БЕКЕНОВА ЖАНАРА МАРАТОВНА
advertisement
УДК: 577.34:57.017.72:546.791:615.332:57.084.1 На правах рукописи БЕКЕНОВА ЖАНАРА МАРАТОВНА РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ВЛИЯНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ПЫЛИ УРАНОВОЙ РУДЫ НА СОСТОЯНИЕ ТКАНЕВОГО ДЫХАНИЯ ЛЕГКИХ КРЫС ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ЭКСТРАКТА СОЛОДКИ 03.00.01 – радиобиология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Республика Казахстан Астана, 2010 1 Работа выполнена в АО «Медицинский университет Астана» на базе Радиобиологического научного центра Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор Казымбет П.К. доктор биологических наук Бахтин М.М. Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор Исмаилов Б.И.. доктор медицинских наук, профессор Кауашев С.К. Ведущая организация Государственный медицинский университет, г.Семей Защита диссертации состоится 29 декабря 2010г. в 12 оо часов на заседании диссертационного совета Д 09.17.04 при АО «Медицинский университет Астана» по адресу 010000, г. Астана, ул. Бейбитшилик, 51 А. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АО «Медицинский университет Астана» по адресу 010000, г. Астана, ул. Бейбитшилик, 53. Автореферат разослан «29_» __ноября_ 2010 года Учёный секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук, профессор 2 Мустафина Р.Х ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. Развитие атомной промышленности относится к числу приоритетных отраслей мировой энергетики. В настоящее время согласно данных МАГАТЭ Республика Казахстан по запасам урановой руды занимает второе место в мире и лидирует по уровню его добычи [www.kazatomprom.kz, 2009]. Вместе с тем, в связи с увеличением темпов промышленного производства урана резко изменилась радиоэкологическая обстановка и расширилась сфера влияния техногенных факторов как на контингент профессиональных работников, так и на население прилегающих территорий, обнажая перед мировым сообществом острую актуальность проблем медицинского обеспечения радиационной безопасности населения [С.П. Ярмоненко, А.А. Вайнсон, 2005; А.А. Белоног и соавт., 2003; П.К. Казымбет, 2005-2010]. В условиях уранодобывающего производства ведущим техногенным фактором влияния на организм являются отходы уранового производства и промышленная пыль урановой руды. Установлено, что пектический состав ее сложен и наряду с производными кремния, солей тяжелых металлов и других примесей урановая пыль содержит незначительные количества производных урана, радиацонные эффекты которых относятся к диапазону «малых» доз [С.Б. Балмуханов и др., 2003; П.К. Казымбет, Б.С. Имашева., М.М. Бахтин, В.Д. Курохтин и соавт., 2006; А.М. Романов, 2010]. В последние годы особое значение приобретает проблема влияния на организм техногенных факторов уранового производства, попадающих в организм путем ингаляции и через пищевую цепь, создавая условия внутреннего облучения [R. E., Mitchel., 1999; Young Z., Fan B., Lu Y., et al., 2002; Г.И. Гнеушева, 2003; П.К. Казымбет, Б.С. Имашева, М.М. Бахтин 2006]. В этом направлении наряду с изучением динамики онкозаболеваемости и генетических расстройств - ведущих признаков радиоиндуцированной патологии особую тревогу вызывают убедительные эпидемиологические данные учащения в зонах радиационного неблагополучия общесоматических заболеваний легких с признаками хронификации и затяжного течения, проявления хронической обструктивной болезни легких. [Yamamoto T., 1986; Б.А. Коган, 1999; Ф.К. Бекенова, 2010; А.А.Клодзинский, 2010; Ж.Т. Молдагалиева, 2010]. В этой связи представляется актуальным проведение систематизированных исследований по выяснению характера системного действия инкорпорированных радионуклидов. В последние годы при изучении механизмов действия малых доз ионизирующего излучения наиболее широко обсуждается возможная роль окислительного стресса, усиления процессов перекисного окисления липидов и структурных нарушений клеточных мембран в развитии признаков нестабильности генома [И.И. Пелевина и соавт.2003-2005; В.К.Мазурик и соавт.,2003; Е.Б. Бурлакова, 2003]. Однако механизмы действия урановой 3 пыли до настоящего времени практически не изучены. Сложный химический состав, присутствие тяжелых металлов, кремнезёма и других оксидов, а также оксида урана-238 предполагает эффект комплексного действия факторов радиационной и химической природы. В числе информативных систем гомеостаза особое место занимают биоэнергетические процессы, в частности процессы цикла Кребса, обеспечивающие полное окисление продуктов метаболизма в митохондриях [А. Ленинджер, 1976], наиболее изучены эффекты общего облучения в полулетальных и летальных дозах [Н.Н. Береговская, А.В. Савич, 1989; А.А. Мардашко, 1989]. В условиях ингаляции урановой пыли органом первого контакта и основного депонирования нерастворимых соединений урана являются преимущественно легкие [Г.П. Галибин,1971; R.L. Kathren, 1981; Devil T. e.a., 2001; Zhou T., 2005; А.В. Малашенко, 2005; С.Б. Балмуханов 2004; B. Vacguier et al., 2009 и др.]. Однако влияние техногенных факторов урановой пыли на метаболизм ткани легких практически не изучено, роль метаболических нарушений ткани легких в оценке механизмов посттрадиционных проявлений не исследована. Практически важное значение приобретает поиск возможностей коррекции метаболических нарушений. В этом направлении особо перспективным представляется изучение механизмов влияния техногенных факторов промышленной пыли урановой руды на процессы тканевого дыхания, а также поиск эффектов корригирующего действия экстракта корня солодки – перспективного фитопрепарата, обладающего большим спектром антибактериального, антитоксического, мембраностабилизирующего, радиопротекторного и радиосенсибилизирующего действия [В.П. Гранкина и соавт.,1991; Т.П. Арыстанова, 1995; Г.Д. Сейтказина, М.П. Ирисметов и соавт., 1997; Р.Х. Мустафина, 2003; М.П. Ирисметов и др., 2005 ]. При действии малых доз радиации в составе техногенных факторов урановой пыли его эффективность не изучена, что и явилось основанием для проведения настоящего исследования. Цель исследования - выявить характер метаболических нарушений процессов тканевого дыхания легких крыс при длительном ингаляционном воздействии промышленной пыли урановой руды в возрастающих дозах и оценить эффективность корригирующего действия экстракта корня солодки при этом. Задачи исследования. 1. Определить характер влияния ингаляции пыли урановой руды в дозе, соответствующей 5 ПДК на субстрат-энзимные соотношения продуктов цикла Кребса в ткани легких крыс при применении экстракта корня солодки. 2. Изучить характер влияния ингаляции ПУР в дозе 10 ПДК на состояние процессов цикла Кребса в ткани легких крыс при применении экстракта корня солодки. 3. Выявить особенности метаболических нарушений процессов тканевого дыхания легких крыс при ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК и применении экстракта корня солодки. 4 4.Провести сравнительный анализ дозо-временных нарушений субстрат-энзимных характеристик процессов цикла Кребса крыс при ингаляционном воздействии урановой пылью и оценить эффективность корригирующего действия экстракта корня солодки. Научная новизна. Впервые путем исследования динамики содержания промежуточных продуктов и активности дегидрогеназ цикла Кребса при длительном ингаляционном воздействия урановой пыли в возрастающих дозах установлена дозо-временная зависимость их метаболических нарушений, позволяющая оценивать высоту и продолжительность ответной реакции митохондриального аппарата тканей легких крыс на урановое запыление. При длительном ингаляционном воздействии ПУР в возрастающих дозах выявлены ранее не раскрытые закономерности адаптивного увеличения в ткани легких синтеза промежуточных продуктов цикла Кребса. Установлено, что продолжительность и высота их увеличения ограничены во времени и завершаются динамикой закономерно–нарастающего снижения синтеза промежуточных продуктов цикла Кребса, определены периоды максимальных сдвигов метаболических нарушений. Длительное ингаляционное воздействие урановой пыли в возрастающих дозах приводит к подавлению в ткани легких активности дегидрогеназ цикла Кребса, катализирующих окислительновосстановительные превращения промежуточных продуктов цикла, степень угнетения их активности с увеличением дозовой нагрузки возрастает. Установлено, что водный экстракт корня солодки при введении в дозе 100 мг/кг обладает корригирующим действием, способствует повышению синтеза промежуточных продуктов цикла Кребса, а также активности дегидрогеназ, катализирующих их окислительно-восстановительные превращения. Практическая значимость. Результаты исследования расширяют и дополняют теоретические знания о характере системного действия техногенных факторов урановой пыли в малых дозах на организм и роли метаболических нарушений процессов тканевого дыхания легких в реализации зависимости «дозаэффект» при длительном ингаляционном воздействии радиотоксических факторов промышленной пыли урановой руды в возрастающих дозах. Результаты оценки эффективности действия экстракта корня солодки при длительном ингаляционном воздействии техногенных факторов пыли урановой руды позволяют рекомендовать его использование для коррекции и профилактики метаболических нарушений энергетического обмена ткани легких. Определение субстрат-энзимных нарушений процессов тканевого дыхания в ткани легких при действии урановой пыли позволяет оценивать в эксперименте высоту синтетической активности митохондриального аппарата клеток ткани легких в эксперименте. Результаты исследований могут быть использованы как учебный материал курса медицинской радиобиологии, экспериментальной патологии, 5 профпатологии медицинских вузов и факультетов усовершенствования врачей. Основные положения, выносимые на защиту. 1. Радиобиологические эффекты длительного ингаляционного воздействия урановой пыли на ткань легких в возрастающих дозах проявляются дозо-временной зависимостью нарушений процессов тканевого дыхания и характеризуются усилением дисбаланса субстрат–энзимных характеристик процессов цикла Кребса. 2. Выявлены дозо-временные закономерности адаптивного увеличения в легких промежуточных продуктов цикла Кребса, продолжительности адаптивного ответа ткани легких, а также эффектов угнетающего действия урановой пыли на активность энзимов, катализирующих их окислительновосстановительные превращения. 3. Водный экстракт корня солодки при пероральном введении в дозе 100 мг/кг обладает корригирующим действием на метаболические нарушения процессов тканевого дыхания, повышает в ткани легких синтез промежуточных продуктов цикла Кребса, а также активность дегидрогеназ, катализирующих их окислительно-восстановительные превращения.. Апробация диссертации. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: ІІІ Евроазиатском конгрессе респираторного общества (Астана, 2007), ІІІ Научно-практической конференции с международным участием «Медико-биологические и экологические проблемы в уранодобывающих регионах» (Астана, 2007), Четырнадцатой Российской Гастроэнтерологической Неделе (Москва, 2008); Международной конференции «Унифицированное обеспечение качества и модернизация клинической лабораторной диагностики» (Алматы, 2008), II Азиатском конгрессе радиологических исследований (Сеул, 2009); Пятнадцатой Российской гастроэнтерологической Неделе (Москва, 2009); Международной научно-практической конференции «Медико-биологические и экологические проблемы урано- и нефтедобывающих регионов» (Астана, 2010), Республиканской научно-практической конференции «Экология промышленного региона и здоровье населения» (Караганда, 2010). Связь темы дисертации с планом научных исследований. Работа выполнена в рамках научной технической программы НТП-0345 «Медикосоциальная оценка состояния здоровья населения Северного региона Казахстана в условиях длительных радиационно-токсических воздействий», ГР № 0103 РК 00082. Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ. Реализация результатов исследования. Получено положительное решение по 3 заявкам на изобретения: «Способ коррекции нарушений оксидантного метаболизма при ингаляции малых доз урановой пыли в эксперименте» (№ 2009/1197.1); «Способ определения деструкции легочной ткани при длительной ингаляции малых доз урановой пыли»(№ 2009/1197.1); «Способ оценки нарушений белоксинтетической функции гепатоцитов при длительной ингаляции малых доз урановой пыли в эксперименте» (№ 2009/1198.1). 6 Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 4 разделов собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка использованных источников. Текст изложен на 108 страницах компьютерного текста, содержит 22 таблицы, 17 рисунков. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Материалы и методы исследования. Эксперименты выполнены на белых беспородных крысах-самцах массой 120-150г. Животные содержались в условиях вивария на стандартном пищевом рационе. Действие ионизирующей радиации в малых дозах изучалось путем ингаляции промышленной пыли урановой руды Степногорского горно-химического комбината в специальных затравочных камерах типа УИЗ-1. Для достижения эффекта постоянной циркуляции пыли в камере использована усовершенствованная методика ингаляции ПУР [Предпатент №19252 от 25.01.2008г.]. Всего использовано 222 крысы, выполнено 3 серии экспериментальных исследований. В первых двух сериях изучено влияние на организм радиоактивной пыли в дозах 5 и 10 ПДК из расчета по 10,775мг/м³ и 21,55 мг/м³. С этой целью животных ежедневно подвергали ингаляции по 4 часа в день, в течении 120-ти суток. Выделены 4 группы животных, в которых анализировали влияние ингаляции ПУР на 30,60,90 и 120 сутки от начала затравки. В третьей серии изучено влияние ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК из расчета 107,75 мг/м³. Для этого животных подвергали ингаляции в течении 60-ти суток, эффекты биологического действия оценивали на 3,7,30 и 60 сутки от начала затравки. Дозиметрические исследования использованной в эксперименте ПУР показали, что общая активность её составляет 202 Бк/г. Установлено, что величина накопленной дозы на 30 - 120 сутки колебалась в I серии (5 ПДК) от 0,67 до 11 мкЗв за 120 дней и во II серии (10 ПДК) - от 1,5 до 22 мкЗв за 120 суток; в III серии достигала 55 мкЗв за 60 суток [П.К. Казымбет, Б.С. Имашева, А. В. Курохтин и соавт., 2006]. В эксперименте оценивалось влияние комплекса радиотоксических факторов, которые входили в состав урановой пыли. Химический состав ПУР представлен в таблице 1 [Б.С. Имашева, 2008]. Таблица 1 - Химический состав пыли урановой руды, % UO3 MoO3 ZnO2 Fe2 SiO2 Al2O3 As2O3 MgO CO3 P2O5 O3 0,398 0,123 0,02 6,1 40,6 4,61 0,008 3,5 10,0 2,0 7 Na2O+ FeO2 Mn K2 O O2 10,0 4,0 0,22 CaO 7,0 Кроме указанных оксидов в состав ПУР входили: сера (общая) до 1,5%, углерод (органический) до 2%, влага до 5%. В целях поиска возможности корригирующего действия на метаболические нарушения тканей организма при воздействии ПУР испытан 7 водный экстракт корня солодки, который вводили перорально из расчета 100 мг/кг массы тела. В первых двух сериях исследований пятую группу составили животные, которые по завершении 4-х месячной затравки в течении 30 суток перорально получали водный экстракт корня солодки (ЭКС). В III серии экстракт корня солодки вводили ежедневно в течении 2-х недель до начала и в ходе затравки в режиме за 1,5-2 часа до ингаляции. Показатели нормы определены в группе из 12 интактных крыс той же разводки и массы, у которых определяли все анализируемые показатели. Контрольную группу в каждой серии составили по 6 интактных крыс той же разводки и массы, которые также по 4 часа в сутки находились в затравочных камерах, но без подачи ПУР. Животных забивали декапитацией, в ткани легких определяли содержание изолимонной и яблочной кислот (ИЛК и ЯК соответственно) энзиматическим методом Хохорста в модификации Чещевика (1963), а также активность четырех дегидрогеназ цикла Кребса: изоцитрат-, альфакетоглутарат-, сукцинат – и малатдегидрогеназ (ИДГ, АКДГ, СДГ и МДГ соответственно) по Кun Е. и Abood L.R. в модификации Oda Т. и Okazaki, Ю.В. Наточина (1962) [Н.В. Прохорова, 1989]. Количественные показатели оценивали из расчета на единицу массы ткани легких, а также в пересчете на белок. Общий белок определяли по Лоури (1963). Результаты исследования обрабатывались общепринятыми методами вариационной статистики с использованием упрощенных таблиц [Е.В. Монцевичюте-Эрингене, 1961], а также анализ цифрового материала осуществлялся с помощью пакета программ Microsoft Excel 7.0, Statistica 6.0 с вычислением критериев Стьюдента. Разность показателей расценивалась как достоверная при Р ≤ 0,05, в работе анализировались статистически достоверные данные. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Влияние ингаляции ПУР в дозе 5 ПДК на соотношение отдельных продуктов и энзимов цикла Кребса в легких крыс при применении экстракта корня солодки. С целью выявления характера влияния ингаляционного воздействия промышленной пыли урановой руды (ПУР) на состояние процессов цикла Кребса в ткани лёгких крыс были исследованы колебания промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот и активность энзимов, катализирующих их окислительно-восстановительные превращения. В числе промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот нами исследованы динамические колебания содержания изолимонной и яблочной кислот (ИЛК и ЯК). Метаболические особенности их колебаний определяются их местом в цепи последовательных превращений продуктов анализируемого цикла. Данные изменения в ткани лёгких содержания промежуточных продуктов цикла Кребса при ингаляции ПУР в дозе 5ПДК и применении экстракта корня солодки (ЭКС) представлены в таблице 1. 8 Таблица 1- Изменение соотношения ИЛК и ЯК в ткани легких крыс при ингаляции ПУР в дозе 5ПДК и применении ЭКС, нмоль/мг белка Группа животных 30 Норма Контроль ПУР 0,124±0,002 0,124±0,01 0,256±0,09* Норма Контроль ПУР 0,766±0,03 0,868±0,04 1,006±0,01* Норма Контроль ПУР 0,16±0,002 0,16±0,012 0,25±0,01* Длительность ингаляции, сутки 60 90 Изолимонная кислота (ИЛК) 0,122±0,001 0,126±0,001 0,254±0,02* 0,334±0,01* Яблочная кислота (ЯК) 0,782±0,02 0,732±0,04 1,17±0,02* 1,00±0,02* ИЛК/ЯК 0,16±0,001 0,17±0,01 0,22±0,02* 0,33±0,09* 120 ПУР +экстракт солодки 0,124±0,001 0,183±0,01* 0,86±0,005* 0,682±0,01 1,043±0,01* 1,699±0,09*** 0,16±0,001 0,18±0,01 0,23±0,003*** *- достоверно по сравнению с контролем, Р≤ 0,05 **- достоверно по сравнению с ПУР, Р≤0,05 Как видно из приведенной таблицы, пребывание животных контрольной группы в ингаляционной камере существенного влияния на содержание в лёгких изолимонной кислоты не оказывало. В отличие от этого ингаляция ПУР в дозе, соответствующей 5 ПДК, во все сроки наблюдения приводила к повышению в ткани легких содержания изолимонной кислоты. При этом максимальное увеличение ее обнаружено с самого начала ингаляционной затравки. Так, на 30 – 60 сутки показатели возросли в 2 раза, а на 90 сутки превысили контрольные значения в 2,5 раза, однако в более поздние сроки содержание ИЛК стало снижаться и на 120 сутки превышало контроль всего на 50%. Установлено, что водный экстракт корня солодки способствовал увеличению в легких ингалированных животных содержания ИЛК в 7 раз по сравнению с контролем это было в 4,6 раза больше, чем у ингалированных животных. Более наглядно динамика изменений содержания промежуточных продуктов цикла Кребса видна на рисунке 1. Рисунок 1 – Динамика сравнительного изменения трикарбоновых кислот в ткани легких крыс при ингаляции ПУР в дозе 5 ПДК и применении ЭКС,% 9 Определение в ткани легких другого продукта цикла Кребса – яблочной кислоты (ЯК) показало, что ее содержание в норме было в среднем в 6 -7 раз больше, чем ИЛК – продукта начальных стадий цикла. Результаты исследований свидетельствуют, что пребывание крыс в затравочной камере на показатели сравнительного содержания ЯК в легких крыс контрольной группы существенного влияния не оказывало. При ингаляции ПУР тенденция к увеличению в ткани легких содержания ЯК на 16% также выявлена уже с самого начала ингаляционной затравки, достоверное увеличение ЯК в среднем на 37-53% сохранялось на 60 – 90 и 120 сутки воздействий. Испытание корригирующих эффектов экстракта корня солодки показало, что последний способствует повышению в ткани легких ЯК на 62,9% и это было больше, чем у контрольных животных в 2,5 раза. Сравнительным исследованием было отмечено, что степень нарушения функциональной активности митохондриального аппарата клеток ткани лёгких по содержанию ЯК в пересчете на белок была в среднем на 18-70% выше, чем по данным определения их абсолютного содержания. Таким образом, выполненные исследования свидетельствуют, что при ингаляционной затравке ПУР в дозе 5ПДК, в ткани лёгких повышается содержание изолимонной и яблочной кислот, синтез которых происходит в начале и конце цикла трикарбоновых кислот. При этом наиболее выраженное увеличение характерно для ИЛК, содержание которой в разные сроки возрастало в 2-2,5 раза, максимальные сдвиги содержания ЯК не превышали 51%. Известно, что при изучении действия различных повреждающих факторов на показатели отдельных продуктов анализируемого цикла решающее значение приобретает определение нарушений их соотношения, поскольку нередко при несущественных колебаниях отдельных продуктов обмена различия их динамики практически не улавливаются и могут быть упущены. В подобных ситуациях определение их соотношения может повысить информативность оценки искомых нарушений и ярко продемонстрировать глубину дисбаланса анализируемых соединений. Установлено, что при ингаляции ПУР в дозе 5ПДК в ткани лёгких показатели индекса ИЛК/ЯК возрастали, однако колебания его были волнообразными. Так, на 30 и 60 сутки затравки величина их соотношения возрастала на 56,2% и 37,5%, на 90 сутки возросла до 94,1%, однако на 120 сутки их колебания почти сравнялись с контрольными значениями и не превышали 12,5%. Отмеченное усиление дисбаланса анализируемых соединений указывает, что при запылении легких в дозе 5 ПДК особое значение приобретает период трехмесячной затравки. Ранее морфологическими исследованиями Джумашевой Р.Т. (2009) показано,что за период 4-х месячной ингаляционной затравки крыс урановой пылью в дозе 5ПДК в лёгких развиваются 2 волны отёчно-деструктивных изменений. Первая волна деструкции лёгкой формы развивалась на 60 сутки на фоне адаптивной активации аэрогематических барьеров ткани лёгких. Эта форма пневмонии на 90 сутки ингаляции сменялась фазой адаптивного восстановления, однако 10 на 120 сутки начиналась 2 волна пневмонии с грубыми отёчнодеструктивными изменениями и более глубокими нарушениями ультраструктурных образований ткани лёгких. В этой ситуации обращает внимание, что динамика величины процентного уменьшения балансового коэффициента ИЛК/ЯК в разные периоды развития пневмонии и восстановительных реакций в среднем повторяла динамику морфологических нарушений. Так, из представленного рисунка видно, что величина отношения ИЛК/ЯК в период первого перехода в отёчнодеструктивную фазу на 60 сутки снижалась до 37%. В отличие от этого показатели отношения ИЛК/ЯК на 120 сутки - в фазу развития тяжёлой формы пневмонии превышали контроль только на 12% , что было меньше предыдущих значений на 82%. Следует полагать, что эта динамика приобретает прогностическое значение. Очевидно, что резкое уменьщение величины баланса анализируемых кислот почти в 2 раза указывает, что эффективность восстановительных реакций ткани лёгких будет снижаться, подчеркивая важность проведения корригирующих мероприятий. Установлено,что экстракт корня солодки повышал балансовые отношения ИЛК/ЯК у ингалированных животных на 44%. Таким образом, закономерное увеличение индекса ИЛК/ЯК на 90 сутки ингаляции совпадало с морфологически определяемым усилением регенераторных процессов ультраструктурных образований ткани лёгкого, а развитие второй волны более тяжёлой формы деструктивных нарушений совпадало с уменьшением коэффициента ИЛК/ЯК в 2 раза, т.е. почти до контрольных значений. При изучении характера метаболических нарушений процессов цикла трикарбоновых кислот при действии любых повреждающих факторов решающее значение имеет динамика изменения активности энзимов, катализирующих их окислительно-восстановительные превращения. В ходе проведенных экспериментов были определены колебания четырёх дегидрогеназ цикла Кребса: изоцитрат-, альфакетоглутарат-, сукцинат- и малатдегидрогеназ (ИДГ, АКДГ, СДГ и МДГ). Данные сравнительного изменения активности дегидрогеназ в ткани легких при ингаляции ПУР в дозе 5 ПДК представлены на рисунке 2. Рисунок 2 – Изменение сравнительной активности энзимов цикла Кребса в ткани легких крыс при ингаляции ПУР в дозе 5 ПДК и применении ЭКС, % 11 Установлено, что на 30 сутки относительно сохранными оказались значения МДГ, а активность остальных энзимов была ниже контрольных в среднем на 30-40%. В динамике ингаляционной затравки наибольшие изменения претерпевала МДГ, активность которой на 90 сутки уменьшилась почти в 2 раза. Значения ИДГ и АКДГ на 90 сутки также снижались, однако амплитуда угнетения их колебалась в пределах 60%. Показано, что экстракт корня солодки на активность большинства исследуемых энзимов не влиял, но повышал значения СДГ в 2 раза. Таким образом, при ингаляции ПУР в дозе 5 ПДК в динамике наблюдения относительно сохранными оказались показатели СДГ, значения которой последовательно снижались всего на 20%, а максимум угнетения обнаружен на 120 сутки. Наиболее чувствительной к действию ПУР оказалась МДГ, значения активности которой на 90 сутки угнетались почти в 2 раза. Примерно аналогичная направленность наибольшего угнетения на 90 сутки определена по данным активности ИДГ и АКДГ, показатели которых в динамике снижались не более, чем на 20%. Экстракт корня солодки оказывал позитивное действие только на активность СДГ, повышая их значения почти в 2 раза с тенденцией активации МДГ. Влияние ингаляции ПУР в дозе 10 ПДК на соотношение промежуточных продуктов и энзимов цикла Кребса при применении экстракта корня солодки. С целью выявления дозо-временной зависимости влияния длительных воздействий урановой пыли на состояние субстратэнэимных взаимоотношений цикла трикарбоновых кислот проведена серия сравнительных исследований влияния ПУР при удвоении дозовой нагрузки, т.е. при дозе, соответствующей 10 ПДК. Данные изменения содержания ИЛК и ЯК в ткани лёгких при ингаляции ПУР в дозе 10 ПДК представлены в таблице 2. Таблица 2- Изменение соотношения ИЛК и ЯК в ткани легких крыс при ингаляции ПУР в дозе 10ПДК и применении ЭКС, нмоль/мг белка Группа животных 30 Норма Контроль ПУР 0,124±0,002 0,124±0,01 0,30±0,02* Норма Контроль ПУР 0,766±0,03 0,868±0,04 2,06±0,10 Норма Контроль 0,16±0,002 0,16±0,012 Длительность ингаляции, сутки 60 90 Изолимонная кислота (ИЛК) 0,122±0,001 0,126±0,001 0,25±0,02* 0,20±0,001* Яблочная кислота (ЯК) 0,782±0,02 0,732±0,04 1,52±0,114 0,97±0,161 ИЛК/ЯК 0,16±0,001 0,17±0,01 12 ПУР +ЭКС 120 0,124±0,001 0,23±0,005* 0,51±0,14* 0,682±0,01 1,61±0,042 1,54±0,04 0,16±0,001 - ПУР 0,15±0,01 0,16±0,013 0,21±0,001* 0,14±0,003 0,33±0,009*/** *- достоверно по сравнению с контролем, Р≤ 0,05 **- достоверно по сравнению с ПУР, Р≤0,05 Определение концентрационных показателей ИЛК и ЯК из расчета на белок показало, что в ткани легких содержание изоцитрата и малата в динамике длительных ингаляционных воздействий урановой пыли возрастало в относительно ранние сроки – на 30 и 60 сутки в 2,4 и 2 раза. В последующие сроки – на 90 сутки, т.е. в период нарастания признаков деструктивных изменений степень адаптивного увеличения ИЛК и ЯК уменьшилась до 59 и 32,5% соответственно. Как показано Р. Т. Джумашевой (2009) при дозе 10 ПДК на 90 сутки у животных усиливается затяжная стадия отечно-деструктивных изменений и только на 120 сутки появляются признаки восстановления структурных образований и эпителия респираторного отдела ткани легких. Выявленная нами динамика содержания промежуточных продуктов свидетельствует, что при ингаляции ПУР в дозе 10 ПДК максимум адаптивного увеличения содержания промежуточных продуктов цикла Кребса в ответ на ингаляционные воздействия ПУР определяется в более ранние сроки - на 30 и 60 сутки, т.е. при меньшей величине дозовой нагрузки (рисунок 3). Рисунок 3 – Изменение содержания трикарбоновых кислот в ткани легких крыс при ингаляции ПУР в дозе 10 ПДК и применении ЭКС, % С увеличением общей продолжительности ингаляционных воздействий ПУР степень адаптивного увеличения их в ткани лёгких закономерно убывала, а содержание ИЛК и ЯК уменьшилась до 59 и 32,5% соответственно. Последующий переход в стадию активации регенераторных изменений совпадал с новой волной увеличения содержания ИЛК на 85%. Пик подъема ЯК был более ярким и превышал контрольные значения почти в 2,5 раза. Экстракт корня солодки при удвоении дозовой нагрузки повышал в ткани легких содержание ИЛК в 4 раза, а ЯК – в 2,2 раза. Складывается впечатление, что динамика накопления продуктов цикла Кребса хорошо согласуются с характером морфологических изменений. Показано, что 13 изменения концентрационных показателей ИЛК и ЯК достоверно отражают динамику адаптивно-деструктивных преобразований ткани лёгких ингалированных животных: яркий адаптивный ответ на раздражающее действие урановой пыли с повышенным синтезом изоцитрата и малата в начальном периоде ингаляционной затравки постепенно с увеличением общей продолжительности воздействий угасал, но при этом во все сроки всё же сохранялся повышенный уровень исследуемых соединений с превышением характерного для ткани лёгких физиологического пула изоцитрата и малата. Подтверждением этого предположения является также нарастающее увеличение их содержания на 120 сутки, т.е. в период развития и активации регенераторных процессов в ткани лёгких ингалированных в дозе 10 ПДК животных. Из результатов исследования вытекает, что наблюдаемая картина увеличения ИЛК и ЯК на стадии начинающегося восстановления морфологической картины может быть обусловлена их повышенным синтезом в связи с активацией процессов восстановления альтеративноповрежденных участков ткани легких. Высота подъема ИЛК не превышала 60%, а увеличение ЯК было более ярким и достигало 140%. Установлено, что под влиянием экстракта корня солодки содержание ИЛК и ЯК в ткани лёгких ингалированных животных возросло в 4 и 2,2 раза. В свою очередь изменения отношения анализируемых продуктов цикла Кребса были несущественными, некоторое увеличение отношения ИЛК/ЯК на 23,5% выявлено на 90 сутки и только при применении экстракта корня солодки величина ИЛК/ЯК возрастала в 2 раза. Таким образом, ингаляция урановой пыли в дозе 10 ПДК способствовала повышению в ткани лёгких обоих исследуемых продуктов, при этом наибольшее увеличение выявлено в более рание сроки – на 30 сутки затравки. Следует полагать, что выявленное увеличение концентрационных показателей анализируемых кислот обусловлено компенсаторно-адаптивным ответом ткани лёгкого в ответ на раздражающее действие ингалированной пыли. Далее был проверен характер влияния длительной ингаляции ПУР в дозе 10ПДК на активность энзимов, катализирующих их окислительновосстановительные превращения. Установлено, что в ткани легких ингалированных животных в среднем выявлена картина угнетения активности почти всех исследуемых дегидрогеназ в разные сроки (рисунок 4). 14 Рисунок 4 – Изменение активности энзимов цикла Кребса в ткани легких крыс при ингаляции ПУР в дозе 10 ПДК и применении ЭКС, % Установлено, что на 30 сутки в ткани легких активность СДГ и МДГ возросла на 57 и 34% соответственно, а АКДГ и ИДГ уменьшилась на 38 и 46%. В динамике наблюдения наименьшие изменения претерпевала СДГ, активность которой практически от контрольных данных не отличалась. Установлено, что направленность изменения активности ИДГ и АКДГ в динамике во все сроки была примерно одинаковой, а их значения были ниже контрольных в среднем на 50-60%. Активность СДГ на 90 сутки уменьшилась на 30%, а МДГ почти в 2 раза. Экстракт корня солодки оказывал энзимосохраняющее действие, наибольший эффект увеличения активности в 2 раза был характерен для СДГ. Влияние ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК на соотношение продуктов и энзимов цикла Кребса в ткани легких крыс при применении экстракта корня солодки. С целью выявления характера дозо-временных нарушений соотношения отдельных продуктов цикла Кребса при длительной ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК в ткани легких крыс определяли изменения содержания промежуточных продуктов цикла. Данные изменения содержания в ткани легких изоцитрата (ИЛК) и малата (ЯК) представлены в таблице 3. Таблица 3 – Изменение соотношения ИЛК и ЯК в ткани легких крыс при ингаляции ПУР в дозе 50ПДК и применении ЭКС, нмоль/мг белка Группа животных Норма Контроль ПУР ПУР+ЭКС Норма Контроль ПУР ПУР+ЭКС Норма Контроль ПУР ПУР+ЭКС Длительность ингаляции, сутки 3 7 30 Изолимонная кислота (ИЛК) 0,124±0,002 0,125±0,002 0,126±0,01 0,124±0,01 0,143±0,011 0,313±0,03* 0,093±0,02* 0,311±0,012*/** 0,276±0,013*/** 0,403±0,003*/** Яблочная кислота (ЯК) 0,706±0,036 0,662±0,07 0,758±0,04 0,868±0,042 5,31±0,12* 3,27±0,19* 1,08±0,05* 0,98±0,09*/** 1,55±0,04*/** 0,83±0,05*/** ИЛК/ЯК 0,16±0,02 0,189±0,003 0,16±0,013 0,142±0,011 0,026±0,002* 0,095±0,15± 0,086±0,018* 0,317±0,012*/** 0,178±0,008** 0,480±0,003*/** *- достоверно по сравнению с контролем, Р≤ 0,05 **- достоверно по сравнению с ПУР, Р≤0,05 15 60 0,122±0,001 0,119±0,012 0,246±0,016*/** 0,782±0,022 1,10±0,09* 0,67±0,04*/** 0,156±0,001 0,108±0,010* 0,367±0,023*/** Установлено, что ингаляция ПУР в дозе 50 ПДК приводила к раннему повышению в ткани лёгких содержания промежуточных продуктов цикла. Максимум увеличения содержания ИЛК в 2,5 раза определен на 7 сутки ингаляции ПУР. В последующие сроки – уже на 30 и 60 сутки его уровень снижался на 25 и 2,5 %. Показано, что экстракт корня солодки способствовал эффективному увеличению содержания изоцитрата в разные сроки в 2,2 и 4,3 раза. При ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК уже в самом начале затравки резко возросло также и содержание ЯК. Так, на 3 и 7 сутки её количественные показатели возросли по сравнению с контролем в 8 и 5 раз соответственно. В последующие сроки эта направленность сохранялась, выраженные различия выявлены на 30 и 60 сутки затравки, когда показатели сравнительного увеличения содержания ЯК не превышали 24 и 41%. Установлено, что экстракт корня солодки способствовал снижению содержания ЯК с тенденцией нормализующего действия. Действительно, на 3 сутки сравнительное содержание ЯК было больше, чем в контроле всего на 48%. На 7 сутки еще сохранялось двукратное увеличение, а на 30-60 сутки его содержание стало меньше, чем у ингалированных животных на 23 и 39% соответственно. Далее было проверено, как под влиянием длительной ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК изменяется соотношение анализируемых соединений. Установлено, что при ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК в ткани лёгких отношение ИЛК/ЯК на 3 сутки было меньше контрольного в 7 раз. В последующие сроки показатели анализируемого индекса снижались в среднем на 40% и в конце наблюдения на 30%. Применение экстракта корня солодки сопровождалось возрастанием показателей отношения ИЛК/ЯК, при этом наибольшее увеличение на порядок и более выявлено в более ранние сроки – на 3 сутки затравки. В последующие сроки показатели возросли в 2 5,6 и 3,4 раза, т.е. до контрольного уровня. Более наглядно динамика колебаний анализируемых соединений представлена на рисунке 5. Рисунок 5 – Изменение трикарбоновых кислот в ткани легких крыс при ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК и применении ЭКС, % Установлено, что экстракт корня солодки в разные сроки повышал содержание ИЛК в 2,2 – 4,3 раза, в ранние сроки резко снижа, а в позднее 16 практический не влиял на показатели ЯК и повышал значения индекса ИЛК/ЯК до контрольных. Данные колебаний активности дегидрогеназ в ткани лёгких крыс в разные сроки ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК представлены на рисунке 6. Рисунок 6 - Изменение активности энзимов цикла Кребса в ткани легких крыс при ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК и применении ЭКС,% Установлено, что ингаляция ПУР в дозе 50 ПДК приводила к выраженному угнетению активности всех исследуемых энзимов. Определение активности анализируемых энзимов в пересчете на белок показало, что изменения активности энзимов имеют более выраженный характер. В динамике наблюдения с увеличением продолжительности воздействий в ткани лёгких степень угнетения активности ИДГ закономерно возрастала на 3- 7 и 30- 60 сутки её показатели были меньше контроля на 56 – 60 и 87-89%. Показатели угнетения активности АКДГ колебались в пределах 50-75,5%. Показатели активности СДГ стали ниже контроля в разные сроки на 60-90 и 30%. Примерно аналогичная динамика характерна и для МДГ, значения которой были меньше на 3-7 сутки на 75-90%, а на 60 сутки на 60%. Экстракт корня солодки в наибольшей степени повышал активность АКДГ, затем в убывающей степени ИДГ и СДГ. Так, ЭКС повышал активность АКДГ на 3-7 сутки в среднем на 40%, на 30-60 сутки на 76-121%. При применении ЭКС активность ИДГ в ранние сроки возросла на 8-14%, в более поздние сроки на 25-17% соответственно. Кроме того, ЭКС эффективно повышал активность СДГ на 33% только на 60 сутки, т.е. при более длительном его применении. На активность МДГ экстракт корня солодки в исследуемой дозе и режиме введения не влиял. Таким образом, показано, что ЭКС оказывал выраженное стимулирующее действие на активность АКДГ и это может иметь большое значение как в энергетическом, так в метаболическом отношений. 17 Сравнительная оценка дозо- временных нарушений процессов тканевого дыхания лёгких крыс при применении экстракта корня солодки. При изучении влияния длительной ингаляции урановой пыли в диапазоне возрастающих дозовых нагрузок в 2 – 10 раз выявлена дозовременная зависимость нарушений субстрат-энзимных характеристик промежуточных продуктов цикла Кребса в ткани лёгких крыс. Так, при дозе 5 ПДК для ингалированных крыс характерно адаптивное увеличение в ткани лёгких содержания ИЛК в разные сроки на 100-150 и 50% соответственно. При этом на 30 сутки затравки содержание ИЛК возросло в среднем в 2 раза, пик увеличения в 2,5 раза обнаружен на 90 сутки – в период активации регенераторных процессов, максимальный спад до 50% от контроля выявлен на 120 сутки - в период усиления деструктивных процессов. Если пренебречь величиной максимального увеличения на 90 сутки, то обнаруживается тенденция закономерно- убывающего уменьшения адаптивного ответа ткани лёгких, что подтверждается последовательным уменьшением на 30-60 и 120 сутки содержания ИЛК в 2 раза. При удвоении дозовой нагрузки ПУР (10 ПДК) содержание ИЛК в легких на 30 сутки ингаляции стало больше, чем при 5 ПДК также в 2 раза. Последующее увеличение продолжительности воздействий урановой пылью на 120 сутки сопровождалось последовательно - нарастающим уменьшением адаптивного прироста ИЛК в 2 раза, максимум снижения содержания её обнаружен в более ранние сроки на 90 сутки ингаляционной затравки. При увеличении дозовой нагрузки ПУР в 10 раз (50 ПДК) в ткани лёгких ингалированных крыс максимальное увеличение содержания ИЛК обнаружено на 7 сутки затравки, наибольший спад – на 30 сутки, что свидетельствует о значительном сокращении времени адаптивного увеличения в лёгких содержания изоцитрата. Установлено, что экстракт корня солодки способствовал увеличению в ткани лёгких содержания ИЛК при дозе 5ПДК в 7 раз, при 10ПДК – в 4 раза. Эффективность усиливающего действия препарата на синтез промежуточных продуктов цикла Кребса при дозе 50 ПДК и профилактическом режиме введения возрастал на 3-7 и 30 сутки в 2,2-4,3 и 2 раза, что указывает на высоту позитивного действия препарата по признаку усиления синтеза ИЛК. Выявленные эффекты подчеркивают, что ЭКС особенно эффективно повышал содержание ИЛК, синтез которой происходит в растворимой части цитоплазмы, регулируется активностью аконитазы и изоцитратдегидрогеназой (ИДГ). Известно, что ИДГ катализирует реакцию окисления ИЛК в щевелевоянтарную кислоту. ИДГ большей частью находится в цитоплазме и только 12% ее связано с митохондриями. Далее было показано, что с увеличением дозо-временной нагрузки количественные характеристики ответной реакции ткани лёгких по накоплению яблочной кислоты (ЯК) существенно различались. Прежде всего обращает внимание, что для всех дозовых режимов экспериментальных наблюдений характерно адаптивное увеличение содержания ЯК. При ингаляции ПУР в дозе 5 ПДК содержание ЯК возрастало в разные сроки на 16-37 и 50-53% по сравнению с контролем. При удвоении дозовой нагрузки ПУР высота первоначальной волны адаптивного увеличения синтеза ЯК 18 возрастала в 2,4 и 2 раза; во второй половине наблюдения на 120 сутки признаки двукратного увеличения содержания ЯК сохранялись. При увеличении дозовой нагрузки ПУР в 10 раз содержание ЯК на 3-7 сутки возрастало в 8 и 4,6 раза; на 30 сутки резко уменьшалось и превышало контрольный уровень не более, чем на 40%. Вторая волна подъёма выявлена на 60 сутки затравки. Очевидно, что выявленная динамика изменений продукции ЯК хорошо подчеркивает энергетическую ценность наблюдаемых изменений. Известно, что образование ее происходит в цитоплазме, когда щавелевоуксусная кислота (ЩУК), синтезируемая в митохондриях в конечных процессах цикла Кребса, в растворимой части цитоплазмы восстанавливается до ЯК; последняя вновь в цитоплазме с помощью НАДН2 восстанавливается до ЯК. Окисление ЯК в митохондриях и восстановление ЩУК в цитоплазме является одним из регуляторных механизмов обменных процессов, выполняющего роль малатного челнока [Kaplan, 1966; А. Ленинджер, 1976]. Окисление в дыхательной цепи НАДН2, образовавшегося в малатдегидрогеназной реакции, сопряжено с окислительным фосфорилированием 3 молекул АДФ в 3 молекулы АТФ. Эта стадия очень важна в энергетическом, метаболическом и регуляторном плане. Показана роль системы малат–оксалоацетат в интеграции различных окислительных процессов митохондрий [В.П. Скулачев, 1969]. Обращает внимание четкая дозовая зависимость изменений отношения ИЛК/ЯК на 30 сутки наблюдения: при дозе 5 ПДК его показатели превышали контроль на 60%; при дозе 10ПДК колебались в пределах физиологических значений; при дозе 50 ПДК были ниже контрольных в среднем на 50%, подчёркивая прогностическую значимость определения отношения ИЛК/ЯК, приобретающего значимость редокс - потенциала. ЭКС повыщал содержание ЯК и отношение ИЛК/ЯК при дозе 5 ПДК в 2,5 и 1,5 раза соответственно, при дозе 10 ПДК – примерно в аналогичной степени в 2,3 и 2,1 раза, а при дозе 50 ПДК снижал резко возросшее содержание ЯК до уровня физиологических значений и повышал отношение ИЛК/ЯК в 2,4 раза. Ранее нами было показано, что колебания содержания промежуточных продуктов цикла Кребса хорошо совпадают с динамикой морфологических изменений ткани легких как по времени развития нарушений, так и по высоте их адаптивного ответа [Р.Т. Джумашева, 2009]. Установлено, что усиление деструктивной направленности совпадало со снижением синтеза промежуточных продуктов цикла Кребса и, напротив, активация регенераторных процессов структурных образований ткани легких сопровождалась увеличением накопления продуктов цикла Кребса. Сравнительный анализ динамики изменения исследуемых дегидрогеназ цикла Кребса показал, что активность их в ткани лёгких при всех дозовых нагрузках запыления урановой пылью угнеталась в среднем на 60-90%. По мере увеличения временной нагрузки тенденция равномернонарастающего усиления угнетающего действия сохранялась. Прогностическую значимость дозо-зависимого уменьшения в ткани легких приобретали изменения активности ИДГ: на 30 сутки при дозе 5 ПДК ее значения были ниже контроля на 40%; при дозе 10 ПДК на 70%, при дозе 50 19 ПДК - почти на 100%. Установлено, что направленность дозо-временной зависимости усиления угнетающего действия ингаляции урановой пыли на активность оксидоредуктаз характерна для всех исследованных энзимов. Однако эта закономерность равномерно-нарастающего угнетения активности энзимов сохранялась лишь при дозе 5 ПДК и характерна для ИДГ, СДГ и наиболее ярко - для МДГ. При увеличении исходной дозовой нагрузки ПУР в 2 и 10 раз признаки дозо-временной зависимости метаболических нарушений процессов цикла Кребса в ткани легких нарушались, свидетельствуя о высокой чувствительности митохондрий клеток легочной ткани крыс к действию ПУР. Ранее нами было показано, что ЭКС обладает корригирующим действием не только на продукты, но и на активность энзимов цикла Кребса. Так, установлено, что ЭКС при ингаляции в дозах 5 и 10 ПДК повышал их активность в среднем на 8-70%, а СДГ в 2 раза. При ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК ЭКС повышал в отдельные сроки активность ИДГ на 25%, СДГ- на 6-33%, на активность МДГ не влиял и оказывал стимулирующее действие на АКДГ, повышая её значения в 2,2 раза, что имеет большое энергосберегающее действие. Известно, что окислительное декарбоксилирование альфакетоглутарата представляет собой важное в энергетическом отношении звено ЦТК , которое сопровождается восстановлением молекул НАД до НАДН2, окисление которого в дыхательной цепи сопряжено с образованием 3 молекул АТФ. Еще одна молекула АТФ образуется на уровне субстратного фосфорилирования при превращении сукцинил-КоА в сукцинат. Примечательно, что в реакции окислительного декарбоксилирования вступает как альфа-кетоглутарат, образующийся в ЦТК при декарбоксилировании ЩУК, так и альфакетоглутарат, образующийся как продукт разнообразных процессов переаминирования с участием глутаминовой кислоты. Таким образом, осуществляется связь с обменом аминокислот глутаминовой группы, подчеркивая важность этого звена ЦТК не только в энергетическом, но и в метаболическом отношении [А.Ленинджер, 1976]. Известно, что сложный механизм декарбоксилирования альфа-кетоглутарата является многоступенчатым и его отдельные стадии катализируются различными компонентами мультиэнзимного дегидрогеназного комплекса, в котором участвует более 60 белковых молекул 3-х типов [В.П.Скулачев, 1969]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, проведенное исследование убедительно указывает, что при длительной ингаляции промышленной пыли урановой руды ткань легких отвечает адаптивным увеличением содержания промежуточных продуктов цикла Кребса, синтез которых происходит в митохондриях, свидетельствуя об активном участии процессов тканевого дыхания в реализации действия малых доз ионизирующего излучения в составе промышленной пыли урановой руды. Выявлены дозо-временные пределы адаптивного действия ПУР и нарушения субстрат-энзимных характеристик процессов цикла Кребса, при увеличении которых закономерный характер ответной реакции 20 ткани легких нарушается. Изменения соотношения промежуточных продуктов совпадают с выраженным угнетением активности дегидрогеназ, выполняющих активную роль в механизмах переноса электронов через мембраны митохондрий. Выявленные эффекты корригирующего действия экстракта корня солодки открывает новые возможности профилактического действия отечественного фитопрепарата. ВЫВОДЫ 1. Радиобиологические эффекты длительного ингаляционного воздействия урановой пыли в возрастающих дозах проявляются дозо-временной зависимостью нарушений в ткани легких процессов тканевого дыхания и характеризуются усилением нарушений субстрат-энзимных характеристик процессов цикла Кребса. 2. Длительное ингаляционное воздействие ПУР в дозе 5 ПДК характеризуется адаптивным увеличением в ткани легких синтеза промежуточных продуктов цикла Кребса, что подтверждается возрастанием на 30-90 сутки ИЛК в 2-2,5 раза, ЯК – на 16-51%. Установлены дозовременные пределы увеличения продуктов цикла Кребса: на 120 сутки содержание ИЛК и отношение ИЛК/ЯК снижаются в 2 раза и этому предшествует нарастающее угнетение активности ИДГ, АКДГ и СДГ в среднем на 20%, а МДГ - почти в 2 раза. 3. При удвоении дозовой нагрузки ПУР в ткани легких содержание продуктов цикла Кребса на 30 сутки возрастает в среднем в 2 раза, в последующие сроки последовательно снижается, максимум уменьшения ИЛК и ЯК, а также активности СДГ и МДГ почти в 2-3 раза смещается на 90 сутки. 4. При увеличении дозовой нагрузки ПУР до 50 ПДК максимальное возрастание промежуточных продуктов цикла Кребса обнаруживается в более ранние сроки и характеризуется увеличением содержания ИЛК в 2,5 раза, ЯК – в 8 и 4,4 раза. Однако уже на 30 сутки содержание ИЛК снижается по сравнению с контролем на 25% и это совпадает с угнетением активности СДГ и МДГ на 30-40%, а АКДГ и ИДГ - на 60 и 90%. 5. Впервые установлено, что водный экстракт корня солодки в дозе 100 мг/кг при ежедневном пероральном введении в течение 30 суток по окончании ингаляционной затравки в дозах 5 и 10 ПДК обладает корригирующим действием, что подтверждается увеличением в ткани легких содержания ИЛК и индекса ИЛК/ЯК в 2-4 раза, а активности исследуемых энзимов на 15-20% и 60-70%. 6. Эффективность корригирующего действия экстракта корня солодки при применении его в профилактическом режиме сохраняется. Установлено, что предварительное введение экстракта корня солодки в течение двух недель до начала ингаляционной затравки и во время ингаляции ПУР в дозе 50 ПДК стабильно повышает в ткани легких содержание ИЛК в разные сроки в 2-3,5 раза, отношение ИЛК/ЯК в 4-6 раз, а активность на 30 сутки ИДГ - на 30%, СДГ - на 60%, а АКДГ – в 2,2 раза. 21 Практические рекомендации 1. При разработке принципов планирования мероприятий медицинского обеспечения радиационной безопасности рекомендуется использовать критерии метаболических нарушений процессов цикла Кребса. 2. При исследовании влияния малых доз ионизирующего излучения на организм в эксперименте рекомендуется оценивать динамику и степень нарушения содержания промежуточных продуктов, а также активность дегидрогеназ цикла Кребса, позволяющих оценивать степень поражения митохондриального аппарата ткани легких. 3. Для профилактики токсического воздействия газо-аэрозольных выбросов для профессиональных работников уранодобывающей промышленности можно рекомендовать использование водного экстракта корня солодки. 4. Результаты исследований дополняют и расширяют теоретические представления по биологическому действию малых доз ионизирующей радиации на обменные процессы организма в целом и легких, в частности, и могут быть использованы как учебный материал курса медицинской радиобиологии, экспериментальной патологии, профпатологии медицинских вузов и факультетов усовершенствования врачей. Список научных работ, опубликованных по теме диссертации: 1. Мустафина Р.Х., Бекенова Ж.М., Казымбет П.К., Джакенова А.С. Влияние ингаляции пыли урановой руды в массивной дозе на активность дегидрогеназ цикла Кребса в ткани легких крыс //Материалы ІІІ Конгресса Евро-Азиатского респираторного общества, Астана. – 2007. - № 521. -С. 174. 2. Бекенова Ж.М., Мустафина Р.Х., Казымбет П.К. Динамика накопления продуктов цикла Кребса в ткани легких при ингаляции пыли урановой руды в массивной дозе //Материалы ІІІ Конгресса Евро-Азиатского респираторного общества, Астана. – 2007. - № 521. -С. 171. 3. Бекенова Ж.М., Мустафина Р.Х., Казымбет П.К., Калибекова А.Д. Влияние ингаляции пыли урановой руды на соотношение отдельных продуктов цикла Кребса в легких крыс //Астана медициналық журналы. – Астана, 2007. № 6 – С.172-174. 4. Бекенова Ж.М. Исследование характера влияния экстракта солодки на соотношение отдельных продуктов цикла Кребса в легких крыс при применении экстракта солодки и воздействии пыли урановой руды //Астана медициналық журналы. – Астана, 2007. №7 – С.34-37. 5. Бекенова Ж.М., Казымбет П.К., Мустафина Р.Х. Изменение активности дегидрогеназ цикла Кребса в легких крыс при применении экстракта солодки и воздействии пыли урановой руды //Астана медициналық журналы. – Астана, 2007. №7 – С.29-31. 6. Мустафина Р.Х., Джакенова А.С., Бекенова Ж.М., Калибекова А.Д., Джумашева Р.Т., Сарсенова Л.К., Казымбет П.К. Влияние малых доз радиации на состояние биоэнергетических процессов в ткани печени и организма при ингаляции пыли урановой руды // Материалы Четырнадцатой Российской Гастроэнтерологической недели «Российский журнал 22 Гастроэнтерологии, Гепатологии, Колопроктологии». - Москва, 2008. №5. -С. 97. 7. Бекенова Ж.М. Динамика активности энзимов цикла Кребса в легких крыс при ингаляции пыли урановой руды в дозе 5 ПДК //Материалы Международной конференции «Унифицированное обеспечение качества и модернизация клинической лабораторной диагностики», - Алматы, 2008, С.38-39. 8. Бекенова Ж.М. Влияние ингаляции пыли урановой руды в дозе 5 ПДК на содержание трикарбоновых кислот в легких крыс //Материалы Международной конференции «Унифицированное обеспечение качества и модернизация клинической лабораторной диагностики», - Алматы, 2008, С.39-40. 9. Мустафина Р.Х., Джакенова А.С., Бекенова Ж.М., Сарсенова Л.К., Калибекова А.Д., Джумашева Р.Т., Казымбет П.К. Исследование субстратэнзимных взаимоотношении процессов цикла Кребса в тканях печени и организма крыс при ингаляции пыли урановой руды в дозе 10 ПДК //Материалы Четырнадцатой Российской конференции «Гепатология сегодня» «Российский журнал Гастроэнтерологии, Гепатологии, Колопроктологии». - Москва, 2009. -С. 253. 10. R. Mustafina, Zh. Bekenova, А. Dzhаkenova, R. Dzhumasheva, A. Каlibekova, L. Sarsenova, P. Kazymbet Substrat - enzyme relationship of biopower processes in entimation of dozes dependences in long influence of smoll dozes of radiotoxic factors //Abstract Booк 2-nd Asian Congress of Radiation Research, Coex, - Seoul. 2009, - P.137. 11. Бекенова Ж.М. Субстрат-энзимные взаимоотношения продуктов цикла Кребса в легких крыс при ингаляции пыли урановой руды и применении экстракта солодки //Валеология, 2009 №3, С. 76-79. 12. R. Mustafina, A., Zh. Bekenova, A. Dzhakenova, L. Sarsenova,R. Dzhumasheva, S. Shaikhin, P. Kazymbet Substratium-enzyme characteristics after derangements of biological combustion processes. Estimations of organism’s longterm exposure to uranium ore dust //Medical-biological and radio-ecological problems on uranium- and oil-producing regions. IV Intern. Theoretical and Practical Conf. mater., Astana, 2010, P.23 13. R. Mustafina, Zh. Bekenova P. Kazymbet Temporary dosal characteristics of processes of Krebs cycle of lung tissue of rats under prolonged inhalation of uranium dust and use of //Medical-biological and radio-ecological problems on uranium- and oil-producing regions. IV Intern. Theoretical and Practical Conf. mater., Astana, 2010, P.39 14. Бекенова Ж.М., Джакенова А.С., Бахтин М.М., Мустафина Р.Х., Казымбет П.К. Сравнительная оценка влияния длительной ингаляции пыли урановой руды на соотношение промежуточных продуктов цикла Кребса в ткани легких крыс //Экология промышленного региона и здоровье населения. Материалы Республиканской научно-практической конференции. Караганда, 2010. - С. 185-187. 23 ТҰЖЫРЫМ Бекенова Жанара Маратовна Мия сығындысын қолдану барысында егеуқұйрықтардың өкпе ұлпасындағы өндірістік уран кен шаңы әсерінің радиобиологиялық нәтижелері 03.00.01- радиобиология медицина ғылымдарының кандидаты ғылыми дәрежесін алу үшін дайындалған диссертацияның авторефераты Диссертациялық жұмыс қазіргі радиобиологияның өзекті мәселесі – егеуқұйрықтардың өкпе ұлпасына уран шаңының ұзақ әсер ету салдарлары мен мия тамыры сығындысының нәтижесін зерттеуге арналған. Зерттеу мақсаты – егеуқұйрықтарды уран шаңының үдемелі дозасымен ұзақ уақыт ингаляциялау барысында өкпе ұлпаларындағы зат алмасу үрдістерінің бұзылу сипаты мен мия тамыры сығындысының қалпына келтіру нәтижелерін бағалау. Жұмыстың міндеттері: 1. Мия тамыры сығындысын қолдану барысында егеуқұйрықтардың өкпе ұлпасындағы Кребс тізбегіндегі субстрат-энзимдік арақатынасына өндірістік уран кені шаңының 5 рұқсат етілетін шамасындағы дозасымен ингаляциялаудың әсерін анықтау; 2. Мия тамыры сығындысын қолдану барысында егеуқұйрықтардың өкпе ұлпасындағы Кребс тізбегіне уран кені шаңының 10 рұқсат етілетін шамасындағы дозасымен ингаляциялаудың әсерін зерттеу; 3. Мия тамыры сығындысын қолдану мен өндірістік уран кені шаңының 50 рұқсат етілетін шамасындағы дозасымен ингаляциялаудың егеуқұйрықтардың өкпе ұлпасының зат алмасуының бұзылу ерекшеліктерін айқындау; 4. Мия тамыры сығындысының зат алмасу үрдістерін қалпына келтіру нәтижелерін және өндірістік уран кені шаңының ингаляциясының егеуқұйрықтардың өкпе ұлпасындағы Кребс тізбегіндегі субстрат-энзимнің доза-уақыттық бұзылуына салыстырмалы талдау жүргізу. Тәжірибелер салмағы 120-150 грамм болатын тұқымсыз, ақ егеуқұйрықтарға жүргізілді. Жануарларды уран шаңымен ингаляциялау жұмысы УИЗ-1 құралы арқылы іске асырылды. Өндірістік шаңның жалпы радиоактивті белсенділігі 202 Бк/г құрады. Диссертациялық жұмысты орындау кезінде үш сериялы тәжірибелік зерттеу жұмыстары жүргізілді. 24 Алғашқы екі серияда жануарларға 120 тәулік бойы 5 және 10 рұқсат етілетін шамадағы дозада ингаляция жасалынып, биохимиялық зерттеу жұмыстары 30, 60, 90 және 120 тәуліктерде іске асырылды. Тәжірибенің үшінші сериясында уран шаңының 50 рұқсат етілетін шамасындағы дозада ингаляция жасалынып, оның биологиялық әсері 3,7,30 және 60 тәуліктерде бағаланды. Өкпе ұлпасында энзимдік әдіс арқылы Кребс тізбегінің аралық өнімдері – изолимон қышқылы (ИЛҚ) және алма қышқылы (АҚ), сонымен қатар изоцитрат -, альфакетоглутарат-, сукцинат- и малатдегидрогеназа (ИДГ, АКДГ, СДГ и МДГ) белсенділіктері анықталды. Тәжірибе барысында, радиобиологиялық нәтижелер уран шаңының дозасының артуына және әсер ету ұзақтығына байланысты ұлғаятындығы айқындалды. Атап айтқанда, 5 және 10 рұқсат етілетін шамадағы дозада, 30 тәулікте өкпеде изоцитраттың бейімделген мөлшерінің сәйкесінше 74 және 140% артқандығы анықталды. Уран шаңының 50 рұқсат етілетін шамадағы дозасында оның мөлшері 7 тәулікте 2,5 есе артса, ал 30 тәулікте оның мөлшері бақылау тобынан 25% азайды. Доза мөлшерінің артуына байланысты Кребс тізбегі өнімдерінің бейімделіп артуының азаятындығы дәлелденді. ИЛҚ мөлшерінің азаюы 5 рұқсат етілетін дозада 120 тәулікте, 10 рұқсат етілетін дозада - 90 тәулікте, 50 рұқсат етілетін дозада - 30 тәулікте анықталды. Белсенділігі төмендейтін, сезімтал энзимдер ИДГ, АКДГ және МДГ болып табылады. Мия сығындысының 100 мг/кг мөлшері зат алмасу үрдістерін қалпына келтіре алатындығы анықталды. Атап айтқанда, оның әсерінен әртүрлі уақытта Кребс тізбегінің аралық өнімдері мен ИЛҚ/АҚ арақатынасы 2-4 есеге, энзимдердің белсенділігі 15-70% артты. 25 Summary Bekenova Zhanara Maratovna Radiobiological effects of uranium ore industrial dust on the state of rat lung tissue breathe by applying of lacryc radices root extract Abstract of candidate’s thesis on medical science on specialty 03.00.01 – Radiobiology The work is devoted to topical problem of modern radiobiology – to study the influence of prolonged inhalation of uranium ore dust on the state of rat lung tissue breathe and search for the effects of lacryc radices root extract. Goal of the research – is to reveal the character of metabolic disorders in lung tissue breathe under prolonged inhalation by uranium ore dust in gradually increased doses and assess the efficacy of corrective effects of lacryc radices root extract. Tasks of the research: 1. To determine the character of influence of UD inhalation in dose equal to5 times SPC to substrate-enzyme relationship in rat lung tissue Krebs cycle in presence of lacryc radices root extract. 2. To study the character of influence of UD inhalation in dose equals to10 times SPC on the state of Cycle Krebs processes in rat lung tissue in presence of lacryc radices root extract. 3. To reveal the peculiarities of metabolic disorders in tissue breathe processes in rat lung after UD inhalation in dose equals to50 times SPC in presence of lacryc radices root extract. 4. To carry out the comparative dose-time analysis of substrate-enzyme characteristics in rat Krebs cycle processes under UD inhalation treatment and assess the efficacy of corrective effect of lacryc radices root extract. Experiments were carried out on outbreed white male rats having 120-150 g weight. Inhalation by uranium ore dust (UD) carried out with UIZ-1 apparatus. Total dust activity was 202 Bq/g. Three series of experimental studies were accomplished. In the first and second series rats were underwent inhalation during 120 days by doses 5, and 10 times more than standard permissible concentration (SPC). Biochemical essays were carried out on the 30-th, 60-th, and 120-th day. In the third serial an influence dose of UD equal to 50 SPC and effects of biological influence were assessed on 3-d, 7-th, 30-th, and 60-th day. 26 In rat lung tissue via enzymatic method the content of intermediate products of Krebs cycle: isocitrate (IC) and malic acids (MA) as well as activity of isocitrate-, alphaketoglutarate-, succinate-, and malatedehydrogenase (ISDH, AKDH, SDH, and MDH) was determined. It was established that radiobiological effect of uranium ore dust is increased if dose and time of inhalation are increasing. So on 30-th day at doses 5 and 10 times of SPC additive increase in lung isocitrate up to 74 and 140 % accordingly was revealed. At dose 50 times SPC the maximum of 2,5 times isocitrate increasing was observed on 7-th day, on 30-th day isocitrate concentration became lower than control on 25%. Duration of adaptive Krebs cycle products’ increasing reduced after dose load increasing and lowest content of isocitrate was obtained at 5 times SPC on 120-th day; at 10 SPC – on 90-th day; at 50 SPC on 30-th day. Activities of studied enzymes decreased and ISDH, AKDH, and MDH became more sensitive. It was established that lacryc radices root extract at a quantity 100 mg/kg has corrective effects, increases a content of intermediate Krebs cycle products, and ratio isocitrate/ malate in different terms up to 2-4 times, and activity of enzymes up to 15-70%. 27
