РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 1, с. 21-26
= РАДИАЦИОННАЯ ЦИТОГЕНЕТИКА
УДК [57+61]::539.1.04:575:539.128.2
МОДИФИКАЦИЯ ВОДОЙ С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ДЕЙТЕРИЯ И ТЯЖЕЛЫХ ИЗОТОПОВ КИСЛОРОДА ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ОБЛУЧЕНИЯ
© 2014 г. С. В. Ворожцова1,2, А. Н. Абросимова1,2, Е. И. Куликова12*, О. В. Дорожкина3, М. А. Коваленко4, Д. М. Крючкова2,3, Ю. С. Северюхин2, 3, В. Н. Гаевский3,
Ю. Е. Синяк1, А. А. Иванов1,2,3
Институт медико-биологических проблем РАН, Москва 2Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России, Москва 3Объединенный институт ядерных исследований, Дубна 4Университет природы, общества и человека "Дубна", Дубна
Проведены исследования влияния воды с пониженным содержанием тяжелых стабильных изотопов кислорода и водорода (дейтерия) на цитогенетический статус облученных животных. У мышей, гибридов (СВА х С57В1)БЬ под влиянием двухнедельного содержания перед облучением на легкоизотопной воде с ррт 35, полученной методом ректификации, происходило повышение выхода (двукратное при дозе 2 Гр) аберрантных митозов в клетках костного мозга и уменьшение продолжительности первого клеточного цикла по сравнению с облученными животными, содержавшимися на дистиллированной воде. Через 24 ч после радиационного воздействия обнаружено, что число лейкоцитов в группе мышей, употреблявших легкоизотопную воду, ниже, чем у животных, содержавшихся на дистиллированной воде. При этом клеточность костного мозга группы, потреблявшей воду с пониженным содержанием дейтерия и тяжелых изотопов кислорода, напротив, выше, чем у животных, содержавшихся на дистиллированной воде. Длительное применение опытной воды до облучения (в течение 14 сут) привело к повышению чувствительности хромосомного аппарата мышей к воздействию у-излучения на фоне увеличения митотической активности клеток.
Легкая вода, тяжелая вода, митотический индекс, хромосомные аберрации, ана-телофазный метод, клеточный цикл, костный мозг, лейкоциты, радиомодификация.
БОТ: 10.7868/80869803114010184
Природная вода состоит из комбинации стабильных и радиоактивных изотопов водорода и кислорода, содержание которых может значительно варьировать [1, 2].
Вода, обедненная по дейтерию и тяжелым изотопам кислорода — это вода, молекулы которой содержат тяжелые изотопы водорода и кислорода в количествах, существенно меньших в сравнении с природной, водопроводной (ВВ) и дистиллированной водой (ДВ) — такую воду условно обозначают как легкоизотопную (ЛВ).
В обычной природной воде содержится два изотопа водорода: протий — 1Н и дейтерий — D(2H), а также три стабильных изотопа кислорода: 16O, 17O, 18O.
Количество молекул воды, содержащих тяжёлые изотопы 16O, 17O, D, колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы SMOW (Standard Mean
* Адресат для корреспонденции: 123007 Москва, Хорошевское ш., 76а; тел.: (499) 195-23-63; e-mail: Kuliko-vaei@mail.ru.
Ocean Water) и SLAP (Standard Light Antarctic Precipitation). И хотя количество протиевой воды в природе значительно превосходит содержание всех остальных вместе взятых видов, воды, все
молекулы которой имеют формулу 1H26O, в естественных условиях не существует. Для получения ЛВ ведут тонкую многостадийную очистку природных вод или синтезируют воду из исходных очищенных изотопов [3].
Изучение свойств природной питьевой воды (протиевая вода H2O) и воды, обогащенной дейтерием (тяжелая вода — D2O), выявило различие по таким физическим показателям, как температура кипения, плавления, плотность, теплоемкость и другим свойствам [4].
По данным [4], вода с пониженным содержанием дейтерия до уровня 130—135 ppm увеличивает как всхожесть, так и скорость развития проростков семян бобовых, подсолнечника и пшеницы.
Показано [5], что совокупная семенная продукция при культивировании растения Arabidopsis thaliana в воде с пониженным содержанием дейтерия существенно больше в сравнении с тяжелоизотопной водой.
В экспериментах на эндотелиальных клетках при снижении уровня дейтерия в питательной среде не выявлено достоверных изменений их пролиферативной активности. Однако при внесении в среду культивирования сыворотки и низкой начальной плотности клеток как пониженное, так и повышенное содержание дейтерия активировало процесс пролиферации [6].
В работе [7] было определено оптимальное соотношение D/H — 75—125 ppm, при котором выживаемость инфузорий максимальна. А также выдвинуто предположение, что наличие определенного количества дейтерия в воде есть необходимое условие нормального функционирования живой клетки.
В экспериментах, выполненных на мышах, установлено ускорение роста массы тела животных, употреблявших ЛВ, по сравнению с другими группами, получавшими ДВ и ВВ на протяжении 7—14 дней; на 7-8-е сут эксперимента отмечено увеличение числа лейкоцитов в периферической крови и клеточности костного мозга у животных, потреблявших ЛВ; с 7-х по 27-е сут у животных той же группы было отмечено увеличение массы селезенки [8].
Что касается литературных данных о действии воды различного изотопного состава в условиях облучения, то имеются лишь несистематические сообщения. Радиопротекторные свойства ЛВ были обнаружены в экспериментах на Drosophila melanogaster [9].
Установлено снижение частоты и скорости развития помутнения хрусталика (лучевые катаракты) у мышей при повторном многократном воздействии у-излучения в низких дозах в условиях длительного применения ЛВ [10].
Также имеются сообщения о том, что употребление ЛВ больными раком до и после сеансов лучевой терапии позволяет улучшить состав крови, остановить выпадение волос и снять приступы тошноты [11].
В работе [12] радиопротекторное действие ЛВ было зарегистрировано при воздействии у-излу-чения 60Co в летальной дозе (8.5 Гр). Выживаемость животных опытной группы, принимавших ЛВ (30 ррт) в течение 15 дней перед облучением, составила 61%, в отличие от контрольной группы, в которой этот показатель составил 25%. Однако следует отметить, что авторы наблюдали за животными только в течение 8 сут после воздействия радиации. При этом сообщается, что у выживших крыс опытной группы, облученных в летальной дозе, количество лейкоцитов и эритро-
цитов осталось в пределах нормы, что само по себе уникально, в то время как в контрольной группе оно значительно сократилось.
В работе [13] не удалось получить убедительного положительного эффекта при лечебно-профилактическом применении ЛВ у животных, облученных в летальных дозах.
Итак, мы обнаружили лишь одно, на наш взгляд, неубедительное сообщение о радиопротекторном эффекте ЛВ облучении млекопитающих в летальной дозе. В то же время имеются сообщения о радиозащитных свойствах тяжелой воды [14, 15] и радиосенсибилизирующих свойствах ЛВ [16].
В доступной литературе мы не встретили сообщений о влиянии приема Л В на цитогенетиче-ский статус облученных животных. Таким образом, оценить действие длительного потребления ЛВ на радиорезистентность с использование традиционных цитогенетических методов стало целью нашей работы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
В данном исследовании использовалась вода с пониженным содержанием дейтерия и стабильных изотопов кислорода (ЛВ, полученная методом ректификации [17]) и дистиллированная вода (ДВ). Абсолютное содержание дейтерия в использованной нами воде (ЛВ) определено на уровне 35 ррт (т.е. на 1 млн атомов протия приходится 35 атомов дейтерия), тогда как для ДВ — 144 ррт. При этом содержание легких молекул
1И260 составляет в ЛВ 999.75 г/кг.
В эксперименте было использовано 40 мышей самцов гибридов (СВА х С57Б1)Б1 с массой тела 16—18 г. В ходе всего эксперимента животные содержались на стандартном рационе питания. Мыши были разделены на шесть групп. Из 10 экспериментальных животных была сформирована группа биоконтроля (БК), из которой 5 мышей потребляли ДВ, а другие 5 — ЛВ. В течение 14 сут перед облучением мыши получали в качестве питьевой воды ДВ, другие мыши содержались на ЛВ. В каждой группе находилось по 5 голов.
Затем мыши были подвергнуты воздействию у-излучения 60Со в дозах 100, 200 и 400 сГр на установке "Рокус-М" (мощность дозы 1.4 Гр/мин, ЛПЭ — 0.3 кЭв/мкм). Часть животных облучали двукратно (100 + 100 сГр; 200 + 200 сГр) с интервалом в 24 ч.
Через 24 ч после облучения животных забивали методом декапитации и изучали следующие показатели: митотический индекс, продолжительность первого клеточного цикла, количество
Таблица 1. Влияние предварительного (до облучения) введения легкоизотопной воды на цитогенетические показатели (М ± т)
Доза, сГр Группа (вода, употребляемая животными) Митотический индекс,% Продолжительность первого клеточного цикла, ч Аберрантные митозы, %
0 ЛВ 1.5 ± 0.05* 22.2 1.8 ± 0.06*
ДВ 1.7 ± 0.1 19.6 1.1 ± 0.04
100 ЛВ 1 ± 0.02* 33.3 ± 0.3 23 ± 0.46*
ДВ 0.9 ± 0.04 37.03 ± 0.4 13.8 ± 2.5
200 ЛВ 0.9 ± 0.2 37.03 ± 0.4 42.4 ± 2.9*
ДВ 0.7 ± 0.1 47.6 ± 0.2 20.2 ± 1.6
400 ЛВ 0.7 ± 0.001* 47.6 ± 0.5 58.7 ± 2.8*
ДВ 0.6 ± 0.01 55.5 ± 0.5 42.5 ± 0.9
Примечание. ЛВ — легкоизотопная вода, ДВ — дистиллированная вода. * Различия между группами статистически достоверны по критерию Стьюдента, р < 0.05.
аберрантных митозов, клеточность костного мозга, число лейкоцитов в периферической крови.
Средняя продолжительность клеточного цикла (T) является естественной единицей времени при кинетических исследованиях клеточных популяций. Ее можно определить, если известны величина митотического индекса и средняя продолжительность митоза. Знание продолжительности клеточных циклов в тканях облученных животных оказывается полезным при интерпретации кривых изменения хромосомных аберраций во времени [18].
В исследовании была использована общепринятая методика подсчета лейкоцитов в периферической крови, клеточности костного мозга и ана-телофазный метод определения уровня аберрантных митозов.
Для статистической обработки использовали программный комплекс Microsoft Office Excel 2007, достоверность рассчитывали с помощью критерия Стьюдента. Аппроксимацию кривых зависимости "доза—эффект" по частоте аберрантных митозов и продолжитель
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.