РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 4, с. 360-366
ОБЩАЯ РАДИОБИОЛОГИЯ =
УДК [57+61]::539.1.0:599.323.4:591.461.4:614.876
К ПРОБЛЕМЕ НЕМУТАГЕННЫХ НЕМИШЕННЫХ ЭФФЕКТОВ В МАЛООБНОВЛЯЮЩИХСЯ ТКАНЯХ. АНАЛИЗ ДЕЙСТВИЯ РАДИАЦИИ В МАЛОЙ ДОЗЕ НА ЭПИТЕЛИЙ
ПОЧЕЧНЫХ КАНАЛЬЦЕВ КРЫСЫ © 2014 г. И. Б. Бычковская1*, О. В. Кирик2, Р. Ф. Федорцева1
всероссийский центр экстренной и радиационной медицины им. А.М. Никифорова МЧС России, Санкт-Петербург 2Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины Северо-Западного отделения РАМН,
Санкт-Петербург
Облучение крыс у-квантами в малой и более высокой дозах (0.25 и 1.5 Гр) индуцирует в эпителио-цитах канальцев почки устойчивое не зависимое от дозы повышение выхода очаговых и летальных цитоплазматических нарушений, сопровождающееся устойчивыми, также не зависимыми от дозы излучения субклеточными компенсаторно-восстановительными процессами. На протяжении срока исследования (6 мес.) эти процессы не приводят к оздоровлению популяции. Обнаруженные изменения отнесены к категории немишенных немутагенных эффектов. Они представляют интерес в связи с проблемой радиочувствительности малообновляющихся тканей.
у-Излучение, немишенные эффекты, немутационное проявление, крысы, эпителий почечных канальцев, гибель клеток, объемы митохондрий, размеры и численность фагосом, дозонезависимость, персистиро-вание.
БОТ: 10.7868/80869803114040055
В тканях с низкой митотической активностью (так называемые "малообновляющиеся ткани") генотоксические эффекты, проявляющиеся в ходе пролиферативных процессов, не могут обеспечить развития выраженной морфологической патологии. В таких тканях, даже после облучения в относительно высоких дозах, наблюдаются низкий выход или практическое отсутствие характерных для действия радиации хромосомных аберраций [1, 2]. Последние, равно как и грубые морфологические нарушения, ярко проявляются в малообновляющихся тканях лишь при дополнительных воздействиях, вызывающих пролифера-тивные процессы, например в ходе посттравматической регенерации [3, 4] По признакам выхода хромосомых аберраций и грубых морфрлогиче-ских нарушений указанные ткани относят к категории радиорезистентных [5].
Описанная ситуация находится в противоречии с тем, что малообновляющиеся ткани являются критическими в развитии отдаленных сома-
* Адресат для корреспонденции: 194044 Санкт-Петербург, ул. Акад. Лебедева, 4/2, лит. А, пом.1Н, ФГБУ ВЦЭРМ им. А.М. Никифорова МЧС России; тел.: (812) 315-13-40; e-mail: i.b.bychkovskaya@gmail.com.
тических (неканцерогенных) последствий действия радиации [5, 6].
В связи с этим, на наш взгляд, может представить интерес развиваемый нами альтернативный подход к оценке радиочувствительности тканей с низким уровнем митотической активности [7, 8].
При анализе результатов многолетних независимых экспериментальных исследований, проведенных И.Б. Бычковской и соавт. [7—10] на различных представителях царства простейших, и Р.П. Степановым и соавт. [1, 2, 11] на разных малообновляющихся тканях крысы (эндотелий и гладкая мускулатура сосудистых стенок), было продемонстрировано существование особых ви-донеспецифических деструктивных клеточных эффектов [7-10, 12, 13].
Повреждение у всех объектов состояло в возникновении в популяциях массовых однонаправленных скрытых изменений, способных реализоваться в долговременном повышении вероятности увеличенного выхода поврежденных и гибнущих клеток по сравнению со спонтанным уровнем.
Были обнаружены следующие необычные признаки данных изменений: 1) эффективность воздействия на исследуемые объекты излучений
уже в очень низких дозах; 2) ранняя реализация эффектов воздействия; 3) скачкообразное возникновение проявлений (как по дозе, так и по времени); 4) резкие количественные отличия от контроля; 5) отсутствие монотонного возрастания эффекта с ростом дозы; 6) высокий консерватизм; 7) отсутствие связи с митозом; 8) немутационные "конечные точки"; 9) очень большая частота возникновения в когортах клеток/особей; 10) отсутствие заметных качественных отличий от контроля.
По совокупности перечисленных характеристик (прежде всего массовости и дозонезависи-мости) обнаруженные эффекты не могут рассматриваться как мутации. Они не обусловлены принципом попаданий в уникальные генетические структуры и не оказывают мутагенного действия. Это позволило отнести данные изменения к категории особых, еще малоизвестных, немутагенных (НМГ) немишенных (НЭ) эффектов (НМГ НЭ) [8]. В отличие от изучаемых в литературе мутагенных немишенных эффектов [14, 15], интересующие нас изменения заведомо не имеют ни мутационной природы, ни мутагенного проявления. Учитывая отсутствие заметных качественных отличий от контроля их можно понять как инициированный некими сигналами переход интактных популяций в состояние резкого повышения спонтанного уровня поврежденности и склонности к гибели клеток [8, 9].
У крыс повреждение такого рода морфологически первично локализовалось в цитоплазмати-ческих структурах клеток. Оно прослеживалось на протяжении всей жизни животных [1, 2]. Имелись проявления компенсаторной гипертрофии и гиперплазии органелл, однако соотношение этих процессов с деструктивными процессами не анализировалось. Эффект наблюдали уже при облучении в дозах порядка долей Гр [2—11].
В исследованных тканях (эндотелиальной и гладкомышечной) специфика изучаемых изменений состояла лишь в разном количественном выходе клеток с ультраструктурными нарушениями и соотношениями вариантов этих нарушений, но не в качественно разном характере реакции [2].
Был сделан вывод, что по признаку обнаруженных нарушений ткани с низким уровнем про-лиферативной активности могут быть оценены как радиочувствительные.
В настоящем сообщении представлен анализ экспериментальных данных, полученных в более поздние годы в наблюдениях на еще одной мало-обновляющейся ткани крысы — эпителии почечных канальцев [16—18]. При этом, в дополнение к предыдущим аналитическим исследованиям [7,
8, 13], были рассмотрены количественные соотношения деструктивных клеточных изменений с компенсаторно-восстановительными процессами, что оказалось важным для более углубленного понимания изучаемого явления.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Проведены электронно-микроскопические и светооптические наблюдения за клетками эпителия проксимального отдела почечных канальцев у интактных и облученных крыс. Полученные данные анализировали с точки зрения представлений о НМГ НЭ, которые могут определять повреждение малообновляющихся тканей при относительно низких лучевых нагрузках.
Исследование выполнено в НИИЭМ СЗО РАМН под руководством Р.П. Степанова [16—18] на беспородных белых крысах-самцах с исходной массой 180—200 г. Животных подвергали облучению у-квантами на аппарате "ЦЭГО". Облучение и дозиметрический контроль осуществлены дозиметрической службой Научно-исследовательского испытательного центра "Медико-биологическая защита" Минобороны (МО) РФ по общим стандартам при мощности поглощенной дозы, оцененной как 2 Гр/ч. Животных облучали в дозах. 0.25 и 1.5 Гр. Контрольных крыс содержали в тех же условиях, но не облучали.
Для морфологических исследований животных декапитировали после предварительной наркотизации. Для электронно-микроскопического анализа кусочки коркового вещества почки фиксировали по Карновскому на фосфатном буфере (рН 7.4), а затем в 1%-ном растворе четырехокиси осмия в том же буфере и заливали в аралдит (смола '^иКЛ", Швейцария).
Ультратонкие срезы после контрастирования урацил-ацетатом и цитратом свинца просматривали на микроскопе '^ЕМ-100В". Для светоопти-ческой микроскопии часть материала фиксировали в жидкости Буэна и заливали в парафин. Срезы толщиной 5 мкм окрашивали гематоксилином и эозином.
При количественном анализе содержания в клеточных популяциях гибнущих нефроцитов использовали методы светооптической микроскопии, позволяющие исследовать обширные гистологические срезы почки. Это давало возможность значительно увеличить выборку исследуемых клеток (до 12000) и учитывать неравномерность распределения изменений. Данную выборку использовали и для определения частоты встречаемости делящихся клеток (для расчета митотиче-ского индекса).
При исследовании компенсаторно-восстановительных процессов исходили из положения о том, что в малообновляющихся тканях данные процессы морфологически осуществляются путем гипертрофии, гиперплазии и замещения внутриклеточных структур [2, 21, 22]. Наблюдали за компенсаторным увеличением объемов митохондрий, а также увеличением размеров и численности фагосом, принимающих участие в обновлении поврежденных клеточных элементов [16]. При этом использовали тех же животных, что и при исследовании летальности клеток.
Данные о численности и размерах фагосом получали при анализе электронограмм и непосредственно с экрана микроскопа. Объем митохондрий оценивали методами стереологического анализа в отдельных клетках (у каждого животного в 100—300 клетках). О численности фагосом судили по их содержанию в отдельных клетках.
Исследования деструктивных процессов производили через 0.5, 1, 4, 5 и 6 мес. после облучения, а компенсаторно-восстановительных — через 0.5, 1 и 3.5 и 5 мес.
Каждый временной этап и вариант эксперимента представлен данными, полученными от 3— 8 животных. Статистические расчеты выполняли на компьютере IBM РС АТ c использованием пакета программ Excel и STATISTICA 5.0.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Электронно-микроскопические и светоопти-ческие наблюдения [16—18] показали, что в эпителии почечных канальцев крысы, как и в исследованных ранее других малообновляющихся тканях, уже при облучении животных в относительно малой дозе на всех временных точках регистрируется резкое возрастание по сравнению с контролем выхода клеток, несущих различные формы цитоплазматических нарушений.
При этом, на фоне многочисленных нефроци-тов, несущих относительно легкие, преимущественно очаговые нарушения, встречались, хотя и со значительно меньшей частотой, нежизнеспособные клетки. Они были рассеяны поодиночке среди видимо неизмененных или легко поврежденных элементов эпителия почечных кана
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.