Стан ендокринної функції підшлункової залози при дії малих рівнів іонізуючого опромінення та стресу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Академія медичних наук України

Науковий центр радіаційної медицини

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата медичних наук

03.00.01 - Радіобіологія

Стан ендокринної функції підшлункової залози при дії малих рівнів іонізуючого опромінення та стресу

Руднєв Іван Михайлович

Київ 2002

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Інституті експериментальної радіології та Інституті клінічної радіології Наукового центру радіаційної медицини АМН України.

Науковий керівник: доктор медичних наук, Горбань Євген Миколайович, Інститут геронтології АМН України, завідувач лабораторії радіобіології

Офіційні опоненти:

доктор медичних наук, професор, Матюшко Ростислав Павлович, Національний медичний університет імені О.О.Богомольця МОЗ України, завідувач курсом радіаційної медицини, професор кафедри медичної радіології з курсом рентгенології та радіаційної медицини

доктор медичних наук, старший науковий співробітник, Томашевська Людмила Анатоліївна, Інститут гігієни і медичної екології імені О.М.Марзеєва АМН України, головний науковий співробітник лабораторії гігієни електромагнітних випромінювань

Провідна установа:

Інститут експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р.Є.Кавецького, відділ радіобіології та відділ біофізики канцерогенезу, НАН України, м. Київ.

Захист дисертації відбудеться 03.06.2002 року. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.562.01 при Науковому центрі радіаційної медицини АМН України за адресою: 03115, м. Київ, проспект Перемоги, 119-121.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Наукового центру радіаційної медицини АМН України за адресою 04050, Київ, вул. Мельникова, 53.

Автореферат розісланий29.04.2002 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук Л.О. Ляшенко

1. Загальна характеристика роботи

ендокринний підшлунковий опромінення глікемія

Актуальність теми дослідження. Цукровий діабет - одне з найпоширеніших ендокринних захворювань. За різними оцінками на сьогодні у всьому світі на цукровий діабет (ЦД) хворіє від 100 до 150 млн. людей і ця кількість щорічно збільшується на 5-7 % (Ю.П.Спіженко, В.В.Корпачев, 1998; П.Г.Прудіус та ін., 2000). Відомо, що розвиток ЦД обох типів тісно пов'язаний з впливом факторів зовнішнього середовища (И.И.Дедов и др, 1998). За умов, несприятливого екологічного становища в Україні, де ситуація суттєво ускладнюється наслідками аварії на ЧАЕС, частота захворювання на ЦД істотно зросла. Особливо актуальне це питання для учасників ліквідації наслідків аварії (УЛНА) на ЧАЕС, які впродовж тривалого часу зазнавали комбінованого впливу низки несприятливих чинників, передусім - радіаційного і психоемоційного. Показники захворюваності і поширеності ЦД 2-го типу серед цих осіб значно вищі популяційних (А.Ф.Цыб, В.К.Иванов, 2001; Н.В.Мазурина и др., 2001; Зуєва Н.О. и др., 2001). Окрім цього, в них знайдені серйозні розлади різник ланок гормонального статусу, що розглядаються, як фактори підвищеного ризику розвитку в них ЦД у подальшому (О.М.Коваленко, 1998; Н.О.Зуєва, 2002).

Зміни, подібні тим, що відмічені в УЛНА на ЧАЕС, виявлені в експериментах при хронічному та гострому опроміненні тварин. За цих умов спостерігали підвищення рівня глюкози в крові (Г.Г.Гацко, С.И.Брилевская, 1991; Л.П.Дерев'янко, 1997), активацію гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи [Т.Ю.Мизина, 1990; С.Олійник, 1998; Л.А.Порохняк-Гановская и др., 1999), зміни концентрації інсуліну в крові і його рівня в острівцях Лангерганса підшлункової залози (С.И.Брилевская, 1993), а також розвиток інсулінорезистентності у разі тривалої гіперінсулінемії (Mallinckrodt C.H., 1998). Показано, що навіть малі дози іонізуючого випромінювання (ІВ) можуть викликати помітні морфофункціональні порушення підшлункової залози (Л.А.Порохняк-Гановская и др., 1999; О.В.Юрченко та ін., 2001), одержані дані щодо ролі процесів перекисного окиснення ліпідів (ПОЛ) у розвитку цих несприятливих зрушень. У той же час, поки ще не вдалося отримати переконливих доказів дозової залежності виникнення цих порушень за умов впливу ІВ (О.М.Коваленко, 1999; Е.А.Холодова, 1999, Л.А.Порохняк-Гановская и др., 1999, Н.О.Зуєва, 2002).

Таким чином, хоча зв'язок між розвитком ЦД і впливом на організм несприятливих чинників навколишнього середовища не викликає сумніву, значущість таких факторів Чорнобильської катастрофи, як іонізуюче опромінення і психоемоційний стрес, етіопатогенетична роль кожного з них, та їх взаємодії, досліджена недостатньо. В той же час, ці питання є досить важливими як в теоретичному, так і практичному аспектах, оскільки від їх вирішення багато в чому залежать заходи щодо профілактики ЦД та його ускладнень, визначення оптимальних схем лікування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота пов'язана з науковою тематикою Інституту експериментальної радіології Наукового центру радіаційної медицини (НЦРМ) АМН України і виконувалася в рамках теми: “Розробка та впровадження в клінічну практику засобів покращення стану здоров'я критичних груп населення, що постраждали внаслідок Чорнобильської аварії”. Номер держреєстрації 0199U003083.

Мета дослідження - визначити роль іонізуючого випромінювання та стресу у виникненні порушень ендокринної функції підшлункової залози і вуглеводного обміну за результатами клініко-лабораторних досліджень учасників ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС та експериментів на тваринах.

Задачі дослідження:

1. Провести аналіз даних клініко-епідеміологічного регістру НЦРМ АМН України щодо зв'язку глікемії у ліквідаторів наслідків аварії на ЧАЕС періоду 1986-1987 рр., хворих на цукровий діабет, та отриманих ними доз опромінення і дати оцінку рівня деяких показників білкового, ліпідного обміну та стану гепато-біліарної системи у осіб цього контингенту.

2. В експерименті на тваринах визначити наслідки впливу іонізуючого випромінювання на ендокринну функцію підшлункової залози, стан вуглеводного обміну та функціональну активність надниркових залоз.

3. Оцінити інтенсивність процесів ПОЛ в тканинах гіпофіза, гіпоталамуса, підшлункової залози, печінки та крові опромінених тварин за даними визначення рівня малонового діальдегіду.

4. Дати оцінку морфофункціонального стану острівцевого апарату підшлункової залози і печінки опромінених тварин за результатами світлооптичної та електронної мікроскопії.

5. Дослідити рівень накопичення продуктів ПОЛ у тканинах деяких органів, швидкість поглинання кисню гомогенатами печінки за умов впливу іммобілізаційного стресу різної тривалості та іонізуючого випромінювання.

6. Визначити особливості впливу ізольованого і поєднаного впливу іонізуючого опромінення та іммобілізаційного стресу на рівень показників ендокринної функції підшлункової залози, вуглеводного обміну, функціональної активності надниркових залоз та функціонального стану гепатоцитів.

Об'єкт дослідження - порушення вуглеводного обміну за умов впливу іонізуючого випромінювання і стресу у експериментальних тварин та учасників ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС.

Предмет дослідження - стан ендокринної функції підшлункової залози у різні строки після впливу іонізуючого випромінювання та стресу.

Методи дослідження - біохімічні, морфологічні, радіологічні, статистичні

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше продемонстровано достовірну дозову залежність між рівнем глікемії в УЛНА на ЧАЕС періоду 1986-1987 рр., хворих на цукровий діабет з ознаками гіперглікемії натще, і отриманими ними дозами опромінення, визначено, що ця залежність має квадратичний характер.

Вперше, у комплексних експериментальних дослідженнях проведено зіставлення змін основних показників ендокринної функції підшлункової залози і стану вуглеводного обміну, активності гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи та інтенсивності процесів ПОЛ у різних тканинах за умов впливу ІВ в широкому діапазоні доз (0,1, 0,5, 1, 2 та 5 Гр) та різних строків дослідження.

Дістало подальшого розвитку вивчення наслідків впливу іонізуючої радіації на морфофункціональний стан острівцевого апарату підшлункової залози. Показано ознаки зниження секреторної активності b- і a-клітин підшлункової залози експериментальних тварин. При цьому морфофункціональний стан останніх за цих умов, досі досліджено недостатньо.

Дістав подальшого розвитку і підтвердження погляд щодо спільних ланок механізмів реалізації біоефектів іонізуючої радіації і стресу (іммобілізація тварин): за даними визначення швидкості поглинання кисню гомогенатами печінки та накопичення продуктів ПОЛ у тканинах ряду ендокринних органів, продемонстрована подібність змін параметрів, що визначалися за цих умов.

Встановлено особливості ізольованого та сполученого впливу ІВ та стресового чинника нерадіаційної природи (іммобілізаційний стрес) на показники гормонального статусу і стану вуглеводного обміну і дана оцінка ролі кожного з них у формуванні порушень, показано адитивний характер їх взаємодії.

Практичне значення одержаних результатів. Продемонстровано, що опромінення у малих дозах слід розглядати, як фактор ризику розвитку цукрового діабету.

Показано, що особам з наявною гіперглікемією властива підвищена чутливість до впливу ІВ, що слід враховувати під час відбору осіб для роботи за умов підвищеного радіаційного опромінення.

Продемонстровано, що додатковий стресовий чинник посилює негативний вплив опромінення на стан вуглеводного обміну і підвищує ризик захворювання на цукровий діабет.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійною працею автора. Ним особисто проаналізовано вітчизняну та зарубіжну наукову літературу за темою, розроблено план наукових досліджень, обрано методи вирішення поставлених задач, проведено аналіз даних, виконано відповідні дослідження і проведено статистичну обробку одержаних результатів та їх узагальнення, сформульовано висновки.

Морфологічні дослідження експериментального матеріалу виконані за участю проф. Носова А.Т. (Інститут нейрохірургії імені А.П. Ромоданова АМН України; лабораторія електронної мікроскопії), який є співавтором спільних наукових праць. При цьому, особисто автором проведено порівняння результатів морфологічних і, зокрема, морфометричних досліджень, з даними біохімічних параметрів, визначених в експерименті.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на VIII науковій конференції “Засоби захисту людини за несприятливих екологічних умов” (1999 р., Київ), на конференції “Гигиена и биологическое действие физических факторов” (1999 р., Київ), на міжнародній конференції “Проблеми і шляхи створення засобів, які мінімізують негативні наслідки Чорнобильської катастрофи і впливу оточуючого середовища” (2000 р., Київ), на науково-практичній конференції “Питание, здоровье, жизнь в XXI веке” (2000 р., Київ), на науково-практичній конференції “Експериментальна радіобіологія (до 15-ї річниці Чорнобильської катастрофи)” (2001 р., Київ).

Публікації. Одержані результати опубліковані у 8 наукових працях, з яких 1- тези, 3 - статті у наукових журналах, 4 - статті у збірках наукових праць.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація викладена на 154 сторінках машинопису. Вона складається із вступу, п'яти розділів (у тому числі, огляду літератури, матеріалів і методів дослідження, трьох розділів з викладенням результатів власних досліджень), узагальнення одержаних результатів, висновків та списку 171 використаного джерела, що містить 94 вітчизняних та 77 зарубіжних авторів. Дисертація ілюстрована 34 таблицями та 20 рисунками.

2. Основний зміст

Роль іонізуючого випромінювання та психоемоційного стресу в етіопатогенезі розвитку ЦД (розділ 1). Показано, що на сьогодні склалися досить чіткі уявлення щодо основних етіопатогенетичних ланок розвитку ЦД і виникнення підвищеного ризику захворювання (тривала активація гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи, підвищений рівень інсуліну у крові тощо), але переконливих доказів щодо ролі радіаційного чинника у підвищені поширеності захворювання на ЦД серед осіб, які зазнали радіаційного впливу поки не отримано; недостатньо вивченим залишається питання щодо ролі ізольованого та сполученого впливу ІВ та стресового чинника нерадіаційної природи в розгортанні процесів, які призводять до розвитку ЦД. Показана недостатня вивченість питань морфологічних змін секреторного апарату підшлункової залози, спричинених впливом ІВ, особливо в комплексі з визначенням показників гормонального статусу.

Матеріали та методи дослідження (розділ 2). В цьому розділі обґрунтовуються обрані напрямки досліджень: аналіз даних клініко-епідеміологічного регістру НЦРМ АМН України (відібрано 423 особи УЛНА на ЧАЕС, хворих на ЦД) та експериментальні дослідження (211 білих щурів). Подається опис використаних в експериментальних дослідженнях методів: рівня глюкози в крові за допомогою орто-толуїдинового методу (Балаховский И.С., Натогин Ю.В. ;1973), концентрації білка за Лоурі (Lowry O.H., Rosenbrough N.G., Randell R. J.; 1951), активності аспартатамінотрансферази (АсТ) та аланінамінотрансферази (АлТ) за Reitman S., Frankel S. (1957), рівнів кортикостерону та адреналіну в плазмі крові, що їх визначали фізико-хімічним методом з використанням мікрофлуорометрії (Балашов Ю.Г.; 1990), концентрації інсуліну в сироватці крові за допомогою радіоімунологічного методу з використанням наборів РІО-ІНС-ПГ-125І (Славнов В.Н.; 1988), концентрації глікогену в гомогенатах печінки за Кудрявцевою. Проби крові брали натще. Сироватку крові отримували центрифугуванням крові при 3000 об/хв протягом 10 хвилин. Інтенсивність перекисного окиснення ліпідів оцінювали за даними накопичення МДА в тканинах, який визначали за методом Владимирова Ю.О. та Арчакова О.І. (1972). Концентрацію МДА розраховували на грам білка проби. У сироватці крові МДА визначали за методом Гаврилова та ін. (1987).

Визначення біохімічних параметрів проводили за тиждень, 30 діб та 90 діб після опромінення піддослідних тварин.

Визначення показників швидкості поглинання кисню гомогенатами печінки проводили за допомогою полярографічного методу (полярограф LP - 7E; Чехія) у нанограматомах кисню, що поглинався з розчину одним мг білка за 1 хвилину (нг-атом О / мг. хв). Після додавання в комірку гомогенату, реєстрували швидкість поглинання кисню, що відповідала 1-у метаболічному стану мітохондрій за Чансом та Уільямсом [Chance B., Williams G. R.; 1955). Після додавання сукцинату і аденозиндифосфату натрію реєстрували швидкості V2 і V3, що відповідали 2-у і 3-у метаболічним станам. Швидкість V4 спостерігали за деякий час після додавання аденозиндифосфату натрію ("час фосфорилування"). Ефективність процесу окиснювального фосфорилування визначали за величиною дихального коефіцієнту (V3/V4).

Для проведення морфологічних досліджень, безпосередньо після забою тварин брали невеличкі шматочки (1 х 1 мм3) тканин печінки та підшлункової залози. які фіксували в суміші ряду речовин на 0,1 молярному фосфатному буфері рН=7,4 з наступною дофіксацією в 1 % розчині чотирьохокису осмію (Mayahara H., Fujimoto K., Ando A.; 1980) з подальшим їх зневодненням в зростаючих концентраціях етанолу і оксипропілену. Ультратонкi зрізи товщиною 600 A виготовлялись на ультратомах ЛКБ i Рейхардт. Для електронномікроскопічних досліджень використовували електронний мікроскоп ЕМ-400Т фірми "Фiлiпс" (Нідерланди). Для кількісної оцінки виявлених морфологічних змін, зокрема, для кількісної оцінки наявності гранул глікогену у цитоплазмі гепатоцитів, визначення відсотка площі, що зайнята фагосомами і ліпідними включеннями, оцінки площі, що зайнята інтактними мітохондріями та хроматином, використовували морфометричну обробку електронограм за допомогою системи аналізу зображень ІВAS - 2000 фірми “KONTRON” (ФРН).

Загальне зовнішнє опромінення тварин проводили за допомогою установки “ИГУР” (137Cs; 660 кеВ). Застосовували такі дози: 0,1, 0,5, 1, 2 та 5 Гр. Іммобілізацію тварин протягом 2-х годин (іммобілізаційний стрес) здійснювали у камерах Когана. Статистичну обробку даних (визначення основних статистичних параметрів, перевірка нульової гіпотези за критерієм Стьюдента, кореляційний та дисперсійно-регресійний аналіз) проводили за допомогою стандартних статистичних пакетів "Systat" і "Excel 97" на персональному комп'ютері.

Аналіз стану деяких ланок метаболізму і рівня глюкози в крові в учасників ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС, хворих на цукровий діабет, і його зв'язку з впливом радіаційного чинника (розділ 3). Показано, що серед УЛНА на ЧАЕС, хворих на ЦД, спостерігається значна частота відхилень від норми різних показників метаболізму, стану гепато-біліарної системи; особливо часто - рівнів білірубіну і загального холестерину в крові (23,7 %±2,2% і 23,6 %±2,15% випадків відповідно), підвищення активності АлТ (в 20,6%±1,6% випадків). Однак кореляційного зв'язку між рівнем глікемії і визначеними біохімічними параметрами не знайдено. Вивчено вплив ряду чинників на рівень глікемії серед осіб цього контингенту. Так, аналіз впливу тривалості періоду, що минув після аварії і віку хворих, показав, що в цілому істотним є лише чинник віку.

Проведено аналіз щодо розподілу доз ІВ серед осіб цього контингенту та зв'язку між їх рівнем і рівням глюкози в крові натще. У осіб з рівнем глікемії нижчим за 6,1 ммоль/л його істотних змін залежно від отриманої дози ІВ не виявлено. Серед обстежених осіб з ознаками гіперглікемії показана наявність такої залежності, що має нелінійний і S-подібний характер (рис.1). При цьому лівому плечу кривої відповідає максимальна кількість випадків, тоді, як правому - мінімальна (42 та 36 осіб відповідно). В цілому ця залежність виявилася невірогідною. Натомість, дисперсійно-регресійний аналіз для даних, що відповідав дозам вищим за 10 сГр (рис. 1) виявив вірогідну (p<0,01) квадратичну залежність, формула якої наводиться на рисунку.

Рис. 1 Рівень глюкози в крові в УЛНА на ЧАЕС, хворих на цукровий діабет з гіперглікемією натще, за різних доз опромінення. Переривчастою лінією виділено ділянку кривої, що відповідає дозам, меншим за 10 сГр

Вивчення в експерименті наслідків впливу іонізуючого випромінювання та іммобілізаційного стресу на ендокринну функцію підшлункової залози (розділ 4). У цьому розділі представлені результати визначення ряду показників, що характеризують стан вуглеводного обміну в різні терміни (7, 30 та 90 діб) після одноразового загального опромінення тварин в різних дозах та триразового іммобілізаційного стресу, а також у разі їх поєднаного застосування.

Продемонстровано, що після одноразового загального опромінення спостерігаються тривалі дозозалежні і істотні порушення практично всіх показників, що визначалися. На рис. 2 представлені дані про характер змін деяких з них, залежно від застосованих доз опромінення. Як видно з цих даних, із збільшенням дози рівень інсуліну у крові та глікогену у печінці знижується, водночас зі зростанням концентрації в крові кортикостерону та адреналіну.

Рис. 2 Характер змін деяких біохімічних показників на 30 добу після опромінення тварин у різних дозах (у % до значень цих показників в інтактних тварин)

Інакше ІВ впливає на концентрацію інсуліну у крові: певне зростання його концентрації за дози 0,1 та 0,5 Гр (з 149,2±7 пмоль/л до 185±8 та 181±5 пмоль/л відповідно; p<0,05) змінюється наступним дозозалежним зниженням (за дози 5 Гр до 105±7 пмоль/л, p<0,05; у контролі - з 149,2±7 пмоль/л). Привертає увагу і те, що концентрація МДА, що характеризує інтенсивність процесів ПОЛ, різко зростає у гіпофізі (більше ніж на 100 %) вже за дози 0,1 Гр, але із подальшим збільшенням дози ІВ залишається на тому ж самому підвищеному рівні. Практично, паралельно відбуваються і зміни концентрації МДА у гіпоталамусі - своєрідному нейроендокринному центрі. На цьому тлі спостерігається начебто незначна, але в цілому вірогідна, гіперглікемія (рис.3).

Рис. 3 Рівень глюкози в крові щурів на 30 добу після їх опромінення у різних дозах

Порушення гомеостазу глюкози та істотне зниження концентрації інсуліну у крові (за доз 1-5 Гр) може свідчити про серйозні порушення з боку морфофункціонального стану підшлункової залози, ознаки якого чітко визначалися за 30 діб після опромінення тварин (5 Гр). Морфологічні і, зокрема, електронномікроскопічні та морфометричні дослідження показали явні ознаки зниження секреторної активності b-клітин підшлункової залози (зменшення кількості секреторних гранул та дистрофічні процеси, що розвиваються в цитоплазмі). Виявлені і ознаки ушкодження a-клітин, що секретують глюкагон. Водночас спостерігались і виразні дистрофічно-деструктивні зміни у гепатоцитах із ознаками зниження їх функціональної активності, а також зменшення (за даними морфометрії) рівня глікогену. Найбільш ймовірним уявляється ураження тканин продуктами ПОЛ, інтенсивність якого, у порівнянні з іншими тканинами, виявилася максимальною і найбільш стійкою саме у підшлунковій залозі.

Не дивлячись на те, що знайдені порушення в окремих системах і органах, які визначають стан вуглеводного обміну, є досить стійкими, але за одними показниками вони з часом зменшуються (адреналін, кортикостерон), за іншими - залишаються на стабільному зміненому рівні (зниження рівня інсуліну та МДА у тканинах гіпофізу та гіпоталамусу), для решти - найяскравіше проявляється саме у віддалені терміни. У підшлунковій залозі рівень МДА зростав із збільшенням терміну, що минув після опромінення, особливо у разі поєднаного впливу опромінення та іммобілізаційного стресу. Так, якщо у відповідному контролі (на 7-у, 30-у та 90-у добу від початку досліду) рівень МДА у тканинах підшлункової залози становив 777±35, 725±30 і 777±38 ммоль/мг білка відповідно, то за дози 5 Гр цей показник зростав на ці строки до 883±49, 1313±307 і 1547±117 ммоль/мг білка (в останньому випадку вірогідно; p<0,001).

Продемонстрована подібність характеру змін низки показників у разі застосування іммобілізаційного стресу і опромінення. За показниками швидкості поглинання кисню гомогенатами печінки показано, що за впливу обох чинників можливі ефекти, які свідчать як про стимуляцію (одноразовий стрес, доза опромінення 0,5 Гр), так і такі, що вказують на пригнічення основних процесів життєдіяльності (триразовий стрес, доза опромінення 1 Гр). Показано також залежність накопичення МДА у гомогенатах різних органів від інтенсивності застосованого іммобілізаційного стресу.

Оцінка вірогідності впливу цих чинників на основні показники, що визначалися, підтверджена результатами дисперсійно-регресійного аналізу. Показано, що обидва чинники діють односпрямовано і додатковий стресовий чинник істотно посилює радіаційний ефект, а їх взаємодія має переважно адитивний характер. За відповідними формулами множинної регресії проведено підрахунок можливих ефектів їх ізольованого та поєднаного впливу. Така оцінка показала, що внесок додаткового стресового чинника у зміни, що спостерігаються, залежить від дози опромінення і тим більший, чим менший рівень радіаційного впливу.

Рис. 4 Вплив іммобілізаційного стресу, ізольованого та поєднаного зі стресом опромінення у різних дозах на рівень кортикостерону у сироватці крові і активність АсТ у гомогенатах печінки на 30 добу після застосування даних чинників (у % до рівня у інтактних тварин)

Аналіз і обговорення одержаних результатів (розділ 5). В розділі, узагальнені одержані результати досліджень і проведено їх обговорення в порівнянні з даними літератури. Так, одержані оцінки частоти виникнення ЦД серед УЛНА на ЧАЕС виявилися досить близькими до оцінок інших авторів, які вказують на те, що серед цього контингенту ЦД виявляється значно частіше, ніж в Україні в цілому (О.І.Данилова, 2000; Н.О.Зуєва, 2001). Певні відхилення з боку стану різних ланок метаболізму (гіперхолестеринемія, гіпербілірубінемія тощо), виявлені у цього контингенту збігаються з уявленнями про так званий метаболічний синдром - симптомокомплекс порушень різних ланок метаболізму, центральне місце в патогенезі якого займає інсулінорезистентність (О.М.Барна, 1997, П.М.Боднар, 2001). Встановлено, що рівень глікемії у хворих тим вищий, чим вони старші за віком, що відповідає даним літератури щодо зв'язку віку з ризиком захворювання на ЦД (М.І.Балаболкин, 1994; О.В.Древаль, 1998; Брусенская И.В., 1999).

Зазначається, що складність дослідження дозової залежності і частоти та ступеня порушень вуглеводного обміну, можливо пояснюється не тільки з неточністю і неповнотою дозиметричних даних, але й тим, що ця залежність не вивчалася диференційовано з урахуванням особливостей перебігу захворювання на ЦД: без та з ознаками гіперглікемії, а також в зв'язку з дуже малою ймовірністю її лінійного характеру. Складний характер залежності прояву гіперглікемії від доз опромінення розглядається як наслідок взаємодії процесів радіаційних пошкоджень та механізмів спрямованих на компенсацію і зменшення цих порушень. Як свідчать дані літератури, лінійні залежності радіобіологічних ефектів на практиці майже не трапляються; вони мають, як правило, квадратичний, експоненціальний чи бімодальний характер (Е.Б.Бурлакова, 1994, 1999; Л.М.Рождественский, 1999 и др.). У той же час, одержані нами результати слід розглядати з певними застереженнями, враховуючи ненадійність і обмеженість інформації щодо конкретних значень поглинутих доз, недостатню коректність обробки даних за нерівномірної кількості осіб, що отримали певні дози, та за умов наявності впливу багатьох інших несприятливих чинників.

В експериментальній частині роботи відображені дані, які демонструють істотні і, здебільшого, дозозалежні зрушення з боку ряду систем і органів, що визначають стан вуглеводного обміну і впливають на функцію підшлункової залози, як за умов ізольованого впливу радіаційного чинника, так і його сполучення із впливом стресу нерадіаційної природи. Встановлене при цьому зростання рівня глюкози у крові піддослідних тварин, вже за досить малих доз опромінення (0,1-0,5 Гр), знаходить підтвердження у роботах інших авторів ( Г.Г.Гацко, С.І.Брилевская, 1991; Л.П.Дерев'янко, 1997).

Показано, що у разі ізольованого впливу ІВ, залежно від його дози, рівень інсуліну в крові може змінюватися різнонаправлено. Ступінь цих змін неоднаковий в різні терміни після застосованого впливу. Можливо, що саме через це, результати даних експериментальних досліджень, а також клінічних спостережень різних авторів певною мірою суперечливі: спостерігали як посилення інсуліногенної функції підшлункової залози, так і її пригнічення, або, відсутність змін (Г.Г.Гацко, 1991; Л.П.Дерев'янко, 1997; О.М.Коваленко, 1998; Л.А.Порохняк-Гановская, 1999). Ознаки істотної активації гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи, що спостерігались у наших експериментах, збігаються з даними інших авторів [Л.А.Порохняк-Гановська, 1999; Л.П.Дерев'янко, 1997; С. Т.Олійник, 1998; О.М.Коваленко, 1998, 1999 та ін.).

Ознаки інтенсифікації процесів глюконеогенезу за умов проведеного досліду підтверджують відомі факти, що саме зростання продукування глюкози печінкою і призводить до гіперглікемії [И.В.Брусенская, 1999; П.М.Боднар, 2001; Н.В.Топольникова та ін, 2001 та ін.).

Зниження інсулінопродукуючої функції підшлункової залози вказує на пригнічення її острівцевого апарату, що підтверджено як результатами власних морфологічних досліджень; інші автори виявляли певні морфологічні зміни у цьому органі навіть за умов впливу значно менших доз опромінення (О.В.Юрченко та ін, 2001).

Виявлені у власних експериментах за даними визначення МДА ознаки активації вільнорадикальних процесів (особливо у гіпоталамо-гіпофізарній системі та підшлунковій залозі) дають певні підстави розглядати подібність реакцій у разі впливу радіаційного чинника та стресорного фактору нерадіаційного генезу - іммобілізаційного стресу - а також істотні і тривалі морфофункціональні порушення з точки зору, так званого окисного стресу, що розвивається за умов впливу різних за своєю природою несприятливих чинників і призводить до серйозних ушкоджень клітин і, особливо, їх мембранних структур (C.Pereira та ін., 1999; S.M.Haffner, 2000; В.А.Барабой, 1990; Ю.А. Зозуля та ін., 2000; М.О.Дружина та ін., 2001). За даними літератури продемонстровано безпосередній зв'язок розвитку окисного стресу в етіопатогенезі ЦД та його ускладнень ((B.S.Raheja, 1994; A.Ceriello, M.Pirisi, 1996; H.Haller, 1998).

Таким чином, результати аналізу даних клініко-епідеміологічного регістру дали певне підґрунтя для ствердження значущості радіаційного чинника в етіопатогенезі ЦД, а експериментальні дослідження довели його безумовний вплив на окремі ланки і системи, що визначають стан вуглеводного обміну і функцію підшлункової залози.

Висновки

1. В результаті аналізу даних клініко-епідеміологічного регістру НЦРМ АМН України і власних експериментальних досліджень встановлено зв'язок між поглинутими дозами іонізуючого випромінювання і окремими показниками ендокринної функції підшлункової залози та станом вуглеводного обміну.

2. Рівень глюкози у крові учасників ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС періоду 1986-1987 рр., хворих на цукровий діабет, нижчий за 6,1 ммоль/л, не пов'язаний з дозою опромінення. За більших значень цього показника між отриманими дозами (в діапазоні 10-85 сГр) і рівнем глюкози виявлено достовірну (p< 0,01) квадратичну залежність.

3. Серед ліквідаторів наслідків аварії на ЧАЕС, хворих на цукровий діабет, частота відхилень від норми показників білкового, ліпідного обміну, функціонального стану гепато-біліарної системи підвищена. Відхилення рівнів білірубіну і загального холестерину спостерігалися у 23,7%±2,2% та 23,7%±2,15% випадків відповідно. Активність аланінамінотрансферази підвищена частіше у осіб з гіперглікемією, ніж у ліквідаторів наслідків аварії на ЧАЕС з нормальним концентрацією глюкози: 20,6%±1,6% проти 4,0%±3,9 %.

4. Через місяць після одноразового загального опромінення щурів, у діапазоні доз від 0,1 до 5 Гр встановлено дозозалежне і вірогідне зростання рівня глюкози та підвищення рівнів адреналіну і кортикостерону. У порівнянні з неопроміненими тваринами, рівень інсуліну у крові зростає за доз 0,1 та 0,5 Гр і знижується за більш високих доз.

5. Встановлено дозозалежне зменшення рівня глікогену у гомогенатах печінки, на тлі зниження концентрації білка у крові водночас із зростанням активності аспартатамінотрансферази і аланінамінотрансферази, що в цілому вказує на розвиток процесів глюконеогенезу і ураження гепатоцитів після опромінення.

6. Рівень МДА в тканинах гіпофіза і гіпоталамуса різко зростає за дози 0,1 Гр і з подальшим збільшенням дози, практично не змінюється; у підшлунковій залозі рівень МДА зростає максимально за доз 2 і 5 Гр, що вказує на інтенсифікацію процесів ПОЛ в цих органах.

7. Із збільшенням термінів, що минули після опромінення, рівні адреналіну і кортикостерону у крові дещо знижуються, концентрація інсуліну ж практично не залежить від чинника часу; рівень МДА в гіпофізі і гіпоталамусі залишається стабільно підвищеним до 90-ї доби, і стає максимальним на цей термін у підшлунковій залозі.

8. На 30 добу після загального опромінення щурів в дозі 5 Гр спостерігаються морфофункціональні ознаки зниження секреторної активності b- і a-клітин підшлункової залози: зменшення кількості секреторних гранул та дистрофічні процеси у цитоплазмі. В гепатоцитах спостерігаються виражені дистрофічно-деструктивні зміни із ознаками зниження їх функціональної активності.

9. Продемонстровані істотні порушення функції гепатоцитів за даними швидкості поглинання кисню гомогенатами печінки, які були подібними за впливу іонізуючого випромінювання та іммобілізаційного стресу. За дози 0,5 Гр виявлені ознаки стимуляційного ефекту, а за дози 1 Гр - зниження мобілізації енергетичних ресурсів. Накопичення МДА у гомогенатах ряду органів залежить від кількості експозицій іммобілізаційного стресу.

10. Вплив іммобілізаційного стресу і дози опромінення на більшість біохімічних параметрів, що визначалися, визначено вірогідним; цей додатковий стресовий чинник нерадіаційної природи посилює радіаційний ефект, а їх взаємодія має переважно адитивний характер. Внесок додаткового стресового чинника у зміни визначених параметрів тим більший, чим менший рівень радіаційного впливу.

Список праць, опублікованих за темою дисертації

1. Влияние малых доз радиации на состояние поджелудочной железы в експерименте / Л.А.Порохняк, А.Т.Носов, И.М.Руднев, Л.П.Деревянко // Чернобыльская трагедия и здоровье киевлян через десять лет: Сборник научно-практических работ. - Киев. - 1996. - С. 72. Дисертантом проведено аналіз літератури, проведено зіставлення результатів морфологічних досліджень, з даними параметрів, визначених в експерименті.

2. Руднєв І.М. Ендокринна функція підшлункової залози при дії іонізуючої радіації // Матеріали 3-го симпозіуму “Діагностика та профілактика негативних наслідків радіації“. - Київ. - 1997. - С. 213-214.

3. Руднев И.М. Сахарный диабет у участников ликвидации Чернобыльской катастрофы 1986-1987 гг. // Ліки України. - 2000.- № 7-8. - С. 61-62.

4. Вікторов В.І., Порохняк Л.А., Руднєв І.М. Побічний вплив ліків на підшлункову залозу // Фармакологічний вісник. - 1996. - № 5. - С. 24-25. Дисертантом проведено відбір і аналіз літератури, що була використана у даному огляді.

5. Руднев И.М. Динамика глюкозы у участников ликвидации последствий аварии на ЧАЕС // Ліки України. - 2001. - № 4. - С. 19.

6. Руднєв І.М. Характер змін інсуліну й адреналіну експериментальних тварин в залежності від дози опромінення // Гигиена населенных мест: Сб. тр. - К., 2000. - Вып.36, Т. II. - С.218-222.

7. Руднєв І.М., Горчакова Л.А. Вплив малих доз іонізуючого опромінення та стресу на ендокринну функцію підшлункової залози та метаболічну активність печінки // Гигиена труда: Сб. научн. тр. - Киев. - 2000. - вып. 31. - С. 189-197. Дисертантом одержані дані, що характеризують ендокринну функцію підшлункової залози і зіставлення їх з результатами вивчення метаболічної активності печінки.

8. Руднєв І.М.Вплив іонізуючого опромінення на вміст малонового діальдегіду в органах експериментальних тварин // Гигиена населенных мест: Сб. тр. - К., 2001. - Вып.38, Т. II. - С. 197-199.

Анотація

Руднєв І.М. Стан ендокринної функції підшлункової залози при дії малих рівнів іонізуючого опромінення та стресу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 03.00.01 - радіобіологія - медичні науки. - Науковий центр радіаційної медицини АМН України, Київ. - 2002.

В учасників ліквідації наслідків аварії (УЛНА) на ЧАЕС періоду 1986-1987 рр., хворих на ЦД виявлена вірогідна квадратична залежність між рівнем глікемії і отриманими ними дозами опромінення в діапазоні 10-90 сГр, ознаки порушень ліпідного обміну, стану гепато-біліарної системи.

В експериментах на щурах, за умов впливу ІВ в широкому діапазоні доз (0,1-5 Гр) та іммобілізаційного стресу, на 7, 30 та 90 добу після впливу, визначені дозозалежні зміни ендокринної функції підшлункової залози і вуглеводного обміну, активності гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи та інтенсивності процесів ПОЛ у різних тканинах, подібні зрушенням в УЛНА, що розглядаються як ознаки підвищеного ризику захворювання на ЦД. За нелетальних доз ІВ виявлено зміни морфофункціонального стану підшлункової залози, зокрема з боку a- та b-клітин. Продемонстровано значущість чинника ІВ і стресу в цих процесах.

Ключові слова: цукровий діабет, стрес, учасники ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС, підшлункова залоза, вуглеводний обмін, експеримент.

Summary

Rudnev I.M. Pancreas gland endocrine function state under exposure to low levels of ionising radiation and stress. - Manuscript.

The dissertation for scientific degree of Candidate of Medical Sciences in speciality 03.00.01 - radiobiology - medical sciences. - Scientific Centre for Radiation Medicine AMS of Ukraine, Kyiv, 2002.

Significant quadratic dependence between the level of glycaemia and exposure doses in the range of 10-90 cGy, signs of lipid exchange and hepato-biliary system impairment was found in the participants of Chornobyl Nuclear Power Plant accident consequences liquidation (PACL) during 1986-1987 with sugar diabetes (SD).

In experiments on rats, under the conditions of exposure to ionising radiation (IR) at a wide range of doses (0,1-5 Gy) and immobilisation stress, dose dependent changes of endocrine function of the pancreas and carbohydrate metabolism, activity of hypothalamus-hypophysis-adrenal system and intensity of processes of POL in different tissues, which are similar to alterations at PLCF and are considered as the signs of the increased risk of SD development, were found on 7, 30 and 90 days after exposure. At non-lethal doses of IR, the changes in the morphofunctional state of the pancreas, particularly in a- and b-cells, were found. The significance of the IR and stress factors in these processes is shown.

Key words: sugar diabetes, stress, participants of Chornobyl Nuclear Power Plant accident consequences liquidation, pancreas, carbohydrate metabolism, experiment.

Аннотация

Руднев М.И. Состояние эндокринной функции поджелудочной железы при действии низких уровней ионизирующего облучения и стресса. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности 03.00.01 - радиобиология - медицинские науки. - Научный центр радиационной медицины АМН Украины, Киев. - 2002.

В диссертации изложены результаты анализа данных клинико-єпидемиологического регистра НЦРМ АМН Украины, касающиеся участников ликвидации последствий аварии (УЛПА) на ЧАЭС периода 1986-1987 гг., больных сахарным диабетом (СД) и результаты экспериментальных исследований. Выявлено 423 человека с СД - около 7 % от всех лиц, учтенных в регистре. С помощью дисперсионно-регресионного анализа (ДРА), дана оценка направленности и достоверности воздействия дозы облучения на уровень глюкозы в крови.

Показано, что уровень глюкозы в крови участников ликвидации последствий аварии на ЧАЭС периода 1986-1987 рр., больных сахарным диабетом, ниже, чем 6,1 ммоль/л, не связан с дозой облучения. При более высоких значениях этого показателя между поглощенными дозами (в диапазоне 10-85 сГр) и уровнем глюкозы выявлена достоверная (p< 0,01) квадратическая зависимость.

Анализ данных клинико-лабораторных исследований УЛПА, больных СД. показал высокую частоту нарушений липидного обмена и состояния гепато-билиарной системы.

В экспериментах, выполненных на 211 белых крысах, изучено воздействие однократного тотального ионизирующего облучения (ИО) в диапазоне доз от 0,1 до 5 Гр и иммобилизационного стресса (ИС) в разные сроки (на 7, 30 и 90 сутки после воздействия) на показатели, отражающие состояние эндокринной функции поджелудочной железы, углеводного обмена и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. По данным содержания малонового диальдегида (МДА) оценивали интенсивность процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) в тканях ряда эндокринных органов, печени и крови. Изучали морфофункциональное состояние поджелудочной железы и печени.

Продемонстрировано, что через месяц после облучения животных, наблюдается дозозависимая гипергликемия, а также достоверное и дозозависимое возрастание содержания в крови адреналина и кортикостерона. При изолированном воздействии ИО содержание сыроваточного инсулина достоверно возрастало при дозах 0,1-0,5 Гр, оставалось на уровне интактного контроля при дозе в 1 Гр и достоверно снижалось при дозах 2 и 5 Гр. Параллельно с этим, наблюдалось дозозависимое уменьшение содержания гликогена в гомогенатах печени и снижение концентрации белка в крови. Найдено также дозозависимое увеличение активности аспартатаминотрансферазы и аланинаминотрансферази - маркерных ферментов цитолиза гепатоцитов. В целом, это свидетельствует о развитии процессов глюконеогенеза и поражении гепатоцитов. Морфологические исследования (5 Гр, месяц после воздействия) с использованием электронной микроскопии и морфометрии, подтвердили этот вывод, а также выявили существенные неблагоприятные морфофункциональные изменения эндокринного аппарата поджелудочной железы - снижении секреторной активности b- і a-клеток с уменьшением количества секреторных гранул и дистрофическими процессами в цитоплазме. Корреляционный анализ продемонстрировал наличие достоверной связи между рядом определяемых параметров и дозой облучения: глюкоза - 0,58, инсулин - -0,75, гликоген - -0,71, адреналин - 0,88 и кортикостерон - 0,58.

Определение содержания МДА в тканях гипофиза и гипоталамуса показало, что оно резко возрастает уже при дозе 0,1 Гр (более, чем на 100 %) и практически не меняется с увеличением дозы. Значительно увеличивалось и содержание МДА в поджелудочной железе (максимально при дозах 2 и 5 Гр).

Анализ изменений исследуемых параметров также показал, что по мере увеличения сроков, которые прошли после облучения, концентрация адреналина и кортикостерона в крови уменьшается, хотя и не достигает уровня контроля. Отклонения от нормы в содержании инсулина отмечено во все сроки наблюдения. Стабильно повышенным остается содержание МДА в гипофизе и гипоталамусе. В поджелудочной же железе содержание МДА возрастало при всех дозах ИО с увеличением срока после воздействия. Высокая интенсивность процессов ПОЛ в нейро-регуляторных структурах и поджелудочной железе подтверждает взгляд на ведущую роль свободно-радикальных процессов в развитии различных патологических состояниях при воздействии неблагоприятных факторов разного происхождения.

Таким образом, даже после воздействия ИО в малых дозах, в исследуемых системах и органах происходят стабильные изменения, которые аналогичны, в целом, тем, которые отмечены у УЛПА и создают, по мнению многих исследователей, ситуацию повышенного риска развития СД.

Исследование скорости поглощения кислорода гомогенатами печени и интенсивности ПОЛ в разных тканях, показали схожесть наблюдаемых процессов, которые происходят при воздействии ИО и ИС. Сопоставление достоверности воздействия этих двух факторов (по данным ДРА) на различные показатели, характеризующие состояние углеводного обмена, показали, что как ИО, так и ИС достоверно влияет на изменения большинства биохимических параметров. Взаимодействие этих факторов в большинстве случаев вызывает аддитивный эффект. Оценка вклада фактора ИС в наблюдаемые эффекты, показала, что он тем больший, тем ниже доза ИО.

Таким образом, полученные данные показали значимость воздействия ионизирующей радиации и стресса в процессах нарушения гормонального статуса и углеводного обмена, которые могут способствовать развитию сахарного диабета.

Ключевые слова: сахарный диабет, стресс, участники ликвидации последствий аварии на ЧАЭС, поджелудочная железа, углеводный обмен, эксперимент.

Размещено на Allbest.ru