CC BY
59
УДК 616-001.28/.29:538.56.029:5 77.158
ВЛИЯНИЕ ДЕЦИМЕТРОВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НАСОДЕРЖАНИЕ ВОССТАНОВЛЕННЫХ ТИОЛОВ В ПЕЧЕНИ КРЫС ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛЕТАЛЬНОЙ ДОЗЫ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
© 2011 Эминов А.У.
Институт физиологии им. А. И. Караева НАН Азербайджана
Целью данного исследования явилось изучение влияния неионизирующего электромагнитного излучения (ЭМИ) дециметрового диапазона на содержание различных тиолов и восстановленного глутатиона в печени крыс на фоне воздействия рентгеновским излучением влеталъной дозе. Показано, что облучение животных ЭМИ 460 МГц в течение
10 дней при плотности потока мощности 10 мкВт/см2 приводит к частичному восстановлению содержания белковых тиолов и глутатиона в печени, значительное снижение уровня которых наблюдалось в результате предварительного облучения летальной дозой рентгеновского излучения. Эффект восстановления содержания тиолов дециметровыми ЭМИ с течением времени после облучения ослабляется. Полученные результаты обсуждаются в контексте усиления антиоксидантной защитной системы организма под воздействием неионизирующих ЭМИ низкой интенсивности.
The basic aim of the research was to study the effect of low-intensity decimeter non-ionizing electromagnetic radiation (EMR) on the content of SH-groups and reduced glutathione in a rat liver after exposure to a lethal dose of X-ray radiation (6.9 Gr). It has been showed that exposure of animals to 460 MHz EMR with 10 mkW/cm2 power flux density in the course of 10 days results in partial restoration of protein thiol and glutathione content, considerable reduction of which was observed as a result ofproirradiation with a lethal dose of X-rays. Effect of thiol content restoration by means of low-intensity decimeter non-ionizing EMR weakens within the course of time after irradiation. Obtained results are considered in the context of enhancement of the antioxidant protection system of the organism by low-intensity non-ionizing EMR.
Ключевые слова: электромагнитные излучения, рентгеновское излучение, тиолы, глутатион, печень, антиоксидантное действие.
Keywords: Electromagnetic waves, X-rays, Thiols, glutathione, liver, antioxidant effect.
Изучение влияния электромагнитных излучений на живые организмы находится в центре внимания исследователей уже давно. Достаточно длительное время основной упор в наблюдении эффектов и выяснении механизмов действия делался на ионизирующие излучения, такие как ультрафиолетовое, рентгеновское
излучения, которые в силу высокой
энергии кванта могут взаимодействовать непосредственно с атомами и молекулами вещества, превращая их, в частности, в свободные радикалы. Последние несколько десятилетий охарактеризованы бурным ростом искусственных источников ЭМИ в радио- и микроволновом диапазонах, к которым относятся, в первую очередь, радиолокационные станции, средства
мобильной связи. И именно благодаря этому исследования влияния облучения живого организма неионизирующими ЭМИ получили широкое
распространение.
Биологическое действие
ионизирующего излучения проявляется в виде первоначальных физико-
химических процессов, происходящих в клетках и субстратах, окружающих эти клетки. Происходящие в клетках под действием ионизирующего излучения физико-химические и биохимические изменения приводят к нарушению жизнедеятельности клетки. Среди них можно отметить повреждение всех органоидов клеток, мембран
внутриклеточных структур - ядер, митохондрий, лизосом,
эндоплазматического ретикулума,
нарушение процесса окислительного фосфолирования в мембранах
митохондрий и т.д. [1, 5, 11. С. 700-705]. Причем свойство и степень радиационного повреждения прежде всего зависят от дозы облучения.
Неионизирующие ЭМИ различной частоты и интенсивности вызывают разнообразные биологические эффекты, включая активацию ряда онкогенов, угнетение иммунной системы, различные неврологические симптомы, нарушение функции гипоталамо-гипофизарной и репродуктивной систем и, наконец, увеличивают риск возникновения новообразований [19. С. 599-606].
Считается, что самыми чувствительными к воздействию неионизирующих ЭМИ являются эндокринная и центральная нервная системы [4. С. 26-32; 14. С. 187191]. Механизмы биологического действия неионизирующих
электромагнитных излучений на сегодня неизвестны, однако в литературе существуют различные гипотезы, среди которых одна из наиболее обсуждаемых
- свободнорадикальный окислительный механизм действия микроволновых излучений [2. С. 186-191; 16. С. 161-168]. Для выявления эффекта
свободнорадикального действия
неионизирующих ЭМИ в различных исследованиях на молекулярно-
клеточном и надклеточном уровнях используют изменения процесса перекисного окисления липидов (ПОЛ), который является составной частью клеточного метаболизма, и нарушения, происходящие в ее течении, могут привести к развитию различных патологических состояний.
Интенсивность свободнорадикальных процессов в клетке зависит от состояния антиоксидантной защитной системы. Регуляция уровня пероксидов и свободных радикалов в тканях обеспечивается разными ферментными системами и природными
антиоксидантами. Наряду с
ферментными антиоксидантами (к ним относятся супероксиддисмутаза,
глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза, каталаза и др. [7. С. 281-284; 8. С. 18-22]), в защите
организма от эндогенных и экзогенных окислителей важную роль играют тиолы
- высокомолекулярные (белковые) и низкомолекулярные соединения с 8Н-группами, которые, легко подвергаясь окислению, предохраняют клеточные компоненты от окислительного повреждения. Тиолы являются незаменимыми метаболитами в мышечном сокращении, окислительном фосфорилировании, делении клеток, передаче нервных импульсов, поддержании уровня биологически активных веществ, активировании и транспортировке жирных кислот, обезвреживании чужеродных веществ и металлов, поступающих в организм выше допустимой дозы, и регулировании митотического аппарата клеток [17. Р. 763-772]. Глутатион - трипептид из аминокислот глицина, цистеина и глутаминовой кислоты - представляет собой очень важный антиоксидант, который встречается во всех тканях организма, в частности в печени в миллимолярных количествах.
Неионизирующие ЭМИ в зависимости от интенсивности оказывают
разностороннее воздействие на уровень ПОЛ в организме. Опираясь на литературные данные и результаты наших исследований, можно предположить, что
ионизирующее рентгеновское излучение активизирует ПОЛ [13. С. 414-422].
Учитывая антиоксидантный характер воздействия низкоинтенсивного
неионизирующего ЭМИ [3. С. 13-17; 12. С. 216-222; 15. С. 19], было бы
целесообразным изучить влияние облучения организма микроволнами после воздействия на него рентгеновским излучением.
Цель данной работы - выявить эффект влияния дециметрового ЭМИ низкой интенсивности на содержание 8Н-групп (легкодоступных, расположенных на поверхности белков и скрытых в их структуре) и глутатиона в тканях печени после воздействия летальной дозы рентгеновского облучения (6,9 Гр).
Материалы и методы
Исследования проводились на белых беспородных крысах, содержащихся в обычных условиях вивария. Белые крысы весом 180±20 гр были разделены на 4 группы: I группа - интактные животные; II группа - животные, подвергающиеся облучению летальной дозой рентгеновского излучения; III группа - животные, подвергающиеся облучению дециметровым ЭМИ 460 МГц; IV группа - животные, подвергающиеся облучению
последовательно рентгеновским и дециметровым излучениями.
Рентгеновское облучение проводилось на аппарате «РУМ-17» при следующих параметрах: напряжение - 180 кВ, сила тока - 15 мЛ, фильтры 0,5 мм Си + 1,0 мм Л1, фокусное расстояние 30 см, без тубуса, мощность дозы - 0,86 Гр/с. Общая доза облучения животных рентгеновским излучением составляла 6,9 Гр. Облучение животных ЭМИ 460 МГц проводилось на аппарате «Волна-2» при выходной мощности 20 Вт. Низкоинтенсивное облучение
соответствовало плотности потока мощности 10 мкВт/см2 в камере облучения, где на время эксперимента находились крысы. Облучение животных ЭМИ 460 МГц после рентгеновского облучения проводилось в течение 10 дней, по 20 минут в день. Показатели во всех группах определялись через 1 час, 3
и 6 дней после облучения. Экспериментальные животные
подвергались декапитации под
уретановым наркозом согласно принципам Международной Конвенции; суммарная доза наркоза соответствовала 008-0,1 гр гексенала на 1 кг веса животного.
Содержание различных типов
сульфгидрильных групп в гомогенате (легкодоступных, находящихся на поверхности белков (ЛД-SH-rpynnbi) и структурно-замаскированных белковых SH-rpynn (СЗБ-SH-rpynnbi)) определяли по методике Ellman (1959) с некоторыми модификациями Sedlak J., Lindsey R.N. (1968) [18. C. 192-205].
О статистической значимости выявленных различий между группами судили по t-критерию Стьюдента [10]. Вычисления проводились при помощи статистических программ Microsoft Excel (0ffice-2003).
Результаты и их обсуждение
В результате проведенных
исследований отмечена определенная динамика изменения содержания тиолов и глутатиона в тканях печени белых крыс при облучении рентгеновским
излучением с летальной дозой (6,9Гр), облучением дециметровым ЭМИ низкой интенсивности и при последовательном воздействии обоих видов излучений. В таблице и на рисунках (1-3) показана динамика изменений в тканях печени белых крыс после облучения летальной дозой рентгеновского излучения (6,9 Гр), хронического облучения дециметровым ЭМИ низкой интенсивности и при последовательном воздействии обоих излучений.
Как видно из таблицы, содержание легкодоступных SH-групп печени через час после облучения животных летальной дозой рентгеновского излучения (II группа) снижено на 45% по сравнению с группой интактных
животных, а через 3 и 6 дней после облучения - на 60%. Облучение
дециметровым ЭМИ низкой
интенсивности приводит к относительно небольшому снижению содержания ЛД-SH групп в печени по отношению к
интактным животным через час после облучения; через 3 дня после облучения ЭМИ снижение составляет 25%, а через 6 дней - 20% (рис. 1).
При последовательном воздействии летальной дозы рентгеновского
излучения и неионизирующего ЭМИ низкой интенсивности содержание ЛД-8Н групп через 1 час после облучения было близко к показателю группы интактных животных.
Таблица
Изменения содержания сульфгидрильных групп в печени белых крыс после воздействиялетальной дозойрентгеновского излучения (6,9 Гр) и дециметрового электромагнитного излучения 460 МГц низкой интенсивности (нмоль/мг белка),
M ± m, п = 10, p < 0,05 (по сравнению с группой интактных животных)
Определенные показатели Время определения показателей Виды излучений
Легкодоступные сульфгидрильные группы Интакт Рентгеновское излучение Электромагнитное излучение Рентгеновское и электромагнитное излучения
1 час 34,67 ± 1,10 18,81 ± 0,66 29,68 ± 0,25 ю" 6 ,2 0, +1 3 ,3 9, 2
3 дня 13,92 ± 0,04 26,08 ± 0,35 22,13 ± 0,30
6 дней 14,30 ± 0,03 27,79 ± 0,58 18,66 ± 0,06
Структурно- замаскированные белковые сульфгидрильные группы 1 час 22,71 ± 1,00 13,97 ± 0,38 17,84 ± 0,23 18,54 ± 0,22
3 дня 10,21 ± 0,07 16,88 ±0,21 20,59 ± 0,69 а’6’в
6 дней 10,74 ± 0,04 18,65 ± 0,11 15,54 ± 0,05
Глутатион 1 час 12,44 ± 0,45 8,34 ± 0,26 10,67 ± 0,08 0, 3 СО 1+ о 0 со о
3 дня 6,29 ± 0,06 9,90 ± 0,11 9,97 ± 0,02 б,г
6 дней 6,90 ± 0,04 10,75 ± 0,07 9,37 ± 0,10
Примечание: а -р>0,05 по сравнению с группой интактных животных, б -р<0,05 по сравнению с группой животных, подвергшихся облучению летальной дозой рентгеновского излучения, в -р<0,05 по сравнению с группой животных, подвергшихся облучению дециметровым ЭМИ, г -р>0,05 по сравнению с группой животных, подвергшихся облучению дециметровым ЭМИ
Однако по сравнению со II группой (летальная доза рентгена) этот показатель был выше на 55% (рис. 1). Между показателями III и IV групп достоверного отличия не наблюдалось. Через 3 дня после эксперимента содержание ЛД-8Н групп стало ниже на 35% показателя интактных животных, оставаясь на 60% больше, чем показатель по II группе. Через 6 дней содержание ЛД-8Н групп было меньше на 45% показателя интактных животных, больше на 30% II группы и меньше на 33% уровня этого показателя в III группе (рис. 1).
Как показано в таблице, через час после воздействия летальной дозы рентгеновского излучения содержание структурно-замаскированных белковых 8И-групп резко снизилось на 40%, а через 3 и 6 дней на 55% по сравнению с показателями интактных животных. При воздействии неионизирующих ЭМИ низкой интенсивности через час содержание СЗБ-8Н групп было на 20%, через 3 дня на 25%, а через 6 дня на 20% ниже показателя интактных животных.
При последовательном воздействии летальной дозы рентгеновского излучения и неионизирующих ЭМИ
низкой интенсивности через час
содержание СЗБ-8Н групп было ниже на 20% показателя интактных животных (рис. 2).
По сравнению со II группой
(летальная доза рентгена) содержание СЗБ-8Н групп оказалось больше на 33%, при сравнении с III группой (ЭМИ) показатели не имели достоверных
различий. Через 3 дня содержание СЗБ-8Н групп стало ближе к показателю интактных животных, при сравнении со
II группой этот показатель был в два раза больше, а при сравнении с III группой -на 20% больше. На 6-й день эксперимента содержание СЗБ-8Н групп было ниже на 30% показателя интактных животных, при сравнении со II группой -больше на 45% и приближался к показателям в III группе (рис. 2).
Как показано в таблице, через час после воздействия летальной дозы рентгеновского излучения содержание глутатиона (08Н) резко снизилось и стало на 35%, через 3 дня на 50%, а через 6 дней на 45% ниже показателя интактных животных. Через час после воздействия неионизирующего ЭМИ низкой интенсивности содержание 08Н было близко к показателю интактных животных, к 3-му дню эксперимента -
ниже на 20% показателя интактных приближалось к показателю интактных
животных, а через 6 дней вновь животных.
Рис. 1. Динамика изменения содержания легкодоступных сульфгидрильных групп в печени белых крыс после воздействия летальной дозойрентгеновского излучения (6,9Гр) и дециметровогоэлектромагнитного излучения 460МГц низкой
интенсивности
Рис. 2. Динамика изменения содержания структурно-замаскированных белковых сульфгидрильных групп в печени белых крыс после воздействия летальной дозой рентгеновского излучения (6,9Гр) и дециметрового электромагнитного излучения 460
МГц низкой интенсивности
Рис. 3. Динамика изменения содержания восстановленного глутатиона в печени белых крыс после воздействия летальной дозойрентгеновского излучения (6,9Гр) и дециметрового электромагнитного излучения 460 МГц низкой интенсивности
При последовательном воздействии летальной дозы рентгеновского излучения и неионизирующего ЭМИ низкой интенсивности через час содержание 08Н было больше на 25% показателя во II группе и достоверно не отличалось от показателя в III группе (рис. 3).
Через 3 дня содержание 08Н стало ниже на 20% показателя интактных животных, больше на 60% показателя во
II группе и было близко к показателю в
III группе. На 6-й день эксперимента наблюдалось снижение в содержании 08Н на 25% по сравнению с показателем интактных животных и вто же время при сравнении со II группой наблюдалось повышение этого показателя на 35%, что было близко к показателю в III группе (рис. 3).
Результаты проведенных исследований выявили, что воздействие рентгеновским излучением в летальной дозе приводит к явным изменениям в содержаниях ЛД-8Н, СЗБ-8Н групп и глутатиона в тканях печени белых крысах, что, в свою очередь, связано с усилением процесса ПОЛ [11. С. 700-705]. Известно, что 8Н-содержащие соединения в первую очередь подвергаются окислению под действием продуктов ПОЛ, образуя дисульфидные связи, и этим они предотвращают окисление других функциональных групп и молекул. Снижение уровня ЛД-8Н групп можно объяснить окислением тиоловых групп продуктами ПОЛ, резко
усиливающимися в результате облучения. 8Н-группы могут участвовать в образовании связей между ферментами, субстратами или кофакторами, то есть могут входить в состав участков связи апоферментов. Кроме того, 8Н-группы в некоторых случаях участвуют в
стабилизации каталитически активной конформации белковой молекулы ферментов. Именно поэтому окисление 8Н-групп приводит к нарушению
конформационной структуры ряда ферментов, что, в свою очередь,
способствует торможению активности
этих ферментов. Снижение содержания ЛД-8Н групп, в состав которых входят низкомолекулярные тиолы, выполняющие различные важные антиоксидантные функции, в свою очередь, приводят к снижению уровня СЗБ-8Н групп. Очень вероятно, что это связано с потерей структуры белков в результате прооксидантного действия рентгеновских излучений и окислительной модификацией белковых молекул клеток под действием продуктов свободных радикалов ПОЛ.
Глутатион в организме встречается как в окисленной - 0880, так и
восстановленной формах - 08Н. Это соединение, как и другие 8Н-содержащие белки, является
ингибитором активных форм кислорода и стабилизатором мембран [6. С. 46-54; 7. С. 281-284]: как компонент,
сохраняющий редокс-равновесие в клетках и тканях, в первую очередь, окисляясь, образует дисульфидные связи и тем самым выполняет
антиоксидантную функцию, что предотвращает окисление других
функциональных групп и молекул [13. С. 414-422]. Этим можно объяснить снижение содержания глутатиона в печени под воздействием летальной дозы рентгеновского облучения.
Таким образом, результаты данного экспериментального исследования
свидетельствуют об изменениях в
содержании различных тиоловых групп (в частности, поверхностно-расположенных и структурно-замаскированных белковых) и глутатиона в тканях печени белых крыс при воздействии рентгеновским излучением в летальной дозе (6,9Гр) и неионизирующим электромагнитным излучением низкой интенсивности дециметрового диапазона (частота 460 МГц) как в отдельности, так и в комбинации. Было выявлено, что содержание ЛД-8Н групп, СЗБ-8Н групп и 08Н во всех случаях после облучения резко снижается и с течением времени это понижение усугубляется. Это
свидетельствует о возможности, в
зависимости от времени, усиленного оксидантного воздействия на ткани печени рентгеновского излучения в летальной дозе.
Облучение животных ЭМИ низкой интенсивности приводит к
нивелированию интенсификации
процессов ПОЛ во всех тканях, что отражается и в антиоксидантной защитной системе. Так, было
установлено, что микроволны низкой интенсивности приводят к повышению активности фермента
глутатионредуктаза, играющего важную роль в антиоксидантной системе [12. С. 216-222; 15. С. 19]. Наши исследования выявили, что воздействие дециметровым ЭМИ низкой интенсивности
способствует незначительным
изменениям в содержании ЛД-8Н, СЗБ-8Н групп и глутатиона, а с увеличением срока воздействия уровень тиолов
приближается к показателям интактного контроля. Таким образом, облучение неионизирующим ЭМИ низкой
интенсивности способствует
активизации защитной системы глутатиона и за счет этого играет важную роль в поддержании стационарного уровня эндогенных тиолов.
Из литературных данных известно, что неионизирующие ЭМИ низкой
интенсивности, снижая процессы ПОЛ и активизируя антиоксидантную защитную систему в тканях печени, проявляют
антиоксидантное действие [1], что, по-видимому, и объясняет полученные нами результаты.
При последовательном воздействии летальной дозы рентгеновского излучения и дециметрового ЭМИ низкой интенсивности резко сниженные после воздействия рентгеновским излучением в летальной дозе содержания ЛД-8Н групп, СЗБ-8Н групп и 08Н, после, при облучении с частотой 460 МГц, повышаются. Предварительное облучение животных ЭМИ низкой интенсивности, ингибируя свободнорадикальные
процессы, способствует усилению антиоксидантной системы организма, что, в свою очередь, модифицирует изменения, происходящие в результате окислительного действия рентгеновского излучения. Предотвращение структурных изменений в клетках и тканях существенно повышает резистентность организма к действию лучевого поражения.
Таким образом, полученные
экспериментальные данные
свидетельствуют о способности
неионизирующих ЭМИ низкой интенсивности предотвращать, в некоторой степени, вредные воздействия на организм ионизирующих излучений. Дальнейшее развитие подобного рода исследований может иметь большое значение в решении проблемы защиты организма от негативных последствий ионизирующих излучений.
Примечания
1. АдоА. Д. Патологическая физиология. М. : Медицина, 2000. 607 с. 2. Васильева Е. Г. Механизм влияния электромагнитных полей на живые организмы // Вестник АГТУ. 2008. № 3(44). С. 186191. 3. Гаджиев А. М., Мусаев А. В., Исмаилова Л. Ф. Влияние микроволн дециметрового диапазона на тиоловую систему защиты в зрительных структурах // Физиотерапия, бальнеология, реабилитация. 2005. № 6. С. 13-17. 4. Григорьев О. А. Электромагнитные поля и здоровье человека. Состояние проблемы // Энергия: Экон., техн., экол. 1999. № 5. С. 26-32. 5. Зайко Н. Н., Быць Ю. В., Атаман А. В. Патологическая физиология. К. : Логос, 1996. 640 с. 6. Калинина Е. В., Чернов Н. Н., Алеид Р. Современные представления об антиоксидантной роли глутатиона и глутатионзависимых ферментов // Вестник РАМН. 2010. № 3. С. 46-54. 7. Луцкий М. А., Боготишев О. А., Фролов В. М. Активность эндогенной системы антиоксидантной защиты организма // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2010. Т. 9. № 2. С. 281-284. 8. Немцова Е. Р., Уткин М. М., Звягин А. А. Антиоксиданты в интенсивной терапии // Российский медицинский журнал. 2006. № 4. С. 18-22. 9. Павлов А. Н. Воздействие электромагнитных излучений на жизнедеятельность // Учебное пособие. М. : Гелиос АРВ, 2002. 224 с. 10. Урбах В. Ю. Вариационная статистика для биологов и медиков. М. : Изд-во АН СССР, 1962. 321 с. 11. Чиженкова Р. А. Импульсные потоки популяций корковых нейронов при СВЧ-облучении: межспайковые интервалы // Радиационная биология. Радиоэкология. 2001. V. 41. № 6. С. 700-
705. 12. Шабанова А. Б., Юсифов Э. Ю. Изучение активности глутатионредуктазы в тканях зрительной системы молодых и взрослых крыс, облучаемых дециметровыми микроволнами // Вопросы физиологии и биохимии / Сб. науч. тр. Института физиологии НАН Азерб. Баку, 2002. Т. 20. С. 216-222. 13. Arrigo A. P., Virot S., Chaufour S., Firdaus W., Kretz-Remy C., Diaz-Latoud C. // Antioxid. Redox Signaling. 2005. V. 7. P. 414-422. 14. Barquinero J., Barrios L., Cabbalin M. et al. Occupational exposure to radiation induces an adaptive response in human lymphocytes // In. J. Radiat. Biol. 1995. V. 65. № 2. P. 187-191. 15. Ismailova L., Shabanova A., Yusifov E., Hajiyev A. Adaptive changes of redox status in rat brain tissues due to decimeter microwave irradiation // Iranian Journal of Pharmaceutical Research. 2004. № 3. P. 19. 16. Kula B., Sovczak A., Kuska R. A study of the effects of static magnetic fields on lipid peroxidation products in subcellular fibroblast fractions // Electromagnetic Biol. and Med. 2002. V. 21. № 2. P. 161-168. 17. Moran L., Gutteridge J., Quinlan G. Thiols in cellular redox signaling and control // Curr. Med. Chem. 2001. V. 8. № 7. P. 763-772. 18. Sedlak J., Lindsey R. Estimation of Total, Protein-Bound and Nonprotein Sulfhydryl Groups in Tissue with Ellman's Reagent // Analit. Biochem. 1968. V. 25. P. 192-205. 19. Sqtronova V. G., Gabdoulkhakova A. G., Santalov B. F. Immunomodulating action of low intensity millimeter waves on primed neutrophils // Bioelectromagnetics. 2002. V. 23. P. 599-606.
Статья поступила вредакцию 25.09.2011 г.
