Индивидуальные особенности кинетики остеотропных веществ

Таким образом, анализ закономерностей поведения остеотропных веществ в организме позвоночных (депонирование, транслокация и выведение), опирающийся на концепцию лимитирующих морфофизиологических факторов обмена, показал, что, данная теория требует дополнения. В ходе исследований был выявлен неучитывамый концепцией эндогенный фактор накопления - степень минерализации костной ткани (минеральная плотность).

Результаты исследований по оценке влияния морфофизиологических параметров организма на кинетику остеотропных веществ в скелете позвоночных и наследственной обусловленности индивидуальных особенностей их обмена являются первыми в научной литературе свидетельствами корреляционных отношений индивидуальных метаболических характеристик скелета и эндогенных параметров организма, а также наличия и роли наследственной (семейной) детерминации кинетики остеотропных токсических веществ.

Несмотря на то, что исследования проведены на модельных объектах - грызунах, выводы, полученные в работе, применимы ко всем позвоночным вследствие общих механизмов обмена остеотропных веществ в их скелете. Имеющиеся же различия, например, между скелетом грызунов и человека, представляют клинический интерес, но могут быть учтены, и к тому же по отношению к принципиальной общности невелики.

Выявление связи между метаболизмом остеотропных веществ и физиологическими процессами и структурами скелета открывает перспективы для разработки математической модели обмена остеотропных веществ в скелете. Модель должна учитывать параметры морфофизиологических характеристик скелета конкретного индивида, при этом каждый индивидуальный параметр модели должен быть изучен на предмет предполагаемой динамики в течение жизни. Это отдельная сложная научная задача, которая в рамках данной работы может быть только намечена.

Выводы

1. Уровень депонирования ⁹¹Y и ⁹⁰Sr в скелете экспериментальных животных определяется индивидуальными морфофизиологическими особенностями их скелета. В частности, концентрация радионуклидов в отдельных костях связана обратной зависимостью со степенью их минерализации (коэффициент корреляции Пирсона равен -0,74 - -0,77, p<0,01) и опосредованно - через массу кости - с удельной поверхностью (коэффициент корреляции Пирсона составляет -0,75 - -0,90, p<0,05). Изменение кинетики ⁹⁰Sr также имеет место при модификации костной резорбции. Анализ аккумуляции в скелете стабильного фтора и тетрациклина подтверждает выявленные закономерности.

2. Длительная овсяная монофагия изменяет морфофизиологические характеристики скелета мышей линии CBA таким образом, что происходит нарушение возрастной закономерности аккумуляции ⁹⁰Sr после его однократного введения. Костная ткань экспериментальных животных старшей возрастной группы депонирует ⁹⁰Sr значимо выше (p<0,01), чем контрольных молодых мышей (возраст на момент введения ⁹⁰Sr 12 и 8 нед; концентрация ⁹⁰Sr - 1266 ± 45 Бк/г и 935 ± 17 Бк/г соответственно).

3. Депонирование остеотропных веществ в специализированной кальцифицированной структуре организма позвоночных - зубах (в частности, в резцах грызунов) - зависит от особенностей трофики, интенсивности новообразования дентина, площади зубных поверхностей.

4. Изучение изменчивости морфологических структур кости по комплексу индикаторных неметрических пороговых признаков скелета у мышей 3^х инбредных линий свидетельствует о ведущей роли генотипа в качественном становлении скелета, морфометрические показатели менее устойчивы:

- различия по неметрическим признакам у животных одной линии, у части которых ранний онтогенез проходил на фоне действия экзогенных факторов, на порядок величин меньше, чем между отдельными линиями;

- различия по метрическим характеристикам между экспериментальными группами сопоставимы с межлинейными;

- данных о каких-либо различиях линейных мышей в качественных реакциях на однотипные воздействия не получено.

5. Наследственная компонента изменчивости (коэффициент внутрилинейной и внутрисемейной корреляции) кинетики остеотропных веществ (⁹⁰Sr и стабильного фтора) и морфометрических характеристик тела и скелета у мышей 3^х инбредных линий, оцененная путем межлинейного сравнения и семейного анализа, составляет 0,4-0,6 (p<0,01). При этом относительная семейная компонента в 2-3 раза превышает эффект линейной принадлежности животных (коэффициент корреляции 0,4-0,6 и 0,1-0,3, соответственно, p<0,01).

6. Экзогенные воздействия (несбалансированная диета, ее отмена, модификация резорбции костной ткани) на потомство мышей CBA из одних и тех же семей не изменяют величину семейной компоненты изменчивости кинетики ⁹⁰Sr, что в определенной мере свидетельствует об ее устойчивости. Величина внутрисемейной корреляции для концентрации ⁹⁰Sr, массы тела и массы отдельных костей сопоставима и составляет 0,4-0,5 (p<0,01).

7. Внутрисемейная корреляция массы тела у обыкновенных слепушонок (Ellobius talpinus Pallas, 1770), обитающих на территории, загрязненной ⁹⁰Sr (головная часть Восточно-Уральского радиоактивного следа - ВУРС), сопоставима с внутрисемейной корреляцией массовых показателей у линейных мышей. Семейная обусловленность кинетики ⁹⁰Sr у слепушонок значительно больше, чем у лабораторных животных (0,9 и 0,4-0,5 соответственно). Столь высокая «семейная» компонента депонирования ⁹⁰Sr отчасти может быть связана с различной плотностью загрязнения почвы на участке отлова слепушонок (29,2-118,8 кБк/кг), и как следствие, с широкой вариабельностью содержания ⁹⁰Sr в пищевом рационе.

8. Обнаружена связь между концентрацией ⁹⁰Sr в скелете обыкновенных слепушонок, обитающих в головной части ВУРСа, и степенью минерализации их костной ткани (коэффициент корреляции Пирсона равен -0,85, p<0,01). С замедленной минерализацией костной ткани в организме некоторых особей может быть связано нарушение возрастной закономерности (инверсия) депонирования ⁹⁰Sr, заключающееся в том, что в скелете отдельных молодых индивидов уровень накопления ⁹⁰Sr больше, чем у особей старших возрастных групп.

9. Минимальный сдвиг параметров морфофизиологических факторов (площади поверхности скелета, аппозиционного роста и резорбции костной ткани, минеральной плотности кости), вызывающий значимые изменения (20-90%) в кинетике остеотропных радионуклидов на уровне целостного организма лабораторных животных, составляет 20-40 %.

Основные публикации по теме диссертации

Монографии:

1. Стариченко В.И. Индивидуальная изменчивость метаболизма остеотропных токсических веществ /В.И. Стариченко, Н.М. Любашевский, Б.В. Попов. - Екатеринбург: Наука, 1993. - 168 с.

2. Радиоэкология полуострова Ямал /Н.М. Любашевский, Е.В. Аржанова, М.И. Балонов, Л.Н. Басалаева, Г.Я. Брук, Е.Б. Григоркина, Н.П. Иванова, М.Г. Нифонтова, О.Ф. Садыков, В.И. Стариченко [и др.] // Природа Ямала. - Екатеринбург: Наука, 1995. - Гл. 17. - С. 338-348.

Статьи в журналах, включенных в «Перечень…» ВАК Минобрнауки РФ:

3. Экспериментальное изучение устойчивости проявления неметрических пороговых признаков скелета у линейных мышей /А.Г. Васильев, И.А. Васильева, Н.М. Любашевский, В.И. Стариченко // Генетика. - 1986. - Т. 22, № 7. - С. 1191-1198.

4. Сравнение устойчивости морфометрических и неметрических характеристик скелета линейных мышей к средовым воздействиям в пренатальном развитии /И.А. Васильева, А.Г. Васильев, Н.М. Любашевский, В.И. Стариченко // Генетика. - 1988. - Т. 24, № 7. - С. 1209-1214.

5. Радиоактивное загрязнение полуострова Ямал и оценка радиационной опасности для населения /Н.М. Любашевский, В.И. Стариченко, М.И. Балонов, Г.Я. Брук [и др.] // Экология. - 1993. - № 4. - С. 39-45.

6. Наследуемая хромосомная нестабильность у обыкновенной полевки (Microtus arvalis) из района Кыштымской ядерной аварии - факт или гипотеза? /Э.А. Гилева, Н.М. Любашевский, В.И. Стариченко, М.В. Чибиряк, Г.Н. Романов // Генетика. - 1996. - Т.32, № 1. - С.114-119.

7. Стариченко В.И. Индивидуальные особенности аккумуляции ⁹⁰Sr в организме двух видов серых полевок, обитающих на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа /В.И. Стариченко, Н.М. Любашевский // Радиационная биология. Радиоэкология. - 1998. - Т. 38, вып. 3. - С.375-383.

8. Гилева Э.А. Хромосомная нестабильность у потомков полевок из зоны радиационного неблагополучия /Э.А. Гилева, Д.Ю. Нохрин, В.И. Стариченко // Генетика. - 2000. - Т. 36, № 5. - С. 714-717.

9. Стариченко В.И. Индивидуальная изменчивость депонирования ⁹⁰Sr и ее вариабельность в зависимости от генотипической однородности выборки /В.И. Стариченко // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2000. - Т. 40, № 4. - С. 451-455.

10. Стариченко В.И. Накопление ⁹⁰Sr в костной ткани обыкновенной слепушонки, обитающей в головной части Восточно-Уральского радиоактивного следа /В.И. Стариченко // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2004. - Т. 44, № 3. - С. 346-350.

11. Стариченко В.И. Генотипическая детерминанта кинетики фтора у линейных мышей /В.И. Стариченко, И.А. Кшнясев // Токсикол. вестн. - 2004. - № 6. - С. 21-26.

12. Стариченко В.И. Кинетика ⁹⁰Sr: генотипическая детерминация /В.И. Стариченко // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2005. - Т. 45, № 3. - С. 328-332.

Другие публикации:

13. Биологические основы межвидовых экстраполяций параметров скелетного метаболизма /Н.М. Любашевский, Б.В. Попов, А.А. Мокроносов, З.А. Любашевская, В.И. Стариченко // Пограничные проблемы экологии: сб науч. тр. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986. - С. 84-102.

14. Лимитирующие морфофизиологические факторы в межвидовой и межвозрастной экстраполяции и в индивидуальном прогнозировании обмена остеотропных радионуклидов /Н.М. Любашевский, Б.В. Попов, В.И. Стариченко, А.А. Мокроносов // Радиобиологический эксперимент и человек: сб. науч. тр. - М.: МЗ СССР, 1986. - С. 10-19.

15. Стариченко В.И. Экспериментальная оценка параметров морфофизиологических факторов обмена техногенных элементов в скелете позвоночных /В.И. Стариченко // Техногенные элементы и животный организм (полевые наблюдения и эксперимент): сб. науч. тр. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986. - С. 89-108.

16. Морфофизиологические факторы при очаговом новообразовании кости и кинетика обмена остеотропных элементов в организме позвоночных /В.И. Стариченко, Б.В. Попов, Н.М. Любашевский, А.А. Мокроносов // Техногенные элементы и животный организм (полевые наблюдения и эксперимент): сб. науч. тр. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986. - С. 109-121.

17. Любашевский Н.М. Медико-биологические аспекты индивидуальной изменчивости метаболизма и патологического действия остеотропных токсических веществ /Н.М. Любашевский, В.И. Стариченко // Ускорение социально-экономического развития Урала: Блок 4: Социально-экономическое развитие Урала (Здравоохранение): тез. докл. Всесоюз. науч.-практ. конф., Свердловск, 16-19 нояб. 1989 г. - Свердловск, 1989. Ч. 1. - С. 6-8.

18. Экспериментальное исследование устойчивости неметрических и морфометрических характеристик скелета линейных мышей: влияние несбалансированной материнской диеты и химического загрязнения /И.А. Васильева, А.Г. Васильев, В.И. Стариченко, Н.М. Любашевский, Ю.С. Черепанова // Фенетика природных популяций: материалы IV Всесоюз. совещ. (Борок, нояб. 1990). - М, 1990. - С. 41-43.

19. Перспективы животноводства в районе ТАДАЗа /Н.М. Любашевский, А.М. Емельянов, М.Ф. Бахтиярова, М.И. Джураев, В.В. Котомцев, А.А. Мокроносов, Л.В. Портная, М.В. Чибиряк, В.И. Стариченко // Рекомендации науч.-практ. конф. по рассмотрению состояния итогов выполнения «Целевой научно-технической программы работ по снижению Таджикским алюминиевым заводом выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду до предельно допустимых уровней», Турсунзаде, 2-3 апр. 1991 г. - Турсунзаде, 1991. - С. 84-90.

20. Стариченко В.И. К оценке генеза индивидуальной изменчивости скелета мышей /В.И. Стариченко, И.А. Васильева, А.Г. Васильев // Очерки по экологической диагностике: сб. науч. тр. - Свердловск: УрО АН СССР, 1991. - С. 31-39.

21. Стариченко В.И. Индивидуальная изменчивость радиочувствительности и скелетного метаболизма радионуклидов /В.И. Стариченко, Е.Б. Григоркина // Очерки по экологической диагностике: сб. науч. тр. - Свердловск: УрО АН СССР, 1991. - С. 21-30.

22. Стариченко В.И. Прогноз индивидуальной дозовой нагрузки и ее эффектов /В.И. Стариченко // Экологические проблемы загрязненных радионуклидами территорий Уральского региона: тез. докл. Урал. семинара, 14-16 апр. - Екатеринбург, 1992. - С. 29-31.

23. Васильев А.Г. Экспериментальное изучение проблемы соотношения генотипического и фенотипического разнообразия популяций на примере линейных мышей /А.Г. Васильев, И.А. Васильева, В.И. Стариченко // Фенотипическое разнообразие в популяциях млекопитающих. - Киев, 1992. - С. 3-16. - (Препринт / АН Украины, Ин-т зоологии; 92.2).

24. Problem of dose estimation for population and animals of Ural nuclear accidents region /N.M. Lyubashevsky, A.A. Romanyukha, A.G. Golubev, V.I. Starichenko // Radiobiological consequences of nuclear accidents: 2 Intern. Conf., 25-26 Oct., 1994; Russian-Norwegian Satellite Symp. on Nuclear Accidents, Radioecology and Health, 27-28 Oct., 1994: Abstr. - Moscow, 1994. - Pt. 1. - P. 144.

25. Lyubashevsky N. The theory of individual variability of the strontium-90 metabolism /N. Lyubashevsky, A. Golubev, V. Starichenko // Хроническое радиоактивное воздействие: риск отдаленных эффектов, янв. 9-13, 1995, Челябинск: тез. докл. 1 Междунар. симп. - Челябинск, 1995. - С. 139-140.

26. Стариченко В.И. Индивидуальная изменчивость накопления остеотропных радионуклидов двумя видами полевок на территории ВУРСа /В.И. Стариченко // Радиационная безопасность и защита населения: Междунар. науч.-практ. конф., 5-6 апр. 1995 г. - Екатеринбург, 1995. - С. 29-31.

27. От адаптаций млекопитающих к патологии человека в техногенной среде /Н.М. Любашевский, М.В. Чибиряк, Е.Б. Григоркина, В.И. Стариченко, Л.Н. Расина, С.В. Владимирская // Урал атомный, Урал промышленный: IV Междунар. симп., 30 сент.-3 окт. 1996 г.: тез. докл. - Екатеринбург, 1996. - С. 164-168.

28. The theory of individual variability of osteotropic radionuclides metabolism /N. Lyubashevsky, V. Starichenko, A. Golubev, E. Shishkina // IRPA-9: 1996 Intern. Congr. on Radiation Protection, Apr. 14-19, 1996, Vienna, Austria: Proc. - Vienna, 1996. - Vol. 3. - P. 3-128-3-130.

29. Экстраполяционная оценка риска для будущих поколений аварийных радиационных и техногенных загрязнений и их реабилитация /Н.М. Любашевский, Е.Б. Григоркина, В.И. Стариченко, Л.Н. Расина, М.В. Чибиряк // Совершенствование защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в условиях Уральского региона: Особенности, проблемы, пути решения: сб. материалов регион. науч.-практ. конф., 28-29 апр. 1998 г. - Екатеринбург, 1998. - С. 79-81.

30. Стариченко В.И. Индивидуальные особенности скелетного метаболизма радионуклидов (теоретические и прикладные аспекты) /В.И. Стариченко, Н.М. Любашевский // Проблемы радиационной генетики на рубеже веков: Междунар. конф., Москва, 20-24 нояб. 2000 г.: тез. докл. - М.: Изд-во ун-та дружбы народов, 2000. - С. 196-197.

31. Жизнеспособность популяций мелких млекопитающих в радиационной и экотоксичной среде /Н.М. Любашевский, М.В. Чибиряк, О.В. Тарасов, И.А. Пашнина, Е.Б. Григоркина, В.И. Стариченко, Л.Н. Расина // Проблемы отдаленных эколого-генетических последствий радиационных инцидентов: Тоцкий ядерный взрыв: материалы межрегион. науч. конф., 30 окт.-2 нояб. 2000 г., Екатеринбург. - Екатеринбург, 2000. - С. 54-66.

32. Стариченко В.И. Вариабельность депонирования ⁹⁰Sr в костной ткани мелких млекопитающих в зависимости от генотипической однородности выборки и особенностей их экологии /В.И. Стариченко // Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды: Междунар. конф. БИОРАД-2001, Сыктывкар, 20-24 марта 2001 г. - Сыктывкар, 2001. - С. 98-99.

33. Стариченко В.И. Оценка вклада эндогенных факторов в депонирование остеотропных веществ в скелете мелких млекопитающих /В.И. Стариченко // Урал атомный. Урал промышленный: IX Междунар. экол. симп.: тез. докл. - Екатеринбург, 2001. - С. 154-156.

34. Стариченко В.И. Уровень депонирования ⁹⁰Sr в костной ткани обыкновенной слепушонки на ВУРСе /В.И. Стариченко // Региональная науч.-практ. конф. «ВУРС-45»: тр. и материалы, Озерск, Челяб. обл., 26-27 сент. 2002 г. - Озерск, 2002. - С. 288-291.

35. Стариченко В.И. Уровень накопления ⁹⁰Sr как подтверждение изолированности популяций мелких млекопитающих, обитающих на ВУРСе /В.И. Стариченко // Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды: материалы II регион. науч. конф., 2-5 дек. 2002 г. - Челябинск, 2002. - С. 41-48.

36. Новые материалы по популяционно-генетической радиоадаптации мелких млекопитающих на ВУРСе /Н.М. Любашевский, В.И. Стариченко, Э.А. Гилева, Н.Г. Евдокимов, Н.А. Орехова Н.А. и др. // Экологические проблемы горных территорий: Междунар. год гор на Сред. Урале: материалы Междунар. науч. конф., 18-20 июня 2002 г. - Екатеринбург: Академкнига, 2002. - С. 244-249.

37. Стариченко В.И. Оценка влияния эндогенных факторов на накопление ⁹⁰Sr в костной ткани обыкновенной слепушонки на ВУРСе /В.И. Стариченко, И.А. Кшнясев // Радиационная безопасность территорий. Радиоэкология города: Междунар. конф., Москва, 24-26 нояб. 2003 г. - М.: РУДН, 2003. - С. 64-67.

38. Стариченко В.И. Возрастная инверсия депонирования ⁹⁰Sr в костной ткани позвоночных на ВУРСе: попытка объяснения /В.И. Стариченко // Методы популяционной биологии: сб. материалов VII Всерос. популяц. семинара, 16-21 февр. 2004 г., Респ. Коми, г. Сыктывкар. - Сыктывкар, 2004. - Ч. 1. - С. 202-203.

39. Стариченко В.И. Генотипическая составляющая скелетного депонирования фтора /В.И. Стариченко // Медико-биологические проблемы противолучевой и противохимической защиты: материалы Рос. науч. конф., 20-21 мая 2004 г. - СПб.: Фолиант, 2004. - С. 463-464.

40. Стариченко В.И. Стронций-90 в костной ткани мелких млекопитающих на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС) /В.И. Стариченко // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: материалы II Междунар. конф., Томск, 18-22 окт. 2004 г. - Томск: Тандем-Арт, 2004. - С. 576-579.

41. Стариченко В.И. Оценка генотипической обусловленности метаболизма ⁹⁰Sr /В.И. Стариченко // Хроническое радиационное воздействие: медико-биологические эффекты: материалы III Междунар. симп., 24-26 окт. 2005 г., Челябинск. - Челябинск, 2005. - С. 16-18.

42. Стариченко В.И. Оценка генотипической компоненты изменчивости метаболизма остеотропных токсических веществ /В.И. Стариченко // Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды: материалы I Междунар. науч.-практ. конф., 9-11 окт. 2006 г. - Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2006. - С. 45-50.

Благодарности

Хочу выразить сердечную признательность Н.М. Любашевскому, под влиянием которого сформировались мои научные интересы и чьи советы и моральная поддержка сыграли существенную роль в написании данной работы.

В разное время мне приходилось работать в плодотворном сотрудничестве с И.А. Васильевой, А.Г. Васильевым, Б.В. Поповым, Э.А. Гилевой, А.А. Мокроносовым, Е.Б. Григоркиной, З.А. Любашевской, А.В. Баженовым, М.Г. Нифонтовой, И.А. Пашниной, Е.А. Шишкиной, О.Ф. Садыковым, Н.С. Швыдко, М.И. Балоновым, Г.Я. Бруком, С.Н. Киппер, Н.П. Ивановой.

Неоценимую помощь в статистической обработке материала оказал И.А. Кшнясев; в отлове полевых животных на территории ВУРСа - М.В. Чибиряк и О.В. Тарасов; в отлове обыкновенных слепушонок, определении возрастной и половой структуры их семей - Н.Г. Евдокимов и Н.В. Синева; в радиометрии почвенных проб - В.П. Гусева; в постановке и проведении экспериментальных исследований - сотрудники вивария И.В. Полякова и В.Б. Дубровин, а также студенты УРГУ.

Конструктивная критика и советы были получены мной от Н.В. Глотова, В.Н. Позолотиной, И.В. Молчановой, Г.В. Талалаевой, Р.М. Алексахина, Д.З. Шибковой.

Всем им я глубоко благодарна.

Выражаю искреннюю признательность за всестороннюю поддержку работы руководителю отдела континентальной радиоэкологии А.В. Трапезникову и администрации Института экологии растений и животных УрО РАН, в первую очередь академику В.Н. Большакову.

Сокращения и условные обозначения

АКТГ - адренокортикотропный гормон

ВУРС - Восточно-Уральский радиоактивный след

ЛМФФ - лимитирующие морфофизиологические факторы

МР - модификатор резорбции (модификация резорбции)

МТУ - метилтиоурацил

МФФ - морфофизиологические факторы

ПТГ - паратиреоидный гормон (паратгормон, паратиреоидин)

УФ - ультрафиолетовый

ЭПР - электронный парамагнитный резонанс

F - критерий F

df - число степеней свободы

M - среднее арифметическое

m - ошибка среднего

MS - средний квадрат

n - объем выборки (численность группы)

r - коэффициент корреляции Пирсона

R - коэффициент внутриклассовой корреляции

? - суммирование

Размещено на Allbest.ru