350 rub
Journal Technologies of Living Systems №8 for 2009 г.
Article in number:
BLOOD ERYTHROCYTE LIPIDS AS A MODEL FOR ESTIMATING OF BIOLOGICAL CONSEQUENCES UNDER THE ACTION OF THE PHYSICAL AND CHEMICAL FACTORS
Keywords: ionizing radiation toxicants ecdysteroids low doses erythrocytes phospholipids
Authors:
O.G. Shevchenko, L.N. Shishkina
Abstract:
The aim of the present work is to elucidate of an erythrocyte lipid component response to the action on an organism of low intensity factors of a different nature (radiation at low doses, chemical toxicants, biologically active substances) as well as to assess a possibility of using of different pa-rameters as criteria for estimating either biological consequences of a damaging factor effect or ef-fectiveness of biologically active preparations. The composition of the blood erythrocyte phospholipids of the laboratory mice exposed to a long-time low intensity γ-irradiation at low doses (the dose rates are 2 and 40 mR/h) and to the combined action of the lead nitrate at the wild range doses and a long-time low intensity γ-irradiation at the dose of 1,44 - 1,6 cGy as well as the composition of blood erythrocyte phospholipids of mice which have received the ecdysteroid-containing preparations (serpisten and inokosterone) at the low doses with the drinking water have been studied. Changes of the phospholipid composition and content of the lipid oxidation products in the blood erythrocytes for tundra voles (Microtus oeconomus Pall.), trapped from the areas with an enhanced level of natural radioactivity (Ukhta region of the Komi Republic, Russia) to compare with the analogical parameters for the tundra voles with the reference area at the various phases of the population cycles, have been investigated. It is shown that the blood erythrocyte lipids drastically changes upon action on the organism of the different factors. The observed impairments mainly associated with the intensification of lipid peroxidation processes and activation of endogeneous phospholipases. Both the value of deviations of the average group parameters from the control and changes in the interrelations between coordinated in norm indices of the lipid peroxidation regulatory system can indicate the extent of the biological consequences of an external factor influence. An analogous character of the changes of this regulatory system parameters in the blood erythrocytes observed both in the experimental investigations on the laboratory mice and animals of the natural populations testifies to universal-ity of a response of the lipid peroxidation regulatory system on the action of the physical and chemical factors on organism. Reorganization of a lipid component aimed at preserving a mem-brane phase state and its functional activity sometimes make it possible to compensate a negative influence of the low intensity ionizing irradiation and chemical substances at the low doses. An analysis of the literature and our experimental data allow us to conclude that the blood erythrocyte lipids are a convenient model not only for estimating of consequences caused by the unfavourable ecological factors and biologically active substances on organism but also for carrying out a radio-ecological monitoring. This work was supported by the Program of Fundamental Research of Presidium of Russian Academy of Sciences «Fundamental sciences to Medicine» (2004-2008).
Pages: 21-32
References
  1. АвроваН.Ф. Биохимические механизмы адаптации к изменяющимся условиям среды у позвоночных: роль липидов // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 1999. Т. 35. № 3. С. 170-180.
  2. Аклеев А.В., Варфоломеева Т.А. Состояние гемопоэза в условиях многолетнего облучения костного мозга у жителей прибрежных сел реки Теча // Радиационная биология. Радиоэкология. 2007. Т. 47. № 3. С. 307-321.
  3. Аристархова С.А., Архипова Г.В., Бурлакова Е.Б. и др. Регуляторная роль взаимосвязи изменений в концентрации антиоксидантов и составе липидов клеточных мембран // Доклады АН СССР. 1976. Т. 226. № 1. С. 215-218.
  4. Бабенко Н.А., Натарова Ю.А.Роль тиреоидных гормонов в регуляции обмена сфинголипидов в печени // Биохимия. 1999. Т. 64. Вып. 8. С. 1085-1089.
  5. Баджинян С.А., Казарян П.А., Акаев С.Э., Саарян А.В. Изменения структурно-функцио­нальных свойств мембран эритроцитов под влиянием ионизирующей радиации // Радиационная биология. Радиоэкология. 1995. Т. 35. Вып. 3. С. 364-369.
  6. Барабой В.А. Чернобыль: десять лет спустя. Медицинские последствия радиационных катастроф / под ред. Д.М. Гродзинского. Киiв: Чернобильiнтерiнформ. 1996. 187 с.
  7. Биологические мембраны. Методы / под ред. Дж. Б. Финдлея, У.Г. Эванза. М.: Мир. 1990. 424 с.
  8. Бурлакова Е.Б., Алесенко А.В., Молочкина Е.М,. и др. Биоантиоксиданты в лучевом поражении и злокачественном росте. М.: Наука. 1975. 214 с.
  9. Владимиров Ю.А. Роль нарушений свойств липидного слоя мембран в развитии патологических процессов // Патологическая физиология. и экспериментальная терапия. 1989. №4. С. 7-19.
  10. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука. 1972. 252 с.
  11. Геннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функции. М.: Мир. 1997. 622 с.
  12. Грибанов Г.А. Особенности структуры и биологическая роль лизофосфолипидов // Вопросы медицинской химии. 1991. Т. 37. № 4. С. 2-16.
  13. Дятловицкая Э.В. Роль лизосфинголипидов в регуляции биологических процессов // Биохимия. 2007. Т. 72. Вып. 5. С. 596 - 602.
  14. Дятловицкая Э.В. Сфинголипиды и злокачественный рост // Биохимия. 1995. Т. 60. С. 843 - 850.
  15. Жербин Е.А., Чухловин А.Б. Радиационная гематология. М.: Медицина. 1989. 175 с.
  16. Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньщикова Е.В. Окислительный стресс: биохимические и патофизиологические аспекты. М.: МАИК Наука/Интерпериодика, 2001. 340 с.
  17. Иванкова Ж.Е., Мойсеенко Н.А., Моисеенко С.А. Роль 20-гидроксиэкдизона в развитии постгемморагической анемии у кроликов // В кн.: Радиоэкологические и биологические последствия низкоинтенсивных воздействий / отв. ред. А.И. Таскаев.Сыктывкар. 2003. С. 257 - 273.
  18. Ивков В.Г., Берестовский Г.Н. Динамическая структура липидного бислоя. М.: Наука. 1981. 294 с.
  19. Ипатова О.М., Торховская Т.И., Захарова Т.С., Халилов Э.М. Сфинголипиды и клеточная сигнализация: участие в апоптозе и атерогенезе // Биохимия. 2006. Т. 71. Вып. 7. С. 882-893.
  20. Казеннов А.М., Катюхин А.Н., Маслова М.Н. и др. Изменение свойств эритроцитов в раннем постнатальном онтогенезе у крыс // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2001. Т. 97. С. 154-156.
  21. Кальнова Н.Ю., Пальмина Н.П. Изменение фосфолипидного состава и антиокислительной активности липидов эритроцитов при опухолях молочной железы и их радиационном лечении // Биохимия. 1980. Т. 45. № 9. С. 1646-1653.
  22. Кейтс М. Техника липидологии. М.: Мир. 1975. 322 с.
  23. Климов А.Н., Никульчева Н.Г. Липиды, липопротеиды и атеросклероз. СПб.:1995. 304 с.
  24. Коломийцева И.К. Радиационная биохимия мембранных липидов. М.: Наука. 1989. 182 с.
  25. Коцюруба А.В., Буханевiч О.М., Тараканов С.С.Механiзми ранньоi дii бiологiчно активних оксистеринiв: кальцiтриолу и eкдистерону. Мо­дуляцiя внутрiшньоклiтинних пулiв арахiдоновоi кислоти та продуктiв ii окиснювального метаболiзму // Укр. бiохiм. журн. 1995. Т. 67. № 2. С. 45-52.
  26. Коцюруба А.В., Туганова А.В., Буханевiч О.М., Тараканов С.С.Механiзми ранньоi дii бiологiч­но активних оксистеринiв: кальцiтриолу и eкдистерону. Iдентифiкацiя обмiну сфiнгомiэ­лiну як эфекторного механiзму ранньоi дii // Укр. бiохiм. журн. 1995. Т. 67. № 2. С. 53-58.
  27. Кратенко P.I., Мiтряэв A., Дiя iонiзувального випромiнення та 12-краун-4 на фосфолi­пiдний склад еритроцитiв I гепатоцитiв бiлых щурiв // Украiнский Радiологiчный Журнал. 2002. Т. 74. С. 167-170.
  28. Кудряшов Ю.Б. О биофизических механизмах лучевой патологии // В кн.: Механизмы лучевой паталогии. М.: МГУ. 1984. С. 5 - 15.
  29. Кудяшева А.Г., Шишкина Л.Н., Шевченко О.Г. и др. Биологические эффекты радиоактивного загрязнения в популяциях мышевидных грызунов. Екатеринбург: УрО РАН. 2004. 214 С.
  30. Кузьмина Ю.В., Каплун А.П., Швец В.И. Иммунохимия фосфолипидов // Биологические мембраны. 1991. Т. 8. № 8. С. 1013-1027
  31. Лакин Г.Ф. Биометрия. 3-е изд. М.: Высш. шк. 1990. 293 с.
  32. Маслова К.И., Маслов В.И. Действие тяжелых естественных радионуклидов на животных (на примере популяции полевки-экономки) // В кн.: Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере: миграция и биологическое действие на популяции и биоценозы. М.: Наука. 1990. С. 234-275.
  33. Материй Л.Д., Ермакова О.В., Таскаев А.И. Морфофункциональная оценка состояния организма мелких млекопитающих в радиоэкологических исследованиях (на примере полевки-экономки). Сыктывкар. 2003. 164 с.
  34. Михайлов В.Ф., Тараканова М.П. Повреждение мембран эритроцитов при действии ионизирующей радиации // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1980. Т. 90. № 9. С. 257-284.
  35. Мойсеенко Н.А., Иванкова Ж.Е., Цветкова А.С.Влияние 20-гидроксиэкдизона на свойства компонентов красной крови крыс через 24 часа после инъекции// В кн.: Радиоэкологические и биологические последствия низкоинтенсивных воздействий / отв. ред. А.И. Таскаев. Сыктывкар. 2003. С. 242-256.
  36. Новицкий В.В., Рязанцева Н.В., Степовая Е.А. и др. Молекулярные нарушения мембраны эритроцитов при патологии разного генеза являются типовой реакцией организма: контуры проблемы // Бюллетень сибирской медицины. 2006. № 2. С. 62-69.
  37. Новицкий В.В., Рязанцева Н.В., Степовая Е.А. Физиология и патофизиология эритроцита. Томск: Изд-во Том. ун-та. 2004. 202 с.
  38. Ормоцадзе Г.Л., Надареишвили К.Ш., Надареишвили Д.К.и др. Популяционный спектр эритроцитов как возможный критерий в диагностике, прогнозировании исхода и стратификации риска при лучевой патологии / Тезисы докладов V съезда по радиационным исследованиям. М.: 2006. Т.1. С. 39.
  39. Пат. № 2153346 (РФ).
  40. Плотников М.Б., Алиев О.И., Андреева В.Ю. и др. Влияние экстракта манжетки обыкновенной на структурно-функциональное состояние мембран эритроцитов на модели артериальной гипертензии // Бюллетень экспериментальной биологи. и медицины. 2006. Т. 141. № 6. С. 656-659.
  41. Плотников М.Б., Зибарева Л.Н., Колтунов А.А. и др. Гемореологические свойства экстрактов из некоторых растений, содержащих экдистероиды // Растительные ресурсы. 1998. Вып. 1. С. 91 - 97.
  42. Полякова Н.В., Шишкина Л.Н. Воздействие g-радиации разной мощности на процессы перекисного окисления липидов в тканях мышей // Радиационная биология. Радиоэкология. 1995. Т. 35. Вып. 2. С. 181-188.
  43. Постнов Ю.В., Орлов С.Н. Первичная гипертензия как патология клеточных мембран. М.: Медицина. 1987. 192 с.
  44. Рязанцева Н.В., Новицкий В.В., Кублинская М.М. Изменения липидной фазы мембраны эритроцитов при параноидной шизофрении // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2002. Т. 133. № 1. С. 98 - 101.
  45. Смотряева М.А., Круглякова К.Е., Шишкина Л.Н. и др. Структурные и биохимические показатели элементов крови мышей после g-облучения в малых дозах разной интенсивности // Радиационная биология. Радиоэкология. 1996. Т. 36. Вып.1. С.21-29.
  46. Степанов Е.А., Краснопольский Ю.М., Швец В.И. Физиологически активные липиды. М.: Наука. 1991. 136 с.
  47. Сторожок С.А., Панченко Л.Ф., Филиппович Ю.Д., Глушков В.С. Изменения физико-химических свойств биологических мембран при развитии толерантности к этанолу // Вопросы медицинской химии. 2001. Т. 47. № 2. С. 198-208.
  48. Структура и функция эритроцитов в норме и патологии / под ред. М.И. Лосевой. Новосибирск: Научные труды. 1988. Т. 131. 102 с.
  49. Тарусов Б.Н.Основы биологического действия радиоактивных излучений. М.: Медгиз. 1954. 140 с.
  50. Тодоров И.Н., Митрохин Ю.И., Ефремова О.И., Сидоренко Л.И. Влияние экдистерона на биосинтез белков и нуклеиновых кислот в органах мыши // Химико-фармацевтический журнал. 2000. Т. 34. № 9. С. 3 - 5.
  51. Тодоров И.Н., Митрохин Ю.И., Ефремова О.И., Сидоренко Л.И. Действие экстрактов левзеи сафлоровидной на биосинтез РНК и белков в органах // Химико-фармацевтический журнал. 2000. Т. 34. № 9. С. 24 - 26.
  52. Тодоров И.Н., Тодоров Г.И. Стресс, старение и их биологическая коррекция / отв. ред. С.М. Алдошин. М.: Наука. 2004. 479 с.
  53. Торховская Т. И., Ипатова О.М., Захарова Т.С .и др. Клеточные рецепторы к лизофосфолипидам как промоторы сигнальных эффектов // Биохимия. 2007. Т. 72. Вып. 2. С. 149-157.
  54. Шевченко О.Г., Шишкина Л.Н., Кудяшева А.Г. Влияние популяционных факторов на состав фосфолипидов различных тканей полевки-экономкиMicrotusoeconomusприродных популяций // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2002. Т. 38. № 2. С. 131-135.
  55. Шевченко О.Г., Шишкина Л.Н., Кудяшева А.Г. Состав фосфолипидов в тканях полевок-экономок Microtusoeconomus, обитающих на территориях с повышенным радиационным фоном // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2006. Т. 42. № 3. С. 218-224.
  56. Шишкина Л.Н. Особенности функционирования физико-химической системы регуляции перекисного окисления липидов в биологических объектах разной степени сложности в норме и при действии повреждающих факторов: Дисс. - докт.хим.наук. Москва. 2003. 45 с.
  57. Шишкина Л.Н., Бурлакова Е.Б. Природные и синтетические антиоксиданты как радиопротекторы // Химическая физика. 1996. Т. 15. № 1. С. 43-53.
  58. Шишкина Л.Н., Кушнирева Е.В., Смотряева М.А. Новые подходы к оценке биологических последствий воздействия радиации в малых дозах // Радиационная биология. Радиоэкология. 2004. Т. 44. № 3.С. 289-295.
  59. Ademuyiwa O., Agarwal R., Chandra R., Behari J.R.Lead-induced phospholipidosis and cholesterogenesis in rat tissues. Chemico-Biological Interactions, 2008, doi:10./1016/j.cbi.2008.10.057
  60. Belokoneva O.S., Villegas E., Corzo G. et al. The hemolytic activity of six cationic peptides is affected by the phosphatidylcholine-to-sphingo­myelin ratio in lipid bilayers // Biochim. Biophys. Acta. 2003. V. 1617. P. 22-30.
  61. Burlakova E.B. Consequences of low level radiation. A review. - In: Low level Radiation and Livind State / eds. N.G. Huigol et al. New Deli, Ma-
    dras, Bombay, Calcutta: Narosa Publ. House. 1994.P. 57-62.
  62. Burlakova Ye.B., Pal-mina N.P., Mal-tseva Ye.L. A physicochemical system regulating lipid peroxidation in biomem­branes during tumor growth / In: «Membrane Lipid Oxidation» / ed. C. Vigo-Pelfrey. Boca Ra­ton, Ann Arbor - Boston: CRC Press. 1991. V. Ш. P. 209-237.
  63. Goni F.M., Alonso A. Structure and functional properties of diacylglycerols in membrane. - Prog. Lipid Res. 1999. V. 38. No.1. P. 1-48.
  64. Gulaya N.M.., Margitich V.M., Chumak A.A. et al. Chernobyl clean-ap workers erythrocyte membrane l;ipid content at the remove period // Укр. бiохiм. журн. 2000. Т. 72. № 6.С. 56-62.
  65. Kagan V. E., Fabisiak J.P., Shvedova A.A. et al. Oxidative signaling pathway externalization of plasma membrane phosphatidylserine during apoptosis // FEBS Lett.2000. V. 477 P. 1-7.
  66. Lijnem P., Fagard R., Richard T. et al. Inhibition of human erythrocyte and leukocyte Na+, K+ -pump activity by lysophosphatidylcholines // Meth. Find. Exp. Clin. Pharmacol. 1990. V. 12. № 4. P. 281-286.
  67. Lilom K., Sun G., Bunemann M. et al. Sphingosylphosphocholine in a natural occurring lipid mediator in blood plasma: a possible role in regulating cardiac function via sphingolipid receptors // Biochem. J. 2001. V. 355. P. 189-197.
  68. Nagasaka Y., Ishii F. Interaction between erythrocytes from three different animals and emulsions prepared with various lecithins and oils // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2001. V. 22. Issue 2.P. 141-147.
  69. Ohvo-RekilaH., Ramstedt B., Leppimaki P., Slotte P. Cholesterol interactions with phospholipids in membranes // Prog. Lipid Res. 2002. V. 41. P. 66-97.
  70. Petkau A., Chelack W.S. Radioprotective effect of superoxide dismutase on model phospholipid membranes // Biochim. Biophys. Acta. 1976. V. 433. № 3. P. 445-456.
  71. Raja M., Spelbrink R.E.J., de Kruijf B. Killian J.A. Phosphatidic acid plays a special role in stabilizing and folding of the tetrametric potassium channel KcsA // FEBS Lett. 2007. V. 561. P. 5715-5722.
  72. Rodi P.M., Cabeza M.S., Gennaro A.M. Detergent solubilization of bovine erythrocytes. Comparison between the insoluble material and the intact membrane // Biophys. Chem. 2006. V. 122. P. 114-122.
  73. Stark G. The effect of ionizing radiation on lipid membranes // Biochim. Biophys. Acta. 1991.V. 1071.P. 103-122.