РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 1, с. 117-124
КОМБИНИРОВАННЫЕ ^^^^^^^^^^^^ ВОЗДЕЙСТВИЯ
УДК 577.34:615.322:599:539.1.047
ТРАНСМЕМБРАННЫЕ ПОТОКИ К+ В КОРЕ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ РАДИАЦИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ И В УСЛОВИЯХ МОДИФИКАЦИИ
© 2007 г. Е. В. Севериновская, Е. Ю. Зайченко, А. И. Дворецкий*
Днепропетровский национальный университет, Днепропетровск, Украина
Задача исследования - изучение влияния фракционированного низкоинтенсивного воздействия рентгеновского облучения в дозе 0.25 Гр и смеси солей тяжелых металлов (наиболее распространенных поллютантов промышленных регионов) как поотдельности, так и сочетанно, на пассивный и активный транспорт калия и эффективность работы №,К-насоса в срезах гловного мозга крыс, а также в условиях модификации введением животным природного адаптогена спирулины (порошка микроводоросли Spirulina platensis).
Показано, что под влиянием как радиационного, так и химического факторов возникают достоверные изменения пассивной проницаемости мембран и функционирования №,К-насоса. Анализ расчетных показателей пассивного и активного транспорта показывает, что при модификации лучевого эффекта при поступлении в оргонизм смеси солей тяжелых металлов именно последнее обстоятельство вносит основной вклад в снижение эффективности энергозависимого транспорта калия. Введение в пищевой рацион животных природного препарата спирулины оказывает лучший эффект в случае токсического действия смеси солей тяжелых металлов, а также при комбинированном влиянии, не только усиливая активный транспорт калия, но и его эффективность.
Крысы, головной мозг, низкоинтенсивное хроническое облучение, тяжелые металлы, Иа,К-насос, пассивный транспорт, активный транспорт, Spirulina platensis.
В настоящее время загрязнение окружающей среды, в том числе радиоактивное, стало одним из экологически значимых факторов. Почти 20% среднегодовой эффективной эквивалентной дозы человек получает от техногенных источников ионизирующего излучения, причем их вклад в дозу продолжает увеличиваться [1]. Однако решение проблемы малых доз, которая уже длительное время обсуждается в радиобиологии, не может быть законченной без разрешения проблемы сочетанных влияний [2]. Одним из ярких примеров проблемной в экологическом плане зоны является Приднепровский регион степного юго-востока Украины, где с 50-х годов прошлого века ведется добыча и переработка урановых руд, что привело к накоплению радиоактивных отходов в девяти "хвостохранилищах" открытого типа. Таким образом, формирование радиационной и химической дозовой нагрузки на население обусловлено как функционированием предприятий ядерно-топливного цикла, так и усиленным загрязнением окружающей среды химическими соединениями металлов вследствие интенсивного развития промышленного комплекса. После Чер-
* Адресат для корреспонденции: Украина, 49050 Днепропетровск, ул. Научная, 13, ДНУ, НИИ биологии, лаборатория радиобиологии и радиоэкологии; тел.: (0562) 46-92-81; e-mail: dvoretsk@ff.dsu.dp.ua.
нобыльской аварии обширные промышленные территории Украины оказались под техногенным влиянием комплекса факторов физической и химической природы. В результате аварии на ЧАЭС в воду р. Днепр попали искусственные радионуклиды 90Бг и 137Св, что создало дополнительную составляющую комбинированной нагрузки на население Приднепровья. Сложившаяся обстановка требует изучения закономерностей сочетанных влияний радиации и химических веществ на живой организм применительно к данной ситуации с целью стимуляции его собственных адаптационно-компенсаторных возможностей.
Опасность сочетанного радиационного и химического загрязнения окружающей среды заключается в том, что оно в достаточно низких концентрациях вызывает нарушения функций многих систем организма, при этом радионуклиды и металлы способны аккумулироваться в тканях с большой скоростью, приводя к нарушениям морфологического и биохимического состояния организма [3-4]. Токсическое действие в большинстве случаев реализуется через центральную нервную систему (ЦНС), в том числе через кору головного мозга, которая характеризуется высоким уровнем интеграции и функционирования [5].
Срезы мозга являются биологическим объектом, пригодным для изучения некоторых вопро-
Таблица 1. Схема опыта
Полученные данные Абсолютные показатели
1 2 3 4 5 6
исходные срезы преинкубация анаэробная аэробная пассивный активный
инкубация инкубация транспорт транспорт
Относительные показатели
2-/1 х 100 3/1, 3/2 4/1, 4/2 5/1, 5/2 6/1, 6/2 6/5
относительная потеря калия во время преин-кубации относительный уровень калия после анаэробной инкубации относительный уровень калия после аэробной инкубации доля пассивного транспорта эффективность реаккумуляции калия эффективность №,К-насоса
сов физиологии, биохимии и патологии ЦНС, в том числе механизмов деятельности головного мозга, а также природы биоэлектрической активности [6], в том числе для прижизненного исследования влияния радиационных и химических факторов на молекулярном и клеточном уровнях [7].
В концепции механизма действия радиации в малых дозах биологическим мембранам уделяется первоочередное внимание: они, как и ядерный аппарат, являются ее основными мишениями [8]. При этом имеется в виду, что к реализации эффектов ионизирующего излучения с низкой интенсивностью причастна активация процессов перекис-ного окисления липидов (ПОЛ), что отражается на структурно-функциональном состоянии мембран клетки [9-10].
Задачей исследования было изучение влияния фракционированного низкоинтенсивного облучения в дозе 0.25 Гр и смеси солей тяжелых металлов в дозе по 2 предельно допустимых концентрации (ПДК) для каждого металла как отдельно, так и совместно, а также в условиях модифицирующего воздействия препарата природного происхождения Spirulina platensis на пассивный и активный транспорт калия и эффективность работы №,К-насоса в срезах коры головного мозга крыс.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Эксперименты проводили на белых лабораторных крысах-самцах весом 160-200 г, которых содержали на стандартном рационе вивария. Животные были поделены на группы по 10 особей в соответствии с получаемым воздействием. Для крыс из группы I организовали "ложное облучение". Животные группы II подвергали тотальному фракционированному воздействию рентгеновского облучения по 0.1 Гр в день (до достижения суммарной дозы 0.25 Гр) на установке РУМ-17 при мощности дозы - 0.00133 Гр/мин, напряжении
150 кВ, силе тока 6 мА и фильтре 2 мм Си при фокусном расстоянии 189 см III группа животных получала с водой для питья на протяжении 25 сут смесь солей тяжелых металлов, которые являются наиболее распространенными поллютантами водоемов Приднепровья. При этом концентрация токсикантов составила: CdNO3 3.1 х 10-6 г/л, РЬ(Ш3)2 9.58 х 10-5 г/л, С^04 ■ 5Н20 7.8 х 10-3 г/л, ^04 ■ 7Н20 9.52 х 10-3 г/л, ZnSO4 ■ 7Н20 5 х х 10-3 г/л, что приблизительно соответствовало уровням по 2 ПДК загрязнения этими элементами водоемов в данном регионе. Группу IV крыс подвергали комбинированному радиационному и химическому воздействию в описанных выше условиях. Для модификации влияния вышеуказанных факторов применяли препарат синезеленой водоросли Spirulina platensis, производимый на Украине (ВПФ "Спирулина" ЛТД, г. Николаев), который вводили в рацион питания животных в дозе 0.045 г на 100 г живого веса. Крысы получали препарат с пищей на фоне облучения (группа V), на фоне химической нагрузки (группа VI) и при сочетан-ном воздействии радиации химических веществ (группа VII).
На холоде после быстрой декапитации крыс и извлечения полушарий головного мозга с помощью микротома "МНТ-84" готовили срезы коры головного мозга толщиной 0.3-0.4 мм, из которых с помощью пробойника вырезали диски площадью 0.1-0.2 см2, весом 10-12 мг [11]. Время от декапитации до приготовления последнего среза составляло 10 ± 1 мин. Для инкубации использовали бикарбонатный буфер Кребса-Рингера, который уравновешивали газовыми смесями О2 : СО2 или N : СО2 (в процентном соотношении 95 : 5) в зависимости от условий эксперимента.
Транспорт калия в срезах исследовали по схеме [12]: преинкубация 20 мин, анаэробная инкубация - 10 мин, аэробная инкубация 30 мин (табл. 1). Содержание К+ в срезах определяли на атомно-
Таблица 2. Влияние радиационного и химического факторов на содержание К+ в срезах коры головного мозга крыс и при поступлении в организм препарата Spiгulina platensis (мэкв К+/кг влажного веса, М ± т, п = 10)
Варианты исследований Исходные срезы Преинкубация Анаэробная инкубация Аэробная инкубация
Контроль 104.99 ± 2.66 35.34 ± 0.43 18.23 ± 0.46 26.69 ± 0.53
Облучение 92.82 ± 1.34* 31.54 ± 0.65 19.56 ± 0.31 25.62 ± 0.47
Смесь металлов 108.76 ± 3.92 47.52 ± 0.70* 15.94 ± 0.76* 21.19 ± 0.55*
Облучение + смесь металлов 70.87 ± 0.59* 32.95 ± 0.78 12.96 ± 0.26* 17.92 ± 0.39*
Облучение + спирулина 90.39 ± 2.41* 38.24 ± 1.67 13.36 ± 0.13* 21.18 ± 0.18*, **
Смесь металлов + спирулина 79.21 ± 0.51*, ** 57.33 ± 0.19*' ** 18.74 ± 0.92** 21.18 ± 1.47*
Облучение + смесь металлов + + спирулина 86.80 ± 1.26*, ** 41.24 ± 1.32*' ** 18.74 ± 0.92** 24.16 ± 1.21**
* Достоверно по отношению к контролю, при р < 0.05. ** Достоверно по отношению к действию соответствующего негативного фактора, при р < 0.05.
абсорбционном спектрофотометре "AAS-508" фирмы "Hitachi" (Япония) после предварительного растворения биоматериалов срезов в концентрированной азотной кислоте. Пассивный транспорт калия рассчитывали как разность между уровнями К+ после преинкубации и по завершении анаэробной инкубации. Активность №,К-на-соса оценивали по способности срезов к противо-градиентной реаккумуляции калия из омывающего раствора, которую определяли как разность содержания калия в срезах после аэробной и анаэробной инкубации.
Дополнительные относительные критерии работы транспорта рассчитывали по авторской методике (см. табл. 1). Нами предложено для характеристики проницаемости плазматической мембраны и состояния клеток в целом учитывать относительную потерю внутриклеточного калия во время преинкубации срезов в искусственной адаптиру
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.