СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ СОЧЕТАННЫХ РАДИАЦИОННЫХ ПОРАЖЕНИЙ, ВКЛЮЧАЮЩИХ ОБЩЕЕ ГАММА-И МЕСТНОЕ БЕТА-ОБЛУЧЕНИЕ
METHOD FOR SIMULATING COMBINED RADIATION INJURIES INVOLVING WHOLE-BODY GAMMA- AND LOCAL BETA-RADIATION

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). В доступной литературе практически отсутствуют сведения о течении сочетанных поражений, где одним из факторов радиационного воздействия являлось бы внешнее β-облучение. Имеющиеся немногочисленные экспериментальные работы давних лет, посвященные сочетанному радиационному воздействию, почему-то не получили дальнейшего развития (Рейтаровский И.К. Биологическое действие внешнего β-облучения при изолированных и сочетанных лучевых воздействиях. Автореф. Дис. канд. мед. наук. - М., 1969. - 23 с., Себрант Ю.В. Биологическое действие внешнего бета-облучения. - М.: Атомиздат, 1970. - С.112). 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.). Сочетанный характер радиационных поражений оказался типичным как для аварий на кораблях, так для иных радиационных аварий, что стало особенно очевидным после катастрофы на Чернобыльской АЭС. Местные лучевые ожоги у этих пострадавших были вызваны равномерным облучением синхронным с γ-излучением слабопроникающим β-излучением. Распространенность ожогов у пострадавших охватывала от 1 до 100% поверхности тела.
90
90
60
В качестве прототипа модели СРП, включающей общее γ- и β-облучение животных была выбрана модель И.К. Рейтаровского. В этой модели животных сначала подвергали внешнему облучению на специальной установке от источника β-излучения Sr+γ, а затем от источника γ-излучения на установке ЭГО-2 (Co). Дозы β-облучения составляли 20, 24, 28, 32, 40, 48, 56 Гр при мощности дозы 1,45 рад/мин. Дозы γ-облучения - 5, 6, 7, 8 Гр при мощности дозы 590-690 рад/мин. Автором на животных (крысах) изучены особенности течения экспериментальных сочетанных радиационных поражений, вызванных действием общего внешнего γ-β облучения. При этом соотношения доз γ/β облучения были как 1/4 и 1/8, которые могут иметь место в реальной обстановке. Им установлены основные закономерности течения СРП. В зависимости от дозы и сроков после лучевого воздействия на первый план выступали симптомы, характерные для лучевой болезни, вызванной γ-облучением крыс, или поражения, обусловленные β-облучением. Основной причиной гибели животных после внешнего β-облучения дозах 10-30 Гр наблюдались местные изменения в виде эпиляции, влажного эпидермита и поверхностных изъязвлений (при дозе 30 Гр). С увеличением дозы облучения (40 Гр и более) реакции со стороны кожи были выражены сильнее, участки некрозов кожи (лучевые язвы) были обширными и глубокими, течение раневого процесса было длительным и заживление наблюдалось редко. При сочетанном внешнем β-γ-облучении наблюдалось отягощение течения как лучевой болезни, так и поражений кожи, сопровождавшееся более высокой смертностью животных по сравнению с изолированным действием поражающих факторов β- и γ-облучения. Установлено, что при сочетанном воздействии β- и γ-излучения изменения количественного состава периферической крови до 10-15 сут почти не отличаются от изменений, наблюдаемых при изолированном γ-облучении в соответствующих дозах (лимфопения, нейтрофилопения, эритропения); в более поздние сроки наблюдаются изменения, которые характерны для общего внешнего β-облучения (лейкоцитоз, массивный распад клеток белой крови). Восстановление количественного состава белой крови нередко наступало на несколько суток раньше, чем при изолированном γ-облучении. Представленная модель СРП не представляет особых трудностей при моделировании таких поражений, и не понятно, почему она не востребована. Ее использование позволяет в эксперименте изучать особенности формирования таких поражений, особенностей их течения и исходов. В то же время автором не описаны более тщательно особенности течения лучевых ожогов кожи: не указаны точные сроки заживления лучевых ожогов, количество лучевых язв в % соотношении. Кроме того, у животных формируются различные по глубине повреждения кожи от β-излучения, однако степени их тяжести и соответствующие им площади поражения кожи не указаны, что в общем усложняет оценку роли глубины и площади поражения кожи в исходе СРП и будет затруднять проведение статистического анализа и оценку эффективности противолучевых и ранозаживляющих средств, предназначенных для профилактики и лечения таких поражений.
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, а также для оценки перспективных средств их профилактики и лечения.
ср
Цель достигается тем, что моделирование сочетанных радиационных поражений, включающих общее γ- и местное бета-облучение, осуществляется путем последовательного радиационного воздействия на крыс сначала общего γ-облучения, а затем местного локального облучения кожи от β-излучения, при этом для моделирования ожогов III-а степени используют бета-излучение в дозах 30 и 60 Гр от закрытого контактного источника ионизирующих излучений активностью 24,3 мКи (900 МБк), средней энергией излучения E=1,4 МэВ при мощности дозы на поверхности кожи 2,1 Гр/мин с трехкратным ослаблением по толщине кожи.
Предлагаемый способ моделирования позволяет воспроизводить в эксперименте у животных одинаковые по степени тяжести лучевую болезнь и поверхностные, включая III-а степень, лучевые ожоги и изучать влияние поверхностных поражений кожи на течение и исходы СРП в зависимости от выбранных доз общего и местного облучения.
Изобретение поясняется таблицами 1-3, в которых приведены сведения о влиянии общего γ-облучения в различных дозах на течение местного поражения у крыс, подвергнутых воздействию бета-излучения в дозе 30 Гр (М±m n=12); влиянии общего γ-облучения в различных дозах на течение местного поражения у крыс, подвергнутых воздействию бета-излучения в дозе 60 Гр (M±m, n=12); влиянии МЛП на 30 суточную выживаемость крыс, подвергнутых общему облучению в различных дозах (M±n, n=12), и фиг.1, на которой показана динамика заживления лучевых ожогов при сочетанных радиационных поражениях (общее гамма-облучение в дозе 4 Гр).
Способ реализуют следующим образом.
137
Для воспроизведения СРП животных подвергали предварительно действию общего облучения с последующим локальным облучением кожи от источника β-излучения. Общее гамма-облучение животных проводили от источника гамма-излучения Cs в дозах 4, 5, 6, 6,5 Гр.
90
90
2
Поверхностные III-а степени лучевые ожоги моделировали облучением кожи от источника β-излучения Sr-γ в дозах 30 и 60 Гр, мощность дозы на поверхности кожи 2,1 Гр/мин, под кожей - 0,67 Гр/мин. Площадь поражения кожи 1,5×1,5 см. 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.
Эксперименты показали, что при сочетанном радиационном воздействии, включающем локальное β-облучение кожи в дозах 30 и 60 Гр (поверхностные III-а степени лучевые ожоги) и общее γ-облучение в сублетальных и среднелетальных дозах (4-6,5 Гр), в развитии поражения у животных наблюдаются изменения в репаративной фазе раневого процесса. При этом продолжительность периода заживления β-лучевого повреждения кожи в значительной мере определяется дозой общего γ-облучения. Незначительное замедление темпов репарации в зоне лучевого ожога, вызванного локальным облучением в дозе 30 Гр, отмечалось уже при γ-облучении крыс в дозе 4 Гр (табл.1). Период заживления β-лучевого поражения увеличивался в этих условиях с 19,6 сут до 24,3 сут. Отслоение струпа наблюдалось спустя 36-37 сут после лучевого воздействия или на 5-6 сут позже, чем у животных контрольной группы. Скорость заживления ожоговой раны снижалась с 5,1 до 4,1% в сут. В результате сроки заживления лучевых ожогов увеличивались почти в 1,2 раза.
Выраженное замедление темпов репарации в зоне лучевого ожога, вызванного локальным β-облучением в дозе 30 Гр, отмечалось при γ-облучении крыс в дозе 5 Гр. Период заживления β-лучевого поражения увеличивался в этих условиях с 20 сут до 32,5 сут. Отслоение струпа наблюдалось спустя 45 сут после лучевого воздействия или на 13-14 сут позже, чем у животных контрольной группы. Скорость заживления ожоговой раны снижалась с 5,1 до 3,1% в сут. Наибольшие нарушения регенерации β-лучевой травмы кожи происходили на фоне общего γ-облучения в дозах 6-6,5 Гр. Заживление β-лучевого поражения при этом задерживалось до 34 сут. Средний срок отслоения струпа составлял 47 сут или на 16 сут больше, чем у животных с изолированным β-лучевым ожогом. Скорость заживления пораженного участка кожи замедлялась в 1,5 раза по сравнению с контролем и не превышала 2,9% в сут.
Более отчетливо ослабление восстановительных процессов в зоне лучевого повреждения кожи у тотально облученных в дозах 4-6,5 Гр животных прослеживалось при локальном облучении кожи в дозе 60 Гр (табл.2). Так, уже при общему γ-облучении животных в дозе 4 Гр почти на 10 сут увеличивались период заживления и сроки отслоения струпа. Скорость заживления ожоговой раны снизилась до 3,4% в сут. С увеличением дозы общего облучения до 5 Гр, как и в случае формирования β-лучевого ожога, вызванного местным β-облучением в дозе 30 Гр, наблюдалось более выраженное торможение постлучевой регенерации. При таком варианте моделирования лучевой травмы период заживления β-лучевого повреждения был на 15 сут больше, чем у животных с изолированным лучевым ожогом и составлял 35 сут. Полное отслоение струпа происходило только через 48-52 сут от момента облучения или в среднем на 16-20 сут больше, чем у животных с изолированным β-лучевым ожогом. В условиях такой сочетанной лучевой травмы скорость заживления β-лучевого поражения кожи снижалась в 1,8 раза по сравнению с контролем и не превышала 2,9% в сут. При увеличении дозы общего γ-облучения с 5 до 6-6,5 Гр дальнейшего угнетения регенерации β-лучевого повреждения не происходило. Следует отметить, что с увеличением дозы облучения кожи с 30 до 60 Гр, под влиянием общего γ-облучения в дозах 4-6,5 Гр снижался порог дозы общего облучения, начиная с которого наблюдалось существенное изменение интенсивности репаративных процессов в коже животных, подвергнутых местному радиационному воздействию. Общее γ-облучение уже в дозе 4 Гр способствовало снижению скорости заживления раны на 30%. Состояние ожоговой раны у крыс при сочетанных радиационных поражениях показано на фиг.1.
Проведенные эксперименты показали, что под влиянием общего γ-облучения существенно нарушается течение восстановительных процессов в зоне β-лучевого поражения кожи III-а степени. В то же время локальное β-облучение кожи в дозах 30 и 60 Гр не оказывало усугубляющего действия на тяжесть лучевого поражения от общего γ-облучения. При оценке выживаемости животных было установлено, что  местное β-облучение кожи в дозах 30-60 Гр не оказывало существенного модифицирующего влияния на 30-суточную выживаемость крыс, подвергнутых общему γ-облучению в дозах 4-6,5 Гр (табл.3). Как и при "чистом" γ-облучении, минимальная летальная доза (СД10/30) при СРП составляла 5 Гр, среднелетальная - 6,5 Гр.
Таким образом, в ходе проведенной работы удалось создать модель СРП, включающем локальное β-облучение кожи и общее γ-облучение в сублетальных и среднелетальных дозах. В развитии поражения наблюдаются изменения в течение местных репаративных процессов - существенное, в 1,5-1,8 раз, увеличение сроков заживления лучевых ожогов. Взаимного отягощения не происходило. На выживаемость животных с СРП оказывало влияние только действие общего γ-облучения.
Таблица 1
Влияние общего γ-облучения в различных дозах на течение местного поражения у крыс, подвергнутых воздействию бета-излучения в дозе 30 Гр (M±m, n=12)
Доза общего γ-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, %·сут<sup>-1</sup>
0 (контроль)
6,9±0,8
4,7±0,6
11,6±1,3
31,2±2,2
19,6±1,9
5,1±0,6
4
7,1±1,1
4,7±0,7
11,8±1,5
36,1±2,6
24,3±2,1
4,1±0,5
5
7,0±1,1
5,3±0,7
12,3±1,4
44,8±2,8*
32,5±2,2*
3,1±0,4
6
7,2±1,3
5,7±0,6
12,9±1,2
47,2±2,8*
34,3±2,0*
2,9±0,3*
6,5
7,2±1,2
5,7±0,5
12,9±1,1
46,9±2,2*
34,0±1,8*
2,9±0,3*
Примечание: * - различия достоверны (p<0,05) по сравнению с контролем.
Таблица 2
Влияние общего γ-облучения в различных дозах на течение местного поражения у крыс, подвергнутых воздействию бета-излучения в дозе 60 Гр (М±m, n=12)
Доза общего гамма-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, %·сут<sup>-1</sup>
0 (контроль)
6,0±0,3
7,2±0,4
13,2±0,9
32,8±2,6
19,6±1,8
5,1±5
4
6,8±0,4
6,1±0,5
12,9±0,9
42,1±2,5*
29,2±2,2*
3,4±0,5*
5
6,3±0,3
7,3±0,6
13,6±1,1
48,4±2,8*
34,8±2,3*
2,9±0,3*
6
6,0±0,2
7,9±0,4
13,9±0,9
52,1±2,6*
38,2±2,2*
2,6±0,2*
6,5
5,8±0,2
8,0±0,3
13,8±1,0
49,6±2,3*
35,8±2,0*
2,8±0,3*
Примечание:
* - различия достоверны (p<0,05) по сравнению с контролем.
Таблица 3
Влияние МЛП на 30 сут выживаемость крыс, подвергнутых общему облучению в различных дозах (M±n, n=12)
Группы опытов
30 сут выживаемость, % после общего γ-облучения, в дозах, Гр
0
4
5
6
6,5
Контроль (без облучения)
0+7
0+7
8±7
25±12
50±13
МЛП, 30 Гр
0+7
0+7
8±7
25±12
42±13
МЛП, 60 Гр
0+7
0+7
8±7
25±12
50±13