Конкурс научно-образовательных проектов «Энергия будущего-2008»
| Вид материала | Конкурс |
- Конкурс научно-образовательных проектов «Энергия будущего 2006», 162.44kb.
- Конкурс научно-образовательных проектов "Энергия будущего", 628.39kb.
- Международный конкурс «Энергия Будущего 2008», 335.28kb.
- Международный конкурс «Энергия Будущего 2008» «Классики ядерной сферы» «сибирский хан», 400.7kb.
- Конкурс школьных проектов по энергоэффективности «Энергия и среда обитания», 157.83kb.
- Конкурс школьных проектов по энергоэффективности «Энергия и среда обитания», 92.71kb.
- Конкурс школьных проектов по энергоэффективности «Энергия и среда обитания», 102.5kb.
- Международный конкурс «Энергия Будущего 2008» «ядерно-энергетические транспортные установки», 375.47kb.
- Конкурс инновационных проектов "У. М. Н. И. К.", 185.73kb.
- Конкурса школьных проектов по энергоэффективности, 313.57kb.
ЧТО ТАКОЕ "СВОБОДНЫЙ РАДИКАЛ"
Существует в природе некая субстанция, которая заставляет железо ржаветь, масло - становиться прогорклым, а в человеческом организме повреждает молекулы ДНК, ослабляет память и ускоряет старение. Этим разрушителем является самый распространенный на Земле и в человеческом теле химический элемент - кислород. Без него человек не может жить, но вместе с тем иногда он превращается в грозную опасность для здоровья. Каждый день мы дышим загрязненным воздухом, едим пищу с химикатами, пьем воду, содержащую десятки вредных веществ; ведем жизнь, полную стрессов. Ученые установили, что в организме человека под воздействием перечисленных выше факторов происходит образование так называемых "свободных радикалов", которые ответственны за ускоренное разрушение и деформацию клеток организма.
По словам американских специалистов, за день в одной клетке организма в качестве побочных продуктов протекания нормальных жизненных процессов образуется около 1 трлн свободных радикалов. Примерно 2% из них или 20 млрд вырываются на свободу и превращаются в грозную опасность. Наш организм в состоянии восстановить основную часть причиняемого ущерба, но, к сожалению, с возрастом его восстановительные способности уменьшаются и по мере старения в нем образуется все больше свободных радикалов, а повреждения начинают накапливаться. Клетки головного мозга сжигают огромное количество кислорода и потому особенно уязвимы для таких повреждений.
Cвободный радикал образуется в тот момент, когда кислород, участвующий в процессе метаболизма, теряет электрон. Пытаясь возместить потерю электрона, свободный радикал отбирает электрон, например, у молекулы, входящей в состав клеточной мембраны, превращая ее в новый свободный радикал. Эта цепная реакция ослабляет клеточную мембрану, нарушает целостность клетки и открывает дорогу многим дегенеративным заболеваниям. Разрушительное действие избыточных концентраций свободных радикалов проявляется в ускорении процессов старения организма, провоцировании воспалительных процессов в мышечных, соединительных и других тканях, неправильном функционировании циркуляционной системы, нервной системы (включая клетки мозга) и иммунной системы. Опаснее всего то, что свободные радикалы способны как бы перепрограммировать, исказить наследственную информацию об организме, заключенную в ДНК, что является причиной свыше 60 заболеваний. В специальной литературе чаще других перечисляют следующие болезни из этого скорбного перечня: стресс, астма, диабет, артриты, ревматизм, варикозное расширение вен, болезни сердца, болезнь Паркинсона, флебиты, ПМС, депрессии, болезнь Альцгеймера, рак...
Надо сказать, что природа заложила в живой организм собственные средства защиты от избытка свободных радикалов и здоровый организм способен самостоятельно контролировать процесс метаболизма. С возрастом, в процессе естественного старения организм "устает", защита ослабевает. Накапливаются продукты неполного метаболизма, которые начинают действовать агрессивно по отношению к генетически слабому органу и системе. Сегодня, к сожалению, ситуация еще больше обостряется за счет двух тенденций:
а) экологические и эмоциональные условия среды нашего обитания ухудшаются так стремительно, что организм просто не успевает к ним приспособиться;
б) качество питания среднего человека снизилось настолько, что организму просто не из чего строить здоровые клетки, ткани, органы.
Вот, вкратце, что лежит в основе устрашающей статистики распространения перечисленных выше дегенеративных заболеваний в последние десятилетия. Существуют природные средства, помогающие организму противостоять разрушительному действию избыточных концентраций свободных радикалов. В научной литературе их называют антиоксидантами. Антиоксидант нейтрализует свободный радикал, отдавая последнему собственный электрон и прерывая тем самым опасную цепную реакцию.
Антиоксиданты
Средства от старения и всех болезней разом уже существуют, — скажут вам производители косметики, пищевых добавок, а также некоторые врачи и фармацевты. Эти вещества действительно борются со свободными радикалами — агрессивными молекулами, которые уничтожают мембраны клеток человека и вызывают мутации ДНК. Но считать их панацеей нельзя: передозировка антиоксидантов не менее вредна, чем их отсутствие.
Свободные радикалы
Свободные радикалы также называют активными формами кислорода, хлора, азота, липидов, перекисями… Как правило, это довольно большие молекулы, у которых есть свободный электрон, готовый образовать химическую связь, буквально, с чем угодно. Мишенями свободных радикалов могут оказаться липиды клеточной мембраны а также ДНК и белки. В любом случае, такие молекулы наносят клетке серьезные повреждения.
Свободные радикалы — это продукты неполного окисления. Они образуются под действием ультрафиолета, обычного светового или теплового излучения, токсических веществ. Некоторое количество этих активных молекул может появиться и в результате нормальных биохимических процессов, но тогда организм в силах справиться с ними самостоятельно: для этого есть специальный фермент — супероксиддисмутаза.
Если же свободных радикалов слишком много, «мощности» супероксиддисмутазы не хватает. В этом случае запускается цепная химическая реакция. Например, взаимодействуя с белком, радикал не только портит эту молекулу, но и приводит к образованию нового радикала. Тот снова вступает в химическую реакцию, и так далее. В результате здоровые клетки погибают, организм стареет или вовсе погибает от раковой опухоли. Если только на пути свободного радикала не появится супероксиддисмутаза или другая «ловушка». А такие ловушки и называют антиоксидантами.
Где искать антиоксиданты?
В качестве антиоксидантов можно использовать витамины Е, А, P и С. Еще нобелевский лауреат Лайнус Поллинг считал, что большие дозы аскорбиновой кислоты способны значительно продлить жизнь. Он рекомендовал принимать до 10 граммов этого витамина в день, однако впоследствии чудодейственный эффект аскорбинки подтвердился лишь частично — он помогает не всем и не всегда.
Сейчас медики рекомендуют не ограничиваться одним антиоксидантом, и назначают комплексы из витаминов и микроэлементов, которые или «ловят» свободные радикалы, или не дают им образовываться. Среди продуктов, которые обладают антиоксидантной активностью, диетологи рекомендуют ягоды — особенно чернику, голубику, малину и клубнику, брокколи, томаты, красный виноград, шпинат, морковь, чай, кофе, мед, сою, чеснок и цельную пшеницу.
Об антиоксидантах не забывают не только диетологи, но и производители косметики. Многие наверняка помнят рекламу «как не повезло яблоку», в которой подчеркивались антиоксидантные свойства крема от морщин. Дело в том, что свободные радикалы считаются не только причиной разрушения клеток, сердечных заболеваний, атеросклероза и образования раковых опухолей. Их винят также в появлении морщин и других признаков старения кожи.
Но, пожалуй, раньше всего, антиоксидантные, то есть, полезные свойства были обнаружены в красном вине. Употреблением этого напитка в умеренных количествах объясняют высокую продолжительность жизни французов — несмотря на то, что у представителей этой нации самый высокий в мире уровень потребления алкоголя и весьма популярно курение.
Между тем, исследователи не рекомендуют пить исключительно вино — прибавить несколько лет жизни можно и с помощью виноградного сока. Кроме того, есть данные, что передозировка антиоксидантов не менее вредна, чем свободные радикалы.
Передозировка
В 2000 году американский исследователь установил, что антиоксиданты особенно вредны при хронических заболеваниях. В частности, витамин С противопоказан при болезнях почек. Да и у здорового человека назначение этого препарата в больших дозах приводит к желудочно-кишечным расстройствах и мочекаменной болезни. Витамин Е тоже небезопасен — его чрезмерное употребление грозит кровотечениями. А передозировка минеральных добавок грозит облысением.
Как полагают исследователи, слишком много антиоксидантов употребляют довольно большое количество людей. В первую очередь, речь идет о тех, кто соблюдает диету и одновременно принимает поливитамины и различные пищевые добавки. Но, помимо чрезмерных доз, опасными могут быть и вполне безобидные количества антиоксидантов.
Если для профилактики рака эти вещества полезны, то онкологическим больным они противопоказаны. Дело в том, что иммунная система в норме борется с опухолевыми клетками с помощью тех же «страшных» свободных радикалов. И антиоксиданты лишь осложняют ее задачу.
То же самое можно сказать про простудные и другие инфекционные заболевания — большая доза витаминов может лишь помешать выздоровлению. Другое дело, что тот же витамин C, помимо своих антиоксидантных свойств, может стимулировать иммунитет. И разобраться в том, когда антиоксиданты вредны, а когда полезны, должен врач. А самолечение даже в этом, вполне безобидном случае, не рекомендуется.
Исследования
Цель исследований: изучить действие растительных биофлавоноидов на кровь человека и выяснить, какое влияние на хромосомные аберрации они оказывают при облучении крови.
Методика: в медико-диагностическом центре города Северска произвели забор крови у четырёх человек по 10 мл с каждого. Затем разделили кровь на 32 пробы. 24 пробы – в кровь добавили вытяжки из 6 продуктов питания, содержащих наибольшее количество биофлавоноидов (черноплодная рябина, морковь, свекла, тыква, редька, капуста). 4 пробы являлись образцом нормальной крови человека. Остальные 28 проб (24 пробы с вытяжками и 4 пробы без вытяжек) мы облучили в СГТА (Северская Государственная Технологическая Академия) торием азотнокислым (Th(NO3)4∙4H2O). Доза облучения: 0,3г/л [Th].
Метод культивирования крови и анализа хромосомных аберраций
Забор венозной крови производился в вакуумные контейнеры типа "Vacuett" объем 10 мл c антикоагулянтом гепарином. Для оптимальной работы каждый образец крови был разделен на несколько частей:
Кровь культивировали при +37 С в питательной среде, содержащей 80% среды RPMI-1640 (фирма "Sigma", США) и 20% эмбриональной телячьей сыворотки (фирма "Sigma", США). Среду для культивирования стерильно добавляли во флаконы с кровью из расчета 5 мл среды на 1 мл крови. В каждый флакон вносили по 0,2 мл фитогемаглютинина (ФГА), используемый для стимуляции деления лимфоцитов. Фиксацию культур проводили на 52 часу культивирования, так как в этот период отмечается наибольшее число клеток первого митоза (Sasaki M., Norman A., 1967; Захаров А.Ф. и др., 1982). При более поздних сроках фиксации культур происходит изменение состава клеточной популяции, так как появляются клетки во втором и третьим митозах, и, вследствие элиминации части поврежденных хромосом изменяются частота и спектр хромосомных аберраций (Сапачева В.А., 1986).
Для накопления клеток в стадии метафазы в культуры клеток за 1час 45 минут до окончания культивирования вводили 180 мкл колхицина в концентрации 0,06 мкг/мл. Через 1 час 45 минут содержимое флаконов взбалтывали, переносили в центрифужные пробирки и центрифугировали 5 минут при 1000 оборотах в минуту. Супернатант удаляли и добавляли гипотонический раствор (0,55% раствор КCL) в количестве 8 мл.. Гипотоническая обработка осуществлялась при +37˚С в течении 45 минут. После центрифугирования (5 минут при 1000 оборотах в минуту) надосадочную жидкость удаляли, а к осадку добавляли 8 мл фиксатора (этанол:ледяная уксусная кислота в соотношении 3:1). Пробирки встряхивали и оставляли в холодильнике при 4˚С на 30 минут. Смену фиксатора проводили 2 раза.
Для приготовления цитогенетических препаратов полученную клеточную суспензию наносили на охлажденные обезжиренные предметные стекла по 3-4 капли на стекло с последующим высушиванием на воздухе.
Окраску препаратов проводили красителем Гимза, приготовленном на фосфатном буфере (0,1М р-р Na2HPO4 и 0,1М NaH2PO4 в соотношении 1:1) при pH 6,8 в течение 8-12 минут. Окрашенные препараты промывали дистиллированной и высушвали на воздухе.
Хромосомный анализ проводили с помощью микроскопа Nikon Eclipse-400 при малом 10х10 и большом 10х100 увеличении.
Одним из современных подходов в проблеме комплексных радиоэкологических исследований является изучение радиоактивного загрязнения объектов окружающей среды с биологической индикацией возможных последствий влияния ионизирующего излучения и оценка состояния здоровья лиц, профессионально контактирующих с каким-либо потенциально опасным в мутагенном отношении фактором.
Наиболее объективным и достаточно хорошо разработанным методом биологической индикации мутагенного воздействия на организм человека факторов окружающей среды является цитогенетическое исследование лимфоцитов периферической крови (Бочков Н.П., Чеботарев А.Н., 1989; Biological Dosimetry, 1986). Цитогенетический анализ заключается в учете хромосомных аберраций и уровня сестринских хроматидных обменов (СХО) в культивируемых лимфоцитах периферической крови. Методология анализа оценки мутагенных эффектов путем сравнения со спонтанным уровнем мутаций позволяет с достаточной определенностью ответить на вопрос о радиационной (по частоте двухударных типов хромосомных аберраций) или химической ( по частоте одноударных типов хромосомных повреждений и по уровню СХО) природе мутагенного эффекта.
Хромосомные аберрации разделяют на два типа: хроматидные и хромосомные. В аберрации хроматидного типа вовлечена одна хроматида, т.е. это одиночные перестройки; аберрации; аберрации хромосомного типа – это повреждения или перестройки обеих хроматид (двойные или парные аберрации).
Одной из важнейших количественных характеристик мутагенеза является спонтанный уровень клеток, несущих хромосомные аберрации. По данным литературы частота клеток с хромосомными аберрациями в лимфоцитах периферической крови у практически здоровых людей колеблется в пределах 0-2% (Бочков Н.П., 1993).
Маркерами радиационного воздействия являются двухударные обменные хромосомные аберрации – дицентрические и кольцевые хромосомы.
Итоговая таблица исследований на хромосомные аберрации(%)
(см. Приложение 1)
| | Периферическая кровь | Периферическая кровь облучённая | Добавление экстракта капусты | Добавление экстракта редьки | Добавление экстракта моркови | Добавление экстракта тыквы | Добавление экстракта черноплодной рябины | Добавление экстракта свеклы |
| Зрелый мужчина | 0,88 | 45,56 | 35,44 | 45,44 | 39,45 | 25,14 | 25,17 | 28,43 |
| Зрелая женщина(44года) | 0,75 | 43,54 | 31,24 | 35,46 | 29,35 | 25,11 | 21,18 | 38,13 |
| Мужчина молодой(26лет) | 0,98 | 47,52 | 42,18 | 44,33 | 40,15 | 25,18 | 23,19 | 35,40 |
| Юноша (16лет) | 0,31 | 35,16 | 31,47 | 30,12 | 29,25 | 15,84 | 19,67 | 27,13 |
Вывод: из данной таблицы видно, что различные продукты питания (в данном случае разные овощи) различно воздействуют на облучённую кровь человека, но при этом во всех случаях наблюдается снижение количества клеток с хромосомными аберрациями, причём каждый из них по-разному воздействовал на кровь отдельно взятого организма. Из этого следует, что биофлавоноиды действительно обладают радиопротекторными свойствами и уменьшают влияние радиации на организм человека.
Медицинские препараты для снижения радиационного воздействия на персонал
При аварии в случае значительного загрязнения производственных помещений и воздушной среды радиоактивными веществами рекомендуется применение специальных медицинских препаратов, содержащих биофлавоноиды (протекторы).
Тримефацин
(Trimephacinum)
Химическое название – натрий-кальциевая соль диэтилентриаминопентаметилфосфоновой кислоты.
Антидот урана и бериллия.
Фармакологические свойства. Ускоряет выведение из организма с мочой урана и бериллия, а также плутония, иттрия, циркония, ниобия.
Показания к применению. Первая помощь при остром отравлении ураном и бериллием, а также при вторичном поступлении бериллия для выявления его носительства.
Способ применения и дозы. Вводят внутривенно или ингаляционно в виде 5% водного раствора. Для приготовления раствора во флакон с порошком субстанции вводят 5 или 25 мл раствора кальция хлорида. Образующуюся взвесь встряхивают 20-30 секунд до получения полностью прозрачного раствора.
При остром отравлении вводят в вену однократно 40 мл раствора, а в следующие 2-3 дня – по 20 мл ежедневно. При поступлении урана и бериллия в дыхательные пути и при отсутствии признаков отёка лёгких вводят препарат одновременно в вену и в виде ингаляции. Аэрозольтерапию проводят 1-2 раза в день с помощью ультразвуковых генераторов аэрозолей. Продолжительность ингаляции 15-20 минут, расход раствора препарата на 1 ингаляцию 15-20 мл. Длительность лечения 2-4 недели с 1-2-дневными перерывами в неделю. При применении препарата следует контролировать функцию почек.
Форма выпуска – флаконы, содержащие по 0,226 г или 0,9 г лиофилизированной шестинатриевой соли диэтилентриаминопентаметилфосфоновой кислоты и ампулы по 5 или 20 мл с 2,5% раствором кальций хлорида.
Срок годности – 3 года, хранить в обычных условиях.
Ферроцин
(Ferrocinum)
Химическое название – гексацианоферрат железа-калия.
Антидот радиоизотопов цезия и рубидия.
Фармакологические свойства. Препарат малотоксичен, не всасывается в желудочно-кишечном тракте. Детоксицирующее действие основано на избирательной сорбции радиоактивных изотопов цезия и рубидия, что предупреждает их всасывание из кишечника.
Показания к применению. Первая помощь и последующее лечение при отравлении радиоизотопами цезия и рубидия, а также продуктами деления урана, содержащими эти изотопы.
Способ применения и дозы. Взрослым и подросткам старше 14 лет по 1,0 г (2таблетки) 3 раза в день, детям старше 2-х лет - по 0,5 г (1таблетка) 3 раза в день ежедневно до 20 дней при контроле выведения радионуклидов.
Форма выпуска – таблетки по 0,5 г, срок годности 3 года, хранить при комнатной температуре в защищённом от света месте.
Пентацин
(Pentacinum)
Пентацин – тринатрий-кальциевая соль диэтилентриаминпентауксусной кислоты. Антидот плутония, америция, радиоактивных изотопов церия, а также свинца и цинка.
Фармакологические свойства. Пентацин ускоряет выведение из организма радиоактивных изотопов плутония, иттрия, церия, а также цинка и свинца, но не оказывает заметного влияния на выведение урана, полония, радия, радиоактивного стронция.
Препарат не влияет на содержание кальция, калия, белков и морфологический состав периферической крови.
При длительном применении пентацина эффективность его в отношении выведения радиоактивных изотопов и свинца со временем падает; восстановление её наступает лишь через несколько месяцев после прекращения введения препарата. В связи с этим лечение рекомендуется проводить отдельными курсами с перерывами между ними в 3-4 месяца. Необходимость перерывов вызывается также тем, что в результате длительного лечения могут появиться симптомы поражения почек.
Показания к применению. Пентацин применяют при острых и хронических отравлениях плутонием, радиоактивным иттрием, цинком, свинцом и смесью продуктов деления урана, а также для профилактики отложения в организме и выявления носительства этих радиоизотопов и свинца.
Способ применения и дозы. Внутривенно медленно по 5 мл 5% водного раствора. В острых случаях разовая доза 30 мл 5% раствора через 1-2 дня. Курс 10-20 инъекций при необходимости повторяют через 3-4 месяца.
Во время лечения необходимо не реже 1 раза в неделю проводить как общий клинический анализ мочи, так и определение в моче выводимых количеств радиоактивных изотопов и свинца. С целью выявления носительства радиоизотопов пентацин применяют в терапевтических дозах ежедневно в течение 3 дней с обязательным исследованием мочи на содержание радиоактивных изотопов и свинца с предварительным снятием фона также в течение 3 дней.
Побочные действия. В отдельных случаях встречаются жалобы на головокружение, головные боли, боли в конечностях и в области грудной клетки.
Возможные симптомы поражения почек и нарушения электролитного равновесия при длительном лечении пентацином предупреждаются перерывами между отдельными курсами введения препарата.
Противопоказания к применению. Лихорадочное состояние больного, нарушения функций почек, гипертоническая болезнь при наличии коронарных ангиоспазмов.
Форма выпуска и условия хранения. 5% раствор для инъекций в ампулах по 5 мл, в упаковке 10 шт. Хранить в прохладном, защищённом от света месте. Срок хранения 8 лет.
Калия Йодид
(Kalii Iodium)
Эффективное средство для профилактики накопления радиоактивных изотопов йода в щитовидной железе.
Фармакологические свойства. В качестве лечебно-профилактического средства вызывает блокаду накопления радиойода в щитовидной железе, обеспечивая её защиту от переоблучения. Снижает в 60-100 раз накопление радиоактивного йода в щитовидной железе.
Показания к применению. При вдыхании паров, аэрозолей или при употреблении воды, молока и других пищевых продуктов, загрязнённых радиойодом.
Способ применения и дозы. Взрослым и детям старше 2-х лет ежедневно по одной таблетке 0,125г, детям до 2-х лет – по 1 таблетке 0,04г.
Детям до 2-х лет таблетку предварительно растолочь, растворить в небольшом объёме киселя, сладкого чая и т. д. Защитная эффективность сохраняется в течение одних суток.
Форма выпуска. Таблетки 0,125 г и 0,04 г в стеклянных банках тёмного стекла.
Срок годности – 4 года, хранить в плотноукупоренном виде в защищённом от света месте.
Калия Перхлорат
(Kalii Perchloratum)
Антидот радиоизотопов йода в сочетании с калия йодидом.
Фармакологические свойства. Препарат оказывает тиреостатическое действие, снижает уровень основного обмена.
Показания к применению. При средних и лёгких формах тиреотоксикоза, а в сочетании с калия йодидом – при поступлении в организм беременных женщин радиоактивных изотопов йода.
Способ применения и дозы. Внутрь, после еды, запивая сладким чаем, киселём, молоком. При лёгкой форме тиреотоксикоза препарат принимают по 0,25 г 2-4 раза в день в течение 4-5 недель. При угрозе поступления радиоактивного йода в организм беременных женщин назначают одновременно 0,75 г препарата и 0,125 г калия йодида. Защитная эффективность однократного приёма указанных препаратов сохраняется одни сутки. Таблетки принимают до устранения угрозы поступления в организм радиоактивных изотопов йода.
Побочное действие. Возможны неприятные ощущения в подложечной области, раздражение слизистой оболочки носоглотки, а также кожные высыпания аллергического характера.
Противопоказания. Язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки.
Форма выпуска – таблетки по 0,25 г.
Срок годности – 2 года, хранить в сухом, защищённом от света месте.