ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА
ГІРІН СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ
УДК: 615.9+614.876+577.1]:57.081
Стан прооксидантно-антиоксидантної системи та індукція хромосомних
аберацій за умов дії ксенобіотиків
03.00.04 – біохімія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Чернівці – 2005
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті промислової
медицини МОЗ України
Науковий керівник: кандидат біологічних наук, старший науковий
співробітник, Крушевський Володимир Домінікович, Український
науково-дослідний інститут промислової медицини МОЗ України, завідувач
лабораторії промислових аерозолів
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор Мещишен Іван
Федорович, Буковинська державна медична академія, МОЗ України, завідувач
кафедри медичної хімії
доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Хижняк Світлана
Володимирівна, Київський національний університет імені Тараса Шевченка,
провідний науковий співробітник лабораторії фізико-хімічної біології
Провідна установа: Інститут геронтології АМН України, лабораторія
регуляції метаболізму, м. Київ
Захист відбудеться 20.04.2005 р. о 12 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 76.051.05 Чернівецького національного
університету імені Юрія Федьковича за адресою: м. Чернівці, вул. Лесі
Українки, 25, ауд. 81.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Чернівецького
національного університету імені Юрія Федьковича за адресою: м.
Чернівці, вул. Лесі Українки, 23.
Автореферат розісланий 18.03.2005р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
Копильчук Г.П.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Захист генофонду населення України – особливо гостра
та актуальна проблема сучасного етапу розвитку суспільства в зв’язку із
всезростаючим забрудненням навколишнього середовища ксенобіотиками
різноманітної природи та спектра дії (Горовая А.И. и соавт., 1996,
Бариляк I.Р. та співавт., 1993). Погіршенню екологічної ситуації в
Україні також сприяють наслідки аварії на Чорнобильській АЕС (Дуган
А.М., 1998). У зв’язку з цим збільшилась частота генетичних порушень та
вроджених вад розвитку, онкологічних та ендокринних захворювань,
знизився імунний статус населення тощо (Пилинская М.А. и соавт., 1998).
Тому набувають все більшої актуальності дослідження біохімічного
механізму дії речовин, що пошкоджують генетичний апарат клітини.
Поширились та мають важливе значення заходи, спрямовані на забезпечення
генетичного моніторингу, виявлення генетичних порушень не тільки у
людини, а і в інших біологічних видів (Бариляк I.Р. та співавт., 1993).
Сучасна біохімія має значні досягнення в дослідженні механізмів,
спрямованості та інтенсивності пероксидного окиснення ліпідів та
антиоксидантних процесів (Марченко М.М., 2002). Продукти пероксидного
окиснення ліпідів, володіючи великою хімічною активністю, здатні
ініціювати ланцюгові вільнорадикальні процеси, водночас антиоксидантна
система відповідає за їх регулювання (Барабой В.А. та співавт., 1994).
Так у цій галузі біохімічних досліджень за останнє десятиліття було
отримано велику кількість даних про участь інтермедіатів пероксидації
ліпідів, ферментів, неферментних високо- та низькомолекулярних сполук
антиоксидантної системи у важливих біохімічних процесах. Проведено
численні дослідження інтенсивності пероксидного окиснення ліпідів та
антиоксидантного статусу організму за умов перебігу багатьох
патологічних процесів (Марченко М.М. та співавт., 2002, Зозуля Ю.П. та
співавт., 2002). Проте, незважаючи на значні досягнення біохіміків та
генетиків, в літературі присутні нечисленні дані про стан
прооксидантно-антиоксидантних процесів за умов утворення мутацій та дії
ксенобіотиків (Арбузова С.Б., 1996).
В той же час, за даними літератури, такі речовини як оксиди азоту,
діоксид кремнію, сполуки свинцю та нікель, а також радон є одними з
найрозповсюдженішими в промислових регіонах України (Бариляк I.Р. та
співавт., 1993). Таким чином, незважаючи на їх велику екологічну
значущість, лишаються недослідженими прооксидантно-антиоксидантні
процеси за різних умов дії наведених ксенобіотиків. Крім того, на
сьогодні не виявлені зв’язки між вмістом інтермедіатів пероксидного
окиснення ліпідів та цитогенетичними показниками, до кінця не з’ясована
роль антиоксидантної системи в захисті від шкідливої дії активних форм
кисню за умов впливу на організм різних ксенобіотиків.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано
в рамках планової НДР Українського науково-дослідного інституту
промислової медицини МОЗ України шифр: ЦФ95.2.6., № державної
реєстрації: 0195U019825 “Роль сполученої дії основних антропогенних
ксенобіотиків та іонізуючого випромінювання в розвитку онкологічних
захворювань легенів”. Дослідження виконано з використанням сучасних
біохімічних, цитогенетичних та статистичних методів.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи було дослідження інтенсивності
перебігу прооксидантно-антиоксидантних процесів та індукції хромосомних
аберацій за умов впливу на організм комплексу найбільш розповсюджених у
промислових регіонах ксенобіотиків.
Для досягнення наведеної мети були поставлені наступні завдання:
1. Оцінити стан антиоксидантної системи шляхом визначення активності
супероксиддисмутази, каталази, глутатіонпероксидази,
глутатіон-S-трансферази, ?-глутамілтрансферази, пероксидази та вмісту
відновленого глутатіону за умов сумісної хронічної інгаляційної дії на
організм комплексу найбільш розповсюджених у промислових регіонах
ксенобіотиків та гострої дії сульфату нікелю.
2. Дослідити інтенсивність перебігу процесу пероксидного окиснення
ліпідів в різних тканинах щурів за умов дії на організм комплексу
ксенобіотиків, шляхом визначення вмісту дієнових кон?югатів,
гідропероксидів ліпідів та малонового альдегіду.
3. Оцінити частоту хромосомних аберацій за умов хронічної дії на
організм комплексу найбільш розповсюджених у промислових регіонах
ксенобіотиків та гострого впливу сульфату нікелю.
4. Дослідити кореляційні зв’язки між антиоксидантними процесами,
пероксидацією ліпідів та цитогенетичними показниками.
Об’єкт дослідження. Прооксидантно-антиоксидантні процеси та утворення
хромосомних аберацій за умов дії ксенобіотиків.
Предмет дослідження. Вміст продуктів пероксидації ліпідів та
відновленого глутатіону, активність ферментів антиоксидантної системи,
загальна частота хромосомних аберацій та кореляційні зв’язки між ними.
Методи дослідження – біохімічні для визначення вмісту продуктів
пероксидації ліпідів, відновленого глутатіону та активності ферментів
антиоксидантної системи; цитогенетичні для оцінки загальної частоти
хромосомних аберацій та показників спектру аберацій хромосом;
статистичні.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше проведено комплексне
дослідження in vivo інтенсивності перебігу пероксидного окиснення
ліпідів, стану антиоксидантної системи та цитогенетичних показників за
умов сумісної дії на організм ксенобіотиків розповсюджених у промислових
регіонах України.
Встановлено відмінності в інтенсивності перебігу різних ланок процесу
пероксидації ліпідів за умов дії на організм різноманітних ксенобіотиків
та радіації. Вперше виявлено тканинно специфічні зміни в
прооксидантно-антиоксидантній системі в залежності від природи
пошкоджуючих факторів та часу їх впливу.
Показано зрушення в антиоксидантному статусі тканин та порушення їх
регулюючих функцій по відношенню до процесу пероксидного окиснення
ліпідів за умов дії ксенобіотиків.
Вперше встановлено кореляційні залежності між показниками
прооксидантно-антиоксидантної системи та цитогенетичними параметрами за
умов дії ксенобіотиків, що досліджувались.
Теоретичне значення одержаних результатів. Отримані в роботі дані
поглиблюють відомості стосовно дії комплексу ксенобіотиків на
функціонування прооксидантно-антиоксидантної системи організму та процес
утворення хромосомних аберацій. Виявлено підпорядкованість
антиоксидантних процесів та пероксидного окиснення ліпідів, поряд з
утворенням хромосомних аберацій, закономірностям адаптаційного синдрому.
Встановлено кореляційні зв’язки між показниками
прооксидантно-антиоксидантної системи та цитогенетичними параметрами.
Практичне значення одержаних результатів. Визначена реакція організму на
сумісну дію ксенобіотиків розповсюджених у промислових регіонах України.
Показники стану антиоксидантної системи та інтенсивності перебігу
пероксидації ліпідів організму можуть використовуватись як чутливі
інтегральні неспецифічні індикатори ступеня пошкоджуючої дії
ксенобіотиків. Проведені експериментальні дослідження та виявлені
кореляційні зв’язки між показниками прооксидантно-антиоксидантної
системи та цитогенетичними параметрами надають можливості обґрунтувати
необхідність проведення заходів з метою антиоксидантного захисту від
процесів утворення хромосомних аберацій. Все це дозволить більш швидко
проводити генетичний моніторинг серед населення України, що повинно
сприяти надійному захисту його генофонду.
Особистий внесок здобувача. Автором самостійно проведено аналіз наукової
літератури для планування та коректного виконання роботи, визначено мету
та завдання досліджень, виконано експериментальну частину роботи, а
також математичне опрацювання отриманих результатів, оформлення їх у
вигляді таблиць і рисунків, сформульовано висновки. Аналіз та
обговорення результатів досліджень проведено спільно з науковим
керівником, к. б. н., старшим науковим співробітником Крушевським В.Д.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи
доповідались та обговорювались на: науково-практичній конференції
“Актуальні проблеми гігієни праці і профпатології в машинобудуванні та
хімічній промисловості” (Харків, 1998); Всеукраїнській
науково-практичній конференції молодих вчених “Актуальні проблеми
профілактичної медицини” (Київ, 2000); “Fourth Internatіonal Symposіum
and Exhіbіtіon on Envіronmental Contamіnatіon іn Central and Eastern
Europe WARSAW’98” (Варшава, 1998); 9th Annual Meetіng of SETAC-Europe
“Qualіty of Lіfe and Envіronment іn Cultured Landscapes” (Лейпциг,
1999); Third SETAC World Congress “Global Environmental Issues in the
21th Century: Problems, Causes and Solutions” (Брайтон, 2000); 18th
International Congress of Biochemistry and Molecular Biology “Beyond the
Genome” (Бірмінгем, 2000); 16th FAOBMB Symposium “From Genes to
Proteins: Frontiers in Biochemistry and Molecular Biology” (Тайпей,
2002).
Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладено у 13
наукових публікаціях, 4 з яких у фахових наукових виданнях.
Структура роботи. Дисертаційна робота викладена на 153 аркушах
машинопису, проілюстрована 2 рисунками та 22 таблицями і складається зі
вступу, огляду літератури, опису матеріалів та методів дослідження, 2
розділів власних досліджень, висновків та списку використаних джерел із
300 найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Огляд літератури. В огляді літератури надано загальну характеристику
процесу пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ). Розглянуто питання
структурно-функціональної організації антиоксидантної системи (АОС).
Обговорено дані щодо перебігу ПОЛ та стану АОС за умов патологічних
процесів різноманітної етіології та за дії на організм ксенобіотиків.
Розкрито основні особливості та закономірності утворення хромосомних
аберацій. Висвітлено біохімічні аспекти дії на організм одних з найбільш
розповсюджених у промислових регіонах України ксенобіотиків.
Матеріали та методи досліджень. Експерименти проводили на 150
безпородних щурах-самцях, з початковою вагою 120-180 г, що знаходилися в
стаціонарних умовах віварію.
Експериментальні дослідження складались із трьох серій.
I серія – хронічна сумісна інгаляційна дія на організм тварин комплексу
ксенобіотиків (в експериментальних камерах, 4 години на день, 5 разів на
тиждень). Концентрація оксидів азоту (II, IV) 10 мг/м3, діоксиду кремнію
аморфного гідрофобного 35 мг/м3, Pb2+ (ацетат свинцю) 0,05 мг/м3, питома
об’ємна активність радону у середньому дорівнювала 2840 Бк/м3.
Дослідження тривали упродовж 3-х, 6-ти, 9-ти та 12-ти місяців.
Відповідно тварин було розділено на чотири дослідні групи, кожній з яких
відповідали контрольні.
II серія – хронічна дія на організм радіоактивного фактору. Одноразове
інтратрахеальне введення радійвміщуючого шламу (13,5 мг/100 г маси
піддослідної тварини) з питомою об’ємною активністю 222Rn 2840 Бк/м3.
Тварин було розділено на дві дослідні групи з відповідними контрольними.
Дослідження тривали упродовж 9-ти та 12-ти місяців.
У хронічних експериментах концентрації діючих речовин дорівнювали порогу
хронічної дії.
III серія – гостра дія на організм сульфату нікелю. Піддослідним
тваринам робили одноразове внутрішньочеревне введення 10 мМ розчину
сульфату нікелю (II) (доза: 1,6 мг солі на 100 г ваги тварини – LD50,
експозиція 24 години). Контролем були інтактні тварини.
Після закінчення термінів дослідження тварин декапітували.
У роботі використовували препарати нирок, печінки та кісткового мозку, а
також сироватку крові.
Сироватку крові отримували згідно з методикою (Меньшиков В.В., 1987).
Препарати нирок та печінки отримували шляхом центрифугування гомогенатів
(Kazzaz J.A. et al, 1996).
Для оцінки перебігу ПОЛ у препаратах (Колесова О.Е. и соавт., 1984)
визначали вміст дієнових кон’югатів (ДК) (Стальная И.Д., 1977),
гідропероксидів ліпідів (ГПЛ) (Романова Л.А. и соавт., 1977) та
малонового альдегіду (МА) (Стальная И.Д. и соавт., 1977).
Активність ферментів АОС визначали за загальновизнаними методиками:
супероксиддисмутази (SOD) (КФ 1.15.1.1) (Fridovich I., 1986), каталази
(КФ 1.11.1.6) (Королюк М.А. и соавт., 1988), пероксидази (КФ 1.11.1.7)
(Попов Т. и соавт., 1971), глутатіонпероксидази (GSHPx-SeH) (КФ1.11.1.9)
(Власова С.Н. и соавт., 1990), глутатіон-S-трансферази (GST) (КФ
2.5.1.18) (Jacoby W.B., 1985), ?-глутамілтрансферази (?-GT) (КФ 2.3.2.2)
(Suresh S. et al, 1985), вміст відновленого глутатіону (GSH) згідно
(Марченко М.М. и соавт., 1996).
Підготовку цитогенетичних препаратів та дослідження інтенсивності
утворення хромосомних аберацій в клітинах кісткового мозку проводили
згідно (Барыляк И.Р. и соавт., 1989).
Отримані результати обробляли статистично, з використанням t-критерію
Стьюдента та методів кореляційного аналізу (Митропольский А.К., 1975).
Для оцінки системних зв’язків використано метод кореляційних плеяд
(Важничая Е.М. та співавт., 1999). Вірогідними вважали результати при
р?0,05.
Інтенсивність перебігу прооксидантно-антиоксидантних процесів та частота
хромосомних аберацій за умов сумісного хронічного інгаляційного впливу
на організм комплексу ксенобіотиків. Проведені дослідження сумісної дії
на організм комплексу ксенобіотиків: оксидів азоту (II, IV), діоксиду
кремнію аморфного гідрофобного, свинцю, радону та його дочірніх
продуктів розпаду (ДПР) дозволили виявити значні зміни цитогенетичних
показників, а також інтенсивності перебігу ПОЛ та антиоксидантних
процесів в препаратах, які досліджувались протягом хронічного
експерименту (табл. 1, рис. 1 та рис. 2).
В прооксидантно-антиоксидантній системі спостерігались значні зрушення
на початкових етапах дослідження. Так виявлено зниження вмісту ДК й ГПЛ
в тканинах нирок та ДК й МА в тканинах печінки за умов трьохмісячної
та шестимісячної тривалості досліду (рис. 1). Разом з
Таблиця 1
Динаміка загальної частоти хромосомних аберацій у клітинах кісткового
мозку за умов дії на організм різних ксенобіотиків
Умови досліду
(серії експерименту) Тривалість
досліду Число
проаналізованих метафаз, шт (n) Загальна частота хромосомних аберацій, %
(М±m)
I
3 місяці,
3504
3,1 ± 0,62
6 місяців,
1876
3,0 ± 0,40
9 місяців,
1660
4,4 ± 0,50 *
12 місяців,
1590
3,9 ± 0,49
II 9 місяців,
1114
3,8 ± 0,57
12 місяців,
1379
3,5 ± 0,49
III 24 години, 2048 5,0 ± 0,48 *
контроль ————– 800 3,1 ± 0,62
Примітка: * – різниця порівняно з контролем вірогідна (р ? 0,05).
цим, зазнали значної інтенсифікації активності всіх ферментів
антиоксидантної системи печінки та нирок на трьохмісячному етапі
експерименту (рис. 2). Таким чином, за умов трьохмісячної сумісної дії
на організм комплексу ксенобіотиків у тканинах нирок та печінки
спостерігалось інгібування перебігу процесу пероксидації ліпідів на фоні
підвищеної активності ферментів АОС та спонтанного рівня утворення
хромосомних аберацій. На наступному шестимісячному етапі експерименту
відбувається поступове інгібування антиоксидантної активності ферментів
нирок та печінки, незначне зростання показників АОС сироватки крові
(рис. 2), загальна частота хромосомних аберацій (ЗЧХА) залишилась на
контрольному рівні (табл. 1).
Проведені дослідження показали, що дев’ятимісячна сумісна дія на
організм комплексу ксенобіотиків викликала значні зміни
прооксидантно-антиоксидантного гомеостазу. Так, за даних умов виявлено
інтенсифікацію перебігу пероксидації ліпідів, про що свідчать підвищення
вмісту продуктів ПОЛ – МА сироватки крові на 36%, ГПЛ нирок на 17%, ДК
та МА печінки відповідно на 19% та 23% відносно контролю (рис. 1).
Виявлені зміни відбулися на фоні падіння активності пероксидази
сироватки крові (в 1,2 рази), GSHPx-SeH й пероксидази в тканинах нирок
(відповідно в 5,7 та 5,3 рази), каталази (в 6,9 рази), GST (в 5,2 рази)
та пероксидази (в 9,5 рази) в тканинах печінки (рис. 2). З іншого боку,
у цей час зросла активність каталази в сироватці крові (в 2,7 рази),
GSHPx-SeH та ?-GT в тканинах печінки відповідно в 2,1 та в 2,0 рази.
За умов дев’ятимісячної тривалості експерименту в I серії показник ЗЧХА
на 42% перевищив рівень контролю (табл. 1), що свідчить про порушення
генетичного гомеостазу клітин.
1
2
3
Рис. 1. Вміст продуктів ПОЛ за умов сумісної хронічної інгаляційної дії
на організм комплексу одних з найбільш розповсюджених ксенобіотиків, %
від рівня в контролі:
1 – в сироватці крові;
2 – в нирках;
3 – в печінці.
Примітки:
1. * – тут і далі різниця порівняно з контролем вірогідна (р ? 0,05);
2. Тут і в подальших рисунках контроль для всіх показників дорівнює
100%.1
2
3
Рис. 2. Активність ферментів АОС за умов сумісної хронічної інгаляційної
дії на організм комплексу одних з найбільш розповсюджених ксенобіотиків,
% від рівня в контролі:
1 – в сироватці крові;
2 – в нирках;
3 – в печінці.
Примітка. Тут і далі цифри над стовпчиками є їх фактичним значенням.
Отже, сумісна хронічна інгаляційна дія на організм комплексу
ксенобіотиків призводить до інтенсифікації перебігу ПОЛ на 9-му місяці
експерименту, про що свідчать підвищення вмісту його інтермедіатів у
сироватці крові, нирках та печінці. Останнє є наслідком виявлених за
даних умов досліджень різноспрямованих змін в активності ферментів
антиоксидантного захисту, що могло стати однією з причин порушення
функціонування АОС.
На дванадцятимісячному етапі I серії експерименту нами було
зареєстровано включення додаткових механізмів АОС компенсаторного
характеру. Відбулося підвищення активності більшості ферментів АОС
сироватки крові, тканин нирок та печінки. Так, зросла активність
каталази та пероксидази сироватки крові (відповідно в 4,0 та 1,3 рази),
GST та ?-GT нирок (у 1,3 та 1,2 рази), SOD та GSHPx-SeH печінки
(відповідно в 4,0 та 6,6 рази). Саме включення компенсаторних механізмів
АОС дозволило, за умов 12-ти місячної дії на організм комплексу
ксенобіотиків, стабілізувати переважну більшість показників пероксидації
ліпідів та ЗЧХА на рівні контролю (рис. 1, табл. 1).
Отже, виявлені в організмі біохімічні та цитогенетичні зміни обумовлені
оксидантними та мутагенними властивостями обраного комплексу
ксенобіотиків, який здатний блокувати потужну адаптаційно-компенсаторну
реакцію АОС шляхом розладу її дії, що сприяло активізації
вільнорадикальних процесів на фоні індукції утворення хромосомних
аберацій (дев’ятий місяць I серії експерименту).
Водночас, результати отримані за умов 12-ти місячної сумісної хронічної
інгаляційної дії на організм комплексу ксенобіотиків дають підстави
зробити припущення стосовно існування складних пускових систем, які
впливають на антиоксидантну активність організму та приводять до зміни
прооксидантно-антиоксидантного гомеостазу за умов впливу зовнішніх
чинників (Кожевников Ю.Н., 1985).
Результати кореляційного аналізу між цитогенетичними показниками з
одного боку та параметрами прооксидантно-антиоксидантної системи з
іншого, за умов сумісної хронічної дії на організм комплексу
ксенобіотиків, дозволили виявити важливі статистичні закономірності.
Встановлено, що переважна більшість ознак, які досліджувались, мали
тісні кореляційні зв’язки між собою. Так система “цитогенетичні
показники – параметри ПОЛ та АОС” характеризувалась 82 кореляційними
зв’язками. За даних умов досліджень, статистично вірогідні кореляційні
зв’язки склали 60,7% від числа можливих та було сформовано максимальну
кількість кореляційних плеяд. Великі значення набули і кількісні
показники кореляційних плеяд (міцність, потужність та питома
потужність). В той же час були виявлені важливі відмінності між
побудованими плеядами. Так найменші кількісні показники мали виключно
кореляційні плеяди, до складу яких входили частота утворення кільцевих
хромосом та параметри пероксидації ліпідів й антиоксидантної активності.
Тісніші кореляційні зв’язки були виявлені для плеяд, в яких параметри
прооксидантно-антиоксидантної системи корелювали з частотою утворення
дицентричних хромосом, поодиноких та парних фрагментів й ЗЧХА.
Міцність, потужність та питома потужність кореляційних плеяд, до складу
яких входили показники пероксидації ліпідів, були вищими за кількісні
показники плеяд з параметрами антиоксидантної активності. З огляду на
останнє варто зазначити, що за умов сумісної хронічної дії на організм
комплексу ксенобіотиків переважна більшість перемінних пероксидації
ліпідів тісно корелювала з цитогенетичними показниками. Це свідчить про
потужність та схожість дії комплексу ксенобіотиків на ПОЛ та процес
утворення хромосомних аберацій. Разом з цим цитогенетичні показники
вірогідно сильно корелювали переважно з активністю SOD, каталази та
пероксидази сироватки крові, нирок та печінки. Отже за даних умов
проведення експерименту дія комплексу ксенобіотиків викликає схожі
функціональні зрушення в процесі утворення хромосомних аберацій,
супероксиддисмутазній-каталазній системі та активності пероксидази.
3/4
Ae
v?4
B
?
¬
°
Oe
O
?
@
?l?0??%?
?l?0??%?
@
@
@
?l?U?0??%?
?l?0??%?
?l?0??%?
@
@
$
@
@
$
@
$
@
$
@
@
@
@
@
@
??
@
@
@
?
?рооксидантно-антиоксидантною системою та процесом утворення хромосомних
аберацій за даних умов проведення експерименту.
Прооксидантно-антиоксидантні процеси та утворення хромосомних аберацій
за умов хронічної дії на організм радону та його дочірніх продуктів
розпаду. Дослідження біохімічних та цитогенетичних процесів за умов
хронічної дії на організм радону та його ДПР, мають важливе значення,
оскільки від їх перебігу в великій мірі залежить характер та ступень
променевого ураження клітинних структур (Кольтовер В.К., 1994). Так, у
результаті дії радіоактивного фактору в клітині може виникнути геномна
та гомеостазна нестабільність, що призводить до виникнення
адаптаційно-компенсаторних процесів, або до декомпенсації, проявом якої
є загибель клітини.
Нашими дослідженнями встановлені значні різноспрямовані зміни в
інтенсивності перебігу пероксидації ліпідів та функціонування
антиоксидантної системи. Результати, отримані за умов 9-ти місячного
хронічного впливу на організм радону та його ДПР, вказують на підвищення
активності більшості ферментів АОС: зокрема, каталази та пероксидази
сироватки крові (в 17,6 та 1,6 рази відповідно), GST нирок в 1,6 рази,
SOD та ?-GT – печінки (в 2,8 та 2,0 рази відповідно) на фоні інгібування
?-GT сироватки крові та SOD нирок (рис. 3). За даних умов проведення
експерименту, встановлено зниження вмісту GSH в усіх препаратах, які
досліджувались (у 3,0 рази в сироватці крові, у 2,1 рази в нирках та у
1,7 рази в печінці). Причиною цього може бути витрата даного трипептиду
на знешкодження шкідливих речовин (Мещишен І.Ф., 1999), у тому числі й
ПОЛ, що утворились за дії радіації (Maker H., 1983).
1
2
Рис. 3. Активність ферментів АОС за умов хронічного впливу на організм
радону та його дочірніх продуктів розпаду, % від рівня в контролі:
1 – за умов дев’ятимісячного впливу;
2 – за умов дванадцятимісячного впливу.
Разом з цим, дев’ятимісячна дія на організм радону та його ДПР призвела
до інгібування процесу ПОЛ. Виявлено зниження вмісту одного з кінцевих
його продуктів – МА в усіх препаратах, які досліджувались (в сироватці
крові, нирках та печінці відповідно у 1,2, 1,3 та 1,3 рази).
Отже, за умов дев’ятимісячної дії на організм радону та його ДПР
відбулося інгібування ланцюгів ПОЛ, які передують утворенню МА, на фоні
активної відповіді АОС сироватки крові, нирок та печінки. Останнє можна
розглядати як прояв адаптаційної реакції організму на вплив радіаційного
фактору.
Хронічна дія на організм радону та його ДПР протягом дванадцяти місяців
призвела до подальших різноспрямованих змін у
прооксидантно-антиоксидантному статусі (рис. 3). В сироватці крові
спостерігалось підвищення активності каталази, пероксидази та GST. Разом
з цим відбулося значне інгібування SOD та зниження вмісту GSH в 2,8
рази. В тканинах нирок відмічено падіння активності SOD, GSHPx-SeH та
GST. За даних умов досліджень в печінці відбулося значне інгібування
GSHPx-SeH та підвищення активності каталази, ?-GT та концентрації GSH.
Водночас, в усіх препаратах, які досліджувались, виявлено зниження
вмісту МА (сироватка крові у 2,2 рази, нирки у 2,3 рази, печінка у 2,5
рази), на фоні зростання рівня ДК.
Таким чином, за умов хронічної дії на організм радону та його ДПР
відбувається обрив каскаду реакцій ПОЛ на кінцевих його ділянках, які
передують утворенню МА, що може бути обумовлено активною регулюючою
функцією АОС, зокрема сироватки крові та печінки. Дана реакція організму
може відігравати значну позитивну роль у підтримці його
прооксидантно-антиоксидантного гомеостазу та у захисті від шкідливої дії
радіаційного фактору.
Слід зазначити, що хронічна дія на організм радону та його ДПР не
викликала вірогідних змін цитогенетичних показників, як за умов дев’яти,
так и дванадцятимісячної тривалості експерименту (табл. 1).
Кореляційний аналіз, як і дослідження прооксидантно-антиоксидантних
процесів, виявив суттєву різницю між результатами, отриманими за умов
сумісної хронічної інгаляційної дії на організм комплексу ксенобіотиків
та дії радону і його ДПР. Так, кількість кореляційних плеяд та
вірогідних кореляційних зв’язків між цитогенетичними показниками та
параметрами прооксидантно-антиоксидантної системи за умов дії на
організм радону та його ДПР менша, а ніж за умов дії комплексу
ксенобіотиків. Що може свідчити про більш тісне корелювання процесу
утворення хромосомних аберацій з прооксидантно-антиоксидантною системою
за умов дії на організм комплексу ксенобіотиків.
Порівняння значень коефіцієнтів кореляції та масиву, які були отримані
за умов сумісної хронічної інгаляційної дії на організм комплексу
ксенобіотиків з відповідними показниками, що були отримані за умов дії
радону та його ДПР, дозволили виявити спільні для обох масивів пари
корелюючих змінних. Показники прооксидантно-антиоксидантної системи, які
входять до їх складу можна використовувати в ролі біохімічних маркерів
ступеня пошкодження хромосом. Останнє дозволить визначати спектр
хромосомних аберацій та величину ЗЧХА за умов дії на організм даних
ксенобіотиків. В результаті проведених досліджень встановлено, що в ролі
біохімічних маркерів для визначення частоти утворення поодиноких
фрагментів хромосом та ЗЧХА можна використовувати ферментативну
активність SOD нирок та печінки. Враховуючи, що в експерименті
використовували найбільш розповсюджені в промислових регіонах України
ксенобіотики, дані біохімічні маркери можуть мати широке застосування
для визначення ступеня пошкодження хромосом.
Інтенсивність перебігу прооксидантно-антиоксидантних процесів та частота
хромосомних аберацій за умов гострої дії на організм сульфату нікелю.
Результати дослідження гострої дії на організм сульфату нікелю вказують
на значні різноспрямовані зміни в прооксидантно-антиоксидантному статусі
організму.
За даних умов проведення експерименту в тканинах нирок спостерігалось
падіння вмісту ДК та ГПЛ відповідно у 3,0 та 1,4 рази, поряд зі значним
зростанням активності SOD у 11,0 разів і ?-GT у 2,7 рази. Імовірно
важливу роль у наведених змінах відіграла супероксиддисмутазна та
каталазна активність нирок, що запобігло ініціації початкових етапів ПОЛ
(Ahnja B.S., 1978). Разом з цим, виявлено зростання вмісту одного з
кінцевих продуктів пероксидації ліпідів – МА – у 2,0 рази, що може бути
пов’язано з інгібуванням глутатіонзалежних ферментів – GST і GSHPx-SeH
(рис. 4) та зниженням концентрації GSH на 46,1%.
Рис. 4. Активність ферментів АОС за умов гострої дії на організм
сульфату нікелю, % від рівня в контролі
Вміст продуктів ПОЛ в тканинах печінки, як і нирок, змінювався по
різному: концентрація ДК знизилась в 1,9 рази, що може бути результатом
активної дії супероксиддисмутазно-каталазної ланки АОС печінки (Kellog
E.W., 1986) (рис. 4). Проте, на відміну від нирок, в печінці вміст ГПЛ
зріс у 1,4 рази. Основну роль в регулюванні рівня цієї високоактивної
сполуки відіграє GSHPx-SeH (Mannervik B., 1985, Hurst R. et al, 1998),
інгібування якої (рис. 4) на фоні падіння концентрації GSH у 1,4 рази,
виявлено за даних умов проведення експерименту.
Разом з цим в сироватці крові не було виявлено вірогідних змін у
концентрації як початкових, проміжних, так і кінцевих продуктів ПОЛ на
фоні підвищеної активності SOD (в 3,1 рази). Проте спостерігалось
інгібування функції глутатіонзалежної частини АОС, що було виражено в
зниженні активності GSHPx-SeH та GST (рис. 4) та концентрації GSH в 1,6
рази.
Отже, за умов гострої дії на організм сульфату нікелю, активація
супероксиддисмутазно-каталазної ланки АОС, можливо, зумовила інгібування
початкових реакцій ПОЛ. Проте накопичення продуктів ПОЛ на подальших
етапах може бути пов’язано з інгібуванням глутатіонзалежних ферментів та
зниженням вмісту GSH.
На фоні значних різноспрямованих змін в прооксидантно-антиоксидантному
статусі організму за даних умов досліджень виявлено вірогідне підвищення
показника ЗЧХА та частоти утворення поодиноких фрагментів хромосом
(табл. 1).
В И С Н О В К И
У дисертаційній роботі досліджено інтенсивність перебігу
прооксидантно-антиоксидантних процесів та індукція хромосомних аберацій
за умов впливу на організм комплексу найбільш розповсюджених у
промислових регіонах України ксенобіотиків. Отримані результати
поглибили відомості стосовно функціонування
прооксидантно-антиоксидантної системи організму та індукції хромосомних
аберацій, що дало можливiсть зробити ряд висновків:
1. Встановлено, що хронічна сумісна дія на організм оксидів азоту (II,
IV), діоксиду кремнію, ацетату свинцю, радону та його дочірніх продуктів
розпаду; хронічний вплив радону та його дочірніх продуктів розпаду та
гостра дія сульфату нікелю викликають різні зміни в функціонуванні
прооксидантно-антиоксидантної системи, що свідчить про складний характер
адаптаційно-пристосувальних реакцій, які контролюють протікання
біохімічних процесів.
2. Встановлено, що сумісна хронічна інгаляційна дія на організм оксидів
азоту (II, IV), діоксиду кремнію, ацетату свинцю, радону та його
дочірніх продуктів розпаду на протязі трьох місяців призводить до
підвищення активності ферментів антиоксидантної системи та інгібування
перебігу процесу пероксидації ліпідів в тканинах нирок та печінки, що
можна охарактеризувати як адаптаційну реакцію організму.
3. Встановлено, що сумісна хронічна інгаляційна дія на організм оксидів
азоту (II, IV), діоксиду кремнію, ацетату свинцю, радону та його
дочірніх продуктів розпаду призводить до інтенсифікації перебігу
пероксидного окиснення ліпідів на 9-му місяці експерименту, про що
свідчать підвищення вмісту продуктів пероксидного окиснення ліпідів у
сироватці крові, нирках та печінці. Це є наслідком виявлених за даних
умов досліджень різноспрямованих змін в активності ферментів
антиоксидантного захисту, що стало однією з причин порушення
функціонування антиоксидантної системи організму.
4. Хронічна дія на організм радону та його дочірніх продуктів розпаду
призводить до обриву ланцюгу реакцій пероксидного окиснення ліпідів на
кінцевих його ділянках, які передують утворенню малонового альдегіду, що
пов’язано з регулюючою функцією антиоксидантної системи. Вміст
малонового альдегіду на дев’ятимісячному та дванадцятимісячному етапах
експерименту знизився відносно контролю відповідно в 1,2 – 1,3 рази та
2,2 – 2,5 рази (р ? 0,05).
5. Гостра дія на організм сульфату нікелю, активізує
супероксиддисмутазно-каталазну ланку антиоксидантної системи, на фоні
інгібування початкових реакцій пероксидного окиснення ліпідів.
Накопичення продуктів на подальших етапах пероксидації ліпідів може бути
пов’язано з інгібуванням глутатіонзалежних ферментів антиоксидантної
системи та зниженням вмісту відновленого глутатіону в сироватці крові,
нирках та печінці відповідно в 1,6, 1,7 та 1,4 рази (р ? 0,05).
6. Дев’ятимісячна сумісна дія на організм оксидів азоту (II, IV),
діоксиду кремнію, ацетату свинцю, радону та його дочірніх продуктів
розпаду, а також гостра дія сульфату нікелю спричиняють зростання
частоти хромосомних аберації відповідно на 42 та 61% (р ? 0,05).
7. Виявлено кореляційні залежності між цитогенетичними показниками та
параметрами прооксидантно-антиоксидантної системи, що доводить існування
статистичного зв’язку між пероксидним окисненням ліпідів,
антиоксидантною системою та процесом утворення хромосомних аберацій.
8. Показники активності супероксиддисмутази нирок та печінки можуть
використовуватись у ролі біохімічних маркерів для визначення частоти
утворення поодиноких фрагментів хромосом та загальної частоти
хромосомних аберацій.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
Гірін С.В. Сумісна дія ксенобіотиків на стан антиоксидантної системи
організму // Укр. біохім. журн. – 1999. – 71, № 1. – С. 103 – 108.
Гірін С.В. Вільнорадикальні процеси за сумісної хронічної інгаляційної
дії ксенобіотиків на організм щурів // Укр. біохім. журн. – 1999. – 71,
№ 2. – С. 65 – 68.
Гирин С.В. Перекисное окисление липидов и состояние антиоксидантной
системы организма при индуцированном мутационном процессе, вызванным
острым действием сульфата никеля // Лабораторная диагностика. – 1999. –
№ 1. – С. 13 – 15.
Гирин С.В. Модификация метода определения активности каталазы в
биологических субстратах // Лабораторная диагностика. – 1999. – № 4. –
С. 45 – 46.
Girin S.V. Antioxidant system state under the effect on the organism of
the most widespread xenobiotics // Fourth International Symposium and
Exhibition on Environmental Contamination in Central and Eastern Europe
on Warsaw’98, September 15-17. – 1998. – P. 148.
Girin S.V., Krushevsky V.D., Danilchuk A.V. The lipid peroxidation under
conditions of the effect on the organism of the most widespread
xenobiotics // Fourth International Symposium and Exhibition on
Environmental Contamination in Central and Eastern Europe on Warsaw’98,
September 15–17. – 1998. – P. 148.
Girin S.V. Processes of an oxidation and reduction under the effect of
the most widespread xenobiotics // 9th Annual Meeting of SETAC-Europe,
“Quality of Life and Environment in Cultured Landscapes”, 25-29 May. –
1999. – Leipzig, Germany. – P. 106.
8. Girin S.V., Beliak O.V. Biochemical markers of DNA’s damage in vivo
// Third SETAC World Congress “Global Environmental Issues in the 21st
Century: Problems, Causes and Solutions”, 21-25 May. – 2000. – Brighton,
United Kingdom. – P. 133.
Girin S.V. Lipid Peroxidation and the state of the antioxidant system in
an induced mutation process caused by an acute action of nickel sulphate
// 18th International Congress of Biochemistry and Molecular Biology,
“Beyond the Genome”, 16-20 July. – 2000. – Birmingham, United Kingdom. –
P. 447.
Hirin S.V., Hirina O.V. Regulation of a SOD Expression at Adaptation of
an Organism to the Action of a Xenobiotics Complex// 16th FAOBMB
Symposium “From Genes to Proteins: Frontiers in Biochemistry and
Molecular Biology”, 20-22 September.- 2002.- Taipei.- P. 89.
Hirina O.V., Hirin S.V. Contenst of the Glutathione in Conditions of
Adaptation of an Organism to the Action of a Xenobiotics Complex// 16th
FAOBMB Symposium “From Genes to Proteins: Frontiers in Biochemistry and
Molecular Biology”, 20-22 September.- 2002.- Taipei.- P. 90.
Гірін С.В. До питання про вирішення еколого-генетичних проблем на
Україні // Актуальні проблеми гігієни праці і профпатології в
машинобудуванні та хімічній промисловості. – Харків. – 1998. – С. 86.
Гирин С.В., Данильчук А.В. Роль некоторых продуктов перекисного
окисления липидов в индукции цитогенетических повреждений при действии
на организм комплекса ксенобиотиков и радиации // Тези доповідей
Всеукраїнської науково-практичної конференції молодих вчених “Актуальні
проблеми профілактичної медицини” 16-17 жовтня. – Київ.– 2000.– С.8-9.
АНОТАЦІЯ
Гірін С.В. Стан прооксидантно-антиоксидантної системи та індукція
хромосомних аберацій за умов дії ксенобіотиків.- Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за
спеціальністю 03.00.04 – біохімія. Чернівецький національний університет
імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2005.
Дисертація присвячена дослідженню прооксидантно-антиоксидантної системи
та індукції хромосомних аберацій за умов сумісної дії на організм щурів
одних з найбільш розповсюджених у промислових регіонах України
ксенобіотиків. Встановлено, що за умов дії оксидів азоту (II, IV),
діоксиду кремнію, свинцю, радону та його дочірніх продуктів розпаду
протягом трьох місяців в тканинах нирок та печінки підвищується
активність ферментів антиоксидантної системи, на фоні інгібування
перебігу процесу пероксидації ліпідів. Показано, що подальша –
дев’ятимісячна дія даного комплексу ксенобіотиків призводить до
інтенсифікації пероксидного окиснення ліпідів та індукції хромосомних
аберації за умов різноспрямованих змін в активності ферментів
антиоксидантного захисту сироватки крові, нирок та печінки, що свідчить
про порушення функціонування антиоксидантної системи. Встановлено, що
хронічна дія на організм радону та його дочірніх продуктів розпаду,
особливо за умов дев’ятимісячного впливу, призводить до інгібування
перебігу пероксидного окиснення ліпідів на фоні активації ферментів
антиоксидантної системи. Гостра дія на організм сульфату нікелю викликає
індукцію хромосомних аберацій та прискорення перебігу пероксидації
ліпідів за умов неузгодженої відповіді окремих ланок антиоксидантної
системи. Вперше виявлено кореляційні залежності між цитогенетичними
показниками та показниками, що характеризують активність
прооксидантно-антиоксидантної системи. Доведено можливість використання
показників активності супероксиддисмутази нирок та печінки у ролі
біохімічних маркерів для визначення частоти утворення поодиноких
фрагментів хромосом та загальної частоти хромосомних аберацій.
Ключові слова: пероксидація ліпідів, антиоксидантна система, хромосомні
аберації, інтермедіати, ксенобіотики, сумісна дія.
АННОТАЦИЯ
Гирин С.В. Состояние прооксидантно-антиоксидантной системы и индукция
хромосомных аберраций при действии ксенобиотиков. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по
специальности 03.00.04 – биохимия. Черновицкий национальный университет
имени Юрия Федьковича, Черновцы, 2005.
Диссертация посвящена исследованию прооксидантно-антиоксидантной системы
и индукции хромосомных аберраций при совместном действии на организм
крыс одних из наиболее распространенных в промышленных регионах Украины
ксенобиотиков. Установлено, что при действии оксидов азота (II, IV),
диоксида кремния, свинца, радона и его дочерних продуктов распада на
протяжении трех месяцев в тканях почек и печени повышается активность
ферментов антиоксидантной системы, на фоне ингибирования протекания
процесса пероксидации липидов. Показано, что дальнейшее – девятимесячное
действие данного комплекса ксенобиотиков приводит к интенсификации
перекисного окисления липидов и индукции хромосомных аберраций при
разнонаправленных изменениях в активности ферментов антиоксидантной
защиты сыворотки крови, почек и печени, что свидетельствует о нарушении
функционирования антиоксидантной системы. Установлено, что хроническое
действие на организм радона и его дочерних продуктов распада, особенно
при девятимесячном воздействии, приводит к ингибированию протекания
перекисного окисления липидов на фоне активации ферментов
антиоксидантной системы. Острое действие на организм сульфата никеля
вызывает индукцию хромосомных аберраций и ускорение протекания
пероксидации липидов при несогласованном ответе отдельных звеньев
антиоксидантной системы. Впервые выявлены корреляционные зависимости
между цитогенетическими показателями и показателями, которые
характеризуют активность прооксидантно-антиоксидантной системы. Доказана
возможность использования показателей активности супероксиддисмутазы
почек и печени в роли биохимических маркеров для определения частоты
образования одиночных фрагментов и общей частоты хромосомных аберраций.
Ключевые слова: пероксидация липидов, антиоксидантная система,
хромосомные аберрации, интермедиаты, ксенобиотики, совестное действие.
SUMMARY
Hirin S.V. State of the Prooxidant-Antioxidant System and Induction of
the Chromosome Aberrations Under Conditions of the Xenobiotics Action. –
Manuscript.
Thesis for scientific degree of Candidate of Biological Sciences on the
speciality 03.00.04 – Biochemistry. Chernovtsy National University named
after Yuri Fed’kovich, Chernovtsy, 2005.
The main aim of this thesis was the investigation of the
prooxidatn-antioxidant system and induction of chromosome aberrations
under conditions of the action on an organism by one of the most
widespread xenobiotics in industrial regions of Ukraine.
During the experiment 150 non-linear male-rats were used, we determined
content of dienic conjugates, lipid hydroperoxides, malonic aldehide and
the reduced glutathione in blood serum, kidney and liver. Also, the
activity of antioxidant system enzymes, such as: catalase, superoxide
dismutase, glutathione peroxidase, glutathione- S -transferase, ? –
glutamiltranspherase and peroxidase were studied. At the same time,
cytogenetic investigations of intensity of the chromosome aberrations
formation in the marrow was conducted.
1) The chronical combine inhalation action on an organism of complex of
the xenobiotics, such as: NO, NO2, amorphous hydrophobic silicon
dioxide, lead acetate, radon and radon decay products (RDP), and 2) the
chronical isolated action of radon and RDP, and 3) the acute action of
nickel sulfate were investigated.
It was found, that the activity of the antioxidant system enzymes was
increased during 3-month exposition to NO, NO2, amorphous hydrophobic
silicon dioxide, lead acetate, radon and RDP in kidney and liver tissues
under the inhibition of the lipid peroxidation process. The consecutive
inhibition of the antioxidant system in kidney and liver under slow
increase of antioxidant system indexes in blood serum was observed at
the next stage of experiment.
It was showed, that the chronic action of that xenobiotic complex leads
to intensity increase of lipid peroxidation and to induction of the
chromosome aberrations of chromatidical and chromosomical types (single
and double excerpts) at the 9-month of the experiment under the
conditions of changes with different directions in the enzyme activity
of antioxidant protection in blood serum, kidney and liver. Above
mentioned began one of the causes of disorder of function of the
antioxidant system. The activization of the antioxidant activity under
the stabilization of majority indexes of the lipid peroxidation in
investigated preparations was indicated at the 12-month stage of
experiment.
It was established, that chronical isolated action of radon and RDP on
an organism lead to the inhibition of the lipid peroxidation during the
12-month exposition under active answer of the antioxidant system in
investigated preparations.
The induction of chromosome aberrations of chromatidical type (single
excerpt) and the acceleration of the lipid peroxidation as a result
uncoordinational answer of single link of the antioxidant system was
induced by the acute action of nickel sulphate on an organism.
The correlational dependences between cytogenetic indexes and
prooxidant-antioxidant system activity were exposed, for the first time.
The possibility of using of the indexes of superoxid dismutase –
activity in kidney and liver as biochemical markers for determination of
the frequency of the single chromasome excerpts formation and total
frequency of the chromasome aberrations was evidenced.
Key words: lipids peroxidation, antioxidant system, chromosome
aberrations, intermediates, glutathione, induction, xenobiotics.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
