| Научный журнал
 ВЛИЯНИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ | статьи | Научный журнал

ВЛИЯНИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Опубликовано: 18-08-2014
Автор(ы): Б.А.Жетписбаев, Б.Т.Серимханова, А.С.Аргынбекова, А.С.Сайдахметов, А.К.Мусайнова, С.М.Болысбекова Государственный медицинский университет г.Семей

Известно, что иммунная система является одной из регуляторных систем человека, которая высокочувствительна к влиянию ионизирующего излучения. При оценке адаптационных реакций сложных биологических систем целесообразно отслеживать взаимодействие и взаимообусловленность параметров ключевых звеньев гомеостаза, таких как иммунная система организма, обменные процессы [1]. Так, при исследовании иммунологических и цитогенетических последствий хронического радиационного воздействия на организм человека было отмечено наличие признаков иммунологического дисбаланса у людей, подвергшихся облучению [2]. Изменения структуры взаимосвязей между параметрами иммунитета выражались в исчезновении достоверных связей между иммунологическими показателями.

Длительное воздействие малых доз радиационно-токсических факторов ведет к формированию вторичных иммунных дисфункций. У рабочих контактирующих с радиационно-токсическими факторами, развивается комбинированная вторичная иммунная дисфункция, характеризующаяся Т-хелперным дефицитом, усилением кислородзависимой цитотоксичности клеток; снижением как функционально-метаболической, так и фагоцитарной активности клеток [3].

Иными словами, длительное воздействие малых доз радиации оказывает неблагоприятное влияние на основные звенья иммунной системы, что отражается на здоровье населения в виде аутоиммунной патологии, преждевременного старения, формирования иммунодефицитного состояния и др.

При развитии любой патологии происходят изменения, в первую очередь, форменных элементов крови, что позволит более тщательно оценивать состояния организма [4].

Количественно-морфологическая оценка состояния кроветворной системы - один из простых и информативных лабораторных тестов для констатации и прогнозирования возможных радиационных эффектов. Лимфоциты и моноциты являются одними из наиболее радиочувствительных клеток системы крови, сохраняющими полученные повреждения в течение длительного времени.

Изучалось в эксперименте хроническое ингаляционное воздействие пыли урановой руды на состояние лимфоидного и моноцитарного ростков костного мозга (КМ) и периферической крови в эксперименте [5].

Баишева С.А., Цай Е.Г. [6] определяли параметры иммунного статуса у 80 жителей одного из районов Казахстана с повышенным содержанием радона в окружающей среде (1). Для сравнения определяли те же параметры у 61 жителя районов с нормальным радиационным фоном (II) и 110 жителей Семипалатинской области из районов с высоким гамма-радиационным фоном (III). В I группе обнаружен выраженный изолированный IgA-дефицит, при отсутствии отклонений других параметров. В группе ІІІ выявили существенные отклонения от нормы Т-системы: снижение количества Т-хелперов. Высказано предположение, что характер и глубина поражений иммунной системы ионизирующей радиацией зависят от проникающей способности радиоизлучения [6].

По данным С.Р. Кулаева с соавт. [7] у здоровых лиц, проживающих в зоне Семипалатинского полигона, по сравнению с аналогичными лицами г. Алматы снижена функциональная активность нейтрофилов, обнаружено значительное угнетение Т-клеточного звена. Результаты исследований населения районов, получившего суммарную дозу облучения 35-100 сЗв, показывают о значительном угнетении клеточного и гуморального иммунитета. В этой группе обследованных лиц отмечаются достоверно низкие количественные показатели уровня Т-супрессоров, ЕАС-розеткообразующих клеток, фагоцитарной активности нейтрофилов, приводящие к угнетению противоинфекционной защиты и формированию аутосенсибилизации [8].

Наиболее стойкие изменения наблюдались в Т-системе, в общей популяции лимфоцитов [9]. После воздействия лучевого поражения начинают повреждаться вспомогательные клетки иммунной системы, в частности стромальные элементы тимуса, приводящие в нарушении созревания Т-клеток и в первую очередь Т-хелперов.

Таким образом, вышеприведенные данные литературы показали, что хронической воздействие в малых дозах ионизирующего облучения в первую очередь действует на Т-систему иммунитета, что может способствовать возникновению развития аутоиммунных процессов, связанных с нарушением, в первую очередь, функции Т-лимфоцитов - супрессоров. Изменения в функционировании иммунной системы сопровождаются нарушением соотношений Т-хелперов к Т-супрессорам, уменьшением их абсолютного количества, что связано с явлениями лимфопении. Снижение числа Т-лимфоцитов сопровождается изменением их миграции, дифференцировки и функциональной активности, тогда как количественные изменения В-лимфоцитов в крови человека менее выражены [10].

Не проявляет безразличия к воздействию ионизирующего облучения и гуморальное звено иммунной системы. Одним из важных показателей этой системы является концентрация ЦИК в периферической крови. Считается, что ЦИК вызывает ряд цепных реакций индуцирующих и поддерживающих воспаление. Фиксация их в тканях приводит к образованию биологически активных веществ - гистамина, серотонина и активации кининовой системы, которые вместе с высвобождением лизосомальных ферментов играют важную роль в образовании местного очага воспаления. Уровень антител, ЦИК, иммуноглобулинов и В-клеток лишь косвенно отражает наличие и степень гиперактивности В-системы иммунитета [11].

Считается, что иммунологические реакции, в основе которых лежит ответ В-лимфоцитов (образование антител), сильнее страдают от радиации, чем ответ Т-лимфоцитов. Более уязвимой оказывается антибактериальная защита, связанная с продукцией антител и менее - противовирусная, зависящая от Т-лимфоцитов [12].

Оценка цитокинового статуса является перспективной областью иммунодиагностики. В настоящее время во всем мире содержание ключевых цитокинов иммунной системы оценивается при проведении различных иммуноэпидемиологических исследований. В экспериментальных исследованиях показано, что воздействие факторов окружающей среды изменяет уровень синтеза цитокинов [13]. Однако, на сегодняшний день в данных иммуноэпидемиологических исследований отечественных ученых нет сведений об уровнях продукции цитокинов. Р.М. Хаитов [14] условно выделяет цитокины, повышающие и понижающие защиту организма от инфекции. К первым он относит ИЛ-12, ИЛ-18 и ИНФg, ко вторым - ИЛ-10, ИЛ-4, ИЛ-5. Как известно, указанные группы цитокинов определяют направление дифференцировки Т-хелперов соответственно в Тх1- и Тх2-клетки. Важно также определение таких провоспалительных цитокинов, как ФНО-а, ИЛ-1b, ИЛ-8, от действия которых зависит интенсивность развития воспалительного процесса [14]. В работе О.С. Солнцевой с соавторами [15] у ликвидаторов Чернобыльской аварии были оценены уровни содержания ИЛ-1Ь и ФНО-а, а также количество Fas-антиген экспрессирующих клеток. В группе ликвидаторов отмечено увеличение количества клеток, спонтанно синтезирующих ИЛ-1Ь и уровня спонтанной продукции ИЛ-1Ь по сравнению с контрольной группой. Уровень спонтанной продукции ФНО-а в группе ливидаторов последствий аварии также был выше, чем в группе доноров. Была выявлена также высокая прямая корреляционная зависимость между количеством СД95 клеток и количеством клеток с поверхностной формой ФНО-а. Наблюдалась и умеренная корреляционная связь между уровнем экспрессии Fas-антигена и спонтанной продукцией ИЛ-1b. Эти данные полностью подтверждены в эксперименте с облучением лимфоцитов малыми дозами ионизирующей радиации, что позволяет предположить, что в результате повреждающего действия радиации происходит активация двух сигнальных путей апоптоза, связанных с Fas и ФНО-а. В работе В.Л. Осаковского с соавторами [16] проведена оценка иммунного статуса работников, занятых в алмазодобывающем производстве в Якутии. Гипоксия, создаваемая в производственной атмосфере глубокого котлована карьера, загрязненного окислами азота и углерода, является фактором увеличения доли лиц с повышенным содержанием IgG в сыворотке крови. Обнаружены достоверные корреляционные связи концентраций ИЛ-1b и ИЛ-4 с концентрацией IgС. В группе с повышенными концентрациями 1gG выявлена тенденция положительной коррелятивной связи с уровнем АТ к нативной ДНК в сыворотке крови. Индикаторная роль цитокинов при иммуноэпидемиологических исследованиях хорошо показана в работе А.А. Тимошевского [17]. Уровень спонтанной продукции ИЛ-1b в группе ликвидаторов аварии на ЧАЭС практически в 2 раза превышал таковой в группе здоровых лиц. По содержанию ИНФа, ИЛ-4 и ИЛ-6 также были найдены существенные отличия, что позволило констатировать сохранение изменений дисфункции иммунной системы в отдаленный период после воздействия факторов радиационной аварии. Шортанбаев А.А. с соавт  исследовали особенностей спонтанной продукции цитокинов и оценка влияния неблагоприятных факторов окружающей среды на состояние иммунного статуса у 500 жителей региона влияния ракетно-ядерного полигона «Азгыр». В результате иммуноэпидемиологического исследования, проведенного в регионе влияния ракетно-ядерного полигона "Азгыр" – выявлен синдромом иммунологической недостаточности.

Таким образом, в настоящее время изучение цитокинового статуса является одним из прогностических инструментов при оценке влияния на иммунный статус факторов окружающей среды. Причем, как показал анализ литературы, оценка уровней содержания цитокинов позволяет выявить функциональную недостаточность морфологически сохраненной иммунной системы

Неспецифические фагоцитарные факторы, являясь одним из звеньев иммунной системы, отражают состояние резистентности организма при воздействии различных эндогенных и экзогенных факторов, в том числе и при воздействий различных доз ионизирующей радиации. Анализ данных литературы дает неоднозначные и противоречивые взгляды по оценке неспецифических фагоцитарных факторов иммунной системы при лучевом поражении организма.

Так японские исследователи Takaichi S. et al. [18] обнаружили у персонала обслуживающего уранографитовые реакторы снижение подвижности и фагоцитарной активности нейтрофилов в периферической крови, тоже же самое отметил Kondo S. /19/ у жителей после атомной бомбардировки городов Хиросима и Нагасаки. 

По данным Кузнецова С.А. и Семенова И.В. [20] на воздействие ионизирующего излучения не одинаково чувствительны различные фазы фагоцитоза. Авторы отмечают более высокую радиочувствительность первой и четвертой фазы фагоцитоза, что отражается в нарушении фагоцитарной активности факторов неспецифической резистентности организма.

Но при исследовании хронического воздействия ионизирующего излучения получены совершенно противополжные данные. При депрессии всех звеньев иммунной системы у больных хронической лучевой болезнью фагоцитарная активность нейтрофилов повышается [21], аналогичные изменения наблюдались в иммунном ответе и у рабочих производства плутония и переработки обогащенного урана со стажем не менее 15 лет [22].

Не исключено, что в основе указанных противоречий лежит дозозависимый механизм повреждения системы неспецифической фагоцитарной резистентности  организма у облученных, и отражения развития компенсаторной реакции.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что вредные факторы окружающей среды, вызывают формирование иммунологической недостаточности. Приведенные данные показывают, что ионизирующая радиация оказывает существенное влияние на иммунную систему организма, а изучение отдаленных последствий вызывает большой  интерес и является прологом для дальнейшего ее исследования.

В настоящее время внимание ученых привлекают изменения метаболизма на уровне ткани, клетки и субклеточных структур. Исследования на клеточном и субклеточном уровнях позволяют установить наиболее общие закономерности радиобиологического эффекта /23/.

Радиационное воздействие вызывает в клетке выраженные биохимические и морфологические изменения, нарушается гуморальная связь между клеточ-ными структурами; происходит нарушение влияющих факторов на синтез АТФ в организме /24/. В энергетическом обмене организма АТФ играет роль поставщика энергии, тогда как при лучевом поражении организма снижается ее концентрация в митохондриях клетки, это в свою очередь ингибирует биосинтез соответствующих гормонов – адреналина и норадреналина.

Также нужно отметить, что при действии ионизирующей радиации разобщение сопряженного фосфорилирования происходит за счет усиления активности АТФ-азы (и других фосфатаз), биохимических реакций регулирующих внутриклеточный метаболизм и генерации мембранного потенциала электронного транспорта ионов в митохондриях. Установлено, что сложные биохимические процессы участвующие в процессе аккумуляции энергии биологического окисления путем окислительного фосфорилирования отличаются высокой радиочувствительностью. Следствием глубоких нарушений энергетического обмена в облученном организме является дефицит важнейших макроэргических соединений [25].

Изменения энергетического обмена определяет также метаболический потенциал в иммунокомпетентных клетках и органах, что отражается на функциональной способности иммунной системы. Однако данные изменения не достаточно исследованы в лимфоидных органах иммунной системы в отдаленном периоде после воздействия малой дозы проникающей радиации, в том числе в селезенке и печени. 

Глубокое изучение метаболических процессов, происходящих в различных органах и тканях, может способствовать более глубокому раскрытию патогенеза, разработке новых методов диагностики, прогноза и лечения нарушений в отдаленном периоде после облучения. Как известно, в лимфоцитах селезенки у облученных животных  происходит снижение активности 51-нуклеотидазы и АДА, это вызывает накопление аденозина, вызывающее угнетение функции Т- и В-лимфоцитов [26].

Перекисное окисление и ионизирующая радиация – два весьма распространенных, не имеющих ничего общего между собой феномена. Чтобы понять взаимосвязь и взаимодействие этих двух природных феноменов, необходимо ввести третье понятие – живую систему, в которой радиация действует из вне, а процессы перекисного окисления, протекают внутри нее. В живых системах существует объективная предпосылка для протекания окислительных процессов, в том числе и перекисного окисления липидов, с другой стороны, антиоксидантные системы ограничивают развитие окислительных реакции в пределах, совместимых с жизнью. В итоге взаимодействия прооксидантных и антиоксидантных процессов перекисное окисление удерживается в нормальных условиях на весьма низком стационарном уровне. Поэтому состояние перекисного окисления липидов при радиационном поражении организма представляет большой интерес

Ситуация коренным образом изменяется при воздействии на живую систему ионизирующей радиации. Ее фотоны несут энергию, которые при взаимодействии с атомами и молекулами веществ вызывают ионизацию и электронное возбуждение атомов. Избыточная энергия, переданная ионизирующей частицей, делает возможным осуществление физико-химических превращений и химических реакций в клетке с высокой скоростью.

Возникающие при взаимодействии ионизирующей радиации продукты (ионы, ион-радикалы, возбужденные атомы) обладают как окислительной, так и восстановительной активностью. При взаимодействии последних с растворенным в жидкостях организма с молекулярным кислородом возникает также окислительные радикалы  перекиси.

Таким образом, поглощение энергии ионизирующей радиации в живой системе инициирует окислительные реакции, качественно отличающиеся от тех, которые протекают в клетках спонтанно, но в нормальных условиях ограничиваются функционированием антиоксидантных систем [27].

Разумеется, во всех этих процессах поглощенная доза радиации играет определенную роль. Так биологический эффект ионизирующей радиации в данной поглощенной дозе в определенной мере зависит от распространения этой дозы во времени (т.е от мощности дозы) и в пространстве (от вида ионизирующих частиц, массы, энергии, скорости движения, наличия или отсутствия заряда), также имеет несомненное значение состояние самой биологической системы, подвергающейся лучевому воздействию. Но все же они действую в рамках глобальной зависимости доза-эффект [27]. Однако накопившиеся в последние годы экспериментальные и эпидемиологические данные довольно убедительно свидетельствуют о том, что в области малых доз линейный характер зависимости доза-эффект скорее всего не соблюдается, а имеет более сложная зависимость, свидетельствующая об участии и влиянии каких-то дополнительных факторов.

Если при остром и хроническом облучении изменения перекисного окисления липидов различны, то при действии облучения в малой дозе, отсутствуют нелинейные изменения, после действия облучения в дозе 0,01 Гр/мин.. Повышение содержания вторичных продуктов ПОЛ в плазме крови после облучения мышей являются существенным фактором для оценки радиобиологических эффектов в области малых доз. По сравнению с острым облучением высокая поражаемость мембран наблюдается при низкоинтенсивном облучении, что позволяет прогнозировать  биологические эффекты малых доз радиации низкой интенсивности [/28].

Побочное действие первичных и вторичных продуктов ПОЛ предотвращается специализированными антиоксидантными ферментами. При истощении ферментной и неферментной антиоксидантной системы избыток  продуктов ПОЛ, распространяясь током крови, в виде  первичных радиотоксинов, оказывает токсический эффект [29].

Рядом авторов [30,31] в эксперименте установлено, что радиация  в малой дозе приводит к активации реакции ПОЛ, выраженной в повышении гидроперекисей и МДА во всех структурах мозга и крови.

Таким образом, избыточное накопление в организме различных продуктов ПОЛ, деструктивно влияющих на биологические мембраны, изменяет активность большого количества ферментов, с изменением важнейших биохимических процессов в облученном организме.

Поэтому изучение иммунологической реактивности организма и биохимических процессов в отдаленном периоде после воздействия малой дозы ионизирующего излучения представляет большой интерес.

 

Литература:

  1. Жетписбаев Б.А., Хамитова Л.К. Иммунные дисфункции облученного организма. - Алматы, 2000. - 213 с.
  2. Frenkel M., Ben-Arye E., Baldwin C.D., Sierpina V. Approach to communicating with patients about the use of nutritional supplements in cancer//  Med J. – 2005,  №3, P.35-45.

  3. Махамбетов К.О., Казымбет П.К., Козаченко Н.В. Влияние производ-ственных факторов на иммунный статус работников ураноперерабатывающей промышленности// Мат. Международной конферен. «Медико-социальная реабилитация населения экологически неблагоприятных регионов» 28-29 августа 2006, Семипалатинск, 2006, С.70
  4. Тулеутаева Г.А. Иммунологический статус здоровых детей региона, прилегающего к Семипалатинскому ядерному полигону // Иммунология, 1992, № 4, C. 36-37.
  5. Кауышева А.А. Влияние ингаляционного воздействия пыли урановой руды на клетки лимфоидного и моноцитарного ряда системы крови в эксперименте // Мат. Международной конферен. «Медико-социальная реабилитация населения экологически неблагоприятных регионов» 28-29 августа 2006, Семипалатинск, 2006, С.63.
  6. Баишева С.А., Цай Е.Г. Показатели Т-, В-систем иммунитета у жителей регионов с повышенным радиационным фоном» // Материалы межд. научной конференции «Экология радиация здоровье», Семипалатинск, 1993, С.138.
  7. Кулаев С.Р., Треногина В.Я., Аленова А.Х. и соавт. Состояние туберкулезной эпидемии в экологически неблагополучных районах Казахстана // Сборник резюме XI съезда фтизиатров, Санкт-Петербург, 1994, С.317.
  8. 8.Сауров М.М. Оценка вероятности летальных эффектов при действии на население ионизирующих излучений // Мед. радиология и рад. безопасность, 2002, 5, С.5-16.
  9. 9.Жетписбаев Б.А., Хамитова Л.К. Иммунные дисфункции облученного организма. - Алматы, 2000. - 213 с.
  10. Жетписбаев Б.А. с соавт, Иммунодефицит радиационного генеза, Семипалатинск, 2002. – 216 С.
  11. Lubber F.H., Hooijkaas H., Preesman A.A., Zaalberg O.D. et al. The effect of X-rays on the precursors of antibody forming cells (B-cells) as measured with the in vitro limiting dilution assay // Int. J. Radiat. Biol.,1992, Vol.42, №2, P.131-139.
  12. Терентьев Л.П., Алексахин С.С., Лаврентьев И.А. Оценка влияния радиоактивно загрязненной местности на иммунитет // Воен.-мед. журнал. -1993, №9, C.53-56.
  13. Jung V.F. Dеtесtion оf intraсеllular cytokines by flow cytometry//J. Immunol./ Meth.1993, Р. 197.
  14. Хаитов Р.М., Пинегин Б.В. Оценка иммунного статуса человека в норме и при патологии // Иммунология. - 2001. - №4. - С.4-6.
  15. Солнцева О.С. Роль цитокинов в осуществлении апоптических процессов клеток иммунной системы у лиц, подвергшихся воздействию ионизирующей радиации в малых дозах // Иммунология, 2000, №3, С.22-24.
  16. Осаковский В.Л. Содержание некоторых цитокинов при различных уровнях сывороточного IgG // Иммунология. - 2002, №2, С. 125-127.
  17. Тимошевский А.А. Состояние клеточного и цитокинового звеньев иммунитета у участников ликвидации последствий аварий на Чернобыльской АЭС через 10-12 лет после выхода из зон повышенной радиологической опасности//Мед. Радиология и рад. Безопасность, 2001, Т.46, №4, С.23-27.
  18. Takaichi S., Hauashi R., Kiyotaki C et al. Radiation effects on human histiocytic cells // J. Electron Microsc., 1996, Vol. 35, №4, Р. 2839-2840.
  19. Kondo S. Effects of A-Bomb radiation on the human body, Tokyo, 1995.
  20. Кузнецов С.А., Семенова И.В. Клетки иммунной системы как посредники в реакции других систем организма на стрессорное воздействие // Пат. физиол. и эксперим. терапия, 1997, №2, C.27-32.
  21. Капелько М.А. Активация функции и усиление деструкции фагоцитирующих клеток у детей, подвергшихся радиационному воздействию // Пробл. мед. биол. и здоровья детей и подростков, Тез. докл. респ. науч, практ. конф, Владивосток, 1991, С.84-85.
  22. Андронов С.А., Иванова А.П. Влияние хронического воздействия малых доз радиации на состояние иммунологической реактивности организма рабочих производства плутония и переработки обогащенного урана // Бюл. рад. мед. - 1974. -№4 - С.18-27
  23. Савченко А. А., Булигин Г.В., Нагирная Л.А. и др. Активность НАДФ - зависимых дегидрогеназ тимоцитов и лимфоцитов крови после облучения  in vivo длиноволновым лазерным излучением. // Пат. физиол. И эксперим. терапия. - 1996. - №2. - С.24-27.
  24. Порядин Г. В., Макаров А. И., Салмаси Ж. М. Регуляция экспрессии  поверхностных структур мембраны пуриновыми соединениями в норме и при патологии. // Пат. физиол. и эксперим. терапия.  -1997.  -№1. -С.42-45.
  25. Marone G., Plaut M., Lichtenstein L.M. The role of adenosine in this control of immune function. || Res. In Clin. And Labor., 1980. - V. 10. - №.2. - Р. 303-312.
  26. Барабой В.А., Орел В.Э., Карнаух И.М. Перекисное окисление липидов. Киев. Наукова думка, 1991, -256с.
  27. Combs G.F., Combs S.B. The role of  sllenium in nutrilion. – Orlando: Asad. Press, 1986. - 532 p.
  28. Stone W.L., Drats E.A. Selenium and non-selenium glutathione peroxidase activityin selected ocular and non-ocular rat tissues // Exp. Clin. Rea. - 1992. –Vol.35, №5. - P.21-128.
  29. Dostert P., Strolin B.M., Frigerio E. Effect of L-dopa, oxiferriscorbone and ferrous iron on in vivo lipid peroxidation // J. Nenral Transmiss. -1991. -Vol.84, №2,  P.119-128.
  30. Хансон К.П., Стрелина А.В., Воскобойников В.В. и др. Биохимические аспекты действия ионизирующей радиации на живой организм. - Л., 1972. - С.64.

  31. Dasgupta A., Zdunek T. Sn vitrolipid peroxydation of lmman ferum catalyzed by cuptik ion; Antioxidant rather than rroxidant role ascovbate // Lige Scl.  - 1992. -Vol. 50, №12, Р.875-882.

год: 2010 выпуск №1