Biochemical analysis of liver in small wood mouse (Apodemus uralensis), trapped within the East-Urals radioactive trace.pdf Введение Оценка воздействия последствий радиоактивного загрязнения окружающей среды на живые организмы является важной комплексной задачей современной биологии и медицины в связи с появлением обширных территорий, пострадавших в результате крупных аварий, выбросов радиоактивных веществ на объектах ядерного топливного цикла и испытаний ядерного оружия. Исследования на мелких млекопитающих, обитающих на загрязненных территориях, могут послужить отправной точкой для экстраполяции данных наблюдений на физиологию человека. Структурно-функциональные оценки состояния печени рассматриваются многими авторами как неспецифические интегральные показатели биологического действия на организм различных неблагоприятных факторов [1, 2]. В работах последних лет [3-5] показана высокая чувствительность гепатоцитов к повреждающему воздействию малых доз радиации в природной среде обитания мелких млекопитающих. Между тем практически отсутствуют данные по модификации возрастных изменений этого органа животных в условиях радиоактивного загрязнения. Исходя из этого целью данного исследования явилось изучение структурно-функциональных особенностей ткани печени, формирующихся под влиянием радиационного фактора (зона Восточно-Уральского радиоактивного следа - ВУРС), с учетом возрастной гетерогенности особей в популяции. Материалы и методики исследования Объектом исследования послужила малая лесная мышь (Apodemus uralen-sis Pallas, 1811) как доминирующий вид в фауне мелких грызунов территории ВУРСа. Животные отловлены в августе - октябре 2002-2010 гг. на участке головной части ВУРСа (55°46' с.ш., 60°52' в.д.) с плотностью загрязнения почвы по 90Sr от 6740 до 16690 кБк/м2, расположенном в 13 км от эпицентра Кыштымской аварии, и сопредельном к нему фоновом участке (55°48' с.ш., 60°00' в.д.), принятом за контроль с уровнем 90Sr 43,7 кБк/м2 [6]. Расстояние между участками отлова по прямой составляет около 8 км; доля мигрантов по радиометрическим данным - от 0 до 18%, что подтверждает относительную изоляцию облучаемых популяций грызунов зоны ВУРСа [7]. В исследование включено 115 особей в возрасте от 2 до 4 месяцев, не созревших и не размножающихся в год своего рождения, отличающихся замедленными темпами роста и развития (II тип онтогенеза) с общей продолжительностью жизни 13-14 месяцев. Принадлежность зверьков к этой группировке определяли по массе тела, состоянию зубной и генеративной систем [8, 9]. Для анализа структурных компонентов ткани исследовали содержание в печени общих липидов, воды, ядерных и цитоплазматических белков, гликогена и нуклеиновых кислот (ДНК, РНК). Орган взвешивали, гомогенизировали в трис-HCl (0,025моль/л) буферном растворе (рН = 7,4), содержащем 0,175 моль/л хлорида калия. Из приготовленного гомогената извлекали нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) путем щелочного (0,6 моль/л KOH) и кислотного (0,5 моль/л НСЮ4) гидролизов [10], липиды - с помощью смеси (2:1) этанол : петролейный эфир [11], гликоген - путем щелочного гидролиза с последующей обработкой гидролизата этанолом [12]. Выделение ядерных и цитоплазматических белков проводили методом дифференциального центрифугирования [13] c модификацией [14]. Для учета содержания воды в органах навески тканей подвергали тепловой обработке в сушильном шкафу при 105°С [11]. Количественный анализ проводили колориметрическими и спектрометрическими методами по качественной реакции: общих липидов -с фосфованилиновым реагентом [15]; белка - с органическим красителем кумасси бриллиантовый голубой G250 [16]; РНК и ДНК - с дифениламином [17]; гликогена - с йодным реактивом [18]. Статистическая обработка полученных данных и построение графиков выполнены в программе Statsoft STATISTICA for Windows 7.0 c использованием регрессионного, дисперсионного и дискриминатного анализов [19], статистическая значимость установлена по t-критерию Стьюдента при p < 0,05. Результаты исследования и обсуждение Масса тела в изучаемых выборках варьирует от 12 до 23 г, что связано, прежде всего, с одновременным присутствием на участках отлова представителей различных когорт (весенних, летних и осенних), различающихся календарным возрастом - от 2 до 4 месяцев. Регрессионный анализ указывает на прямую зависимость массы печени от массы тела животных как в контроле (R2 = 0,67;p < 105), так и на ВУРСе (R2 = 0,69;p < 105). Статистически значимое увеличение у животных зоны ВУРСа значения коэффициента b} уравнения регрессии (ВУРС: 68,4±6,1; контроль: 47,1±4,3), графически выражающееся повышением угла наклона кривой к оси абсцисс (рис. 1), свидетельствует о более высокой интенсивности роста органа на радиоактивно загрязненной территории с возрастанием степени отклонения от «нормы» по мере увеличения массы (возраста) животных. Рис. 1. Зависимость массы печени от массы тела животных, отловленных на контрольной и радиоактивно загрязненной (ВУРС) территориях / Fig. 1. Dependence of the liver weight from the body weight of the animals trapped on the control (Контроль) and radioactively polluted territories (ВУРС). Mean value and 95% confidence interval (on the ordinate axis - Liver weight (mg), on the abscissa axis - Body weight (g)) В качестве клеточно-тканевых механизмов, обусловливающих увеличение массы печени, авторами [20-22] рассматриваются процессы пролиферации гепатоцитов, их полиплоидия, а также увеличение цитоплазматического объема за счет гидратации и накопления в клетках резервных питательных веществ в виде гликогена и липидов. Установленная зависимость содержания структурных компонентов печени от массы тела (рис. 2) указывает на особенности в механизмах увеличения массы органа у животных из зоны ВУРСа. По мере роста животных зоны ВУРСа содержание цитоплазматических белков, РНК, воды и общих липидов в печени увеличивается в большей степени, чем в контроле, что подтверждается при сравнении коэффициентов b1 уравнений регрессии (таблица: b контроль < Ь1 ВУРС). Менее выраженный вклад в возрастную изменчивость органа вносит содержание ДНК, гликогена и ядерных белков: b1 контроль > b ВУРС. Таким образом, более высокая интенсивность роста печени на загрязненной территории определяется, прежде всего, процессами гипертрофии цитоплазмы клеток за счет гидратации, накопления липидов и РНК. При этом менее выраженные по сравнению с контролем процессы биосинтеза ДНК и ядерных белков, гликогена свидетельствуют об ограничении участия пролиферации, полиплоидизации гепатоцитов и их гликоген-синтезирующей активности в увеличении массы печени. Значение коэффициента b1 уравнений регрессии на базе зависимости содержания структурных компонентов печени (Y) от массы тела (X): результаты простой линейной регрессии Y = b0+ bt • X / Value of regression equations coefficient bv basing on dependence of the content of structural liver components (Y) from the body weight (X): results of simple linear regression Y = b0+ bt • X Y Контроль / Control ВУРС / The EURT area Ь±Ц t (55) ь±ц t (56) Вода / Water 33,1±6,2 10,8 55,2±9,4 11,7 Цитоплазматические белки / Cytoplasmic proteins 5,5±1,1 9,8 12,0±1,4 15,7 Ядерные белки / Nucleoproteins 1,4±0,1 10,8 1,0±0,1 18,9 Гликоген / Glycogen 10,2±1,6 13,0 7,0±0,8 15,7 Общие липиды / Total lipids 1,8±0,5 7,0 5,2±0,8 11,9 ДНК/DNA 0,52±0,16 6,3 0,30±0,05 10,3 РНК/RNA 0,27±0,10 5,1 0,84±0,16 9,4 Примечание. В таблице приведено значение коэффициента b1 его 95%-ный доверительный интервал (ц) / Note. The table shows the value of the coefficient b1 its 95% confidence interval (ц). Эти изменения отражают проявление у животных ВУРСа, согласно этапам онтогенеза [20-22], функционально более зрелых гепатоцитов, для ко- Масса тела, г Масса тела, г Л ВУРС Ж Контроль Рис. 2. Зависимость содержания структурных компонентов печени от массы тела животных, отловленных на контрольной и радиоактивно загрязненной (ВУРС) территориях / Fig. 2. Dependence of the content of liver structural components (mg, on the ordinate axes) from the body weight (g, on the abscissa axis) of the animals trapped on the control and radioactively polluted territories: A - Water, mg/organ; B - Glycogen, mg/organ; C - Cytoplasmic proteins, mg/organ; D - Total lipids, mg/organ; E - Nucleoproteins, mg/organ; F - RNA, DNA, mg/organ торых характерна более высокая насыщенность субклеточными компонентами в виде липидных капель, гидропических вакуолей, рибосомальных структур как результат активизации тканеспецифических функций. Рост отклонений от «нормы» по мере увеличения массы (возраста) животных (рис. 3) отражает значимость такого фактора, как время жизни организма в условиях радиоактивного загрязнения. Рис. 3. Положение групп животных с различной массой тела (I, II, III) в пространстве двух дискриминантных канонических функций (DCF): 95%-ные эллипсоиды. I - от 12,43 до 15,87 г; II - от 15,87 до 19,31 г; III - от 19,31 до 22,75 г. Дискриминантый анализ проведен по комплексу 7 исследованных биохимических показателей / Fig. 3. Position of groups of animals with different body weight (I, II, III) in the space of two discriminant canonical functions (DCF): 95 percent ellipsoids. I - 12.43-15.87 g; II - 15.87-19.31 g; III - 19.31-22.75 g. Discriminant analysis was carried out basing on 7 studied biochemical parameters Учитывая поливалентность грызунов с неспецифическим «триггер-механизмом» переключения развития со II типа онтогенеза на I тип, отличающийся укороченным (3-5 месяцев) жизненным циклом [8, 23], выявленные различия между контрольными и импактными животными следует рассматривать как онтогенетическую внутривидовую изменчивость в скорости роста и дифференцировки ткани [24]. Радиационное воздействие, требующее функционально-метаболической активации жизненно важных физиологических систем, обусловливает укороченный период становления дефинитивных структур органа и их фиксацию на более ранних, чем в контроле, этапах онтогенеза. Установленный ранее факт увеличения на ВУРСе доли особей I типа онтогенеза [25] и собственные результаты характеризуют эффекты хронического облучения как эпигенетический механизм переключения развития грызунов на более короткий жизненный цикл. Заключение Проведенный биохимический анализ печени лесных мышей (Apodemus uralensis), отловленных на фоновой (контрольной) территории и в зоне влияния Восточно-Уральского радиоактивного следа, позволил установить структурно-функциональные изменения органа, формирующиеся под влиянием радиационного фактора. Печень не созревших сеголеток зоны ВУРСа в возрасте от 2 до 4 месяцев и массой тела от 12 до 23 г характеризуется более высокой, по сравнению с контролем, интенсивностью роста, обусловленной усилением гидратации, накопления цитоплазматических белков, липидов и РНК как признаков активизации тканеспецифического метаболизма и наличия функционально более зрелых форм клеток. Менее выраженные процессы биосинтеза ДНК и ядерных белков, гликогена указывают на ограничение участия пролиферации, полиплоидизации гепатоцитов и их гликоген-синтезирующей активности в увеличении массы печени. При этом степень отклонения от «нормы» структурно-функциональных характеристик органа по мере увеличения массы (возраста) животных возрастает. Выявленные эффекты радиационного воздействия следует рассматривать как эпигенетический механизм переключения развития грызунов на более короткий жизненный цикл, обусловливающий увеличение скорости роста и дифференцировки ткани.

Скачать электронную версию публикации