СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ СОЧЕТАННЫХ РАДИАЦИОННЫХ ПОРАЖЕНИЙ, ВКЛЮЧАЮЩИХ ОБЩЕЕ ГАММА- И МЕСТНОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ ОБЛУЧЕНИЕ
METHOD FOR SIMULATING COMBINED RADIATION INJURIES INVOLVING GENERAL GAMMA- AND LOCAL X-RAY EXPOSURE

Изобретение относится к экспериментальной медицине, в частности к радиобиологии и комбустиологии, и может применяться для моделирования сочетанных радиационных поражений (СРП) с целью изучения их механизмов патогенеза, включая феномен взаимного отягощения, а также испытания новых способов и средств профилактики и лечения.
Острые радиационные повреждения кожи в сочетании с ОЛБ являются наиболее тяжелой и наименее изученной формой острых радиационных поражений, при которых основное значение приобретает взаимоотягощающее влияние острого лучевого костномозгового синдрома и местных лучевых поражений (МЛП) (Гогин Е.Е. Сочетанные радиационные воздействия, их непосредственные и отдаленные воздействия // Тер. архив. - 1990, №7, С.11-15). Взаимовлияние общего радиационного поражения и местной ожоговой травмы тщательно исследовано преимущественно на экспериментальных моделях комбинированных радиационно-термических поражений. Однако комбинированные поражения не вполне адекватно отражают механизмы взаимовлияния острого лучевого синдрома и острого лучевого поражения кожи при СРП и, прежде всего, это связано с отсроченным характером развития лучевого ожога (Гогин Е.Е., Емельяненко В.М., Бенецкий Б.А., Филатов В.Н. Сочетанные радиационные поражения. - М.: ППО "Известия", 2000, 240 с.). Основная трудность при моделировании СРП связана с необходимостью выбора площади и глубины поражения кожи, соответствующих реальным условиям аварийной ситуации. Сочетанный характер радиационных поражений оказался типичным как для аварий на кораблях, так для иных радиационных аварий, что стало очевидным после катастрофы на Чернобыльской АЭС. Распространенность ожогов у пострадавших охватывала от 1 до 100% поверхности тела. Наиболее ранние и глубокие лучевые ожоги развивались преимущественно на открытых участках тела человека, что по площади поражения составляет 5-10% поверхности тела. Данное обстоятельство обусловливает целесообразность моделирования СРП в вариантах сочетания общего Y-облучения с глубокими лучевыми ожогами. Глубокие лучевые ожоги можно моделировать облучением кожи рентгеновским излучением, равномерное поглощение которого вызывает повреждение всех ее слоев при условии экранирования подлежащих тканей и органов.
2
2
В качестве прототипа модели СРП, включающей общее Y- и R-облучение животных, была выбрана модель Л.А. Африкановой. В данной модели для сочетанного радиационного воздействия животных (крыс) предварительно подвергали сначала общему облучению от источника жесткого рентгеновского излучения при напряжении на трубке 175 кВ, анодном токе 15 мА, фильтр 1 мм Al, и 0,55 мм Cu при мощности дозы 33,8 Р/мин; доза облучения 400 Р; поле облучения 2,5×2,5 см. После общего облучения животных подвергали местному облучению от источника мягкого рентгеновского излучения при напряжении на трубке 30 кВ, анодном токе 25 мА; фильтр 1 мм Al, мощность дозы 400 Р/мин, кожно-фокусное расстояние 10 см. При данном способе моделирования у животных развивались СРП, характерной особенностью которых являлось более тяжелое течение лучевой болезни, чем это имело место у животных, облученных только тотально. Местное облучение оказало усугубляющее действие на течение острой лучевой болезни. Так, из 42 животных 36 погибло при явлениях острой лучевой болезни в сроки от 9 до 27 сут после облучения. При этом существенно изменялось течение местного процесса, однако основные закономерности развития очага острого лучевого некроза были такими же, как и у животных, облученных только местно. Наиболее выраженные изменения были выявлены в течение регенераторных процессов. Эти нарушения приводили к невозможности полноценной регенерации. Таким образом, данная модель также позволяет изучать в эксперименте особенности течения СРП, обусловленных общим и местным облучением животных от источника рентгеновского излучения. Однако площадь поражения кожи в данном случае 2,5×2,5 см невозможно увеличить из-за гибели животных от поражающего действия рентгеновского излучения на подлежащие ткани и органы. Кроме того, заживление лучевых ожогов происходит не у всех животных, у части животных формируются не заживающие лучевые язвы, что не позволяет моделировать у всех животных стандартные СРП при выбранных условиях облучения.
Высокая актуальность разработки моделей СРП обусловлена необходимостью изучения их механизмов патогенеза, а также тем, что профилактика и лечение таких поражений до настоящего времени остаются трудноразрешимой проблемой.
Цель исследования заключалась в разработке экспериментальных моделей СРП, пригодных для изучения взаимовлияния общих и местных радиационных поражающих факторов.
Цель достигается тем, что моделирование сочетанных радиационных поражений, включающих общее Y- и местное рентгеновское облучение, осуществляется путем последовательного радиационного воздействия на крыс сначала общего Y-облучения, а затем местного локального облучения кожи от рентгеновского излучения, в котором освобождение кожи от волосяного покрова проводят с помощью 10% раствора сернистого натрия; защиту тела животных от рассеянного рентгеновского излучения осуществляют применением свинцового экрана с линейной прорезью, позволяющей производить локальное облучение депилированного участка кожи спины, соответствующее площади поражения 10% поверхности тела у крыс, а защиту подлежащих тканей и органов осуществляют применением свинцовой пластины, которую хирургическим путем имплантируют под кожу животных на время облучения.
Предлагаемый способ моделирования позволяет воспроизводить в эксперименте у животных одинаковые по степени тяжести лучевую болезнь и глубокие лучевые ожоги и изучать влияние площади и степени поражения кожи на течение и исходы СРП в зависимости от выбранных доз общего облучения.
Изобретение поясняется таблицей 1, в которой приведены сведения о влиянии общего Y-облучения в различных дозах на динамику формирования и заживления поражений кожи у крыс, подвергнутых местному R-облучению в дозе 60 Гр (М±n, n=12 в каждой группе); таблицей 2, в которой приведены результаты исследования влияния местного R-облучения кожи в дозе 60 Гр на выживаемость крыс, подвергнутых общему Y-облучению в различных дозах (М±m); таблицей 3, в которой показаны сведения о влиянии местного R-облучения кожи в дозе 60 Гр на изменения в крови количества лейкоцитов, эритроцитов и ретикулоцитов в периферической крови крыс, подвергнутых общему Y-облучению в дозе 5 Гр (М±n, n=12 в каждой группе), и фиг.1, на которой показано состояние ожоговой раны у крыс при местных (а) и сочетанных (б) радиационных поражениях (55 сут после начала эксперимента) при дозе местного облучения - 60 Гр; при дозе общего Y-облучения - 4 Гр.
Способ реализуют следующим образом.
СРП моделировали в вариантах сочетания общего гамма-облучения с поверхностными и глубокими лучевыми ожогами. Для воспроизведения СРП животных подвергали предварительно действию общего облучения с последующим локальным облучением кожи от источника рентгеновского излучения.
137
Общее Y-облучение животных проводили от источника гамма-излучения Cs в дозах 4, 5, 6, 6,5, 6,75 Гр.
Глубокие лучевые ожоги III-b степени моделировали от источника рентгеновского излучения РУМ-17 при напряжении на трубке 180 кВ, анодном токе 15 мА, кожно-фокусном расстоянии 25 см, без фильтров. Для защиты подлежащих тканей и органов под кожу облучаемого участка спины животного хирургическим путем вводили и фиксировали свинцовую пластину толщиной. После облучения кожи пластину извлекали, рану ушивали. Доза облучения кожи составляла 60 Гр, при мощности дозы 3,3 Гр/мин. Площадь поражения кожи 10% поверхности тела.
Оценивали визуальные признаки формирования (деструктивная фаза) и заживления (репаративная фаза) местных лучевых поражений кожи. В деструктивную фазу отмечали сроки появления эритемы (продолжительность латентного периода) и формирования струпа, определяли продолжительность периода экссудации (выраженных проявлений поражения). В репаративную фазу регистрировали сроки отслоения струпа и определяли продолжительность периода заживления (от завершения формирования струпа до его полного отслоения). Для анализа динамики заживления лучевых повреждений кожи проводили измерение площади раневой поверхности и определяли скорость заживления по формуле Л.Н. Поповой. Степень лучевого ожога, а также состояние процессов заживления ожоговой раны оценивали морфологически, для чего исследовали характер повреждений базальной мембраны, клеток базального слоя эпидермиса и волосяных фолликулов, определяли глубину распространения деструктивных изменений слоев дермы. В условиях СРП дополнительно оценивали летальность животных в течение 30 сут после воздействия, проводили патологоанатомические исследования внутренних органов, гематологические исследования, морфологические исследования эритроцитов периферической крови.
Эксперименты показали, что при сочетанном радиационном воздействии, включающем локальное облучение кожи от рентгеновского излучения в дозе 60 и общее гамма-облучение в сублетальных и среднелетальных дозах (4-6,75 Гр), наиболее значимые различия в динамике проявлений рассматриваемого варианта сочетанной лучевой травмы наблюдались в фазе репарации (табл.1). По сравнению с контролем без общего облучения у животных с СРП продолжительность репаративного периода увеличивались от 1,3-1,4 до 1,7 раза. Снижение скорости заживления лучевых ожогов с 2,2% до 1,3% в сут увеличило период заживления и сроки отслоения струпа почти на 30 сут.
Состояние ожоговой раны у крыс при глубоких местных и сочетанных радиационных поражениях показано на фиг.1.
СРП приводило не только к подавлению репаративных процессов в облученной коже, но и к гибели животных, увеличивающейся одновременно с увеличением дозы общего облучения (табл.2). Причиной гибели животных являлись и доза общего Y-облучения и влияние лучевого ожога. После внешнего Y-облучения в дозе 4 Гр гибели животных не было, при СРП погибло 8% животных. Дальнейшее увеличение дозы общего облучения сопровождалось существенной гибелью животных. Так, при дозе гамма-облучения 5 Гр погибло 8% животных, а при СРП - 50%; 6 Гр - 25%, при СРП - 55; 6,5 Гр - 50% (75% - при СРП); при дозе общего облучения 6,75 Гр погибло 63% животных, а при СРП - 100%.
С целью изучения причин гибели животных при сочетанием радиационном поражении были проведены патологоанатомические исследования погибших животных. Гистологические и электронно-микроскопические исследования участка лучевого ожога, внутренних органов - печени, почек селезенки, легких у животных с лучевыми ожогами 5 и 10% поверхности тела и общим гамма-облучением в дозах 5 и 6 Гр через 14 сут выявили изменения в печени и почках, которые подтверждают наличие токсигистии у животных, подвергавшихся местному лучевому облучению. Наибольшая выраженность таких изменений выявлена у животных, подвергшихся более интенсивному лучевому воздействию (6 Гр, 240 Гр, 10%). Непосредственным источником интоксикации являлся обширный коликвационный некроз, вызванный местным облучением. Наблюдаемое усиление токсигистии с увеличением патогенного воздействия, особенно площади местного поражения, позволяет рассматривать ее в качестве основного звена в танатогенезе животных, подвергавшихся сочетанному радиационному воздействию. Кроме того, при гистологическом исследовании внутренних органов были выявлены признаки пневмонии, энтероколита, гепатоза, а в почках - отчетливые признаки зернистой дистрофии.
Основное отличие в динамике гематологических сдвигов при общем гамма-облучении и МЛП заключалось в том, что в первом случае развивается достаточно выраженная лейкопения, тогда как во втором - количество лейкоцитов практически не изменяется (табл.3). При СРП под влиянием общего гамма-облучения динамика количества лейкоцитов в крови существенно модифицируется по сравнению с МЛП и практически не отличается от изменений количества лейкоцитов при изолированном общем гамма-облучении. Однако в скрытый период (3-7 сут после облучения) уровень лейкоцитов несколько повышен при СРП по сравнению с общим гамма-облучением. Выраженность ретикулоцитопении, вызванной общим гамма-облучением под влиянием МЛП, существенно снижается, а ее продолжительность сокращается с 10 сут (при "чистом" общем облучении) до 5-7 сут.
Морфологическое исследование клеток периферической крови у животных с СРП (доза общего гамма-облучения 5 Гр, местного - 60 Гр; площадь поражения кожи - 5 и 10%) выявило значительное количество эритроцитов с существенно измененной формой, позволяющее рассматривать их в качестве дегенеративных. У животных с СРП эритроциты, имевшие подобную форму, составляли почти половину наблюдаемых клеток. Кроме того, в крови облученных животных отмечали наличие большого количества бактерий, что свидетельствовало о развитии у них сепсиса.
Таким образом, в ходе проведенной работы удалось создать модели СРП, позволяющие в эксперименте воспроизводить у животных (крыс) общие и местные острые радиационные поражения, совпадающие по периодам их разгара. Проведенные эксперименты показали взаимоотягощающее действие общего гамма-облучения и МЛП кожи у животных при СРП, которое по сравнению с изолированным действием поражающих радиационных факторов проявлялось в увеличении сроков заживления лучевых ожогов и повышением летальности, а также характерными изменениями гематологических показателей, внутренних органов, развитием инфекционных осложнений. В дальнейшем результаты этого изобретения могут быть использованы для оценки перспективных средств их профилактики и лечения.
Таблица 1
Влияние общего γ-облучения в различных дозах на динамику формирования и заживления поражений кожи у крыс, подвергнутых местному R-облучению в дозе 60 Гр (М±n, n=12 в каждой группе)
Доза общего облучения, Гр
Критерии радиационного поражения кожи
деструктивные процессы
репаративные процессы
Латентный период эритемы, сут
Период экссудации, сут
Срок формирования струпа, сут
Срок отслоения струпа, сут
Период заживления, сут
Скорость Заживления, %
0 (контроль)
7,3±0,3
6,1±0,2
13,2±0,5
60,5±2,8
47,1±3,0
2,2±0,2
3
7,5±0,2
5,8±0,6
13,0±0,2
71,7±1,6
58,7±1,7*
1,7±0,2*
4
7,4±0,2
6,4±0,4
13,6±0,6
78,0±1,2
64,0±1,3*
1,6±0,01*
5
7,6±0,5
5,4±0,7
13,2±0,5
89,3±10,1
79,3±12,5*
1,3±0,2*
Примечание:
* p<0,05 по сравнению с контролем.
Таблица 2
Влияние местного R-облучения кожи в дозе 60 Гр на выживаемость крыс, подвергнутых общему γ-облучению в различных дозах (М±m)
Доза γ-облучения, Гр
Условия эксперимента
Количество животных
Из них выжило
абс.
%
4,0
γ-облучение (контроль)
15
15
100-7
СРП
12
12
100-7
5,0
γ-облучение (контроль)
12
11
92±7
СРП
16
8
50±13*
6,0
γ-облучение (контроль)
12
9
75±10
СРП
16
7
44±13*
6,5
γ-облучение (контроль)
14
7
50±13
СРП
16
4
25±13*
6,75
γ-облучение (контроль)
13
5
38±13
СРП
14
0
0+7*
Примечание:
* p<0,05 по сравнению с контролем.
Таблица 3
Влияние местного R-облучения кожи в дозе 60 Гр на изменения в крови количества лейкоцитов, эритроцитов и ретикулоцитов в периферической крови крыс, подвергнутых общему γ-облучению в дозе 5 Гр (М±n, n=12 в каждой группе)
Показатель
Условия эксперимента
Срок исследования
До облучения
После облучения, сут
5
10
15
20
30
Лейкоциты, ×10<sup>9</sup>
γ-облучение (контроль)
10,3±1,4
1,3±0,3
1,6±0,3
3,2±1,2
4,9±1,9
6,3±2,4
СРП
1,8±0,3
1,9±0,2
3,7±1,3
9,3±2,5
7,1±2,7
Эритроциты, ×10<sup>12</sup>
γ-облучение (контроль)
9,3±0,5
9,1±0,6
7,9±0,7
8,3±0,8
8,6±1,3
9,3±0,7
СРП
9,9±0,4
8,3±0,8
8,7±0,9
9,2±0,4
7,8±0,7
Ретикулоциты, %
γ-облучение (контроль)
2,7±0,3
0,15±0,2
2,5±0,3
3,8±0,6
4,4±0,7
4,1±1,1
СРП
0,5±0,2
3,3±0,4
2,7±0,5
3,5±1,1
4,2±0,5