CC BY
72
Морфофункциональные изменения кожи у лиц, подвергшихся воздействию низких уровней ионизирующей радиации
Поровский Я.В., Тетенев Ф.Ф.
The morphofunctional changes in the skin after long influence of low-scale ionizing radiation
Porovsky Ja.V., TetenevF.F.
Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск
© Поровский Я.В., Ф.Ф. Тетенев Ф.Ф.
С целью оценки изменений, возникших в коже у лиц, подвергшихся воздействию низкого уровня ионизирующей радиации, было проведено морфофункциональное исследование биопсийного материала кожно-мышечного лоскута 2 групп лиц: 19 ликвидаторов последствий аварии на Чернобыльской АЭС и 27 проживающих в зоне влияния Сибирского химического комбината. Анализ материала показал, что наибольшие изменения в обеих группах регистрируются в эпидермисе в виде утолщения рогового и клеточного слоев, а также наличием воспалительной инфильтрации лимфоцитов с явлениями продуктивного панваскулита в большинстве артериол. Предполагается, что в коже пострадавших развивается как защитная реакция в виде пролиферативного гиперкератоза, так и иммунопатологическая за счет активации клеточного слоя эпидермиса с формированием эф-фекторного звена иммунного ответа, способствующего взаимодействию эпидермальных Т-лимфоцитов со структурами эндотелиальных клеток сосудов дермы и системному вовлечению кровеносных сосудов микроциркуляторного русла.
Ключевые слова: малые дозы, низкая интенсивность ионизирующего излучения, отдаленные последствия, кожа, морфофункциональные изменения.
We researched musculocutaneous samples in two experimental groups, including 19 Chernobyl liquidation participants and 27 residents of the Siberian chemical combine zone, to trace the changes, which had happened in their skin after a long period of constant small-scale ionizing radiation influence.
The analysis showed that the greatest changes had taken place in the epidermis of both groups in the form of thickening of horny and cellular layers and inflammatory infiltration of lymphocytes provided with the productive panvas-culitis in the majority of arterioles.
It is supposed, that after the long small-scale irradiation influence, in the skin develops two forms of reaction: defense reaction in the form of proliferative hyperkeratosis and immunopathological reaction, which is a consequence of activation in the cellular layer of epidermis combined with the appearance of effector section of immune answer, which stimulates the interaction of epidermal T-lymphocytes with the endothelial cells of derma vessels and participation of blood vessels of microcircular channel.
Key words: small doses of radiation, intensity of ionizing radiation, remote consequences, skin, morphofunctional of change.
УДК 611.77:612.79
Введение
В настоящее время уделяется большое внимание проблеме последствий воздействия на человека малых доз и интенсивностей ионизирующего излучения. В Томске проживает около тысячи ликвидаторов последствий аварии на Черно-
быльской АЭС (ЛПА), для которых характерна высокая частота выхода на инвалидность [7]. По официальным данным, большинство ЛПА, участвовавших в ликвидации последствий аварии в поздний период работ, подверглись воздействию малых доз радиации [1].
Экспериментальные и клинические исследования
В результате аварии на радиохимическом заводе Сибирского химического комбината (СХК) радиационному воздействию подверглись населенные пункты Томского района — пос. Наумовка и Георгиевка, находящиеся к северо-востоку от СХК. Жителей поселков, пострадавших от аварии на СХК, по уровню радиационного воздействия, исходя из определения малых доз, можно отнести к этому контингенту лиц [2].
Данные литературы по влиянию радиации на кожу человека представлены в основном ее изменениями при ОЛБ, описанием локальных поражений, развивающихся в результате лучевой терапии. Относительно эффектов малых доз и интенсивностей ионизирующего облучения опубликованы единичные сообщения об учащении злокачественных новообразований кожи у жителей Южного Урала [13]. Аналогичная настороженность в отношении поздних эффектов малых доз радиации на кожу человека была высказана значительно раньше [18].
В структуре кожи имеются ткани с неодинаковыми морфологическими свойствами, и можно ожидать, что облучение будет оказывать разное воздействие на отдельные элементы эпидермиса, придатки кожи, сосуды, дерму, нервную и субдермальные ткани [3].
J. Streilein предположил, что существует популяция лимфоцитов с аффинитетом к коже (лимфо-идная ткань, ассоциированная с кожей Skin-Associated Lymphoid Tissue — SaLt) [21]. Позже начало развиваться учение о коже как периферическом органе иммунной системы, в котором она рассматривается не только как мишень поражений, но и как активный участник многих типов иммунологических реакций [4, 20].
Цель работы: оценить морфологическое и морфофункциональное состояние эпидермиса, собственно кожи, гиподермы и мышц по биопсии кожно-мышечного лоскута из внешне неизмененной кожи голени у ЛПА и пострадавших в результате аварии на СХК.
Материал и методы
Исследование проведено в 1997—1999 гг. при госпитализации пациентов на обследование в пропедевтическую терапевтическую клинику
СГМУ. Первая группа состояла из ЛПА (19 мужчин в возрасте от 30 до 61 года, в среднем — 44,5 года). У 15 пациентов основной причиной госпитализации в клинику была патология сердца и сосудов (ИБС, гипертоническая болезнь, энцефалопатия), у 2 — бронхо-легочной системы (хронический бронхит), у 2 — опорно-двигательного аппарата (остеохондроз позвоночника, деформирующий артроз). Они участвовали в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС в конце 1986, 1987, 1988 гг. Большинство выполняло работы по уборке территории и находилось в зоне аварии 2—4 мес. У 12 официальная доза по индивидуальному дозиметру составила 4—26 бэР, у остальных была неизвестна. Вторая группа — жители пос. Наумовка и Георгиевка (20 мужчин, 7 женщин в возрасте от 19 до 66 лет,
в среднем — 41,8 года, длительность проживания в поселке от 10 до 47 лет, в среднем — 22,2 года). У 12 пациентов основные жалобы были обусловлены патологией желудочно-кишечного тракта (хронический холецистит, язвенная болезнь ДПК), у 7 — сердечно-сосудистой системы (ИБС, гипертоническая болезнь), у 5 диагностирован хронический бронхит, у 2 — хронический пиелонефрит, у 1 — остеохондроз позвоночника.
По данным обследования, проведенного областным центром Госсанэпиднадзора, Государственным институтом прикладной экологии, в результате взрыва, произошедшего 6 апреля 1993 г. на радиохимическом заводе СХК, в окружающую среду были выброшены радионуклиды (ниобий-95, цирконий-95, рутений-106, -103, сурьма-125), сформировавшие на почве радиоактивный след [2, 5]. Дополнительно к анамнестическим данным (участие в работах по ликвидации аварий, проживание в районе радиационной аварии), факт радиационного воздействия у пострадавших подтвержден цитогенетическими исследованиями — повышением числа хромосомных аберраций у ЛПА и уровня микроядер в эритроцитах и лимфоцитах периферической крови —
у жителей Наумовки и Георгиевки. В настоящее время эти цитогенетические изменения признаны маркерами радиационного воздействия [15].
Поровский Я.В., Тетенев Ф.Ф.Морфофункциональные изменения кожи у лиц, подвергшихся воздействию низких уровнеI
Биопсия кожно-мышечного лоскута проводилась в области задней поверхности голени в условиях хирургической клиники с согласия пациента. Гистологические препараты готовились после фиксации биопсийного материала в 12%-м нейтральном формалине, обезвоживания в батарее спиртов возрастающей концентрации и заключения в парафин. Срезы кожи толщиной 5— 7 мкм после депарафирования окрашивали гематоксилином и эозином. Морфофункциональное состояние кожи оценивали с помощью гистомет-рических критериев. Производилось измерение толщины эпидермиса, клеточного и рогового слоев. В дерме определяли количество кровеносных сосудов в расчете на 1 мм2. Обращали внимание на наличие признаков расстройств кровообращения, количество и наличие дистрофических изменений в волосяных фолликулах, потовых и сальных железах. Отмечали клеточный состав и наличие воспалительных изменений. В качестве контроля использовался кожно-мышечный лоскут, взятый у 13 трупов, причиной смерти которых не были островоспалительные и системные заболевания, а также род профессиональной деятельности и проживание которых исключали воздействие радиации. Статистический анализ выполнялся с использованием пакета программ 31а11зИка. Результаты представлены как М ± т, где М — среднестатистическое значение, т — ошибка среднего. Для сравнения средних величин двух групп с нормальным распределением применялся критерий Стьюдента t. В случае ненормального распределения значений использовался критерий и (Вилкоксона— Манна—Уитни). В каждой процедуре статистического анализа уровень значимости Р принимался равным 0,05.
Результаты и обсуждение
Анализ биопсийного материала показал, что наибольшие изменения в обеих группах регистрируются в эпидермисе, микроциркуляторном русле дермы и характеризуются наличием воспалительной инфильтрации лимфоцитов. Толщина эпидермиса возрастала от первой ко второй группе и составила в среднем 0,042 ± 0,005 мм — в первой, 0,049 ± 0,004 — во
второй и 0,025 ± 0,001 — в контрольной (Р < 0,05 и Р < 0,001 соответственно) (см. таблицу). Утолщение эпидермиса происходило как за счет клеточного, так и за счет рогового слоев. Величина клеточного слоя также возрастала от первой ко второй группе и составила в среднем в первой группе — 0,037 ± 0,005 мм, во второй — 0,046 ± 0,004, в контрольной — 0,024 ± ± 0,001 (Р < 0,05 и Р < 0,001 соответственно). Различия в толщине эпидермиса и клеточного слоя между первой и второй группой были недостоверными. Средние значения рогового слоя были, однако, одинаковы в первой и второй группе (0,0040 ± 0,0006 и 0,0040 ±
± 0,0004 мм соответственно), но превышали величину рогового слоя в контрольной группе — 0,0014 ±
± 0,0001 мм (Р < 0,001 и Р < 0,001 соответственно). Это показывает, что, наряду с увеличением толщины эпидермиса в первой и, в большей степени, во второй группе, имелись некоторые различия в соотношениях клеточного и рогового слоев внутри групп. Если в контрольной группе процентная величина клеточного и рогового слоев составила соответственно 96 и 4%, то в первой группе — 90 и 10%, во второй — 92 и 8%, т.е. при несколько большей реакции клеточного слоя у лиц, пострадавших от аварии на СХК, гиперкератоз был более выражен у ЛПА.
Анализ изменений микроциркуляторного русла показал, что, как в первой, так и во второй группе, стенки большинства артерий мелкого типа, артериол, капилляров утолщены, просвет их сужен. Это является следствием набухания эндотелия, утолщения стенок за счет склероза и плазматического пропитывания, а также различной степени выраженности лимфоцитарной инфильтрации. В большинстве артериол отмечались явления продуктивного панваскулита (рис. 1, 2). Лимфоцитарная инфильтрация отмечалась также периваскулярно и вокруг волосяных фолликулов и сальных желез. Количество сосудов в расчете на 1 мм2 в первой группе составило 16,89 ± 1,9, во второй — 16,11 ± 1,6, что существенно не отличалось от средних значений контроля — 16,92 ± 1,2 (Р < 0,05). Описанные явления сочетались с атрофическими изменениями
эпидермиса, придатков кожи и неравномерным
Экспериментальные и клинические исследования гиперкератозом.
Толщина эпидермиса и его слоев (мм)
Эпидермис Клеточный слой Роговой слой
Показатель M ± m M ± m % от эпидермиса M ± m % от эпидермиса
Контроль (п = 13) 0,025±0,001 0,024±0,001 96 0,0014±0,0001 4
1-я группа (п = 19) 0,042±0,005 0,037±0,005 90 0,0040±0,0006 10
2-я группа (п = 27) 0,049±0,004 0,046±0,004 92 0,0040±0,0004 8
Достоверность различий Pk - 1 < 0,05 Pk - 2 < 0,001 P1 -2 — Pk - 1 < 0,05 Pk - 2 < 0,001 P1 -2 — Pk - 1 < 0,001 Pk - 2 < 0,001 P1 -2 —
Рис. 1. Гистологический препарат биоптата кожи х250. Лим-фоцитарная инфильтрация и явления продуктивного васкули-та у ликви- датора аварии на Чернобыльской АЭС
Рис. 2. Гистологический препарат биоптата кожи х250. Лим-фоцитарная инфильтрация и явления продуктивного васку-
лита у прожи-вающего в зоне влияния Сибирского химического комбината
В настоящее время исследованиями установлено, что различные формы лучевых реакций кожи зависят от поглощенной дозы, мощности, энергии и качества излучения [3]. Традиционно клиническое описание лучевого поражения и восстановления является, как правило, качественным, состоящим из регистрации клинических, оцениваемых визуально, и/или морфологических изменений. Научный и практический интерес представляет количественная оценка изменений.
Радиобиологические исследования показывают, что реакция кожи на радиационное воздействие при высоких дозах излучения может проявляться в виде острой лучевой реакции, в основе которой лежит нарушение клеточной кинетики и гибель клеток базального слоя эпидермиса (первая критическая система), и поздних эффектов, обусловленных изменением эндотелия сосудов дермы (вторая критическая система) [11]. При действии энергии мягкого излучения большее значение имеют первичные изменения в эпидермисе с развитием процесса in situ [6, 11]. Поскольку восстановление общей клеточности эпидермиса может быть обусловлено размножением неповрежденных базальных клеток, фолликулярного эпителия либо миграцией делящихся клеток с менее поврежденных участков кожи, учитывая вертикальную анизоморфию при глубинном распределении базальных клеток, целесообразно клеточный состав определять во всем эпидермисе, ко-
Поровский Я.В., Тетенев Ф.Ф.Морфофункциональные изменения кожи у лиц, подвергшихся воздействию низких уровнеi
гда учитываются не только базальные клетки, но и все клетки, имеющие ядра. Это будет характеризовать продуктивность базальных клеток, про-лиферативный компартмент эпидермиса [11]. При ороговении происходят последовательные изменения в кератиноцитах (эпидермоцитах) — синтез и накопление кератогиалина и гидролиз цитоплазматических и ядерных компонентов клеток по мере их продвижения к поверхности кожи. Кератин характеризуется стойкостью к механическим, физическим и химическим факторам. Благодаря этим свойствам кератина роговой слой выполняет барьерно-защитную функцию. Увеличение клеточного слоя приводит к повышению его функциональной активности, избыточному образованию кератина и утолщению рогового слоя, т.е. развитию пролиферативного гиперкератоза [12].
Оценивая с морфологических позиций изменения, наступающие в коже при облучении, многие авторы полагают, что они относятся к воспалительным [3], а наличие местной гистиоцитарной реакции со скоплением большого количества лабрацитов и плазматических клеток послужило для некоторых авторов поводом рассматривать местную тканевую реакцию как проявление аутоиммунного процесса. В подтверждение иммунопатологических изменений у ЛПА в отдаленные сроки после облучения выявлено увеличение ау-тоантител к тканям тимуса, щитовидной железы, уровня циркулирующих иммунных комплексов [9].
В последнее время большое внимание уделяется цитокинам, описаны обнадеживающие данные их применения при лечении лучевой болезни [14]. Рядом работ доказано, что кератиноциты способны синтезировать и секретировать различные цитокины, способствующие развитию и модуляции иммунных и воспалительных процессов в коже (интерлейкины, колониестимулирую-щие факторы, интерфероны, факторы некроза опухоли и т.д.). Им отводится основная роль в пролиферации и дифференциации эпидермаль-ных Т-лимфоцитов, обладающих аффинитетом к коже и выполняющих роль рециркулирующих клеток, а также формирующих пул клеток памяти [4, 19, 20]. Установлено, что любая воспалительная реакция сопровождается вовлечением в процесс сосудов микроциркуляторного русла.
Dr. Burger и M.R. Vetto (1982) [8] выдвинули гипотезу, предусматривающую участие эндотелиоци-тов артерий в осуществлении клеточного ответа. Эта гипотеза базируется на следующих основных положениях — эндотелиоциты активируются циркулирующими сенсибилизированными Т-клетками, активизированный местно эндотелий сосудов усиливает адгезию клеток участников иммунного ответа, при взаимодействии эндоте-лиоцитов с Т-клетками развивается местная гиперчувствительность замедленного типа. В настоящее время доказано, что цитокины, вырабатываемые активированными клетками, являются индуктором экспрессии молекул адгезии (Е-селектинов, интегринов) на эндотелиальных клетках капилляров и тем самым влияют на процессы контактного взаимодействия клеток при иммунном ответе, их миграцию через стенку сосуда [19, 22]. Приведенные данные показывают, что кератиноциты и микроциркуляторное русло кожи, находясь в тесном контакте с эпидермальными Т-лимфоцитами, представляют активное эффек-торное звено периферической иммунной системы.
Изменения клеточного и цитокинового звеньев иммунитета, наблюдаемые при воздействии ионизирующего излучения в малых дозах [17], могут способствовать нарушению механизма местного клеточно-опосредованного киллинга и за счет рециркулирующих Т-лимфоцитов переходу процесса на системный уровень с формированием в коже пула клеток памяти.
Большая выраженность клеточного слоя у лиц второй группы, вероятно, обусловлена проживанием в зоне влияния СХК. Длительное проживание на территориях, прилегающих к СХК, может являться причиной дополнительного низкоинтенсивного радиационного воздействия [10, 16].
Заключение
Таким образом, в коже у ЛПА и лиц, пострадавших в результате аварии на СХК, развивается как защитная реакция в виде пролиферативного гиперкератоза, так и иммунопатологическая за счет активизации клеточного слоя эпидермиса. Это может способствовать формированию эф-
Экспериментальные и клинические исследования
фекторного звена иммунного ответа, пула клеток памяти с системным вовлечением сосудов мик-роциркуляторного русла. Наличие измененной иммунологической реактивности, возникающей при действии низких уровней ионизирующего излучения, способствует нарушению «единства повреждения и защиты» в воспалении, и последнее приобретает характер затяжного, вялотекущего, гипергического.
Литература
1. Гуськова А.К. Радиация и мозг человека // Мед. радиол. и радиац. безопасность. 2001. Т. 46. < 5. С. 47— 55.
2. Жаткин О.А., Салеев А.А. Значение аварии 1993 года на Сибирском химическом комбинате в облучении населения: Тезисы докл. // Научно-практическая конференция, посвященная 10-летию аварии на Чернобыльской АЭС. Современные аспекты оценки действия малых доз радиации на организм человека. 11—12 апреля 1996. Томск, 1996. С. 10—12.
3. Задорожный Б.А, Звягинцева М.В. Лучевые поражения кожи. Киев: Здоровье, 1966. 175 с.
4. Зимина И.В., Лопухин Ю.М., Арион В.Я. Кожа как иммунный орган: клеточные элементы и цитокины // Иммунология. 1994. < 1. С. 8—13.
5. Иванов А.Б., Герасимов Ю.С., Носов А.В. Основные результаты исследования радиоэкологической обстановки в районе г. Томск-7 после аварии на СХК // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: Материалы международной конференции. Томск, 22—24 мая 1996 г. Томск: Изд-во ТПУ, 1996. С. 290—293.
6. Иванов А.Е., Куршакова Н.Н., Шиходыров В.В. Патологическая анатомия лучевой болезни. М.: Медицина, 1981. 303 с.
7. Капилевич Л.В., Александрова Т.Б. Участники ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, проживающие в Томской области: состояние здоровья и организация медицинской помощи. Медицинские и экологические эффекты ионизирующей радиации (к 15-летию аварии на Чернобыльской АЭС). Материалы международной научно-практической конференции, 21—22 июня 2001 года. Северск—Томск / Ред. Р.М. Тахауов, Л.В. Ка-пилович, А.Б. Карпов. Томск, 2001. С. 16—19.
8. Кузник Б.И., Васильев Н.В., Цыбиков Н.Н. Иммуногенез, гемостаз и неспецифическая резистентность организма. М.: Медицина, 1989. 320 с.
9. Киселева Е.П., Косицкая Л. С., Фрейдлин И.Я. и др. Аутоиммунные сдвиги у ликвидаторов через 11 лет после аварии на ЧАЭС // Радиационная биология. Радиоэкология. 2000. Т. 40. < 1. С. 32—36.
10. Меркулов В.Г., Глухов Г.Г., Резчиков В.Н. Использование пылеаэрозольных выпадений для радиационного мониторинга окружающей среды // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: Материалы международной конференции, Томск, 22—24 мая 1996. Томск: Изд-во ТПУ, 1996. С. 290—293.
11. Осанов Д.П. Дозиметрия и радиационная биофизика кожи. М.: Энергоатомиздат, 1990. 232 с.
12. Патология кожи / Под ред. В.Н. Мордовцева, Г.Н. Цветковой. М.: Медицина. 1993. 336 с.
13. Писклакова Т.П., Ковалев Ю.Н., Истомина С.М., Шевченко В.Н. Особенности течения базальнокле-точного рака кожи на Южном Урале // Рос. журн. кож. и вен. бол. 1998. < 5. С. 9—10.
14. Рождественский Л.М. Интерлейкин-1 — центральный провоспалительный цитокин плейотропного действия в аспекте лечения лучевых поражений в эксперименте и клинике // Мед. радиол. и радиац. безопасность. 2001. Т. 46. < 4. С. 5—10.
15. Севанькаев А.В. Некоторые итоги цитогенетических исследований в связи с оценкой последствий Чернобыльской аварии // Радиационная биология. Радиоэкология. 2000. Т. 40. < 5. С. 589—595.
16. Смиренный Л.Н., Федосеев Г.А., Моисеев Б.М. Восстановления доз облучения населения методом ЭПР-метрии эмали зубов // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: Материалы международной конференции, Томск, 22—24 мая 1996. Томск: Изд-во ТПУ, 1996. С. 290—293.
17. Тимошевский А. А, Гребенюк А.Н., Калинина Н.М. с соав. Состояние клеточного и цитокинового звеньев иммунитета у участников ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС через 10—12 лет после выхода из зоны повышенной радиационной опасности // Мед. радиол. и радиац. безопасность. 2001. Т. 46. < 4. С. 23—27.
18. Халс Э.В. Биологическое действие радиации на кожу (поздние эффекты) // Радиация и кожа. Материалы симпозиума. Великобритания, 1963. Пер. с англ. / Под ред. Д. П. Осанова. М.: Атомиздат, 1969. 104 с.
19. Ярилин А.А. Симбиотические взаимодействия клеток иммунной системы // Иммунология. 2001. < 4. С. 16—20.
20. Felicianic, Gupta A.K, Sander D.N. Keratinocytes and cytokine growth factors // Crit. Rev. Oral. Medicine. 1996. V. 7. Р. 300—318.
21. Streinlein J.W. Skin-associated lymphoid tissue (SALT): original and functions // J. Invest. Dermatol. 1983. V. 80. Р. 12—16.
22. Ziff M. Role of endothelium in chronic inflamation springer // Semin. Immunopathol. 1989. V. 1. Р. 199— 214.
Поступила в редакцию 27.09.2002 г.
