БИОФИЗИКА, 2019, том 64, № 6, с. 1124-1133

БИОФИЗИКА КЛЕТКИ

УДК 577.3

ОТДАЛЕННЫЕ БИОХИМИКО-ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ

В ПЛАЗМЕ И ЛИМФОЦИТАХ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ КРОВИ У ЛЮДЕЙ

ПРИ ДЕЙСТВИИ РАДИАЦИИ НИЗКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

В РЕЗУЛЬТАТЕ АВАРИИ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4

E-mail: galiv03@rambler.ru

Поступила в редакцию 18.07.2019 г.

После доработки 18.07.2019 г.

Принята к публикации 21.08.2019 г.

Проведено исследование по оценке биохимических и цитогенетических показателей в лимфоцитах

периферической крови у участников ликвидации аварии, подвергшихся внешнему и внутреннему

облучению в интервале доз (0,1-70 сЗв), и детей, проживающих на разных по загрязненности ра-

дионуклидами территориях (1-20 Ки/км2) в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Изучение

эффектов действия радиации низкой интенсивности проводилось при сравнительном анализе свя-

зи между индексом разрывов хроматид, показателем скорости мутагенеза в соматических клетках

(лимфоцитах) и уровнем восстановленного глутатиона в плазме крови. У детей и участников ликви-

дации аварии, подвергшихся воздействию радиации в области малых доз (0,1-20 сЗв), установлено

статистически значимое по сравнению с «контролем» повышение индекса разрывов хроматид в

лимфоцитах и увеличение содержания восстановленного глутатиона в плазме крови. С увеличени-

ем дозы радиационного воздействия (20-70 сЗв) рост цитогенетических нарушений в лимфоцитах

периферической крови у ликвидаторов и детей г. Чечерска (Гомельская область, Беларусь) сопро-

вождается снижением водорастворимого антиоксиданта в плазме. Полученные результаты о связи

уровня восстановленного глутатиона с основными показателями цитогенетического статуса пред-

ставляют интерес для выявления отдаленных патологических состояний здоровья у людей, подверг-

шихся воздействию хронического ионизирующего излучения.

Ключевые слова: радиация, дети, ликвидаторы, глутатион, плазма крови, лимфоциты, хромосомные

аберрации.

DOI: 10.1134/S0006302919060115

ждений, вызванных активными формами кисло-

Процессы нормальной жизнедеятельности

рода. Увеличение уровня GSH повышает уровень

клеток сопровождаются генерацией высокореак-

ционных соединений - эндогенных форм кисло-

антиоксидантной защиты, истощение запасов

рода. Поддержание необходимого их уровня кон-

GSH приводит к увеличению перекисного окис-

тролируется не только скоростью генерации ре-

ления липидов, сопровождаемого изменением

акционных радикалов кислорода, но и системой

проницаемости мембраны и повреждением кле-

антиоксидантной защиты. Одной из основных

точных структур [2]. Несмотря на то что GSH яв-

реакций водорастворимого антиоксиданта вос-

ляется важным внутри- и внеклеточным антиок-

становленного глутатиона (GSH) является реак-

сидантом, он может проявлять и прооксидантные

ция со свободными радикалами с образованием

свойства. В процессах цепных радикальных реак-

тиильных радикалов и последующей их димери-

ций, инициируемых радиацией, образовавшиеся

зацией до дисульфидов (GSSG) [1]. Восстанов-

вторичные радикалы (супероксидный анион-ра-

ленный глутатион принимает участие во многих

дикал, пероксиды и активные тиильные радика-

биологических процессах, включая синтез белков

лы) [3] могут вызвать повреждение ДНК и иници-

и ДНК, транспорт аминокислот, стимулирует ак-

ировать процессы, приводящие к дестабилизации

тивность ферментов и защиту клеток от повре-

генома (в виде хромосомных аберраций, генных

мутаций и др.). Имеющиеся на сегодняшний день

Сокращения: GSH - восстановленный глутатион, GSSG -

многочисленные данные подтверждают взаимо-

дисульфидные группы или окисленный глутатион, ИРХ -

индекс разрывов хроматид.

связь мутагенеза в соматических клетках с канце-

1124

ОТДАЛЕННЫЕ БИОХИМИКО-ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ

1125

рогенезом, что, в свою очередь, позволяет вполне

учетверенного числа дицентриков (Дц) и колец

правомерно применять цитогенетические пока-

(Ko) на 100 метафаз [5,7].

затели крови в качестве прогностических тестов

На экспериментальной модели исследовали

развития онкологической патологии.

состояние тиолдисульфидной системы в плазме

Целью настоящей работы явился анализ связи

крови у мышей линии BALB/с с опухолью Ака-

между комплексом цитогенетических показате-

тол. Одну групп мышей BALB/с с опухолью под-

лей лимфоцитов и уровнем глутатиона плазмы

вергли однократному облучению в дозе 2 Гр (с

крови у детей, проживающих на загрязненных ра-

мощностью дозы 75 сГр/мин) (n = 5), вторую

дионуклидами территориях, и участников ликви-

(n = 5) оставили без облучения. В контрольную

дации последствий аварии на Чернобыльской

группу были взяты животные без опухоли и без

АЭС, подвергшихся воздействию радиации низ-

облучения (n = 20).

кой интенсивности.

Статистическую обработку данных проводили

с помощью компьютерной программы Sigma Plot

версии 8.0. Результаты выражали как среднее зна-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

чение с ошибкой репрезентативности (M ± m),

для оценки достоверности различий использова-

Проведено обследование детей из трех регио-

ли t-критерий Стьюдента для парных перемен-

нов с разной степенью загрязненности почвы ра-

ных.

дионуклидами, в основном за счет ¹³⁷Cs после

Чернобыльской катастрофы. В Чечерском районе

РЕЗУЛЬТАТЫ

Гомельской области Беларуси (15-20 Ки/км²) де-

В таблице представлены средние значения уров-

тей обследовали через пять лет после аварии, че-

ня GSH в плазме и частота хромосомных аберраций

в лимфоцитах периферической крови у детей, про-

рез шесть лет - в Мценском (1-5 Ки/км²) и через

живающих на загрязненных территориях, у участ-

семь лет - в Болховском (5-10 Ки/км²) районах

ников ликвидации последствий аварии на Черно-

Орловской области. Через шесть лет после аварии

быльской АЭС и у группы сравнения. Полученные

было проведено обследование группы сотрудни-

нами результаты свидетельствуют о статистически

ков РАН (Л2), выезжавших в г. Припять для уча-

значимом увеличении содержания GSH у ликвида-

стия в ликвидации аварии на Чернобыльской

торов аварии (до 24,8 ± 0,1 мкмоль/л по сравнению

АЭС с мая 1986 по 1987 гг. Участники ликвидации

с показателями «контрольный» группы, равными

аварии подверглись облучению в дозах от 0,1 до

19,9 ± 2,0 мкмоль/л). У участников ликвидации ава-

70 сЗв. У детей Мценского района (в возрасте от

рии относительно группы сравнения повышены

новорожденных до 1500 дней, n = 34), Болховско-

также значения средней частоты аберрантных кле-

го района (5-2000 дней, n = 28) и Чечерского рай-

ток (3,4 ± 0,2%; 2,4 ± 0,4%) и индекса разрывов хро-

она (0-730 дней, n = 27), у участников ликвида-

матид (4,8 ± 0,3%; 2,9 ± 0,5%). У детей, проживаю-

ции аварии (21-64 лет, n = 116) и взрослых, не

щих на загрязненных радионуклидами территориях,

подвергавшихся радиационному воздействию

обнаружены нестабильные дицентрические хромо-

(24-60 лет, n = 17), определяли содержания глута-

сомы в лимфоцитах (Мценск - 0,10 ± 0,05%;

тиона в плазме крови и анализ хромосомных

Болхов - 0,08 ± 0,04%; Чечерск - 0,09 ± 0,05%). На-

аберраций.

личие у ликвидаторов аварии дицентрических

Определение содержания восстановленного и

(0,11 ± 0,03%) и кольцевых хромосом, которые явля-

окисленного глутатиона в плазме крови было вы-

ются общепринятыми маркерами эффекта радиаци-

полнено методом [4] в нашей модификации [5].

онного поражения, указывает на наличие обучения.

Все результаты выражали в мкмоль/л.

В таблице приведены литературные данные цитоге-

Цитогенетическое обследование участников

нетических показателей (частота аберрантных мета-

ликвидации аварии проводили в лаборатории мо-

фаз, частота одиночных и парных фрагментов) для

лекулярной биологии и цитогенетики Россий-

разных групп людей [8,9]. В контрольной группе, а

также у работников Сибирского химического ком-

ского научного центра рентгенорадиологии

Минздрава России. Анализ хромосомных аберра-

бината, подвергшихся внешнему (11 сЗв) и внутрен-

ций проводили на культуре лимфоцитов перифе-

нему (15 сЗв) хроническому радиационному воздей-

рической крови человека с использованием стан-

ствию, показатели в среднем в два раза ниже, чем у

дартного метафазного метода учета аберраций

участников ликвидации аварии с дозовыми нагруз-

ками 17,9 ± 1,9 сЗв.

хромосом без кариотипирования [6]. Метод клас-

сического цитогенетического анализа позволил в

Необходимо отметить, что среднестатистиче-

качестве показателя скорости мутагенеза в сома-

ские показатели не всегда отражают изменения,

тических клетках (лимфоцитах периферической

происходящие на индивидуальном уровне. Ре-

крови) использовать индекс разрывов хроматид

зультаты индивидуальных изменений цитогене-

(ИРХ), вычисленный как сумма одиночных (Фo)

тических и биохимических показателей у детей и

и удвоенного числа парных фрагментов (Фп),

взрослых, подвергшихся радиационному воздей-

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

1126

ИВАНЕНКО

Средние значения уровня GSH в плазме и частота хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической

крови обследованных людей

GSH,

Число

Частота

ИРХ, %

Группы людей

мкмоль/л

метафаз

аберран-

Фо, %

Фп, %

Дц, %

Ко, %

Дц + Ко,

(детей и

тных

взрослых)

метафаз, %

г. Мценск,

0,10 ± 0,05

1-5 Ки/км²

20,9 ± 1,7

8329

1,3 ± 0,1

0,64 ± 0,09

0,47 ± 0,08

2,0 ± 0,3

(n = 5)

(n = 34)

г. Болхов,

0,08 ± 0,04

5-10 Ки/км²

21,8 ± 1,7

3392

1,1 ± 0,2

0,70 ± 0,15

0,29 ± 0,08

1,5 ± 0,2

(n = 2)

(n = 28)

г. Чечерск,

0,09 ± 0,05

0,06 ± 0,04

0,129 ± 0,07

15-20 Ки/км²

23,1 ± 4,8

5191

1,8 ± 0,4

1,18 ± 0,33

0,42 ± 0,13

2,8 ± 0,6

(n = 4)

(n = 2)

(n = 5)

(n = 27)

Участники

ликвидации

0,11 ± 0,03

0,09 ± 0,02

0,199 ± 0,03

аварии

24,8 ± 0,1

31139

3,4 ± 0,2

2,31 ± 0,14

0,86 ± 0,08

4,8 ± 0,3

(n = 21)

(n = 41)

0,1-70 сЗв,

(n = 116)

Группа

сравнения

0,06 ± 0,03

(жители

19,9 ± 2,0

4524

2,4 ± 0,4

1,97 ± 0,38

0,34 ± 0,13

2,9 ± 0,5

(n = 3)

Москвы),

(n = 17)

Контроль дети

1,1 ± 0,2

1,3 ± 0,1

(n = 17) [8]

Контроль

взрослые

1,6 ± 0,2

(n = 19)

Региональный

контроль

1,5 ± 0,2

0,78 ± 0,11

0,48 ± 0,08

0,1 ± 0,03

0,05 ± 0,01

(n = 77) [9]

Сочетанное

облучение

2,1 ± 0,1

1,1 ± 0,1

0,59 ± 0,05

0,17 ± 0,03

0,06 ± 0,01

(n = 184)

Примечание. Сокращения в таблице: Фo - одиночные фрагменты, Фп - парные фрагменты, Дц - дицентрики, Ko - кольца,

ИРХ - индекс разрывов хроматид.

ствию в зависимости от дозы, нами были пред-

Изучение эффектов действия радиации низ-

ставлены ранее [5]. Была показана сложная нели-

кой интенсивности в малых от 0,1 сЗв до 20 сЗв и

нейная зависимость, характеризующаяся откло-

больших от 20 сЗв до 70 сЗв дозах у чернобыль-

нением от линейности в сторону повышения

ского контингента явилось результатом сравни-

эффекта в диапазоне доз от 0,1 сЗв до 25 сЗв. Вы-

тельного анализа зависимости между индексом

сокий уровень GSH (более 30 мкмоль/л) в плазме

разрывов хроматид в соматических клетках (лим-

крови приблизительно у 20% обследованных лиц

фоцитах) и уровнем восстановленного глутатио-

наблюдался в дозовом интервале до 20 сЗв. Со-

на в плазме крови.

держание GSH (биомаркера «вреда») в плазме

крови у отдельных индивидов достигает парадок-

Индивидуальная зависимость между ИРХ в

сальных значений. В этом же интервале доз на-

лимфоцитах и содержанием GSH в плазме крови

блюдается повышение ИРХ в лимфоцитах. С уве-

у детей, участников ликвидации аварии на Чер-

личением дозы радиационного воздействия выше

нобыльской АЭС и жителей г. Москвы («кон-

20 сЗв ИРХ в лимфоцитах периферической крови

троль») представлена на рис. 1а-в. Корреляцион-

продолжает повышаться, а содержание GSH в

ный анализ связи между ИРХ в лимфоцитах и

плазме крови снижается [5,7,10].

уровнем GSH в плазме крови у детей, проживаю-

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

ОТДАЛЕННЫЕ БИОХИМИКО-ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ

1127

щих в районах с загрязнением почвы радионук-

лидами (1-20 Ки/км²) и ликвидаторов, подверг-

шихся хроническому внешнему и внутреннему

облучению дозе от 0,1 до 70 сЗв после аварии на

Чернобыльской АЭС, имеет разную направлен-

ность. При сопоставлении показателей индекса

разрывов хроматид в лимфоцитах перифериче-

ской крови с уровнем восстановленного глутати-

она в плазме у детей, проживающих в Мценском

(1-5 Ки/км²) и Болховском (5-10 Ки/км²) райо-

нах Орловской области, была обнаружена поло-

жительнaя зависимость (r = 0,31, n = 62, P < 0,02).

Повышение содержание GSH в плазме крови у

детей из этих районов наблюдается при значени-

ях величины ИРХ от 0 до 6 на 100 клеток (рис. 1а).

Существенно меняется характер зависимости

между цитогенетическими и биохимическими

параметрами у детей Чечерского региона Гомель-

ской области, проживающих в условиях хрониче-

ского накопления радионуклидов в результате

техногенной катастрофы. Связь становится более

сложной, разветвленной на две части, однако

уровень значимости между величиной ИРХ и

уровнем GSH у детей оказался недостаточным.

Среди детей, проживающих в Чечерском регио-

не, обнаружены индивиды с парадоксально высо-

кими значениями GSH в плазме крови при значе-

ниях показателей ИРХ (до 6 на 100 клеток)

(рис. 1б).

Сложная зависимость обнаружена и у ликви-

даторов аварии. Так, между величиной ИРХ в

лимфоцитах до 5 на 100 клеток и уровнем GSH в

плазме крови свыше 30 мкмоль/л зависимость

выявлена лишь на уровне тенденции (r = 0,37,

n = 10) (рис. 1в). Повышение коэффициента кор-

реляции между исследованными параметрами до

статически значимых величин (r = 0,21, n = 76, P <

0,05) наблюдается при объединении эксперимен-

тальных данных для детей Мценского (n = 34),

Болховского (n = 28), Чечерского регионов (n = 4)

и ликвидаторов (n = 10). Это указывает на то, что

у отдельных индивидов содержание GSH в плаз-

ме увеличивается при значениях ИРХ от 0 до 5 на

100 клеток (рис. 1а-в). Характер зависимости

между ИРХ и содержанием GSH у участников

ликвидации аварии меняется с повышением ИРХ

в лимфоцитах периферической крови от 6 до 16

на 100 клеток. С ростом цитогенетических нару-

шений в лимфоцитах наблюдается достоверное

снижение содержания глутатиона в плазме крови

(r = -0,49, n = 34, P < 0,01) (рис. 1в).

Среди ликвидаторов, подвергшихся облуче-

нию радиацией низкой интенсивности, имеются

Рис. 1. Связь между индексом разрывов хроматид в

индивиды, у которых показатели исследуемых

лимфоцитах и содержанием GSH в плазме перифери-

систем не отличаются от показателей группы

ческой крови у детей, проживающих в разных по за-

грязненности радионуклидами территориях - городах

сравнения (жители Москвы). В эту группу вошли

Мценск и Болхов (а), Чечерск (б), а также у участников

индивиды со значениями ИРХ в лимфоцитах пе-

ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС и жителей

риферической крови приблизительно до 5 на

г. Москвы («контроль») (в).

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

1128

ИВАНЕНКО

цитах периферической крови от 5 до 17 на 100 кле-

ток снижение содержания GSH в плазме наблю-

дается в основном у ликвидаторов и детей Чечер-

ского региона.

Таким образом, в диапазоне структурных из-

менений хромосом в лимфоцитах перифериче-

ской крови до 4-5 на 100 клеток происходит на-

копление GSH в плазме и снижение его содержа-

ния на фоне еще большего повышения ИРХ как

показателя скорости мутагенеза в соматических

клетках (лимфоцитах) у людей. Эти данные ука-

зывают на нарушение как антиоксидантного, так

и цитогенетического статуса в популяции у людей

в условиях хронического и внешнего, и внутрен-

него воздействия радиации низкой интенсивно-

сти (рис. 2).

Нарушения цитогенетического статуса сома-

тических клеток сопровождаются изменением

молекулярно-генетических и молекулярно-био-

Рис.

2. Индивидуальная зависимость изменения

химических показателей периферической крови

содержания GSH в плазме от индекса разрывов

хроматид у детей, проживающих в разных по

[11]. Было высказано предположение, что вос-

загрязненности радионуклидами регионах (города

приимчивость лимфоцитов периферической

Мценск, 1-5 Ки/км²; Болхов, 5-10 Ки/км²; Чечерск,

крови к хромосомному повреждению связана с

), а также у участников ликвидации

15-20 Ки/км²

антиоксидантными уровнями плазмы у лиц, под-

аварии (0,1-70 сЗв) на Чернобыльской АЭС и жителей

вергшихся профессиональному воздействию об-

г. Москвы («контроль»).

лучения. Однако авторы статьи не приводят зна-

чения дозовых нагрузок в процессе профессио-

100 клеток и содержанием GSH в плазме крови

нальной деятельности у людей [12].

ниже 30 мкмоль/л (область на рисунке, выделен-

В литературе практически отсутствуют данные

ная эллипсом). Корреляционная зависимость

о связи специфических маркеров радиационного

между исследованными параметрами у этих лю-

воздействия аберраций хромосомного типа (сво-

дей отсутствует (рис. 1в).

бодные парные фрагменты, ацентрические и цен-

Разная направленность (положительная и от-

трические кольца) и хроматидного (одиночные

рицательная) между содержания GSH в плазме и

фрагменты) типа в лимфоцитах периферической

крови с содержанием глутатиона в плазме у детей,

величиной ИРХ в лимфоцитах крови у людей,

подвергшихся воздействию радиации низкой ин-

проживающих на загрязненных радионуклидами

тенсивности, указывает на довольно высокую ин-

территориях, и участников ликвидации аварии на

тенсивность мутационного процесса в соматиче-

Чернобыльской АЭС.

ских клетках и степень биохимических наруше-

При выборе индекса разрывов хроматид в ка-

ний в постчернобыльский период.

честве показателя скорости мутагенеза в сомати-

ческих клетках целесообразно было провести

анализ корреляционной связи между уровнем

ОБСУЖДЕНИЕ

глутатиона в плазме крови для индивидов всей

популяции людей и основными нестабильными

Для объяснения сложной зависимости между

аберрациями хроматидного (одиночные фраг-

индексом разрывов хроматид как показателя ско-

менты) и хромосомного типа (парные фрагмен-

рости мутагенеза в соматических клетках (лим-

ты, дицентрики + кольца) в лимфоцитах перифе-

фоцитах периферической крови) и содержанием

рической крови.

глутатиона в плазме мы объединили эксперимен-

тальные данные, полученные для всей популяции

На рис. 3 приведена зависимость изменения

людей (рис. 2). Из рис. 2 видно, что приблизи-

уровня глутатиона от частоты одиночных фраг-

тельно у 50% индивидов (дети и ликвидаторы),

ментов в лимфоцитах у людей, подвергшихся

подвергшихся радиацией низкой интенсивности,

внешнему и внутреннему облучению низкой ин-

показатели ИРХ в лимфоцитах и содержание

тенсивности. Одиночные фрагменты являются

GSH в плазме крови совпадают с показателями

наиболее распространенной формой аберрации

жителей Москвы. Две другие группы включают

хроматидного типа, встречаются в метафазных

индивидов (до 25%) с показателями ИРХ до 5 на

клетках как в «контрольной» группе лиц, так у

100 клеток и повышенными значениями GSH

людей, проживающих на загрязненных радио-

(>30 мкмоль/л). При показателях ИРХ в лимфо-

нуклидами территориях. Статистически значи-

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

ОТДАЛЕННЫЕ БИОХИМИКО-ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ

1129

мое увеличение выхода аберраций хроматидного

типа в лимфоцитах крови и содержания GSH в

плазме наблюдается у детей Мценского и Болхов-

ского районов и у 24-х участников ликвидации

аварии на Чернобыльской АЭС (рис. 3).

Максимальное содержание глутатиона при ча-

стоте одиночных фрагментов до 1 на 100 клеток

обнаружено у четверых из 22-х детей, проживаю-

щих в Чечерском регионе. С увеличением часто-

ты одиночных фрагментов до 9 на 100 клеток на-

блюдается тенденция к снижению содержания

GSH в плазме у 18-ти детей. Большая вариабель-

ность изученных показателей и небольшая вы-

борка для детей Чечерского региона, проживаю-

щих на территории с высоким загрязнением поч-

вы радионуклидами (15-20 Ки/км²) в результате

Чернобыльской аварии, не позволила выявить

достоверной зависимости. У жителей Москвы за-

висимость между частотой одиночных фрагмен-

тов и уровнем глутатиона отсутствует (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость между частотой одиночных фраг-

Повышение уровня хроматидных нарушений у

ментов в лимфоцитах крови и содержанием глутатио-

детей и взрослых может быть обусловлено хими-

на в плазме у детей, проживающих на территориях, за-

ческим загрязнением окружающей среды. Нельзя

грязненных радионуклидами (Мценск, 1-5 Ки/км²;

исключить также и влияния на генетический ап-

Болхов, 5-10 Ки/км²; Чечерск, 15-20 Ки/км²), а также

парат клеток постоянного в течение длительного

у участников ликвидации аварии на Чернобыльской

АЭС (0,1-70 сЗв) и жителей Москвы.

времени воздействия излучения низкой интен-

сивности за счет радионуклидов, поступающих в

организм человека из окружающей среды, напри-

ствие (Мценск, Болхов, Чечерск), у двенадцати

мер, с продуктами питания [13]. Несмотря на то

человек частота парных фрагментов увеличена от

что химические мутагены вызывают в основном

1 до 2,5%, а у семи детей частота дицентриков и

повреждения хроматидного типа, их действие в

колец повышена от 0,5 до 2%. Достоверная отри-

конечном счете может сказаться и на уровне

цательная зависимость наблюдается у

40 и

аберраций хромосомного типа [14].

16 участников ликвидации аварии между часто-

Возникновение генетической нестабильности

той парных фрагементов (r = -0,46; p < 0,01), де-

у детей, постоянно проживающих на территори-

центриков и центрических колец (r = -0,59;

ях, загрязненных радионуклидами вследствие

p < 0,01) и содержанием GSH. С увеличением ча-

аварии на Чернобыльской АЭС, под влиянием

стоты парных фрагментов от 1 до 4,5% и дицен-

малых доз ионизирующего излучения подтвер-

трических и кольцевых хромосом от 0,5 до 2,2%

ждается рядом фактов. У детей родителей, под-

содержание GSH в плазме крови у Л2 снижается

вергавшихся терапевтическому воздействию

приблизительно в два раза (рис. 4а,б).

ионизирующей радиации по поводу опухолевых

заболеваний, отмечено достоверное повышение

Полученные данные свидетельствуют о слож-

уровня хроматидных фрагментов, хотя и чаще,

ной зависимости между содержанием GSH и ча-

чем в контроле, встречались дети с носителями

стотой аберраций хроматидного (одиночные

сложных аберраций обменного типа (дицентрики

фрагменты) и хромосомного обменного типа (ди-

и кольца) [15].

центрические и кольцевые хромосомы) у индиви-

дов в зависимости от интенсивности ионизирую-

Показано, что у облученных людей, в том чис-

щей радиации.

ле у детей, повышена чувствительность хромосом

лимфоцитов периферической крови к последую-

Авторами работы [9] представлены результаты

щим мутагенным воздействиям in vitro [8].

исследований частоты и спектра цитогенетиче-

Нестабильные хромосомные аберрации явля-

ских нарушений у работников Сибирского хими-

ются маркерами радиационного воздействия, по-

ческого комбината, в процессе профессиональ-

этому проведено сравнение частоты хромосом-

ной деятельности подвергшихся сочетанному

ных аберраций в лимфоцитах периферической

(внешнему и внутреннему) хроническому радиа-

крови (парных фрагментов, дицентриков и цен-

ционному воздействию. Дозовая зависимость ча-

трических колец) с содержанием глутатиона в

стоты хромосомных аберраций у работников

плазме у детей и ликвидаторов (рис. 4а,б). Среди

имеет нелинейный характер. Статистически зна-

детей, перенесших хроническое лучевое воздей-

чимое увеличение выхода аберраций хроматид-

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

1130

ИВАНЕНКО

Рис. 4. Зависимость между частотой нестабильных хромосомных аберраций - парных фрагментов (а) и дицентри-

ков+колец (б) и содержанием глутатиона у детей и ликвидаторов, подвергшихся сочетанному облучению радиацией

низкой интенсивности после аварии на Чернобыльской АЭС. Эллипсом отмечена физиологическая «норма».

ного типа отмечается, начиная с диапазона доз >

отрицательная корреляционная зависимость

4-10 сЗв. Отдельно для количества дицентриче-

(рис. 4а,б), из этого следует, что увеличение ради-

ских хромосом увеличение установлено в диапа-

ационных маркеров происходит также при дозе

зоне доз > 10-20 сЗв на уровне 0,22 ± 0,08 на

свыше 20 сЗв. Подтверждением этому служат и

100 клеток.

литературные данные, представленные выше [9].

В результате многолетних наблюдений [16] у

При низких дозовых нагрузках до 20 сЗв содер-

ликвидаторов аварии обнаружено увеличение но-

жание глутатиона повышается (приблизительно у

сителей радиационных маркеров (дицентриков и

20% из всех обследованных) у детей из разных ре-

кольцевых хромосом), превышающих контроль-

гионов и ликвидаторов [10]. Увеличение содержа-

ные значения (0,21 ± 0,02% против 0,04 ± 0,02%).

ния глутатиона в плазме крови наблюдается у де-

Большинство из обследованных получили дозы

тей и участников ликвидации аварии с повыше-

до 25 сГр, у 30 человек были зафиксированы дозы

нием частоты одиночных фрагментов (рис. 3). У

от 25 сГр до 1 Гр.

отдельных индивидов из всей обследованной по-

Наблюдения за состоянием хромосомного

пуляции людей при частоте парных фрагментов

комплекса лимфоцитов периферической крови

приблизительно до 2% и хромосомных аберраций

показало повышение маркеров с 27 до 49% в рас-

обменного типа (дицентрики и кольца) до 1% со-

чете на одну клетку через 28 лет после аварии. Эти

держание GSH в плазме крови увеличено в два

находки свидетельствуют о длительном сохране-

раза относительно значений физиологической

нии генетических эффектов у облученных лиц в

«нормы» (рис. 4 а,б).

диапазоне малых доз [16].

Основываясь на результатах своих исследова-

Нами показана сложная нелинейная зависи-

ний и обобщая данные других авторов,

мость изменения содержания GSH в плазме у де-

Е.Б. Бурлакова с соавт. [17] отмечают, что зависи-

тей и взрослых в зависимости от дозы радиацион-

мость эффекта от дозы радиации низкой интен-

ного воздействия. При дозе от 25 сЗв до 150 сЗв

сивности носит немонотонный, полимодальный

мы наблюдали снижение содержания GSH в

характер. При малых и сверхмалых интенсивно-

плазме крови у ликвидаторов, работавших в зоне

стях ионизирующее облучение обладает уникаль-

аварии, и у участников ликвидации, а также у де-

ной способностью в десятки раз увеличивать био-

тей из Чечерского региона, проживающих на

логический эффект. Отход от физиологической

наиболее загрязненных территориях

(15-

нормы при низких дозах приводит к изменению

20 Ки/км²) [10]. Так как между частотой парных

(в большинстве случаев к увеличению) чувстви-

фрагментов, дицентриков и центрических колец

тельности к действию повреждающего фактора. В

в лимфоцитах крови и содержанием GSH в плаз-

условиях воздействия малых доз радиации число

ме у участников ликвидации нами обнаружена

создаваемых повреждений увеличивается строго

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

ОТДАЛЕННЫЕ БИОХИМИКО-ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ

1131

Рис. 5. Изменение содержания GSH, GSSG и GSH/GSSG в плазме крови мышей с опухолью Акатол до и после

облучения.

пропорционально дозе (репарационные процес-

рым является восстановленный глутатион. Уве-

сы отсутствуют и/или подавлены) [17].

личение уровня GSH повышает уровень антиок-

сидантной защиты, истощение запасов GSH при-

В условиях генетической нестабильности у де-

водит к увеличению перекисного окисления

тей подросткового возраста, постоянно прожива-

липидов, сопровождаемому изменением прони-

ющих на территориях, загрязненных радионук-

цаемости мембраны и повреждением клеточных

лидами (менее 2 Ки/км²) вследствие аварии на

структур. Несмотря на то что GSH является важ-

Чернобыльской АЭС, выявили дефицит фолие-

ным внутри- и внеклеточным антиоксидантом и

вой кислоты и витамина В₁₂ с повышением обра-

принимает участие во многих биологических

зования гомоцистеина в крови. Уровень гомоци-

процессах, включая синтез белков и ДНК, транс-

стеина намного превышает допустимый порог,

порт аминокислот, стимулирует активность фер-

что свидетельствует о развитии тяжелых патоло-

ментов и защиту клеток от повреждений, вызван-

гических процессов уже в юном возрасте [18].

ных активными формами кислорода [2,3], он мо-

жет проявлять и прооксидантные свойства. В

При невозможности полноценного превраще-

патогенезе злокачественной трансформации на-

ния гомоцистеина в цистеин развивается состоя-

блюдается повышение уровня GSH по сравне-

ние гипергомоцистеинемии. Этот процесс явля-

нию с соответствующими нормальными клетка-

ется мультифакториальным с вовлечением гене-

ми [21]. При продолжительном окислительном

тических и негенетических аспектов метаболизма

стрессе нарушение редокс-равновесия может вы-

гомоцистенина. Биологические функции цистеи-

звать переход клеток от покоя к неконтролируе-

на разнообразны и очень важны для организма.

мой пролиферации, задержке роста или клеточ-

Реакционная способность цистеина резко воз-

ной гибели [22]. Нарушение баланса между про- и

растает, когда он находится в окружении двух

антиоксидантным статусом приводит к развитию

других аминокислот - глутаминовой кислоты и

различных заболеваний, в частности к опухолево-

глицина, образующих трипептид SH-глутатиона

му росту (включая рак).

[1]. В плазме неутилизированный гомоцистенин

подвергается автоокислению с образованием пе-

На мышах-опухоленосителях изучали влияния

рекиси водорода, супероксидных и гидроксиль-

радиации низкой интенсивности на содержание

ных радикалов. Цистеин и глутатион способны

глутатиона в плазме крови. Были взяты двухмесяч-

генерировать активные формы кислорода и ста-

ные контрольные животные (n

= 20) линии

новиться тиильными радикалами. Образовавши-

BALB/c с перевитой солидной аденокарциномой

еся вторичные радикалы в результате действия

Акатол до (n = 5) и после облучения (n = 5). Анализ

ионизирующей радиации приводят к поврежде-

данных, представленных на рис. 5, показал, что на-

нию ДНК, перестройке хромосомного аппарата,

чальная стадия развития опухоли прямой кишки

злокачественной трансформации, геномной не-

Акатол (шестые сутки) сопровождается увеличе-

стабильности и клеточной гибели [3,19,20].

нием содержания GSH (в 10 раз) в плазме крови у

Усиление свободнорадикального окисления,

животных с опухолью (507,8 ± 27,4 мкмоль/л про-

вызванного действием радиации в малых дозах,

тив 50,5 ± 2,1 мкмоль/л) и трехкратным увеличе-

ведет к ответной реакции одного из наиболее

нием содержания GSSG (65,4 ± 7,1 мкмоль/л про-

важного водорастворимого антиоксиданта, кото-

тив 19,3 ± 1,6 мкмоль/л), а также повышением со-

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

1132

ИВАНЕНКО

отношения GSH/GSSG (12,3 ± 2,6 отн. ед. против

риферической крови как показателя скорости со-

3,9 ± 0,4 отн. ед.) относительно контрольных жи-

матического мутагенеза и содержанием GSH в

вотных соответственно. При однократном облуче-

плазме позволяет обоснованно прогнозировать

нии мышей линии BALB/c с опухолью Акатол в

возможное развитие отдаленной постлучевой

дозе 2 Гр (с мощностью дозы 75 сГр/мин) обнару-

опухолевой патологии среди лиц, подвергавших-

жены незначительные изменения содержание

ся радиационному воздействию преимуществен-

GSH в плазме крови относительно необлученного

но в малых дозах.

контроля (опухоль). При этом уровень GSSG уве-

личивается в два и пять раз по сравнению с необлу-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

ченным контролем и нормой (соответственно),

что приводит к снижению GSH/GSSG в два раза

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

относительно контроля и практически к совпаде-

интересов.

нию с нормой (рис. 5). Высокий уровень окисли-

тельного стресса может превысить возможности

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

клетки по восстановлению GSSG в GSH и приве-

сти к накоплению GSSG. Использование радиоте-

Все процедуры, выполненные в исследовании

рапии, основанной на изменении содержания глу-

с участием людей, соответствовали этическим

татиона (GSH, GSSG) в плазме крови, позволит

стандартам Хельсинкской декларации 1964 г. и ее

изменить устойчивость опухолевых клеток и при-

последующим изменениям. От участников иссле-

вести к задержке роста опухоли. Возможно, облу-

дования было получено информированное доб-

чение солидных опухолей в малых дозах позволит

ровольное согласие.

добиваться регрессии опухоли при относительной

Все применимые международные, националь-

сохранности нормальных тканей организма.

ные и институциональные принципы ухода и ис-

Повышение GSH при действии радиации в

пользования животных при выполнении работы

малых дозах связывают либо с увеличением син-

были соблюдены.

теза GSH [23,24] или с редуктивным стрессом, ха-

рактеризующимся аномально высоким уровнем

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

восстановительных компонентов внутри биоло-

гических систем [25]. Редуктивный стресс, про-

1. В. В. Соколовский, Тиолдисульфидная система в

реакции организма на факторы окружающей среды

должающийся в течение длительного времени,

(Наука, СПб., 2008).

может привести к изменению другого самого от-

2. M. Valko, D. Leibfritz, J. Moncol, et al., Int. J. Bio-

даленного редокс-баланса, т. е. к окислительному

chem. Cell Biol. 39, 44 (2007).

стрессу, индуцируя сигнальные нарушения в

3. B. Halliwell, Plant Physiol. 141, 312 (2006).

клетках [22]. Нарушение обратимой модифика-

ции смешанных дисульфидов «белок-глутатион»

4. T. L. McNeil and L.Y.Beck, Anal. Biochem. 22, 431

(1968).

является важным во взаимодействии с первичны-

ми радиационными повреждениями структуры

5. Г. Ф. Иваненко, И. И. Сусков и Е. Б. Бурлакова,

Изв. РАН. Сер. биол. 4, 410 (2004).

ДНК, инициируя увеличение частоты хромосом-

ных нарушений в присутствии высоких уровней

6. Г. П. Снигирева, А. Н. Богомазова, Н. Н. Новиц-

кая и др., Регистрационное удостоверение № ФС-

GSH [26]. Полагают, что опухолевые клетки с вы-

2007/015-У. М. с. 29 (2007).

соким уровнем GSH могут повысить частоту хро-

7. G. F. Ivanenko and E. B. Burlakova, Engineering 5, 62

мосомных нарушений после облучения и приве-

(2013).

сти к апоптической гибели клетки [25].

8. И. И. Сусков, Н. С. Кузьмина, В. С. Сускова и др.,

Радиационная биология. Радиоэкология 48 (3),

278 (2008).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

9. Н. В. Литвяков, М.Б. Фрейдин, М.В. Халюзова

Проведенное обследование детей, проживаю-

и др., Радиац. биология. Радиоэкология 54 (3), 283

щих на загрязненных радионуклидами террито-

(2014).

риях, и ликвидаторов Чернобыльской аварии,

10. Г. Ф. Иваненко и Е. Б. Бурлакова, Радиация и риск

подвергшихся воздействию радиации низкой ин-

26 (4) 111 (2017).

тенсивности, выявило сложную зависимость ци-

11. С. Б. Мельнов и Т. В. Лебедева, Радиац. биология.

тогенетических нарушений в лимфоцитах пери-

Радиоэкология 44 (6), 627 (2004).

ферической крови с уровнем GSH в плазме. Не-

12. D. Kumar, S. R. Salian, G. Kalthur, et al., Environ.

контролируемое облучение в малых дозах

Res. 132, 207 (2014).

проявляется в длительно сохраняющихся хромо-

13. В. А. Шевченко и Г. П. Снигирёва, Радиац. биоло-

сомных нарушениях в лимфоцитах перифериче-

гия. Радиоэкология 46 (2), 133 (2006).

ской крови и про- и антиоксидантных свойствах

14. T. Straume and M. A. Bender, Radiat. Res. 148 (5), 60

GSH в плазме. Выявленная связь между состоя-

(1997).

нием хромосомного комплекса в лимфоцитах пе-

15. И. Е. Воробцова, Вопр. онкологии 4, 490 (2008).

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019

ОТДАЛЕННЫЕ БИОХИМИКО-ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ

1133

16. Е. Г. Неронова и С. С. Алексанин в сб. Тезисы кон-

21. S. Kojima, K. Nakayama, and H. Ishida, J. Radiat. Res.

ференции

«Медицинские радиологические послед-

45, 33 (2004).

ствия Чернобыля: Прогноз и фактические данные

22. S. Borrego, A. Vazquez, F. Dasi, et al., Int. J. Mol. Sci.

спустя 30 лет» (2016), c. 98.

14 3467 (2013).

17. Е. Б. Бурлакова, А.Н. Голощапов, Г. П. Жижина и

23. K. H. Srivastava, R. D. Austin, D. Shrivastava, and

А. А Конрадов, Радиац. биология. Радиоэкология

G. Pranavadhyani, Dent. Res. J. (Isfahan) 11 (2), 180

39 (1), 26 (1999).

(2014).

18. Ю. И. Бандажевский и Н. Ф. Дубовая, Педиатрия.

24. E. K. Lee, J. A. Kim, J. S. Kim, et al., Free Radic. Res.

Восточная Европа 5 (1), 25 (2017).

47 (2), 89 (2013).

19. S. A. Larimore, P. J. Coastes, and E. G. Wright, Onco-

gene 22, 7058 (2003).

25. M. Kemp, Y. M. Go, and D. P. Jones, Free Radic. Biol.

Med. 44, 921 (2008).

20. H. Škovierová, E. Vidomanová, S. Mahmood, et al.,

Int. J. Mol. Sci. 17, 1716 (2016).

26. F. Chatterjee, Nutrients 5, 525 (2013).

Late Biochemical and Cytogenetic Changes in Plasma and Peripheral Blood

Lymphocytes in Persons after Exposure to Low Dose-Rate Radiation as a Result

of the Accident at Chernobyl Nuclear Power Plant

G.F. Ivanenko

Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences, ul. Kosygina 4, Moscow, 119334 Russia

A study was conducted in adults who had been emergency workers (liquidators) recruited to conduct disaster

response and exposed to radiation externally and internally in the dose range between 0,1 and 70 cSv and in

children who live in the territories with different levels of radionuclide contamination (1-20 Ci/ km2) as a

result of the accident at the Chernobyl Nuclear Power Plant to assess the biochemical and cytogenetic indices

of the peripheral blood lymphocytes. The body’s reaction to low dose-rate radiation has been studied based

on comparative analysis of the relationship between the chromatid breaks index, the rate of mutagenesis in

somatic cells (lymphocytes), and the level of reduced glutathione in the blood plasma. Increased frequency

of chromatid breaks in lymphocytes and increased level of reduced glutathione in the blood plasma in chil-

dren and liquidators exposed to low dose radiation (0,1-20 cSv). were found to be statistically significant

when compared to control. As radiation dose increased (20-70 cSv), evolution of cytogenetic abnormalities

in the peripheral blood lymphocytes in liquidators and children from Chechersk is followed by a decrease in

the water-soluble antioxidant level in plasma. The results obtained on the relationship of the level of reduced

glutathione with the major indices of the cytogenetic status are important for identification of late patholog-

ical health-related conditions in persons exposed to chronic ionizing radiation.

Keywords: radiation, children, liquidators, glutathione, blood plasma, lymphocytes, chromosomal aberrations

БИОФИЗИКА том 64

№ 6

2019