РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2013, том 53, № 5, с. 500-505
УДК [57+61]::539.1.04:611.67
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭКЗОГЕННОГО МЕЛАТОНИНА НА ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ, ИНДУЦИРОВАННЫЕ РАДИАЦИОННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ © 2013 г. Л. В. Пикалова*, В. И. Легеза, В. А. Горбунов
Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург
В опытах на крысах, подвергнутых воздействию у-излучения в различных дозах, показано, что экзогенный мелатонин в условиях профилактического введения способствует уменьшению количества хромосомных аберраций в миелокариоцитах и снижению выраженности проявлений оксида-тивного стресса. При введении мелатонина увеличивается миграционная активность лейкоцитов периферической крови и пролиферативная активность спленоцитов, что, наряду с антиоксидант-ным действием, может играть роль в механизмах генопротективного эффекта препарата.
у-Излучение, мелатонин, хромосомные аберрации, оксидативный стресс, миграционная активность лейкоцитов, пролиферативная активность спленоцитов.
БО1: 10.7868/80869803113050111
В настоящее время практически невозможно представить существование человечества без использования источников ионизирующих излучений в различных областях промышленности, медицине, научных исследованиях и т.д. В связи с этим наблюдается неуклонный рост числа людей, находящихся под прессингом повышенной ксе-нобиотической нагрузки, формируются различные формы радиационно-обусловленных патологических процессов, проявляющихся канцерогенезом, мутагенезом и и/или повышением заболеваемости по различным классам болезней [1]. В связи с этим одним из актуальных направлений современной радиобиологии является поиск средств, способных снижать степень воздействия ионизирующего излучения на генетический аппарат.
При всем многообразии исследований в этом направлении, тем не менее, существует реальный дефицит антимутагенных средств, особенно биологического происхождения, обладающих высоким генопротективным эффектом и минимальными побочными действиями. Особый интерес в этом аспекте представляет мелатонин.
Мелатонин — основной секреторный продукт эпифиза, играющий важную роль в регуляции го-меостаза организма. Уровень мелатонина в организме обусловлен не только его выработкой пи-неалоцитами, но и экстрапинеальными источниками синтеза гормона [2, 3]. Известно, что мелатонин, помимо влияния на координацию
* Адресат для корреспонденции: 194044 Санкт-Петербург, ул. Акад. Лебедева, 6, ВМедА; тел.: (812) 541-81-42; e-mail: pikalova_lidiya@mail.ru.
биологических ритмов, обладает широким спектром других физиологических эффектов, в том числе активно участвует во многих адаптационных и патологических реакциях. Он способен обеспечивать защиту организма от неблагоприятных воздействий экзогенного и эндогенного происхождения, выступая в роли стресс-протектора [2, 4].
В настоящее время в медицинской практике мелатонин применяют в качестве средства борьбы с бессонницей, невротическими и депрессивными расстройствами [2, 5]. Появились сведения о возможности применения препарата в качестве иммуномодулятора, для профилактики и комплексной терапии онкологических заболеваний [6, 7], а также в терапии сахарного диабета [7]. Особый интерес представляют данные о перспективности использования мелатонина и его синтетических аналогов (мелаксен) в качестве гено-протективных средств, в том числе при радиационных воздействиях [3, 4].
В то же время требуют дальнейшего изучения вопросы разработки оптимальных схем применения мелатонина как антимутагена при воздействии на организм ионизирующего излучения и уточнения вероятных механизмов его антикла-стогенного действия. Исследование этих вопросов и стало целью настоящей работы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Эксперименты выполнены на 310 белых беспородных трехмесячных крысах-самцах массой 180—220 г, 10 крысах-самцах линии Вистар раз-
водки питомника "Рапполово" РАМН и на образцах периферической крови 75 здоровых лиц мужского пола. При работе с экспериментальными животными соблюдались требования и условия, изложенные в "Правилах проведения работ с использованием экспериментальных животных (Приложение к Приказу Минздрава СССР № 755 от 12.08.1977)" и Хельсинской декларации всемирной медицинской ассоциации (2000).
Животных подвергали внешнему острому однократному двустороннему боковому облучению на установке "Игур-1" (137Cs) в дозах 2 или 4 Гр при мощности дозы 1 Гр/мин с фокусным расстоянием 1 м. Для проведения облучения лабораторных животных помещали в контейнер с ячейками, рассчитанный на 6 крыс. Для контроля поглощенной дозы применяли дозиметр ИД-11. Облучение экспериментальных животных и введение мелатонина проводили в утренние часы.
Мелатонин (НПЦ "Фармзащита ФМБА России") вводили внутрибрюшинно в виде суспензии в дозах 10 и 50 мг/кг (для профилактики ради-ационно-индуцированного мутагенеза и в биохимических исследованиях) за 30 мин до облучения, либо добавляли в среду в концентрациях 0.01 нг/мл — 1 мкг/мл (в иммунологических и культуральных исследованиях). Животным контрольной группы в те же сроки вводили растворитель — физиологический раствор.
Приготовление цитогенетических препаратов осуществляли через 24 ч после облучения сухо-воздушным способом в соответствии с методическими рекомендациями [8]. Цитогенетический анализ проводили на основе рекомендаций D. Scott et al. [9]. В каждом препарате анализировали по 100 метафазных пластинок, учитывая одиночные и парные фрагменты хромосом, ди-центрические хромосомы, транслокации и полиплоидные клетки.
Определение индуцированной биохемилюми-нисценции в плазме крови проводили с помощью биохемилюминометра БХЛ-06 (Россия), используя модельную систему — 2%-ный раствор перекиси водорода и 0.05 ммоль/л раствор сульфата железа по методу Е.И. Кузьминой и соавт. [10]. Регистрировали следующие параметры сигнала: S — общая светосумма сигнала, мВ х c; /max — значение максимальной интенсивности сигнала, мВ; STmax — светосумма сигнала до момента достижения его максимальной интенсивности, мВ х с. Состояние процессов свободнорадикального окисления (СРО) оценивали по показателям Imax, а активность антиоксидантной системы (АОС) — по соотношению общей светосуммы сигнала к светосумме сигнала до момента достижения его максимальной интенсивности (S/STmax) в общем содержании липидов.
Органотипическое культивирование тканей осуществляли в стерильных условиях по ранее описанной методике [11].
Оценку миграционной активности лейкоцитов проводили в плоскопараллельных капиллярах по стандартной методике [12].
Полученные результаты обрабатывали статистически с помощью ¿-критерия Стьюдента. Вероятность ошибки р < 0.05 считали достаточной для вывода о статистической значимости различий полученных данных.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Проведенные исследования показали, что облучение в дозах 2 или 4 Гр сопровождалось выраженным повреждением генетического аппарата активно пролиферирующих клеток костного мозга крыс. Если у необлученных животных частота клеток с хромосомными аберрациями составляла в среднем 1.5%, то через 24 ч после облучения в дозах 2 или 4 Гр — 14—16% (табл. 1).
Общая частота выявленных аберраций в мие-локариоцитах облученных животных составило 87—92 на 100 клеток. Частоты одиночных фрагментов, парных фрагментов и дицентрических хромосом составили 26—32, 38—40 и 12—17 на 100 клеток соответственно. Обнаруживались также единичные транслокации и полиплоидные клетки.
Отсутствие различий в уровнях хромосомных аберраций при разных дозах облучения связано, по-видимому, с увеличением клеточной гибели при облучении в дозе 4 Гр.
Мелатонин в дозе 10 мг/кг почти в 2 раза уменьшал частоту постлучевых нарушений в хромосомах клеток костного мозга крыс, облученных в дозе 2 Гр. Существенно уменьшалось количество фрагментов, дицентрических хромосом и полиплоидных клеток по сравнению с контрольными значениями.
При облучении животных в дозе 4 Гр применение мелатонина в концентрации 10 мг/кг оказалось менее эффективным: наблюдалось лишь снижение уровней одиночных фрагментов и ди-центрических хромосом, но при этом общее количество аберраций увеличивалось за счет парных фрагментов и транслокаций. С увеличением дозы мелатонина до 50 мг/кг генопротективное действие препарата существенно возрастало и проявлялось снижением общего количества аберраций в 2 раза. При этом уменьшалась частота одиночных фрагментов, дицентрических хромосом и полиплоидных клеток, а также имелась тенденция к снижению уровня парных фрагментов (табл. 1).
Из приведенных данных очевидно, что мелатонин увеличивает радиорезистентность генети-
Таблица 1. Влияние профилактического введения мелатонина на частоту возникновения и типы хромосомных аберраций в клетках костного мозга белых беспородных крыс, подвергшихся воздействию у-излучения (Х ± тх, п = 6 в каждой группе)
Показатель Условия эксперимента Доза препарата, мг/кг Доза облу 2.0 чения, Гр 4.0
Частота аберрантных клеток,% облучение (контроль) мелатонин 10 50 15.8 ± 0.3 8.0 ± 0.1* 13.8 ± 0.2 13.3 ± 0.2 6.5 ± 0.1*
Общая частота аберраций хромосом (на 100 клеток) облучение (контроль) мелатонин 10 50 87.0 ± 1.7 51.0 ± 1.0* 92.0 ± 1.5 79.0 ± 1.8* 42.0 ± 0.8*
Частота одиночных фрагментов (на 100 клеток) облучение (контроль) мелатонин 10 50 26.0 ± 0.5 9.0 ± 0.1* 32.0 ± 0.6 12.0 ± 0.2* 5.0 ± 0.1*
Частота парных фрагментов (на 100 клеток) облучение (контроль) мелатонин 10 50 38.0 ± 0.7 18.0 ± 0.3* 40.0 ± 0.8 46.0 ± 0.9 28.0 ± 0.5*
Частота дицентрических хромосом (на 100 клеток) облучение (контроль) мелатонин 10 50 17.0 ± 0.3 9.0 ± 0.1* 12.0 ± 0.2 0 + 0.01* 0 + 0.01*
Частота транслокаций (на 100 клеток) облучение (контроль) мелатонин 10 50 2.0 ± 0.04 1.0 ± 0.02* 1.0 ± 0.02 3.0 ± 0.06 2.0 ± 0.04
Частота полиплоидных клеток, % облучение (контроль) мелатонин 10 50 4.0 ± 0.08 0 + 0.01* 8.0 ± 0.1 8.0 ± 0.1 4.0 ± 0.08*
* Отличие (по ¿-критерию Стьюдента) от группы "контроль" достоверно, р < 0.05.
ческого аппарата активно пролиферирующих клеток костного мозга облученных крыс. Механизм этого эффекта окончательно не установлен. В настоящей работе рассмотрены два аспекта это
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.