Структурные изменения в эпителии канальцев почки крыс после слабого радиационного воздействия

Актуальность проблемы. Экологическое неблагополучие, все возрастающее в течение последних десятилетий в большинстве стран мира, в значительной степени связано с угрозой слабого радиационного воздействия на большие группы населения (профессиональная деятельность, техногенные катастрофы). Решение научных аспектов этой проблемы явно запаздывает, хотя социальная ее цена оказывается чрезвычайно высокой. До сих пор нет определенности в оценках степени биологической опасности умеренных и малых (близких к пороговым) доз ионизирующих излучений. Представления о безусловной вредности облучения в любых дозах периодически возрождают сомнения в оправданности официально регламентируемых уровней допустимых лучевых нагрузок. Однако все чаще появляются публикации в поддержку точки зрения о полезности и даже необходимости такого облучения (<2Гр) для стимуляции физиологических систем организма, усиливающей адаптационную устойчивость и резистентность (111, 120,21).

Вместе с тем, накапливается информация (84, 54, 62, 87, 38, 36, 23) о значительном повышении уровня общей соматической заболеваемости, инвалидизации и смертности в группах населения, проживающих на загрязненных радионуклидами территориях и/или когда-либо подвергавшегося воздействию облучения в умеренных или малых дозах, в том числе и не превышающих нормативный порог (0,25Гр). Отмеченные в этих случаях заболевания не имеют специфики, связанной с предшествующим радиационным воздействием, и отличаются широкой индивидуальной вариабельностью в сроках позднего проявления (годы после облучения), темпах прогрессии и тяжести течения (5, 6, 47, 48). Остается неясной их зависимость от столь отдаленного по времени и весьма слабого радиационного воздействия. Совершенно непонятно и значительное разнообразие возможного появления тех или иных нозологических форм патологии в этих случаях. Но крепнет убеждение, что предшествующее лучевое повреждение благополучно репарируется, а рост заболеваемости является последствием психогенной (стрессорной) реакции, результатом радиофобии и хронического тревожного психоэмоционального напряжения (24).

Изучение этого вопроса в экспериментах на животных могло бы существенно упростить и прояснить сложившуюся дискуссионную ситуацию. Можно предположить, что если какие-либо следы слабого радиационного повреждения действительно сохраняются и даже прогрессируют, давая начало развитию выраженного патологического процесса, то их, конечно, следовало бы искать прежде всего в тех тканях организма, которые не обновляют или очень медленно обновляют свой клеточный состав. После облучения в больших (сублетальных) дозах именно такие ткани оказываются критическим звеном в развитии поздних осложнений (52, 4, 97). Именно в них развертывается большинство необратимых изменений, приводящих к серьезным нарушениям в деятельности нейро-эндокринной, сердечно-сосудистой, выделительной, костной систем организма, ухудшающих качество жизни и даже лимитирующих его существование (85, 133, 183, 42, 17, 18, 94, 104, 93, 10, 199, 1, 55, 90, 99, 147, 49, 20). Подобные ткани, однако, имеют давнюю репутацию радиорезистентных, поскольку значительное заметное повреждение относительно быстро обнаруживают лишь после облучения в дозах, превышающих ЮГр (97, 147, 168), в полном согласии с представлениями о прямой зависимости между радиочувствительностью и уровнем пролиферативной активности. Недоразумение с определением степени радиочувствительности медленнообновляющихся тканей выяснилось при использовании более значимых критериев оценки, учитывающих репарационную специфику таких клеточных систем в течение длительного времени после облучения (Стрелин Г. С.). Справедливо было бы говорить не о высокой толерантности подобных тканей к лучевому повреждению, а о своеобразии его проявления там — в склонности длительно сохраняться в «скрытом» (латентном) состоянии, медленно и неполно его репарировать почти исключительно на внутриклеточном уровне, без восполнения клеточной убыли, поздно его проявлять в явной форме, усиливаться при неблагоприятных условиях и функциональных нагрузках (43−45, 142, 10, 13). Внутриклеточные процессы, лежащие в основе этих изменений, до сих пор не раскрыты, что не только оставляет существенные пробелы в теоретических концепциях развития лучевого повреждения вообще и формирования отдаленной лучевой патологии в частности, но также затрудняет понимание причин, стимулирующих появление разнообразных соматических болезней в отдаленные сроки после облучения в малых дозах, затрудняет разработку обоснованных мер профилактики и лечения отдаленных осложнений радиационного воздействия. Достижению успеха в этом направлении может содействовать изучение основополагающих закономерностей развития лучевого повреждения в интерфазных высокодифференцированных долгоживущих клетках медленно обновляющихся тканей.

Цель и задачи исследования

.

Целью исследования является выяснение возможности проявления и прогрессии патологических изменений в тканях почки после воздействия ионизирующих излучений в диапазоне малых доз. Для решения поставленной цели были определены следующие задачи:

• определить характер, масштабы и степень устойчивости изменений в эпителии проксимального отдела канальцев почки после облучения в малых дозах, с выделением деструктивных и репарационных компонентов;

• уточнить количественные характеристики адаптационных преобразований и деструктивных изменений в эпителии проксимальных извитых канальцев почки на разных этапах компенсаторной ее гиперфункции у необлученных крыс после односторонней нефрэктомии;

• установить особенности пострадиационных изменений в эпителии почечных канальцев при стимуляции там процессов компенсаторной гипертрофии в отдаленные сроки после воздействия ионизирующих излучений в малых дозах;

• установить возможность искажения структурных преобразований, сопровождающих компенсаторную гипертрофию почки, при дополнительном воздействии ионизирующих излучений в малых дозах.

Научная новизна.

Впервые проведен комплексный морфологический (в том числе ультраструктурный) анализ динамики деструктивных и репаративных изменений в эпителии проксимального отдела нефрона почки крыс в течение длительного времени после воздействия ионизирующих излучений в диапазоне малых доз. На примере популяции нефроцитов получены новые доказательства специфики лучевого повреждения в медленно обновляющихся тканях, с характерным длительным и стойким его сохранением, наличием «скрытых» (латентных) компонентов. Получены новые сведения о возможности реализации такого латентного персистирующего повреждения в явной форме при дополнительной функциональной перегрузке, сопровождающейся гиперактивностью внутриклеточных метаболических процессов. Кроме этого установлено, что адаптационные преобразования в эпителии канальцев почки при ее компенсаторной гипертрофии искажаются при дополнительном воздействии малых доз ионизирующих излучений. Обнаружены, также ранее неизвестные, закономерности численных и размерных изменений митохондрий в клетках проксимального отдела нефрона после облучения, при функциональной нагрузке и при разных вариантах их сочетанного воздействия.

Теоретическая и практическая значимость.

Настоящая работа является фундаментальным научным исследованием, уточняющим представления о ключевых механизмах формирования поздних осложнений лучевого воздействия на организм. Полученные результаты, в частности, могут представлять интерес для теоретических обобщений в малоизученной области радиобиологии медленно обновляющихся клеточных систем, содействовать разработке новых положений концепции о прогрессирующем пострадиационном ухудшении возможностей внутриклеточных механизмов репарации и риске стимуляции в этих условиях функциональных перегрузок и адаптационных перестроек в тканях, позволяют приблизится к решению вопроса о степени и характере биологической опасности воздействия ионизирующих излучений в диапазоне малых доз. Особое значение имеют полученные в работе подтверждения на примере эпителия канальцев почки и новые подробности о возникновении в медленно обновляющихся тканях необычного и пока еще плохо исследованного радиобиологического феномена, проявляющегося устойчивым ростом спонтанной повреждаемости и частоты отмирания клеток, независимо от митотического деления и связанного с длительным сохранением в клеточных популяциях необратимых латентных лучевых нарушений.

Полученные результаты могут быть полезными и в практическом плане, так как указывают на принципиально новые подходы к разработке мер предупреждения тяжелых патологических изменений в организме в отдаленные сроки после облучения и привлекают внимание к характеру опасности, которую несет облучение в диапазоне доз, близких к пороговым, что должно быть учтено в коррекции административных решений, направленных на защиту социальных прав граждан и регламентацию условий их труда и быта как в условиях слабого радиационного воздействия, так и после его прекращения.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Общее у-облучение крыс в дозах 0,25 и 1,5Гр вызывает устойчивое, длительно поддерживающееся, дозонезависимое повышение уровня спонтанной гибели в эпителии почечных канальцев, а также появление в большинстве клеток популяции комплекса разнообразных нелетальных изменений, а также репарационных и компенсаторных преобразований, сопровождающихся активизацией внутриклеточных метаболических процессов.

2. Дополнительное воздействие — стимуляция функции почки (после операции односторонней нефрэктомии) в отдаленные сроки после облучения вызывает значительное повышение уровня частоты появления поврежденных и гибнущих клеток.

3. Состояние гиперфункции ткани является фактором риска, усиливающим ее реакцию на слабое радиационное воздействие и ухудшающим отдаленные последствия этого воздействия.

Апробация работы.

Материалы диссертации были доложены на молодежной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2000) — на Всесоюзных конференциях «Медицинские последствия экстремальных воздействий на организм» (Санкт-Петербург, 2000) и «Новые технологии медицинской радиологии (Санкт-Петербург, 2001) — на IV всесоюзном съезде по радиационным исследованиям «Радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность» (Москва, 2001) — на V Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей (Санкт-Петербург,.

2002), на Всероссийской конференции «От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям» (Московская область, 2002) — на молодежной конференции «Актуальные вопросы клинической и экспериментальной медицины», (Санкт-Петербург, 2003) — на Экологическом форуме с международным участием «Environment and human health» (St.Petersburg, 2003) — на научной конференции, посвященной 85-летию со дня основания ЦНИРРИ МЗ РФ «Современные технологии в клинической медицине», Санкт-Петербург, 2003.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 12 работ.

Структура и объем диссертации

.

1. Абдурасулов A.A., Качурин А. Л., Мещанский В. Ф. и соавт. Динамика изменений ультраструктуры коры головного мозга крыс в ранние сроки лучевой болезни, вызванной нейтронным облучением // Бюллютень экспериментальной медицины 1986;Т. 101.-№ 5-С. 622−624.

2. Абдурахманов A.A., Качурин А. Л., Машанский И. Ф. и др. Динамика изменений ультраструктуры головного мозга крыс в ранние сроки лучевой болезни, вызванной нейтронным облучением// Бюллютень биологии и медицины 1986.-Т.101.-№ 5. С.622−624.

3. Авцын А. П., Шахламов в.А. Ультраструктурные основы патологии клетки//М.: Медицина 1979.-320с.

4. Александров С. Н. Патогенез сокращения продолжительности жизни облученных биологических объектов. В кн. Современные проблемы радиобиологии. Проблема радиационной геронтологии//М.: Атомиздат 1978.-С. 192−207.

5. Алексахин Р. М Десятилетие после Чернобыля: итоги исследований по радиоэкологии// Радиационная биология, Радиоэкология. 1996.-Т.36-вып.4-С.451−459.

6. Бабаева А. Г. Регенерация и система иммуногенеза.//М. ¡-Медицина. 1985.-256с.

7. Бардычев М. С. Поздние местные лучевые повреждения и их лечение.// Медицинская радиология 1981.-Т.28.-№ 2.-С.40−43.

8. Бардычев М. С., Цыб Ф. Б. Местные лучевые повреждения//М.: Медицина 1985.-239с.

9. Беспалова JI.A., Романов B.C. Электронномикроскопическое ^ исследование печени у собак при хроническом гамма-облучении вмалых дозах.//В кн: «Отдаленные последствия и оценка риска воздействия радиации» М., 1978, С. 20−22.

10. Бычковская И. Б. Проблема отдаленной радиационной гибели клеток.// М.: Энергоатомиздат, 1986 158 с.

11. Бычковская И. Б., Очинская Г. К., Ерохина Т. М. О различных типах наследственных изменений жизнеспособности клеток, вызванных рентгеновскими лучами при различных уровнях доз (опыты на Amoebaproteus) // Радиобиология 1976.-16 Вып. 3 — С. 390−394.

12. Воробьев Е. И., Степанов Р. П. Ионизирующая радиация и кровеносные сосуды.//М.: Энергоатомиздат 1985.-124 с.

13. Государственный доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в России в 1966 г.//Экологический вестник России. 1998;№ 9.-С. 16−23.

14. Гранов A.M., Шутко А. Н. пародоксы злокачественного роста итканевой несовместимости.//СПб.: Гиппократ. 2002—223с.t.

15. Гусаров И. И., Дубровский A.B. Радонотерапия и радиационный гормезис//Медицинская радиология и радиационная безопасность 1999.-Т.44.-№ 2.-С. 18−25.

16. Гуськова А. К. Использование данных медицинского наблюдения за работающими с источниками радиационного излучения дляfобоснования «риска» профессиональногооблучения// Медицинская радиология.-1980.-Т.25.-№ 8.-С.23−28.

17. Гуськова А. К., Байсоголов Г. Д. Лучевая болезнь человека// М., Медгиз 1971.-329с.

18. Дыбан П. А., Михайлов В. П. Пролиферативные процессы в эпителии почки и их значение для поддржания органного гомеостаза.// Сб. научных трудов «Пиелонефрит у детей и взрослых. Диагностика и лечение латентных форм.». -Москва. 1977.-С.112−117.

19. Иванов А. Е., Куршакова H.H., Шиходыров В. В. Патологическая анатомия лучевой болезни.//М.Медицина 1981 .-227с.•Т.

20. Ильин Л. А. Реалии и мифы Чернобля. Москва 1994;448с.

21. Канторова В. И. Об изменении объемов ядра и цитоплазмы клеток Пуркинье под влиянием локального рентгеновского облучения мозжечка// Радиобиология 1966.-Т.6-Ш.-С.434−439.

22. Карпов В. Н., Ушаков И. Б., Давыдов Б. И. Эффективная доза как раздражающее воздействие при фракционированном у-облучении//, Радиобиология 1990.-Т.30. вып.1 С. 107−113.

23. Карповский А. Л. Медленные прогрессирующие изменения вцентральной нервной системе//Дубна: Объединенный институт ядерных исследований 1985.-N19.-C.85.

24. Корнев М. А. Экологические проблемы современности и анатомия человека и экспериментальных животных// Труды Санкт-Петербургского педиатрического института, СПб. 1992.-50с.

25. Лаврова Г. А., Пушкарева Т. В. к исследованию механизмов действия высокими и сверхвысокими дозами у-квантов и нейтронов на центральную нервную систему// Радиобиология 1984 -T.24.-N5-С.616−619.

26. Ларин В. Комбинат «Маяк» полвека проблем// Бюллютень Центра общественной информормации по атомной энергии 1998.-№ 2.-С.37−50.

27. Либерман А. Н. Фарбтухт Т.А. Состояние репродуктивной функции женщин, работающих с источниками ионизирующих излучений//Радиационная гигиена гигиена Л., 1989.-С. 123−127.

28. Лобанюк Л. М. О физиологических механизмах влияния малых доз радиации на сердечно-сосудистую систему//8-й съезд Белоруского физиологического общества им. И. П. Павлова: Тез. Докл. 1991 -С.73.

29. Митюшин В. М., Беспалова Л. А. Изменение ультраструктуры миокарда собак в разные сроки после общего у-облучения.//Кардиология. 1970;N6.-0.95−98.

30. Муратова P.M., Жиленко М. И. особенности воздействия ионизирующей радиации на специфические функции женского организма//Материнство и детство. 1992.-Т.37.-№ 12.-С.27−30.

31. Никифорова E.H., Чередеева Е. А. О радиационном изменении эндотелия магистральных сосудов // Архив анатомии гистологии эмбриологии 1970.-N2.-C.59−64.

32. НКДАР Отчет за 2000, Приложение J. Уровни облучения и эффекты в ^ результате Чернобыльской аварии. — М. :РАДЭКОН, 2001.

33. Островская С. С., Остапенко В. В., Слесаренко Е. Г., Вайнсон A.A., Райхлин Н. Т. Гистохимическое и биохимическое изучение лучевого поражения почек в условиях общей газовой гипоксии.// Архив патологии. 1993 -Т.55 -№ 4.-С.72−74.

34. Пшеничников Б. Малые дозы радиоактивного облучения и лучевой склероз. Издательский дом «Сорбона Украина» 1998.—46 с.

35. Саркисов Д. С. Регенерация и ее клиническое значение //М. Медицина. 1970.-284с.

36. Саркисов Д. С., Втюрин В. В. Электронная микроскопия деструктивных и регенеративных внутриклеточных процессов //М.: Медицина. 1967 — 239с.

37. Саркисов Д. С., Пальцын A.A., Втюрин В. В. Приспособительная перестройка биоритмов//М.: Медицина. 1975.-184с.

38. Стрелин Г. С. Регенерационные процессы в развитии и ликвидации лучевого повреждения//М. Медицина. 1979.-204с.л 132.

39. Стрелин Г. С. Регенерация и лучевые повреждения // Краевский Н. А., Лиознера Л. Д. (редакторы). Очерки по проблемам регенерации. — М., Медицина 1966.-С. 151−211.

40. Стрелин Г. С., Ярмоненко С. П. Процессы восстановления в облученном организме//Современные проблемы радиобиологии. М., 1970.-Т.1-С.264−314.

41. Токин И. В. проблемы радиационной цитологии/ Л.: Медицина. 1974 —313С.W.

42. Ушаков И. Б. Комбинированное воздействие в экологии человека и экстремальной медицине, Москва, 2003, 441с.

43. Ушаков И. Б., Арлащенко Н. И., Солдатов С. К., Попов В. И. Экология человека после Чернобыльской катострофы, Москва-Воронеж, 2001, 722с.

44. Ушаков И. Б., Карпов В. Н. Мозг и радиация// М.: ГНИИИ авиационной и космической медицины 1997.-94с.

45. Федоров В. П., Ушаков И. Б Кариометрическая характеристика сенсомоторной коры крыс при неравномерном у-облучении// Радиобиология 1987.-Т.27.-№ 1 -С.52−56.

46. Шиходыров В. В. Морфологические основы патогенеза острой лучевой болезни. Радиационное поражение организма// Современные проблемы радиобиологии. М.: Атомиздат, 1976. -Т.5.-С.118−132.

47. Ярмоненко С. П. Радиобиология человека и животных.//М.?"Высшая школа" 1977.-368 с.

48. Antignac С., Guber С., Leverger G., Broyer М., Habib R. Delayed renal failure with extensive mesangiolysis following bone marrow transplantation.// Kidney. 1989.-V.35.-P. 1336−1344.

49. Azizova T.V., Sumina M.V. Abote role of ionizing radiation in forming early cerebral atherosclerosis of radiation-dangeros manufature’s professionals// 2nd International Conference «Radiobiological consequencer.