Реакция клеток костного мозга на повторное облучение

Реакция клеток костного мозга на повторное облучение

В. Ю. Сафонова, к.б.н, Оренбургский ГАУ

Имеется большое количество исследований о вредном влиянии различных неблагоприятных факторов окружающей среды, включая радиацию, на живой организм. Тем не менее, применение радиационных технологий не уменьшается, а из года в год растет, что может привести к увеличению радиоактивной нагрузки на биоту. В связи с этим возникает вопрос: хватит ли резервов заложенных механизмов адаптации для выживания биосистем? Вопрос касается предварительного облучения в малых и сверхмалых дозах, которые встречаются в окружающей среде чаще, и последующего летального облучения. Интерес к возможности формирования адаптации к повторному облучению в больших дозах проявляется в научных задачах вот уже несколько лет. Имеются самые разноречивые наблюдения. Феномен адаптивного ответа (АО) заключается в том, что после

адаптирующего воздействия в малой дозе организм становится более устойчивым к действию высоких доз того же или иного повреждающего фактора. Феномен показан для микроорганизмов, перевиваемых клеточных культур, клеток крови, организмов животных, растений (C. Stecca, G. B. Gerber, 1988; Л. В. Цховребова, Г. П. Македонов, 2004). Имеются данные о повышении радиорезистентности клеток и организма после острого, хронического и пролонгированного облучения in vivo (А. Н. Котеров, А. В. Никольский, 1999).

Адаптация к облучению — это возможность сохранения жизнеспособности, фертильности и нормальной функциональной стабильности всех структур биологического объекта в условиях дальнейшего воздействия излучения. В радиобиологии уделяется большое внимание проблеме влияния малых доз и интенсивностей на человека и другие биообъекты. При этом верхняя граница малых доз и интенсивностей определяется по-разному в

различных областях радиобиологии. При изучении действия радиации на организмы за малые дозы принимаются такие, которые не вызывают заметных нарушений жизнедеятельности, например, дозы ниже 50сГр для млекопитающих. Для человека малыми считают дозы ниже 20 сГр и интенсивности воздействия примерно 7 сГр/сут. Указанные пороги малых доз не являются универсальными, поскольку существует мнение, что и в надпороговых значениях доз существуют такие реакции, которые могут рассматриваться как проявления не повреждающего, а раздражающего действия радиации — саногенного, гормезис-ного, адаптогенного действия, на что указывал в своих работах А. М. Кузин (1995).

До сих пор дискутируется вопрос: является ли устойчивость к повторному летальному внешнему воздействию ионизирующих излучений адаптацией или же иммунитетом? В данном случае внимания заслуживают та и другая сторона, поскольку, во-первых, иммунная система играет основополагающую роль в развитии как адаптации, так и иммунитета, и, во-вторых, поставленные задачи преследуют одну и ту же цель — формирование радиорезистентности организма к повторному облучению.

Установлено (В. А. Киршин, В. А. Сафонова с соавт. 1984), что предварительное облучение крыс и свиней в широком диапазоне доз способствует выживанию этих животных при повторном летальном воздействии. Показано (В. А. Сафонова, 1991), что это связано с формированием иммунитета. В литературе имеются сведения о стимулирующем действии малых доз радиации на активность амилазы в кишечнике у крыс и цыплят-бройлеров (В. А. Сафонова, А. М. Пастухов, 1983).

По данным Б. С. Покровского (1997), при воздействии -излучения в малых дозах (0,4 Гр при мощности дозы 0,065 Гр/с) происходит активация факторов неспецифической защиты организма у птиц: наблюдается усиление антимикробных свойств кожи и слизистых оболочек ротовой полости, бактерицидной способности сыворотки крови, обусловленной повышением в ней содержания лизоцима, -лизинов, количеств нормальных антител.

Исследования, проведенные другими авторами (Ульянова Л. П., Будагов Р. С., 1997), показывают, что облучение мышей в адаптирующей дозе 5 сГр за 4 и 24 ч до воздействия ионизирующего излучения в дозе 4 Гр не обеспечивает повышения устойчивости системы кроветворения и не способствует увеличению выживаемости животных при последующем биологическом моделировании костно-мозговой формы острой лучевой болезни.

Приведенные источники литературы свидетельствуют о том, что АО к повторному облучению зависит от интенсивности излучения, от определенных дозовых и временных диапазонов. В работе Л. С. Вартанян с соавт. (2000) показано, что повреждение биомолекул может происходить при дозах более низких, чем те, которые вызывают индукцию систем восстановления. В результате при действии малых доз облучения наблюдаются эффекты, связанные с нерепарированными повреждениями. По данным других авторов (Н. Л. Шмакова с соавт., 2000), АО проявляется в узком диапазоне доз, различающихся для разных типов клеток, с временной реализацией не менее 5 часов. Отсюда выявление временных и дозовых диапазонов АО организма в целом остается не разрешенной задачей и требует дальнейших исследований.

В задачу нашей работы входило изучение возможности адаптации клеток в костном мозге крыс, подвергнутых предварительному облучению в малых дозах, к последующему летальному воздействию.

Одним из основных критериев оценки АО является реакция костного мозга на повторное облучение. Костный мозг, относясь к первой группе критических органов, является наглядной ареной, показывающей драматичность событий, связанных с интерфазной и митотической гибелью клеток всех пролиферативных пулов, включая и функ-циональный. При этом обычно используют тест клеточности костного мозга.

Эксперименты проводили на белых беспородных крысах-самцах массой 170—180 г. Животных облучали на установке «Агат Р-1» с источником -излучения 60Со при мощности дозы 0,56 Гр/мин. Предварительное однократное облучение животных составляло несколько доз: 1,0; 1,5; 2,0 Гр. Повторное облучение в дозе 6,0 Гр проводили через 28 суток после предварительного облучения в указанных дозах. Состояние гемопоэ-за изучали через 2 и 8 суток после повторного облучения.

Животных умерщвляли под эфирным наркозом. Исследовали общее количество клеток в костном мозге бедренной кости. На мазках-отпечатках костного мозга подсчитывали процентное содержание отдельных миелокариоцитов и затем рассчитывали абсолютное число клеток различных генераций (Е. А. Жербин, А. Б. Чухловин, 1989). Морфологические исследования периферической крови проводили общепринятыми методами. Полученный цифровой материал обрабатывали методом вариационной статистики. Достоверность различий оценивали по 1-критерию Стью-дента.

В результате исследований установлено, что однократное облучение в дозе 6,0 Гр на 2-е сутки вызывало глубокое клеточное опустошение костного мозга. Общее количество клеток в костном мозге к этому времени уменьшалось на 85% и составляло лишь 15% от исходного уровня. На 8 сутки (период активного восстановления) общее количество клеток достигало 75—80%. Резкое уменьшение клеток костного мозга в период первичной реакции на облучение, как и любой активно пролиферирующей системы клеточного обновления, укладывается в известную схему: задержка вступления в митоз; образование нежизнеспособных гигантских клеток; гибель после первого деления; гибель в последующих делениях. Возможные причины задержки клеточного деления обусловлены разрушением веществ, стимулирующих митоз; нарушением проницаемости клеточных мембран; нарушением синтеза нуклеиновых кислот, структурными повреждениями хромосом.

Показатели, полученные при однократном воздействии внешнего облучения в дозе 6,0 Гр в наших исследованиях, являлись контролем для групп животных, подвергнутых предварительному облучению в дозах 1,0; 1,5 и 2,0 Гр с последующим летальным облучением в указанной дозе.

В группах 1,0+6,0Гр; 1,5+6,0 Гр и 2,0+6,0 Гр на 2-е сутки наблюдалось также глубокое клеточное опустошение костного мозга, лишь с той разницей, что в группе 1,0+6,0 Гр степень опустошения доходила до 60%; в группе 1,5+6,0 Гр — до 60%; в группе 2,0+6,0 Гр — до 70%, что на 25% и 15% соответственно выше контроля (6,0 Гр). В период активного восстановления общее число клеток костного мозга во всех группах находилось примерно в одинаковых значениях и достигало величин, приближенных к 80—90%. Общее число эрит-роидных, нейтрофильных, лимфоидных клеток в костном мозге бедренной кости имело тенденцию, характерную для динамики восстановления общего числа клеток в режиме АО. Вероятно, классическая схема митотической гибели клеток в системе с высокой пролиферирующей активностью имела возможность выйти из своих рамок и приобрести новые, границы которых до сих пор являются до конца не изученными.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют об адаптивной реакции костного мозга бедренной кости на повторное облучение в дозах, соответствующих ЛД50/30, спустя 28 дней после предварительного облучения в малых дозах. Резистентность клеток костного мозга бедренной

кости к повторному -облучению трудно объяснить одним или даже двумя механизмами формирования адаптации. Рассматриваются возможные механизмы адаптации к повторному действию радиации, связанные с селекцией, стимуляцией пролиферативной активности, формированием защитных систем (белки-протекторы, ферменты антиоксидантной защиты и др.), активацией репарации ДНК (А. Н. Котеров, А. В. Никольский, 1999).

На наш взгляд, следует обратить внимание на возможный иммунный ответ, который формируется in vivo в течение 21—28 суток после лучевой антигенной стимуляции; на синтез специфических белков. Следует учитывать индукцию анти-оксидантной защиты; индукцию повреждений ДНК, которая может способствовать повышению радиорезистентности; модификацию формирования свободных радикалов в период первичной реакции на острое летальное облучение и другие механизмы радиационной адаптации.

Литература

1 Цховребова, Л. В. К механизму адаптивного ответа в клетках человека / Л. В. Цховребова, Г. П. Македонов // Радиационная биология. Радиоэкология. 2004. Т. 44. № 6. С. 657—661.

2 Котеров, А. Н. Адаптация к облучению in vivo / А. Н. Котеров, А. В. Никольский // Радиация. Биология. Радиоэкология. 1999. Т. 39. № 6. С. 648-662.

3 Кузин, А. М. Идеи радиационного гормезиса в атомном веке. М.: Энергоатомиздат, 1985. 150 с.

4 Киршин, В. А. Способ профилактики острой лучевой болезни / В. А. Киршин, В. А. Сафонова, Н. В. Панкратова, В. М. Исаченко, М. П. Морозов. Авторское свидетельство СССР, № 212167, 1984.

5 Сафонова, В. А. Иммунобиологическая реактивность животных при радиационных воздействиях: автореф. дис. на соиск. учен. степ. доктора биол.наук. Казань, 1991. 47 с.

6 Сафонова, В. А. Возрастные изменения амилазной активности в тонком отделе кишечника бройлеров / В. А. Сафонова, А. М. Пастухов // Матер. науч.-координац. совещания. Казань, 1983. С. 36-37.

7 Покровский, Б. С. Иммунологические аспекты действия малых доз -квантов: неспецифические факторы защиты и иммунологическая реактивность кур // Радиационная биология. Радиоэкология. 1997. Т. 37. Вып. 6. С. 855-859.

8 Ульянова, Л. П. Влияние предварительного облучения мышей в малой дозе на реакцию крови и выживаемость при последующих лучевом и комбинированном радиационнотермическом поражениях / Л. П. Ульянова, Р. С. Будагов // Радиационная биология. Радиоэкология. 1997. Т. 37. В. 5. С. 735-739.

9 Вартанян, Л. С. Системный ответ антиоксидантных ферментов на окислительный стресс, вызванный облучением в малых дозах / Л. С. Вартанян, С. М. Гуревич, А. И. Козаченко, Л. Г. Наглер, Е. Л. Лозовская, Е. Б. Бурлакова // Радиационная биология. Радиоэкология. 2000. Т. 40. № 3. С. 285291.

10Шмакова, Н. Л. Дозовая зависимость цитогенетических повреждений и адаптивный ответ клеток млекопитающих при действии ионизирующего излучения в малых дозах / Н. Л. Шмакова, О. Абу Зеид, Т. А. Фадеева, Е. А. Красавин, П. В. Куцало // Радиационная биология. Радиоэкология. 2000. Т. 40. № 4. С. 405-409. пЖербин, Е. А. Радиационная гематология / Е. А. Жербин, А. Б. Чухловин. М.: Медицина, 1989. 176 с.

12Stecca, C., Gerber, G. B. // Biochem. Pharmac. 1988. V.55. p. 941.