В связи с ухудшением экологической ситуации, возникновением регионов экологического бедствия (Приаралье, Семипалатинск, Чернобыль) одной из важнейших задач радиационной медицины является изучение особенностей метаболизма у определенных контингентов населения в зависимости от характера условий окружающей среды [3].
Проблема последствий радиационных катастроф приобретает особую актуальность в связи с тем, что на территориях, загрязненных радионуклидами, проживают большие контингенты людей и оценка отдаленных последствий действия ионизирующего излучения на организм человека остается актуальной и недостаточно разработанной [11].
Основой деструктивного действия ионизирующего излучения являются цепные свободнорадикальные реакции, сопровождающиеся активацией перекисного окисления липидов. Важную роль в оптимизации условий авторегулирования окислительно-восстановительных реакций играет антиоксидантная система организма, состояние которой во многом определяет радиоустойчивость. Естественные тканевые антиоксиданты путем блокирования свободных радикалов и других первичных продуктов радиолиза способны защитить живые организмы от естественного фона и низких доз ионизирующей радиации [1].
При повышенных же дозах проникающей радиации уровень естественных антиоксидантов в тканях оказывается уже недостаточным для инактивации нарастающего количества свободных радикалов. Свободные радикалы, накапливающиеся в облученном организме, обуславливают токсическое действие, развивающееся при лучевом поражении [4].
Как ионизирующая радиация, так и перекисное окисление – биологически значимые феномены, влияющие на живые системы. Их взаимосвязь составляет сущность процесса лучевого поражения клетки, организма, лежит в основе многих механизмов реакции живой системы на лучевое воздействие.
По сравнению с другими отдаленными биологическими эффектами воздействие радиационного облучения на людей наименее исследовано. В настоящее время наиболее изучены ранние эффекты, проявляющиеся в быстро пролиферирующих тканях. В то же время влияние облучения на биохимические реакции, протекающие в клетках различных органов, в отдаленные сроки после облучения остается изученным недостаточно.
Цель работы – изучить изменение обменных процессов животного организма в отдаленные сроки после действия внешнего тотального ионизирующего гамма-облучения в фракционированной дозе.
Цель исследования – изучить механизмы адаптации обменных процессов облученного организма в отдаленном периоде после воздействия острой дозы ионизирующего облучения.
Материал и методы исследования
Исследование проводили на 60 самцах белых нелинейных крыс массой 200–240 г, которые были подразделены на 4 группы: I – контроль (n = 15), II – облученные за 3 суток (n = 15), III – облученные за 30 суток (n = 15) и IV – облученные за 90 суток (n = 15) до выведения из эксперимента. Животных опытных серий облучали на радиотерапевтической установке Терагам гамма-лучами 60Сo. До облучения проводили топометрическо-дозиметрическую подготовку экспериментальных животных к облучению: объект укладывается на изоцентрическом терапевтическом столе рентгенсимулятора «Тerasix» (Чехия), который своей конструкцией и параметрами соответствует терапетическому столу гамма-облучателя. Срез рисунка облучаемых животных после отображения на экранах дисплеев непосредственно вводится в планирующую систему через сетевое подключение компьютера с помощью дигитайзера. Расчет изодоз был сделан с помощью планирующей системы «PlanW-2000» с получением топометрическо-дозиметрической карты с техническими параметрами и планируемыми дозами облучения. Животных подвергли общему гамма-облучению в дозе 6 Гр однократно: SSD – 97,2 см, SAD – 100,0 см, поле 40×40 см, t = 289 с. (SSD – расстояние от источника ионизирующего излучения в аппарате до условного центра облучаемого патологического очага; SAD – расстояние от источника ионизирующего излучения в аппарате до ближайшей к нему поверхности облучаемого объекта). Во время облучения животные находились в специально сконструированной клетке из органического стекла с изолированными ячейками для каждого животного. Основываясь на литературных данных [9, 10], животных выводили из эксперимента через 3, 30 и 90 (отдаленный период) суток после облучения. Эксперименты на животных проводили в соответствии с приказом Минздрава СССР от 12 августа 1977 г., Женевской конвенцией (1990 г.) и Хельсинкской декларацией о гуманном отношении к животным. Содержание диеновых конъюгатов (ДК) [5] и малонового диальдегида (МДА) [8] определяли в гомогенатах тканей селезенки и печени. Антиоксидантный статус оценивали по изменению индуцированной инвитпродукции ДК (ДКа) и МДА (МДАа) путем активации ПОЛ гомогенатов тканей [6]. Полученные результаты подвергали статистической обработке; различия оценивали по t-критерию Стьюдента [7].
Результаты исследования и их обсуждение
Проведенные исследования показали, что динамика содержания первичных продуктов ПОЛ в гомогенатах тканей селезенки после облучения по отношению к интактным животным составила 261,9 % (p < 0,001) (табл. 1). Более умеренный рост характеризовал состояние активированной продукции ДК, он составил 80,0 % (p < 0,01). При сравнительной оценке данных показателей было определено, что рост неактивированной продукции существенно превысил повышение активированной, что может говорить в пользу наличия адекватного антиоксидантного обеспечения тканей селезенки в ходе окислительного стресса, связанного с облучением в сублетальной дозе.
Значительно менее выраженным было повышение содержания в тканях селезенки экспериментальных животных вторичных продуктов липопероксидации (МДА), составившее на 3 день 65,3 % (p < 0,05) по отношению к интактным животным. В то же время достоверных различий по активированной продукции МДА не было выявлено, отмечалась только тенденция к росту показателя.
Через 1 месяц содержание ДК в тканях селезенки обследованных животных оставалось достоверно повышенным (на 138,1 %, p < 0,001), хотя, как видно, имело динамику к снижению. В то же время активированная продукция их практически нормализовалась.
Таблица 1
Содержание продуктов липопероксидации в селезенке экспериментальных животных, подвергнутых облучению в дозе 6 Гр
|
Показатель |
Интактные животные |
Облученные животные |
||
|
через 3 дня |
через 1 месяц |
через 3 месяца |
||
|
ДК, усл. ед. |
0,21 ± 0,02 |
0,76 ± 0,05*** |
0,50 ± 0,03*** |
0,25 ± 0,02 |
|
Дка, усл. ед. |
0,45 ± 0,03 |
0,81 ± 0,06** |
0,54 ± 0,05 |
0,53 ± 0,04 |
|
МДА, нмоль на 1 мг ОЛ |
1,18 ± 0,11 |
1,95 ± 0,14* |
2,03 ± 0,17* |
1,34 ± 0,10 |
|
МДАа, нмоль на 1 мг ОЛ |
1,76 ± 0,15 |
2,11 ± 0,20 |
2,14 ± 0,19 |
1,91 ± 0,14 |
Примечания: * – различия с показателями интактных животных достоверны, p < 0,05, ** – p < 0,01, *** – p < 0,001.
Был выявлен рост концентрации МДА как по отношению к интактным животным (на 72,0 %, p < 0,05), так и при сравнении с уровнем, определенным при исследовании через 3 дня. Активированная продукция МДА оставалась без динамики.
Данные изменения можно объяснить хроническим характером окислительного стресса у экспериментальных животных, подвергнутых облучению, сохраняющейся повышенной продукцией свободных радикалов в тканях, подвергающихся репаративным процессам и регенерации, угнетением антиоксидантных механизмов в результате длительного воздействия на них неблагоприятных факторов окислительного стресса.
У животных, обследованных через 3 месяца после облучения, в тканях селезенки достоверных различий по содержанию продуктов липопероксидации с интактными не было. Сохранялось лишь небольшое (в пределах 20 %) превышение концентрации ДК, МДА и их активированной продукции.
Таким образом, можно считать, что состояние активации окислительного метаболизма в тканях селезенки, вызванное действием ионизирующего излучения в сублетальной дозе, через 3 месяца спонтанно купируется.
В тканях печени через 3 дня после облучения (табл. 2) у экспериментальных животных наблюдалось выраженное увеличение содержания первичных продуктов перекисного окисления липидов (ДК). Превышение зарегистрированного уровня над показателем интактных животных составило 3,36 раза (p < 0,001). При этом также наблюдалось выраженное повышение активированной продукции диеновых конъюгатов, составившее 1,8 раза в сравнении с контролем, что свидетельствовало в большей степени о сохранности функциональных резервов антиоксидантной системы.
Уровень вторичных продуктов липопероксидации (МДА) повышался в меньшей мере (на 65,3 % относительно группы интактных животных), при этом различия активированной продукции были менее существенными и недостоверными (p > 0,05). Через 1 месяц содержание ДК снизилось относительно содержания через 3 дня, однако в высокодостоверной степени превышало уровень необлученных животных (в 2,75 раза, p < 0,001).
Активированная продукция ДК также снизилась, однако также оставалась повышенной относительно контрольной группы (на 94,5 %, p < 0,01).
В то же время уровень содержания МДА через 1 месяц повысился относительно содержания через 3 дня, как и в тканях селезенки. Тенденция к умеренному росту характеризовала также уровень МДА(а).
В отличие от тканей селезенки, через 3 месяца в печени отмечалась полная нормализация содержания ДК и ДК(а), а уровень МДА и МДА(а) оказался даже несколько ниже, чем у интактных животных.
Таблица 2
Содержание продуктов липопероксидации в печени экспериментальных животных, подвергнутых облучению в дозе 6 Гр
|
Показатель |
Интактные животные |
Облученные животные |
||
|
через 3 дня |
через 1 месяц |
через 3 месяца |
||
|
ДК, усл. ед. |
0,36 ± 0,03 |
1,21 ± 0,08*** |
0,99 ± 0,06*** |
0,34 ± 0,03 |
|
ДКа, усл. ед. |
0,55 ± 0,04 |
1,25 ± 0,09*** |
1,07 ± 0,10** |
0,56 ± 0,04 |
|
МДА, нмоль на 1 мг ОЛ |
1,44 ± 0,13 |
2,07 ± 0,15* |
2,26 ± 0,19* |
1,23 ± 0,09 |
|
МДАа, нмоль на 1 мг ОЛ |
2,02 ± 0,17 |
2,10 ± 0,20 |
2,32 ± 0,21 |
1,98 ± 0,15 |
Примечания: * – различия с показателями интактных животных достоверны, p < 0,05, ** – p < 0,01, *** – p < 0,001.
Данный факт свидетельствует о наличии больших компенсаторных возможностей печеночной ткани, обеспечивающих купирование нарушений свободно радикальных процессов, индуцированных действием ионизирующего излучения.
Результаты, полученные при анализе на содержание продуктов ПОЛ тканей надпочечников (табл. 3) в динамике, имели существенные особенности. Так, за первые 3 дня после облучения развилось лишь небольшое и минимально достоверное повышение содержания ДК (на 35,5 % относительно интактных животных, p < 0,05), содержание остальных определяемых продуктов не имело особенностей.
Таблица 3
Содержание продуктов липопероксидации в надпочечниках экспериментальных животных, подвергнутых облучению в дозе 6 Гр
|
Показатель |
Интактные животные |
Облученные животные |
||
|
через 3 дня |
через 1 месяц |
через 3 месяца |
||
|
ДК, усл. ед. |
0,31 ± 0,02 |
0,42 ± 0,03* |
0,58 ± 0,04*** |
0,39 ± 0,03* |
|
ДКа, усл. ед. |
0,43 ± 0,02 |
0,47 ± 0,04 |
0,62 ± 0,04* |
0,45 ± 0,05 |
|
МДА, нмоль на 1 мг ОЛ |
1,12 ± 0,10 |
1,19 ± 0,09 |
1,87 ± 0,15* |
1,58 ± 0,13* |
|
МДАа, нмоль на 1 мг ОЛ |
1,35 ± 0,11 |
1,35 ± 0,11 |
1,91 ± 0,18* |
1,74 ± 0,15* |
Примечания: * – различия с показателями интактных животных достоверны, p < 0,05, ** – p < 0,01, *** – p < 0,001.
Однако через 1 месяц было выявлено достоверное повышение содержания исследованных продуктов ПОЛ и их активированной продукции, составившее по ДК – 87,1 % (p < 0,001) относительно контрольной группы необлученных животных, МДА – 67,0 % (p < 0,05), ДК(а) – 44,2 % (p < 0,05) и МДА(а) – 41,5 % (p < 0,05) соответственно.
Через 3 месяца степень выявленных нарушений содержания продуктов ПОЛ в гомогенате тканей надпочечников снизилась, однако они оставались достоверными. Превышение концентрации ДК над показателями интактных животных составило 25,8 % (p < 0,05), МДА – 41,1 % (p < 0,05), МДА(а) – 28,9 % (p < 0,05).
Эти данные свидетельствуют как о минимальных возможностях для прямой постлучевой активации липопероксидации в тканях надпочечников (что, вероятно, связано с малой пролиферативной и умеренной метаболической активностью данных тканей, небольшим количеством лейкоцитов и других клеток, непосредственно или опосредованно продуцирующих свободные радикалы), так и о малых функциональных резервах антиоксидантных и прочих компенсаторных механизмов. Одной из причин пролонгированного течения нарушений окислительных процессов в надпочечниках может служить повышение их функциональной активности в относительно поздние сроки после облучения, поскольку катехоламины, в частности адреналин, обладают способностью прямо участвовать в цепных свободно радикальных процессах в тканях [11].
Выводы и заключение
Таким образом, сравнительный анализ динамики содержания продуктов ПОЛ в различных тканях животных, подвергнутых действию внешнего гамма-излучения в сублетальной дозе, позволил прийти к выводу о том, что повышение содержания продуктов липопероксидации в ранние сроки (3 сутки после облучения) было более характерно для тканей с высокой пролиферативной и метаболической активностью (селезенки, печени). В этих же органах отмечалась наиболее быстрая динамика коррекции данных нарушений. Ткани с наименее выраженной пролиферативной и метаболической активностью (надпочечники) характеризовались замедленным развитием реакции свободно радикального окисления на облучение и продолжительным периодом наличия нарушений.
Пролиферирующие кроветворные органы входят в число наиболее радиочувствительных элементов организма. Тяжесть и продолжительность панцитопении зависят от доли облученной кроветворной ткани, дозы, распределения ее во времени и качества излучения.
Рецензенты:Жетписбаев Б.А., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой физиологических дисциплин, Государственный медицинский университет, г. Семей;
Мынжанов М.Р., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой молекулярной биологии и генетики, Государственный медицинский университет, г. Семей.
Работа поступила в редакцию 06.03.2015.