CC BY
44
Сафонова В.Ю., Сафонова В.А.
ВЛИЯНИЕ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ НА ПОКАЗАТЕЛИ ГУМОРАЛЬНОГО ИММУНИТЕТА У ЖИВОТНЫХ
Исследовали влияние внешнего пролонгированного действия ионизирующей радиации низкой мощности в суммарных дозах 0,28; 0,56 и 0,85 Гр на содержание сывороточных иммуноглобулинов и циркулирующих иммунных комплексов у крыс. Длительность облучения составила 30, 60 и 90 суток. Показана зависимость гуморального звена иммунитета от длительности пребывания животных под облучением. Однократное действие радиации большой мощности в указанных дозах вызывает у животных иммунодефицитное состояние, обусловленное пониженным содержанием иммуноглобулинов классов А и М.
Одним из физических факторов загрязнения окружающей среды является радиация. В последние десятилетия прошлого столетия на планете произошло повышение естественного радиационного фона. Повышение произошло за счет ядерных взрывов как на объектах военного, так и гражданского назначения. Радиоактивные выбросы АЭС и других объектов ядерной энергетики, неправильная технология захоронения радиоактивных отходов явились дополнительным фактором загрязнения окружающей среды радионуклидами. Начиная с 1944 года в мире произошло 8 ядерных катастроф на закрытых ядерных комплексах и атомных электростанциях; 5 из них - на территории СНГ. Отсюда постоянно существует необходимость изучения механизмов биологического действия малых и надфоновых уровней радиации, как в натурных, так и в экспериментальных условиях.
Иммунная система в общебиологической оценке влияния ионизирующих излучений на организм занимает основополагающее значение. Поэтому она наряду с нервной и эндокринной системами проявляет немедленную реакцию на любое внешнее воздействие. В этой цепи иммунная система поддерживает целостность и генетическую однородность организма, уничтожая клетки с чужим или измененным геномом. Активно участвует во всех патологических и репаративных процессах, происходящих в организме. Кроме того, иммунная система часто принимает самое непосредственное участие в возникновении и поддержании патологического состояния (аллергические и аутоиммунные заболевания, иммунодефициты и т. п.).
В связи с этим целью работы явилось изучение влияния длительного гамма-облучения низкой мощности на некоторые показатели гуморального иммунитета в экспериментальных условиях. В задачу исследований входило:
1. Изучить длительное влияние малых уровней радиации в суммарных дозах 0,28; 0,56 и 0,84 Гр на содержание иммуноглобулинов (ИГ) классов в, М, А в сыворотке крови крыс.
2. Изучить влияние малых доз при длительном воздействии радиации на формирование циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК) в организме животных.
3. Провести сравнительный анализ по влиянию однократного и хронического облучения в одинаковых дозах.
Известно, что в норме иммуноглобулины класса в составляют 70-80% сыворотки крови. Это единственный класс антител, способных проникать через плацентарный барьер, присутствовать в крови новорожденных. К этому классу относятся про-тивобактериальные и противовирусные антитела, а также блокирующие антитела, которые определяют феномен усиления; антитоксины. Концентрация ИГ в повышается при некоторых аутоиммунных заболеваниях.
Иммуноглобулины класса М составляют 510% сыворотки белков. Они первыми появляются после антигенной стимуляции или при развитии инфекции, затем уступают место иммуноглобулинам класса в, которые продуцируются другими плазматическими клетками. Концентрация ИГ М повышается при парентеральных инфекциях, инфекционном поражении системы крови, острых гепатитах; понижается при гипо- и агам-маглобулинемиях, некоторых опухолях лимфоид-ной системы.
Иммуноглобулины класса А встречаются в мономерной форме, они связываются с антигеном без участия комплемента и занимают ключевое место в невоспалительном удалении антигена.
Иммуноглобулины всех классов способны соединяться с растворимыми антигенами и образовывать крупные молекулы, определяемые как иммунные комплексы. Обнаружение иммунных комплексов у здоровых животных демонстрирует биологически защитную функцию циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК). Другой биологической функцией ЦИК является модуляция иммунного ответа, осуществляемого по механизму обратной связи, путем взаимодействия с им-
мунокомпетентными клетками при помощи клеточных рецепторов. Это взаимодействие ведет к изменению клеточного метаболизма, что выражается в продукции и секреции биологически активных веществ. Важное биологическое значение имеет регулирующее действие ЦИК. Удаление ЦИК из организма осуществляется путем фагоцитоза. При нарушении этого процесса ЦИК могут длительное время циркулировать в крови, приводя к патологическим явлениям.
Патогенное действие иммунных комплексов осуществляется в два этапа. Сначала происходит их отложение вдоль базальной мембраны сосудов, что зависит от многих причин. Вазоактив-ные амины освобождаются из базофилов и тромбоцитов, вызывают расширение сосудов, что приводит к расхождению эндотелиальных клеток и повышению сосудистой проницаемости. Сенсибилизированные иммунными комплексами тромбоциты при участии кининов активизируют свертывающую систему крови, вызывая появление микротромбозов и геморрагий, а также отложение фибрина в стенках сосудов. Процессы развиваются преимущественно в капиллярах, артериолах и венулах.
Крупные иммунные комплексы локализуются преимущественно в стенки сосудов, тогда как более мелкие структуры могут проходить через стенку и депонироваться в ближайших к пораженному сосуду участках ткани.
Существует несколько причин, приводящих к нарушению удаления иммунных комплексов. Одна из них - чрезмерная продукция иммунных комплексов как результат постоянного образования антител и поступления антигена эндо- или экзогенного происхождения.
В настоящее время признано, что иммунная система выполняет одну из основных и центральных функций, заключающуюся в поддержании антигенного состояния внутренней среды организма. Расстройства иммунной системы приводят к снижению защитных сил организма, повышению вероятности возникновения опухолей, извращению иммунных реакций, включая аутоиммунные расстройства и аллергии, развитию осложнений после широкого круга заболеваний. Например, определение сывороточных иммуноглобулинов имеет большое диагностическое значение. Их отсутствие в сыворотке свидетельствует об агаммагло-булинемии - состоянии, при котором в сыворотке крови животных не содержится гамма-глобулино-вой фракции или глобулины содержатся в малом количестве.
Материалы и методы
В качестве подопытных животных были взяты белые нелинейные крысы с массой тела 150170 грамм. Используя для опытов крыс, исходили из общебиологической точки зрения закономерностей развития радиобиологического эффекта. При одинаковых уровнях доз облучения организм крыс проявляет относительно малую степень различия радиационных эффектов, в частности в уровнях эффективных доз для различных тканей, продолжительности жизни, изменений показателей иммунологической реактивности и других. Белые крысы имеют несущественные сезонные изменения биологических процессов.
Модели радиационного поражения животных. Для моделирования воздействия радиационных факторов при хроническом облучении использовали гамма-облучение изотопных источников цезия-137. Выбор способа облучения и конструкции установок для длительного облучения животных производили, исходя из следующих требований:
1. Облучение должно проводиться непрерывно, в течение нескольких месяцев, одновременно всех опытных животных в условиях, обеспечивающих их нормальную жизнедеятельность.
2. Размещение животных должно быть групповым.
3. Облучение животных должно быть осуществлено при соблюдении существующих норм радиационной безопасности для обслуживающего персонала и окружающей среды.
4. Неравномерность дозного поля, в котором длительное время содержатся животные, должна быть не более ±10%.
5. Отключение установки на период кормления и ухода за животными не должно превышать 20 минут.
Для выполнения этих требований наиболее оптимальным вариантом явилось использование установки «Пума». Гамма-установка биологическая ГУБ-20 «Пума» - экспериментальная, предназначена для использования ионизирующего излучения в животноводстве. Обладает большим диапазоном регулирования мощностей доз при высокой равномерности поля облучения. Источником излучения служит цезий-137 со ступенчатым снижением мощности дозы за счет изменения расстояний между объектом и контейнерами-облучателями. Для обеспечения дозиметрического контроля в процессе работы гамма-установки в камере облучения установлены гамма-датчики, управление работой установки осуществляется с пульта управления, ко-
Сафонова В.Ю., Сафонова ВА.
торый размещается вместе со щитом питания в операторской.
Условия хронического облучения крыс в малых дозах представлены в таблице 1.
Методы оценки показателей гуморального иммунитета. Кровь для исследования брали из яремной вены путем декапитации под наркозом. Количественное определение иммуноглобулинов различных классов в сыворотке крови проводили методом радиальной иммунодиффузии в геле по Манчини (1980). Для постановки реакции использовали моноспецифические антисыворотки против иммуноглобулинов в, М, А.
Циркулирующие иммунные комплексы в сыворотке крови определяли по методу М.Б^еоп и др. (1987). Метод основан на различной растворимости мономеров иммуноглобулинов в составе иммунных комплексов при наличии полиэтиленглико-ля (ПЭГ) 6000. Величина и состав иммунных комплексов зависят как от антигена, так и от свойств антител и в то же время от их относительной и абсолютной концентрации. Высокомолекулярные растворимые иммунные комплексы преимущественно образуются из олиговалентных антигенов и М-антител. Соотношение АГ/АТ в составе иммунных комплексов зависит от относительных концентраций обеих компонентов; образующиеся при избытке антигена иммунные комплексы, как правило, меньше по размеру, чем формирующиеся в зоне эквивалентности. В отличие от олиговалент-ных поливалентные антигены легче преципитиру-ются избытком антител.
Результаты исследований
Содержание основных классов иммуноглобулинов и циркулирующих иммунных комплексов в сыворотке крови крыс в течение всего времени их нахождения в поле непрерывного воздействия радиации низкой мощности представлены в таблице 2.
Как показывают данные, приведенные в таблице, уровень иммуноглобулинов класса в в сыворотке крови крыс на протяжении всего периода нахождения под облучением соответствовал контрольным величинам. Это свидетельствует о том, что данный показатель гуморального звена иммунитета является радиорезистентным в отношении действия пролонгированного облучения малой мощности.
Что касается иммуноглобулинов класса М (табл. 2), то незначительное снижение их отмечалось через 30 дней. Затем в последующие сроки этот показатель колебался в пределах биологи-
Влияние неблагоприятных экологических факторов...
ческого контроля или несколько превосходил его (90-е сутки). Условия непрерывного облучения при заданной мощности дозы 0,39 мГр/час способствовали незначительному увеличению содержания иммуноглобулинов класса А через 30 и 90 суток ; (табл. 2). По-видимому, полученные суммарные дозы 0,28 и 0,84 Гр в течение длительного времени не оказывали депрессивного действия на синтез данного класса иммуноглобулинов, а напротив, способствовали их стимуляции. Иммуноглобулины класса А играют ключевую роль в невоспалительном удалении антигена и создании местного иммунитета. В кишечнике он обезвреживает попавшие с пищей токсические микроорганизмы, в дыхательных путях препятствует инфицированию слизистых оболочек носоглотки, в репродуктивной системе создает заслон развитию инфекции. Можно предположить, что активация иммуноглобулинов класса А происходит за счет аутоантигенной 1 стимуляции, произошедшей в ответ на воздействие ионизирующего излучения. Выявленные особенности соотношения различных классов иммуноглобулинов в разные сроки после хронического облучения в малых дозах, вероятно, свидетельствуют о наличии адаптационных процессов, протекающих в гуморальном звене иммунитета. Наряду с этим можно считать, что у подопытных крыс, находившихся в условиях длительного облучения в течение 30, 60 и 90 суток в суммарных дозах 0,28; 0,56 и 0,84 Гр, сохраняются защитные функции организма, характерные для иммуноглобулинов данного класса.
Снижение ЦИК в сыворотке периферической крови крыс (табл. 2), возможно, происходило за счет некоторой задержки их в органах и тканях. По данным литературы известно, что комплексы антиген - антитело образуются в кровеносном русле облученного организма (И.Н. Клемпарская и др., 1991). Отложившись в тканях, эти комплексы претерпевают существенные изменения. В частности, к ним дополнительно присоединяются антитела, антигены, компоненты комплемента или ревматоидные факторы. Возможно, именно этот механизм отвечает за образование некрозов и геморрагий у облученных животных, обусловливающих геморрагический синдром при остром лучевом поражении. В условиях хронического облучения, в зависимости от величины мощности дозы, циркулирующие иммунные комплексы могут вызывать определенные аутоиммунные процессы. Вероятность этого существует и в нашем случае.
Сравнительный анализ результатов исследований разных временных диапазонов показал, что
однократное облучение в тех же примерно дозах вызывает заметные нарушения в показателях, характеризующих гуморальное звено иммунитета (табл. 3). Сравнительная характеристика однократного и пролонгированного облучения учитывала разную мощность излучения. Для однократного облучения использовался источник излучения С8-137 с мощностью 0,08 Гр/мин.
Данные, приведенные в табл. 3, свидетельствуют о разном реагировании основных классов иммуноглобулинов в ответ на однократное воздействие радиации большой мощности. Дозы однократного облучения 0,5 и 0,8 Гр принято в радиобиологии считать малыми, поскольку они не вызывают видимых клинических и явных гематологических изменений. Поэтому полученные результаты представляют определенный интерес в плане выявленных изменений в составе основных классов иммуноглобулинов, имеющих определенное значение в формировании общей резистентности организма к любым неблагоприятным факторам внешней среды.
Как следует из приведенной таблицы 3, ИГ в имели тенденцию к повышению (недостоверно) на 5-10 сутки после облучения, а в большинстве случаев сохраняли относительную стабильность по отношению к контрольным величинам. Такую стабильность, вероятно можно объяснить большим удельным весом, который они занимают среди других классов иммуноглобулинов. Вероятно, для того, чтобы сдвинуть их концентрацию в сторону понижения, необходимы более высокие дозы воздействия.
Что касается ИГ М, то их достоверное снижение отмечалось на 10 день. В остальные сроки их содержание в сыворотке крови находилось в пределах контрольных величин. Отмеченное снижение концентрации ИГ М на 10 день может свидетельствовать о гипо- и агаммаглобулинемии и нестабильности лимфоидной системы в этот период.
Выраженную реакцию на облучение в дозах 0,5-0,8 Гр проявили иммуноглобулины класса А. В отличие от хронического облучения, где мы не наблюдали снижения их концентрации в пределах этих дозовых величин, однократное внешнее облучение вызывало угнетение синтеза иммуноглобулинов данного класса. Достоверное снижение ИГ А наблюдалось через 10, 20, 30 суток после облучения как при дозе 0,5 Гр, так и 0,8 Гр. При этом общее состояние животных было вполне удовлетворительным в течение всего периода наблюдения, вплоть до 90 суток. Они адекватно реагировали на
Таблица 1
Группы Количество (шт.) Время облучения (сУт.) Мощность дозы (мГр/ч) Суммарная доза (Гр)
1 20 30 0,39 0,28
2 20 60 0,39 0,56
3 20 90 0,39 0,84
4 контроль 20 Нет Нет Нет
Таблица 2. Содержание иммуноглобулинов в, М, А (мг/мл) и циркулирующих иммунных комплексов (усл.ед.) в сыворотке крови крыс
ких признаков острой лучевой болезни не наблюдалось. Следовательно, изменения в гуморальном звене иммунитета со стороны ИГ А и ИГ М могут служить дополнительным прогностическим тестом, характеризующим неблагоприятное действие ионизирующих излучений. Следует отметить, что пониженное содержание их в сыворотке крови может способствовать развитию различных инфекций в организме.
Время
нахождения под а М А ЦИК
облучением
30 суток 6,40±0,70 0,40±0,80 0,65±0,09 32,8±1,3
б.к. 6,90±0,80 0,47±0,08 0,59±0,08 41,3±6,3
60 суток 6,50±0,03 0,47±0,40 0,64±0,03 32,2±0,8
б.к. 7,00±0,04 0,47±0,07 0,64±0,04 39,1±2,3
90 суток 6,80±0,31 0,48±0,1 0,67±0,1 33,0±2,1
б.к. 6,90±0,80 0,47±0,09 0,59±0,08 41,3±1,3
Таблица 3. Содержание иммуноглобулинов в, М, А в сыворотке крови крыс при однократном облучении малыми дозами (мг/мл)
Сроки Дозы
исследования (сутки) облучения (Гр) ИГ О ИГ м ИГ А
0,5 7,89±0,20 0,74±0,28 0,68±0,10
5 0,8 8,26±0,20 0,55±0,11 0,69±0,05
нет (б.к.) 7,12±0,20 0,45±0,09 0,69±0,09
0,5 7,06±0,26 0,29±0,02* 0,41±0,03*
10 0,8 7,56±0,80 0,28±0,07* 0,31±0,01*
нет (б.к.) 6,60±0,26 0,44±0,37 0,61±0,01
0,5 6,70±0,12 0,37±0,12 0,33±0,07*
20 0,8 7,14±1,20 0,44±0 0,30±0,03*
нет (б.к.) 7,52±0,23 0,48±0,01 0,59±0,03
0,5 7,50±0,2 0,55±0,02 0,37±0,07*
30 0,8 6,70±0,48 0,58±0,30 0,29±0,01*
нет (б.к.) 6,70±0,27 0,47±0,01 0,58±0,04
0,5 7,20±0,12 0,45±0,09 0,47±0,02
90 0,8 6,50±0,20 0,41±0,07 0,42±0,10
нет (б.к.) 7,44±0,43 0,50±0,06 0,57±0,01
Примечание: *- достоверная разница с контролем.
внешние раздражители, охотно поедали корм, прибавляли в массе. Но при внешнем благополучии происходили изменения в сторону понижения концентрации иммуноглобулинов классов А и М в сыворотке крови облученных животных. У того и другого класса эта особенность наиболее была выражена на 10 сутки после облучения. Если рассматривать острую лучевую патологию по периодам ее проявления, то 10 сутки приходятся на разгар болезни. В данном случае видимых клиничес-
Сафонова В.Ю., Сафонова ВА.
Выводы
1. Облучение крыс мощностью дозы 0,39 мГр/ час в течение 30, 60 и 90 суток не вызывает заметных изменений в концентрации сывороточных иммуноглобулинов классов в, М, А.
2. Содержание циркулирующих иммунных комплексов в сыворотке крови крыс снижается в ответ на воздействие суммарных доз 0,28; 0,56 и
Влияние неблагоприятных экологических факторов...
0,84 Гр, полученных в течение 30, 60 и 90 суток, соответственно.
3. Однократное внешнее облучение мощностью дозы 0,08 Гр/мин вызывает иммунодефицит-ное состояние у животных, которое обусловлено понижением сывороточных иммуноглобулинов классов М и А на 10, 20 и 30 сутки после воздействия радиации.
Список использованной литературы:
1. Гелашвили К.Д. Влияние малых доз ионизирующих излучений на некоторые показатели иммунитета // Всесюзн. радиобиол. съезд. / Тез. докл. М., 1989. С. 1069.
2. Клемпарская H.H. К методологии исследования иммунного статуса организма // Иммунный статус человека и радиация. М., 1991. С.18-19.
3. Кузин А.И. Радиационный гормезис и адаптивные реакции при хроническом облучении // Тез. докл. 1-го Всесоюзного симпозиума /Молекулярно-клеточные механизмы хронического действия ионизирующих излучений на биологические системы. Пущи-но, 1990. С.70.
4. Сафонова В.А. К вопросу о роли иммунной системы в реализации лучевых реакций у животных // Сб. научн. работ / Морфология и хирургия в практической ветеринарии и медицине. Оренбург, 1999. С.150-152.
5. Киршин В.А., Портнов В.С., Сафонова В.А. Иммунная реактивность у животных при радиационных воздействиях // Матер. международ. конф. / Иммунитет и радиация. РАН, М., 1992. С. 72.
