместное действие ИИ и химических агентов

Такое действие вызывает разные повреждения в клетке в частности, такая

комбинация иприт и рентгеновские лучи дает сходства генетических эффектов

так как они действуют непосредственно на мишень, то есть «разрывают>>

хромосомы. При взаимодействии ИИ с азотной кислотой происходит в РНК -

генах замена оснований. В ДНК спаривание уроцила с аденином приводит к

транзиции гуанин - цитазин на аденин - тимин (Ауэрбах, 1978), так же

азотная кислота может индуцировать делеции, так как она способствует

поперечному сшиванию двух цепей ДНК (Schuster, 1960, цит. по Ауэрбаху).

УФ - лучи и органические перекиси вызывают мутации нуклеиновых кислот

(Ауэрбах, 1978).

Существует ряд химических агентов, получивших название «супермутагенов»,

к которым относятся пестициды, этилметасульфонат, этиленамин и другие

(Шварцман, 1973). В сочетании ИИ и супермутагены проявляют либо аддитивный

либо синергический эффект, противоположным по действию являются

радиопртекторы. Их действие основано на перехвате кванта энергии,

электронов, либо образующегося в результате их действия свободного

радикала. К этим веществам относятся тиолсодержащие соединения, витамины

тиамин и цианобеламин, иденовые соединения. Радиопртекторы снижают

вероятность формирования летальных повреждений и уже сформированных

потенциально летальных повреждений в следствие стимуляции систем

пострадиационного восстановления.

1.5. Заключение

Мутагенчувствительность сперматогенных клеток

Исследования генетических эффектов в процессе гаметогенеза,

индуцированного радиацией, позволили определить радиочувствительность

разных стадий этого процесса.

При изучении разных видов генетических повреждений (ДЛМ, РЛМ, ПЛМ) было

обнаружено, что у самцов мышей половые клетки находящихся на разных стадиях

сперматогенеза, располагаются по мере возрастания генетической

радиочувствительности в следующем порядке: сперматогонии, сперматоциты,

сперматозоиды, сперматиды (Померанцева, Рамайя, 1969).

Причины различной генетической радиочувствительности половых клеток,

находящихся на разных стадиях гаметогенеза, еще окончательно не ясны.

Результаты исследований позволили предположить, что эти причины обусловлены

комплексом факторов: особенностями метаболизма клеток, степенью конденсации

хромосом, уровнем насыщения клеток кислородом, относительной

продолжительностью стадий ядерного цикла, чувствительностью к летальному

эффекту радиации, количеством радиозащитных веществ в цитоплазме,

интенсивностью работы системы репарации (Шапиро, 1964).

Сперматозоиды более чувствительные, чем оогонии, т.к. несут генетическую

информацию и накапливают генетический груз. В оогониях меньше нарушений,

т.к. они сразу закладываются в организме в определенном количестве и более

защищены природой. Сперматозоиды являются основным вкладчиком изменчивости.

В них часто возникают мутации нейтральные, но бывают неблагоприятные.

Поэтому они менее конкурентоспособные при проникновении в яйцеклетку

(Ватти, Тихомирова, 1976).

На радиочувствительность половых клеток большое влияние могут оказывать

биохимические преобразования, происходящие в процессе гаметогенеза. Так, в

сперматидах происходит замещение муцинбогатого гистона соматического типа

новым типам гистона, характеризующимся высоким содержанием аргинина (Кузин,

1973).

В половых клетках самцов мышей, подвергшихся воздействию мутагенов или

рентгеновских лучей, уровень диссоциации ДНП и денатурации ДНК снижается по

мере трансформации сперматогониев в спермоциты и спермии. Эти изменения

сопровождаются упрочнением нуклеопротеидного комплекса. (Стаканов, 1977).

При воздействии хемотерапевтических препаратов мутации проявляются в

сперматогониях, т.к. они более чувствительны. Клетки на более поздних

стадиях развития, когда находятся в процессе мейотического деления более

резестентны. Слабо пролеферирующие стволовые сперматогонии проявляют

среднюю чувствительность (Messtrich, 1984).

Стволовые сперматогонии при воздействии малых доз гамма-излучений от 0 –

8 Гр являлись в 6 раз более резистентными, чем клетки костного мозга у

хомячка.

Таким образом механизмы мутагенного действия ИИ и ТМ на генетические

структуры биологических объектов носят различный характер. Нарушения

наследственного аппарата при действии этих веществ порознь, как правило,

имеют различную природу, однако, механизмы репарации таких повреждений

едины, и выход мутаций обусловлен именно способностью клетки компенсировать

вред, нанесенный мутагенами. При сочетанном действии ТМ и ИИ часто вступают

в силу эффекты протекции и сенсибилизации. При этом большое значение имеют

дозы и концентрации (их соотношение) действующих совместно факторов

(Витвицкий и др., 1996). В целом же досконально механизмы взаимодействия

мутагенов не выяснены.

2. Материалы и методы

Для работы использовали мышей линии СВА в возрасте 3 – 3,5 мес. Нитрат

свинца и тория в концентрациях 0.03, 0.1, 0.3 г/кг веса (в пересчете на

содержание иона свинца Pb2+ и тория Th4+ вводили самцам с питьем и облучали

гамма-излучением 1,8 Гр в течении месяца.

По истечении 30 суток после снятия воздействия (продолжительность

сперматогенеза у мыши – 35 суток) по 5 самцов из каждой группы отсаживали

индивидуально с 4 - 5-ю одновозрастными интактными самками для определения

уровня ДЛМ. Через 16 – 18 дней после начала спаривания осуществляли забой

самок и подсчет желтых тел в яичниках, а также живых эмбрионов и резорбций

в матке. По процентному соотношению этих показателей определяли

эмбриональную смертность:

. ранние доминантные летали (РДЛ) = сумма эмбрионов и резорбций /

количество желтых тел.,

. поздние летали (ПДЛ) = количество резорбций / количество желтых

Страницы: 1, 2, 3