Влияние воды с пониженным содержанием дейтерия и кислорода 18 о на развитие лучевых повреждений в организме мелких лабораторных животных при низких дозах гамма-облучения
Скачать 426.57 Kb.
|
На правах рукописиРАКОВ Денис Вячеславович Влияние воды с пониженным содержанием дейтерия и кислорода 18О на развитие лучевых повреждений в организме мелких лабораторных животных при низких дозах гамма-облучения 14.00.32 авиационная, космическая и морская медицина АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва — 2007 Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации – Институте медико-биологических проблем Российской академии наук Научные руководители: доктор медицинских наук Федоренко Борис Сергеевич доктор технических наук, профессор Синяк Юрий Емельянович Официальные оппоненты: доктор биологических наук, Восканян Каринэ Шаваршовна кандидат медицинских наук, Агуреев Александр Никитович Ведущая организация: ФГУ "Российский научный центр рентгенорадиологии Росмедтехнологий" Защита диссертации состоится «_____» _____________ 2007 г. в ______ часов на заседании диссертационного совета К 002.111.01 в ГНЦ РФ – Институте медико-биологических проблем РАН по адресу: 123007, Москва, Хорошевское шоссе, д. 76 а. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ – Института медико-биологических проблем РАН Автореферат разослан «_____» ________________ 2007 г. Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Пономарева И.П. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы Освоение ближнего и дальнего космического пространства требуют решения целого ряда задач, одной из которой является обеспечение необходимой радиационной безопасности экипажа космических аппаратов. В современных условиях дозы ионизирующих излучений, получаемые космонавтами за время длительных полетов, не превышают допустимых уровней облучения, однако при межпланетных полетах они могут значительно увеличиваться. В таких случаях физическая защита пилотируемого аппарата может оказаться недостаточной для обеспечения необходимого снижения радиационной нагрузки на экипаж. Кроме того, возможно возникновение внештатных ситуаций, связанных с выходом космонавта в открытый космос. Возможность радиационного воздействия может существенно увеличиваться, и тем самым выполнение поставленных задач будет затруднено. В связи с этим возникает необходимость поиска способов повышения общей резистентности организма космонавтов, находящихся в условиях герметически замкнутого объекта, причем такие, которые могли бы использоваться на протяжении длительного времени, не вызывая побочных эффектов и оказывая достаточно надежную защиту организма. В связи с этим научный и практический интерес представляет экспериментальное изучение воды с пониженным содержанием стабильного изотопа водорода – дейтерия (дейтерия и кислорода 18О) на биологические объекты с целью снижения последствий радиационного воздействия. Введение в систему жизнеобеспечения космонавтов потребляемой воды со сниженным содержанием дейтерия (дейтерия и кислорода 18О) позволило бы осуществить две важные задачи: обеспечить водный режим организма космонавтов высококачественной питьевой водой и повысить радиорезистентность. За рубежом предпринимаются попытки использовать воду с измененным изотопным составом с целью снижения лучевых повреждений в периоде восстановления после лучевой терапии злокачественных новообразований, а также торможения роста злокачественных новообразований [Somlyai, 2002 г]. Активно рекламируют потребление такой воды коммерческие структуры. Однако в настоящее время фактически отсутствуют обстоятельные исследования влияния воды с пониженным содержанием дейтерия на биологические объекты и функции организма, позволяющие использовать её в практических целях. Не выяснены окончательно также механизмы биологического действия такой воды. Цель работы: Целью проведенного исследования явилось - изучить влияние воды с пониженным содержанием дейтерия (дейтерия и кислорода 18О) на развитие лучевых повреждений при действии низких доз гамма-излучения 60Со и возможность ее использования при космических полетах и в области практической медицины Задачи исследования предполагали: - Изучение влияния воды со сниженным содержанием дейтерия на организм здоровых животных. - Выяснение радиопротекторных свойств воды с пониженным содержанием дейтерия и кислорода 18О при многократном облучении экспериментальных животных гамма – лучами 60Co в суммарных дозах 0,25; 0,50; 1,0 Гр. - Изучение динамики формирования цитоморфологических изменений тимуса и селезенки мышей после многократного воздействия гамма – излучения в низких дозах в обычных условиях и в условиях предварительного использования воды с пониженным содержанием дейтерия кислорода 18О. - Анализ частоты и сроков возникновения радиационно индуцированных помутнений хрусталика у мышей и новообразований у крыс после длительного применения протиевой воды. Научная новизна Впервые получены научные данные по изучению влияния длительного использования воды с пониженным содержанием дейтерия (дейтерия и кислорода 18О) на развитие лучевых повреждений в организме экспериментальных животных. Проведен сравнительный анализ клеточных изменений в периферической крови экспериментальных животных и кариоцитов костного мозга мышей, длительно принимавших воду с пониженным содержанием дейтерия и кислорода 18О до и в период облучения. Изучены цитологические изменения в органах иммунной системы экспериментальных животных. Установлено снижение степени развития лучевых повреждений у экспериментальных животных, длительно принимавших воду с пониженным содержанием дейтерия и кислорода 18О до облучения и в процессе проведения эксперимента, проявляющееся в уменьшении повреждений и ускорении процессов восстановления в органах иммунной системы, клетках костного мозга и периферической крови. Впервые показана возможность модификации отдаленных последствий воздействия ионизирующих излучений (катарактогенных и канцерогенных эффектов) у экспериментальных животных. Научно -практическая значимость работы Изучена роль воды со сниженным содержанием дейтерия (дейтерия и кислорода 18О) в процессе развития и восстановления от лучевых повреждений при низких дозах гамма – радиации. Полученные данные имеют важное значение для космической биологии и медицины. Они позволяют снизить возможные последствия радиационного воздействия на организм при космических полетах. Результаты работы могут быть использованы в практической медицине для профилактики и лечения онкологических заболеваний, в реабилитационный период после лучевой терапии и хирургических вмешательств, а также в радиобиологии с целью модификации отдаленных последствий действия ионизирующих излучений. Основные положения, выносимые на защиту- Вода с пониженным содержанием дейтерия (дейтерия и кислорода 18О) при длительном использовании не оказывет токсического влияния на организм экспериментальных животных. - Вода с пониженным содержанием тяжелого стабильного изотопа водорода - дейтерия и стабильного изотопа кислорода 18О обладает защитным действием при облучении животных гамма – лучами в низких дозах, проявляющимся в снижении степени тяжести лучевого повреждения и активации процессов восстановления. - При длительном потреблении воды с пониженным содержанием тяжелого стабильного изотопа водорода - дейтерия и стабильного изотопа кислорода 18О после дробного воздействия в меньшей степени повреждаются клетки кроветворной и иммунной систем экспериментальных животных. - У лабораторных животных, длительно содержавшихся на протиевой воде, значительно реже развиваются радиационно индуцированные помутнения хрусталика и новообразования различных локализаций. - Механизмы влияния воды с пониженным содержанием дейтерия (дейтерия и кислорода 18О) на организм экспериментальных животных связаны с повышением общей резистентности организма, частью которой является и радиационная резистентность. - Вода с пониженным содержанием тяжелого стабильного изотопа водорода - дейтерия (дейтерия и кислорода 18О) может быть рекомендована для проведения клинических исследований с целью снижения возможных последствий относительно низких уровней радиационных воздействий у космонавтов, лиц, профессионально связанных с воздействием ионизирующих излучений, а так же в случаях необходимости повышения общей резистентности организма: после тяжелых хирургических вмешательств, лучевой терапии. Апробация работы Основные результаты и положения диссертационной работы доложены и обсуждены на III, IV, VI Конференции молодых специалистов, аспирантов, студентов, посвященной дню космонавтики ГНЦ РФ ИМБП РАН, г. Москва, 2004, 2005, 2007г.; Нуково-практичной конференцii «Парадигми сучасноï радiобiологii. Радiацiйний захист персоналу об’ъεктiв атомноï енергетики» г. Кïев-Чорнобиль 2004г; Всероссийской конференции “Радиобиологические основы лучевой терапии” г. Москва, 2005г.; Первом съезде физиологов СНГ, Сочи – Дагомыс, 2005г.; 4-th International Workshop on Space Radiation Research and 17-th Annual NASA Space Radiation Health Investigatos’ Workshop, Moscow-St.Peterburg, 2006; 36-th Scientific Assambley COSPAR, Beijing, China 2006; 35-th Annual meeting of the European Radiation Research Society, Kiev, 2006; Конференции по Программе фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки- медицине» Москва, 2006г. Диссертация апробирована на заседании секции «Космическая физиология и биология» Ученого совета ГНЦ РФ – ИМБП РАН (протокол № 7 от 12 июля 2007). По теме диссретации опубликовано 14 печатных работ. Структура и объем диссертации Диссертация состоит из 4 глав (обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты проведенных исследований, обсуждения результатов), выводов и списка литературы. Диссертация содержит 143 страниц, включая 25 таблиц, 1 рисунок. Список литературы состоит из 148 библиографических названий, из них отечественных 109 и 39 иностранных. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследования Объектом исследования служили взрослые мыши 2-3-х месячного возраста линии Balb/с или линии F1(CBAxC57Bl6) обоего пола. В экспериментах использовано более 500 мышей и 100 взрослых крыс-самок линии Вистар1. Использованы различные серии экспериментов, в которых животные принимали воду с пониженным содержанием тяжелого стабильного изотопа водорода дейтерия (дейтерия и кислорода 18О) на протяжении 1-2 мес. (1-я и 2-я группы). В качестве контрольной группы использованы животные, употреблявшие дистиллированную минерализованную воду (2-я группа). Последнюю группу мышей во всех экспериментах составляли животные, содержавшиеся в аналогичных условиях вивария и потреблявшие обычную водопроводную воду (3-я группа). Они являлись контролем к первым двум группам. Животные пили воду ad libitum. В каждой группе находилось не менее 10 мышей. Первые две группы животных подвергались ежедневным повторным гамма – облучениям в суммарных дозах 0,25; 0,5; 1,0 Гр. Мощность дозы составляла 0,32 сГр/мин. За одну фракцию животные получали дозу 12,5 сГр. В случае облучения мышей в дозах 0,25 и 0,5 Гр использовали воду с пониженным содержанием дейтерия и кислорода 18О, полученную методом ректификации2 с последующей доочисткой и минерализацией. Отдельные эксперименты проведены с целью определения возможных токсических свойств протиевой воды, полученной методом электролиза3. В этом случае в эксперименте использованы мыши линии Balb/c обоего пола. Животные были разделены на 2 группы, одна из которых получала воду с пониженным содержанием дейтерия, а другая таким же образом содержалась на дистиллированной минерализованной воде. Кроме того, в отдельных экспериментах изучена репродуктивная функция у мышей. Животные содержались на воде с пониженным содержанием дейтерия на протяжении 1 мес. до наступления беременности, во время беременности, в период вскармливания новорожденных и до 3-х месячного возраста. В последующем эксперимент был поставлен повторно на животных из первого помета. Таким образом, использованные животные потребляли воду с пониженным содержанием дейтерия в течение всей жизни. В экспериментах учитывали количество новорожденных детенышей, массу новорожденных в 1-е сут и через месяц после рождения, количество новорожденных, имеющих какие-либо внешние уродства, число новорожденных на одну самку и количество новорожденных доживших до периода половой зрелости (около 2 мес.). Животные облученные в дозе 1,0 Гр содержались на воде полученной методом электролиза на установке ГНЦ РФ- ИМБП РАН. Дистиллированная вода также подвергалась доочистке и минерализации. Емкости с экспериментальной водой хранились на всем протяжении эксперимента в прохладном, темном месте, плотно закупоренные притертой пробкой. Изотопный состав такой воды не изменялся в течение всего срока исследования. Методы исследованияПеред забоем экспериментальных животных из хвоста получали кровь для подсчета количества лейкоцитов периферической крови и приготовления мазков для изучения формулы крови. После этого животных взвешивали и забивали методом цервикальной дислокации и подвергали вскрытию. Количество лейкоцитов подсчитывали в камере Горяева и определяли по формуле: Х= 20*10*400/1600, где 20- разведение крови, 10 – глубина камеры Горяева, 400 – площадь малого квадрата камеры, 1600 – число малых квадратов в 100 больших квадратах камеры Горяева [М.В. Абрамов, 1985]. На практике обычно количество лейкоцитов, просчитанных в больших квадратах камеры Горяева умножают на 50, что соответствует приведенной формуле. Одновременно с взятием крови для подсчета количества лейкоцитов, получали каплю крови для приготовления мазка, фиксировали его по методу Май-Грюнвальда и окрашивали их азур-эозином по методу Романовского, промывали проточной водой, высушивали при комнатной температуре и подвергали микроскопическому исследованию. Для анализа количества кариоцитов очищенную от мышц бедренную кость животного помещали в химический стаканчик емкостью 50 мл и измельчали ее в 6 мл 3% раствора уксусной кислоты. Абсолютное количество кариоцитов подсчитывали в камере Горяева. Определение количества кариоцитов проводили умножением полученного значения на 4 миллиона [Mantz,1957]. После вскрытия животных тимус и селезенку взвешивали, целиком взятую вилочковую железу и половину селезенки фиксировали в 10 % растворе нейтрального формалина 2-3 суток. Гистологические препараты, окрашенные гематоксилином и эозином, приготовляли используя известную методику [Г.А. Меркулов, 1961]. Учитывали цитоархитектонику органов, дистрофические изменения и количество делящихся клеток. В экспериментах при изучении влияния протиевой воды на частоту образования помутнений хрусталика мышей самцов линии F1(CBAXC57Bl6) облучали ежедневно в дозе 12,5 сГр до получения суммарных доз 0,25; 0,5 и 1,0 Гр. После облучения хрусталики животных исследовали 1 раз в месяц. В каждой группе было по 20 животных. Группу животных, облученных суммарной дозой 1,0 Гр, поили водой с пониженным содержанием дейтерия в течение 2-х месяцев до облучения и на протяжении периода наблюдения. Контрольные животные содержались на обычной водопроводной воде в течение всего эксперимента. Перед облучением и регулярно после облучения животных обследовали с помощью электроофтальмоскопа и лупы +15,0 Д. Зрачки расширяли 1% раствором гоматропина. Учитывали частоту и сроки помутнений хрусталика начальной стадии, а также динамику их созревания. Частоту помутнений хрусталика определяли как процентное отношение числа глаз с помутнениями хрусталика к числу обследованных глаз в каждой группе животных. Полученные данные сравнивали с результатами аналогичных наблюдений в группе необлученных мышей. Оценку помутнений хрусталика производили по 4-х бальной шкале, предложенной для мелких лабораторных животных [Christenberry K.W. and Furth Y., 1951]. Изучение действия протиевой воды на частоту и сроки развития новообразований проведено в эксперименте на 100 половозрелых крысах-самках линии Вистар. Животных предварительно поили в течение 2-х месяцев водой с пониженным содержанием дейтерия (1-я группа). Вторая группа животных получала дистиллированную минерализованную воду. Затем животных подвергали многократному гамма-облучению 60Со в суммарных дозах 0,25; 0,5; 1,0 Гр. Учитывали частоту новообразований различных локализаций, развившихся на протяжении жизни животных и их суммарное количество, а также сроки развития опухолей молочных желез. Животных осматривали один раз в месяц и в случае обнаружения опухоли в дальнейшем проводили индивидуальное наблюдение. Наблюдение над животными проводили до конца их жизни. Погибших животных, а также забитых в агональном состоянии животных вскрывали. Особое внимание обращали на состояние желез эндокринной системы: гипофиза, щитовидной железы, надпочечников и яичников, а также тимуса, лимфатических желез и селезенки. Частоту развившихся новообразований выражали в процентном отношении к числу животных в группе. Полученную частоту новообразований всех установленных локализаций сравнивали с полученными ранее данными частоты новообразований у крыс той же линии и возраста после однократного кратковременного гамма-облучения в аналогичных дозах [Б.С. Федоренко, В.С. Турусов, 2003 (а, б)]. Статистическую обработку полученных результатов исследования проводили с использованием критерия t-Стъюдента в программе «Statistica». Для получения воды с пониженным содержанием дейтерия использовали лабораторную установку ГНЦ РФ-ИМБП РАН. Установка для получения воды с пониженным содержанием дейтерия состоит из электролизера АС-1 с конверсией электролизных газов в воду в конденсаторе паров воды. Конденсацию паров воды при конверсии электролизных газов проводили при температуре тающего льда. С целью повышения производительности установки в ее схему включили дополнительно второй электролизер АС-1. Производительность установки составляла 75-80 см3/час. Степень удаления дейтерия определяли масс-спектрометрическим методом. Контроль полученной протиевой и дистиллированной минерализованной воды, а также водопроводной воды проводили в Геологическом Институте РАН. С целью исключения структурных различий в воде (дистиллированная вода и вода с пониженным содержанием дейтерия) проводили стандартизацию воды по физико-химическим и химическим параметрам, которая заключалась в кипячении воды в течение 5 мин, охлаждении до комнатной температуры и сорбционной доочистке на фильтре со смешанным слоем ионитов и активированным углем. Для этих целей использовали катионит КУ-13 Пч и анионит АВ-17-10 Пч при объемном соотношении 1:4. Отмывку активированного угля марки ПАУ-СВ проводили многократным кипячением в дистиллированной воде до достижения перманганатной окисляемости надугольной жидкости 1,5 мг О2/л. Объемное соотношение между слоем ионитов и активным углем в сорбционном фильтре составляло 1:1. Повышение уровня минерализации достигали смешением слоя ионитов и обработкой их газообразной углекислотой для перевода анионита в бикарбонатную форму. После сорбционной доочистки вода минерализовалась контактным методом в динамическом режиме на доломите и на выходе из установки подвергалась обеззараживанию ультрафиолетовыми лучами. Спектрометрическими исследованиями было показано, что такая операция стандартизации не вносит изменений в изотопный состав обрабатываемой воды. Химический состав воды контролировали используя Гостированные методы определения [Государственный контроль качества воды, 2001]. Таблица 1. Химический и изотопный состав вод, используемых в эксперименте
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Программа рекомендуется для направления подготовки (специальности)... Специализация «Болезни мелких домашних животных (собак и кошек)» относится к профессиональному уровню обучения и представлена в структуре... | | Значение воды и кислотно-щелочного равновесия в организме человека Обезвоживание организма на 12-15% приводит к нарушению обмена веществ и различным заболеваниям. Потеря 20-25% воды приводит к гибели.... |
| Рабочая программа по дисциплине «Инвазионные болезни мелких, домашних, экзотических животных» Рабочая программа по дисциплине «Инвазионные болезни мелких, домашних, экзотических животных» рассмотрена и одобрена на методической... | | Урок изучения нового Технологическая карта изучения темы «Превращения... Образовательная (соотносится с темой и содержанием урока, его дидактической задачей) познакомиться с круговоротом воды в природе,... |
| А. В. Семенов1, П. Г. Плешанов3 влияние возраста и облучения на частоту... Влияние возраста и облучения на частоту транслокаций и дицентриков, определяемых методом fish, в лимфоцитах человека | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Кислород, его общая характеристика и нахождение в природе. Получение кислорода. Свойства кислорода. Применение кислорода. Круговорот... |
 | Сравнительная характеристика эзофагогастроскопии и рентгенографии... В соответствии с Федеральным законом от 06. 10. 2003г. №131-фз «Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской... | | Влияние облучения электронами на p-n переходы в сверхрешетках si-Ge А. И. Сягло1, Н. А. Поклонский1, С. Б. Ластовский2, H. Presting3, Н. А. Соболев4,5 |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... В ходе лабораторных исследований важно выяснить, какое влияние оказывает музыка на рост и развитие растений. Это влияние может быть... | | «Морфология животных» Цель дисциплины – освоить строение организма продуктивных и мелких домашних животных, их систем и органов на макро- и микроуровне.... |
| Эффект Мёссбауэра или ядерный гамма-резонанс, открытый в 1957 или Институте им. М. Планка в Гейдельберге (фрг), состоит в резонансном испускании или поглощении гамма-фотонов без изменения фононного... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... При более глубоком анализе проблемы выяснилось, что большое влияние на развитие речи детей оказывают игры, содержанием которых, является... |
| Кирова Маргарита Но для человека важно, чтобы в воздухе содержание кислорода было высоким, это влияет на его здоровье. Однако в процессе жизнедеятельности... | | Влияние пониженного содержания кислорода на культивируемые мезенхимальные... |
| Примерная программа наименование дисциплины «Анатомия животных» Основная цель дисциплины при подготовке ветеринарных врачей состоит в том, чтобы дать студентам основополагающие морфологические... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока. Конкретизировать знания о химическом элементе и простом веществе на примере кислорода. Изучить химические свойства кислорода.... |
