Рис. 7. Зміни показників виживання (ВЖ, кількість клітин на площі препарату 0,1 мм2),
мітотичного індексу (МІ, проміле) та індексу гігантських багатоядерних клітин (ІГК,
проміле) фібробластів лінії L929 на 2-у (а,в,д) і 3-ю (б,г,е) доби культивування за умов сумісної дії рентгенівських променів з іонами важких металів у ЕС50.
1-контроль; 2-Ni2++0,1 Гр; 3- Ni2++0,5 Гр; 4-Ni2++1,0 Гр; 5-Pb2++0,1 Гр; 6- Pb2++0,5 Гр; 7-Pb2++1,0 Гр; 8-Cr6++0,1 Гр; 9-Cr6++0,5 Гр; 10-Cr6++1,0 Гр.
Хоча за іншими результатами [Романенко и др., 1997] показано, що комбінована дія солей міді в різних концентраціях та радіації в широкому діапазоні величин доз характеризується адитивним ефектом.
Дія іонів свинцю (2,5 мкг/мл) у сукупності із РВ (0,1 і 0,5 Гр) не призводила до достовірних змін показників ВЖ (рис. 7, а,б) клітин у порівнянні із опроміненими культурами. МІ (рис. 7, в) на 2-у добу у дослідних культурах має нижчі значення від контрольних, але на 3-ю добу картина протилежно змінювалася. В наступні доби у всіх культурах МІ знижувався. В роботі установлено, що рівень гігантських клітин в дослідних культурах є підвищеним (рис. 7, д,е). Найбільша їх кількість утворюється у популяції клітин, що зазнала сумісного впливу опромінення в дозі 0,5 Гр та іонів свинцю.
За результатами експериментальних досліджень нами розраховані коефіцієнти сумації (Кс) за показниками загибелі клітин при сумісній дії РВ (табл. 3) чи РН (табл. 4) у рівновеликих дозах 1,0 Гр та ВМ у концентраціях ЕС50.
Таблиця 3
Зміни коефіцієнтів сумації (Кс) за показником загибелі клітин лінії L929 впродовж 5 діб культивування при сумісній дії рентгенівського випромінювання (РВ) в дозі 1,0 Гр та важких металів у концентраціях ЕС50
* – за даних умов експерименту при окремій дії металів установлено збільшення виживання клітин у порівнянні з контролем;
** – за даних умов експерименту при сумісній дії міді із РВ установлено збільшення виживання клітин у порівнянні з контролем
Таблиця 4
Зміни коефіцієнтів сумації (Кс) за показником загибелі клітин лінії L929 впродовж 5 діб культивування при сумісній дії радіонуклідів 137Cs в дозі 1,0 Гр та важких металів у концентраціях ЕС50
Під величиною Кс ми розуміємо відношення ефекту при сумісній дії чинників до суми ефектів від дії кожного із них окремо. Установлено, що РВ та РН із ВМ викликають, як правило, антагоністичні ефекти, причому Кс є вищим при використанні 137Cs, ніж R-квантів. Останнє свідчить про більшу біологічну ефективність РН у порівнянні із РВ, очевидно, за рахунок b-компоненти випромінювання при безпосередньому контакті 137Cs із клітинами. Водночас, за іншим показником – утворення полікаріоцитів, як маркера репродуктивної загибелі клітин сумація ефектів при різних дозах та концентраціях чинників і термінів культивування може проявляти як антагоністичну, так і адитивну чи синергічну залежність.
ВИСНОВКИ
Сумісний вплив радіонуклідів 137Cs чи рентгенівського випромінювання та важких металів на клітини лінії L929 в культурі викликає зміни показників їх життєздатності, які виражаються у характерній різнонаправленій сумації ефектів від дії кожного із чинників і залежать від природи агента, дози (концентрації) та часу,що минув після експозиції.
Установлено, що поглинута доза рентгенівського випромінювання 0,1 Гр не призводить до помітних змін показників життєздатності ізольованих клітин лінії L929. Збільшення її величини до 1,0 Гр викликає дозозалежне пригнічення мітотичної активності, виживання клітин та підвищення рівня поліплоїдії.
Порівняльний аналіз впливу різних видів випромінювань на клітини за різних дозових навантажень дозволив виявити збільшення біологічної ефективності радіаційних чинників у послідовності: g-кванти 137Cs (зовнішнє опромінення) < рентгенівські промені (зовнішнє опромінення) < радіонукліди 137Cs (зовнішнє і внутрішнє опромінення).
Показано, що кінетика росту клітин в моношарових культурах у залежності від концентрації іонів важких металів має вигляд спадаючої експоненти. Визначені середньоефективні дози металів, які за інтенсивністю порушень показників життєздатності клітин збільшуються у ряду (у мкг/мл): Cr6+(2,3), Pb2+(2,5), Cu2+(3,8), Ni2+(12,6) та Ba2+(349,0).
Установлено, що рентгенівські промені та радіонукліди 137Cs (у рівновеликих дозах 1,0 Гр) із важкими металами (Cr, Pb, Cu, Ni та Ba) у ЕС50 викликають антагоністичні ефекти за показниками загибелі клітин на 1-5 доби їх культивування, причому коефіцієнти сумації є істотно вищими при використанні 137Cs, ніж R-квантів. Останнє свідчить про більшу біологічну ефективність радіонуклідів у порівнянні із рентгенівським випромінюванням, очевидно, за рахунок b-компоненти при контакті 137Cs із клітинами, що є важливим при тлумаченні величини ефектів, детермінованих зовнішнім та внутрішнім опроміненням.
Сумація ефектів сумісної дії R-квантів чи радіонуклідів 137Cs та важких металів за показником утворення полікаріоцитів, як маркера репродуктивної загибелі клітин, при різних дозах та концентраціях чинників і термінів культивування може проявляти як антагоністичну так і адитивну чи синергічну залежність.
Список праць, опублікованих за темою дисертації:
Дудченко Т.М., Лавренчук Г.Й., Набока М.В., Серкіз Я.І., Чеботарьов Є.Ю. Цитотоксичний вплив важких металів на культуру L-клітин // Цитологія і генетика. –2000. – Т.34, №3. – С. 55–61.
Дудченко Т.М., Лавренчук Г.Й., Серкіз Я.І. Життєздатність клітин in vitro під впливом радіонуклідів 137Cs у комбінації з важкими металами // Науковий вісник Чернівецького університету. Серія біологія. – 2000. – №3. – С. 111–115.
Ряполова І.Ю., Серкіз Я.І., Цудзевич Б.О., Лавренчук Г.Й., Дудченко Т.М. Динаміка та дозові залежності кількості поліамінвмісних клітин за променевого ураження // Вісник Київського національного університету. Серія біологія. – 2000. – Вип.31. – С. 48–50.
Зінченко В.А., Клюшин Д.А., Барабой В.А., Петунін Ю.І., Ганіна К.П., Лавренчук Г.Й., Дудченко Т.М. Аналіз цитологічних показників радіорезистентності в пухлинних клітинах // Экспериментальная онкология. – 2000. – Т. 22, №3. – С. 160–161.
Дудченко Т.М., Лавренчук Г.Й. , Серкіз Я.І., Зінченко В.А. Життєздатність клітин у культурі при спільній дії важких металів та радіації // Биополимеры и клетка. – 2000. –Т.16, № 5. – С. 409–412.
Лавренчук Г.И., Серкиз Я.И., Рябченко Н.Н., Дудченко Т.Н. Модифицирующее действие низкоинтенсивного электромагнитного излучения на облученные клетки // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2001. – Т. 41, №1. – С. 73–77.
Набока М.В., Лавренчук Г.И. , Шестопалов В.М., Серкиз Я.И., Трахтенберг И.М., Дудченко Т.М. Информационная модель совместного действия цезия-137 и тяжелых металлов in vitro // Гигиена населенных мест. – Киев: УНГЦ МЗУ. – 2000. – Вып. 37. – С. 595–603.
Дудченко Т.М., Лавренчук Г.Й., Серкіз Я.І. Вплив комбінованої дії 137Cs та важких металів на показники життєздатності L929-клітин у культурі // Збірник наукових праць Інституту ядерних досліджень. – 2001. – №2(4). – С. 150–155.
Lavrenchuk G.I., Serkiz Ya.I., Dudchenko T.M., Ryapolova I.Yu. Radiogenic effects of low doses on posterities of irradiated cels // International conference "Modern problem of Radiobiolodgy, Radiobiolodgy and Evolution" dedicated to centenary of N. W. Timofeeff-Ressovsky, sept. 6–9, 2000. – Dubna: Joint Institute for Nuklear Research. – 2000. – P.186.
Лавренчук Г.И., Серкиз Я.И., Рябченко Н.Н., Дудченко Т.Н. Влияние электромагнитного излучения мм-диапазона на клетки in vitro, облученные нейтронами и гамма-квантами Cs-137 // Международная конференция – Биорад–2001 “Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды”, 20–24 марта, 2001. – Сыктывкар: Институт биологии республики Коми РФ. – 2001. – С. 20.
Лавренчук Г.И., Серкиз Я.И., Дудченко Т.Н., Ряполова И.Ю. Радиогенные эффекты у потомков облученных клеток // Международная конференция – Биорад–2001 “Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды”, 20–24 марта, 2001. – Сыктывкар: Институт биологии республики Коми РФ. – 2001. – С. 213-214.
АННОТАЦИЯ
Дудченко Т.Н. Сочетанное действие ионизирующей радиации и тяжелых металлов на фибробласты мышей в культуре. – Рукопись
Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.01 – радиобиология. – Киевский национальний университет имени Тараса Шевченко. – Киев. – 2001 г.
Диссертация посвящена исследованиям особенностей раздельного и сочетанного действия радионуклидов 137Cs и рентгеновского излучения, а также ионов тяжелых металов (Ni2+, Cu2+, Ba2+, Cr6+, Pb2+) в разных дозах и концентрациях на жизнеспособность клеток линии L929 в культуре. Разработана дозиметрическая модель облучения клеток в моношаре, которая при исследовании влияния радионуклидов 137Cs позволяет коректно определить величину поглощенной дозы радиации.
Показано, что рентгеновское излучение 0,1 Гр не приводит к видимым изменениям показателей жизнедеятельности клеток, 0,5-1,0 Гр – обуславливает дозозависимое угнетение пролиферативной активности клеток, а также повышение уровня поликариоцитов, что указывает на характерные радиогенные нарушения.
Сравнительний анализ влияния разных видов излучений на клетки при разных дозовых нагрузках показал увеличение биологической эффективности радиационных факторов в последовательности: g-кванты 137Cs (внешнее облучение) < рентгеновские лучи < радионуклиды 137Cs (внешнее и внутреннее облучение).
Показано, что кинетика роста клеток в моношаровых культурах в зависимости от концентрации ионов тяжелых металлов имеет вид спадающей экспоненты. Определены среднеэффективные дозы металлов, которые за интенсивностью нарушений показателей жизнеспособности клеток увеличиваются по ряду (в мкг/мл): Cr6+(2,3), Pb2+(2,5), Cu2+(3,8), Ni2+(12,6) и Ba2+(349,0).
Установлено, что рентгеновские лучи и радионуклиды 137Cs (в равнозначных дозах 1,0 Гр) с тяжелыми металлами (Cr, Pb, Cu, Ni и Ba) в ЕС50 вызывают антагонистические эффекты за показателями гибели клеток на 1-5 сутки их культивирования, при этом коэффициенты суммации существенно выше при использовании 137Cs, чем R-квантов. Последнее свидетельствует о большей биологической эффективности радионуклидов в сравнении с рентгеновским излучением, очевидно, за счет b-компоненты при контакте 137Cs с клетками, что важно в объяснении величины эффектов, детерминированных внешним и внутренним облучением.
Суммация эффектов сочетанного действия R-квантов или радионуклидов 137Cs и тяжелых металлов за показателем образования поликариоцитов, как маркера репродуктивной гибели клеток, при разных дозах и концентрациях факторов и терминов культивирования может проявлять как антагонистическую так и аддитивную или синергическую зависимость.
Ключевые слова: ионизирующая радиация, радионуклиды 137Cs, R-лучи, тяжелые металлы, культура клеток, сочетанное действие.
АНОТАЦІЯ
Дудченко Т.М. Сумісна дія іонізуючої радіації та важких металів на фібробласти мишей в культурі. – Рукопис
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.01 – радіобіологія. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка. – Київ. – 2001 р.
Дисертація присвячена дослідженням особливостей окремої та сумісної дії радіонуклідів 137Cs і рентгенівського випромінювання, а також іонів важких металів (Ni2+, Cu2+, Ba2+, Cr6+, Pb2+) у різних дозах і концентраціях на життєздатність клітин лінії L929 в культурі. Розроблена дозиметрична модель опромінення клітин в моношарі, що при дослідженні впливу радіонуклідів 137Cs дозволяє коректно визначити величину поглинутої дози радіації.
Показано, що доза рентгенівського випромінювання 0,1 Гр не призводить до видимих змін показників життєздатності клітин, 0,5-1,0 Гр – обумовлює дозозалежне пригнічення проліферативної активності клітин, а також підвищення рівня полікаріоцитів, що вказує на характерні радіогенні порушення.
Установлено, що виживання клітин від концентрації металів має вид спадаючої експоненти. Визначено середньоефективні концентрації досліджуваних металів для мишачих фібробластів та побудовано ряд їх цитотоксичності.
Установлено, що рентгенівські промені та радіонукліди 137Cs (у рівновеликих дозах 1,0 Гр) із важкими металами (Cr, Pb, Cu, Ni та Ba) у ЕС50 викликають антагоністичні ефекти за показниками загибелі клітин на 1-5 доби їх культивування, причому коефіцієнти сумації є істотно вищими при використанні 137Cs, ніж R-квантів. Останнє свідчить про більшу біологічну ефективність радіонуклідів у порівнянні із рентгенівським випромінюванням, очевидно, за рахунок b-компоненти при контакті 137Cs із клітинами, що є важливим при тлумаченні величини ефектів, детермінованих зовнішнім та внутрішнім опроміненням.
Сумація ефектів сумісної дії R-квантів чи радіонуклідів 137Cs та важких металів за показником утворення полікаріоцитів, як маркера репродуктивної загибелі клітин, при різних дозах та концентраціях чинників і термінів культивування може проявляти як антагоністичну так і адитивну чи синергічну залежність.
Ключові слова: іонізуюча радіація, радіонукліди 137Cs, R-промені, важкі метали, культура клітин, сумісна дія.
SUMMARY
Dudchenko T.N. Combined influence of ionizing radiation and heavy metals on the mouse fibroblasts in the culture. – Manuscript
Thesis for Ph.D. (Biolodgy) on a speciality 03.00.01 – radiobiolodgy. – National Taras Shevchenko university of Kyiv. – Kyiv. – 2001.
The thesis is about peculiarities of separate and combined influence of heavy metal ions (Ni2+, Cu2+, Ba2+, Cr6+, Pb2+ in different concentrations) and radionuclides of 137Cs (with dose value of 1,0 Gy) as well as X-rays (with dose value of 0,1; 0,5 and 1,0 Gy) on the L929 cell vitality.
The dosimetric model of exposure of the cells in monolayer has been developed. This model are used for investigation of radionuclide action and allows to detect the absorbed dose value.
Exposure of the cells to X-rays with dose of 1,0 Gy was not shown to cause the essential changes in the cell vitality indices. Irradiation with doses of 0,5-1,0 Gy causes a dose-dependent decrease of proliferative and mitotic cell activity and an increase of the number of polycariocytes, that can indicate the radiogenic disturbances. It has been detected that dependence of cell survival on metal concentracion is reverse. The middle-effective concentracions of the definite metals have been detected and cytotoxity level has been estimated for mouse fibroblasts.
X-rays and radionuclides of 137Cs (with dose of 1,0 Gy) in combination with heavy metals (Cr, Pb, Cu, Ni and Ba) at the EC50 cause antagonistic effects for cell vitality indices. More over, the integral coefficient is higher for 137Cs than for X-rays. The high biolodgical efficacy of the radionuclides in comparison to X-rays is likely to formed by b-radiation after direct interaction with radionuclides.
Using indices of polycariocyte formation as a marker of reproductive cell death it has been detected that the integral effect of either X-rays or radionuclides of 137Cs with heavy metals (with different doses and concentration) can have antagonistic, aditive or sinergic character.
Key words: ionizing radiation, radionuclides of 137Cs, X-rays, heavy metals, cell culture, combined influence.
| 
