close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

5648.ДИНАМИКА СТАТИСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ ТЕСТИРОВАНИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ МЫШЦ ХИМИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
<#-34S*7На правах рукописи
МИРОНОВА
Антонина Петровна .
^
ДИНАМИКА СТАТИСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ПРИ ТЕСТИРОВАНИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ
АКТИВНОСТИ МЫШЦ ХИМИЧЕСКИМ
ВОЗДЕЙСТВИЕМ
03.00.25 - гистология, цитология, клеточная биология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Санкт-Петербург
2003
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа выполнена в Институте цитологии РАН, Санкт-Петербург
Научный руководитель:
доктор биологических наук
Кулёва Надежда Владимировна
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор
Иваноа Сергей Дмитриевич
кандидат биологических наук
Пашкова Ирина Михайловна
Ведущая организация:
Физиологический институт
им. А.А. Ухтомского при СП5ГУ
Защита состоится " Д О * .
& ^ &
2004 г. в -fh
ч на заседании
диссертационного совета Д. 002,230.01 при Институте цитологии РАН по адресу:
194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 4
С диссертацией можно ознаюмится в библиотеке Института цитологии РАН
Автореферат разослан " • / ? ' - <М<4>(ЖА<.
Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор биологических наук
ft
2004 г.
•/
Марахова И.И.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Адаптивный ответ - существенная особенность реакции биологических объектов
на действие многих агентов. Он проявляется в том, что предварительное воздействие
на клетки какого-либо агента в малых дозах, не вызывающее повреждений, увеличивает
их устойчивость к повторному воздействию этого же, а иногда и другого агента в боль­
ших, повреждающих дозах. Дозы агентов, приводящие к развитию адаптивного ответа
при предварительной обработке клеток, называют адаптирующими, а более высокие,
используемые при повторном воздействии, - повреждающими, или разрешающими (Фи­
липпович, 1991). По определению В.Я. Александрова (1965), адаптация представляет
собой изменение устойчивости, которое дает возможность биосистеме сохранять жизне­
способность, функциональную, стабильность и потенциал к воспроизводству при откло­
нении состава и условий окружающей среды от оптимума.
Хорошо изучена приобретенная термотолерантность клеток растений и животных.
Особенно детально это явление было исследовано на примере тепловой закалки на
клетках растений в школе В.Я. Александрова, где впервые применили этот термин
(Александров, 1956). У клеток пойкилотермных животных тепловая закалка изучена ме­
нее широко (Александров, 1975,1985). При исследовании тепловой закалки было пока­
зано повышение теплоустойчивости (ТУ) клеток после предварительного нагрева при
супероптимальной температуре к последующему нагреву при высокой сверхпороговой
температуре. Было показано, что реакция клеток при тепловой закалке зависит от ис­
ходного уровня их ТУ, от дозы предварительного воздействия и имеет разное проявле­
ние в зависимости от сезона года. Отмечено, что наряду с повышением ТУ клеток обна­
руживаются параллельные или обратные по знаку изменения их устойчивости к другим
повреждающим агентам, то есть эффект носит относительно неспецифический характер
(Шляхтер, 1959; Александров, 1975,1985).
Сравнительно недавно (70-80-е годы) под руководством профессора Б.П. Ушако­
ва был разработан оригинальный подход для оценки реакции организмов и их клеток на
экспериментальное воздействие. В основе его лежит наблюдение за индивидуальными
реакциями объектов, то есть учитывается полиморфизм изучаемого функционального
показателя в популяции. Наряду с этим анализируется зависимость изменения функ­
ционального показателя от исходного уровня и изменение диапазона межорганизменной
изменчивости показателя, что позволяет интерпретировать полученные результаты с
позиции популяционной биологии (Ушаков, 1978,1982). Так, было обнаружено, что при
относительно слабом (акклимационном) для популяции организмов воздействии темпе­
ратуры существует четкая обратная зависимость между реактивным сдвигом ТУ объек­
та и ее исходным уровнем. Это, в свою очередь, приводит к сужению диапазона межор­
ганизменной изменчивости признака ТУ. Таким образом, при слабом воздействии проис­
ходит нивелировка организмов по уровню ТУ, что позволяет им при последующем ин­
тенсивном воздействии "уйти от-отбора". Описанные механизмы рассматриваются как
физиологические механизмы гомеостаза, работающие в популяции (Ушаков, 1982). Ана­
логичные закономерности обнаружены при исследовании ТУ в выборках образцов ткани
(клеток) от разных животных в популяции (Схолль, 1971; Чмшкян,_1972; Ушаков, Амосо­
г
ва, 1972; Кесаманлы, 1974,1975; Миронова, 1980).
~ ~
/. "
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В настоящее время, в связи с нарастающим давлением на организм и, соответст­
венно, на его клетки химических факторов среды, вопрос о возможности адаптации кле­
ток к химическому воздействию становится актуальным. Данных, касающихся собствен­
но закалки клеток высших многоклеточных животных химическими веществами, нет, хо­
тя приобретенная толерантность к химическим веществам исследуется в настоящее
время достаточно широко (Metaxes, Levis, 1991; Haga et al., 1997; Ren et al., 1998; Gebel,
2001 и др.).
Изучение повышения неспецифической сопротивляемости клеток к неблагопри­
ятным факторам среды и условий, вызывающих это повышение, является одним из
важных направлений, имеющих общебиологическое значение. Оно является предметом
популяционной экологии. Эти исследования имеют значение для анализа становления в
эволюции механизмов реагирования и адаптации биологического субстрата к факторам
среды на всех уровнях организации от клеточного до организменного.
Оценка действия химических веществ на клетки пойкилотермных животных мето­
дами популяционной биологии до сих пор не проводилась.
Цели и задачи исследования
Целью настоящей работы являлось установление закономерностей изменения
статистических показателей при тестировании функциональной активности мышц тра­
вяной лягушки химическим воздействием.
В работе были поставлены следующие конкретные задачи:
1. Оценить возможность использования парных портняжных мышц травяной ля­
гушки Rana temporaria L от разных особей в популяции для анализа реакции гетероген­
ной выборки биологических объектов на химическое воздействие.
2. Изучить закономерности изменения среднего уровня устойчивости изолирован­
ных мышц травяной лягушки R. temporaria L к токсическому действию этилового спирта,
хлоралгидрата, 2,4-динитрофенола после воздействия на мышцы слабых концентраций
этих веществ.
3. Исследовать зависимость индивидуальных реакций мышц разных особей в ре­
презентативной выборке из популяции на воздействие химических веществ от исходного
индивидуального уровня устойчивости мышц; установить характер корреляции между
исходной устойчивостью и ее изменением.
4. Исследовать зависимость изменения диапазона межорганизменной изменчи­
вости химической устойчивости от длительности воздействия химических веществ.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Экспозиция мышц в растворах этилового спирта (0.87 М), хлоралгидрата (0.005
М) и 2,4-динитрофенола (0.002 М) вызывает двухфазную реакцию мышц: увеличение
среднего уровня устойчивости при относительно кратковременном воздействии, то есть
эффект приобретенной толерантности (закалки), и понижение среднего уровня при уве­
личении длительности воздействия.
2. Эффект приобретенной толерантности зависит от сочетания доз предвари­
тельного и тестирующего устойчивость воздействий и носит относительно неспецифи-
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ческий характер, так как одновременно повышается или снижается устойчивость мышц к
действию других агентов и температуре.
3. При относительно кратковременном воздействии химических веществ установ­
лена отрицательная корреляция между исходным индивидуальным уровнем устойчиво­
сти мышц и величиной и направлением реактивного сдвига устойчивости и сужение
диапазона межорганизменной изменчивости уровня устойчивости мышц. Эти эффекты
выявляются раньше, чем повышается средний уровень устойчивости мышц.
4. При удлинении срока предварительного воздействия агентов обнаруживается
нарушение отрицательной корреляции между исходным индивидуальным уровнем ус­
тойчивости и величиной и направлением его изменения и расширение диапазона ме­
жорганизменной изменчивости уровня устойчивости. Это наблюдается раньше, чем па­
дает средний уровень устойчивости мышц в выборке, и служит сигналом последующей
их гибели.
Научная новизна
Впервые проведено систематическое изучение закономерностей реагирования
специализированной ткани высших пойкилотермных животных на химические раздражи­
тели с применением методов популяционной биологии. Показано увеличение рези­
стентности мышц к токсическим воздействиям исследованных химических агентов после
предварительного кратковременного воздействия на мышцы низких концентраций этих
же агентов. Показано уменьшение среднего уровня резистентности изолированной ткани
при относительно длительном предварительном воздействии этих концентраций.
В работе представлен отличающийся от традиционного набор методов статисти­
ческой обработки результатов при анализе реакции клеток на воздействие. Показано,
что анализ реакции выборки изолированных мышц, как реакции гетерогенной системы,
повышает чувствительность методов оценки функционального состояния клеток.
Выявлены закономерности динамики реагирования гетерогенной выборки мышц
от разных животных в популяции: двухфазное изменение таких интегральных показате­
лей реакции, как коэффициент корреляции между исходным индивидуальным уровнем
устойчивости мышц и величиной и направлением (знаком) изменения исходного уровня
и диапазон межорганизменной изменчивости уровня устойчивости мышц. В первую фазу
реакции наблюдалась отрицательная корреляция между исходным индивидуальным
уровнем устойчивости мышц и величиной и направлением его изменения и сужение
диапазона межорганизменной изменчивости уровня устойчивости.
Впервые описан критерий раннего повреждения клеток - расширение диапазона
межорганизменной изменчивости уровня устойчивости, который отражает нарушение
гомеостаза клеток раньше, чем это показывает средний уровень устойчивости. Обсуж­
дается возможность применения этого критерия к изучению функциональных характери­
стик популяций организмов.
Научно-практическое значение работы
Работа представляет собой фундаментальное исследование, посвященное изу­
чению динамики устойчивости сократительной активности портняжных мышц лягушки в
ответ на неспецифическое химическое воздействие (этиловый спирт, хлоралгидрат, 2,4динитрофенол).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Закономерности, полученные на модели изолированных парных мышц лягушки,
были подтверждены исследованиями ТУ на мерцательном эпителии моллюсков (Миро­
нова, 1998). Они могут быть использованы для оценки конкретной ситуации в биотопе,
например, загрязнение его тяжелыми металлами, и могут проявляться как первая фаза
описанной закономерности (Миронова, 1998).
Нарушение отрицательной корреляции между исходным индивидуальным уров­
нем устойчивости и его изменением и расширение диапазона межорганизменной измен­
чивости уровня устойчивости могут служить показателями загрязнения биотопа, превы­
шающего адаптивные возможности клетки. Эти показатели являются более чувстви­
тельными, чем средний уровень устойчивости. Использование методов, применяемых
для изучения популяционного уровня организации, позволяет открыть новые законо­
мерности в реакции другого (клеточного) уровня организации.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из следующих разделов: введения, обзора литературы, ма­
териала и методов исследования, результатов, обсуждения результатов, выводов и
списка литературы, содержащего### публикаций. Работа изложена наг^Ьтраницах и
иллюстрирована 17 рисунками и 10 таблицами.
Апробация работы
По материалам работы опубликовано 8 статей и 1 тезисы доклада в отечествен­
ной и зарубежной научной периодике.
Материалы работы доложены и представлены на следующих научных форумах:
Международный конгресс по клеточной биологии, Сан-Франциско, 1996 г.; Всесоюзный
симпозиум "Биология клетки в культуре", Санкт-Петербург, октябрь 1998 г.; на семинаре
Лаборатории функциональных адаптации Института физиологии им. А.А. Ухтомского; на
семинарах Группы эволюционной цитоэкологии и биомониторинга (Лаборатория цитоло­
гии одноклеточных организмов) Института цитологии РАН.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Материал и методика
Опыты проводили на мышцах самцов травяной лягушки Rana temporaria L из по­
пуляции Ленинградской области. Отбирали особей с размером тела 6.5-7.5 см, что соот­
ветствует 4-5-летнему возрасту животных. Животных содержали в условиях лаборато­
рии при стабильной температуре 6-8 °С не менее 10 сут.
Об устойчивости мышечной ткани судили по времени сохранения сократительной
активности мышечных волокон (в минутах) в тестирующих растворах агентов в ответ на
электрическое раздражение мышц от портативного стимулятора, трансформирующего
переменный ток сети в импульсы с частотой 50 Гц. Наблюдение за сокращением мы­
шечных волокон велось визуально до полной и необратимой потери их возбудимости.
Были выбраны те вещества, которые широко исследованы при изучении неспе­
цифической реактивности мышц и для которых дозные кривые зависимости времени
переживания мышц от концентрации веществ уже были получены (Насонов, 1962).
в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В качестве тестирующих устойчивость мышц растворов использовали либо нагре­
тый до повреждающей температуры раствор Рингера, либо растворенные в смеси Рингера химические вещества: 3.48 М этиловый спирт, 0.05 и 0.08 М хлоралгидрат, 0.004 М
2,4-динитрофенол.
Для предварительного воздействия на мышцы химических веществ выбирали та­
кие их концентрации, которые могли бы вызвать эффект повышения устойчивости мы­
шечной ткани. При этом мы обращали внимание именно на те концентрации веществ,
закаливающее действие которых можно было предполагать на основании литературных
данных по отклонению кривой зависимости времени переживания клеток от интенсивно­
сти воздействия в области низких концентраций (Ушаков, 1953), совместному действию
химических агентов (Черепанова, Суздальская, 1954; Суздальская, 1968), либо из опы­
тов по обнаружению увеличения времени переживания мышечной ткани в слабых кон­
центрациях некоторых веществ, "эффекту УВП" (Киро, 1964). Для предварительного
воздействия на мышцы лягушки использовали 0.87 и 1.09 М этиловый спирт, 0.005 М
хлоралгидрат и 0.002 М 2,4-динитрофенол, приготовленные на смеси Рингера для хо­
лоднокровных. Приведенные выше работы показали, что эти концентрации веществ по­
вышали неспецифическую резистентность мышечной ткани.
Конкретная схема постановки опытов на портняжных мышцах лягушки была сле­
дующей. Каждую лягушку вынимали из холодильника непосредственно перед опытом.
Одну из мышц (левую) сразу же после изоляции из организма помещали в тестирующий
раствор агента для определения исходного уровня устойчивости. Вторая (правая) слу­
жила в качестве опытной, то есть подвергалась экспериментальному воздействию. В
контрольных опытах правую мышцу выдерживали в растворе Рингера. Мы не выдержи­
вали мышцы в растворе Рингера перед опытом, чтобы избежать влияния на результаты
опытов ложных корреляций (Ушаков, 1978). Количество животных, используемых на
один опыт, было 20-25 штук.
Предварительно были поставлены опыты, в которых оценивалась приемлемость
использования парных портняжных мышц лягушки для целей нашего исследования. В
них были получены убедительные данные о том что, как по уровню устойчивости ко
всем используемым веществам, так и по его вариабельности мышцы не различаются, и,
следовательно, могут быть использованы в качестве контрольной и опытной.
Статистическую обработку данных проводили, в основном, с помощью критериев
Стьюдента-Фишера. Достоверность различий оценивали для 5%-ного уровня значимо­
сти.
Изменения среднего уровня устойчивости (ДМ), как правило, оценивали по изме­
нению времени переживания изолированной ткани (в минутах) в процентах к исходному
уровню, то есть времени переживания (в минутах) в тестирующем растворе агента сразу
же после изоляции из организма животных. В ряде случаев изменение среднего уровня
устойчивости оценивали по разнице логарифмированных результатов опытов (Урбах,
1963; Плохинский, 1970). Расчет остальных показателей проводили с использованием
логарифмов экспериментальных величин, поскольку кривая распределения ТУ клеток
имеет асимметричное распределение (Ушаков и др., 1968), а мы предполагали сравни­
вать полученные данные с изменением ТУ клеток при тепловой закалке.
При работе с портняжными мышцами лягушки каждый раз (на каждый срок экспе­
римента) использовали новую выборку животных. Поэтому на каждом сроке экспери7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мента вычисляли коэффициент корреляции (г) между уровнями устойчивости парных
мышц, одна из которых подвергалась воздействию.
Для установления степени связи между исходным индивидуальным уровнем ус­
тойчивости, определяемом у одной из мышц сразу после изоляции из организма, и ве­
личиной и направлением (знаком) его изменения у второй, подвергшейся воздействию,
вычисляли коэффициент корреляции между этими показателями (гд).
Диапазон изменчивости исходного уровня устойчивости и значение диапазона
изменчивости уровня устойчивости после воздействия определяли, в основном, с помо­
щью коэффициента вариации - CV. Наряду с ним использовали и среднее квадратическое отклонение - ст. Диапазон изменчивости, которую мы называем индивидуальной
изменчивостью, отражает индивидуальные различия между устойчивостью мышц, при­
надлежащих разным особям лягушек в выборке. Собственно говоря, он отражает межорганизменные различия животных по этому признаку (Ушаков и др., 1976).
Мы анализировали индивидуальные сдвиги в устойчивости мышц. Их совокуп­
ность формирует изменения среднего уровня устойчивости, изменения как коэффициен­
та корреляции между уровнями устойчивости парных мышц, так и коэффициента корре­
ляции между исходным уровнем устойчивости мышц и величиной и направлением его
изменения и размаха индивидуальной изменчивости признака устойчивости. В связи с
этим, представлялось целесообразным сопоставление динамики этих интегральных ха­
рактеристик в зависимости от срока экспериментального воздействия, в частности, гра­
фического сопоставления изменения этих интегральных характеристик.
Результаты
Действие этилового спирта (исследование влияния интенсивности предвари­
тельного воздействия на устойчивость мышц к 3.48 М этиловому спирту).
Изучали влияние двух субтоксических концентраций этилового спирта (0.87 и 1.09
М). В контрольных опытах наблюдали за спиртоустойчивостью мышц после выдержива­
ния в растворе Рингера при 6-8 °С.
Установлено, что выдерживание одной из мышц в растворе Рингера в течение 60
мин практически не влияло на средний уровень спиртоустоичивости мышц (рис. 1, а).
Помещение одной из мышц в 0,87 и 1.09 М растворы этилового спирта приводило к уве­
личению среднего уровня спиртоустоичивости мышечной ткани при кратковременном
воздействии. Максимальный эффект наблюдали при 60-минутном воздействии на мыш­
цы обоих растворов агента, он составлял 20% (Р < 0.05), Увеличение времени выдержи­
вания мышц в 0.87 М этиловом спирте до 120 мин практически не повлияло на этот уро­
вень устойчивости. При 240-минутном выдерживании в 0.87 М этиловом спирте наблю­
далось резкое снижение среднего уровня устойчивости мышц почти на 50% (Р < 0.05)
(рис. 1, а) (Миронова, 1976).
Отдельные мышцы разных особей лягушек при кратковременном выдерживании
в растворе Рингера меняли свой уровень разнонаправленно. Высокоустойчивые пони­
жали его, а низкоустойчивые повышали, мышцы со средним уровнем устойчивости
практически его не изменяли. В результате этого, уже через 5 мин выдерживания в рас­
творе Рингера обнаруживалась значительная отрицательная корреляция между исход­
ным уровнем спиртоустоичивости мышц и величиной и направлением его изменения.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1. Динамика среднего уровня спиртоустойчивости мышц травяной лягушки (а), ко­
эффициента корреляции Гд между исходным
индивидуальным уровнем устойчивости мышц
и величиной и направлением (знаком) его из­
менения (б), коэффициента корреляции г ме­
жду уровнями устойчивости парных мышц (б)
и сдвига диапазона межорганизменной из­
менчивости уровня спиртоустойчивости мышц
(г) после выдерживания мышц в растворе
Рингера (1), в 1.09 М (2) и 0.87 М (3) этиловом
спирте.
*o to
as
ВРЕМЯ, МИН
Сдвиг диапазона межорганизменной измен­
чивости выражается отношением CVa/CVu, где
CV„ — вариабельность исходного уровня ус­
тойчивости мышц, CV3 — вариабельность
уровня устойчивости мышц после воздейст­
вия. Левая вертикальная линия — граница
перехода к расширению диапазона изменчи­
вости уровня устойчивости мышц, выдержан­
ных в 1.09 М этиловом спирте; правая верти­
кальная линия — примерная граница перехо­
да к расширению диапазона изменчивости
уровня устойчивости мышц, выдержанных в
0.87 М этиловом спирте. Кружками обведены
точки, статистически достоверно отличаю­
щиеся от исходного значения показателей (п
= 20-25).
Значение этого коэффициента колебалось в зависимости от срока выдерживания в рас­
творе Рингера, но оно всегда было достоверным: от -0.39 до -0.55 (Р < 0.05) (рис, 1, б).
Кратковременное выдерживание одной из мышц в растворе 1.09 М этилового
спирта также приводило к возникновению отрицательной корреляции между исходной
спиртоустоичивостью мышц и ее изменением. Максимальное значение коэффициента
корреляции было получено при 30-минутном воздействии вещества и составляло -0,75
(Р < 0.05) (рис. 1, б). На рис. 1, б можно видеть, что изменение этого коэффициента но­
сило двухфазный характер: он увеличивался при кратковременном воздействии и сни­
жался при относительно длительном. Следует отметить, что падение коэффициента от­
рицательной корреляции до недостоверного значения произошло на фоне еще доста-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
точно высокого среднего уровня спиртоустойчивости мышц (рис. 1, а, б). Уменьшение
концентрации слабого раствора этилового спирта до 0.87 М в общем не изменило дина­
мику коэффициента отрицательной корреляции. Она также носила двухфазный харак­
тер, но была более растянута во времени. А при значительном сроке выдерживания
мышц в этом растворе (240 мин) этот коэффициент стал положительным: гд = 0.39 (рис.
1, б), что происходило на фоне резкого снижения среднего уровня устойчивости (рис. 1,
а) (Миронова, 1982,1999; Mironova, 1996).
Выдерживание мышц в растворе Рингера в течение 5-60 мин приводило к резко­
му падению коэффициента положительной корреляции между уровнями устойчивости
парных мышц. Он колебался относительно среднего значения 0.55 в течение всего сро­
ка наблюдения (рис. 1, в).
Выдерживание мышц в 1.09 М этиловом спирте также приводило к снижению ко­
эффициента положительной корреляции между уровнями спиртоустойчивости парных
мышц, однако он и в этом случае оставался достоверно значимым. При выдерживании
мышц в 0.87 М этиловом спирте этот коэффициент менялся фазно. Дважды его значе­
ние падало до недостоверных значений: при 15 мин г = 0.12; Р>0.05 и при 120 мин воз­
действия на мышцы г = 0.30; Р>0.05 (рис. 1, в). В первом случае это, вероятно, связано с
возникновением значительной отрицательной корреляции между исходным уровнем
спиртоустойчивости мышц и ее изменением. Второе падение значения коэффициента
положительной корреляции между уровнями устойчивости парных мышц мы склонны
связывать с последующей гибелью мышц. О ней также можно судить по резкому паде­
нию среднего уровня спиртоустойчивости мышечной ткани, которое происходило в
дальнейшем при увеличении срока выдерживания ее в слабом растворе спирта (рис. 1,
а, в).
Из рис. 1, г следует, что изменение диапазона изменчивости уровня спиртоустой­
чивости мышц, о котором мы судили по отношению его коэффициентов вариации
CV3/CVH, где CVi,- исходная вариабельность признака устойчивости, a CVS - его измен­
чивость после воздействия, меняется сопряженно со значением коэффициента отрица­
тельной корреляции (сравни рис. 1, б и рис. 1, г). Индивидуальная изменчивость уровня
спиртоустойчивости мышц, также как и коэффициент отрицательной корреляции, меня­
лась двухфазно на всем протяжении эксперимента. Она уменьшалась при кратковре­
менном воздействии слабых растворов этилового спирта и увеличивалась при более
длительном. Наибольшее расширение диапазона изменчивости уровня спиртоустойчи­
вости мышц получено при 240-минутном воздействии на мышцы 0.87 М этилового спир­
та, то есть когда коэффициент корреляции между исходной устойчивостью и величиной
и направлением ее изменения стал положительным. В этом случае диапазон изменчи­
вости увеличился практически в 8 раз (рис. 1, г).
Сопряженность изменений коэффициента отрицательной корреляции и индиви­
дуальной изменчивости исследуемого признака подчиняется уравнению линейной рег­
рессии, вычисленного по результатам всех опытов, у = 1.09х + 1.54, где х - значение гд,
у - CVs/CV,,. Из этого уравнения следует, что падение величины коэффициента отрица­
тельной корреляции до недостоверных значений приводит к расширению диапазона из­
менчивости. Это достаточно четко прослеживается и из сопоставления рис. 1, б и 1, г.
Изменение знака на положительный у коэффициента корреляции между исходным
ю
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
уровнем спиртоустойчивости мышц и величиной и направлением его сдвига с отрица­
тельного свидетельствует об усилении этого процесса.
На рис. 1 видно, что расширение диапазона изменчивости уровня спиртоустойчи­
вости мышц происходило несколько раньше, чем падение среднего уровня их устойчи­
вости. Более четко это следует из опытов с действием 1.09 М этилового спирта, когда
коэффициент отрицательной корреляции был уже недостоверным (-0.26), наблюдалось
расширение диапазона изменчивости до 1.24, а средний уровень спиртоустойчивости
мышц еще на 20 % превышал исходный средний уровень (рис. 1, а, б, г).
Таким образом, из представленного материала следует, что разные субтоксиче­
ские концентрации этилового спирта одинаково сказываются на общем характере дина­
мики исследованных показателей (средний уровень, г, гд, CV3/CV„). Уменьшение субток­
сической концентрации вещества вызывало лишь более растянутое во времени измене­
ние этих показателей.
Исследование специфичности закаливающего воздействия субтоксической кон­
центрации этилового спирта показало, что 15- и 30-минутное воздействия 0.87 М этило­
вого спирта не изменило уровня ТУ мышечной ткани к нагреву при 36 °С. Увеличение
времени воздействия этого раствора до 2 ч приводило к снижению ТУ мышц на 18% (Р <
0.05). Увеличение интенсивности тестирующего ТУ мышц нагрева до 38 "С вызывало
еще большее снижение их ТУ (О/К = 75%; Р < 0.05). Следует отметить, что субтоксиче­
ское воздействие этилового спирта не оказывало влияние и на индивидуальную измен­
чивость уровня ТУ мышц. Однако 30-минутное воздействие 0.87 М этилового спирта
увеличивало устойчивость мышц к 0.12 М фтористому натрию на 33% по сравнению с
исходным средним уровнем устойчивости к этому веществу.
Из этих данных следует, что субтоксические концентрации этилового спирта ин­
дуцируют в мышечной ткани состояние, подобное тепловой закалке. Эффект выражает­
ся в увеличении устойчивости мышц к последующему воздействию повреждающей кон­
центрации вещества. Величина эффекта зависит от времени предварительного воздей­
ствия субтоксических концентраций вещества. Так же, как и при тепловой закалке, уве­
личение устойчивости клеток носит относительно неспецифический характер.
Действие хлоралгидрата (исследование влияния интенсивности тестирующего
устойчивость мышц воздействия вещества).
Изучали изменение устойчивости мышц к 0.05 и 0.08 М хлоралгидрату под влия­
нием субтоксического раствора агента (0.005 М) (Миронова, 1977в, 1998, Mironova, 1996).
В контрольных опытах наблюдали за изменением устойчивости мышц к 0.08 М хлорал­
гидрату в результате выдерживания в растворе Рингера при 6-8 "С,
Установлено, что кратковременная инкубация мышц в течение 5-50 мин в раство­
ре Рингера не оказывала существенного влияния на средний уровень их устойчивости к
0.08 М хлоралгидрату.
При действии 0.005 М хлоралгидрата обнаружено увеличение среднего уровня
устойчивости мышц. Наиболее отчетливо это увеличение наблюдали при 5-минутном
воздействии 0.005 М хлоралгидрата с последующим тестированием устойчивости 0.08 М
хлоралгидратом (рис. 2, а).
Как в контрольных условиях, так и при действии хлоралгидрата обнаружена об­
ратная зависимость между исходными индивидуальными уровнями устойчивости мышц
п
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Динамика среднего уровня
устойчивости портняжных мышц ля­
гушек к 0.08 (а) и 0.05 М (а') хлорал­
гидрату, коэффициента корреляции
г д между исходным индивидуаль­
ным уровнем устойчивости мышц и
величиной и направлением (знаком)
его изменения (б, б), коэффициента
корреляции г между уровнями ус­
тойчивости парных мышц (в, в) и
сдвига диапазона межорганизменной изменчивости уровня устойчи­
вости мышц (г, г) после выдержи­
вания в растворе Рингера (1), и
0.005 М хлоралгидрата (2,3).
Сдвиг диапазона межорганизменной изменчивости выражается от­
ношением CVs/CVn, где СУИ — ва­
риабельность исходного уровня ус­
тойчивости мышц, CV3 — вариа­
бельность уровня устойчивости
мышц после воздействия. Верти­
кальными линиями обозначены зо­
ны перехода к расширению диапа­
зона изменчивости уровня устойчи­
вости мышц. Кружками обведены
точки, статистически достоверно
отличающиеся от исходного значе­
ния показателей (п = 20-25). Апост­
рофом обозначены рисунки, пред­
ставляющие результаты опытов с
тестированием устойчивости мышц
0.05 М хлоралгидратом.
ВРЕМЯ, МИН
и их изменениями. Наибольшие значения коэффициента отрицательной корреляции об­
наружены при 15-20-минутном воздействии агента (рис. 2, б, б'). Увеличение времени
предварительного воздействия субтоксического раствора хлоралгидрата приводило к
нарушению связи реактивных изменений устойчивости мышц с исходным уровнем. В
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
разных условиях проведения эксперимента нарушение этой связи наступало при разных
сроках предварительного воздействия: после 30 мин при тестировании устойчивости
мышц 0.08 М хлоралгидратом и после 40 мин при тестировании устойчивости мышц 0.05
М хлоралгидратом. Следует отметить, что при тестировании устойчивости мышц 0.05 М
хлоралгидратом наблюдалось даже изменение знака коэффициента корреляции между
исходной устойчивостью мышечной ткани и величиной и направлением ее изменения:
при 80-минутном воздействии 0.005 М хлоралгидрата г4 = 0.34 (рис.2, б').
Следовательно, изменение степени связи между исходной устойчивостью мышц к
токсическому воздействию хлоралгидрата и величиной и направлением ее изменения
под влиянием выдерживания в субтоксическом растворе вещества носило двухфазный
характер. Эта связь усиливалась при кратковременном воздействии и падала до стати­
стически недостоверных значений при более длительном воздействии вещества (рис. 2,
б и 2, б').
При всех условиях проведения экспериментов, в том числе и контрольных, по ме­
ре увеличения коэффициента отрицательной корреляции в результате кратковременно­
го предварительного воздействия наблюдалось снижение коэффициента корреляции
между уровнями устойчивости парных мышц (рис. 2, в и 2, в').
В тех случаях, когда предварительное воздействие приводило к разнонаправлен­
ным и зависимым от исходного уровня устойчивости изменениям этого уровня, опреде­
ляемым по наличию отрицательной корреляции между исходной устойчивостью мышц и
ее изменениями, всегда наблюдалась та или иная степень сужения диапазона изменчи­
вости изучаемого признака, определяемая нами по отношению его коэффициентов ва­
риации до и после воздействия: С\/э/С\/и (рис. 2, г и 2, г'). Было установлено, что взаимо­
связь значений г д и CV3/CVB, определяемых при постепенном увеличении времени пред­
варительного воздействия как раствора Рингера, так и 0.005 М хлоралгидрата в преде­
лах, не вызывающих статистически достоверного уменьшения коэффициента отрица­
тельной корреляции, подчиняется уравнению линейной регрессии. При тестировании
устойчивости мышц 0.08 М хлоралгидратом это уравнение имеет следующий вид: у =
0.64х + 1.17, где х - значение гд, у - изменение вариабельности признака устойчивости.
При тестировании устойчивости мышечной ткани 0.05 М хлоралгидратом вид
уравнения практически не меняется: у = 0.50х + 1,13. Отличия в значениях коэффициен­
тов (А) и свободных членов (В) обоих уравнений статистически недостоверны. Эти урав­
нения демонстрируют тот факт, что, по сути дела, именно обратная зависимость между
исходным уровнем устойчивости и его реактивным сдвигом является причиной сужения
диапазона изменчивости исследуемого признака. Из них следует, что чем больше зна­
чение возникающей под влиянием воздействия отрицательной корреляции, тем больше
сужение диапазона изменчивости признака устойчивости. Значение параметра В, рав­
ное 1.13 и 1.17 при теоретическом гА = 0, указывает на то обстоятельство, что регресси­
онная взаимосвязь гд и С\/э/СУи осуществляется в тех пределах экспериментального
воздействия, которые не вызывают существенного расширения изменчивости. А это
происходит, как мы видим на рис. 2, б и 2, б', 2, г и 2, г', при относительно слабом
предварительном воздействии, которое еще не нарушает процесса образования отри­
цательной корреляции между исходной устойчивостью мышц к хлоралгидрату и ее из­
менением, то есть параметр В указывает предел, за которым наблюдается расширение
диапазона изменчивости в результате ослабления отрицательной корреляции. На рис. 2
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и 2' отмечена зона, в которой происходят эти события. Из рис. 2 и 2' следует, что они
предшествуют падению среднего уровня устойчивости мышечной ткани. При последую­
щем нарастании длительности предварительного воздействия наблюдается резкое уве­
личение вариабельности признака устойчивости CWCVn - до 1.6 раза в опытах, выпол­
ненных при тестировании устойчивости 0.08М хлоралгидратом (рис. 2, г), и до 1.43 - в
опытах с определением устойчивости мышечной ткани 0.05 М хлоралгидратом (рис. 2, г').
Таким образом, общий характер динамики исследованных показателей (средний
уровень, г, гд, С\УС\/и) был сходным при двух разных тестирующих устойчивость мышц
концентрациях вещества.
Исследование воздействия субтоксического раствора хлоралгидрата (0.005 М в
течение 5 мин) на устойчивость мышечной ткани к другим повреждающим агентам пока­
зало, что это воздействие увеличивает устойчивость мышц к 0.12 М фтористому натрию.'
В трех сериях опытов было обнаружено увеличение исходного среднего уровня устой­
чивости к этому агенту на 23, 26, 30% (Р < 0.01). 5-минутное воздействие 0.005 М хло­
ралгидрата увеличивало устойчивость мышц к 3.48 М этиловому спирту. В двух сериях
опытов было установлено увеличение среднего уровня спиртоустойчивости мышц на 18
и 26% (Р < 0.05). Одновременно с этим наблюдалось увеличение на 23% (Р < 0.001) ТУ
мышц к нагреву при 36 °С после 5-минутного воздействия субтоксического раствора
хлоралгидрата комнатной температуры.
Следовательно, субтоксическое воздействие хлоралгидрата, также как и воздей­
ствие этилового спирта, носило относительно неспецифический характер.
Действие 2,4-динитрофенола (исследование влияния предварительного воз­
действия повреждающей концентрации вещества).
В качестве повреждающей (тестирующей устойчивость мышц) концентрации ин­
гибитора был использован 0.004 М 2,4-ДНФ. По литературным данным (Ушаков, 1953) и
собственным наблюдениям, эта концентрация вещества резко снижала время пережи­
вания мышц в растворе Рингера, которое составляло всего 34 мин. Для выявления эф­
фекта закалки применялась в два раза меньшая концентрация вещества - 0.002 М.
Время переживания мышц в растворе Рингера с этой концентрацией вещества состав­
ляло 113 мин, то есть эта концентрация динитрофенола является также повреждающей
для мышечной ткани. В контрольных опытах наблюдали за изменением устойчивости
мышц к 0.004 М 2,4-динитрофенолу в результате выдерживания в растворе Рингера.
Однако, как и при действии этилового спирта и хлоралгидрата в субтоксических
концентрациях, динамика среднего уровня устойчивости мышц к 0.004 М 2,4-ДНФ под
влиянием 0.002 М раствора агента имела двухфазный характер: наблюдалось увеличе­
ние устойчивости мышц при кратковременном предварительном воздействии и падение
- при более длительном. Максимальный эффект увеличения устойчивости обнаружен
при 20-минутном предварительном воздействии 2,4-ДНФ, он составлял 31% (рис. 3, а).
Так же, как и при действии этилового спирта и хлоралгидрата, при кратковремен­
ном воздействии 0.002 М 2,4-ДНФ и выдерживании мышц в растворе Рингера выявлена
обратная зависимость реактивного сдвига устойчивости мышц от исходного индивиду­
ального уровня устойчивости к агенту. Максимальное значение отрицательной корреля­
ции, равное -0.76 (Р < 0.05), наблюдали при 20-минутном воздействии 0.002 М 2,4-ДНФ
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3. Динамика среднего уровня
устойчивости портняжных мышц
лягушек
к
0.004
М 2-4динитрофенолу (а), коэффициента
корреляции г А между исходным
индивидуальным уровнем устойчи­
вости мышц и величиной и
направлением
(знаком)
его
изменения
(б), коэффициента
корреляции г между уровнями ус­
тойчивости парных мышц (Й) и сдви­
га диапазона межорганизменнои
изменчивости уровня устойчивости
мышц (г) после выдерживания в
растворе Рингера (1), и 0.002 М 2-4динитрофенола (2).
Сдвиг диапазона межорганизмен­
нои изменчивости выражается от­
ношением CVS/CVM, где CV* — ва­
15 20 25 30 35 40
ВРЕМЯ, МИН
15
риабельность исходного уровня ус­
тойчивости мышц, CV3 — вариа­
бельность уровня устойчивости
мышц после воздействия. Верти­
кальной линией обозначена граница
перехода к расширению диапазона
изменчивости уровня устойчивости
мышц. Кружками обведены точки,
статистически достоверно отли­
чающиеся от исходного значения
показателей (п = 20-25).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(рис. 3, б). При этом отмечалось нарушение положительной корреляции между уровнями
устойчивости парных мышц (г = -0.05, Р > 0.05) (рис. 3, в).
Удлинение времени предварительного воздействия 0.002 М 2,4-ДНФ до 25-40 мин
нарушало процесс возникновения отрицательной корреляции между исходной устойчи­
востью мышц и ее изменением и приводило даже к возникновению некоторой
положительной корреляции между этими показателями (рис. 3, б).
Сопоставление реактивных изменений вариабельности признака устойчивости, о
которой мы судили по отношению его коэффициентов вариации до и после воздействия
- С\/э/С\/и, со значением обнаруживаемой в каждой конкретной серии опытов отрица­
тельной корреляции позволило выявить двухфазный характер изменения диапазона из­
менчивости признака устойчивости. Изменения диапазона изменчивости соответствова­
ли изменениям значений коэффициента отрицательной корреляции. Из рис. 3, б и 3, г
следует, что по мере нарастания значения коэффициента отрицательной корреляции
между исходной устойчивостью мышц и ее изменением наблюдается увеличение ам­
плитуды сдвига индивидуальной изменчивости признака. Максимальное сужение диапа­
зона изменчивости обнаруживалось при 15-минутном воздействии 0.002 М 2,4-ДНФ:
CVS/CVH = 0.66. Уменьшение значения коэффициента отрицательной корреляции до ста­
тистически недостоверной величины и изменение его знака на положительный сопрово­
ждалось расширением диапазона индивидуальной изменчивости устойчивости мышеч­
ной ткани к действию 0.004 М 2,4-ДНФ. На рис. 3 обозначена граница перехода от одной
фазы сопряженных изменений этих показателей, характеризующих интегральную реак­
цию мышечной ткани на последовательное воздействие 0.002 и 0.004 М 2,4-ДНФ, к дру­
гой, для которой отсутствует сопряженность приведенных показателей. Расширение
диапазона индивидуальной изменчивости, наблюдаемое во вторую фазу реакции и оп­
ределяемое нами по отношению коэффициентов вариации устойчивости мышц до и по­
сле экспериментального воздействия статистически достоверно: при 25- и 30-минутном
воздействии CV3/CVn равнялось 1.74 и 1.76 соответственно (Р < 0.05). Аналогичный ре­
зультат был получен и при сравнении другого показателя внутрипопуляционной измен­
чивости признака - среднего квадратического отклонения - о. Так при 25- и 30-минутном
воздействии 0.002М 2,4-ДНФ значение среднего квадратического отклонения увеличи­
лось с 0.051 до 0.101 ед. Ig и с 0.092 до 0.160 ед. Ig соответственно (рис. 3, г). Следует
подчеркнуть, что расширение диапазона изменчивости получено, когда средний уровень
устойчивости мышц еще был выше исходного значения. Наибольшее расширение диа­
пазона изменчивости (до 3.26 раза) получено уже при некотором снижении среднего
уровня устойчивости мышечной ткани (рис. 3, а и 3, г).
Процесс сопряженного с величиной отрицательной корреляции сужения диапазо­
на изменчивости признака устойчивости в ответ на последовательное воздействие раз­
ной интенсивности предварительного и тестирующего устойчивость мышечной ткани
растворов вещества подчиняется уравнению линейной регрессии: у = 1.16х + 1.51, где х
- независимая переменная гд в отн. ед.; у - изменение вариабельности устойчивости
CVa/CVit. Это означает, что чем больше значение, обнаруживаемой отрицательной кор­
реляции, тем больше сужение размаха изменчивости уровня устойчивости.
Таким образом, при предварительном воздействии повреждающей концентрации
2,4-ДНФ получен такой же характер динамики исследованных показателей (средний
уровень, г, гд, CV3/CVM), какой наблюдали и при изучении субтоксических концентраций
is
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
этилового спирта и хлоралгидрата. Так же, как и в опытах с этиловым спиртом и хлорал­
гидратом, расширение диапазона изменчивости наблюдали раньше падения среднего
уровня устойчивости мышц (Mironova, 1996; Миронова, Кулева, 2003).
Исследование влияния оптимальной для выявления эффекта закалки дозы 2,4ДНФ (0.002 М, 20 мин) на устойчивость мышц к повреждающим воздействиям других
агентов, выполненное на осенних животных, показало следующее. Эта доза воздейст­
вия увеличивала устойчивость мышц к 0.08 М хлоралгидрату на 25% (Р < 0.02) и умень­
шала их устойчивость к 3.48 М этиловому спирту на 23% (Р < 0.001) и к нагреву при 36
°Сна65%(Р<0.001).
Следовательно, закаливающее воздействие этого вещества, как и предваритель­
ного нагрева при пороговой температуре и субтоксических растворов других химических
веществ (спирта и хлоралгидрата), носит также относительно неспецифический харак­
тер (Миронова, 19776).
Исследование влияния сезона на выявление эффекта закалки, вызванной 2,4ДНФ, показало, что чувствительность мышц к закаливающему воздействию агента по­
вышается в мае. Уже 5-минутное воздействие 0.002 М 2,4-ДНФ вызывало повышение
устойчивости мышц на 24%, которое было сопоставимо с полученным в октябре (31%),
но только при более длительном, 20-минутном, воздействии агента.
Обсуждение результатов
Результаты опытов по изучению изменения среднего уровня устойчивости мышц
лягушки к токсическим концентрациям химических веществ - этилового спирта, хлорал­
гидрата, 2,4-динитрофенола, - свидетельствуют о существовании эффекта, аналогично­
го тепловой закалке. Было установлено, что при действии всех исследованных химиче­
ских веществ, независимо от их структуры и характера воздействия на мышечную ткань
(порогового или непорогового), обнаруживается сходство эффектов химического и теп­
лового закаливания. Кратковременное воздействие слабых растворов веществ повыша­
ет устойчивость мышечной ткани к последующему повреждающему воздействию токси­
ческих растворов этих же веществ. Более длительное - снижает ее. Для каждого веще­
ства обнаруживается оптимальная доза воздействия. Для этилового спирта - это 60минутное предварительное воздействие как 0.87М, так и 1.09М раствора вещества. Для
хлоралгидрата - это 5-минутное воздействие 0.005М раствора агента. Для 2,4-динитро­
фенола - это 20-минутное воздействия 0.002М раствора.
Эффект химической закалки зависел также и от силы тестирующего устойчивость
воздействия и от сезона. Как и при действии температуры, увеличение устойчивости
мышц к химическим агентам носило относительно неспецифический характер: "закален­
ные" мышцы становились более устойчивыми к одним агентам и менее устойчивыми - к
другим (Миронова, 1976,1977а, 19776,1977в).
Различие между тепловой и химической закалками заключалось в меньшей вели­
чине эффекта химической закалки по сравнению с тепловой и в том, что тепловая за­
калка вызывается воздействием, близким к порогу повреждения, в то время как химиче­
ская закалка, в основном, вызывается субтоксическими ("лечебными" по М.Б. Киро)
(1964) концентрациями веществ. В этом отношении химическая закалка сходна с явле­
нием химического гормезиса - адаптивном повышении жизнеспособности биологических
объектов, проявляющемся на любом уровне организации биологических систем
п
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(Calabrese et. al., 1987; Caiabrese et. al., 1999; Calabrese, 2001; Calabrese, Baldwin, 2001a,
2001b; Chapman, 2001)..'
В литературе исследования гормезиса представлены для действия очень малых
концентраций веществ (Ю- 1 6 - Ю-12 М). Кроме того, обычно исследуется динамика кон­
центраций, а не времени воздействия. По данным Е.Б. Бурлаковой (1994), существует и
вторая область концентраций, в которой также обнаруживается гормезис, более 10 5 Ю-4 М. Эта область концентраций близка к исследованной нами. Снижение чувствитель­
ности к последующему повреждающему воздействию после предварительного воздей­
ствия этого же агента в более низкой концентрации следует относить к эффектам горме­
зиса (Ярмоненко, 1997).
Исследование индивидуальных реакций мышц на химическое воздействие и за­
висимости их от исходных уровней устойчивости к химическим агентам, а также диапа­
зона межорганизменной изменчивости уровня устойчивости показало следующее. При
относительно кратковременном воздействии наблюдается отрицательная корреляция
между исходным индивидуальным уровнем устойчивости мышц и величиной и направ­
лением (знаком) его изменения и сужение исходного диапазона межорганизменной из­
менчивости уровня устойчивости. Эти процессы опережают увеличение среднего уровня
устойчивости мышц под влиянием закаливающего воздействия. В этот период между
коэффициентом отрицательной корреляции и изменением диапазона межорганизмен­
ной изменчивости наблюдалась линейная регрессионная зависимость, описываемая
уравнением у = Ах + В, где х - значение коэффициента отрицательной корреляции гд; у
- сдвиг диапазона межорганизменной изменчивости (CVJCv*), коэффициент А - тангенс
угла наклона линии регрессии к оси абсцисс, параметр В - начальная ордината, то есть
значение CVS/CVM при г4 теоретически равном 0 (CV 3 - диапазон межорганизменной из­
менчивости уровня устойчивости после воздействия, CV„ - диапазон исходной изменчи­
вости уровня устойчивости).
При более длительном воздействии химических агентов, как правило, отрица­
тельная корреляция нарушалась и имело место расширение диапазона изменчивости
уровня устойчивости. Эти процессы предшествовали падению среднего уровня устойчи­
вости мышц, которое традиционно рассматривается, как показатель ухудшения функ­
ционального состояния клеток ткани и последующей ее гибели. Во вторую фазу проис­
ходит также нарушение линейной регрессионной связи между коэффициентом отрица­
тельной корреляции и диапазоном изменчивости (Миронова, 1982,1998,1999; Mironova,
1996).
По-видимому, нормально функционирующая жизнеспособная ткань обладает
способностью регулировать сдвиг своей устойчивости. При этом он связан обратной за­
висимостью с исходным уровнем устойчивости ткани. Эта зависимость может быть об­
наружена в репрезентативной гетерогенной выборке образцов ткани от разных живот­
ных и выявляется по наличию отрицательной корреляции между исходным индивиду­
альным уровнем устойчивости и величиной и направлением (знаком) сдвига устойчиво­
сти. Такая реакция ткани (клеток) обнаруживается только при относительно слабом
предварительном воздействии.
При нарастании воздействия происходит ухудшение функционального состояния
клеток ткани и ее способность регулировать сдвиг своей устойчивости утрачивается.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Действительно, при более длительном воздействии наблюдается нарушение от­
рицательной корреляции и расширение диапазона межорганизменной изменчивости
уровня устойчивости к исследованным повреждающим агентам и тем большее, чем
больше воздействующая доза.
Следует отметить, что по мере увеличения длительности воздействия как хими­
ческих веществ, так и выдерживания в растворе Рингера (контроль) падает коэффици­
ент корреляции между уровнями устойчивости парных мышц. Это не означает, что кон­
троль перестает быть контролем. Исследование, проведенное на парных мышцах при их
одновременном выдерживании в растворе Рингера в течение 30 мин и дальнейшем оп­
ределении устойчивости к 3.5 М этиловому спирту, показывает, что между парными
мышцами сохраняется высокая положительная корреляция. Аналогичные данные полу­
чены на парных мышцах лягушки при их одновременном выдерживании в растворе Рин­
гера в течение 90 мин и последующем определении ТУ (Ушаков и др., 1976).
Полученные в работе результаты о связи между исходным уровнем устойчивости
и его изменением при изменении параметров среды подтверждают высказанное нами
предположение о регулирующей роли исходного уровня устойчивости клеток. В литера­
туре также имеются сведения о существовании так называемых регуляторных контуров
с отрицательной обратной связью, обеспечивающих гомеостаз биологических систем
любого уровня организации (Колчанов, Матушкин, 1997; Колчанов и др., 2001). Интерес­
но, что в одной из недавних работ (Mullershausen et al., 2003) индуцируемая окисью азо­
та (NO) активация и фосфорилирование фосфодиэстеразы в мембране эритроцитов
рассматривается как механизм длительной отрицательной обратной связи, определяю­
щей амплитуду выброса циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ), в зависимости от
количества имеющейся NO. Возможно, именно такой контур обратной связи определяет
вариабельность параметра повышения резистентности мышечной ткани к химическим
веществам и отрицательную корреляцию между исходным и индуцированным уровнем
резистентности.
Напомним уравнения регрессии для исследованных агентов: этиловый спирт у = 1.09х+ 1.54;хлоралгидрат-у = 0.64х + 1.17иу = 0.50х + 1.13; 2,4-динитрофеноп у = 1.16х + 1.51.
Если сравнить в этих уравнениях коэффициенты при х (А), то видно, что значение
этого коэффициента меньше всего при действии хлоралгидрата, наибольшее - при дей­
ствии 2,4-динитрофенола. Это означает, что при одном и том же значении коэффициен­
та отрицательной корреляции (гд) наклон линии регрессии к оси абсцисс для действия
хлоралгидрата больше, чем для других агентов. Это означает в свою очередь, что будет
наблюдаться и больший сдвиг диапазона изменчивости, большее его сужение. Таким
образом, судя по этому показателю (коэффициенту А), к субтоксическому воздействию
хлоралгидрата реактивность и чувствительность ткани больше, чем к 2,4-динитрофенолу и этиловому спирту.
При рассмотрении параметров В линий регрессии обращает на себя внимание то
обстоятельство, что значение параметра В при расширении изменчивости также самое
низкое для действия хлоралгидрата (1.17) и более высокое для действия 2,4динитрофенола и этилового спирта (1.51 и 1.54, соответственно). Это, в свою очередь,
свидетельствует о том, что нарушение отрицательной корреляции в большей степени
отразится на сдвиге диапазона изменчивости в сторону ее увеличения при действии на
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мышцы 2,4-динитрофенола и этилового спирта, чем хлоралгидрата. Следовательно,
можно говорить о двух видах чувствительности клеток ткани к действию исследованных
веществ: 1) чувствительность работы регуляционных механизмов к действию агента, что
отражается коэффициентом А, и 2) чувствительность к повреждению этого механизма,
что отражается параметром В.
Исследования в области физиологии адаптации дают много примеров повышения
уровня функциональной активности организмов при действии раздражителей, не пре­
вышающих по силе функциональных возможностей организма: адаптации к физическим
факторам, нагреву, холоду, к ядам и т. п. На уровне целого организма такого рода адап­
тация рассматривается с позиций усиления доминирующей адаптивной системы по Н.Е.
Введенскому и А.А. Ухтомскому (Январева и др., 2000). Кроме того, согласно Ф.З. Меерсону в результате тренировки в организме создается "структурный след" за счет допол­
нительного синтеза нуклеиновых кислот и белков, который позволяет на какое-то время
повысить функциональные возможности организма (Меерсон, Пшенникова, 1988). На
уровне клетки этот "структурный след" связан с индукцией стрессорных белков, предо­
храняющих функциональные белки от повреждения в условиях повышенной температу­
ры, при действии токсических веществ, активных форм кислорода и т.п.
Временные интервалы между экспозицией и тестирующим воздействием в на­
стоящей работе не превышали 4 ч. Поэтому, кроме возможности появления стрессор­
ных белков, следует рассмотреть механизмы адаптации, запускающиеся при изменении
функционального состояния мембраны. Еще в 70-е годы было показано увеличение
мембранного потенциала мышечных волокон в субтоксических концентрациях хлорал­
гидрата и этилового спирта (Усова, 1971; Миронова, 1974). В 1980 году при использова­
нии неочищенных препаратов сократительных белков было обнаружено повышение и
длительное сохранение их ферментативной и сократительной способности в растворах
этилового спирта и хлоралгидрата, в то время как с очищенными от мембран препара­
тами эти явления не наблюдали (Кулева, Матвеев, 1980). Согласно современным дан­
ным, такого рода влияния могут быть опосредованы системой NO-синтазы мембран, ко­
торая передает адаптационный сигнал растворимой гуанилатциклазе в виде NO, и да­
лее на соответствующие активируемые цГМФ протеинкиназы (например, р 38 митогенактивируемую протеинкиназу (Wang et at., 2001)
Таким образом, представленная работа имеет научное и практическое значение.
Научное значение заключается в том, что она приближает нас к пониманию механизмов
адаптационного действия химических реагентов на функциональную активность мышеч­
ных клеток. Практическое значение работы в том, что изученные показатели изменчиво­
сти признака устойчивости оказываются более чувствительными по сравнению с обычно
используемым средним уровнем устойчивости и могут быть использованы для ранней
диагностики неблагоприятного воздействия на биологические системы.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Выводы
1. При изучении устойчивости парных мышц травяной лягушки к химическим аген­
там между мышцами обнаружены сходные характеристики уровней устойчивости и из­
менчивости уровня устойчивости, что позволяет их использовать как адекватную модель
для анализа реакции выборки биологических объектов на однотипное эксперименталь­
ное воздействие.
2. Экспозиция мышц в растворах слабых концентраций этилового спирта (0.87 М),
хлоралгидрата (0.005 М) и 2,4-динитрофенола (0.002 М) вызывает двухфазную реакцию
мышц: увеличение среднего уровня устойчивости при относительно кратковременном
воздействии, то есть наблюдается эффект приобретенной толерантности (закалки), и
понижение при увеличении его длительности. Диапазон концентраций веществ, индуци­
рующих повышение устойчивости мышечных волокон, составляет 10-50% от значений
концентраций растворов, тестирующих устойчивость мышц.
3. Эффект приобретенной толерантности зависит от сочетания доз предвари­
тельного и тестирующего устойчивость воздействий и носит относительно неспецифи­
ческий характер, так как одновременно повышается или понижается устойчивость к дей­
ствию других агентов и температуре.
4. При относительно кратковременном воздействии химических веществ наблю­
даются разнонаправленные изменения индивидуальных уровней устойчивости, завися­
щие от исходного уровня и связанные с ним отрицательной корреляцией, что приводит к
сужению диапазона межорганизменной изменчивости уровня устойчивости (первая фаза
реакции). Эти эффекты выявляются раньше, чем повышается средний уровень устойчи­
вости мышц. Связь между значениями коэффициентов отрицательной корреляции и из­
менением диапазона межорганизменной изменчивости описывается уравнением линей­
ной регрессии, у = Ах + В.
5. При удлинении срока предварительного воздействия агентов происходит нару­
шение отрицательной корреляции между исходным индивидуальным уровнем устойчи­
вости и величиной и направлением его изменения и расширение диапазона межорга­
низменной изменчивости уровня устойчивости (вторая фаза реакции). Это обнаружива­
ется раньше, чем падает средний уровень устойчивости мышц в выборке, и служит сиг­
налом последующей гибели мышечных клеток. При увеличении длительности выдержи­
вания мышц в растворах химических агентов наблюдается снижение коэффициента
корреляции между уровнями устойчивости парных мышц.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Миронова А.П. 1976. Влияние слабых доз этилового спирта на устойчивость
портняжных мышц лягушки к альтерирующей концентрации этого вещества. Цитология.
Т. 18. №10. С. 1237-1242.
2. Ушаков Б.П., Кесаманлы Н.В., Миронова А.П. 1976. Методика выявления зави­
симости между исходными уровнями устойчивости клеток и их изменениями под влия­
нием раздражителей. Цитология. Т. 18. № 11. С. 1364-1370.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Миронова А.П. 19776. Влияние выдерживания портняжных мышц травяной ля­
гушки в 0.002 М растворе а-динитрофенола на их устойчивость к 0.004 М раствору этого
вещества. Цитология. Т. 19. № 12. С. 1285-1288.
4. Миронова А.П. 1977в. Влияние выдерживания портняжных мышц лягушки в ря­
де растворов хлоралгидрата на их устойчивость к повреждающему действию этого ве­
щества. Цитология. Т. 19. № 12. С. 1377-1381.
5. Миронова А.П. 1982. Реакция изолированной мышечной ткани разных особей
лягушек на закаливающее экспериментальное воздействие. 2. Действие этилового спир­
та. Цитология. Т. 24. № 4. С. 430-435.
6. Mironova A.P. 1996. Use of some statistical indicators for determining damage of iso­
lated tissue. J. Mol. Biol. Cell. V.7. P. 151A.
7. Миронова А.П. 1998. Реакция изолированной мышечной ткани разных особей
лягушек на последовательное воздействие субтоксического и токсического растворов
хлоралгидрата. Изв. РАН, сер. биол. № 3. С. 395-403.
8. Миронова А.П. 1999. Динамика некоторых интегральных характеристик индиви­
дуальных изменений спиртоустойчивости изолированных мышц лягушек. Цитология. Т.
41. №2. С. 155-161.
9. Миронова А.П., Кулева Н.В. 2003. Динамика устойчивости изолированных мышц
к 2,4-динитрофенолу. Вестн. СПбГУ, серия 3. № 19. С. 110-103.
Список цитируемой литературы
Александров В.Я. 1956. Цитофизиологический анализ теплоустойчивости расти­
тельных клеток и некоторые задачи цитоэкологии, Бот. журн. Т. 41. № 7. С. 939-961.
Александров В.Я. 1965. Проблема авторегуляции в цитологии. III. Реактивное по­
вышение устойчивости клеток к действию повреждающих агентов (адаптация). Цитоло­
гия. Т. 7. № 4. С. 447-466.
Александров В.Я. 1975. Клетки, макромолекулы и температура. Л. Наука. 330 с.
Александров В.Я. 1985. Реактивность клеток и белки. Л. Наука. 317 с.
Бурлакова Е.Б. 1994. Эффект сверхмалых доз. Вестн. РАН. Т. 64. № 5. С. 425-431,
Кесаманлы Н.В. 1974. Теплоустойчивость изолированной мышечной ткани лягушки
при непродолжительном выдерживании в растворе Рингера. Цитология. Т. 16. № 6. С.
728-733.
Кесаманлы Н.В. 1975. Изменчивость теплоустойчивости мышечной ткани в раство­
ре Рингера. Цитология. Т. 17. № 1. С. 78-83.
Киро М.Б. 1964. Увеличение времени переживания изолированных тканей под
влиянием субтоксических концентраций химических агентов, Автореф, канд. дисс. Л. 22
с.
Колчанов Н.А., Матушкин Ю.Г. 1997. Биологические самовоспроизводящиеся сис­
темы: принципы организации и закономерности эволюции. Генетика. Т. 33. № 8. С. 10501059.
Колчанов Н А , Матушкин Ю.Г., Лихошвай В.А. 2001. Регуляторные контуры генети­
ческих систем: принципы организации и эволюции. Вестн. ВОГиС. № 16, С. 5-10.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Кулева Н.В., Матвеев В.В. 1980. Изменения сократительной и ферментативной ак­
тивности актомиозина в процессе хранения с хлоралгидратом. Вести ЛГУ, сер. биол.,
вып. 1. №З.С.83-85.
Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г. 1988. Адаптация к стрессорным ситуациям и физи­
ческим нагрузкам. М. Медицина. 256 с.
Миронова А.П. 1974. Изменение мембранного потенциала поперечнополосатого
мышечного волокна лягушки под влиянием субтоксических концентраций этанола, уретана и хлористого натрия. Цитология. Т. 16. № 6. С. 773-775.
Миронова А.П. 1976. Влияние слабых доз этилового спирта на устойчивость порт­
няжных мышц лягушки к альтерирующей концентрации этого вещества. Цитология. Т. 18.
№10. С. 1237-1242.
Миронова А.П. 1977а, Влияние слабых доз фтористого натрия на устойчивость
портняжных мышц лягушки к повреждающему действию этого же вещества. Цитология.
Т. 19. №7. С. 746-750.
Миронова А.П. 19776. Влияние выдерживания портняжных мышц травяной лягушки
В'0.002 М растворе а-динитрофенола на их устойчивость к 0.004 М раствору этого ве­
щества. Цитология. Т. 19. № 12. С. 1285-1288.
Миронова А.П. 1977в. Влияние выдерживания портняжных мышц лягушки в ряде
растворов хлоралгидрата на их устойчивость к повреждающему действию этого вещест­
ва. Цитология. 1977в. Т. 19. № 12. С. 1377-1381.
Миронова А.П. 1980. Реакция изолированной мышечной ткани разных особей ля­
гушек на закаливающее экспериментальное воздействие. 1. Действие температуры. Ци­
тология. Т. 22. № 1. С. 33-36.
Миронова А.П. 1982. Реакция изолированной мышечной ткани разных особей ля­
гушек на закаливающее экспериментальное воздействие. 2. Действие этилового спирта.
Цитология. Т. 24. № 4. С. 430-435.
Миронова А.П. 1998. Реакция изолированной мышечной ткани разных особей ля­
гушек на последовательное воздействие субтоксического и токсического растворов хло­
ралгидрата. Изв. РАН, сер. биол. № 3. С. 395-403.
Миронова А.П. 1998. Изменение теплоустойчивости изолированного мерцатель­
ного эпителия жабр моллюска Mytilus galloprovincialis Lam. из разных по степени
загрязнения участков Одесского залива под влиянием сернокислого кадмия. Цитология.
Т. 40. № 4. С. 282-289.
Миронова А.П. 1999. Динамика некоторых интегральных характеристик индивиду­
альных изменений спиртоустойчивости изолированных мышц лягушек. Цитология. Т. 41.
№2. С. 155-161.
Миронова А.П., Кулева Н.В. 2003. Динамика устойчивости изолированных мышц к
2,4-динитрофенолу. Вестн. СПбГУ, серия 3. № 19. С. 110-103.
Насонов Д.Н. 1962. Местная реакция протоплазмы и распространяющееся возбуж­
дение. М.-Л. Изд. АН СССР., изд 2-е. 426 с.
Плохинский Н.А. 1970. Биометрия. М. Изд. МГУ. 368 с.
Суздальская И.П. 1968. Реакция изолированной мышечной ткани на адекватные и
неадекватные раздражения. Автореф. докт. дисс. Л. 28 с.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Схолль Е.Д. 1971. Корреляция между начальным уровнем теплоустойчивости изо­
лированного мерцательного эпителия мидии и изменением этого показателя под
влиянием теплового воздействия. Экология. № 6. С. 69-73.
Урбах В.Ю. 1963. Математическая статистика для биологов и медиков. М. Изд. АН
СССР. 321 с.
Усова Т.Н. 1971. Изменение мембранного потенциала портняжной мышцы лягушки
под влиянием хлоралгидрата. Цитология. Т. 13. № 4. С. 468-471.
Ушаков Б.П. 1953. Зависимость токсичности ферментативных ядов от их концен­
трации. Вестн. ЛГУ. №4. С. 101-112.
Ушаков Б.П. 1978. Статистическая обработка экспериментальных данных и их ин­
терпретация с позиции популяционной биологии. Журн. общ. биол. Т. 39. № 4. С. 602612.
Ушаков Б.П. 1982. Эволюционное значение температурных адаптации животных.
Успехи соврем, биол. Т. 93. № 2. С. 302-319.
Ушаков Б.П., Амосова И.С. 1972. Изменение теплоустойчивости изолированной
мышечной ткани разных особей лягушек в результате предварительного нагрева. Эколо­
гия. №2. С. 15-20.
Ушаков Б.П., Амосова И.С, Пашкова И.М., Чернокожева И.С. 1968. Количественная
оценка индивидуальной изменчивости теплоустойчивости клеток и сократительных бел­
ков. Цитология. Т. 10. № 1. С. 64-75.
Ушаков Б.П., Кесаманлы Н.В., Миронова А.П. 1976. Методика выявления зависимо­
сти между исходными уровнями устойчивости клеток и их изменениями под влиянием
раздражителей. Цитология. Т. 18. № 11. С. 1364-1370.
Филиппович И.В. 1991. Адаптивный ответ в радиобиологии. Радиобиология. Т. 31.
Вып. 6. С. 803-813.
Черепанова Т.Н., Суздальская И.П. 1954. Совместное действие некоторых агентов
на ткани холоднокровных животных. Вестн, ЛГУ. № 1. С. 91-109.
Чмшкян Ю.Г. 1972. Изменение теплоустойчивости мерцательного эпителия неба
лягушек под влиянием кратковременного выдерживания изолированной ткани в раство­
ре Рингера. Цитология. Т. 14. № 11. С. 1420-1424.
Шляхтер Н.А. 1959. Влияние предварительного нагревания мышцы лягушки на ус­
тойчивость ее к повреждающему действию высокой температуры и различных химиче­
ских агентов. Цитология. Т. 1. №. 6. С. 692-698.
Январева И.Н., Коваленко Р.И., Баранова Т.И., Берлов. Д.Н., Заварина Л.Б. 2000.
Проблема адаптации в свете концепции университетской нейрофизиологической школы.
Развитие учения Ухтомского в современной российской физиологии и психологии. Сб.
Нервная система. Вып. 36. С. 86-99.
Ярмоненко С П . 1997. Кризис радиобиологии и ее перспективы, связанные с изуче­
нием гормезиса. Радиобиология. № 2. С. 5-10.
Calabrese E.J. 2001. The future of hormesis: Where do we go from here? Critical
Reviews in Toxicology. V. 31. № 4-5. P. 637-648.
Calabrese E.J., Baldwin L.A. 2001a. Hormesis: U-shaped close responses and their centrality in toxicology. Trends in Pharmacological Sciences. V. 22. № 6. P. 285-291.
Calabrese E.J., Baldwin L.A. 2001b. Hormesis: A generalizable and unifying hypothesis.
Critical Reviews in Toxicology. V. 31. № 4-5. P. 353-424.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Calabrese E.J., Baldwin L A , Holland CD. 1999. Hormesis: A highly generalizable and
reproducible phenomenon with important implications for risk assessment. Risk Analysis. V. 19.
№2. P. 261-281.
Calabrese E.J., McCarthy M.E., Kenyon E. 1987. The occurrence of chemically induced
hormesis. Health Physica. V. 52. № 5. P. 531-541.
Chapman P.M. 2001. The implications of hormesis to ecotoxicology and ecological risk
assessment. Human and Experimental toxicology. V. 20. № 10. P. 499-505.
Gebel T.W. 2001. Unanswered questions in arsenic toxicology. J. Environ. Pathol.
Toxicol. Oncol. V. 20. № 4. P. 299-309.
Haga A., Nagase H., Kito H., Sato T. 1997. Invasive properties of cadmium-resistant hu­
man fibrosarcoma HT-1080 cells. Cancer Biochem. Biophys. V. 15. № 4. P. 275-284.
Mironova A.P. 1996. Use of some statistical indicators for determining damage of iso­
lated tissue. J. Mol. Biol. Cell. V.7. P. 151A.
Metaxas A., Lewis A.G. 1991. Interactions between two species of marine diatoms: ef­
fects on their individual copper tolerance. Marine Biology. V. 109. P. 407-415.
Mullershausen F., Frebe A., Feil R., Thompson J., Hofmann F., Koesling D. 2003. Direct
activation of PDE5 by sGMP: long-term effects within NO/sGMP signaling. J. Cell Biol. V.160.
№5. P. 719-727.
Ren L., Shi D., Dai J., Ru B. 1998. Expression of the mouse metallothionein-1 gene con­
ferring cadmium resistance in a transgenic cyanobacterium. FEMS Microbiol. Lett. V. 158. № 1.
P. 127-132.
Wang M.-X., Murrell D.F., Szabo C, Warren R. F„ Sarris M., Murrell G. A. C. 2001. Nitric
oxide in skeletal muscle: inhibition of nitric oxide synthase inhibit walking speed in rats. Nitric
Oxide: Biology and Chemistry. V.5, № 3. P. 219-232.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97.
Подписано в печать 0<Р 0{. АООЦ,
Тираж -{СО.
Объем в п.л. У, б~.
Заказ 3.
Отпечатано с готового оригинал-макета,
предоставленного автором,
в типографии Издательства СПбГПУ
195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.
Отпечатано на ризографе RN-2000 ЕР
Поставщик оборудования— фирма "Р-ПРИНТ"
Телефон: (812) 110-65-09 Факс: (812) 315-23-04
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа