CC BY
23
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 3 - P. 171-176
УДК: 616.001.6:537.5
ОЦЕНКА МОДИФИКАЦИИ ЭФФЕКТОВ у-ИЗЛУЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТА
С.Н. ЗОЛОТАРЕВА, В.В. ЛОГАЧЕВА
ФГБОУВО «Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, кафедра гистологии, ул. Студенческая д. 10, г. Воронеж, 394036, Россия, тел.: +7 (4732) 53-02-93,
e-mail: [email protected]
Аннотация. В последние годы вновь набирает актуальность проблема контакта человека с воздействием у - облучения, обусловленная учащением техногенных аварий, ядерными испытаниями и накоплением радиоактивных отходов. Основной задачей современных радиобиологов является разработка системы мероприятий направленных на повышение резистентности организма к действию радиации за счет активизации внутренних адаптивных механизмов. В условиях эксперимента проведенного на белых беспородных половозрелых крысах - самцах с начальным возрастом четыре месяца исследовали модифицирующее влияние гипоксической газовой смеси и электромагнитного излучения на эффекты у - облучения при их раздельном и комплексном применении по соотношению основных морфологических критериев слизистой оболочки тощей кишки. Приоритетность применения модификаторов рассматривали на основе морфофункциональных изменений в слизистой оболочке тощей кишки, математического прогнозирования и корреляционной адаптометрии. По результатам исследования выявлены морфологические признаки развития компенсаторно-приспособительных реакций слизистой оболочки тощей кишки с участием тучных и митотических клеток в условиях применения гипоксической газовой смеси и электромагнитного излучения, соответственно. При комплексном применении факторов модифицирующий эффект суммировался, способствуя повышению радиорезистентности и развитию общего адаптационного синдрома.
Ключевые слова: тощая кишка, у-излучение, электромагнитное излучение, гипоксическая газовая смесь, модификация.
Актуальность. Ведущие радиобиологи современности, в последние несколько лет основной проблемой в своей отрасли исследований называют радиоактивное загрязнение окружающей среды вследствие техногенных аварий, ядерных испытаний и неконтролируемого в ряде случаев накопления радиоактивных отходов. В связи с этим сформулирована основная задача, поставленная перед радиобиологическим сообществом - это «изыскание различных средств защиты организма от ионизирующего излучения» с акцентом на дозы, определяющие высокий процент летальности [3,8]. Важную роль в оценке развития радиационного поражения и прогнозирования его течения играет резистентность организма и его адаптивные возможности. При этом корректность проведения предупреждающих мероприятий будет определяющей основой в исходе радиационного поражения и стимуляции обратимости процессов [2,7,8]. Опираясь на литературные данные, и собственные исследования установлено, что второй «критической» системой после органов кроветворения, определяющей течение лучевого поражения при действии летальных
доз ионизирующего излучения является кишечный эпителий. Именно поражение слизистой оболочки тонкого кишечника, нарушение его барьерных свойств, сопровождающихся гибелью энтероцитов, обезвоживанием и потерей электролитов, а как следствие развитием бактериальной инфильтрации и всасыванием из кишечника токсических метаболитов, определяет гибель организма в ранние сроки после воздействия радиации (3-5 сутки) [7,9]. Также достоверно установлена зависимость развития морфофункциональных сосудистых и стро-мальных реакций слизистой тонкой кишки на радиационное воздействие высвобождением биогенных аминов клетками микроокружения и диффузной эндокринной системы [2,5,7,9]. Опираясь на вышеизложенные данные актуальным становится рассмотрение модифицирующего влияния естественных радиопротекторов на проявления ионизирующего излучения по состоянию морфофункциональных компонентов слизистой оболочки тощей кишки. Основными критериями оценки радиорезистентности органа в условиях модификации целесообразно считать: митотические клетки,
как показатель степени целостности и восстановительной способности кишечного эпителия, и активные формы тучных клеток - как компоненты местной инкреторной системы органа, определяющей состояние гомеостатического равновесия за счет высвобождения биогенных аминов разного спектра действия [1,4,6].
Цель исследования - выявить модифицирующий эффект факторов радиационной и нерадиационной природы при их раздельном и комплексном применении по морфологическим критериям, определяющим функциональное состояние слизистой оболочки тощей кишки.
Материалы и методы исследования. Эксперимент выполнен на 126 половозрелых беспородных лабораторных крысах-самцах с начальным возрастом 4 месяца. Животные были распределены на 5 экспериментальных групп. Первую группу составили контрольные крысы. Крыс второй группы подвергали однократному воздействию общего у-излучения в поглощенной дозе 10 Гр на установке «Хизо-трон», с мощностью радиационного воздействия 0,86 Гр/мин. Крыс третьей, четвертой и пятой экспериментальных групп подвергали со-четанному или комбинированному воздействию ионизирующего излучения с гипоксиче-ской газовой смесью (8% О2 и 92% N2 - ГГС-8) или/и низкочастотным электромагнитным излучением (установка «Хазар 2,5 Р», частота 2,4 ГГц, и плотностью потока мощности 10 мВт/см2 на протяжении 2,5 мин) - данный вид электромагнитного излучения по гигиенической классификации относится к СВЧ-диапазону, при этом у-облучение крыс проводилось сразу после применения гипоксической газовой смеси и через 12-15мин после электромагнитного излучения. Забой экспериментальных и контрольной групп крыс проводился в зимний период в одно и то же время суток через 1,7; 5; 24; 72 часа после воздействия факторов с разрешения этической комиссии. Животных умерщвляли декапитацией.
Для исследования морфологических критериев слизистой оболочки тощей кишки проводили ее фиксацию в растворе Беккера. После соответствующей проводки на стандартных срединных парафиновых срезах толщиной 6 мкм окрашенных гематоксилином-эозином изучали рельеф слизистой оболочки. Толщину базальной мембраны эпителиальной выстилки слизистой оболочки тощей кишки и бокаловидные клетки выявляли ШИК-реакцией на
гликопротеиды. Измерение высоты ворсинок, глубины крипт и толщины базальной мембраны проводили с помощью окуляр-микрометра. Скорость пролиферативных процессов оценивали, подсчитывая митотически делящиеся клетки (*1000) эпителия крипт. В межкрип -тальной строме при окраске основным коричневым по Шубичу с докраской гематоксилином подсчитывали общее число тучных клеток (*1000) и их морфофункциональных типов: активных форм - дегранулированных и вакуоли-зированных и недегранулированных - покоящихся. Статистическую обработку результатов исследования проводили на ПЭВМ Pentium III-500, с помощью пакетов программ Excel 2007, SPSS for Windows с использованием параметрических критериев. Для оценки степени развития адаптационных механизмов и приближения системы к гомеостатическому равновесию в условиях модификации использовали метод корреляционной адапто-метрии.
Результаты и их обсуждение. Применение однократного изолированного у-облучения в дозе 10 Гр вызывало выраженные деструктивные изменения морфологических эквивалентов системы «ворсинка-крипта». Выявлено истончение слизистой оболочки за счет достоверного снижения высоты ворсин и глубины крипт в хронодинамике наблюдения. Ворсинки деформированы и имеют вид барабанных палочек - с узким основанием и широкой верхушкой, крипты сужены. Энтероциты эпителиальной выстилки крипт, нижней и средней части ворсинок уплощенной формы, с единичными участками полного «облысения». Верхушки ворсинок покрыты высокими энтероцитами с деформированным ядром и множественными вакуолями в цитоплазме. Бокаловидные клетки эпителиальной выстилки единичные, суженные и опустошенные. В эпителии крипт число митотических клеток снижено до критического уровня (р<0,05) (рис. 1.). Базальная мембрана эпителиоцитов достоверно истончена на протяжении всех сроков наблюдения. Выявлено общее снижение площади стромального соединительнотканного компонента слизистой оболочки, на фоне расширения сосудистого компонента и его кровенаполнения. Общее число тучных клеток соединительнотканной стромы снижено в сравнении с контролем в 5,6-8,3 раза в динамике наблюдения. Среди морфо-функциональных типов тучных клеток преоб-
ладают недегранулированные формы, при этом дегрануляция достоверно снижена по всем срокам наблюдения, а лизис превышает контрольные значения (р<0,05) (рис. 1). Также в строме было выявлено повышение числа плазматических клеток и участки лимфоидной инфильтрации, затрагивающие эпителиальные структуры. Таким образом, при дозе у-облучения 10 Гр констатирована полная несостоятельность адаптивных и компенсаторно-приспособительных механизмов слизистой оболочки тощей кишки, что соответствует литературным данными о клинической картине лучевого поражения.
Рис. 1. Динамика морфологических эквивалентов слизистой оболочки тощей кишки в условиях эксперимента. Примечание: К - контроль, ДГ - деграну-лированные тучные клетки, ВК - вакуолизирован-ные тучные клетки, МК - митотические клетки
Сочетанное применение электромагнитного излучения СВЧ-диапазона и у-облучения в дозе 10 Гр вызывало истончение слизистой оболочки тощей кишки за счет снижения высоты ворсинок и глубины крипт. Ворсинки утолщенные (отечные), крипты расширены. Выявлена неоднородность изменений эпителиальной выстилки слизистой оболочки тощей кишки во временной динамике наблюдения. В первые часы (1,7 и 5 час) после предшествующего применения электромагнитного излучения эн-тероциты правильной призматической формы, бакаловидные клетки расширены и заполнены слизистым секретом, к началу первых суток энтероциты крипт уплощенные, с отсутствием бокаловидных клеток, клеточный состав и форма эпителиальной выстилки ворсинок не проявляла достоверных изменений. К концу третьих суток наблюдения в криптах выявлены энтероциты кубической формы, множественные бакаловидные клетки заполненные секре-
том. Эпителиоциты нижней и средней части ворсинок призматической формы с правильным ядром, количество бокаловидных клеток умеренное, на верхушках ворсинок среди морфологически неизменных клеток встречаются единичные с вакуолизированной цитоплазмой и деформированным ядром. Целостность эпителиальной выстилки слизистой оболочки тощей кишки на всем срокам наблюдения не нарушена. Число митотических клеток крипт достоверно снижено по всем срокам наблюдения (рис. 1). Базальная мембрана достоверно истончена в сравнении с контрольными значениями. В соединительнотканной строме слизистой оболочки тощей кишки наблюдалось незначительное расширение микроциркулятор-ного русла на протяжении первых суток и усиление кровенаполнения к последнему сроку наблюдения. Содержание тучных клеток соединительнотканной стромы снижалось во временной динамике эксперимента. Было выявлено достоверно снижение числа дегранули-рованных форм, недегранулированные напротив повышались, число вакуолизированных тучных клеток достоверно снижалось на протяжении первых суток, а к концу третьих суток превышало контрольные значения в несколько раз (рис. 1). Таким образом, модифицирующий эффект электромагнитного излучения проявлялся повышением числа митотических клеток крипт в сравнении с однократным у-облучением, утолщением слизистой оболочки и ее эпителиальной выстилки, а также за счет компенсаторно-приспособительных механизмов, реализуемых тучными клетками.
Комбинированное применение у-облучения и гипоксической газовой смеси вызывало снижение высоты ворсинок и глубины крипт в хроно-динамике эксперимента. Форма ворсинок и крипт неизменная, форма энтероцитов призматическая, только на верхушках ворсинок встречаются единичные клетки с вакуолизированной цитоплазмой, увеличено число бокаловидных клеток заполненных секретом. Число митотиче-ских клеток крипт достоверно снижено в хроно-динамике наблюдения (рис.1). Сосуды микро-циркуляторного русла апикальной части ворсинок расширены и кровенаполнены. К концу третьих суток наблюдения выявлена незначительная лимфоцитарная инфильтрация в отдельных участках ворсинок. Общее число тучных клеток достоверно снижено в хронодинамике наблюдения. Среди морфофункциональных типов
тучных клеток наблюдалось достоверное преобладание недегранулированных клеток, среди активных форм на протяжении первых суток лизис преобладал над дегрануляцией, а к концу третьих суток наблюдалось резкое снижение числа вакуо-лизированных клеток по отношению к контролю (рис. 1). Модифицирующий эффект гипоксиче-ской газовой смеси проявлялся в повышении высоты ворсинок и глубины крипт, восстановлении высоты энтероцитов слизистой оболочки на фоне усиления пролиферативной активности эпите-лиоцитов крипт по отношению к изолированному воздействию у-облучения.
В условиях комплексного применения модификаторов и у-облучения выявлено истончение слизистой оболочки тощей кишки за счет достоверного снижения высоты ворсинок и глубины крипт. Ворсинки незначительно расширены в апикальной части. Эпителиоциты крипт кубической формы с округлым ядром. Ворсинки в нижней и средней части покрыты кубическим эпителием, на верхушке наблюдались призматические эпителиоциты, как правильной призматической формы, так и с вакуо-лизированной цитоплазмой и выбухающими ядрами. Толщина бальной мембраны достоверно снижена в сравнении с контролем. Целостность базальной мембраны и эпителиальной выстилки не нарушена. В криптах выявлена достоверная митотическая активность, количественно сниженная относительно контрольных значений (рис. 1). В соединительнотканной строме слизистой оболочки незначительное расширение микроциркуляторного русла и его кровенаполнение. На фоне общего снижения числа тучных клеток, было выявлено уменьшение количества дегранулированных форм с достоверной тенденцией к восстановлению к концу третьих суток эксперимента, вакуолизи-рованные формы были достоверно повышены, но проявляли противоположную тенденцию к последнему сроку наблюдения (рис. 1). Модифицирующий эффект при комплексном применении электромагнитного излучения и ги-поксической газовой смеси проявлялся тенденцией к активизации адаптивных механизмов, выражавшихся в перераспределении способа выведения биологически активных веществ тучными клетками, а также восстановлением слизистой оболочки тощей кишки в сравнении с однократным изолированным у-облучением за счет частичного восстановления высоты ворсинок и глубины крипт. О предпо-
сылках к восстановлению гомеостатических процессов также свидетельствует повышение числа митотических клеток и толщины базаль-ной мембраны.
мк ;п с | ,'Ш ru
ДГрМИ1 ГГГ lYir.i ДГ(ЭЛШ+у10Гр)
^—Контроль — - 7Î чли ••• — 144часа
Рис. 2. Модель корреляционной адаптометрии по основным морфофункциональным критериям слизистой оболочки тощей кишки в условиях эксперимента с учетом прогноза. Примечание: ДГ - дегра-нулированные тучные клетки, ВК - вакуолизирован-ные тучные клетки, МК - митотические клетки
Расчет показателей корреляционной адаптометрии проводился по числу митотических клеток крипт, количеству дегранулированных и вакуолизированных тучных клеток соединительнотканной стромы слизистой оболочки тощей кишки. Временные параметры, учитываемые при построении модели: 72 часа - конечный срок наблюдения в условиях эксперимента, 144 часа - прогнозируемый на основании уравнения линейной регрессии срок, позволяющий косвенно оценить развитие картины модификации радиационного поражения. Так из рис. 2 видно, что для показателя числа митотических клеток крипт, более выраженный эффект адаптации просматривается в условиях комплексного действия факторов как в условиях эксперимента, так и в прогнозе. При раздельном действии модификаторов сходная тенденция выявлена для эффектов электромагнитного излучения.
Для показателя дегранулированных тучных клеток тенденция приближения к гомеостати-ческому равновесию выявлена в условиях модификации электромагнитным излучением, с большей выраженностью в прогнозе. Достоверное приближение к уровню гомеостатиче-ского равновесия по показателю дегранулированных тучных клеток констатировано в условиях комплексного действия факторов по всем срокам после воздействия. Для вакуолизиро-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 3 - P. 171-176
ванных тучных клеток приближение к гомео-статическому равновесию более выражен в условиях модификации гипоксической газовой смесью и при комплексном воздействии факторов. При этом в первом случае более четкий эффект наблюдается на сроках прогноза, а во втором как в прогнозе, так и в условиях эксперимента. Таким образом, модель корреляционной адаптометрии показала разнородность реакций основных морфофункциональных компонентов слизистой оболочки тощей кишки в направлении развития компенсаторно-
приспособительных механизмов и их достоверную синхронизацию при комплексном применении модификаторов.
Выводы. На основании морфометрическо-го анализа и математического моделирования установлена приоритетность комплексного применения гипоксической газовой смеси и электромагнитного излучения СВЧ - диапазона как модификаторов эффектов у-облучения, с предпосылкой к развитию компенсаторно-приспособительных реакций и общего адаптационного синдрома в условиях эксперимента.
ASSESSMENT OF MODIFICATION EFFECTS y-RADIATIONS IN EXPERIMENTAL CONDITIONS
S.N. ZOLOTAREVA, V.V. LOGACHEVA
Voronezh State N.N. Burdenko Medical University, Department of histology, Studencheskaya Str., 10, Voronezh, 394036, Russia, phone: +7 (4732)53-02-93, e-mail: [email protected]
Abstract. In recent years again gains relevance a problem of contact of the person with influence y -radiations, caused by increase of technogenic accidents, nuclear tests and accumulation of radioactive waste. The main objective of modern radio biologists is development of the system of actions of the internal adaptive mechanisms directed to increase in resistance of an organism to action of radiation due to activiza-tion. Under the conditions of the experiment conducted on white outbred mature male rats with an initial age of four months, the authors investigated the modifying effect of the hypoxic gas mixture and electromagnetic radiation on the effects of gamma irradiation in their separate and complex application according to the correlation of the basic morphological criteria of the jejunal mucosa. The authors considered the priority of using modifiers on the basis of morphofunctional changes in the jejunal mucosa, mathematical prediction and correlation adaptometry. Based on the results of the study, morphological signs of the development of compensatory-adaptive reactions of the jejunal mucosa with the participation of fat and mitotic cells under hypoxic gas mixture and electromagnetic radiation, respectively, were revealed. With complex application of the factors, the modifying effect was summed up, contributing to an increase in radioresistance and the development of a general adaptation syndrome.
Key words: jejunum, y-radiation, electromagnetic radiation, hypoxemic gas mix, modification.
Литература
1. Антонишкис Ю.А., Хадарцев А.А., Несмеянов А.А. Радиационная гематология в системе контроля состояния здоровья моряков (Гематологическая диагностика донозологических состояний и острой лучевой болезни). Тула - Санкт-Петербург, 2013. 304 с.
References
1. Antonishkis YUA, KHadarcev AA, Nesmeya-nov AA. Radiacionnaya gematologiya v sisteme kon-trolya sostoyaniya zdorov'ya moryakov (Gematologi-cheskaya diagnostika donozologicheskikh sostoyanij i ostroj luchevoj bolezni) [Radiation Hematology in the system of health control of seafarers (Hematological diagnosis of prenosological conditions and acute radiation sickness)]. Tula - Sankt-Peterburg; 2013. Russian.
2. Арташян О.С., Юшков Б.Г., Храмцова Ю.С. Морфологические аспекты участия тучных клеток в формировании общего адаптационного синдрома // Таврический медико-биологический вестник. 2012. Т. 15, №3-1. С. 22-25.
2. Artashyan OS, YUshkov BG, KHramcova YUS. Morfologicheskie aspekty uchastiya tuchnykh kletok v formirovanii obshchego adaptacionnogo sindroma [Morphological aspects of the participation of mast cells in the formation of the General adaptation syndrome]. Tavricheskij mediko-biologicheskij vestnik. 2012;15(3-1):22-5. Russian.
3. Владимиров С.Н., Скорик А.С. Современные проблемы радиобиологии // Международный журнал экспериментального образования. 2014. №8-3. С. 63-64.
4. Воронцова З.А., Дедов В.И., Есауленко И.Э., Ушаков И.Б., Хадарцев А.А. Системный анализ морфо-функциональных изменений в щитовидной железе при воздействии электромагнитного излучения низкой интенсивности: Монография. Тула: «Тульский полиграфист», 2004. 228 с.
5. Воронцова З.А., Золотарева С.Н., Дедов В.И. Модифицирующие эффекты комбинированных и сочетанных действий // Вестник новых медицинских технологий. 2010. Т. 17, № 2. С. 171-175.
6. Воронцова З.А., Ушаков И.Б., Хадарцев А.А., Есауленко И.Э., Гонтарев С.Н. Морфофункцио-нальные соотношения при воздействии импульсных электромагнитных полей / Под ред. И.Б. Ушакова. Тула: Изд-во ТулГУ - Белгород: ЗАО «Белгородская областная типография», 2012. 368 с.
7. Воронцова З.А., Черкасова Ю.Б., Золотарева С.Н. Морфолого-статистическая характеристика взаимодействия периферических эндокринных желез в экспериментальной модели отдаленных последствий у-облучения // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. 2014. №1. Публикация 2-22. URL: http://medtsu.tula.ru/ VNMT/Bulletin/E2014-1/4797.pdf (дата обращения: 30.04.2014). DOI: 10.12737/3867.
8. Гудков И.Н., Кудяшева А.Г., Москалёв А.А. Радиобиология с основами радиоэкологии. Сыктывкар: Изд-во СЫКТГУ, 2015. 512 с.
9. Золотарева С.Н., Кособуцкая С.А., Шишкина В.В. Эффекты модификации у- облучения измененной газовой средой в морфологических проявлениях // Журнал анатомии и гистопатологии. 2015. Т. 4, № 3. С. 54-55.
3. Vladimirov SN, Skorik AS. Sovremennye proble-my radiobiologii [Modern problems of radiobiology]. Mezhdunarodnyj zhurnal ehksperimental'nogo obrazovaniya. 2014;8-3:63-4. Russian.
4. Voroncova ZA, Dedov VI, Esaulenko IEH, Usha-kov IB, KHadarcev AA. Sistemnyj analiz morfo-funkcional'nykh izmenenij v shchitovidnoj zheleze pri vozdejstvii ehlektromagnitnogo izlucheniya niz-koj intensivnosti: Monografiya [System analysis of morpho-functional changes in the thyroid gland under the influence of low-intensity electromagnetic radiation: Monograph]. Tula: «Tul'skij poligrafist»; 2004. Russian.
5. Voroncova ZA, Zolotareva SN, Dedov VI. Modifi-ciruyushchie ehffekty kombinirovannykh i sochetan-nykh dejstvij [Modifying effects combined and inte-ractioned actions]. Vestnik novykh medicinskikh tekhnologij. 2010;17(2):171-5. Russian.
6. Voroncova ZA, Ushakov IB, KHadarcev AA, Esau-lenko IEH, Gontarev SN. Morfofunkcional'nye soot-nosheniya pri vozdejstvii impul'snykh ehlektromag-nitnykh polej. Pod red. I.B. Ushakova [Morphofunc-tional relations under the influence of pulsed electromagnetic fields. Under the ed. I. B. Ushakov]. Tula: Izd-vo TulGU - Belgorod: ZAO «Belgorodskaya oblastnaya tipografiya»; 2012. Russian.
7. Voroncova ZA, CHerkasova YUB, Zolotareva SN. Morfologo-statisticheskaya kharakteristika vzai-modejstviya perifericheskikh ehndokrinnykh zhelez v ehksperimental'noj modeli otdalennykh posled-stvij y-oblucheniya [Morfological and statistical characteristics of interaction of peripheral endo-crine glands in experimental model of remote consequences y-irradiation]. Vestnik novykh medi-cinskikh tekhnologij. EHlektronnoe izdanie [internet]. 2014[cited 2014 Apr 30];1[about 4 p.]. Russian. Available from: http://medtsu.tula.ru/VNMT /Bulletin/E2014-1/4797.pdf. DOI: 10.12737/3867.
8. Gudkov IN, Kudyasheva AG, Moskalyov AA. Ra-diobiologiya s osnovami radioehkologii [Radiobiology with the basics of radioecology]. Syktyvkar: Izd-vo SYKTGU; 2015. Russian.
9. Zolotareva SN, Kosobuckaya SA, SHishkina VV. EHffekty modifikacii y- oblucheniya izmenennoj ga-zovoj sredoj v morfologicheskikh proyavleniyakh [Effects of modification of y-irradiation by a modified gas medium in morphological manifestations]. ZHur-nal anatomii i gistopatologii. 2015;4(3):54-5. Russian.
