Антиоксидантная активность плазмы крови и уровень

АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ ПЛАЗМЫ КРОВИ И УРОВЕНЬ ХРОМОСОМНЫХ
АНОМАЛИЙ У ЧЕЛОВЕКА ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ -ОБЛУЧЕНИИ В МАЛЫХ ДОЗАХ
А.В. Марусин, Н.А. Попова, В.Б. Салюков, В.А. Степанов, С.А. Назаренко
НИИ медицинской генетики Томского научного центра СО РАМН
(директор – академик РАМН, профессор В.П. Пузырёв), г. Томск
В модельной системе лецитин-ионы Fe2+ определена антиоксидантная активность
(АОА) плазмы крови и проведено цитогенетическое исследование 16 мужчин – работников
ядерно-химического производства, которые в ходе производственной деятельности
подвергались хроническому γ-облучению в малых дозах. В качестве контроля обследованы
23 мужчины из экологически чистой местности. В опытной группе лиц, в отличие от
контрольной, установлена связь повышенного уровня АОА плазмы крови с увеличенным
количеством аберраций хроматидного типа (P = 0,008) и с процентом аберрантных клеток (Р
= 0,013), однако, корреляции АОА с интегральной дозой γ-облучения и скоростью её
накопления не наблюдалось. Высказано предположение об истощении «буферной ёмкости»
антиоксидантной
защиты
организма
при
продолжительном
действии
неидентифицированных факторов техногенной природы на человека, которое вызывает
повышение АОА плазмы крови и уровня хромосомной изменчивости. С другой стороны,
возможно, что лица с высоким уровнем антиоксидантной защиты сохраняют естественную
невысокую АОА и низкий процент хроматидных аберраций.
Ключевые слова: антиоксидантная активность, хромосомная изменчивость, гаммаоблучение
2
В организме человека избыточному образованию активных форм кислорода и
негативным последствиям неконтролируемых реакций свободно-радикального окисления
препятствует многокомпонентная антиоксидантная система защиты (АОС) [12, 14].
Очевидно,
что
ее эффективность
и
судьба первичных
повреждений
биомолекул
определяются генетически детерминированными индивидуальными особенностями АОС [7,
16], с функциональным состоянием которой связывают адаптационные возможности
организма и, в конечном итоге, продолжительность жизни. Высказано предположение, что
именно плазма крови является лимитирующим звеном антиоксидантной системы и играет
центральную роль в транспорте и распределении антиоксидантов по всему организму [14].
Известно также, что облучённые люди имеют повышенный уровень хромосомных аберраций
в культуре лимфоцитов периферической крови в отдалённые сроки после облучения [2, 3]. В
связи с этим, представляет интерес оценка взаимосвязи АОС организма и выходом
хромосомных аберраций у лиц, подвергавшихся облучению малыми дозами ионизирующей
радиации.
Методика исследования
Цитогенетическое обследование и определение АОА проведено в двух группах
здоровых лиц. Первая группа состояла из 16 мужчин в возрасте от 43 до 65 лет, работающих
на крупном предприятии ядерно-химического комплекса – Сибирском химическом
комбинате (СХК). Срок работы этих лиц на предприятии составил от 22 до 37 лет,
интегральные дозы -облучения колебались в пределах от 17 до 122 бэр и средняя скорость
накопления дозы равнялась 2,60  0,33 бэр/год. Контрольная группа лиц состояла из 23
индивидов мужского пола в возрасте от 12 до 47 лет, проживающих в экологически чистой
местности в 65 км от г. Томска. Культивирование лимфоцитов периферической крови
проводили по общепринятой методике с фитогемагглютинином в течение 52 часов. За 2 часа
до фиксации вводили колхицин в концентрации 0,5 мкг/мл. Клетки фиксировали смесью
3
метанола с ледяной уксусной кислотой (3:1). Препараты окрашивали красителем Гимза. От
каждого индивида изучено от 100 до 600 метафазных пластинок (всего 11218 клеток).
Определяли количество парных фрагментов, дицентрических и кольцевых хромосом
(хромосомные аберрации), одиночных фрагментов и хроматидных обменов (хроматидные
аберрации), рассчитывали процент аберрантных клеток. АОА оценивали с использованием
спектрофотометрического
определения
продуктов,
реагирующих
с
тиобарбитуровой
кислотой. Реакцию проводили в модельной системе лецитин-ионы Fe2+ в присутствии
анализируемого образца плазмы крови [6]. Полученные данные обработаны с помощью
непараметрических ранговых критериев – теста Манна-Уитни (U) и корреляции Спирмэна
(R). Анализ связи вариабельности АОА с возрастом, сроком работы на СХК, интегральной
дозой γ-облучения и со скоростью её накопления проводили методом простого
корреляционного анализа по Пирсону («Statistica 5.5»).
Результаты исследования
В
таблице
представлены
результаты
цитогенетического
и
биохимического
обследования двух групп лиц – с хроническим -облучением малыми дозами и контрольные
индивиды. Изученными группы не отличаются по количеству дицентрических и кольцевых
хромосом,
являющихся
маркерами
радиационного
поражения
[1,
3].
Этот
факт
свидетельствует о незначительном влиянии радиации на хромосомную изменчивость у
работников СХК. Кроме того, обе выборки не отличаются по уровню хромосомных
аберраций и парных фрагментов на 100 клеток. Уровень и размах частоты хромосомных
аберраций у работников СХК не превышает значения, полученные для ликвидаторов аварии
ЧАЭС [9] и для лиц, проживающих в радиоактивно загрязнённых районах после аварии [1,
3]. Выявлен повышенный уровень одиночных фрагментов и хроматидных аберраций, а
также процент аберрантных клеток у работников СХК по сравнению с сельскими жителями.
Вероятно, это может быть связано с возрастом индивидов (группа работников СХК в 1,5
4
раза старше), обусловлено действием мутагенов химической, биологической природы, либо
влиянием факторов неясной этиологии.
В обследованных группах не выявлено связи АОА с возрастом индивидов. Этот факт
согласуется с данными литературы, в которых показано, что интегральная АОА обладает
устойчивостью к возрастным изменениям [7, 15], а снижение активности и содержания
антиоксидантных ферментов и низкомолекулярных антиоксидантов происходит в возрасте
старше 75 лет [11, 13]. Ранее нами была установлена сезонная вариабельность АОА [7, 8],
возможно, этим объясняются межпопуляционные отличия АОА (см. табл.). Тем не менее,
нельзя исключать влияния генетических, других внешнесредовых или стохастических
причин. Для мужчин первой группы установлено увеличение АОА с повышением числа
хроматидных обменов (коэффициент ранговой корреляции (R) равен 0,446; Р = 0,083) и
значимая связь повышенной АОА с количеством одиночных фрагментов (R = 0,639; P =
0,008). Отмечено повышение АОА с увеличением числа хроматидных аберраций (R = 0,636;
P = 0,008, рис.).
Не выявлено связи вариабельности АОА с количеством хромосомных аберраций,
парных фрагментов, дицентрических и кольцевых хромосом. Отмечено повышение АОА с
процентом аберрантных клеток (R = 0,605; Р = 0,013). Для выборки сельского населения
подобных изменений АОА не установлено. Следует обратить внимание, что два индивида, с
мультиаберрантными клетками (число аберраций на клетку 6 и более), расположены рядом с
линией регрессии АОА на уровень хроматидных аберраций (см. рис.).
Не наблюдалось связи изменчивости АОА с накопленной дозой γ-облучения и со
скоростью её накопления (см. также [2]). Однако, следует отметить, что наблюдается
повышение АОА со сроком работы на предприятии ядерно-химического комплекса
(коэффициент корреляции К. Пирсона равен 0,388 ± 0,246; Р = 0,137). Это свидетельствует о
большем воздействии химических и биологических факторов на индивидуальное состояние
АОС по сравнению с радиационными.
5
Выявленный факт повышенной АОА у лиц с большим количеством хроматидных
аберраций, процентом аберрантных клеток
и стажем работы на СХК может являться
следствием взаимосвязанных причин: либо в результате продолжительного действия
антропогенных и/или биологических мутагенов происходит истощение «буферной ёмкости»
антиоксидантной защиты организма, сопровождающееся увеличением АОА плазмы крови,
либо индивиды с высокой «буферной ёмкостью» АОС при одинаковом влиянии факторов
различной природы дольше сохраняют естественный невысокий уровень АОА и низкий
уровень хроматидных аберраций. В пользу первого предположения свидетельствует факт
повышения антиоксидантного статуса в опухоли Эрлиха у мышей, получивших дозу γоблучения [10], а также высокий уровень антиоксидантной системы защиты в опухолевых
тканях in vivo, которые, как известно, характеризуются высоким уровнем аберраций [4].
Следует отметить, что в использованной нами модельной системе лецитин-ионы Fe2+, общая
АОА в основном определяется вкладом железосвязывающей и железоокисляющей
компонент АОА (церулоплазмин, трансферрин, билирубин). Другие компоненты АОА
плазмы (аскорбат, урат, -токоферол, каротиноиды) незначительно влияют на свойства этой
системы [5].
Однако, нельзя отрицать влияния редкоионизирующего γ-облучения на АОА плазмы
крови. Ранее, на другой выборке мужчин, работающих на СХК, нами было показано, что
АОА снижена у индивидов старше 55 лет, получивших дозу облучения свыше 107,8 бэр со
скоростью накопления дозы 3,58 ± 0,12 бэр/год [6].
Авторы выражают благодарность Ю.С. Яковлевой, Е.О. Васильевой, С.Л. Вовк за
помощь в проведении цитогенетического анализа и А.И. Кутмину, Е.Ю. Брагиной за помощь
в определении антиоксидантной активности.
6
ЛИТЕРАТУРА
1. Бочков Н.П. // Вест. РАМН. 1993. № 2. С. 51-55.
2. Бочков Н.П., Попова Н.А., Катосова Л.Д. и др. // Генетика. 1999. Т. 35, № 6. С. 838-841.
3. Бочков Н.П., Попова Н.А., Назаренко С.А. и др. // Докл. РАН. 1998. Т. 362, № 4. С. 564566.
4. Дейчман Г.И. // Биохимия. – 2000. – Т. 65, Вып. 1. – С. 92-111.
5. Клебанов Г.И., Теселкин Ю.О., Бабенкова И.В. и др. // Вестн. РАМН. – 1999. – № 2. – С.
15-22.
6. Кутмин А.И., Марусин А.В. // Бюл. эксперим. биол. и мед. 1999. Т.127, Прил. 1. С. 34-37.
7. Марусин А.В., Пузырёв В.П., Брагина Е.Ю. // Сиб. мед. журнал. 2001. Т. 16. № 1. С. 4146.
8. Марусин А.В., Пузырев В.П., Салюков В.Б., Брагина Е.Ю. // Генетика. 2003. Т. 39, № 6. С.
840-846.
9. Пилинская М.А., Шеметун А.М., Дыбский С.С. и др. // Радиобиология. 1992. Т. 32, Вып.
5. С. 632-639.
10. Agrawal A., Choudhary D., Upteri M. et al. // Mol. Cell. Biochem. 2001. V. 223, N 1-2. P. 7180.
11. Barnett Y.A., King C.M. // Mutat. Res. 1995. Vol. 338, N 1. P. 115-128.
12. Berry E.M., Kohen R. // Med. Hypotheses. 1999. Vol. 53. N 5. P. 397-401.
13. King C., Bristow-Craig P., Gillespie E., Barnett Y. // Mutat. Res. 1997. Vol. 377, N 1. P.137147.
14. Lewin G., Popov I. // Med. Hypotheses. 1994. Vol. 42, N 4. P. 269-275.
15. Marcovic’ S., Dordevic’ J., Majkic’-Singh N. et al // Clin. Lab. 1999. N 45. P. 665-668.
16. Wang X.L., Rainwater D.L., VandeBerg J.F. et al. // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2001.
Vol. 21. N 7. P. 1102-1103.
7
Таблица
Результаты цитогенетического обследования и уровень антиоксидантной активности плазмы
крови у лиц с хроническим облучением малыми дозами и в контрольной группе
Индивиды с хрон.
Выборка/Показатель
Контроль (n = 23)
U
P
3,950 ± 0,921
4,813 ± 0,766
76,0
0,002
1,71 ± 2,03
0,64 ± 0,54
140,0
0,209
1,45 ± 1,67
0,48 ± 0,43
131,0
0,130
0,23 ± 0,74
0,18 ± 0,29
160,0
0,493
2,06 ± 2,09
0,89 ± 1,05
100,5
0,017
Одиночные фрагменты
1,71 ± 1,64
0,79 ± 1,06
92,0
0,009
Хроматидные обмены
0,35 ± 0,62
0,10 ± 0,21
140,5
0,214
% аберрантных клеток
2,78 ± 2,19
1,36 ± 1,13
104,0
0,021
обл. (n = 16)
АОА
Аберрации хромосомного
типа
Парные фрагменты
Дицентрические и
Кольцевые хромосомы
Аберрации хроматидного
типа
Примечание. Приведены средние значения и стандартные отклонения АОА, количества
хромосомных и хроматидных аберраций в расчёте на 100 клеток, U и Р – критерий МаннаУитни и достигнутый уровень значимости межпопуляционных отличий, n – объём выборки.
8
А нт иок с ид а нт на я а к т ивнос т ь
6
5
M
M
4
3
2
1
-1
1
3
5
7
9
11
А б е рра ц ии х ром а т ид ного т ипа
Рис. Линейная регрессия антиоксидантной активности (АОА) на уровень хроматидных
аберраций (ХмАб). По оси абсцисс количество ХмАб на 100 клеток, по оси ординат АОА в
условных единицах, М – индивиды с мультиаберрантными клетками.
9
Адрес для переписки: Марусин А.В.
634050 г. Томск, ул. Набережная р. Ушайки 10
раб. тел.: (3822) 51-31-46
дом. тел.: (3822) 55-67-08
E-mail: marussin@img.tsu.ru
Марусин А.В.
Степанов В.А.
Попова Н.А.
Салюков В.Б.
Назаренко С.А.