CC BY
49
РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. ГЕНЕТИКА RADIATIONAL BIOLOGY. GENETICS
Вестник Челябинского государственного университета.
2015. № 21 (376). Биология. Вып. 3. С. 65-69.
УДК 577.115.4:612.014.482.:
ББК 28.04
ПОКАЗАТЕЛИ ОКСИДАТИВНОГО СТРЕССА У ЛИЦ, ПОДВЕРГШИХСЯ ХРОНИЧЕСКОМУ ОБЛУЧЕНИЮ НА РЕКЕ ТЕЧА
Т. А. Варфоломеев^'2, А. С. Мандрыкина
ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный университет», Челябинск, Россия 2ФГБУН «Уральский научно-практический центр радиационной медицины», Челябинск, Россия
Изучены показатели оксидативного стресса у людей, подвергшихся хроническому облучению при проживании в прибрежных сёлах р. Теча в 1950-х гг.: 1-я группа — люди с хроническим лучевым синдромом (ХЛС) в анамнезе, 2-я группа — люди с дозой на ККМ выше 500 мГр, 3-я группа — люди с повышенным онкологическим риском. В 3-й группе лиц наблюдалось повышение содержания анти-оксидантного фермента супероксиддисмутазы (Си/2п СОД) на фоне снижения содержания малонового диальдегида (МДА), что может говорить о наличии компенсированного оксидативного стресса. Независимо от уровней облучения ККМ, наличия/отсутствия ХЛС, а также онкологического риска, в крови выявлено снижение содержания оксида азота (N0) и его стабильного метаболита — нитрата.
Ключевые слова: хроническое облучение, оксидативный стресс, Сп/2п СОД, N0, МДА, критические группы.
В результате сброса радиоактивных отходов в р. Теча жители прибрежных сёл подверглись хро -ническому комбинированному облучению: внутреннему облучению (преимущественно 89,9^г) и внешнему у-облучению [3]. В настоящее время не вызывает сомнения, что ионизирующая радиация является мощным индуктором свободноради-кальных процессов и оксидативного стресса (ОС) в организме. ОС проявляется нарушением баланса в прооксидант-антиоксидантной системе со сдвигом в сторону накопления прооксидантов, в первую очередь активных форм кислорода (АФК), спо -собных повреждать жизненно важные структуры клетки (мембраны, ДНК, липиды, белки) [4; 8].
Малоновый диальдегид (МДА) является продуктом деградации полиненасыщенных жирных кислот под действием АФК. Его концентрация в клетках крови отражает активность процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и служит маркером степени эндогенной интоксикации [1]. Для предотвращения оксидативного стресса имеют значение уровни антиоксидантов. Ключевой фермент антиоксидантной защиты Си/2п СОД катализирует реакцию дисмутации супероксидных радикалов (О^). Экспрессия гена Си/2п СОД вызывается непосредственно медиаторами ОС: интерлейкином-1, фактором некроза опухоли [7].
Также одним из показателей ОС является повышенная концентрация N0: накопление в крови его стабильных метаболитов — нитратов и нитритов. В высоких концентрациях N0 действует как оксидант: при взаимодействии с О^ оказывает токсический эффект на клетки за счёт образования сильного окислителя — пероксинитрита ^N00), что приводит к N0-зависимой модификации макромолекул [5].
Целью исследования являлось определение показателей оксидативного стресса: Си/2п СОД, МДА и N0 у лиц, подвергшихся хроническому облучению.
Материалы и методы. Характеристика групп.
Было обследовано 417 чел., подвергшихся хрониче -скому облучению на местах проживания (р. Теча) в результате техногенной катастрофы на ПО «Маяк» (средняя доза на ККМ 970±40 мГр, диапазон 0,3-4 690 мГр). Из общей выборки было сформировано 3 критических группы: с ХЛС в анамнезе, с дозой на ККМ >500 мГр, а также с наличием онкологического риска. Последний был установлен по результатам обследования методом лазер-но-корреляционной спектроскопии (ЛКС).
Группа сравнения общей численностью 111 чел. состояла из лиц, проживающих на чистых территориях бассейна р. Течи.
Средний возраст обследованных облучённых лиц и лиц контрольной группы составил 68±0,3 (38-90) и 67±0,8 года (43-82) соответственно. Количество мужчин в облучённой группе составило 39 %, в контрольной — 28 %. В критических группах распределение по возрасту на момент обследования и половой принадлежности также существенно не различалось.
Методы лабораторной диагностики. Концентрацию Cu/Zn СОД определяли в сыворотке крови методом непрямого иммуноферментно-го анализа в ячейках 96-луночного микропланшета с использованием тест-системы Bender MedSystems (Австрия) в автоматическом режиме на ИФА-анализаторе Lazurite (Dynex Technologies Inc., США).
Концентрацию NO определяли в сыворотке крови с использованием тест-системы R&D Systems (США) в автоматическом режиме: эндогенного нитрита — в процессе двухстадий-ной реакции Грисса, общего нитрита (NO) — в ходе редуктазо-зависимого превращения нитрата в нитрит. Предварительно на этапе подготовки образцы подвергали процедуре ультрафильтрации через молекулярный фильтр 10 К (Millipore).
С целью определения окислительного статуса образцов в отмытых эритроцитах крови измеряли концентрацию продукта деградации полиненасыщенных жирных кислот — МДА в реакции с тио-барбитуровой кислотой. Оптическую плотность измеряли на спектрофотометре при длине волны 540 нм и толщиной кюветы 1 см. Расчёт результатов проводили по стандартной формуле [2].
Методы статистического анализа. Сравнение количественных и качественных различий между группами проводили с использованием i-критерия Стьюдента и критерия Пирсона — Фишера соответственно.
При анализе полученных значений показателей ОС были использованы референтные интервалы. Предельно допустимый интервал для Cu/ Zn СОД был установлен на основании измерений колебаний значений фермента в крови 26 здоровых добровольцев молодого возраста (20-25 лет). Он составил от 18,8 до 76,2 нг/мл, что было хорошо сопоставимо с данными, опубликованными в литературе (22,5-102,9 нг/мл); для NO, нитрата и нитрита референтный интервал получен аналогичным способом и также, как в случае с Cu/ Zn СОД, являлся нешироким — 13,4-57,9 мкМ/л и при этом существенно не отличался от приве-
дённых в литературе данных измерений N0 у относительно здоровых лиц [6].
Результаты и обсуждение. Результаты измерения Си/2п СОД представлены в табл. 1. Видно, что у лиц, подвергшихся хроническому облучению на р. Тече, с наиболее высокими уровнями облучения ККМ (>500 мГр), концентрация фермента была существенно выше (р = 0,006) по сравнению с облучёнными более низкими дозами, но при этом находилась на уровне контрольных значений, в то время как концентрация Си/2п СОД у лиц, облучённых более низкими дозами, наоборот, снижалась (р = 0,049) по сравнению с контрольными значениями. Изменений в содержании уровня МДА в обеих группах не отмечали — 42,8 и 42,6 против 46,2 (облучённые >500 мГр и облученные <500 мГр против контрольной группы соответственно).
При анализе данных лиц с онкологическим риском было выявлено достоверное увеличение уровня Си/2п СОД при сравнении с облучёнными, не имеющими такового, а также необлучён-ными лицами. При этом отмечали существенное снижение уровня МДА: 38,9±1,9 против 46,2±1,6 мкМ/л (р = 0,07), что в целом может говорить о наличии оксидативного стресса, компенсированного повышенными уровнями анти-оксидантов у лиц, подвергшихся хроническому облучению и имеющих в настоящее время онкологический риск.
В группе с ХЛС изменений средней концентрации Си/2п СОД не отмечено. Содержание МДА в эритроцитах крови у лиц с ХЛС было выше по сравнению с лицами без ХЛС — 47,0 против 41,4 мкМ/л соответственно (р = 0,005), при этом не отличалось от контроля (46,2 мкМ/л). Количество людей с повышенным уровнем МДА не имело достоверных различий с группой лиц без ХЛС и контролем — 9,1 и 5,8 против 15,0 % соответственно.
Результаты измерения содержания оксида азота (N0) и его стабильных метаболитов в крови лиц, подвергшихся хроническому облучению, представлены в табл. 2. Независимо от накопленной дозы на ККМ, наличия/отсутствия ХЛС в анамнезе, а также онкориска отмечено снижение этих показателей по сравнению с группой необлучён-ных лиц. Изменения связаны преимущественно со снижением концентрации нетоксичного конечного метаболита N0 — нитрата. При этом происходило накопление гораздо более токсичного по воздействию на структуры клеток — нитрита.
Примечание для табл. 1-3: р — уровень значимости различий при сравнении с контролем; р1 — при сравнении лиц с ХЛС с лицами без ХЛС; р2 — при сравнении между группами с разными дозами на ККМ; р3 — при сравнении облученных с онкориском и без него.
Таблица 2
Среднее содержание N0 и его конечных метаболитов в крови облучённых лиц, входящих в различные критические группы
Таблица 1
Содержание ^^п COД в крови облучённых лиц, входящих в различные критические группы
Группа N Си^п СОД, нг/мл Си^п СОД>76,2 нг/мл
М±т о Абс. %
Облучённые лица без ХЛС 338 188,8±7,7 142,3 258 76,3 р1 = 0,002
Облучённые лица с ХЛС 73 179,3±16,8 143,9 50 58,8 р = 0,005
Облучённые лица <500 мГр на ККМ 117 160,9±12,1 р= 0,049 130,8 84 71,8
Облучённые лица >500 мГр на ККМ 230 204,7±10,0 р2= 0,006 151,9 175 76,1
Облучённые с онкориском 36 332,1±15,6 р = 0,003 р3 = 0,002 93,3 23 63,9
Необлучённый контроль 111 199,8±15,5 168,7 87 78,4
Группа N N0, мкМ/л Нитрат, мкМ/л Нитрит, мкМ/л
М±т о М±т о М±т о
Облучённые лица без ХЛС 354 32,5±2,1 р<0,0001 40,0 24,5±1,6 р<0,0001 1,6 8,03±0,9 р = 0,042 16,8
Облучённые лица с ХЛС 63 46,4±6,3 50,4 31,1±3,5 р = 0,005 27,5 15,8±4,1 р = 0,019 32,7
Облучённые лица <500 мГр на ККМ 113 37,4±5,1 р = 0,025 54,4 27,4±3,6 р = 0,001 38,4 10,0±2,1 р = 0,052 21,6
Облучённые лица >500 мГр на ККМ 237 35,2±2,6 р = 0,001 39,5 25,2±1,7 р<0,0001 26,0 10,1±1,4 р = 0,005 21,4
Облучённые с онкориском 40 36,9±9,9 62,6 27,6±7,1 р = 0,025 44,8 9,3±3,5 22,2
Необлучённый контроль 107 52,1±4,0 41,1 46,2±4,0 41,3 5,8±0,6 6,3
Выявленные изменения среднегрупповых значений N0 в целом хорошо подтверждались изменениями частот повышенных значений этих параметров у отдельных лиц (табл. 3).
Среди людей, подвергшихся хроническому облучению независимо от дозы на ККМ, доля лиц (%) с повышенными значениями N0 и нитрата была достоверно меньше, чем среди необлучённых лиц. В группе облучённых с ХЛС полученная закономерность сохранялась, однако при этом доля лиц с повышенными значениями N0-метаболитов была больше, чем в группе лиц без ХЛС.
Выводы и заключение. В результате обследования критических групп людей, подвергшихся хроническому облучению на р. Тече (средняя доза на ККМ 970±40 мГр), показано, что основные изменения, по которым можно судить о наличии или отсутствии оксидативного стресса, были характерны в первую очередь для группы людей с онкологическим риском (по данным ЛКС). Для этой группы лиц выявлено существенное повышение уровня антиоксидантного фермента Си/2п СОД, при этом содержание МДА у части лиц являлось сниженным, а у части — сохранялось на нормаль-
Таблица 3
Частота лиц с повышенными уровнями N0 и его конечных метаболитов (нитратов, нитритов) в крови
Группа N NO>57,9 мкМ/л Нитрат>52,9 мкМ/л Нитрит>6,7 мкМ/л
Абс. % Абс. % Абс. %
Облучённые лица без ХЛС 354 33 9,3 p<0,0001 19 5,4 p< 0,0001 81 22,9 p = 0,008
Облучённые лица с ХЛС 63 11 17,5 p1 = 0,072 9 14,3 p1 = 0,024 24 38,1 p1 = 0,017
Облучённые лица <500 мГр на ККМ 113 15 13,3 p = 0,018 10 8,8 p = 0,003 33 29,2
Облучённые лица >500 мГр на ККМ 237 23 9,7 p = 0,0001 14 5,9 p<0,0001 65 27,4
Облучённые с онкориском 40 4 10,0 p = 0,043 4 10,0 p = 0,041 8 20,0 p = 0,042
Необлучённый контроль 107 28 26,2 26 24,3 39 36,4
ном уровне, что позволило говорить о более интенсивном протекании процессов ПОЛ, а наблюдающийся оксидативный стресс был скомпенсирован повышенными уровнями антиоксидантов.
При сравнении показателей оксидативного стресса у лиц с различными уровнями облучения ККМ отмечали снижение концентрации Си/2п СОД при отсутствии изменений уровня МДА у облучённых лиц с кумулятивной дозой на ККМ < 0,5 Гр. У лиц с накопленной дозой >0,5 Гр изменений показателей оксидативного стресса не выявлено.
Не отмечено существенных изменений средне -го уровня Си/2п СОД и окислительного статуса
клеток (по МДА) в крови лиц с ХЛС в анамнезе при сравнении с облучёнными не имеющими ХЛС, а также при сравнении с необлученными лицами.
У облучённых лиц независимо от уровней облучения ККМ и принадлежности к критическим группам выявлено снижение содержания в крови оксида азота и его конечного метаболита — нитрата. Это может быть связано с нарушением функции сосудистого эндотелия и влиять на развитие таких патологических состояний организма, как дислипидемия, сахарный диабет 2-го типа, артериальная гипертония, сердечная недостаточность [5].
Список литературы
1. Владимиров, Ю. А. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах / Ю. А. Владимиров, А. И. Арчаков. - М., 1972. - 251 с.
2. Камышников, В. С. Справочник по клинико-биохимической лабораторной диагностике / В. С. Камышников. - Минск, 2002. - Т. 2. - 463 с.
3. Медико-биологические и экологические последствия радиоактивного загрязнения реки Теча / под ред. А. В. Аклеева, М. Ф. Киселёва. - М., 2001. - 531 с.
4. Меньщикова, Е. Б. Окислительный стресс. Патологические состояния и заболевания / Е. Б. Мень-щикова. - М., 2013. - 215 с.
5. Метельская, В. А. Оксид азота: роль в регуляции биологических функций, методы определения в крови человека / В. А. Метельская, Н. Г. Гуманова // Лаборатор. медицина. - 2005. - № 7. - С. 19-24.
6. Davis, K. L. Novel effects of nitric oxide / K. L. Davis, E. Martin, I. V. Turko // Annual Review of Pharmacology and Toxicology. - 2001. - Vol. 41. - Р. 203-236.
7. Niwa, Y. Age-dependent basal level and induction capacity of copper-zinc and manganese superoxide dismutase and other scavenging enzyme activities in leukocytes from young and elderly adults / Y. Niwa, O. Iizava, K. Ishimoto, H. Akamatsu, T. Kanoh // The American Journal of Pathology. 1993. - Vol. 143, № 1. -P. 312-320.
8. Pacifici, R. E. Protein, lipid and DNA repair system in oxidative stress: free radical theory of aging revisited / R. E. Pacifici, K. J. A. Davies // Gerontology. - 1991. - Vol. 37. - P. 166-180.
Сведения об авторах
Варфоломеева Татьяна Александровна — кандидат биологических наук, научный сотрудник клинико-физиологической лаборатории Уральского научно-практического центра радиационной медицины, старший преподаватель кафедры радиационной биологии Челябинского государственного университета, Челябинск, Россия. [email protected].
Мандрыкина Алина Сергеевна — старший лаборант клинико-физиологической лаборатории Уральского научно-практического центра радиационной медицины, Челябинск, Россия. [email protected]
Bulletin of Chelyabinsk State University. 2015. No. 21 (376). Biology. Issue 3. Pp. 65-69.
INDICATORS OF OXIDATIVE STRESS IN PEOPLE EXPOSED TO CHRONIC RADIATION ON THE TECHA RIVER
T. A. Varfolomeeva
Urals Research Center for Radiation Medicine, Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia. [email protected]
А. S. Mandrykina
Urals Research Center for Radiation Medicine, Chelyabinsk, Russia. [email protected]
The indicators of oxidative stress are studied in people exposed to chronic radiation they lived in the Techa riverside villages in the 1950-th. The following groups have been formed to allow conducting a research: persons with chronic radiation syndrome (CRS) in anamnesis, persons with the dose to the red bone marrow (RBM) above 500 mGy, persons with an increased cancer risk. The increase in the levels of antioxidant enzyme superoxide dismutase (Cu/Zn SOD) with the decrease of malondialdehyde (MDA) levels in the group of individuals with increased cancer risk has been identified. The results indicate the presence of oxidative stress in the study group. A significant decrease in nitric oxide (NO) and its stable metabolite, nitrate, independently of RBM exposure levels, the presence or absence of CRS and cancer risk are determined.
Keywords: chronic exposure, oxidative stress, Cu / Zn SOD, NO, MDA, critical groups.
References
1. Vladimirov Yu.A., Archakov A.I. Perekisnoye okisleniye lipidov v biologicheskikh membranakh [Lipid peroxidation in biological membranes]. Moscow, 1972. 251 p. (In Russ.).
2. Kamyshnikov V.S. Spravochnik po kliniko-biokhimicheskoy laboratornoy diagnostike [Handbook of clinical and biochemical laboratory diagnosis]. Minsk, 2002. Vol. 2. 463 p. (In Russ.).
3. Akleev A.V., Kiselev M.F. (ed.) Mediko-biologicheskiye i ekologicheskiye posledstviya radioaktivnogo zagryazneniya reki Techa [Medical-biological and ecological impacts of radioactive contamination of the Techa river]. Moscow, 2001. 531 p. (In Russ.).
4. Men'shhikova E.B. Okislitel'nyy stress. Patologicheskiye sostoyaniya i zabolevaniya [Oxidative stress. Pathological conditions and diseases]. Moscow, 2013. 215 p. (In Russ.).
5. Metel'skaja V.A., Gumanova N.G. Oksid azota: rol' v regulyatsii biologicheskikh funktsiy, metody opre-deleniya v krovi cheloveka [Nitric oxide: role in the regulation of biological functions, methods for the determination of human blood]. Laboratornaya meditsina [Laboratory Medicine]. 2005, no. 7, pp. 19-24 (In Russ.).
6. Davis K.L., Martin E., Turko I.V. Novel effects of nitric oxide. Annual Review of Pharmacology and Toxicology, 2001, vol. 41, pp. 203-236.
7. Niwa Y., Iizava O., Ishimoto K., Akamatsu H., Kanoh T. Age-dependent basal level and induction capacity of copper-zinc and manganese superoxide dismutase and other scavenging enzyme activities in leukocytes from young and elderly adults. The American Journal of Pathology, 1993, vol. 143, no. 1. pp. 312-320.
8. Pacifici R.E., Davies K.J.A. Protein, lipid and DNA repair system in oxidative stress: free radical theory of aging revisited. Gerontology, 1991, vol. 37, pp. 166-180.
