Тяжелые металлы в окружающей среде
жүктеу/скачать 6.49 Mb. Pdf көрінісі
|
| arvalis) – процент анеуплоидных клеток, у рыжей полевки (Clethrionomys glareolus) – доля
метафаз с межхромосомными слияниями по типу робертсоновских транслокаций. Очевидно, что совершенно особые ответы на ионизирующее облучение будут наблюдаться в популяци- ях людей, воспроизводящихся в условиях естественных радиоактивных провинций (Aliyu, Ramli, 2015; Moller, Moussea, 2013), или во многих поколениях животных в местах повышен- ного загрязнения радионуклидами, в частности после чернобыльской аварии (Глазко и др., 2008). К настоящему времени наиболее подробный многолетний обзор последствий резкого повышения ионизирующего облучения для здоровья человека представлен в работах япон- ских исследователей, изучающих последствия атомных бомбардировок Хиросимы и Нагаса- ки и аварий на атомных станциях, включая Фукусиму (Hasegawa et al., 2015; Kamia et al., 2015). Воздействие ионизирующего излучения на организм человека наиболее подробно изучалось на основе долгосрочных крупномасштабных эпидемиологических исследований и создания базы данных (реестра) жителей Японии, переживших атомные бомбардировки Хи- росимы и Нагасаки. Благодаря объему сведений, представленности широких слоев населения обоих полов, всех возрастов и большому разнообразию доз, оцененных индивидуально, ре- зультаты анализа продолжительности жизни, онкологических и неонкологических заболева- ний (Life Span Study – LSS) у японцев, внесенных в реестр, считаются наиболее надежным источником информации о влиянии ионизирующего облучения на популяции человека. По этой причине исследования LSS стали основополагающими для оценок риска в системе ра- диационной защиты, разрабатываемой Международной комиссией по Радиологической за- щите (International Commission on Radiological Protection – ICRP, Англия). В целом получен- ные данные свидетельствуют о том, что выжившие после радиационного воздействия имеют четкую избыточность развития онкологических заболеваний по отношению к контрольным группам (excess relative risk – ERR). Для всех форм лейкемии по всем возрастным группам этот показатель увеличен в 3-5 раз при поглощенных дозах около 1 Gy в расчете на клетки костного мозга (Richardson et al., 2009; Hsu et al., 2013). Статистически достоверное увеличе- ние частоты встречаемости солидных опухолей наблюдалось через 6-10 лет после облучения уже при поглощенных дозах 0,10,2 Gy. При этом возрастала частота таких опухолей в моче- вом пузыре, молочных железах, легких, головном мозге, щитовидной железе, толстом ки- шечнике, яичниках, желудке, печени, но не в поджелудочной железе, прямой кишке, матке, простате и паренхиме почек. У выживших после атомных бомбардировок обнаруживались множественные нераковые заболевания, в основном связанные с патологиями сердечно- сосудистой, респираторной и иммунной систем, а также с повреждениями почек. Изучение здоровья ликвидаторов, участвовавших в обеззараживании загрязненных радионуклидами районов после аварии на Чернобыльской АЭС, показало, что даже через 24 года сохраняются нарушения всех трех показателей, которые использует Всемирная органи- зация здравоохранения (World Health Organization) (ВОЗ – WHO) для контроля здоровья в популяциях людей (физическое, ментальное здоровье и социальное благополучие) (Laidra et al., 2015; Bromet, Luft, 2015). Обследования проживающих в наиболее загрязненных радио- нуклидами регионах Украины, выполненные в 1999-2002 гг., указывают на существенное увеличение частоты опухолей щитовидной железы, а также депрессивных состояний, суици- дальных идей и попыток (Contis, Foley, 2015). Повреждающее действие ионизирующего из- лучения на головной мозг и когнитивные функции известны достаточно давно. Так, в работе А.И. Нягу и К.Н. Логановского (Нягу, Логановский, 1998) приводится историческая сводка наблюдений, в которых были обнаружены нейрофизиологические последствия ионизирую- щего облучения у человека, впервые описанные в 1896 году. В постчернобыльский период этими же авторами выявлены множественные нарушения функций центральной нервной си- стемы, связанные с радионуклидным загрязнением после чернобыльской аварии (Нягу, Ло- гановский, 1997; Heiervang et al., 2010). Накапливаются данные, свидетельствующие о суще- ственном вкладе в нейрофизиологические нарушения, индуцируемые ионизирующим облу- чением, окислительного стресса, который в том числе проявляется снижением супероксид- дисмутазной активности в митохондриях (Baulch et al., 2015; Parihar et al., 2014). В то же время подробные исследования здоровья населения в разных районах Японии после земле- трясения 2011 года свидетельствуют о том, что массовое ухудшение объективных и субъек- тивных оценок здоровья населения тесно ассоциировано с силой землетрясения и удаленно- стью от его эпицентра (Sugimoto et al., 2013). Более того, оказалось, что сам факт отселения из зоны с повышенным уровнем ионизирующего излучения вокруг атомной станции Фуку- сима-1 приводит к повышению смертности среди отселенного населения, и это отчетливо выявляется на протяжении первых 4 лет после аварии (Tanaka, 2015). Причем увеличение смертности не было прямо связано с величинами доз, полученными за счет внешнего и внут- реннего облучения. Предполагается, что в большей степени, чем собственно повреждающее действие ионизирующего облучения, этот эффект обусловлен посттравматическим синдро- мом, который провоцирует ускоренное развитие ряда неспецифических (особенно хрониче- ских) заболеваний. Главное, с нашей точки зрения, и недостаточно учтенное вертикальное последствие воздействия ионизирующего облучения для живых объектов проявляется в снижении репро- дуктивной функции, вследствие чего из воспроизводства исключаются носители аллелей и генных систем, ассоциированных с относительно повышенной радиочувствительностью. Именно таким снижением воспроизводства объясняется и выявленное нами увеличение чис- ла радиорезистентных особей среди отловленных полевок в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС, и сдвиг генетической структуры в экспериментальной группе специализированной мо- лочной породы крупного рогатого скота в поколениях в сторону более примитивных форм (Глазко и др., 2008), и повышенная радиорезистентность клеток крови у жителей радиоак- тивных провинций. Наблюдаемые сдвиги соответствуют утверждению И.И. Шмальгаузена о том, что при любых экологических изменениях преимущество для воспроизводства получа- ют наиболее устойчивые, но наименее специализированные формы (Шмальгаузен, 1968). Негативное влияние посттравматического синдрома на здоровье населения широко исследуется в последние годы. Получены данные, которые свидетельствуют о том, что по- вышенная чувствительность к стрессирующим воздействиям обнаруживается у детей, рож- денных от родителей с таким синдромом. Так, у детей 4-9 лет, не подвергавшихся травмиро- ванию, но рожденных в Дании в семьях беженцев, где один или оба родителя были направ- лены на лечение симптомов посттравматического расстройства, выявлена передача этого синдрома (Dalgaard et al., 2016). Более 50 лет изучаются проявления посттравматического синдрома у детей, рожденных от родителей, переживших Холокост (Braga et al., 2012). Обна- 86 87 ружено, что среди отселенных после аварии на атомной станции Фукусима-1 и у внуков японцев, выживших после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, частота проявле- ний посттравматического синдрома повышена относительно контрольной группы (Ben-Ezra et al., 2012). Ведутся подробные исследования механизмов передачи повышенной чувстви- тельности к проявлению и индукции симптоматики посттравматического синдрома от поко- ления к поколению, выявлена зависимость этого феномена от культурных особенностей и близости контактов между родителями и детьми (Dalgaard, Montgomery, 2015). Предполагается, что в большей степени, чем собственно повреждающее действие ионизирующего облучения, этот эффект обусловлен посттравматическим синдромом, кото- рый провоцирует ускоренное развитие ряда неспецифических (особенно хронических) забо- леваний. В литературе достаточно долгое время накапливаются данные о влиянии стресса на потомство, начиная от условий развития эмбрионов. Одно из таких исследований связано с Голландский синдром (голодная зима). Голландская голодная зима продолжалась с начала ноября 1944 года до поздней весны 1945 года. Германская блокада привела к катастрофиче- скому сокращению поставок продовольствия гражданскому населению Голландии. Около двадцати тысяч человек погибли к тому времени, когда в мае 1945 года поставки продоволь- ствия были возобновлены. Выполненный в последствии мониторинг детей и внуков женщин, беременных в этот период, позволил выявить последствия дефицита питательных веществ на здоровье следующих поколений. Если мать голодала в последний триместр беременности, ее ребенок чаще всего рождался с пониженной массой тела. Если в первый триместр беремен- ности – вес в большинстве случаев соответствовал норме. Дефицит веса у первой группы со- хранялся всю жизнь и обнаруживался у внуков и внучек женщин, голодавших в первый три- местр беременности. Если матери голодали на ранних стадиях беременности, то у их детей с большой долей вероятности развивалась шизофрения (Brown, Susser, 2008; Neugabauer, 2005; Painter et al., 2005; Selten et al., 1999; Susser et al., 1998). Похожие результаты были получены в популяциях людей Китая (Smil, 1999; Clair et al., 2005). Предполагается, что наблюдаемая передача через поколение последствий воздействия внешних факторов связана с индуцируе- мыми ими эпигенетическими изменениями. Передача определенных отклонений от родителей, подвергавшихся неблагоприятным воздействиям, к детям, описана в ряде случаев и без прямого воздействия на эмбриогенез. Такая передача оказалась распространенной и получила название трансгенерационное насле- дование (Pembrey et al., 2014). Показано, что индуцируемые эпигенетические изменения и факторы передаются как по материнской, так и по отцовской линиям. Передача изменений, вызванных действием факторов окружающей среды, от роди- тельского поколения к последующим описана в ряде исследований (Pembrey et al., 2014; Grandjean et al., 2015). У человека и модельных объектов (лабораторные линии мышей, крыс) описаны различные механизмы эпигенетической изменчивости, влияющей на геномное ре- программирование гамет. К таким механизмам относится эндокринное действие на профиль метилирования ДНК, изменение упаковки хроматина и гистонового кода, накопление в гаме- тах регуляторных микроРНК, которые могут вовлекаться в трансгенерационное наследова- ние (Trerotola et al., 2015). Индукция внешними факторами эпигенетических изменений в сперматогенезе описана в ряде работ (Casas, Vavouri, 2014; Wu et al., 2015). Так, в процессе сперматогенеза у самцов мышей при травматическом стрессе индуцируется экспрессия определенной микроРНК, которая сохраняется и в зиготе, что приводит к изменению пове- денческих реакций и метаболических процессов у потомства (Gapp et al., 2014; Rodgers, Bale, 2015). Выделение такой микроРНК и ее последующее введение в нормальную зиготу приво- дит к таким же изменениям у рожденных потомков (Bale, 2014; Rodgers et al., 2015). У эм- брионов, пренатально подвергавшихся действию эндокринного дисрегулятора винклозолина, в примордиальных стволовых клетках, заселяющих гонады, изменяется синтез ряда мик- роРНК, регулирующих процессы клеточной дифференцировки (Brieño – Enríquez et al., 2015). 86 87 ружено, что среди отселенных после аварии на атомной станции Фукусима-1 и у внуков японцев, выживших после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, частота проявле- ний посттравматического синдрома повышена относительно контрольной группы (Ben-Ezra et al., 2012). Ведутся подробные исследования механизмов передачи повышенной чувстви- тельности к проявлению и индукции симптоматики посттравматического синдрома от поко- ления к поколению, выявлена зависимость этого феномена от культурных особенностей и близости контактов между родителями и детьми (Dalgaard, Montgomery, 2015). Предполагается, что в большей степени, чем собственно повреждающее действие ионизирующего облучения, этот эффект обусловлен посттравматическим синдромом, кото- рый провоцирует ускоренное развитие ряда неспецифических (особенно хронических) забо- леваний. В литературе достаточно долгое время накапливаются данные о влиянии стресса на потомство, начиная от условий развития эмбрионов. Одно из таких исследований связано с Голландский синдром (голодная зима). Голландская голодная зима продолжалась с начала ноября 1944 года до поздней весны 1945 года. Германская блокада привела к катастрофиче- скому сокращению поставок продовольствия гражданскому населению Голландии. Около двадцати тысяч человек погибли к тому времени, когда в мае 1945 года поставки продоволь- ствия были возобновлены. Выполненный в последствии мониторинг детей и внуков женщин, беременных в этот период, позволил выявить последствия дефицита питательных веществ на здоровье следующих поколений. Если мать голодала в последний триместр беременности, ее ребенок чаще всего рождался с пониженной массой тела. Если в первый триместр беремен- ности – вес в большинстве случаев соответствовал норме. Дефицит веса у первой группы со- хранялся всю жизнь и обнаруживался у внуков и внучек женщин, голодавших в первый три- местр беременности. Если матери голодали на ранних стадиях беременности, то у их детей с большой долей вероятности развивалась шизофрения (Brown, Susser, 2008; Neugabauer, 2005; Painter et al., 2005; Selten et al., 1999; Susser et al., 1998). Похожие результаты были получены в популяциях людей Китая (Smil, 1999; Clair et al., 2005). Предполагается, что наблюдаемая передача через поколение последствий воздействия внешних факторов связана с индуцируе- мыми ими эпигенетическими изменениями. Передача определенных отклонений от родителей, подвергавшихся неблагоприятным воздействиям, к детям, описана в ряде случаев и без прямого воздействия на эмбриогенез. Такая передача оказалась распространенной и получила название трансгенерационное насле- дование (Pembrey et al., 2014). Показано, что индуцируемые эпигенетические изменения и факторы передаются как по материнской, так и по отцовской линиям. Передача изменений, вызванных действием факторов окружающей среды, от роди- тельского поколения к последующим описана в ряде исследований (Pembrey et al., 2014; Grandjean et al., 2015). У человека и модельных объектов (лабораторные линии мышей, крыс) описаны различные механизмы эпигенетической изменчивости, влияющей на геномное ре- программирование гамет. К таким механизмам относится эндокринное действие на профиль метилирования ДНК, изменение упаковки хроматина и гистонового кода, накопление в гаме- тах регуляторных микроРНК, которые могут вовлекаться в трансгенерационное наследова- ние (Trerotola et al., 2015). Индукция внешними факторами эпигенетических изменений в сперматогенезе описана в ряде работ (Casas, Vavouri, 2014; Wu et al., 2015). Так, в процессе сперматогенеза у самцов мышей при травматическом стрессе индуцируется экспрессия определенной микроРНК, которая сохраняется и в зиготе, что приводит к изменению пове- денческих реакций и метаболических процессов у потомства (Gapp et al., 2014; Rodgers, Bale, 2015). Выделение такой микроРНК и ее последующее введение в нормальную зиготу приво- дит к таким же изменениям у рожденных потомков (Bale, 2014; Rodgers et al., 2015). У эм- брионов, пренатально подвергавшихся действию эндокринного дисрегулятора винклозолина, в примордиальных стволовых клетках, заселяющих гонады, изменяется синтез ряда мик- роРНК, регулирующих процессы клеточной дифференцировки (Brieño – Enríquez et al., 2015). К настоящему времени выявлено большое количество микроРНК, изменения в мета- болизме которых могут вносить прямой вклад в эпигенетическую изменчивость потомства из-за влияний среды на родителей (Virant-Klun et al., 2016). Еще один источник эпигеномно- го наследования может быть связан с межгеномными взаимоотношениями между многокле- точным организмом и представителями его микробиома (метагеномика) (Asgari, 2014). Мно- гоклеточные организмы (животные и растения) не существуют как автономные единицы, а представляют собой биомолекулярную сеть, состоящую из клеток хозяина и ассоциирован- ных с ними представителями его микробиома. Такую совокупность организмов некоторые авторы называют холобионтами, а их геномы — хологеномами (Bordenstein, Theis, 2015). Выявлены множественные молекулярные механизмы влияния микробиома на различные функции многоклеточного организма, в том числе повышающие его эпигенетическую из- менчивость, а на модельных объектах получены экспериментальные подтверждения того, что изменения в микробиоме могут приводить к модификациям поведенческих реакций (Stilling et al., 2014). Таким образом, совокупность накопленных к настоящему времени данных свидетель- ствует о том, что трансгенерационная передача ответов родителей на стрессирующие факто- ры окружающей среды может быть обусловлена культурным наследованием (Bale, 2014), индуцируемыми эпигенетическими изменениями в гаметах родителей, в гаметах потомков в эмбриогенезе, в эмбрионах на ранних этапах развития, а также в микробиоме родителей и потомков. Итак, повышение ионизирующего облучения приводит к широкому спектру изме- нений живых организмов, которые подразделяются на «горизонтальные» – у непосредствен- но попавших под воздействия, и «вертикальные», обнаруживаемые у потомства. Среди фи- зиологических систем у млекопитающих к главным мишеням повреждающего воздействия относятся не только активно пролифирирующие, такие как иммунная, но и сердечно- сосудистая, выводящая и структуры головного мозга. Изменения зависят от видовых, гено- типических особенностей облучаемых организмов, региона их воспроизводства, специфики питания, а также от величины поглощенной дозы, причем низкие могут не индуцировать ре- паративные внутриклеточные механизмы, что сопровождается длительным сохранением по- вреждений. Выраженность популяционно-генетических «вертикальных» последствий опре- деляется отбором на устойчивые к ионизирующему облучению формы, наследование же признаков посттравматического синдрома у модельных объектов (лабораторные линии мы- шей) обусловлено передачей со сперматозоидами соответствующих микроРНК, участвую- щих в изменениях регуляции многих генных систем в онтогенезе. Биосоциальные послед- ствия для популяций человека не только определяются индуцируемыми облучением измене- ниями работы центральной нервной системы и наследованием микроРНК, вовлеченных в формирование стресс-синдрома, но и связаны с культурным наследованием, модификацией микробиома. Можно ожидать, что накопление объемных реестров групп людей и их потомков в разных поколениях, в которых учитываются не только полученные дозы ионизирующего из- лучения, но и экогеобиохимические особенности мест их обитания, популяционноэтни- ческие особенности позволит учесть своеобразие радиобиологического ответа. Это ускорит развитие методов диагностики радиоповреждений, способов радиозащиты и адресной ком- пенсации возникающих клеточных, органных и системных повреждений у многоклеточных организмов. жүктеу/скачать 6.49 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|