Начало >> Статьи >> Архивы >> Принципы оценки химического воздействия на пожилых людей

Экспериментальные подходы  к изучению эффектов - Принципы оценки химического воздействия на пожилых людей

Оглавление
Принципы оценки химического воздействия на пожилых людей
Обзор проблемы
Воздействие химических веществ
Стареющая популяция
Теории старения
Изменения структуры и функции генов при старении
Изменения в тканях, органах и системах при старении
Изменения в органах чувств при старении
Изменения в эндокринной системе при старении
Изменения в репродуктивной системе при старении
Изменения в иммунной системе при старении
Изменения в сердечно-сосудистой системе при старении
Изменения в дыхательной системе при старении
Изменения в почках и распределении жидкостей при старении
Изменения в пищеварительной системе при старении
Изменения в костно-мышечной системе при старении
Изменения в коже при старении
Фармакокинетика изменения чувствительности
Фармакодинамика изменения чувствительности
Эндокринная система - фармакодинамика изменения чувствительности
Почки, иммунная система, другие - фармакодинамика изменения чувствительности
Модифицирующие факторы изменения чувствительности
Взаимодействие химических веществ и заболеваемости
Экспериментальные подходы  к изучению эффектов
Химическое воздействие - подходы  к изучению эффектов
Эпидемиологические и клинические подходы
Биомаркеры старения
Выводы и дальнейшие исследования
Литература

ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ ЭФФЕКТОВ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ПОПУЛЯЦИЮ ПОЖИЛЫХ ЛЮДЕЙ
4. 1 Экспериментальные подходы
Принципы тестирования химических соединений на стареющей популяции
Существуют два принципиальных подхода к изучению связанных с возрастом изменений любых функциональных, морфологических и /или биохимических параметров, а именно “продольный” и “поперечный”. Продольные исследования состоят из повторных оценок каких-либо параметров у тех же животных в различные периоды жизни. Поперечные исследования используют отдельные группы животных различного возраста, которые обследуются в определенные временные точки. Результаты, полученные в ходе продольных исследований, могут существенно отличаться от данных поперечных исследований. При изучении токсичности химических соединений обязательно создание идентичных условий и содержания для всех животных. Проблемы, связанные с выбором вида животных, линий, пола, возраста, стадии жизненного цикла к химическому воздействию (как в отношении путей, так и доз), будут рассмотрены ниже.

Экспериментальные модели

Недавно были опубликованы материалы дискуссии о выборе и использовании моделей экспериментальных животных для исследования (Rogers et al., 1991).

Виды животных

Выбор подходящих видов животных обязательно включает как практические, так и экономические факторы. Животные с короткой продолжительностью жизни являются предпочтительными. Однако достоверная информация о продолжительности жизни для всех видов не всегда доступна. Знания о видоспецифических различиях метаболизма и врожденных особенностей чувствительности также важны при выборе животных для исследования. Выбор видов должен определяться задачами эксперимента так же, как и сходством реакций. Например, в то время как тесно связанные изоформы ферментов, метаболизирующих лекарственные препараты, могут быть сходными у различных видов, их тканевое распределение и субстратная специфичность могут широко варьировать (Nebert et al., 1991). Такие вариации в экспрессии изоформ вместе с известными различиями эффективности репарации ДНК, возможно, ответственны за видоспецифические особенности чувствительности организма к химическим канцерогенам (Daniel et al., 1983; Mehta et al., 1984; Anisimov, 1987, 1989).
Невзирая на упомянутые различия метаболизма, крыс и мышей чаще всего берут для исследований из-за короткой продолжительности жизни, сравнительной легкости содержания в определенных условиях, широкого использования в биологических экспериментах и пригодности для проведения различных молекулярных и генетических изысканий. Есть исчерпывающая информация о продолжительности жизни некоторых линий мышей и крыс, так же как и база данных об их спонтанной патологии. Если старые животные закупаются из другого питомника, а не выращиваются в собственной лаборатории исследователя, необходимо получить информацию об условиях, в которых находилось животное весь предшествующий период жизни, включая условия содержания и историю вскармливания. Может оказаться предпочтительным держать животных от периода грудного вскармливания вплоть до достижения ими требуемого для исследования возраста в одинаковых контролируемых условиях.
Другие виды млекопитающих, кроме грызунов, используются только спорадически в исследованиях по изучению старения из-за большой продолжительности жизни, отсутствия информации об этой характеристике, генетической гетерогенности, ограниченной доступности и высокой стоимости. Однако чрезвычайно важно, чтобы такие более крупные виды были использованы для получения ответов на определенные вопросы. Например, в настоящее время проводятся исследования для определения роли ограничения питания в увеличении продолжительности жизни двух различных видов обезьян (Ingram et al., 1990).

Линия животных

Адекватный выбор линий грызунов для экспериментов на старых животных является решающим моментом. Крысы-самцы линии Fischer-344 являются популярной моделью при изучении старения из-за их размеров и характеристик роста. Однако тестикулярные интерстициально-клеточные опухоли начинают появляться у них в возрасте 18 мес при кормлении ad libitum и к возрасту 2 лет частота опухолей достигает 100% (Fishbein, 1991). Недавно была обнаружена высокозначимая позитивная связь со временем увеличения заболеваемости лейкемией, возникновения опухолей переднего гипофиза и с-клеточных опухолей щитовидной железы у животных обоего пола, феохромоци- томы надпочечников у самцов и опухолей грудной железы и полипов эндометрия у самок крыс F-344 (Rao et al., 1990). Некоторые линии мышей страдают единым основным болезненным процессом (а именно опухолями молочных желез или печени или хронической нефропатией) и наличие этой болезни у большинства животных может модифицировать реакцию на химическое воздействие и осложнять интерпретацию результатов.
В США и Японии Наиболее широко используются линии крыс Fischer-344, Sprague-Dawley и мышей B6C3F1, Swiss и CD-1, в то время как в европейских странах наиболее популярны среди крыс популяция Wistar и Brown Norway, а среди мышей — линии NMRI и Swiss. Имбредные животные имеют преимущества в устойчивости и предсказуемости реакций. Однако гетерогенность аутобредных животных более полно соответствует гетерогенности человеческой популяции. Выбор определенной линии животных также основан на предыдущем опыте работы с этими животными, окончательный выбор подходящих видов и/или линий зависит от научной гипотезы, лежащей в основе данного исследования. Каждая линия имеет свой уровень и особенности патологии, которая в значительной степени определяется содержанием животных и уходом за ними.

Пол животных

Половые различия в реакциях на химическое воздействие хорошо известны. Поэтому часто бывает необходимо использовать животных обоего пола при тестировании химических соединений. Широкий диапазон различий химической токсичности и фармакокинетики, который имеет место у крыс, становится менее заметным в старом возрасте из-за снижения экспрессии изоформ специфических по полу печеночных ферментов, метаболизирующих лекарственные препараты (Kitani, 1991).
Состояние яичников может значительно влиять на чувствительность к некоторым химическим веществам, модифицируя биологический ответ, как было показано для химических канцерогенов (Анисимов, 1971; Anisimov, 1987). Заслуживает внимания, что при использовании самок в пострепродуктивном периоде исследователь должен помнить, что а) яичники самок некоторых видов (а именно крыс и мышей) не атрофируются и могут продолжать секретировать стероидные гормоны и б) некоторые животные могут находиться в персистирующем эструсе, в то время как другие могут находиться в стадии анэструса или в состоянии ложной беременности (Aschheim, 1976). Более того, репродуктивный анамнез животного может влиять на его реакцию по отношению к химическому воздействию в более поздний отрезок жизни.

Выбор возрастных групп для сравнения

Соответствующая характеристика возраста животных в плане продолжительности их жизни приобретает особую важность в экспериментальной геронтологии. Поскольку процессы старения вызывают значимые изменения различных систем организма, появляется необходимость определить несколько эталонных позиций для адекватного сравнения результатов различных экспериментов. Важность этих пунктов особенно значима для поперечных исследований. Одним из отягощающих факторов в таких сравнениях между экспериментами является необходимость частого сопоставления результатов, полученных от разных видов животных с неодинаковой продолжительностью жизни (долгоживущие и маложивущие виды и/или линии). Многие ученые прибегают к делению на 2 возрастные группы: “половозрелых”, или “взрослых”, животных и “старых” животных. Однако истинный возраст “половозрелых” крыс в сообщениях разных авторов колеблется от 2 до 14 мес у различных особей, а “старых” животных от 12 до 37 мес. Жизненный цикл экспериментальных животных может быть разделен на 4 периода:
а)  период до прекращения трудного вскармливания (развитие),
б)  период полового созревания, в) репродуктивный период и г) период выраженных возрастных изменений (старческий период) (Западнюк, 1971). Во всех исследованиях следует сравнивать животных из соответствующего возрастного периода.

Основная патология животных различного возраста

Как упоминалось ранее, основные виды патологии должны учитываться при отборе видов и линий животных. Патология, характерная для вида, пола и линии, независимо от    того,
неоплазия это или какая-то другая патология, быстро увеличивается во второй половине жизни, даже у тех животных, которые содержатся в специальных свободных от патогенных влияний условиях (Burek, 1978; Anisimov, 1987; Frith & Ward, 1988; Fishbein, 1991). Среди неопухолевых заболеваний у крыс наиболее распространены хроническая гломерулонефропатия, кардиопатия, амилоидоз и дегенерация периферических нервов. Например, частота спонтанной лейкемии у крыс линии F-344, часто используемых для изучения отдаленных эффектов, может превышать 30%, а частота тестикулярных интерстициальных опухолей способна достигать 100% у старых самцов. Эта
патология может существенно модулировать ответ хозяина на воздействие ксенобиотиков.

Трансгенные животные

В течение последнего десятилетия была введена новая генетическая информация в зародышевую линию экспериментальных животных (Jaenisch, 1988). Совсем недавно были сделаны успешные попытки специфически изменить генную последовательность в мышиной зародышевой линии, тем самым удалить или корректировать специфические функции гена (СарессМ, 1989). В исследовании эффектов химических соединений на стареющую популяцию модель трансгенных животных имеет по крайней мере две возможности для применения. Во-первых, влияние специфических генов на связанную с возрастом чувствительность к экзогенным химическим соединениям может быть оценена In vivo (Vijg & Papaconstantinou, 1990). Во-вторых, используя трансгенных животных, хранящих маятниковый вектор с одним или более мутационными генами-мишенями, мутагенный эффект может быть изучен в различных органах и тканях животных, как функция возраста (Gossen et al., 1989).

Содержание животных

В экспериментальных исследованиях чувствительности старых животных и процесса старения следует выделить аспекты содержания животных. Количественные и качественные результаты сильно зависят от условий питания. Состав пищи должен соответствовать минимальным потребностям в питательных веществах, минеральных солях, витаминах и волокнах для взрослых особей согласно установленным и опубликованным стандартам на диету лабораторных животных. Другой важный фактор питания — это количество еды. Они могут содержаться на ограниченном рационе при соответствующем содержании питательных веществ или могут получать пищу ad libitum. Выбор диеты зависит от вопросов, на которые предстоит ответить.
Кроме состояния питания животных, следует определить их микробиологический статус. В ряде случаев взаимодействие химических веществ с кишечной микрофлорой может модифицировать результаты исследования. Предпочтительно использовать свободных от патогенной флоры (SPF) животных. Внешние условия окружающей подопытных животных среды, включая относительную влажность, температуру, светлый и темный период, сезонные влияния и стресс, могут влиять на окончательные данные исследования и в связи с этим должны быть строго определенными (Masoro, 1991).
Различия в содержании животных могут обусловить большую вариабельность биохимических и патологических эффектов. Эго ясно иллюстрируется различиями в фоновых данных между отдельными лабораториями.



 
« Принципы организации биологических систем   Принципы терапии шока и терминальных состояний »