Файл: Комбинированное действие ионизирующего излучения и других факторов окружающей среды на живые организмы: новые закономерности и перспективы.zip
Добавлен: 01.05.2026
Просмотров: 43
Скачиваний: 0
Комбинированное действие ионизирующего излучения и других факторов окружающей среды на живые организмы: новые закономерности и перспективы
Специальность: 03.00.01 - радиобиология
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
КОМАРОВА Людмила Николаевна
Обнинск 2009
Работа выполнена в отделе исследования комбинированных воздействий ГУ-Медицинский радиологический научный центр Российской академии медицинских наук.
Научный консультант: Доктор биологических наук, профессор Петин Владислав Георгиевич
Официальные оппоненты:
Доктор биологических наук Осипов Андриян Николаевич
Доктор биологических наук, профессор Сынзыныс Борис Иванович
Доктор биологических наук, старший научный сотрудник Иванник Борис Петрович
Ведущая организация: Объединенный институт ядерных исследований (г. Дубна)
Защита диссертации состоится 24 февраля 2009 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 001.011.01 при ГУ - Медицинский радиологический научный центр РАМН по адресу: 249036, Обнинск Калужской обл., ул. Королева, 4.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ-МРНЦ РАМН.
Автореферат разослан «____» ________________ 2008г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Палыга Г.Ф.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Комбинированное действие различных агентов является отличительной чертой современной жизни. Особую актуальность эта проблема приобрела в связи с радиационными авариями, увеличением производства химических веществ, синтетических лекарств, использованием удобрений, повышением фона ультрафиолетового (УФ) излучения из-за образования озоновых дыр, а также в результате комбинированного действия этих факторов друг с другом и ионизирующими излучениями. Основным следствием взаимодействия ионизирующего излучения с другими физическими и химическими агентами является ингибирование способности клеток восстанавливаться от радиационных повреждений, формируемых в условиях комбинированных воздействий. Некоторые проблемы восстановления клеток после комбинированных воздействий не нашли отражения в научной литературе: изучение механизма ингибирования процесса восстановления после воздействия негативных факторов различной природы и их комбинаций; влияние модификаторов радиочувствительности на параметры, описывающие и характеризующие процесс восстановления. Следовательно, количественная оценка параметров восстановления после комбинированных воздействий различных факторов окружающей среды и химических ингибиторов восстановления является актуальной задачей.
Синергическое взаимодействие факторов окружающей среды представляет особую опасность и привлекает внимание многих исследователей. Многообразие загрязняющих агентов обусловливает необходимость экспериментально-теоретического исследования общих закономерностей синергического взаимодействия физических и химических факторов окружающей среды, прогнозирования и оптимизации эффектов, индуцируемых при комбинированных воздействиях. Представляется актуальным оценить возможность синергического взаимодействия вредных факторов окружающей среды при малых интенсивностях загрязняющих агентов в биосфере. Принципиальное значение представляет малоисследованное направление изучения явление радиационного гормезиса при действии малых доз ионизирующего излучения в комбинации с другими факторами внешней среды.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является теоретическое обоснование и экспериментальная проверка механизма взаимодействия ионизирующего излучения с физическими и химическими агентами окружающей среды для разработки новой концепции синергического взаимодействия и прогнозирования биологических эффектов при комбинированных воздействиях.
Для реализации этой цели необходимо решить следующий комплекс задач.
Экспериментально исследовать динамику пострадиационного восстановления простейших эукариотических клеток после различных режимов комбинированного действия ионизирующего или ультрафиолетового излучений с гипертермией.
Количественно оценить параметры восстановления клеток (необратимый компонент и константа восстановления) после комбинированных воздействий различных агентов. Выяснить, какой из этих параметров оказывает большее влияние на эффективность синергического взаимодействия.
Применить математическую модель пострадиационного восстановления, описывающую процесс восстановления в терминах уменьшения эффективной дозы, для интерпретации механизма действия ингибиторов восстановления, используемых в комбинации с ионизирующим излучением для повышения радиочувствительности клеток высших эукариот.
Предложить математическую модель для описания и прогнозирования способности клеток восстанавливаться от потенциально летальных повреждений при комбинированных воздействиях различных физических и химических факторов окружающей среды.
Выяснить, является ли ингибирование восстановления, регистрируемое после комбинированных воздействий различных факторов на эукариотические клетки, причиной синергического взаимодействия или следствием формирования необратимых повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться.
Изучить закономерности комбинированного действия малых доз ионизирующего излучения с другими поражающими факторами на отмирание дрожжевых клеток, выдерживаемых в непитательной среде после облучения.
Научная новизна работы. Научная новизна работы заключается в экспериментально-теоретическом исследовании взаимодействия ионизирующего излучения с физическими и химическими агентами окружающей среды для прогнозирования синергических эффектов. Следующие новые факты, положения и сформулированные на их основе концепции о механизмах проявления эффектов комбинированных воздействий, имеющие принципиальный характер, впервые получены в настоящей работе.
Экспериментально изучена динамика пострадиационного восстановления диплоидных дрожжевых клеток после различных режимов комбинированного действия ионизирующего излучения и гипертермии. Продемонстрировано, что скорость и объем восстановления постоянно уменьшаются с увеличением инактивирующей температуры и продолжительности ее действия.
Показано, что механизм синергического взаимодействия ионизирующего излучения с гипертермией не связан с нарушением процесса восстановления, как это традиционно предполагалось, а обусловлен формированием большей доли повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться. Подавление же процесса восстановления является следствием формирования необратимых повреждений.
Получены новые экспериментальные данные о динамике пострадиационного восстановления диплоидных дрожжевых клеток, подвергшихся одновременному действию ультрафиолетового излучения (254 нм) и гипертермии. Выяснено, что скорость и объем восстановления постоянно уменьшаются с увеличением температуры, при которой происходило облучение.
Показано, что механизм синергического взаимодействия одновременного применения ультрафиолетового излучения и гипертермии связан с формированием большей доли повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться. Уменьшение скорости и объема восстановления является следствием формирования необратимых повреждений. эукариотический клетка восстановление пострадиационный
Выяснено, что механизм повышения радиочувствительности клеток млекопитающих при терморадиационном воздействии не связан с нарушением самого процесса восстановления, а объясняется формированием большей доли необратимых повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться.
Впервые оценены параметры восстановления разрывов ДНК культивируемых клеток млекопитающих. Показано, что константа восстановления не зависит от условий комбинированных воздействий, а уменьшение скорости и объема восстановления разрывов ДНК клеток млекопитающих является следствием образования необратимых повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться.
Показано, что нарушение процессов восстановления, регистрируемое после комбинированных воздействий различных факторов на дрожжевые клетки и культивируемые клетки млекопитающих, не является причиной радиосенсибилизации или синергического взаимодействия, а лишь вполне ожидаемым и прогнозируемым следствием формирования при комбинированных воздействиях большей доли необратимых повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться.
Доказана возможность использования математической модели синергизма для описания и прогнозирования объема восстановления клеток от потенциально летальных повреждений при комбинированных воздействиях различных физических и химических факторов окружающей среды.
Выявлены новые закономерности комбинированного действия малых доз ионизирующего излучения с другими поражающими факторами на отмирание дрожжевых клеток, выдерживаемых в непитательной среде после облучения.
Фундаментальная и практическая значимость. Результаты диссертационных исследований имеют фундаментальную значимость для понимания механизмов комбинированного взаимодействия различных факторов и повышения радиочувствительности клеток химическими ингибиторами восстановления. Результаты данной работы имеют несомненное теоретическое значение с точки зрения понимания механизмов синергического взаимодействия и путей оптимизации воздействующих агентов. Практическая значимость результатов диссертации определяется возможностью сочетанного использования многофакторных воздействий, дифференциально влияющих на сам процесс восстановления клеток от радиационных повреждений и на формирование необратимых повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться. Помимо фундаментальной важности этой работы, ее результаты будут полезны для ряда практических применений в области биомедицинских технологий и исследований окружающей среды.
Данные этой работы могут использоваться для прогностической оценки потенциальной опасности реально встречающихся в биосфере малых мощностей доз ионизирующего излучения и интенсивностей других агентов. Полученные приоритетные данные будут способствовать разработке новых принципов нормирования комбинированных воздействий вредных факторов окружающей среды, учитывающих их синергическое и антагонистическое взаимодействие.
Положения, выносимые на защиту.
1. Уменьшение скорости и объема восстановления при комбинированных воздействиях ионизирующего излучения с различными факторами физической и химической природы на дрожжевые клетки и клетки млекопитающих объясняется формированием необратимых повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться, а не нарушением самих процессов восстановления.
2. Новая концепция синергического взаимодействия ионизирующего излучения, в соответствии с которой причиной синергического взаимодействия являются формирование невосстанавливаемых повреждений. Сформулированная на этой основе математическая модель позволяет не только прогнозировать коэффициент синергического усиления, его максимум и условия его достижения, но и объем восстанавливающихся клеток.
3. Хроническое облучение дрожжевых клеток при малых мощностях доз приводит к значительной задержке отмирания диплоидных дрожжевых клеток по сравнению с отмиранием клеток при естественном радиационном фоне. Это положительное действие радиации отмечается для диплоидных, а не для гаплоидных дрожжевых клеток, что подчеркивает роль процессов восстановления в проявлении радиационного гормезиса.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на следующих международных и отечественных конференциях:
Международная конференция «International Conference on Radiation and Health», Beer Sheva (Israel) - 1996 г.; IV съезд по радиационным исследованиям, 2001; III Международная конференция «Электромагнитные излучения в биологии», Калуга - 2005; Международная конференция БИОРАД-2006 «Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды», Сыктывкар - 2006; V съезд по радиационным исследованиям, 2006; Международная конференция «International Conference “20 years after Chernobyl: strategy for recovery and sustainable development of the affected regions», Gomel, 2006; Четвертая международная конференция «4th International Workshop on Space Radiation Research and 17th Annual NASA Space Radiation Health Investigators Workshop», Dubna, 2006; Международная конференция «Autumn meeting of Korean society of environmental biology. - Korea Ocean Research & Development Institute», South Sea Institute, 2006; Вторая международная конференция “The Second Asian and Oceanic Congress for Radiation Protection», Beijing, China, 2006; Международная конференция «International conference on radiation biology and 5th LOW RAD conference», India, 2006; Международная конференция «Spring Meeting of Korean Society of Environmental Biology. Korea Research Institute of Bioscience & Biotechnology», Daejeon, 2007; Международная конференция «LOW RAD conference», Portugal, 2008; Международная конференция «International conference on radiation biology», India, 2008.
Диссертация апробирована на научной конференции экспериментального радиологического сектора ГУ - Медицинский радиологический научный центр РАМН 25.06.2008 г. (протокол № 230).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 45 работ, в том числе монография - 1, статей - 27, тезисов докладов - 17.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 365 страницах, включает введение, обзор данных литературы, описание материалов и методов исследования, результаты экспериментальных и теоретических исследований, обсуждение, выводы и список использованной литературы. Иллюстрирована 92 рисунками и 24 таблицами, список цитируемой литературы включает 115 работ на русском языке и 241 на иностранных языках.