Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Компенсаторные реакции критических систем организма на пролонгированноегамма-облучение и прогнозирование эффективности радиопротекторов

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Компенсаторные реакции критических систем организма на пролонгированноегамма-облучение и прогнозирование эффективности радиопротекторов"

\ , о ^

На правах рукописи

Толстых Евгения Игоревна.

КОМПЕНСАТОРНЫЕ РЕАКЦИИ КРИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОРГАНИЗМА НА ПРОЛОНГИРОВАННОЕ ГАММА- ОБЛУЧЕНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАДИОПРОТЕКТОРОВ

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Челябинск- 1995

Работа выполнена в экспериментальном отделе Уральского научно практического центра радиационной медицины МЗ РФ.

Научный руководитель- доктор биологических наук Корытный B.C.

Официальные оппоненты:

- академик Академии естественных наук России, доктор медицинских наук, профессор Захаров Ю.М.

- доктор биологических наук Любашевский Н.М.

Ведущая организация: Пермский государственный университет

Защита состоится 1995 года в _ ч. на заседании

диссертационного совета К 113.13.04. по присуждению ученой степени кандидата биологических наук Челябинского государственного педагогического университета, 454080, Челябинск, пр. Ленина 69.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Челябинского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан " ¡8" /¿¿¿flffi't^- 1995г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук //..¿¿^ / — ШибковаД.З.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.

В аварийных ситуациях, связанных с выбросом радионуклидов на территории Уральского региона, подверглось облучению более 437 тысяч человек. Только на территории. ПО "Маяк" в настоящее время сосредоточено около 500 тысяч тонн "твердых" и около 400 млн. кубометров "жидких" радиоактивных отходов с суммарной активностью более 1 млрд. кюри. Опасность поражения людей и животных на этих территориях сохраняется. В реальных ситуациях (аварии, космические полеты) сложные режимы облучения с переменной мощностью дозы более вероятны, чем однократное острое радиационное воздействие. Однако характер поражения и восстановления критических систем организма в этих условиях, а также сама феноменология снижения биологической эффективности облучения при протяженном воздействии изучены недостаточно. Очевидно также, что детальное изучение адаптационных реакций организма на пролонгированное облучение должно помочь в целенаправленном поиске радиозащитных препаратов, сохраняющих эффективности в этих условиях. Известен факт резкого падения активности подавляющего большинства радиопротекторов при снижении мощности дозы. Но даже у самых активных уровень защиты не превышает 40-50% при дозах облучения, близких к ЛД80-99/30.

Так как отбор радиопротекторов проводится при летальных дозах облучения, представляют интерес те значения мощности дозы, при которых имеет место острая пострадиационная гибель животных в течении 30 суток. И в своей работе для выявления вероятных специфических особенностей поражающего действия протяженного облучения (3-24часа) по сравнению в острым были использованы равноэффективные по выживаемости, но различные

экспозиционные дозы облучения. Подобный ход исследования приближает нас к получению объективных данных для оценки эффективности радиопротекторов в реальных условиях острого радиационного воздействия.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ: оценить компенсаторные реакции критических систем организма при различных режимах протяженного облучения и обосновать целесообразность применения радиозащитных препаратов. Исходя из цели исследования поставлены следующие задачи:

1. Изучить различия течения острой лучевой болезни у животных при остром и пролонгированном облучении (мощность дозы (Р) 1.5; 5.5 65 сГр/мин) на основании данных о кинетике гибели и состоянии критических систем организма (гемопоеза и кишечного эпителия).

2. Выявить связи межлинейных различий радиочувствительности мышей с особенностями их реакции на изменение мощности дозы облучения.

3. Оценить динамику восстановления радиоустойчивости организма после радиационного воздействия с различной мощностью дозы методом двойного облучения.

4. Провести сравнительный анализ реакций организма на острое- фракционированное и однократное пролонгированное облучения.

5. Изучить особенности химической модификации острого радиационного синдрома при различных режимах облучения (острое, пролонгированное) с помощью радиопротекторов фармакологического и физиологического типа.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

1. Впервые в стандартизированных условиях эксперимента определены параметры радиочувствительности мышей СВА, С57В1/6 и (СВА*С57В1/6)Р1 в области переходных значений мощности дозы (101.5 сГр/мин). Обнаружены межлинейные различия по параметру ЛД 5о/зо, которые усиливаются при снижении интенсивности воздействия.

2. Определена вероятность гибели мышей С57В1/6 в критические сроки (соответствующие преимущественному поражению гемопоеза или кишечника) при РДО ЛД 8о-99/зо. Установлено, что соотношение вероятностей кишечной и костномозговой гибели не меняется в диапазоне мощностей от 65 до 1.5 сГр/мин. Независимо от мощности дозы гибель животных происходит при одинаковой степени опустошения кроветворной ткани и кишечного эпителия.

3. В стандартизированных условиях эксперимента методом двойного облучения выявлено относительно большее накопление "остаточного поражения" при длительном радиационном воздействии по сравнению с острым (Р=65 и 5,5сГр/мин; дозы (РДО)- 1/2ЛД 99/30, 1/2ЛД 1б/зо).

4. При сравнении эффектов фракционированного облучения с высокой мощностью дозы (число фракций от 2 до 24) и однократного пролонгированного впервые установлено, что независимо от числа фракций, модифицирующий эффект пролонгированного облучения был достоверно выше и коррелировал с сохранностью КОЕ-с.

5. Обнаружено, что классические радиопротекторы (меркамип, мексамин) и пролонгированное облучение с Р=9.0-5.5 сГр/мин с одинаковой эффективностью модифицируют действие острого облучения по критерию выживаемости животных и КОЕ-с.

6. При облучении с мощностью дозы 9; 5.5 и 1.5сГр/мин показана эффективность ряда новых радиопротекторов (производных тетразола, аминобензойной и глутаминовой кислоты, порфиринов и т.д.).

Впервые, для модификаторов первичных процессов поражения выявлен радиозащитный эффект при облучении длительностью 2.5-3 часа. Однако, защита всякий раз была ниже той которая предполагалась, исходя из времени действия протекторов при остром облучении. Препараты, влияющие на исходное состояние организма (биологический тип действия) сохраняют свою эффективность при снижении мощности, однако их эффект не превышает 40-50% при дозах

Л Д 84-99/30.

7. На основании полученных новых данных доказано, что снижение доли репарабельных повреждений при пролонгированном облучении в легальных дозах является причшгой резкого падения эффективности протекторов экстренного действия.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ.

Результаты исследований, полученные в стандартных условиях одновременно для нескольких значений мощности дозы на трех линиях животных позволяют использовать их как модели для отбора радиопротекторов при различных режимах облучения.

Определены радиозащитные свойства ряда новых, перспективных радиопротекторов при пролонгированном облучении.

Результаты исследований включены в лекционный курс по теме "Физиология экстремальных состояний" Челябинского государственного педагогического университета.

Работа выполнена в рамках программы первичного отбора радиопротекторов при остром и пролонгированном гамма-облучении, которая ведется в Уральском научно практическом центре радиационной медицины в течение последних 20 лет.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Равноэффективные по летальности дозы (1/4ЛД 50/30-ЛД 99/30) вызывают близкие дозозависимые изменения клеточности критических тканей организма при облучении с мощностью дозы в диапазоне 65,0-1.5 сГр/мин. В указанном диапазоне мощностей доз величина ЛД 84-99/30 остается постоянной, не смотря на общее падение эффективности облучения.

2. Повторные облучения выявляют меньшую способность организма к восстановлению после пролонгированного воздействия по сравнению с острым облучением (в равноэффективных по выживаемости дозах), что можно расценивать как уменьшение доли модифицируемых повреждений и считать специфической чертой облучения с низкой мощностью дозы.

3. Реакция организма на пролонгированное облучение с низкой мощностью дозы (Р=5.5 сГр/мин) достоверно отличается от реакции на фракционированное воздействие (Р=65 сГр/мин, число фракций 2-24) с той же суммарной длительностью и характеризуется большей способностью к восстановлению.

4. Сокращение модифицируемой составляющей поражения критических систем организма после пролонгированного облучения снижает эффективность радиопротекторов, действующих на первичные процессы поражения. Это указывает на принципиальную невозможность сохранения высоких значений фактора изменения дозы (ФИД) при низкой мощности (9-1,5 сГр/мин) с помощью радиопротекторов экстренного действия.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные положения диссертационной работы обсуждались на IV Всесоюзной конференции Химия, фармакология и механизмы действия противолучевых средств (Москва, 1990) и Радиобиологическом съезде (Киев, 1993). На межлабораторной научной конференции Уральского научно- практического центра радиационной медицины 22 октября 1993 г.

Апробация работы состоялась на заседании

Физиологического общества г.Челябинска 27 сентября 1995г.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ.

Диссертация изложена на 110 страницах машинописи и состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, 3-х глав с результатами собственных исследований, заключения, выводов и списка использованной литературы; работа иллюстрирована 17 рисунками и 12 таблицами. Библиографический указатель включает 122 работы отечественных и зарубежных авторов.

КЛЮЧЕВЫЕ ПОНЯТИЯ.

ЛД о . летальная доза, вызывающая постлучевую гибель в течение 30 суток п % животных.

Равноэффективные по выживаемости дозы - дозы облучения, которые вызывают гибель одинакового числа животных; обычно рассчитывается для 50% гибели, а также 16%, 84%., 99%.

ФИД (фактор изменения дозы) - характеризуется величиной отношения двух равноэффективных по биологическому действию доз излучения: в числителе- доза излучения в опыте (с использованием протектора или другого режима облучения), в знаменателе- в контроле (без использования протектора или режима облучения)

Радиопротекторы - вещества, применение которых повышает постлучевую выживаемость животных или облегчает течение острой лучевой болезни

Радиопротекторы фармако-химческого типа действия (син. экстренного назначения) - радиопротекторы, действующие на первичные, радиохимические процессы в облученной клетке (организме); как правило, эффективны при введении за 5-30 мин до облучения.

Радиопротекторы "биологического" типа действия (син. физиологического типа) - вещества, меняющие состояние организма (гормональный фон, пролиферативную активность критических тканей); как правило эффективны при введении более чем за сутки.

Критический ткани - ткани организма, которые преимущественно поражаются при данном режиме облучения (дозе и мощности дозы) и состояние которых определяет исход острой лучевой болезни; при дозах облучения до 10 Гр-это кроветворная ткань и кишечный эпителий.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

В работе использовались мыши линий С57В1/6 и СБА собственного разведения, а также гибриды (СВА*С57В1/6)Р1 (получены из питомника "Рапполово") в возрасте 12-15 недель обоего пола. Животные содержались в виварии института в стандартных условиях. Животных облучали на установке ИГУР с четырьмя источниками 137С5 при мощности (Р) 65 сГр/мин, 9сГр/мин и 5,5сГр/мин. На установке ИГУАР (источник ШСб)- с мощностью дозы - 1,5сГр/мин. Относительная погрешность определения величины экспозиционной дозы не превышает 5% заданной величины. Для определения параметров кривой "доза-эффект" (равноэффективных доз облучения (РЭДО) ЛД16/30, ЛД50/30, ЛД84/30, ЛД95-99/30) на каждую мощность было использовано 100-150 животных. Параметры кривых "доза-эффект" определяли по методу Литчфилда /Беленький М.Л. 1963/. Учитывали динамику гибели и выживаемость к 30-м суткам. Фактор изменения дозы (ФИД) рассчитывали как отношение эффективных доз ЛД50/30 при различных условиях облучения.

Для получения кривых "доза-эффект" по 30-суточной летальности при фракционированном облучении каждая доза разбивалась на 2,3,4,5,7,9 фракций, суммарные дозы облучения- от 8,75 до 13,5Гр; общее время воздействия, соответствующее длительности пролонгированного облучения - 4 часа (мыши (СВА *С57В1/6)Р1). При 24-х кратном фракционировании время облучения каждой дозой строго соответствовало времени соответствующего пролонгированного облучения с Р=5.5сГр/мин (мыши С57В1/6). В этом случае, из общей группы (16 мышей) 6 животных изымались из облучения после 17-ой фракций для проведения эндотеста. Через 9 суток у них просчитывали число эндогенных макроколоний как описано ниже. Кроме того, для получения кривых "доза-эффект" по выживаемости эндогенных КОЕ-С доза разбивалась на 4 и 11 фракций, общее время воздействия, соответствующее длительности пролонгированного облучения- 2,5 часа (мыши (С57В1/6). Эксперименты с каждым режимом фракционирования повторяли 2-х кратно. Предельное число фракций (24) было обусловлено техническими возможностями установки ИГУР.

АНАЛИЗ КИНЕТИКИ ГИБЕЛИ. Для анализа кинетики гибели были обобщены данные, полученные в различных экспериментах при РДО (равноэффективных дозах облучения) ЛД84/30, ЛД99/30. Эти дозы для мышей С57В1/6 при Р=65сГр/мин составили 750сГр (414 животных), 800сГр (533 животных); при Р=5,5сГр/мин-1 ЮОсГр (119 животных), 1200сГр (112 животных); при Р=1,5сГр/мин-1600сГр (105

животных), 1800сГр (107 животных). Для мышей (СВА*С57В1/6)Р1 эти дозы - 850сГр(138 животных), 900сГр (260 животных); 1300сГр (33 животных), 1400 сГр(40 животных). Для мЬппей СВА анализировали только данные по острому облучению. Доза 8.5-9 Гр (36 животных).

КОСТНОМОЗГОВОЕ КРОВЕТВОРЕНИЕ. Сравнение

эффектов острого и пролонгированного облучения проводили при равноэффективных по смертности дозах (РДО) 1/4 ЛД50/30, 1/2 ЛД50/30, ЛД16/30, ЛД50/30, ЛД95-99/30. Сроки исследования: 3-е, 9-е, 21-е сутки. Учитывали следующие показатели: клеточность костного мозга в бедренной кости; клеточность основных ростков кроветворения по данным подсчета миелограмм. Препараты готовили стандартными методами/Переверзев 1989/.

КЛЕТОЧНОСТЬ ЭНТЕРОЦИТОВ оценивали на гистологических срезах тонкого кишечника у тех же мышей, у которых изучали и костный мозг. Считали количество энтероцитов в 25 сохранных криптах на 3-5 срезах.

ЭНДОТЕСТ. Число эндогенных макроколоний на селезенке мышей определяли на 9-10 сутки после облучения в различных дозах (3.5-10 Гр) с мощностью 65.0-1.5 сГр/мин / А.К.1989/. Относительное число эндогенных колониеобразующих единиц (КОЕ-с) при дозе 2,5 Гр определяли с помощью двойного облучения. Для этого животных грех групп облучали в дозе ЗГр с Р=65сГр/мин (эта доза недостаточна для появления эндогенных колоний). Затем через 5 минут облучали в дозе 2.5 Гр при Р=1.5; 5.5; 65 сГр/мин.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ "ОСТАТОЧНОГО ПОРАЖЕНИЯ". В эксперименте использовали метод двойного облучения. Две группы по 30 мышей С57В1/6 облучали первой дозой для острого-4Гр или пролонгированного облучения 6Гр (Р=5.5сГр/мин), что соответствовало РДО 1/2 ЛД99/30. Вторая доза - 4,5Гр при Р=65сГр/мин, так что суммарная доза во всех случаях- ЛД99/30. Каждые 5 животных из группы облучали второй дозой через определенный промежуток времени от 15 мин до 8 часов. В каждом случае регистрировали 30-суточную выживаемость. Эксперимент повторяли 2 раза. Аналогично строился эксперимент с учетом выживаемости эндогенных КОЕ-с. В этом случае первая доза была 1/2 ЛД16/30, при Р=65сГр/мин- ЗГр; при Р=5,5сГр/мин-4Гр. Добавочная доза- ЗГр. Суммарная РДО - ЛД16/30.

РАДИОПРОТЕКТОРЫ., В работе использовали широко известные радиопротекторы: меркамин, вводимая доза 200 мг/кг; мексамин-50 мг/кг; (8)диэтил стал бистр ол -12.5 мг/кг); (7) колхицин-вводимая доза 1,25 мг/кг. А также вновь синтезированные вещества: (1 меркаптоацетомидин) адамантилметил-меркаптоацетомидин-

хлоргидрат- вводимая доза 10 мг/кг; (2 тетразол) пропиофенил-тетразол- вводимая доза 500 мг/кг; (3 хлорин) -винилхлорин-6-карбоновая- уксусная- 7 пропионоваая кислота, тринатриевая соль, вводимая доза 90 мг/кг; (4) эфир аминобензойной кислоты, вводимая доза 500 мг/кг; (5 изотиуроний) Б-изопропилизотиуроний, вводимая доза-60 мг/кг; (6 хлорин 16) тринатриевая соль хлорина 16 из спирулины вводимая доза 100 мг/кг; (9-глутасар) Ь-саркализилглутаминовая кислота, вводимая доза 100 мг/кг; (10) СЯС-680578-препарат класса нитрозалкилмочевин на основе аминокислоты- вводимая доза 50 мг/кг; (11-детеропорфирин) порфирин диметансульфонат, вводимая доза 10 мг/кг. Вещества предоставлены для испытаний Институтом биофизики МЗ России (Москва); Институтом химии УрОАН (Екатеринбург); Институтом органической химии АН (Казань). При определении острой токсичности учитывали выживаемость в течение 3 суток (растворимые вещества) или 7 суток (нерастворимые вещества). Для нерастворимых соединений дозу СД 50 определяли как первую дозу (из вводимых), вызывающую гибель животных; для растворимых веществ, помимо этого, по методу Литчфилда /Беленький 1963/ определяли СД 16 и СД 84. В качестве вводимой дозы, как правило, использовали 1/2СД 16 или 1/3 СД 50. Вещества разводили в 0.2 мл дистиллированной воды. Плохо растворимые вещества суспензировали в смеси вода - твин-80 в соотношении 17:1. Соединения вводили внутрибрюшинно.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Параметры кривых доза-эффект, полученных на мышах СБА, С57В1/6, (СБА * С57В1/6)Р1, в "критическом диапазоне" мощности дозы (10-1,0 сГр/мин) представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Параметры кривой доза-эффект при различных значениях мощности дозы.

Р,сГр/мин ЛД 1б/зо ЛД50/30 ЛД84/30 ЛД99/30

Доза, Гр

Мыши С57В1/6

60.0 6.2 6.9 7.7 8.2

(6.8-7.0)

9.0 8.45 9.4 10.5 11.7

(9.0-9.8)

5.5 8.6 10.4 11.6 12.5

(9.9-10.9)

1.5 12.3 14.4 16.5 18.4

(13.5-15.3) ■

Мыши СВА

60.0 7.3 7.9 8.62 9.3

(7.6-8.2)

9.0 8.2 9.3 10.5 11.8

(8.8-9.8)

5.5 9.7 11.0 12.6 14.4

(10.3-11.7)

Мыши (СВА*С57В16/6)Р|

60.0 7.7 8.1 8.6 9.1

7.9-8.3)

5.5 10.1 11.6 13.2 15.2

(10.9-12.3)

1.5 18.3 19.8 21.4 23.2

(18.9-20.7)

Как следует из ее анализа, при облучении с мощностью дозы 9 сГр/мин адаптационные возможности организма реализуются на много полнее, чем при остром облучении. Это выражается в увеличении РДО ЛДзо/зо в 1.17-1.36 раза для линий мышей СБА и С57В1/6. Облучение с более низкими мощностями дозы (5,5; 1,5 сГр/мин) увеличивает ЛД50/30 соответственно в 1,39-1.5 и 2.8-2.44 раза по сравнению с острым облучениям.

Линия С57В1/6 является очень удобным объектом для изучения кинетики гибели (т.е. соотношения числа животных, погибших в разные критические сроки), так как при дозах ЛД 84-99/зо хорошо различимы оба "пика" смертности. Наши результаты говорят о том, что при этих указанных РДО, структура смертности мышей С57В1/6 при остром (Р=65сГр/мин) и пролонгированном (Р= 1.5сГр/йин) облучении остается практически одинаковой (рисунок).

Рисунок. Кинетика гибели мышей после облучения в РДО ЛД84-99/30. Мощность дозы Р= 1.5сГр/мин, общее число погибших животных 945; Р=65сГр/мин, число животных - 211. По оси абсцисс - время, сутки с момента окончания облучения. По оси ординат- вероятность гибели (%).

Таким образом, при облучении длительностью менее 24 часов соотношения "кишечной" и "костномозговой" форм гибели не меняется. "Кишечный пик" приходится на 4-6 сутки и процент погибших в эти сроки животных составляет при Р=65сГр/мин-41%; Р=5.5сГр/мин-40%; Р=1.5сГр/мин-47%; от общего числа погибших животных. Это говорит о том, что скорость репарации потенциально летальных повреждений в клетках костного мозга и кишечного эпителия не может существенно различаться. К сожалению, нам не известны попытки оценить эти скорости при снижении мощности дозы.

По данным Козновой Л.Б. /1978,1971/ минимально, "критической" величиной мощности дозы, при которой возможно развитие кишечной формы лучевой болезни мышей, является 4.9сГр/мин. В работе Черткова К.С./1971/ отмечалось, что после

облучения с малой мощностью (0.23сГр/мин) увеличивается число животных, павших в поздние сроки, и гибель, обусловленная поражением кишечного эпителия при пролонгированном облучении наблюдается при более высоких дозах /Торуа Р.Л.1989/. Наши расхождения с этими данными можно объяснить различными методическими подходами к определению степени выраженности кишечного синдрома. В известных нам работах кинетика гибели учитывалась в основном по критерию средней продолжительности жизни и количество животных, взятое для анализа, было недостаточно.

Следует также учитывать, что различные линии мышей неодинаково реагируют на уменьшение мощности дозы. Снижете эффективности поражения при облучении с мощностью 5-8сГр/мин по сравнению с острым воздействием выражены слабо либо отсутствуют у мышей СНЗ/Не /Tarlell N.J. 1987/, BALBc /Glasgon J.P. 1983/, белых нелинейных мышей /Thomson J.1953, Кознова Л.Б. 1975/.

Линии мышей различаются также и по кинетике гибели. По нашим данным мыши СВА, С57В1/6, (CBA*C57B1/6)F1 характеризуются разным соотношением вероятностей ведущих форм гибели в критические сроки. Количество животных, погибших в течении 3-7 суток ("кишечный" пик) при РЭДО ЛД99/30 не зависело от мощности дозы и составляло для мышей гибридов - 25-27%, СВА-35%, С57В1У6- 40-47% (Р=5.5-65сГр/мин). При снижении РДО до ЛД 84/зо эти различия становятся более резкими: гибриды - 8-15%, С57В1/6 - 28-35%. Таким образом, у радиорезистентных линий мышей (СВА и (CBA*C57B1/6)F1) восстановление кишечного эпителия после радиационного воздействия более эффективно.

Анализ степени опустошения и характера восстановления клеточности критических тканей организма (костного мозга, отдельных ростков гемопоеза, кишечного эпителия) подтверждает результаты исследований кинетики гибели мышей. Некоторый щадящий эффект пролонгированного облучения по сравнению с острым проявился на 3-й сутки после воздействия (РДО -1/2 ЛД 50/30; ЛД 50/30; ЛД 99/30). При этом снижение эффективности облучения было более выражено для миелоидного ростка, но не для эритроидного и лимфоидного.

При анализе дозовой зависимости было установлено, что уровень клеточного опустошения эритроидного ростка (по отношению к биологическому контролю при РДО-1/2 лд5о/зо-ЛД 99/30 был ниже соответствующих значений для миелоидного и лимфоидного ряда. Это подтверждает известные данные о высокой радиочувствительности эритропоеза и по сравнению с другими ростками кроветворения/Белоусова О.И. 1978/.

На 9 и 21 сутки различия между острым и пролонгированным облучением не носили закономерного характера и могут быть отнесены за счет влияния случайных причин при относительно небольшом числе животных. Поэтому мы можем говорить лишь о тенденции к проявлению щадящего эффекта пролонгированного облучения на гемопоез. В целом, можно сделать вывод, что равноэффективные по летальности дозы вызывают сходные изменения клеточности критических тканей организма. В период максимального опустошения (3 сутки после облучения) клеточность костного мозга составляет при РДО: 1/4ЛД 50/30- 35-49%; 1/2ЛД 50/30 - 8-32%; ЛД 50/30-1.6-6%; ЛД 99/30 - 1.6-3.8% по отношению к биологическому контролю.

Клеточность кишечного эпителия при пролонгированном облучении достоверно не отличалась от соответствующих значений, полученных при остром радиационном воздействии. Клеточность энтероцитов на 3 сутки при РДО 1/4ЛД 50/30 составила- 95-96%; 1/2ЛД 50/30 - 83-84%; ЛД 50/30 - 39-54%; ЛД 99/30 -30-45% от уровня интактного контроля.

Нами также были рассмотрены реакции стволовой популяции гемопоетических клеток на пролонгированного облучение. Для этого мы использовали метод эндотеста. Данный метод дает более корректную оценку числа выживших и вступивших в пролиферацию КОЕс, а кроме того позволяет учитывать регуляторное влияние целостного организма на стволовые клетки в процессе адаптации к облучению /Коноплянников А.Г.1984/. По данным /Швец В.Н.1975, Чертков К.С.1971/ не были обнаружены отличия в реакции экзогенных КОЕ-с на острое и пролонгированное облучение при дозах менее 4-5 Гр.

Согласно полученным результатам количество эндогенных КОЕ-с после облучения с Р=65, 5.5сГр/мин и 1.5сГр/мин при РДО практически не зависело от мощности дозы и составило в среднем: при РДО 1/2 ЛД 50/30- 22-26 ед/селез; ЛД 5о/зо- 0.7-1.4 ед./селез. В то время как экспозиционно равные дозы облучения от 2.5 до 7 Гр вызывают различную реакцию КОЕ-с при Р=65; 5.5; 1.5 сГр/мин.

Таким образом, достижение критического уровня клеточного опустошения, в том числе и стволовой популяции, ведет к гибели животных. Во всяком случае с помощью использованных методов не представляется возможным выявить различия между характером реагирования критических систем организма на РДО в изученном диапазоне мощности дозы.

Вследствие этого мы изучили восстановительные способности организма в различные сроки (от 15 мин до 8 часов) после облучения РДО с Р=5.5 и 65 сГр/мин. В результате было обнаружено, что устойчивость оргашпма к повторному облучению после воздействия РДО существенно ниже при пролонгированном воздействии, чем при остром. Различия были, выявлены как по критерию выживаемости животных, так и по сохранности КОЕ-с. При 6-8- часовом интервале между двумя фракциями выживаемость мышей после суммарной дозы ЛД 99/30 при Р=65сГр/мин- 70%; Р=5.5 сГр/мин-14%. Количество эндогенных КОЕ-с после облучения РДО ЛД 1б/зо при Р=65сГр/мин составила- 15+2.3; при Р=5.5 сГр/мин- 6.5+3.2.

Полученные результаты важны для понимания специфических особенностей действия протяженных облучений. Наши данные означают, что радиационные воздействия длительностью до 24 часов приводят к накоплению доли нерепарабельных повреждений клеток и возможности модификации такого облучеш!я снижаются.

Сопоставление эффектов пролонгированного и острого-фракнионированного облучения той же длительностью так же позволяет охарактеризовать роль мощности дозы при дозах менее 1 Гр. Фракционирование дозы суммирует эффекты отдельных малых фракций, которые сами по себе не могут быть обнаружены на уровне организма. Подобный прием позволяет использовать такие показатели как выживаемость животных и сохранность эндогенных

КОЕ-с для оценки эффективности облучения малыми дозами. Теоретически можно представить пролонгированное облучение как мульти-фракционированное облучение (с высокой мощность дозы) при бесконечно большом числе фракций, которые распределены в определенном промежутке времени.

По' нашим данным, при учете выживаемости животных и сохранности КОЕ-с, эффекты пролонгированного и

фракционированного облучения достоверно отличались и вообще мало зависели от числа фракций (таб 2).

Таблица 2

Число ЛД50/30 ФИД при Число ЛД50/30 ФИД при

фракций Гр ЛД50/30 фракций Гр ЛД50/30

9 10.46 1.28 1(Р=65) 8.11 -

7 10.25 1.25 1(Р=5.5) 11.83 1.4

5 10.57 1.3

4 10.56 1.3 24 • 8.77 1.23*

3 9.93 1.22 1(Р=65) 7.1

2 10.32 1.27 1(Р=5.5) 9.97 1.4*

*- мыши С57В1/6, в остальных случаях- (СВА*С57В1/6)Р1.

После облучения в дозе 6 Гр количество КОЕ-с для 17-кратного фракционированного облучения равно 11.4+2.3; при п=4 эта величина была 12+3.2; при пролонгированном облучении с Р=5.5сГр/мин - 24+4.6. Эти данные указывают на принципиальную роль мощности дозы при дозах, которые используются на практике (до 25 сГр) и учитываются при расчетах коэффициентов риска. Неполная репарация между фракциями острого облучения во всех случаях ниже, чем уровень репарации в процессе однократного облучения с низкой мощностью дозы.

Таким образом, наши результаты показали, что при снижении мощности дозы происходит увеличение летальных доз облучения, но вместе с тем, накопление доли нерепарабельных повреждений, снижение способности к постлучевому восстановлению.

Этот вывод имеет большое практическое значение для

понимания особенностей радиомодифицирующего _действия

протекторов при пролонгированном облучении. Радиозащитный эффект протекторов экстренного назначения (меркамин, мексамин), по нашим данным, сопоставим с эффектом мощности дозы по критерию ФИД и выживаемости КОЕ-с.

ФИД для меркамина при ЛД 5о/зо (Р=65сГр/мин) - 1.32; ФИД пролонгированного облучения Р=5.5сГр/мин по отношению к острому 1.31-1.391. Выживаемость КОЕ-с после облучения 6 Гр и использования меркамина составила 25+3.2 ед./сел; после облучения в той же дозе при Р=9-5.5 сГр/мин- 24+4.1 ед./сел.

Отметим так же, что максимальное значение ФИД при использовании классических радиопротекторов не превышает такового при снижении мощности дозы в исследуемом диапазоне для радиоустойчивых линий мышей (таб 1). В обоих случаях он не превышает величину 2-2.5 /Maisin J.R.1993/.

Реализация эффектов мощности дозы в изученном диапазоне связана с репарациями генома клеток критических тканей организма во время облучения, что следует из анализа данных, полученных на клеточных культурах /Thacker J. 1985, Leenhouts H.P. 1990/. Точно так же как реализация радиозащитных свойств протекторов обусловлена их способностью создавать условия для эффективной репарации радиационных повреждений /Вартанян Л.П. 1993; Бреслер С.Е. 1978; Гончаренко E.H. 1985; Рождественский Л.М. 1985,1994/.

Если рассматривать способность меркамина и мексамина защищать животных при пролонгированном облучении, то мы можем наблюдать резкое падение их эффективности. ФИД при мощности дозы 5.5-9 сГр/мин не превышает величины 1.12.

Таким образом, наши данные позволяют сделать вывод, что истощение доли модифицируемой (восстанавливаемой) части поражения при пролонгированном облучении приводит к падению эффективности радиопротекторов экстренного назначения, даже если время их действия сопоставимо с временем пролонгированного.

Наше предположение подтверждается данными о характере действия ряда радиозащитных препаратов, влияющих на первичные процессы поражения. Защитное действие таких протекторов экстренного назначения отражено в таблице 3. Как видно из таблицы, эффективность веществ (1), (2) и (6) в течении ЗХ часов после введения при остром облучении определила их радиозащитную активность при 3-4 часовом радиационном воздействии. При этом, как увеличение промежутка времени между введением и облучением, так и снижение мощности дозы приводит к падению эффективности препаратов. При ЛД 84-99/30, к примеру, их эффективность по отношению к контролю составляет:

Меркаптоацетомедин- за 3 часа (Р=65сГр/мин) -50%;

3- часовое облучение (Р=5.5сГр/мин) -26%;

Тетразол - за 3 часа (Р=65сГр/мин) -42%;

3- часовое облучение (Р=5.5сГр/мин) -25%;

Хлорин -за 3 часа (Р=65сГр/мин) -55%;

3- часовое облучение (Р=5.5сГр/мин) -30%.

Таблица 3

Радиозащитные свойства веществ, действующих на первичные процессы поражения.

Мощность Время Линия число Выживаемость (%)

дозы введения до мышей животных при дозах

сГр/мин облучения ЛД 84-90/30 [ ЛД99/30

0, меркаптоацетомидин

65 15 мин 1 30 - 73.4*

контроль II 30 - 3.3

3 часа 2 20 70 35*

контроль II 20 0 0

5.5 15 мин(1 II 10 30 0

контроль II 10 0 0

15 мин(2 II 10 33 30*

контроль И 20 33 0

1 сутки II 10 0 0

контроль н 10 0 0

1.5 15 мин II 10 40 20

контроль II 10 10 0

(2)тетразол

65 15 мин 2 10 - 40*

контроль и 10 - 0

15 мин 1 30 60* 20

контроль м 30 6.6 0

3 часа II 20 45 40*

контроль II 20 17.5 0

6 часов II 10 60 40*

контроль II 10 50 0

5.5 15 мин II 10 40* 10

контроль II 10 10 0

Таблица 3(продолжение)

Мощность Время Линия число Выживаемость (%)

дозы введения до мышей животных при дозах

сГр/мин облучения ЛД 84-90/30 I ЛД99/30

(З)хлорин

65 15 мин 1 30 - 63*

1 час И 20 - 45*

3.5 часа II 10 - 20

1 сутки II 30 - 27

контроль II 45 - 4

5.5 15 мин II 20 25 0

1 сутки • 1 10 30 0

контроль II 20 30 0

(4)эфир аминобензойной кислоты

65 15 мин 1 30 - 97*

контроль И 45 - 5

15 мин 2 20 - 70*

контроль II 20 - 0

1.5 часа II 10 - 71*

3 часа II 10 - 0

контроль II 20 - 0

9 15 мин II 10 - 30

контроль II 10 - 0

(5)изотиуроний

65 15 мин 2 25 100 60*

1 час II 8 - 87*

2 часа II 8 - 0

3 часа н 8 - 0

контроль II 25 20 8

5.5 15 мин II 10 10 0

контроль II 10 50 10

(б)хлорин (16)

65 15 мин 2 20 90 50*

1 час м 10 - 70*

3 часа и 10 - 60*

4 часа м 10 - 20

контроль м 20 - 5

5.5 15 мин и 10 80 50*

контроль и 10 50 20

Примечание: 1- мыши (СВА*С57В1/6)Р1; 2- мыши С57В1/6. "■-различия с контролем достоверны при Р<0.01

Таким образом, при пролонгированном облучении радиозащитный эффект протекторов оказывался всякий раз на 20-30% ниже ожидаемого. Что означает невозможность получения высоких значений ФИД для радиопротекторов "экстренного действия" при облучении с низкой мощностью дозы. Еще более отчетливо эта закономерность проявляется для веществ (3), (4), (5).

В отличии от протекторов экстренного назначения, действующих на радиационно-химическом уровне на первичные процессы поражения ДНК, модификаторы "биологического" типа изменяют саму биосистему, не вмешиваясь даже опосредованно в начальные радиационно-химические процессы. К этой группе мы отнесли вещества с цитостатическим действием: (7), (9), (10) (таб. 4) (их радиозащитный эффект реализуется при облучении через 3-5 суток после введения на фоне увеличении числа стволовых клеток и общей пролиферативной активности /Жданова Е.А. 1994/); производное дейтеропорфирина (11) - представители порфиринов встречаются среди соединений с различным механизмом действия, и если производные хлорина приводят к резким изменениям в системе крови, снижают температуру тела и эффективны при введении до 3 часов, то производные дейтеропорфирина IX эффективны даже при введении после облучения и являются митостатиками /Пучкова С.М. 1982, Строгонова Л.Т. 1990/; диэтилстилбестрол (8) - его эффективность при пролонгированном облучении описана в литературе /Владимиров В.Г. 1989, 1990/.

Как видно из таб. 4, радиозащитный эффект этих веществ не велик (40-60% при РДО ЛД 84-99/зо), но он не зависит от мощности дозы в интересующем нас диапазоне. К примеру, ФИД для глутасара при остром и пролонгированном облучении составляет 1.2.

Таблица 4

Радиозащитные свойства веществ "биологического типа" действия (мыши С57В1/6).

Мощность Время Число Выживаемость (%)

дозы введения до животных

сГр/мин облучения ЛД 84-90/30 ' ЛД 99/30

(7)колхицин

65 3 суток 50 - 60*

контроль 50 - 2

1.5 3 суток 50 50* 50*

контроль 50 13 2

(8)диэтилстильбестрол

65 5 суток 10 - 60*

контроль 20 - 20

5.5 5 суток 10 80* 50*

контроль 20 40+ 10

(9)глутасар

65 3 суток 30 70* 40*

контроль 30 15 2

5.5 3 суток 20 60* 65 *

контроль 20 20 5

1.5 3 суток 10 - 40 *

контроль 10 20 0

(10)СЯС-680578

65 3 суток 10 - 50*

контроль 20 10

5.5 3 суток 20 80* 20

контроль 20 20 5

(11) дейтеропорфирин

65 3 часа 20 _ 40*

контроль 50 - 2

1.5 3 часа 40 70* 40*

контроль 50 13 2

Примечание: *- различия с контролем достоверны при Р<0.01

выводы.

1. Кинетика 30-суточной гибели мышей С57В1/6 при равноэффективных по летальности дозах не зависит от мощности в диапазоне 1,5-65 сГр/мин. Соотношение числа животных, погибших в критические сроки не меняется.

2. Межлинейные различия реакции мышей (по критерию ЛД 5о/зо) на снижение мощности дозы облучения проявляются при значениях ниже 10 сГр/мин. В диапазоне летальных доз линии мышей СВА, С57В1/6, (СВА*С57В1У6)Р1 отличаются друг от друга также и по кинетике смертности.

3. Реактивные изменения в кроветворной ткани и кишечном эпителии (уровень клеточного опустошения и динамика восстановления) зависят от эффективной дозы облучения ( РДО 1/4 ЛД 50/30, 1/2 ЛД 50/30, ЛД 50/30, ЛД 99/30), но инвариантны по отношению к мощности дозы в диапазоне Р= 1.5-65 сГр/мин.

4. Повторные облучения выявляют меньшую способность организма к восстановлению после пролонгированного воздействия (Р=5.5сГр/мин) по сравнению с острым (Р=65сГр/мин) при дозах 1/2 ЛД 1б/зо и 1/2 ЛД 99/30. Максимальные различия по критерию выживаемости животных и сохранности КОЕ-с наблюдаются при проведении тестирующего облучения через 6-8 часов после основного.

5. Пролонгированное облучение (Р=5.5сГр/мин, время воздействия 4-5 часов, ФИД = 1.4-1.47) вызывает меньшее поражение организма, чем фракционированное (Р=65сГр/мин, число фракций 2-24, ФИД = 1.23-1.28) при фиксированном суммарном времени радиационного воздействия.

6. Протекторы экстренного назначения с высокой радиозащитной активностью при остром облучении (Р = 65 сГр/мин; ФИД - 1.32) малоэффективны при пролонгированном воздействии (Р = 5.5-9 сГр/мин; ФИД - 1.12). Протекторы биологического типа при остром и пролонгированном облучении имеют близкие значения ФИД (1.19-1.22).

7. Относительное снижение эффективности радиопротекторов фармако-химического типа при пролонгированном облучении по сравнению с острым происходит за счет сокращения модифицируемой (восстанавливаемой) составляющей поражения критических систем; что указывает на принципиальную невозможность получения высоких значений ФИД при снижении мощности дозы с помощью радиопротекторов этого типа.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Радиозащитные свойства 1(2)-амино-алкил-5-арилтетразолов. Сб. Тез. докл. IV Всесоюз. конф. Химия, фармакология и механизмы действия противолучевых средств. М.\ 1990. С.27. (Соавт. Китаева В.Г., Ишметова Р.И., Русинов Г.Л., Малкина P.M.)

2.0собенности действия облучения с различной мощностью дозы на выживаемость, кинетику табели и реакцию критических систему мышей С57В1/6.//Радиобиология. 1992. Т.32. Выл.6. С.788-794. (Соавт. Корытный B.C.)

3. Радиозащитные свойства 1(2)-амино-алкил-5-арилтетразолов. // Хим.фарм. журнал. 1993. N3. С.33-36. (Соавт. Китаева В.Г., Ишметова Р.И., Русинов Г.Л., Малкина P.M.)

4. Сопоставимость биологического действия пролонгированного и фракционированного облучения по данным кривых доза-эффект. /Сб. Тез. докл. Радиобиологический с'езд. Киев 1993. Пущино 1993. С.1006. (Соавт. Корытный B.C.)

5. Анализ модификации радиочувствительности мышей при снижении , мощности дозы и воздействии радиопротекторов./Сб. Тез. докл. Радиобиологический с'езд. Киев 1993. Пущино 1993. С.507-508.(Соавт. Корытный B.C.)

6. Токсические и радиозащитные свойства производных пара-аминобензойной кислоты// Хим. фарм. журнал. 1995. (Соавт. Большакова С.А., Корытный B.C., Хайруллин В.К., Васянина М.Л., Пудовик А.Н.)

7. Analisis of excretion of Sr-90 in residents of the Techa riverarea. Radiation research 1895-1995. Congress Prceedings V. 1.P.254. Tenth International Congress of Radiation research Wurzburg, Germany, August 27- September 1, 1995. (V.P. Kozheurov, O.V.Vyushkova, M.o. Degteva).

8. Токсические и радиозащитные свойства производных 13-тиопропионовой кислоты// Хим. фарм. журнал. 1995. (Соавт. Корытный B.C., Большакова С.А., Трофимов Б.А., Вавилова А.Н., Михалева А.И.)

9. Состояние стволовой популяции системы кроветворения в ранние сроки воздействия 90-Sr на организм // Вестник Челябинского пед. университета. Серия 4. Естественные науки. 1995. N 1. (Соавт. Шибкова Д.З.,Андреев О.Г.)