|
ОРИГІНАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ УДК 613.292:616.43-084:612.014.48 ВИКОРИСТАННЯ БІОЛОГІЧНО АКТИВНОЇ ДОБАВКИ ЕЛАМІНУ ДЛЯ КОРЕКЦІЇ ГІПОТАЛАМО-ГІПОФІЗАРНО-НАДНИРКОВОЇ СИСТЕМИ НА ФОНІ ВНУТРІШНЬОГО ОПРОМІНЕННЯ 137СsЛ.П. Дерев'янко, кандидат біол. наук Науковий центр радіаційної медицини АМН України, м. Київ, Україна РЕЗЮМЕ. Рассматривается эффективность добавления эламина (биологически активная добавка из морской водоросли ламинарии) к ежедневному рациону лиц, которые пострадали в результате аварии на ЧАЭС, а также для населения, которое проживает на загрязненных радионуклидами территориях. Анализируются результаты экспериментов, проведенных на животных, которые свидетельствуют о нормализации гормонального и морфологического состояния внутриклеточных органелл гипоталамуса, гипофиза и надпочечников, и показано, что эламин обладает радиозащитными, мембраностабилизирующими и адаптогенными свойствами. SUMMARY. In the experimental studies of internal exposure was shown, that the adding of elamin (biological active additional component extractied from the sea weed — Laminaria) to the per daily rations lead to the normalization of hormonal status of organism and morphological states of intracellular origins in hypothalamus, pituitary and adrenal gland. Elamin had radioprotection, membranostabilisation and adaptation effects. Зміни в ендокринній системі, які призводять до погіршення здоров'я населення, що проживає на забруднених радіонуклідами територіях, можуть бути спричинені безпосереднім впливом іонізуючого випромінювання на ендокринні органи-мішені, а також участю ендокринних регуляторних механізмів у формуванні синдрому дезадаптації у відповідь на вплив радіаційних та нерадіаційних факторів катастрофи. Стан неспецифічної "гіперадаптації" організму, що супроводжується тривалим функціональним напруженням кори надниркових залоз незалежно від конкретного етіологічного фактора, відповідає за розвиток низки найбільш поширених захворювань і патологічних процесів, таких як: ожиріння, цукровий діабет, артеріальна гіпертензія, атеросклероз, прискорене старіння, онкогенез та ін. [1, 2]. Тому зібрані в останні роки дані експериментальних досліджень, проведених на тваринах різних видів із використанням широкого діапазону методів моделювання променевого ураження та критеріїв оцінки вираженості променевої патології, безперечно, є суттєвим доповненням до результатів масових обстежень населення та хворих із паспортизованою післярадіаційною патологією. Експериментальні дослідження дозволяють значно розширити уявлення про особливості впливу іонізуючого випромінювання на функції залоз внутрішньої секреції, прогнозувати можливу динаміку патології органів ендокринної системи, його віддалені наслідки, роль у порушенні механізмів нейрогуморальної регуляції функцій організму, а також розробити засоби профілактики та корекції для запобігання виявлених порушень [3]. Серед заходів радіаційного захисту, спрямованих на профілактику внутрішнього опромінення, є розробка і реалізація засобів, які знижують всмоктування радіоактивних ізотопів в шлунково-кишковому тракті та їх накопичення в організмі людини. Особливий інтерес викликають біологічно активні харчові добавки натурального походження — нетоксичні, а тому придатні для тривалого застосування населенням, яке проживає в забруднених радіонуклідами регіонах. Результати аналізу літературних даних, що грунтуються на експериментальних дослідженнях і клінічних спостереженнях, вказують на доцільність використання морських водоростей та продуктів їх переробки для корекції харчування населення України, як чинника зменшення ризику опромінення [4, 5, 6, 7]. Морські водорості є джерелом альгінової кислоти, макро- та мікроелементів, клітковини, вітамінів та інших біологічно активних речовин [8]. Із сухого концентрату бурої морської водорості виду Laminaria виготовляється біологічно активна добавка Еламін [9]. У сухому залишку Еламіну містяться (% маси): За рахунок особливої технології отримання БАД — еламіну, її поживні речовини засвоюються організмом на 90—95%, у той час, як при застосуванні в їжу морської капусти засвоюється лише до 15% її корисних речовин. Порівняльна характеристика вмісту йоду, заліза і калію в еламіні та харчових продуктах наведена в табл. 1, 2, 3, [10, 11, 12]. Мета роботи — дослідження впливу біологічно активної добавки еламіну на динаміку накопичення 137Cs в організмі, біохімічні показники, гормональний стан, морфофункціональні показники гіпоталамусу, аденогіпофізу, кіркового та мозкового шарів надниркових залоз на фоні внутрішнього іонізуючого опромінення тварин. Матеріали і методи дослідження Експериментальні дослідження проведені на лабораторних статевозрілих щурах-самцях масою 170—200 грамів. Для внутрішнього опромінення щурів використовували радіонуклід 137Cs у формі хлориду. Цезій-137 додавали до щоденного раціону тварин (змочували подрібнений хліб розчином хлориду цезію-137 із розрахунку 600 Бк/тварину/добу) протягом 1 місяця. Ця кількість ізотопу, згідно з нормами радіаційної безпеки, приблизно в 10 разів перевищує допустиме річне надходження 137Cs в організм людини із харчовими продуктами та водою при щоденному їх споживанні. Отже, еквівалентна кількість радіонукліда може надходити з продуктами харчування, водою, пилом в організм людини, якщо вона проживає та працює в зоні радіоактивного забруднення. При цьому гранично допустимий вміст 137Cs в тілі людини, що дорівнює 1221 кБк на 70 кг маси, або 3489 Бк на 200 г маси тіла, цілком відповідав даним, які були розраховані для експериментальних досліджень. В кінці експерименту — через 1 місяць після щоденного введення тваринам 137Cs активністю 600 Бк поглинута доза становила 0,31 сГр. Досліджували вплив еламіну на фоні щоденного додавання до раціону тварин 137Cs (600 Бк/тварину/добу) протягом 1 місяця. Було сформовано три групи тварин. Контролем були тварини відповідної статі, віку і маси, яким до щоденного раціону додавали таку саму кількість подрібненого хліба, змоченого водою. Через 1 місяць тварин забивали натщесерце шляхом декапітації. Для діагностики функціонального стану ендокринних залоз визначали концентрацію гормонів у сироватці крові. Функцію щитовидної залози оцінювали за вмістом трийодтироніну і тироксину, підшлункової залози — за вмістом інсуліну, надниркових залоз — за вмістом гормонів кортикостерону й адреналіну. Проби крові забирали натщесерце. Сироватку крові отримували центрифугуванням крові при 3000 об/хв протягом 15 хвилин. Вміст гормонів тироксину (Т4), трийодтироніну (Т3) та інсуліну в сироватці крові визначали радіоімунологічним методом з використанням РІА-наборів фірми "IMMUNOTECH" (Чехія) [13]. Вміст кортикостерону досліджували флюорометричним мікрометодом у сироватці крові тварин [14]. Вміст адреналіну в сироватці крові визначали за методом Паю А.Ю. [15]. Вивчали стійкість мембран еритроцитів за методом кислотних еритрограм Гітельзона М.І. [16]. Методика дає змогу оцінити стан клітинних стінок еритроцитів, ступінь їхнього пошкодження. Для оцінки морфофункціонального стану гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи проводили гістологічні, морфометричні та електронномікроскопічні дослідження. Для гістологічного дослідження одразу після декапітації виділяли на холоді гіпоталамус, гіпофіз, надниркові залози. Шматочки цих тканин фіксували в 12% нейтральному формаліні, зневоднювали в спиртах висхідної міцності та заливали в парафін. Депарафінові зрізи забарвлювали гематоксилін-еозином. Для електронномікроскопічних досліджень біоптати органів розміром 1х1 мм забирали відразу після забою тварин, фіксували в суміші 4% параформальдегіду, 2,5% глютаральдегіду і 4% сахарози на 0,1 молярному фосфатному буфері (рН 7,4) з наступною дофіксацією в 1% розчині чотириокису осмію. Далі зразки тканин зневоднювали в зростаючих концентраціях етанолу і оксипропілену і заливали в суміш епоксидних смол (епон-аралдит) за стандартними методиками [17]. Ультратонкі зрізи товщиною 600 А виготовляли на ультратомах LKB (Швеція) і Reicherdt-Jung (Австрія). Для підвищення контрастності зрізи тканин забарвлювали за методом [18] і досліджували під електронним мікроскопом ЕМ-400 Т фірми "PHILIPS" (Нідерланди). Для прицільного ультратомування і більш поглибленої оцінки одержаних даних з епоксидних блоків виготовляли напівтонкі зрізи товщиною 1000 А, забарвлювали метиленовим синім — піроніном і досліджували під світлооптичним мікроскопом Axiophot фірми "OPTON" (Німеччина). Ідентифікацію процесів, що спостерігали в клітинах досліджуваних органів, проводили за допомогою морфометричної обробки електронограм на системі аналізу зображень IBAS-2000 фірми "KONTRON" (ФРГ) за наступними критеріями: 1. Відсотковий вміст хроматину в ядрах клітин визначали із розрахунку 10 ядер на 1 випадок: (Sхроматину/Sядра) x 100% 2. Відсоткове відношення площі, яку займали мітохондрії, до фіксованої площі ділянки цитоплазми проводили з розрахунку 10 довільно взятих у навколоядерній зоні ділянок цитоплазми на кожний випадок: (Sмітохондрій/Sцитоплазма фіксована) x 100% Статистичну обробку отриманих даних проводили згідно критерію Ст'юдента [19]. Результати та їх обговорення. При дослідженні впливу еламіну на динаміку накопичення 137Cs в організмі щурів, виведення цезію-137 становило 28,8%. Отже, еламін, очевидно, завдяки наявності в ньому альгінатів, сприяє зв'язуванню цезію-137 в комплекси і виведенню радіонукліда з організму (табл. 4). Таким чином, експериментальними дослідженнями було встановлено, що еламін прискорює виведення радіоактивного цезію з організму, зменшуючи тим самим внутрішнє опромінення. Досліджували вплив еламіну на стійкість мембран еритроцитів на фоні щоденного додавання до раціону тварин 137Cs упродовж 1 місяця. Через місяць після початку надходження 137Cs в організм тварин відмічали зниження стійкості еритроцитів відносно контролю. Тривалість гемолізу була достовірно знижена, що вказує на пошкоджуючу дію 137Cs на мембрани еритроцитів. У групі тварин, яким до щоденного раціону додавали еламін на фоні внутрішнього опромінення, відмічали підвищення резистентності мембран еритроцитів до дії гемолітика (табл. 5). Таким чином, можна константувати, що еламіну притаманні мембраностабілізуючі властивості. Досліджували вплив еламіну на гормональний стан щурів при щоденному надходженні в організм 137Cs радіоактивністю 600 Бк упродовж 1 місяця. Дослідження встановили, що в групі тварин, яким до щоденного раціону додавали 137Cs, статистично достовірно підвищувався рівень стресорних гормонів — кортикостерону та адреналіну і знижувався рівень інсуліну і тестостерону в сироватці крові порівняно із цими показниками контрольної групи тварин. У групі тварин, яким на фоні введення цезію-137, щоденно додавали до їжі еламін, відмічали достовірне зниження рівня стресорних гормонів — кортикостерона з 476,84±14,728 до 327,90±21,186 нмоль/л та адреналіну з 34,07±3,642 до 16,64±1,308 нмоль/л (р<0,05), а також достовірне підвищення вмісту інсуліну і тироксину з 107,96±14,69 до 137,14±10,344 пмоль/л та з 73,06±4,663 до 140,29±14,464 нмоль/л відносно цих показників групи опромінених тварин (р<0,05). На підставі отриманих даних можна стверджувати, що еламін нормалізує гормональний стан при внутрішньому опроміненні та має антистресорні властивості. Досліджували вплив еламіну на морфофункціональний стан гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи при щоденному надходженні 137Cs тваринам упродовж 1 місяця. При гістологічних дослідженнях тканин головного мозку не виявлено будь-яких виражених дистрофічно-деструктивних змін як з боку клітинних елементів, так і з боку внутрішньомозкових мікросудин. Спостерігали лише осередкове повнокрів'я і розширення просвіту частини мікросудин та наявність дистрофічно змінених нейронів і секреторних клітин поблизу розширених і повнокровних мікросудин. При електронномікроскопічному дослідженні секреторних клітин гіпоталамуса з морфометричною оцінкою отриманих даних було встановлено, що через 1 місяць після внутрішнього опромінення тварин і вживання еламіну досить різко зростала секреторна активність цих клітин як за рахунок збільшення кількості секреторних гранул, так і індексу їхньої активності. Індекс секреторної активності, тобто процент активних секреторних гранул, збільшився порівняно з показниками в групі лише опромінених тварин майже в 1,2 раза. Однак, згідно з отриманими даними, показники як кількості секреторних гранул, так і індекса їх активності були достовірно нижчі від контрольних значень. При цьому збільшувалася площа, зайнята мітохондріями, з 25,4±1,8 до 34,7±1,6% після 1 місячного додавання до раціону тварин еламіну на фоні внутрішнього опромінення, що достовірно порівняно з аналогічним показником у групі внутрішньо опромінених тварин (табл. 6). Таким чином, через 1 місяць не було виявлено повного відновлення енергетичного потенціалу секреторних клітин гіпоталамуса, хоча і відмічалася тенденція до його відновлення. Аналогічні дані було отримано і при аналізі білоксинтезуючої функції цих клітин. Згідно з одержаними морфометричними даними після додавання до раціону тварин еламіну, спостерігалося підвищення процента площі, зайнятої хроматином, до контрольних значень. Це свідчило про те, що після додавання до їжі тварин еламіну на фоні опромінення, практично повністю відновлювалась білоксинтезуюча функція клітин гіпоталамуса. Крім збільшення процента площі, зайнятої хроматином в ядрах секреторних клітин, у цитоплазмі відмічали значне збільшення кількості вільних і фіксованих рибосом, що також було одним із показників процесів внутрішньоклітинної репаративної регенерації (рис. 1, 2). Всі ці зміни відновлювального характеру тісно пов'язані з відновленням структурної цілісності основної маси мікросудин, де в цитоплазмі ендотеліальних клітин також спостерігалися виражені процеси внутрішньоклітинної репаративної регенерації і, насамперед, посилення рибосомальної активності. Досліджували вплив еламіну на морфофункціональний стан аденогіпофіза тварин при щоденному надходженні 137Cs упродовж 1 місяця. При гістологічних дослідженнях аденогіпофіза через 1 місяць після внутрішнього опромінення тварин і додавання до їжі еламіну практично не виявлено дистрофічних змін на світлооптичному рівні, за винятком осередкового повнокрів'я внутрішньоорганних синусоїдів і накопичення дистрофічно змінених кортикотропоцитів у ланках порушеного внутрішньоорганного кровообігу. Результати проведених електронномікроскопічних досліджень кортикотропоцитів свідчать про підвищення секреторної активності основної маси кортикотропних клітин у групі тварин, які вживали еламін на фоні внутрішнього опромінення. Згідно з даними морфометричного дослідження в цій групі тварин відмічали збільшення кількості секреторних гранул у цитоплазмі кортикотропоцитів. Причому основна маса секреторних гранул була заповнена електроннощільним секретом, у зв'язку з чим індекс активності секреторних гранул також зростав — з 45,0±3,0% при внутрішньому опроміненні до 55,0±2,2% з додаванням до їжі еламіну. Необхідно відмітити, що, хоча при застосуванні еламіну спостерігалося істотне збільшення секреторної активності, однак отримані показники кількості секреторних гранул та індексу їхньої активності не досягали контрольних значень (табл. 7). Також спостерігалося збільшення кількісних показників цих процесів у морфометричному дослідженні білоксинтезуючої й енергопродукуючої функцій кортикотропних клітин. Так, відмічалась тенденція до збільшення процента площі, зайнятої мітохондріями в цитоплазмі кортикотропоцитів у тварин, які були опромінені та вживали еламін. Хоча в цитоплазмі цих клітин і відмічали дистрофічно змінені мітохондрії, але їх кількість була невеликою. Крім того, на фоні дистрофічно змінених органел з'являлися їх молоді форми, що свідчило про те, що в клітинах проходили процеси відновлювального характеру. В цитоплазмі цих клітин спостерігалася гіперплазія ендоплазматичного ретикулуму і гіперплазія апарата Гольджі на фоні збільшення кількості вільних рибосом і полісом. Це вказує на те, що в цих клітинах відбувалися процеси внутрішньоклітинної репаративної регенерації, яка сприяла більш швидкому відновленню морфофункціонального стану цих клітин (рис. 3, 4). Доказом морфофункціональної активності кортикотропоцитів було збільшення при вживанні тваринами еламіну процента площі, зайнятої хроматином в ядрах цих клітин порівняно з аналогічним показником у тварин без введення еламіну. При морфометричних дослідженнях виявили тенденцію до збільшення площі, зайнятої хроматином, і посилення білоксинтезуючої функції кортикотропоцитів. Посилення морфофункціональної активності кортикотропоцитів тісно пов'язано з відновленням структурної цілісності основної маси внутрішньоорганних мікросудин, а, особливо, морфофункціонального стану ендотеліоцитів і, в першу чергу, її маргінальної частини, яка була основним елементом функціональної активності мікросудин. У більшості мікросудин спостерігалась компенсаторна гіпертрофія маргінальної частини ендотеліоцитів з наявністю досить високої мікропіноцитозної активності. Досліджували вплив еламіну на морфофункціональний стан кіркового шару надниркових залоз тварин при щоденному надходженні 137Cs упродовж 1 місяця. При гістологічних дослідженнях кіркової речовини надниркових залоз не виявлено дистрофічно-деструктивних змін, які можна було спостерігати на світлооптичному рівні у тварин через 1 місяць після внутрішнього опромінення і додавання еламіну. Проведені електронномікроскопічні дослідження адренокортикоцитів і, особливо, адренокортикоцитів пучкової зони кори з морфометричною оцінкою отриманих даних переконливо показали, що введення тваринам еламіну значно підвищувало енергопродукуючу функцію адренокортикоцитів у зв'язку з відновленням основної маси мітохондрій. Так, якщо через 1 місяць після опромінення площа, зайнята інтактними мітохондріями, становила 25,4±1,3% (норма 45,4±3,2%), тобто була зменшена в 1,8 раза, то при додаванні еламіну, площа, зайнята мітохондріями, досягала 38,3±2,7%, а індекс зниження цієї площі дорівнював 1,2; тобто отримані дані наближалися до контрольних значень. Відмічали тенденцію до збільшення процента площі, зайнятої хроматином ядер адренокортикоцитів (табл. 8). Причому, якщо при опроміненні спостерігалася вірогідна різниця порівняно з контролем, то при вживанні тваринами еламіну, отримані показники не були достовірними відносно контролю, тобто практично знаходилися в межах контрольних значень. Важливо відмітити, що при додаванні еламіну в їжу тварин на фоні внутрішнього опромінення в цитоплазмі адренокортикоцитів відмічали внутрішньоклітинну репаративну регенерацію різного ступеня вираженості. Насамперед, посилювалась білоксинтезуюча функція цих клітин за рахунок збільшення кількості як фіксованих, так і вільних рибонуклеїнових гранул, а також появи полірибосом (рис. 5, 6). У зв'язку з посиленням морфофункціональної активності адренокортикоцитів спостерігалось і посилення її секреторної активності, яка наближалася до контрольних значень. Свідченням цього було збільшення процента площі, зайнятої ліпідними включеннями в цитоплазмі адренокортикоцитів порівняно з показниками групи лише опромінених тварин. Отримані показники процента площі, зайнятої ліпідними включеннями, наближалися до контрольних значень. Отже, синтез і секреція кортикостероїдів практично знаходилися у межах норми. Досліджували вплив еламіну на морфофункціональний стан мозкового шару надниркових залоз тварин при щоденному надходженні 137Cs упродовж 1 місяця. При гістологічних дослідженнях мозкового шару надниркових залоз виявили стабілізацію морфологічного стану мозкової речовини надниркових залоз після 1 місячного додавання тваринам еламіну на фоні внутрішнього опромінення. У полі зору спостерігалися поодинокі розширені та повнокровні мікросудини; і практично були відсутні дистрофічно змінені адреноцити. У результаті електронномікроскопічних досліджень виявлені практично незмінені мікросудини з функціонально активним ендотеліальним вистиланням. При електронномікроскопічних дослідженнях адреноцитів встановлено поліпшення структурної цілісності адреноцитів за всіма досліджуваними показниками. Так, відмічали достовірне збільшення площі, зайнятої хроматином в ядрах адреноцитів (з 21,4±2,1% при внутрішньому опроміненні до 28,4±2,0% при додаванні еламіну на фоні опромінення). Водночас, відмічали тенденцію до збільшення процента площі, зайнятої мітохондріями, що явно свідчило про відновлення енергопродукуючої функції адреноцитів (табл. 9). Важливим показником функціонального стану секреторних клітин була їх секреторна активність. Згідно з проведеними морфометричними дослідженнями, при додаванні до їжі еламіну майже в 1,7 раза порівняно з показниками опромінених тварин через 1 місяць зростав індекс секреторної активності адреноцитів — із 50,1±3,1% при опроміненні, до 60,5±4,0% при додаванні еламіну, — незважаючи на те, що кількість секреторних гранул збільшувалася всього лише в 1,2 раза (рис. 7, 8). Можна констатувати, що при додаванні до щоденного раціону тварин еламіну протягом 1 місяця на фоні внутрішнього опромінення практично повністю відновлювалась морфофункціональна і секреторна функція адреноцитів. Таким чином, проведені дослідження свідчать про достовірне підвищення морфофункціональної і секреторної активності клітин гіпоталамуса, аденогіпофіза, кіркового і мозкового шарів надниркових залоз порівняно з аналогічними показниками опромінених тварин, які не отримували еламіну. Найбільш виражений ефект відмічали в адренокортикоцитах кіркового шару і в адреноцитах мозкового шару надниркових залоз, в яких практично з усіх досліджуваних параметрів (енергопродукуючої, білоксинтезуючої і секреторної функцій) отримані показники наближалися до контрольних значень. У гіпофізі та гіпоталамусі ці показники були нижчими, однак і в клітинах цих органів спостерігалася тенденція до нормалізації морфофункціональної і секреторної активності. Висновки. При дослідженні впливу еламіну на динаміку накопичення радіонуклідів, гормональний статус, біохімічні показники, морфофункціональний стан гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи щурів за умови щоденного надходження 137Cs були встановлені радіозахисні, мембраностабілізуючі та адаптогенні його властивості. Еламін сприяє зниженню ендогенної інтоксикації, покращенню енергопластичного забезпечення тканин тварин, стабілізації клітинних мембран організму, і тим самим поліпшує клітинний метаболізм. Еламін нормалізує морфофункціональні показники внутрішньоклітинних органел гіпоталамуса, аденогіпофіза та надниркових залоз тварин, сприяє підвищенню його енергетичного потенціалу і секреторної активності, що в свою чергу зумовлює підвищення загальної резистентності організму і сприяє корекції гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової системи організму за вищенаведених умов опромінення. Для осіб, які постраждали внаслідок аварії на ЧАЕС, а також для населення, яке проживає на забруднених радіонуклідами територіях, рекомендовано вживати лікувально-профілактичну харчову добавку еламін, що має радіозахисні, мембраностабілізуючі та адаптогенні властивості та сприяє усуненню порушень в гіпоталамо-гіпофізарно-наднирковій системі. Література |