Структурные перестройки периферических эндокринных желез мышевидных грызунов в условиях хронического облучения в малых дозах

На правах рукописи

ЕРМАКОВА Ольга Владимировна СТРУКТУРНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ МЫШЕВИДНЫХ ГРЫЗУНОВ В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ В МАЛЫХ ДОЗАХ 03.00.01– радиобиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва 2008 2

Работа выполнена в отделе радиоэкологии Института биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук

Научный консультант: доктор медицинских наук, профессор Павлов Алексей Владимирович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Мазурик Виктор Константинович доктор медицинских наук, профессор Яцковский Александр Никодимович доктор биологических наук, Осипов Андреян Николаевич

Ведущая организация: Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук

Защита состоится «27» марта 2008 г. в « » часов на заседании диссертационно го совета Д.501.001.65. в Московском государственном университете им. Ломоносова по адресу: 119899, г. Москва, ГСП, Ленинские горы, МГУ, биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ по адресу: 119899, г. Москва, ГСП, Ленинские горы, МГУ, биологический фа культет.

Автореферат разослан « »_2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Т.В. Веселова ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследований. Естественный фон ионизирующих излучений (ИИ) состав ляет один из важнейших компонентов в сложном комплексе факторов, постоянно воздействую щих на биосферу Земли в целом. Изучение эффектов хронического низкоинтенсивного излуче ния на биологические объекты в условиях естественной среды их обитания является одной из наиболее актуальных проблем современной радиоэкологии. Это связано с тем, что значительные территории подвергаются повышенному воздействию ионизирующей радиации в результате стремительного развития горнодобывающей и перерабатывающей отраслей промышленности, в зонах вокруг предприятий по добыче, переработке и хранению радиоактивных материалов, на месте проведения атомных взрывов, а также в районах аварийного радиоактивного загрязнения.

Особую актуальность данная проблема имеет для Республики Коми, характеризующуюся нали чием участков с повышенным радиационным фоном естественного и техногенного происхожде ния.

В последние годы принципиально изменились представления о реакциях различных био логических систем (от клетки до популяции) на воздействие ИИ в малых дозах. В отличие от ИИ в больших дозах, которое вызывает существенные клинические нарушения и может приводить к гибели организма, облучение низкой интенсивности не приводит к летальному исходу, но спо собно модифицировать клеточные и тканевые процессы, что в конечном итоге приводит к изме нению многих жизненно важных функций (Calabrese, Baldwin, 2000;

Мазурик, 2002;

Mothersill, Seymour, 2003;

Пелевина и др., 2003;

Надольник и др., 2004;

Бурлакова и др., 2006). При этом риск проявления отрицательных последствий действия ИИ низкой интенсивности в дозах, счи тавшихся безопасными, специальному изучению до сих пор не подвергался, однако есть указа ния на возможность его значительного возрастания по сравнению с ожидаемыми результатами экстраполяции биологических эффектов из области высоких в область малых доз (Бурлакова, 1994, Гераськин, 1995;

Зайнуллин, 1998, Евсеева, 2006).

Проблема хронического воздействия радиации на живые организмы в условиях естествен ной среды обитания приобретает особую значимость еще и в связи с многообразием экологиче ских, химических и физических факторов, которые в сочетании с ИИ могут вызывать широкий спектр биологических эффектов (Маслов, 1986;

Алексахин и др.,1990;

Taulavuori et al., 2005).

Предсказать результаты таких взаимодействий весьма сложно, недостаточно изучены даже эф фекты их раздельного влияния. В связи с этим важным становится изучение усиления или ос лабления биологического эффекта при одновременном воздействии нескольких факторов.

Приспособление вида к экстремальным условиям среды обитания – комплексное явле ние, в основе которого лежат экологические и морфофизиологические составляющие (Шварц и др., 1968;

Шварц, 1980). В научной литературе достаточно широко обсуждается состояние популяционных характеристик мелких млекопитающих, обитающих в условиях повышенной радиоактивности (Маслов, и др., 1980;

Тестов, 1993;

Криволуцкий, 1996;

Рябоконь, 1999;

Лю башевский и др., 2002;

Безель, 2006;

Григоркина, Пашнина, 2007). Известно, что первопричи ной изменений в популяциях и сообществах на радиоактивно загрязненных территориях явля ются радиобиологические эффекты у отдельных организмов, которые, в свою очередь, обу словлены процессами, протекающими в клетках и субклеточных структурах (Тимофеев Ресовский и др., 1969).

Особенно важным для оценки возможных радиобиологических изменений представляется исследование органов эндокринной системы – важнейших регуляторов, играющих ключевую роль в поддержании организмом гомеостаза и осуществлении адаптации к постоянно изменяю щимся условиям окружающей среды (Аруин и др.,1987;

Pankov, 1996). К настоящему времени в научной литературе имеется большое количество сведений о высокой чувствительности органов эндокринной системы к воздействию различных экзогенных повреждающих факторов (Воздей ствие на организм…, 1997;

Селятицкая, Обухова, 2001;

Горбачев, 2002;

Павлов и др., 2005), в том числе и ИИ (Бетц, 1961;

Ташходжаев, 1969;

Ткачев, 1970;

Иванов и др., 1981;

Мизина, Сит никова, 1998;

Барабой, 2006). Кроме того, по некоторым данным (Tates et al., 1986;

Урываева, Делоне,1992), в медленно обновляющихся тканях (к которым относится и паренхима эндокрин ных желез) развивающиеся нарушения генома клеток сохраняются значительно дольше, чем в быстро обновляющихся клеточных системах (кроветворные органы, покровные эпителии). Од нако, данные об изменении структуры и функции органов эндокринной системы у животных, подвергающихся хроническому действию радиационного фактора, крайне скудны (Григорьев и др., 1986;

Маленченко, 1990;

Мамина Жигальский, 2000;

Надольник и др., 2004), и прогнозиро вание последствий лучевого воздействия в природной среде на органы этой системы и орга низма в целом осложняется нерешенностью ряда вопросов.

В связи с вышеизложенным, представляется весьма актуальным изучение влияния хрониче ского воздействия ИИ в дозах и интенсивностях, реально существующих на загрязненных терри ториях, на структуру периферических эндокринных желез на основных уровнях их структурной организации. В настоящей работе представлены материалы изучения мышевидных грызунов как в ходе многолетних исследований животных из мест обитания на участках с повышенной радиоак тивностью (Ухтинский район Республики Коми и 30-километровая зона ЧАЭС), так и в лабора торных опытах по оценке хронического действия ионизирующей радиации в малых дозах. Подоб ный комплексный подход дает возможность получить более реалистические оценки влияния ИИ на животных, обитающих в условиях радиоактивного загрязнения, позволяет избежать ошибок, возникающих при анализе изменений, наблюдаемых в природных популяциях.

Цель и задачи исследования. Цель работы – анализ структурных и функциональных пе рестроек периферических эндокринных желез мышевидных грызунов при длительном воздейст вии ИИ в естественной среде обитания и в условиях моделирования хронического воздействия внешнего и внутреннего облучения для установления закономерностей их возникновения.

В связи с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Определение на контрольном участке (в условиях нормального радиационного фона) диапазона естественной вариабельности показателей структуры периферических органов эндок ринной системы (щитовидная железа, надпочечник и яичник) полевок-экономок в зависимости от фазы динамики численности популяции с учетом пола и возраста животных.

2. Морфологический и морфометрический анализ органов эндокринной системы поле вок-экономок, обитающих в условиях повышенного естественного радиационного фона (Рес публика Коми) и в районе радиационно-загрязненной 30-километровой зоны аварии на Черно быльской АЭС.

3. Выявление эффектов хронического воздействия низкоинтенсивного -излучения на структуру органов эндокринной системы и интенсивность размножения мышевидных грызунов в условиях модельных экспериментов в диапазоне доз, наблюдающихся на радиационно загрязненных территориях в природных условиях.

4. Оценка цитогенетических эффектов хронического воздействия низкоинтенсивного излучения на фолликулярный эпителий щитовидной железы.

Выявление особенностей раздельного и совместного действия ИИ, нитратов 232Th и 5.

Na в разных дозах/концентрациях на морфологическое состояние щитовидной железы мышей линии СВА для выяснения сочетанного эффекта радиационного и химического факторов.

Научная новизна. Впервые получен комплекс количественных данных о структурных изменениях и функциональной активности периферических органов эндокринной системы по левок-экономок в зависимости от уровня радиоактивного загрязнения, времени обитания на за грязненных участках, фазы популяционного цикла, возраста животного и его физиологического состояния. Показана высокая чувствительность изученных эндокринных структур к действию радиации в малых дозах (в 10-100 раз превышающие уровень нормального фона -излучения) в условиях естественной среды обитания животных. Определены границы физиологической нор мы морфофункциональных показателей желез внутренней секреции полевок-экономок и сте пень отклонения этих показателей у животных того же вида из районов с повышенной радиоак тивностью. Впервые установлено, что ИИ оказывает модифицирующее действие на структурно функциональное состояние щитовидной железы, надпочечника и яичника полевок-экономок, способно изменять их реактивность и усиливать влияние внутрипопуляционных процессов.

Хроническое внешнее и внутреннее облучение в одном и том же диапазоне поглощенных доз может привести к различным эффектам у животных разного пола и возраста, а также в различ ные периоды численности популяции.

Установлена активизация морфогенетических процессов, проявляющаяся в усилении процес сов фолликулогенеза в щитовидной железе мышевидных грызунов после хронического воздействия -излучения в природных и экспериментальных условиях в одном и том же диапазоне доз.

Впервые экспериментально продемонстрирован генотоксический эффект хронического воздействия низкоинтенсивного -излучения на фолликулярный эпителий ЩЖ, проявляющийся в усиленном формировании клеток с микроядрами.

Выявлены особенности формирования ответной реакции тиреоидной паренхимы мышей линии СВА в норме и после раздельного и совместного действия ИИ и нитратов 232Th и Na в ма лых дозах. Продемонстрирован неоднозначный характер эффектов взаимодействия исследуе мых факторов при их сочетанном действии: после облучения совместно с введением нитрата Th имеет место преимущественно антагонистический характер взаимодействия факторов, то гда как сочетанное действие ИИ в малых дозах и нитрата Na вызывало как антагонистические, так и синергические эффекты. При этом основной вклад при сочетанном действии ИИ и нитрата Th вносит -излучение, а при взаимодействии радиации с нитратом Na решающее значение имеет сочетанное действие исследуемых факторов.

Научно-практическая значимость. Результаты исследования влияния низкоинтенсивно го излучения в природных условиях на структурно-функциональное состояние органов эндок ринной системы значительно расширяют существующие представления о диапазоне их постра диационных адаптивных перестроек. Выявленные эффекты взаимодействия факторов (антаго низм, синергизм) разной природы необходимо учитывать при оценке радиационного загрязне ния на организм в природной среде.

Экспериментально обоснована информативность использования цитогенетического метода определения частоты клеток с микроядрами в качестве чувствительного морфологического мар кера индуцированных радиацией генотоксических повреждений железистого эпителия ЩЖ.

Определены наиболее информативные структурно-функциональные параметры ЩЖ, НП и ЯЧ, которые можно рекомендовать в качестве морфофункциональных тестов оценки состояния этих органов при проведении исследований по изучению действия антропогенных факторов.

Установлено, что полевки-экономки по изученным параметрам чувствительны к хроническому действию радиации низкой интенсивности и могут быть использованы в качестве тест-объекта для биоиндикации техногенного радиоактивного загрязнения природных биоценозов.

Основные теоретические положения, выносимые на защиту:

1. Хроническое воздействие ионизирующей радиации в малых дозах приводит к законо мерному развитию морфологических перестроек периферических органов эндокринной системы на всех основных уровнях их структурной организации (органный, структурно-функциональных единиц, тканевой, клеточный). Выраженность изменений не имеет четкой зависимости от дозы и мощности дозы, что обусловлено комплексным воздействием факторов как радиационной, так и нерадиационной (пол, возраст, физиологические особенности организма, фаза динамики чис ленности популяции) природы.

2. В условиях радиоактивного загрязнения среды обитания ионизирующее излучение мо дифицирует влияние экзогенных (высокая плотность популяции грызунов, химические вещест ва) и эндогенных (беременность, половое созревание) факторов нерадиационной природы на морфофункциональное состояние периферических эндокринных желез мышевидных грызунов.

3. Хроническое воздействие низкоинтенсивного –излучения вызывает повреждение гене тического аппарата фолликулярных тироцитов, проявляющееся в усилении процессов формиро вания клеток с микроядрами.

Личный вклад диссертанта в разработку научных результатов, выносимых на защиту. Рабо та является частью комплексных исследований, проводимых отделом радиоэкологии Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. Автором совместно с сотрудниками отдела радиоэкологии выполнены полевые исследования (отлов животных, учет относительной численности, определение вида, возраста и физиологического состояния грызунов). Все экспери ментальные, клинические и гистологические исследования проведены диссертантом самостоятель но или при его непосредственном участии. Автором самостоятельно проведена первичная обработка и анализ всего полученного материала, сформулированы основные положения и выводы работы, осуществлена подготовка к печати научных работ, отражающих результаты диссертации. Радиохи мический анализ золы животных проведен сотрудниками лаборатории радиохимии отдела радио экологии. Определение гормонов надпочечника проведено на базе лаборатории физиологии и био физики Института лазерной физики СО РАН по методике О.П.Черкасовой (1999).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на выездной сессии Научного Совета по проблемам радиобиологии АН СССР (Сыктывкар, 1983);

I– V Ра диобиологических съездах (М., 1989, 1997, 2006;

Пущино, 1993;

Киев, 1993, 2003);

II Всесоюз ном координационном cовещании (Сыктывкар, 1989);

I Всесоюзной конференции по с.-х. ра диологии (Обнинск, 1990), VI российской школе-семинаре (Ростов-на-Дону, 1990);

II междуна родном симпозиуме «Механизмы действия сверхмалых доз» (Москва, 1995, 2002);

международ ных симпозиумах «Урал атомный» (Екатеринбург, 1995, 1996, 1998, 1999, 2005);

всесоюзных и международных совещаниях и конференциях, посвященных радиобиологическим последствиям аварии на ЧАЭС (Москва, 1990, 1994, 2000;

Санкт-Петербург, 1993, Зеленый Мыс, 1990, 1994, 1996;

Минск, 1998, Киев, 2001);

II международной школе-семинаре «Экологические проблемы Европейского Севера» (Архангельск, 1992, 2002);

международном рабочем совещании «Радиа ция и эндокринная система (Минск, 1995);

III международной конференции по Арктике (Тром со, Норвегия, 1997);

международных научных конференциях «Эндокринные механизмы регуля ции функций в норме и патологии (Новосибирск, 1997, 2002);

IV и V съездах Всероссийского общества анатомов, гистологов и эмбриологов (Ижевск, 1998;

Казань, 2004);

VII международ ном симпозиуме «Развитие идей академика Шварца в современной экологии» (Екатеринбург, 1999);

межрегиональной научной конференции «Тоцкий ядерный взрыв» (Екатеринбург, 2000);

международных конференциях БИОРАД-2001, БИОРАД-2006 (Сыктывкар, 2001, 2006) и «Ра диационная безопасность территорий. Радиоэкология города» (Москва, 2003);

2nd AMAP Interna tional Symposium on Environmental Pollution of Arctic. (Finland, 2002);

VII и VIII Всероссийских попу ляционных семинарах (Сыктывкар, 2004, Нижний Новгород, 2005);

VI и VII Всероссийских конфе ренциях «Нейроэндокринология» (Санкт-Петербург, 2002, 2005);

VIII и IХ конгрессах Междуна родной ассоциации морфологов (Казань, 2004;

Орел, 2006);

III Северном социально-экологическом конгрессе (Сыктывкар, 2007);

международной научной конференции морфологов (Астрахань, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 108 работ (в том числе 44 статьи и мате риалов конференций, из них 14 – в журналах, рекомендованных ВАК РФ) и две монографии.

Структура и объем диссертации. Диссертация общим объемом 359 страниц машинопис ного текста, включая 84 рисунка и 33 таблицы, состоит из введения, шести глав, заключения, вы водов и списка цитируемой литературы, включающим 693 наименования, в том числе 211 – зару бежных авторов.

Благодарности. Моя искренняя признательность научным консультантам д.м.н. профес сору А.В.Ткачеву и д.м.н. профессору А.В.Павлову за постоянную поддержку и ценные советы при подготовке диссертационной работы, заведующему отделом радиоэкологии Института био логии Коми НЦ УрО РАН Таскаеву А.И. и научным сотрудникам за содействие в организации и проведении научных исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования В радиоэкологическом мониторинге объектом исследования явилась полевка-экономка (Microtus oeconomus Pall.) – наиболее многочисленный на Ухтинском радиевом стационаре вид мы шевидных грызунов (Маслов, 1976;

Маслова, 1978;

Кудяшева и др., 1990). Отлов животных осуще ствляли на участках с нормальным (контрольный) и повышенным (опытный) содержанием тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН) (подзона средней тайги, Ухтинский район Республики Коми) и на территориях, загрязненных искусственными радионуклидами (30-километровая зона Черно быльской АЭС). Период проведения работ и сбора материала – 1981-2003 гг. При выборе контроль ных и радиоактивно-загрязненных территорий – стаций обитания животных, руководствовались принципом экологической идентичности участков и различиями по уровню -фона и содержанию радионуклидов в почве, растительности и тушках самих животных.

Средняя мощность дозы от внешнего воздействия -излучения на исследуемых территори ях варьировала на радиевом стационаре в пределах от 50 до 2000 мкР/ч, на урано-радиевом – 20 6000 мкР/ч, тогда как в контроле она составляла 10-15 мкР/ч. В поверхностных слоях почвы ра диевого стационара содержание 226Ra составляло 6.64 · 10-11;

232Th – 2.6 · 10-5 г/г прокаленной на вески (на контрольных участках 226Ra – 8 · 10-13;

232Th – 6 · 10-6 г/г прокаленной навески). Кон центрация радионуклидов в растительности, составляющей основной источник питания поле вок, превышала кларковые величины в 10-100 раз. В связи с этим в суточном летнем рационе полевок-экономок содержание урана на радиевом участке достигало 8 пКи, а тория – 27,2 пКи.

Удельная активность изотопов радия, урана и тория в организме полевок составляла в среднем на радиевом участке 5.45 · 10-11, 11.2 · 10-9 и 3.68 · 10-8 г/г живой массы и превышала контроль в 10 раз (Груздев и др., 1971). Основной вклад в поглощенную дозу вносят инкорпорированные высокоэнергетические - и - частицы, имеющие в ткани сравнительно небольшой пробег (Тас каев и др., 1990). Инкорпорированные организмом радиоэлементы являются дополнительным источником локального облучения органов и тканей животного и естественно оказывают хими ческое воздействие, усиливая биологический эффект от внешних радиационных факторов. Ис ходя из радиационной обстановки обследуемых территорий и данных дозиметрического и ра диохимического анализов, обитающие здесь животные испытывают дозовые нагрузки: от внешнего облучения от 0.3 до 3.0, сГр/год, от инкорпорированных радионуклидов – от 1,2 до сГр/год и от газообразных эманаций и торона – 1.3 сГр/год (Тестов, Таскаев, 1971;

Алексахин и др., 1990). Поскольку количественная оценка индивидуальной дозы является недостаточно кор ректной из-за активного перемещения зверьков по территории с весьма мозаичным распределе нием радионуклидов, для характеристики радиационного воздействия на обследуемые группы животных представлялось возможным ограничиться лишь определением среднепопуляционных доз. Суммарная доза облучения для группы животных, обитающих на радиевом участке, может изменяться в 20-кратном интервале от 1.2 до 24.0 сЗв/год, реальные поглощенные дозы будут находиться в промежутке между этими значениями (Тестов, Таскаев, 1986).

В 30-километровой зоне Чернобыльской АЭС полевок-экономок отлавливали на двух уча стках, различающихся по уровню радиоактивного загрязнения в период с 1986 по1993 гг. В сен тябре 1986 г. уровень -фона на одном участке, где обитала полевка-экономка, составил 4-6 мР/ч (№ 4 – Изумрудное), а на другом (№ 6 Стечанка) – 0.05-0.10 мР/ч. По данным спектрометрического анализа проб почв, взятых на местах обитания полевок, содержание ра дионуклидов составляло на участках № 4 и №6 соответственно: 144Ce – 30-50 и 500 Ки/км2;

106Ru – 5-10 и 100-200;

134Cs – 5-10 и 10-30;

137Cs – 5 и 50;

90Sr – 10 и 30;

239,240Pu – 0.05 и 2-3 Ки/км (данные предоставлены лаб. ОРМОС НПО «Припять»). Поглощенная доза от внешнего воздей ствия -излучения, рассчитанная для группы взрослых зверьков на сентябрь 1986 г., равнялась на участках № 4 и № 6 соответственно – 110 и 2 сГр. Поглощенная доза, обусловленная внеш ним воздействием -излучения, примерно была равна дозе от внешнего воздействия излучения. Дозовая нагрузка от инкорпорированных радионуклидов на исследуемых участках в 1986 г. была на один-два порядка ниже таковой от внешнего воздействия + -излучения. В по следующие годы соотношение внешнего и внутреннего облучения изменилось: вклад в дозу внешнего облучения уменьшался, а внутреннего – возрастал (Экологические и …, 1988). Участ ки Ухтинского радиевого стационара средне-таежной подзоны отличались от участков 30 километровой зоны ЧАЭС не только генезисом и составом радионуклидов, мощностью экспози ционной дозы, но и длительностью воздействия радиационного фактора.

Отлов мелких млекопитающих проводили в соответствии с общепринятыми методами (Тупикова, 1971;

Карасева, 1996) стандартными живоловушками, используя их расстановку в линии. Отлов проводили ежегодно в один и тот же полевой период с учетом сезона размно жения (июль-август в Ухтинском районе и август-сентябрь в зоне ЧАЭС). Фазы популяци онного цикла определяли с учетом относительной численности и демографической структу ры популяции. Относительную численность полевок выражали в количестве пойманных зверьков на 100 ловушко-суток. Животных умерщвляли (высокая декапитация) после пред варительного содержания в течение 1-2 суток в условиях вивария. Часть отловленных поле вок доставляли в питомник экспериментальных животных Института биологии КНЦ УрО РАН для лабораторного разведения и проведения экспериментальных исследований.

Возраст зверьков определяли по комплексу признаков, на основе которых животные были разделены на три группы: неполовозрелые сеголетки, половозрелые сеголетки и перезимовав шие особи. Всего за исследуемый период в условиях радиоактивного загрязнения среды ТЕРН на Ухтинском радиевом стационаре (Республика Коми) было отловлено и обследовано более 1000, в 30-километровой зоне ЧАЭС – 147 полевок-экономок.

В экспериментальных условиях изучение действия факторов радиационной и химической природы проведено на половозрелых полевках-экономках, линейных мышах СВА, белых беспо родных мышах и крысах линии Вистар. Для исключения влияния суточной периодичности ин тенсивности гормонообразовательных процессов на изучаемые показатели зверьков умерщвля ли в одно и то же время суток (с 8 до 10 часов).

Общее облучение проводили в «домике хронического облучения». Источником излучения были две ампулы со стальной оболочкой, содержащие 0.474·106 и 0.451·106 кБк 226Ra, разнесенные на расстояние 2.5 м. Уровни облучения, используемые в эксперименте, имитирова ли условия внешнего фона -излучения на опытных участках. Дозовая нагрузка на организм зверьков определялась мощностью экспозиционной дозы (измерения проводили радиометром ДРГЗ-01Т1) и сроками содержания животных в условиях облучения (табл.1). Суммарную погло щенную дозу облучения определяли по показаниям термолюминесцентного дозиметра (ДТУ), ко торый используется в составе ТЛД систем с загрузкой детекторов в тракт считывания дозиметри ческого измерителя ДВГ-02ТМ.

Таблица 1.

Распределение животных в эксперименте Количество особей Доза облучения внутреннее об Вариант Условия хроническое лучение (сум опыта эксперимента самцы самки внешнее - марное посту облучение, сГр пление веще ства, г/кг мас сы тела) Полевки экономки Изучение влия- Контроль 14 15 фон ния хронического Облучение 14 сут 4 5 0.7-0.8 - облучения на Облучение 60 сут. 5 5 2.9-3.7 структуру и Облучение 120 сут 12 18 5.2-7.3 функцию эндок- Крысы линии Вистар ринных желез Контроль 5 5 фон Облучение 30 сут 8 8 1.4-1.8 Облучение 30 сут 8 7 28.8-32.4 Выявление гено- Контроль 7 - фон токсических по- Облучение 55 сут 7 - 48.0-52.0 вреждений щито- Облучение 80 сут 10 - 4.8-5.2 видной железы Белые беспородные мыши Анализ содержа- Контроль 25 - фон ния гормонов в Облучение 30 сут 27 - 20.6-22.8 гомогенатах тка ни надпочечни ков Мыши линии СВА Контроль 28 - фон Облучение 30 сут 8 - 1.4-1.8 Облучение 90 сут 13 - 4.3-5.4 Затравка нитратом 5 - 0 0. Th 5 - 0 0. Изучение раз- 5 - 0 0. дельного и соче- Затравка нитратом 7 - 0 0. танного действия Na 5 - 0 0. факторов радиа- 5 - 0 0. ционной и хими- 10 - 1.4-1.8 0. ческой природы Сочетанное дейст- 10 - 1.4-1.8 0. вие -облучения и 11 - 1.4-1.8 0. нитрата Th 5 - 4.3-5.4 0. 5 - 4.3-5.4 0. 6 - 4.3-5.4 0. Сочетанное дейст- 7 - 1.4-1.8 0. вие -облучение и 5 - 1.4-1.8 0. нитрата Na 5 - 4.3-5.4 0. В каждом варианте использовали от 40 до 150 животных. Детальное описание условий экспериментов приведено в соответствующих разделах результатов собственных исследований.

Гистологическая и гистохимическая обработка материала. Щитовидную железу, надпо чечники и яичники фиксировали в 10%-ном формалине, жидкости Буэна и глютаральдегиде с по следующей заливкой в парафин или эпон-аралдит по общепринятым методикам (Ромейс, 1953;

Афанасьев и др., 1967). Полутонкие срезы толщиной 1 мкм и парафиновые – 3-5 мкм окрашивали толуидиновым синим, гематоксилин-эозином, по Мак-Манусу (ШИК-реакция).

Морфометрическое исследование гистологических препаратов. Состояние изученных ор ганов оценивали по следующим критериям: относительная масса органа, ширина коры надпо чечника и отдельных ее зон, объем ядер в каждой зоне (надпочечник), стереологический анализ соотношения основных структурных компонентов, средний диаметр фолликулов, высота тирео идного эпителия (щитовидная железа), оценка количества фолликулов по степени зрелости, ат ретических фолликулов и желтых тел (яичники). Стереологические показатели выявляли с по мощью стандартной планиметрической сетки со 100 точками в окулярной насадке (Автандилов, 1990). Для определения объемной плотности структурных элементов в щитовидной железе под считывали от 1000 до 2000 точек на одно животное, с помощью винтового окуляр-микрометра проводили от 50 до 100 замеров диаметра фолликулов и высоты фолликулярных клеток.

Для изучения процессов фолликулогенеза анализировали спектр распределения фолли кулов по диаметру (Хмельницкий, 2002). В качестве интегральных показателей функцио нальной активности тиреоидной паренхимы вычисляли индекс активности щитовидной же лезы (ИА), рассчитанный по соотношениям относительных объемов эпителия и коллоида (Быков, 1976) и индекс функции (ИФ) – соотношение среднего диаметра фолликула и высо ты тиреоидного эпителия (Автандилов, 1990). Анализ препаратов проведен на световом мик роскопе «NU-2» при увеличениях ок. 12.5 и 16;

об. 12.5, 25, 63 и 100 и на микроскопе «Бимам ЕС Р-11 (ЛОМО)» при увеличениях ок. 12.5;

об. 20, 40 и 100, оборудованным системой видеозахвата (цифровая видеокамера Sanyo, Япония).

Цитогенетические исследования. Свежие фрагменты ткани ЩЖ подвергали фермента тивной обработке в 0.25%-ном растворе коллагеназы (collagenase for pancreatic islet isolation type XI, «Sigma», USA) в течение 1.0–2.5 ч. при 37 С (Павлов и др.,2006а). Из полученной суспензии клеток изготовливали мазки, которые после подсушивания фиксировали в 96% ном этаноле и окрашивали на ДНК по Фельгену с подкраской цитоплазмы нафтоловым жел тым. Долю (в %) микронуклеированных тироцитов определяли на основании подсчета 1- тыс. клеток у каждого животного. Захват изображений производили с помощью цифрового программно-аппаратного комплекса «МИКМЕД-2-1600-3т» (Россия). Измерения средней площади микроскопических объектов производили с помощью программы компьютерного анализа изображений «UTSCSA Image Tool».

Функциональные методы исследования. Секреторную активность щитовидной железы оценивали по содержанию общего тироксина (Т4) и общего трийодтиронина (Т3) в сыворотке крови радиоиммунологическим методом с помощью наборов риоТ3 и риоТ4 (ИБОХ, Минск).

Вычисляли коэффициент дейодирования, который выражается как соотношение концентра ций Т3 к Т4 и является косвенным показателем периферической конверсии Т4 в Т3. Для опре деления уровня тиреоидных гормонов использовали сыворотку крови 112 полевок-экономок (68 и 44 соответственно в фазы пика и спада численности).

Изучение содержания кортикостероидных гормонов проведено в надпочечниках 52 бе лых беспородных мышей. Применяли хроматографический метод анализа. В гомогенатах ткани надпочечника определяли содержание кортикостерона, 11-дегидрокортикостерона и альдостерона. Использование микроколоночной высокоэффективной жидкостной хромато графии (ВЭЖХ) позволило проводить анализ стероидных гормонов в небольших количест вах биологического материала (Черкасова, 1999).

Полученные количественные результаты обрабатывали с помощью пакетов прикладных программ Microsoft Excel, Statistica и GrafPad. Наряду с методами вариационной статистики ис пользовали корреляционный, регрессионный и многофакторный многомерный дисперсионный анализы, а также анализ главных компонент (Харман, 1972;

Любищев, 1986). Рассчитывали по казатель сходства популяций по полиморфным признакам (Животовский, 1979), для количест венной характеристики результатов сочетанных воздействий факторов разной природы вычис ляли коэффициент взаимодействия (Гераськин и др., 1996).

Результаты собственных исследований 1. Оценка морфофункционального состояния органов эндокринной системы полевок-экономок (Microtus oeconomus Pall), обитающих в условиях хронического воздействия радиационного фактора низкой интенсивности 1.1. Структурные и функциональные характеристики эндокринных органов (щитовидная железа, надпочечник и яичник) у полевок-экономок в зависимости от фазы динамики численности популяции в условиях нормального радиационного фона (контрольная популяция) Изучение реакции любой системы на радиационное воздействие требует фундаменталь ных знаний о ее функционировании и стабильности в условиях нормального радиационного фона. Для мышевидных грызунов характерно цикличное изменение численности животных, при котором высокая плотность (пик численности) сменяется спадом и депрессией. Колеба ние численности серых полевок происходит, как правило, с определенной периодичностью – пики численности наблюдаются с интервалом три–четыре года (Krebs, Myers,1974;

Исаев, 1975). По мнению многих исследователей, устойчивость популяции к действию природных и антропогенных факторов зависит, главным образом, от внутрипопуляционных механизмов, которые в свою очередь определяют репродуктивные возможности и продолжительность жизни отдельных особей. На примере копытного лемминга показано, что среди этих меха низмов важнейшую роль играют гормональные регуляторы (Чернявский, Ткачев, 1982). Так как сведения о морфологической характеристике эндокринных желез у полевки-экономки в литературе отсутствуют, представлялось необходимым проведение исследований структур но-функционального состоянии органов у этого вида грызунов в условиях нормального уровня радиоактивности в зависимости от фазы популяционного цикла с целью последую щего сравнения с эффектом радиации, накладывающегося на экологические факторы в усло виях среды обитания животных.

Щитовидная железа. Морфологические признаки усиленной секреторной активности ткани ЩЖ (вакуолизация коллоида, увеличение высоты тиреоидного эпителия, уменьшение размеров фолликулов и более выраженная степень процессов десквамации фолликулярного эпителия) у полевок-экономок наблюдаются в период депрессии численности животных.

Коллоид занимает 31.5 ± 2.4 % (самцы) и 22.8 ± 2.4 % (самки) объема тиреоидной паренхи мы. В период пика численности популяции ЩЖ полевок находится в спокойном состоянии, имеет более крупные фолликулы, уплощенный эпителий. Объемный вклад коллоида в ти реоидную паренхиму составляет 53.9 ± 3.2 % и 42.8± 4.9 % у самцов и самок соответственно, что достоверно выше, чем в депрессию численности. Период спада численности характери зуется достаточно низким уровнем активности ЩЖ полевок. Морфологические параметры, свидетельствующие о невысокой активности ЩЖ животных, сочетаются с дефицитом ти роксина (Т4) в сыворотке крови и более высоким содержанием Т3, чем это наблюдалось в пе риод пика численности популяции (рис. 1). Известно, что динамика уровня Т4 более объек тивно характеризует состояние ЩЖ (Шкуматов и др., 1996). Уменьшение содержания Т4 и компенсаторный подъем уровня Т3, по всей вероятности, происходит в связи с усилением превращения в периферических тканях Т4 в метаболически более активный Т3, об этом сви детельствует и коэффициент дейодирования, значения которого у полевок на спаде (0.198 ± 0.071 усл. ед.) и пике популяционного цикла (0.025 ± 0.002 усл. ед.) достоверно отличаются.

Обнаружено, что структура ЩЖ находится в прямой зависимости от темпов полового созре вания сеголеток и интенсивности процесса репродукции: в депрессию численности, когда боль шая доля сеголеток вступает в размножение, ЩЖ активнее, чем у зверьков того же возраста в пе риод пика численности;

при достижении максимальной численности, темпы репродукции замед лены, и ЩЖ полевок не активна. Период подъема численности популяции характеризуется пони женной активностью щитовидной железы по сравнению с периодом депрессии или пика.

Надпочечник. В фазу пика численности у полевок прослеживается увеличение относитель ной массы и объема НП, гипертрофия пучковой зоны, увеличение размеров клеток и ядер этой зоны, что, по имеющимся в литературе данным (Автандилов, 1973;

Бонашевская и др., 1984;

Рыжавский, 1989), свидетельствует о высокой активности железы в этот период. В фазу де прессии численности активность коры НП минимальная. В разные периоды колебания чис ленности популяции полевки-экономки меняется и соотношение толщины зон коры НП. С увеличением численности животных, на фоне гипертрофии пучковой зоны, доля клубочковой в общей величине коры НП уменьшается (соответственно 70.8 и10.4 % – в депрессию;

76.4 и 6.3 % – в пик численности).

В яичниках половозрелых самок полевки-экономки контрольного участка обнаружи ваются все типы фолликулов: примордиальные, первичные, растущие и полостные. Размер растущих фолликулов на разных фазах численности популяции примерно одинаков. Не об наружено связи между величиной таких фолликулов у полевок на разных фазах численности популяции. Подсчет количества фолликулов оказался более информативным. Максимальное содержание растущих фолликулов отмечено в период подъема численности, минимальное – в период пика численности популяции (18 ± 0.8 и 5.3 ± 0.5 на одном срезе;

р 0.01).

Кроме этого, при изучении воздействия фазы популяционного цикла на морфофизиологические характеристики полевок-экономок установлено увеличение массы тела животных при высокой чис ленности (Ермакова, 1987), что, по мнению некоторых исследователей (Krebs, 1964;

Чернявский, Тка чев, 1982) объясняется высокими темпами роста животных в фазе пика.

Проведенное исследование показало, что структурное и функциональное состояние перифе рических органов эндокринной системы полевок-экономок в норме в значительной степени за висят от фазы численности популяции. Для каждой фазы динамики численности были характер ны свои особенности эндокринных реакций: в пик численности отмечены морфологические признаки развития повышенной функции коры НП наряду с относительно спокойным состояни ем ЩЖ и ЯЧ, в депрессию численности развитие признаков гипофункции адренокортикоцитов сочетается с усиленной функциональной активностью тиреоидного эпителия. Есть основание полагать, что сочетание гормональных функций, определяемое уровнем численности популя ции, одновременно является следствием предыдущей фазы и причиной будущей ситуации. По лученные нами данные подтверждают значимость эндокринных механизмов в регуляции чис ленности популяции и согласуются с данными, полученными на популяциях сибирского и ко пытного леммингов о. Врангеля (Чернявский, Ткачев, 1982). Выявленный в ходе исследований феномен различного эндокринного статуса организма в разные фазы численности популяции, свидетельствует о возможности существования различий в развитии реакций на радиационное воздействие в разные периоды популяционного цикла.

1.2. Морфологический анализ органов эндокринной системы полевок-экономок, обитающих в условиях повышенной естественной радиоактивности (Ухтинский радиевый стационар) и в районе радиоактивного загрязнения 30-километровой зоны аварии на Чернобыльской АЭС Хроническое действие малых доз радиации в природной среде многообразно и включа ет в себя сочетанное действие короткоживущих и долгоживущих, твердых и газообразных излучателей (-, - - );

тесный контакт животных с радиоактивными элементами почвенного покрова, поступление их в организм не только с пищей, но и за счет дыхания;

сложную гео метрию внешнего излучения. В районах с повышенным естественным радиационным фоном (ПЕРФ) существуют свои радиоэкологические особенности, связанные как с перераспреде лением ТЕРН в природных средах, так и их биологического действия. ТЕРН являются -, и -излучателями с высокой относительной биологической эффективностью и неравномерно накапливаются в живых организмах, что обуславливает повышенные дозы облучения некоторых органов. Кроме того, радиационное воздействие усиливается химическим действием тяжелых ра диоактивных элементов (Алексахин и др., 1990). Особенно важно отметить, что в природных усло виях воздействие радиации на организм сочетается с действием экологических факторов нерадиа ционной природы. Обнаруженные различия в морфофункциональном состоянии органов эндок ринной системы у полевок контрольной популяции в зависимости от фазы динамики численности предопределили изучение радиационных эффектов с учетом этого экологического фактора.

Щитовидная железа. Результаты измерений морфологических параметров ЩЖ и уровня гормонов в крови животных, обитающих на участках с ПЕРФ (радиевый и урано радиевый участки Ухтинского стационара), показали значительные количественные и каче ственные изменения структуры ЩЖ: выявлены альтеративные изменения в тиреоидном эпи телии, выражающиеся в нарушении формы ядер, вакуолизации цитоплазмы;

в 4 раза чаще, чем в контроле, встречались фолликулы с десквамацией эпителия. Для ЩЖ полевок, оби тающих на участках с ПЕРФ характерны нарушения общей закономерности зональной структурированности железы, повышение количества фолликулов с участками гиперплазии, расстройство кровообращения в виде полнокровия сосудов и стазов эритроцитов. У живот ных с урано-радиевого участка морфологические нарушения в ткани железы более выражены, чем на радиевом участке. Данные радиоиммунологического анализа также свидетельствуют о том, что в наибольшей степени от нормы отклонялись концентрации тиреоидных гормонов в сыворотке крови полевок, обитающих на урано-радиевом участке (рис. 1).

Самцы Самки А усл.ед. 0, * * 0, * 0, 0, -0, Б - - * - - *** * * - Рис. 1. Содержание Т3 (А) и Т4 (Б) в сыворотке крови полевок-экономок, обитающих на контрольном ( ), радиевом ( ) и урано-радиевом ( ) участках в спад численности (относительно пика). Различия между фазами пика и спада достоверны при *р 0.05 и ***р 0.001.

Это может быть связано не только с более высоким уровнем -излучения, но и с при сутствием в почвах участка тяжелого естественного радионуклида – урана, который, как из вестно, при инкорпорации может вызывать значительные токсические эффекты.

При морфометрическом анализе обнаружено уменьшение объемной плотности и высо ты фолликулярного эпителия по сравнению с контролем, а также достоверное увеличение объема коллоида в тиреоидной паренхиме, что свидетельствует о снижении секреторной ак тивности исследуемой ткани. Интегральный показатель – индекс активности возрастает, что демонстрирует снижение функции ЩЖ (рис. 2).

Самцы Самки 1, 1, усл.ед.

усл.ед.

0, 0, Пик Подъем Спад Депрессия Спад Депрессия Пик Подъем Рис. 2. Индекс активности щитовидной железы полевок-экономок, обитающих на контрольном ( ), радиевом ( )и урано-радиевом ( ) участках в разные фазы численности популяции.

У полевок опытных участков в ЩЖ средние размеры фолликулов увеличиваются, наблю дается нарушение в расположении фолликулов железы, часто встречаются гигантские фоллику лы неправильной формы. Вариабельность показателя площади фолликулов резко возрастает по сравнению с контролем. Так, у животных с радиевого участка общая площадь фолликулов варь ирует от 230.0 до 72400.0 мкм2, тогда как в контроле этот показатель изменяется от 274.0 до 36900.0 мкм2. Распределение фолликулов по величине показало, что у этих животных, статисти чески достоверно (р 0.05) увеличивается количество мелких фолликулов (рис. 3). Известно, что фолликулы, отличающиеся по размерам, имеют разную скорость обмена веществ, интенсив ность некоторых гистохимических реакций в тироцитах и митотическую активность (Хмель ницкий, 1976;

Кораблева, 2007). Мелкие фолликулы в ЩЖ полевок, обитающих на участках с повышенной радиоактивностью, составляют в разные годы исследования 23 и 46 %, в то время как в контроле преобладают фолликулы средних размеров – 72 и 57 %. Увеличение количества мелких фолликулов характеризует активизацию морфогенетических процессов, связанных с усилением пролиферации и активизацией фолликулогенеза.

a б % % 14 контроль контроль опыт опыт 16 26 36 46 56 66 76 86 96 106 116 126 136 146 156 16 26 36 46 56 66 76 86 96 106 116 126 136 146 156 мкм мкм Рис. 3. Распределение фолликулов различного диаметра в щитовидной железе полевок контрольного и опытного участков в периоды пика (а) и подъема (б) численности.

Таким образом, комплекс морфологических изменений ткани ЩЖ полевок однозначно свидетельствует, что при обитании на участках ПЕРФ происходит достоверное снижение ти реоидной функции, которое сопровождается появлением дистрофических и деструктивных изменений в железе, а также развитием реакций компенсаторного характера (гиперплазия тиреоидного эпителия, активизация процессов фолликулогенеза). В зависимости от фазы ди намики численности популяции, и уровня загрязнения участка эти процессы проявляются в разной степени.

Увеличение массы тела, а также более позднее вступление сеголеток в размножение, обнаруженное нами у полевок с загрязненных радионуклидами участков (Ермакова, 1987), несомненно, связано с тиреоидной недостаточностью. Известно, что угнетение функцио нальной активности ЩЖ снижает интенсивность обменных процессов в организме, приво дит к увеличению массы тела и задержке полового созревания (Новикова и др., 1979). Сте пень выраженности морфологических нарушений у животных, обитающих на радиевом и урано-радиевом участках, зависели от пола и возраста зверьков. У перезимовавших полевок структурные нарушения в ЩЖ встречались чаще, чем у неполовозрелых.

Морфологический анализ паренхимы ЩЖ полевок-экономок, отловленных в 30 километровой зоне отчуждения Чернобыльской АЭС, выявил следующие ее особенности:

ЩЖ половозрелых сеголеток и перезимовавших животных в год аварии (поглощенная доза которых от внешнего облучения на момент отлова составила на участке № 4 – 110 и на уча стке № 6 – 2 сГр) имела в основном микрофолликулярную структуру. Результаты морфомет рии свидетельствуют о том, что относительный объем коллоида невелик (7-10 %), в то время как объемная плотность железистого эпителия достигает 80 %. Аналогичная гистологическая картина наблюдалась другими исследователями в условиях эксперимента после длительной стимуляции органа ТТГ и после введения изотопа 232 Th (Ткачев, 1971). У первого послеава рийного поколения полевок в ЩЖ количество дегенерирующих фолликулов возросло на 20%. Функционирующие фолликулы были более крупных размеров, чем у полевок в год ава рии, хотя встречались и микрофолликулярные структуры. Судя по морфологическим крите риям, функциональная активность ЩЖ половозрелых животных с обоих обследованных участков чернобыльской зоны оказалась достаточно высокой, и значительно превышала та ковую у полевок контрольных и опытных территорий Ухтинского радиевого стационара (табл. 2).

Данные сравнительного изучения состояния ЩЖ у полевок, обитающих на участках с различной радиационной природой, свидетельствуют о том, что ЩЖ «ухтинских» и «черно быльских» полевок характеризовалась разным уровнем функциональной активности, кроме того, у животных, отловленных в районе Чернобыльской АЭС, наблюдались и наиболее вы раженные морфологические изменения в тиреоидной паренхиме. Основными причинами данного феномена могут являться большая мощность дозы радиационного воздействия, не посредственное действие короткоживущих изотопов йода, а также других радионуклидов, токсичных микроэлементов, попавших в окружающую среду при аварии и в период ликви дации ее последствий.

Таблица Морфофункциональные показатели щитовидной железы половозрелых полевок-экономок (пик численности) Мощность Кол-во экспози- Диаметр фол- Высота фолли- Индекс Участок обследо- Диаметр ядра, ционной ликула (D), кулярного эпи- функции, обитания ванных мкм дозы, мкм телия (H), мкм D/H особей мкГр/ч Ухтинский радиевый стационар, Республика Коми 22 54.6±1.7 3.0±0.1 2.0±0.1 18. Контрольный 0.1-0, 34 12. 48.5±1.3 4.0±0.2 2.8±0. 20 67.3±2.2*** 2.8±0.2 1.7±0.2 24. Радиевый 0.5- 43 6. 33.4±1.9*** 4.9±0.2** 2.6±0. 30-километровая зона Чернобыльской АЭС 13 4. 19.1±1.0*** 4.6±0.2*** 2.8±0.1** Участок № 4 20- 8 3. 18.2±1.0*** 4.7±0.3 2.1±0.1** 7 21.0±1.2*** 4.1±0.1*** 2.2±0.1 5. Участок № 6 2- 3 4. 22.1±1.1** 4.5±0.2 2.0±0.1** Примечание: Верхняя строка – самцы, нижняя строка – самки;

* – данные по отношению к контролю достоверны при р 0.05;

** – данные по отношению к контролю достоверны при р 0.01;

*** – дан ные по отношению к контролю достоверны при р 0.001.

Надпочечник. При хроническом воздействии ИИ влияние популяционных факторов на морфофункциональные изменения НП проявляется наиболее резко. Так, для полевок с террито рий, загрязненных радионуклидами, отмечена стойкая тенденция к проявлению гиперактивно сти коры НП по сравнению с контрольными животными (рис. 4). Это выражалось в увеличении индекса НП, расширении коркового слоя, гипертрофии и гиперплазии клеток пучковой зоны (морфологические показатели достоверно отличались от контроля в фазы пиков численности популяции). Вклад пучковой зоны в общую ширину коры надпочечника на пике численности у животных радиевого участка достигал 81 %.

У полевок, отловленных на опытных участках, наряду с явлениями высокой активно сти, кора НП имела морфологические признаки повреждения клеточно-тканевых структур.

Наиболее часто встречались диффузные очаги воспалительной реакции – лейкоцитарные инфильтраты и локальные некротические изменения в пучковой зоне, отмечено стирание границ между зонами, дезорганизация коры с появлением участков локальной деструкции и атрофии паренхимы. У 19% половозрелых животных в фазу пика обнаружена микроаденома (добавочная кора надпочечника). У молодых животных в сетчатой зоне обнаружено накоп ление пигмента изнашивания – липофусцина, что в контроле было свойственно только пере зимовавшим зверькам. Наиболее выраженные признаки альтерации наблюдались на фоне увеличения функциональной активности органа, когда действие радиационного фактора на кладывалось на популяционные воздействия. В фазу пика численности до 67 % животных, обитающих в условиях повышенной радиации, имели разнообразные морфологические на рушения коры надпочечников.

Результаты проведенного многомерного дисперсионного анализа подтвердили статисти чески значимые эффекты действия исследуемых факторов (радиационный фактор, фаза по пуляционного цикла, пол, возраст) на морфологическое состояние надпочечника, а также не которые значимые взаимодействия этих факторов (рис. 4).

мг/кг а Индекс надпочечника Фаза численности: пик Фаза численности: пик опыт депрессия депрессия контроль Пол: самки Пол: самцы мкм б ширина пучковой зоны опыт пик депр контроль фаза численности Рис.4. Морфофункциональные изменения коры надпочечника полевки-экономки (а – индекс надпо чечника, б – ширина пучковой зоны) при взаимодействии «радиационного фактора» с факторами «фаза популяционного цикла», «пол» (р 0.05) и радиационного фактора с фактором «фаза популя ционного цикла» (р 0.05). 1 – опыт, 2 – контроль.

Анализ эффектов взаимодействий факторов позволяет заключить, что природные усло вия повышенной радиоактивности увеличивают различия морфофизиологических характе ристик, вызванные действием других факторов, и свидетельствует об усилении функцио нального напряжения коры надпочечника у полевок радиевого участка. Эти факты подтвер ждают интенсификацию глюкокортикоидной функции надпочечника у животных, постоянно обитающих на загрязненных радионуклидами территориях.

В 30-километровой зоне ЧАЭС морфологические показатели активности коры надпочеч ников полевок-экономок еще более высокие, чем на участках с ПЕРФ. Корреляционной зависи мости между показателями активности НП и дозой облучения у животных участка № 4 – сГр и № 6 – 2 сГр не обнаружено. Признаки повреждения клеточно-тканевых структур носили неспецифический характер и были однотипны с теми, которые обнаружены у полевок с участ ков с ПЕРФ. Наиболее характерные из них: дезорганизация коры надпочечника, локальные оча ги лейкоцитарных инфильтратов и образование микроаденом, отмечали появление клеток с пикнотическими ядрами. Эти факты подчеркивают известную неполноценность компенсатор ных процессов, происходящих в железе.

Таким образом, при хроническом облучении полевок Ухтинского радиевого стациона ра, когда популяция в течение 100-150 поколений обитает на территории с повышенным со держанием естественных радионуклидов, в наибольшей степени активизировалось адренало вое звено, тогда как ЩЖ находилась в гипофункциональном состоянии. В то же время при менее продолжительном, но более интенсивном облучении популяции полевок, обитающих на территории 30-километровой зоны отчуждения ЧАЭС, активизировались оба звена – и ад реналовое, и тиреоидное. По всей вероятности, в первые годы после аварии произошло из менение традиционных внутрисистемных взаимоотношений между эндокринными органами, что, по данным литературы (Фурдуй, 1987), может быть одной из причин, понижающих ус тойчивость организма к действию различных экстремальных факторов.

В яичниках полевок, обитающих в условиях повышенной радиоактивности, количество растущих фолликулов достоверно превышало контрольные значения (табл. 3). При подсчете содержания полостных фолликулов в ЯЧ на разных стадиях популяционного цикла, обна руживается та же динамика, что и для растущих фолликулов: на пике численности их коли чество меньше, чем в остальные фазы цикла. Количество этих фолликулов у самок, обитаю щих на разных участках, не подвержено резким изменениям, в то же время число более зре лых фолликулов (Граафовых пузырьков) у полевок с урано-радиевого участка достоверно выше контроля.

Таблица Количество фолликулов разных типов на одном срезе яичника полевок-экономок, обитающих на участках с разным уровнем радиоактивности Участок обитания Количество фолликулов Контрольный Радиевый Урано-радиевый Примордиальные 13.5±2.5 11.3 ± 1.0* 7.1 ± 0.6* Первичные 2.5±0.9 2.6 ± 0.3 4.1 ± 0.6* Растущие 5.3±0.5 6.6 ± 0.4* 6.1 ± 0.5* Полостные 8.9±0.4 8.4 ± 0.6 8.7 ± 0. Атретические 1.8±0.2 0.7 ± 0.4* 0.3 ± 0.1* Граафовы пузырьки 0.4±0.1 0.5 ± 0.1 1.2 ± 0.2* Общее количество 32.5±2.3 28.4 ± 1.6 28.5 ± 2.0* Примечание: * различия достоверны при p 0. Эти факты свидетельствуют об ускоренных темпах созревания фолликулов у животных с урано-радиевого участка. Судя по количеству растущих фолликулов, Граафовых пузырьков и желтых тел, потенциальная плодовитость у самок урано-радиевого участка выше, чем в контроле и на «радиевом» участке. Между тем, запас примордиальных фолликулов у животных, обитаю щих на участках с повышенным фоном радиации, оказался ниже, чем в контроле. Сокращение ре зервных возможностей ЯЧ, с одной стороны, и ускоренное созревание фолликулов – с другой, по видимому, является своеобразным путем приспособления мышевидных грызунов к неблагопри ятному воздействию природной среды. Фактическая плодовитость (количество эмбрионов) поле вок облученной популяции в 1.4 раза выше контрольной (7.5 ± 1.05 и 8.9 ± 0.44), но это наблюда ется только в период роста численности, с увеличением численности популяции эта разница сни жается и не дает достоверных отличий количества эмбрионов в остальные периоды.

Интенсивность размножения (ИР) и эмбриональная смертность являются важными ха рактеристиками жизнеспособности популяции. Эти показатели изучали на животных, от ловленных в природных условиях нормальной и повышенной радиоактивности и помещен ных в условия вивария, а также их потомках. ИР, определяемая как соотношение фактиче ского числа пометов и потенциальное число пометов каждой самки, в контрольных и опыт ных самок, различается достоверно. Наибольшей ИР характеризуются полевки «радиевой» группах – в среднем 81.5%, в «урано-радиевой» группе этот показатель в среднем составлял 75 %, наименьшая ИР в контрольной группе – 55%. О стимулирующем эффекте облучения свидетельствуют и данные о плодовитости самок радиевого участка, которые имели большее количество пометов и общее количество рожденных детенышей по сравнению с контролем.

При анализе длительности периода размножения самок, с различных по радиоактивному за грязнению участков, оказалось, что ни у одной самки с радиоактивных участков продолжи тельность репродуктивного периода не превышала одного года, тогда как 33 % контрольных самок размножались в течение периода больше года, и максимальная длительность периода размножения у них составила 18 месяцев.

Благодаря повышенной ИР и, несмотря на более короткий репродуктивный период, у по левок с радиевого участка было достоверно больше пометов, чем в контроле. Максимальное количество пометов, рожденных от самок радиевого участка, – 12, в контроле – 9. Между тем, эмбриональная смертность у них достоверно (р 0.05) выше (6.2 и 4.0 – соответственно в опыте и контроле;

потомство облученных животных менее жизнеспособно, отмечено мертво рождение и до половозрелого состояния выживало менее 50% детенышей, тогда как в контро ле этот показатель составлял 75%. Несомненно, что повышенная плодовитость компенсирует высокую смертность молодняка и способствует сохранению численности популяции. Это своеобразная «радиационная стимуляция» проявляется в ускоренном созревании фолликулов ЯЧ, повышении интенсивности размножения, потенциальной и общей плодовитости, о чем свидетельствуют полученные результаты. Однако, «платой» за нее, является сокращение про должительности жизни, репродуктивного периода и резервных возможностей яичников самок, а также увеличение эмбриональной смертности и менее жизнеспособное потомство.

Анализ полученных результатов показал, что воздействие комплекса характерных для радиоактивно загрязненных территорий факторов нашло выражение не только в нарушении репродуктивных функций обитающих здесь животных, но и в развитии процессов альтерации в органах эндокринной системы. У этих же животных наблюдали деструктивные изменения тканей и других внутренних органов (печени, селезенки, почек, семенников), количественные гематологические сдвиги и качественные нарушения клеток периферической крови и органов кроветворения, высокую частоту аберраций хромосом в клетках костного мозга (Материй, Ер макова, Таскаев, 2003). Однозначно можно говорить о негативном влиянии на организм сово купности характерных для изученной ситуации факторов, что не позволяет сделать вывод об адаптации организма, напротив, данные радиоэкологические условия способствуют развитию патологических изменений. Ионизирующее излучение оказывают модифицирующее действие на структурно-функциональное состояние ЩЖ, НП и ЯЧ полевок-экономок в условиях радио активного загрязнения среды обитания и способно усиливать влияние внутрипопуляционных процессов. Таким образом, хроническое внешнее и внутреннее облучение в одном и том же диапазоне поглощенных доз приводит к различным эффектам у животных разного пола и воз раста, а также в различные фазы популяционного цикла. Полученные данные свидетельствует о необходимости учета экологических факторов (фазы численности популяции), способных изменять свое воздействие в условиях радиоактивного загрязнения среды обитания, в радио экологических исследованиях при анализе действия малых доз радиации.

2. Морфологическое состояние органов эндокринной системы мышевидных грызунов после хронического внешнего облучения в малых дозах в условиях эксперимента Трудности с оценкой дозовых нагрузок в условиях среды обитания, наличие сопутствую щих экологических факторов осложняют интерпретацию полученных результатов исследова ний, не позволяют сделать однозначное заключение о радиогенном характере изменений, выяв ленных у животных из природных популяций. Для экспериментальной оценки вклада внешнего воздействия излучения в индуцируемые биологические эффекты, выявленные в органах эндок ринной системы, было поставлено несколько серий экспериментов (в том же диапазоне доз, ко торые наблюдаются в природных биогеоценозах) на разных видах мышевидных грызунов (табл.

1). Экспериментальное моделирование внешнего облучения на организм в условиях, исклю чающих влияние других факторов, позволяет более надежно оценить вклад радиационного фак тора в наблюдаемые изменения структуры и функции эндокринных желез. В настоящей главе представлены обобщенные данные 3-х независимых экспериментов по изучению морфологиче ских и функциональных клеточных и тканевых перестроек в периферических эндокринных ор ганах полевок-экономок, крыс линии Вистар и белых беспородных мышей.

1. Морфологические изменения периферических эндокринных органов полевок-экономок на этапах длительного тотального облучения при постоянной мощности дозы (мощность дозы 20-25 мкГр/ч, продолжительность облучения – 14, 60 и 120 суток). Половозрелые полевки первого и второго поколения от отловленных на Ухтинском радиевом стационаре (Республики Коми). В качестве контроля взяты одновозрастные животные, находящиеся в виварии в условиях естественного радиационного фона. Всего в эксперименте использовано 78 животных.

После 14-дневного внешнего облучения (доза 0.7-0.8 сГр) достоверных отличий по изучен ным морфометрическим параметрам в сравнении с контролем не отмечали (р 0,05). Морфоло гический анализ щитовидной железы полевок, находившихся под воздействием облучения в те чение 60 суток (доза 2.9-3.7 сГр) показал, что у самцов активность ЩЖ статистически значимо повышалась по сравнению с контролем (р 0,05). Об этом свидетельствуют: увеличение на 28 % относительного объема фолликулярного эпителия, уменьшение объемной плотности коллоида и изменение индекса активности ЩЖ. В щитовидной железе самок, судя по увеличению объемной фракции коллоида и преобладанию крупных фолликулов, выстланных эпителием, происходило снижение функциональной активности паренхимы по отношению к соответствующему контролю.

Характер ответной реакции на хроническое низкоинтенсивное облучение в дозе 2.9-3.7 сГр определялся, главным образом, исходным физиологическим состоянием самок и самцов. Облуче ние привело к нивелированию различий между ними по основным морфологическим параметрам, наблюдавшимся в контроле;

увеличение дозы облучения вызвало рост морфологических измене ний тиреоидной ткани. В диапазоне доз 5.8-7.3 сГр как у самцов, так и у самок происходила акти визация функции железы, об этом свидетельствует изменение индексов активности, достоверное (р 0.1) увеличение объемной плотности и размеров тироцитов по сравнению с контролем (8.2 ± 0.3 и 6.8 ± 0.3 соответственно). Отмечена пролиферация фолликулярного эпителия в виде появле ния сосочковых выростов в стенке фолликула, что по данным Н.Ю. Бомаш (1981) отражает воз растание количества активно функционирующих тироцитов и носит компенсаторный характер.

При анализе распределения фолликулов по размерным классам обнаружено увеличение доли мелких (до 40 мкм) фолликулов после 120-суточного облучения (р 0,05), что свиде тельствует об активизации морфогенетических процессов в тиреоидной паренхиме (рис. 5).

% контроль облучение 4 месяца 11 26 41 56 71 86 101 116 131 146 161 176 191 236 мкм. Рис.5. Распределение фолликулов по величине в щитовидной железе полевок в контроле и после 120-суточного облучения.

При 60-дневном облучении таких явлений не наблюдали.

В коре надпочечника полевок хроническое действие 14-суточного облучения не приве ло к достоверному изменению морфометрических показателей ее активности. Как и в ЩЖ, с дальнейшим увеличением дозы внешнего облучения зарегистрирован рост основных изу ченных показателей активности надпочечника (рис 6).

VvK VvK 1, 1, ФЭ СЗ Vv VvФЭ 1 СЗ 0, 0, ФЭ ПЗ h hФЭ ПЗ КЗ ИА ИА КЗ ШК ШК контроль контроль 2.9-3.7 сГр 5,2-7,3 сГр Рис.6. Изменение параметров ЩЖ и НП полевок-экономок после хронического низкоинтенсивного воздействия по отношению к контролю (средние величины всех параметров в контрольной группе сведены к единому масштабу и соответствуют радиусу круга). VvK - объемная плотность коллоида;

VvФЭ - объемная плотность фолликулярного эпителия;

hФЭ – высота фолликулярного эпителия;

ИА – индекс активности ЩЖ. ШК – ширина коры надпочечника;

КЗ- величина клубочковой зоны;

ПЗ- ве личина пучковой зоны;

СЗ- величина сетчатой зоны (усл.ед).

В яичниках при облучении в дозе 0.7-0.8 сГр содержание примордиальных, растущих и полостных фолликулов достоверно не отличалось от контроля, а количество атретических фолликулов значительно уменьшилось (с 5.7 до 1.6 %). При возрастании дозы до 2.9-3.7 сГр снизилось количество полостных фолликулов с 24.7. до 11.5 %, доли остальных разновидно стей фолликулов достоверно не отличались от контроля, при облучении в дозах 5.2-7.3 сГр зарегистрировано отчетливое увеличение количества растущих фолликулов (с 35.0 % в кон троле до 55.5 % в опыте). Большое количество растущих фолликулов в сочетании с незначи тельным содержанием более зрелых форм может свидетельствовать о недостаточной про дукции лютеинизирующего гормона (Шварева, 1980). Таким образом, в эксперименте при увеличении дозы облучения в яичниках обнаружен эффект аналогичный тому, что наблюда ли в природной популяции полевок-экономок – увеличение количества растущих фоллику лов, свидетельствующее об ускоренных темпах роста фолликулов.

2. Морфологические изменения органов эндокринной системы при внешнем 30 суточном облучении крыс линии Вистар с разной мощностью доз. Крысы (возраст 3- мес.) обоего пола стандартного разведения, масса тела к началу эксперимента 214.5 ± 8.3 г подвергались внешнему тотальному облучению. Мощность дозы в одном случае составляла 20-25 мкГр/ч, в другом – 400-450 мкГр/ч (за 30 суток суммарная поглощенная доза составила 1,4-1,8 и 28,8-32,4 сГр соответственно).

В норме морфометрические показатели ЩЖ крыс линии Вистар совершенно иные, чем у полевок, и характеризуются более низким объемным вкладом коллоида, который составля ет – 37.9 ± 0.5% и высокой объемной плотностью фолликулярного эпителия (объемная плот ность тироцитов – 53.7 ± 0.6 % у самок и 54.9 ± 0.5 % у самцов). Высота фолликулярного эпителия у самок оказалась значимо (р 0.05) больше, чем у самцов (соответственно 7.7±0. и 7.1±0.07 мкм). Морфологические характеристики ЩЖ, по всей вероятности, являются ви довой особенностью. При хроническом облучении в дозах 1.4-1.8 сГр, (мощность дозы 20- мкГр/ч) относительный объем тиреоидного эпителия уменьшился у самцов с 54.9 ± 0.5 до 41.1 ± 0.4 % (р 0.01), у самок с 53.7 ± 0.6 до 45.1 ± 0.4 % (р 0.01) по сравнению с кон трольной группой животных. Средний диаметр фолликулов возрос на 14 % у самцов, и на 4 % у самок (р 0.05). Таким образом, судя по морфометрическим показателям активности, хроническое облучение в дозе 1.4-1.8 сГр способствовало некоторому снижению функции паренхимы железы.

Гистологической особенностью ЩЖ животных, получивших дозу 28.8-32.4 сГр (мощ ность дозы – 400-450 мкГр/ч), являлась усиление полиморфности ее структуры. В централь ных отделах железы, помимо характерных для этой зоны мелких и средних фолликулов, по являются крупные фолликулярные аденомеры неправильной формы с уплощенным эпители ем и темно-окрашенным коллоидом. В некоторых фолликулах пролиферация эпителия при водила к образованию псевдососочков, представляющих собой эпителиальные формирова ния, выпячивающиеся в их просвет. Результаты морфометрического анализа структуры ЩЖ показали увеличение с 37.9 ± 0.5 до 47.2 ± 0.4 % объемной фракции коллоида и соответст вующее снижение относительного объема фолликулярного эпителия по сравнению с контро лем (р 0.05), при этом объем десквамированного эпителия превысил контрольные значения в два раза. Как у самцов, так и у самок величина ИА при обеих дозах оставалась на 50-57 % ниже контрольных значений. Достоверных различий по морфометрическим показателям ме жду двумя опытными группами не обнаружено. Изучение распределения фолликулов по размерным классам не выявило достоверных отличий от контроля (р 0.05).

Таким образом, увеличение поглощенной дозы облучения за счет мощности не привело к изменению морфологических параметров активности тиреоидной паренхимы у крыс линии Вистар, но способствовало перестройке структурной организации ЩЖ, нарушению ее зо нальной структурированности и появлению гиперпластический изменений.

Надпочечник. Под влиянием хронического облучения с увеличением мощности дозы излучения толщина пучковой зоны коры у опытных животных достоверно увеличивается и достигает 670.4 ± 7.2 мкм (в контроле – 540.0 ± 8,5 мкм), одновременно увеличивается сред няя площадь ядер адреноцитов, это указывает на усилении глюкокортикоидной активности коры. Наряду с утолщением пучковой зоны, у животных опытной группы достоверно (р 0.05) снизилась толщина сетчатой зоны (с 79.5 ± 1.8 мкм до 59.5±1.8 мкм ) по сравнению с контрольной группой. Эта зона коры НП продуцирует стероидные гормоны, основным из ко торых является дегидроэпиандростерон-сульфат (ДЭАС), играющий важную роль в обеспече нии стрессоустойчивости организма и предотвращении стресс-индуцируемой патологии (Обут, 2006). С учетом этих данных обнаруженный факт может указывать на снижение ре зервных возможностей органа.

3. Анализ содержания гормонов в гомогенатах ткани надпочечников белых беспо родных мышей при хроническом облучении в малых дозах (20.0-22.6 сГр при мощности дозы 400 мкГр/ч) показал, что использованный режим облучения вызывает выраженный подъем уровня кортикостерона (с 44 ± 11 в контроле до 76 ± 3 нг, р 0.01) и значительное снижение уровня альдостерона (соответственно с 121 ± 37 до 68±25 нг, р 0.01). Данные изменения хо рошо коррелируют с результатами морфометрического анализа: обнаружено достоверное уве личение толщины пучковой зоны коры НП за счет гипертрофии эпителиальных клеток. При этом у двух из 27 облученных животных наблюдали развитие в НП микроаденом.

Результаты морфологического анализа коры НП и изменения уровня гормонов показа ли, что низкоинтенсивное ИИ вызывает активизацию глюкокортикоидной активности у раз ных видов грызунов. Начиная с работ Г. Селье (1946), многочисленными исследованиями показано, что одними из наиболее важных регуляторов, участвующих в реализации общего адаптационного синдрома при различных формах стресса, являются глюкокортикоидные гормоны. Существует представление, что ионизирующая радиация вызывает стресс-эффект в широком диапазоне доз. Что касается малых доз ИИ, то полагают (Барабой и др., 1992), что стрессовый характер реакции связан главным образом с длительностью воздействия и отсут ствием полноценной адаптации к нему. Однонаправленный характер изменений в НП, выяв ленный у животных в природных условиях и в эксперименте в ответ на воздействие низко интенсивного ИИ, убедительно показывает, что именно гиперактивность коры НП, как уни версальная неспецифическая реакция, является общим механизмом ответной реакции систе мы на хроническое облучение в малых дозах. Поскольку глюкокортикоиды обладают мощ ной антиокислительной активностью (Барабой, Олейник, 1999), подобная реакция НП может быть направлена на предотвращение избыточных процессов внутриклеточного окисления, развивающихся в условиях длительного низкоинтенсивного облучения.

Проведенные эксперименты на полевках-экономках, беспородных белых мышах и кры сах линии Вистар свидетельствуют о достаточно высокой чувствительности изученных эн докринных желез к внешнему -излучению в дозах, характерных для слабо- и средне- загряз ненных радионуклидами территорий 30-километровой зоны ЧАЭС и участков с ПЕРФ. В це лом, наблюдаемые вариации морфометрических параметров изученных желез отражают за кономерные изменения их функциональной активности в физиологических пределах, они направлены на поддержание гомеостаза в измененных условиях и носят компенсаторно приспособительный характер.

4. Выявление генотоксических повреждений щитовидной железы после хрониче ского внешнего облучения разной мощности дозы.

Известно, что одним из информативных и быстрых способов индикации цитогенетиче ских повреждений является микроядерный тест (Schmid, 1975;

Heddle et al., 1991;

Fenech, 2000), для его постановки наиболее часто используются быстро обновляющиеся популяции клеток (гемопоэтические, семенников, покровного эпителия). В последние годы все чаще в ка честве клеточных систем биоиндикации генотоксических повреждений, основанной на оценке интенсивности образования микроядер, изучаются медленно обновляющиеся популяции, предварительно стимулированные к делению;

наиболее подробно в этом плане исследованы гепатоциты (Tates et аl., 1986;

Урываева, Делоне, 1992). Не менее перспективной и гораздо бо лее слабо изученной клеточной тест-системой является фолликулярный эпителий ЩЖ. Из вестно, что многие техногенные факторы (мутагены, радионуклиды и др.) способны индуци ровать развитие патологических изменений органа, сопровождающихся усилением пролифе рации и повреждением генома железистых клеток (Tallini, 2002;

Krohn et аl., 2005). Показано, что микроядерный тест на модели предварительно стимулированных к размножению фолли кулярных тироцитов в опытах in vivo, является чувствительным методом оценки интенсивно сти влияния метилнитрозомочевины на тиреоидную паренхиму, при этом удается зарегистри ровать кумулятивный эффект субпороговых доз мутагена (Павлов и др., 2006).

Крысы линии Вистар (24 взрослых самца) были разделены на две опытные группы, по глощенные дозы облучения составили соответственно 5 сГр за 80 дней облучения (мощность 2.0-2.5мкГр/ч) и 50 сГр (55 дней при мощности дозы 40 мкГр/ч).

С целью оценки влияния кластогенного эффекта ИИ (Алов,1972) проводили дополни тельные эксперименты по морфологическому и морфометрическому анализу микроядер на модели предварительно стимулированных к размножению фолликулярных тироцитов при действии на организм крыс острого -излучения (установка «Рокус М» с источником 60Co, мощность дозы – 1.847 сГр/с, поле облучения 24 х 24 см). В качестве стандартной модели индукции пролиферации тироцитов использовали левостороннюю гемитироидэктомию (Гансбургский и др., 2000). Операции проводили под общим гексеналовым наркозом, крыс забивали на 10-й день эксперимента. 17 оперированным крысам проводили однократное об лучение всего организма через 48 ч. после операции в дозах 0.5;

1.0;

2.0 и 4.0 Гр (на каждую дозу изучено по 4-5 животных).

Результаты наших исследований показали, что спонтанный уровень содержания тиро цитов с микроядрами в щитовидной железе интактных крыс составил в среднем 0.2 %. Эти значения сопоставимы с данными других исследователей (Фраш, Ванчугова, 1987;

Cliet et аl., 1989;

Башлыкова, 2000), полученными при изучении красного костного мозга (0.2-0.5 %) и печени мышей (0.25-0.33 %).

Эффект воздействия -излучения на частоту обнаружения тироцитов с микроядрами. В условиях острого облучения гемитиреоидэктомированных животных однократная доза 0.5 Гр не приводит к увеличению содержания микронуклеированных тироцитов по сравнению с контро лем (табл.4). В диапазоне 1-2-4 Гр обнаруживается отчетливый линейный эффект выхода клеток с микроядрами от дозы облучения, описываемый уравнением линейной регрессии: у=0.063+0. x, где у – доля клеток с микроядрами, х – доза облучения, Гр (r= +0.798;

р 0.01).

В условиях хронического эксперимента у интактных крыс, облучавшихся в течение суток и накопивших минимальную дозу 5 сГр, так же как и у облучавшихся 55 суток и нако пивших дозу 50 сГр, обнаружено статистически достоверное трехкратное превышение час тоты обнаружения клеток с микроядрами по сравнению с контрольной группой;

в обеих опытных группах выход клеток с микроядрами и среднее число микроядер в расчете на аберрантную клетку не зависело от дозы.

Таблица 4.

Частота образования тироцитов с микроядрами в щитовидной железе у крыс после острого и хронического воздействия -излучения организма (Х ± sx) Серия опытов, Среднее количество микро Частота клеток с суммарная доза ядер в микронуклеирован микроядрами, % облучения, Гр ной клетке Острое облучение гемитироидэктомированных крыс Контроль 0.21 ± 0.03 1. 0.5 0.20 ± 0,04 1. 1, 1.0 0.35 ± 0,05 1.. 1, 2.0 0.75 ± 0.14 1. 1.28 ± 0.18 1, 4.0 1. Хроническое облучение интактных животных Контроль 0.20 ± 0.04 1. 0.67 ± 0.11 0.05 1. 0.5 0.60 ± 0.05 1. 1 – отличие от контроля достоверно, p 0.05;

– отличие от предыдущей группы достовер но, p 0.05.

Морфометрический анализ ядерных структур аберрантных тироцитов. При остром облучении, вызывающем преимущественное повреждение хромосом (кластогенный эффект), выявляются только мелкие микроядра, составляющие в среднем 7.6 % суммарного объема ядерного аппарата аберрантной клетки (в контроле – 22.2, p 0.05). Изучение распределения микроядер по размерным классам их относительной площади (за 1.0 была принята общая площадь ядерных структур аберрантной клетки) однозначно показало, что для острого облу чения характерен специфический характер кривой (рис. 7): не менее 95 % эксперименталь ных точек лежало в интервале 0.01-0.19 (модальное значение 0.07). Поэтому уровень 0. выбран в качестве границы между двумя размерными классами микроядер – мелкими (А), образовавшимися в результате кластогенного действия на тироциты и крупными (В), пред положительно связанными, по данным K. Vanderkerken et аl., (1989), B.M. Schneider et аl., (1995), с анеугенными повреждениями.

У контрольных животных доля классов мелких и крупных микроядер составила 41.2 и 58.8 %. При хроническом облучении, по сравнению с интактными животными, происходит снижение средних размеров микроядер в 1.4-2.0 раза за счет сдвига соотношения размерных классов в сторону более мелких добавочных ядерных телец: соответственно доля микроядер класса А, составила 85.7 % (0.05 Гр) и 75 % (0.5 Гр), а класса В – 14.3 % (0.05 Гр) и 25 % (0. Гр). При анализе кривых распределения микроядер по размерным классам обнаружено (рис.

7), что в обеих опытных группах выявляется характерный подъем с модальным классом 0.07, аналогичный таковому в эксперименте по острому облучению гемитиреоидэктомированных крыс. Это убедительно свидетельствует о радиогенном характере наблюдаемых изменений.

% 35 А В 15 0,01 0,04 0,07 0,1 0,13 0,16 0,19 0,22 0,25 0,28 0,31 0,34 0,37 0,4 0, Рис.7. Распределение (%) микроядер тироцитов крыс по классам площади (А - мелкие, В – крупные) в контроле (1), при остром (2) и хроническом -облучении организма (3,4). По горизонтали – средняя площадь микроядра в относительных единицах (за 1,0 принята общая площадь ядерных структур аберрантной клетки).

Таким образом, исследование влияния длительного воздействия низкоинтенсивного излучения в дозах 5 и 50 сГр (мощность дозы – 25 и 400 мкГр/ч) на процессы формирования фолликулярных тироцитов с микроядрами в ЩЖ крыс линии Вистар показало, что такое воздействие вызывает трехкратное по сравнению с необлученными животными увеличение частоты микронуклеированных тироцитов при обеих использованных дозах. В основе фено мена усиленного формирования аберрантных тироцитов лежит активизация механизмов кла стогенного повреждения их генома. Хотя гиперчувствительность клеток в области малых доз радиации и индуцированная радиорезистентность с повышением дозы зафиксированы в экс периментах на многих клеточных линиях, механизмы, лежащие в основе этого феномена, до сих пор мало изучены. Наиболее убедительными объяснениями, на наш взгляд, являются: а) дефицит в облучаемых клетках ферментов репарации ДНК, синтез которых индуцируется более высокими дозами радиации;

б) генерация излучением в малых дозах активных форм кислорода, что ведет к аберрациям хромосом преимущественно хроматидного типа (Lambin et аl., 1994;

Шмакова и др., 2002,2006).

Полученные данные хорошо согласуются с имеющимися в литературе наблюдениями о том, что, по сравнению с другими разновидностями железистого эпителия, тироциты имеют повышенную устойчивость к действию стимулов, вызывающих апоптоз (Shirokawa et al., 2000;

Tallini, 2002). Поэтому при мутациях в них преимущественно активизируются системы репарации ДНК;

неполная репарация достаточно часто приводит к развитию повреждений хромосом и в конечном итоге может привести к появлению клонов опухолевых клеток (Sarasin et al.,1999;