Реакция гемопоэза на физическое воздействие и биологическая роль интерлейкина – 1
| Вид материала | Исследование |
- Тест по теме: «Нервная система». Вариант Скопление тел нейронов образует, 55.32kb.
- Особенности гемопоэза у ликвидаторов последствий аварии на Чернобыльской аэс, проживающих, 200.07kb.
- 195112, г. Санкт-Петербург, Заневский пр., д. 32, корп, 124.19kb.
- Курс лекций Тюмень 2006 массаж массаж физическое и психологическое воздействие на организм, 172.81kb.
- Тематика реферат, 25.36kb.
- Тема теория организации и ее место в системе научных знаний, 556.01kb.
- Лекция № Введение в курс. Медико-биологическая статистика. Медицинская и биологическая, 78.17kb.
- Естествознанию нужна новая биологическая наука – «Молекулярная биологическая информатика», 844.09kb.
- Тема Основные понятия в физической культуре, 52.5kb.
- Список вопросов к зачету по дисциплине Физическая культура, 34.12kb.
реакция гемопоэза на физическое воздействие
и биологическая роль интерлейкина – 1
(экспериментальное исследование)
Климкович Н. Н., Козарезова Т. И.
Введение. В настоящее время известно, что одним из следствий воздействия радиационного фактора на организм является риск канцерогенеза. Излучение может вызвать рак в почти любой ткани или любом органе, хотя некоторые участки тела более подвержены индукции, чем другие [7]. Уже при малых дозах радиация может воздействовать как мутационный инициатор онкогенеза. Наиболее радиочувствительными по сравнению с другими типами клеток являются костномозговые предшественники [1, 2]. Даже малые дозы ионизирующего излучения усиливают апоптоз этих клеток. Исследователи предполагают связь между индукцией цитокинов и процессами апоптоза. Так при облучении периферической крови в эксперименте и в группе ликвидаторов последствий аварии на ЧАЭС было выявлено увеличение числа клеток, синтезирующих ИЛ-4, ИЛ-6 и снижение числа клеток, синтезирующих ИЛ -1β [5].
Установлено, что пострадиационное восстановление гемопоэтических клеток костного мозга определяется процессами пролиферации и дифференцировки малоповрежденных или неповрежденных клеток – предшественниц. Регуляцию системы гемопоэза определяют гемопоэтические ростовые факторы. В последние годы в ряде исследований был продемонстрирован радиозащитный эффект гемопоэтических ростовых факторов, в частности таких рекомбинантных цитокинов, как интерлейкин - 1 (ИЛ-1), ИЛ-2, ИЛ-3, гранулоцитарно - макрофагального колониестимулирующего фактора (КСФ-ГМ). Предполагают, что радиозащитное действие цитокинов связано с индукцией белков острой фазы за счет перехвата радикалов и некоторой активации пострадиационного восстановления гемопоэза и гормональной активности [4, 8, 15]. Существенную роль в радиозащитном эффекте клеток миелоидного ряда и лимфоидных предшественников играет ИЛ-1, действуя путем активации стромы костного мозга. ИЛ-1 является мультифункциональным медиатором. Иммунный и гемопоэтический спектр активности ИЛ-1 определяется усилением комитогенной пролиферации, индукцией экспрессии рецептора к ИЛ-2, увеличением синтеза и продукции ИЛ-4, 5, 6, активацией функции естественных киллеров (NK). При действии ИЛ-1 преактивированные В-клетки обнаруживают усиление пролиферации, у макрофагов активируется фагоцитоз, синтез различных радикалов и фактор некроза опухоли –α (TNF - α), повышается уровень молекул MCH II класса [6, 10, 12, 13]. Важно отметить, что ИЛ-1 по своим биологическим эффектам близок к ИЛ-6 и TNF – α и тандем этих цитокинов действует неразрывно в процессах иммунной регуляции и апоптоза [6, 11, 14]. Учитывая огромную биологическую и защитную роль системы ИЛ-1, снижение при облучении количества клеток, синтезирующих этот цитокин, для изучения пострадиационного восстановления гемопоэза в эксперименте был выбран ИЛ-1, как медиатор гемопоэтической активности. Целью настоящего исследования явилось изучение реакции гемопоэза на различные физические воздействия (ионизирующее излучение, температура) и биологической роли ИЛ-1.
Материалы и методы исследования. В работе использовали 48 крыс - самцов линии Вистар массой 170-220 грамм. Эксперимент включал 3 этапа.
I этап - 16 крыс в течение 36 дней получали 25 сеансов общего R-облучения по 2 R/сутки или 0, 5 мКл/кг на сеанс, из них 8 животных дополнительно подвержены нагреванию при температуре 37,5о С 4 часа в сутки. Изолированному воздействию тепла в таком же режиме подвергались ещё 8 животных.
24 крысы составили контрольные группы.
II этап - через 6 месяцев после проведения I этапа вводили человеческий ИЛ-1 (Dainippon) в суточной дозе 500 ЕД/кг массы тела внутрибрюшинно (всего 5 инъекций) 8 крысам опытной группы и 8 крысам одной из контрольных серий. Оставшимся 8 животным контрольной группы вводили внутрибрюшинно физиологический раствор (0,85%) NaCl с такой же периодичностью и дозой, как и ИЛ – 1.
III этап - через 2 недели после последней инъекции ИЛ-1 или физиологического раствора крыс забивали для морфологических и физико-химических исследований клеток крови и костного мозга.
Забой животных контрольных и опытных групп проводили одновременно через 6 месяцев от начала радиационного воздействия.
В работе использовано 6 групп животных.
I группа - контрольная группа животных без физического и фармакологического воздействия для сравнения морфологического состояния костного мозга (n= 8).
II группа – крысы, подвергшиеся воздействию R-облучения (n=8).
III группа – крысы, подвергшиеся воздействию тепла (n=8).
IV группа – крысы, подвергшиеся сочетанному воздействию R-облучения и тепла (n=8).
V группа – крысы, получившие на фоне сочетанного действия R-облучения и температуры инъекции ИЛ-1 (n=8).
VI группа – крысы контрольной группы, получившие инъекции ИЛ-1 (n= 8).
VII группа - крысы контрольной группы, получившие инъекции физиологического раствора (n= 8).
Источником костного мозга служили бедренные кости. Суспензию костно-мозговых клеток готовили механическим способом в среде, для чего суспензию пропускали через шприц с последовательно убывающими иглами, фильтровали через 4-хслойный капроновый фильтр. Костный мозг окрашивали гематоксилин-эозином, подсчитывали ядросодержащие клетки. Данные обрабатывали статистически. Экспериментальные исследования на животных выполнялись в институте физиологии НАН Беларуси (директор академик НАН Беларуси Гурин В. Н., зав. лабораторией д.б.н., профессор Мурзенок П. П.). Забор и лабораторная обработка костного мозга, морфо – цитологический анализ проводился лично авторами.
Результаты и обсуждение. Преобладающее число экспериментальных работ касается воздействия какого – либо одного экзогенного фактора, тогда как в реальной жизни на живой организм одновременно действует их множество. Коллективом сотрудников Института физиологии НАН Беларуси установлены значительные изменения функционирования эндокринной и иммунной систем, энергообеспечения тканей, достоверное снижение массы тела и угнетение поведенческих реакций животных, подвергшихся сочетанному воздействию ионизирующего излучения и тепла [4, 9]. В связи с этим проведено изучение отдаленных гемопоэтических эффектов R-облучения, а так же сочетанного действия облучения и температуры. Показатели морфологического состава костного мозга крыс отражены в таблице 1. Как видно, в группе животных, получивших облучение в суммарной дозе 50 R, через 6 месяцев отмечено достоверное снижение количества мегакариоцитов (МГКЦ) по отношению к контролю и тенденция к увеличению общей клеточности (p<0,1). Остальные показатели морфологического состава костного мозга не претерпели достоверных изменений. В группе животных, подвергшихся сочетанному воздействию радиации и температуры, установлено достоверное увеличение по отношению к контролю количества бластов и снижение общей клеточности, количества МГКЦ и клеток эритроидного ряда. Костный мозг опытной группы животных, подвергшихся воздействию только температуры, не имел достоверных различий по отношению к контролю ни по одному параметру. Установлено снижение количества миелокариоцитов (МЛКЦ) и угнетение эритроидного ростка в группе крыс, подвергшихся сочетанному воздействию облучения и температуры, по отношению к животным, получившим только сеансы облучения (p<0,05). Кроме того снижение числа МГКЦ сочеталось с нарушениями в их структуре, характеризующимся наличием анизоцитоза этих клеток (появление микро- и в большей степени и макроформ МГКЦ в костном мозге, детерминацией их ядра). Имеется нарушение созревания клеток красного ростка, о чем свидетельствует достоверное уменьшение зрелых и созревающих клеток (полихрохроматофильных и оксифильныхе нормоцитов, проэритробластов и базофильных нормоцитов). Фактор деления красного ростка (ФДКР) - митотический индекс клеток эритроидного ряда – снижен, что говорит о нарушении процессов пролиферации. Несмотря на отсутствие количественных изменений нейтрофильного ростка через 6 месяцев после воздействия радиации и температуры следует отметить, что морфологический анализ миелоидного ростка показал достоверное снижение зрелых нейтрофильных гранулоцитов по сравнению с молодыми и созревающими клетками этого ряда. Это свидетельствует, что процессы пролиферации клеток миелоидного ряда после воздействия физических факторов (ионизирующее облучение и температура) проходят интенсивно, но с нарушением (замедлением) процессов дифференцировки нейтрофилов.
Таблица 1
Морфологический состав костного мозга крыс, подвергшихся
различным физическим воздействиям
| Показатели костного мозга | Группы животных | |||
I | II | III | IV | |
| МЛКЦ, ·109/л | 371,0 ± 20,1 | 486,2 ± 20,2 | 414,0 ± 24,5 | 140,9 ± 26,8 * ** |
| МГКЦ, ·109/л | 0,14 ± 0,03 | 0,070 ± 0,002 * | 0,19 ± 0,07 | 0,063 ± 0,001* |
| бласты, % | 1,8 ± 0,4 | 2,6 ± 0,3 | 2,0 ± 0,3 | 3,0 ± 1,4 * |
| нейтрофильный росток, % | 33,6 ± 3,1 | 30,8 ± 2,4 | 31,3 ± 3,0 | 33,5 ± 4,5 |
| лимфоциты, % | 17,9 ± 1,6 | 16,3 ± 2,0 | 16,0 ± 1,4 | 16,0 ± 4,0 |
| моноциты, % | 2,6 ± 0,6 | 3,1 ± 0,5 | 3,8 ± 0,3 | 4,5 ± 0,5 |
| эритроидный росток, % | 27,3 ± 2,4 | 31,5 ± 2,0 | 29,5 ± 1,9 | 14,4 ± 2,2 * ** |
Примечание: * - достоверность различий по отношению к контролю; ** - достоверность различий между II и IVгруппами животных.
Таким образом, наиболее выраженные изменения морфологического состава костного мозга отмечены в группе животных, подвергшихся сочетанному воздействию малых доз радиации и температуры, и характеризуются снижением количества МЛКЦ, МГКЦ, повышением количества бластных клеток и угнетением эритроидного ростка. Количественные изменения морфологического состава костного мозга сопровождались нарушением процессов дифференцировки всех гемопоэтических ростков с преобладанием молодых форм.
С целью коррекции выявленных нарушений животным опытной группы, в которой были обнаружены наиболее выраженные изменения морфологического состава костного мозга (IV группа), вводили рекомбинантный ИЛ-1 (V группа). Результаты исследования клеточного состава костного мозга после сочетанного воздействия физических факторов и введения ИЛ-1 представлены в табл. 2.
Таблица 2
Показатели морфологического состава костного мозга крыс,
подвергшихся различным воздействиям
| Показатели костного мозга | Группы животных | ||||
I | IV | V | VI | VII | |
| МЛКЦ, ·109/л | 371,0 ± 20,1 | 140,9 ± 26,8 | 187,0 ± 24,0 | 429,0 ± 16,0 | 360,0 ± 22,0 |
| МГКЦ, ·109/л | 0,140 ± 0,03 | 0,063 ± 0,001 | 0,098± 0,008 Р1 | 0,170± 0,035 | 0,121± 0,013 |
| бласты, % | 1,8 ± 0,4 | 3,0 ± 1,4 | 2,2 ± 0,3 | 1,7 ± 1,2 | 2,3 ± 0,8 |
| нейтрофильный росток, % | 33,6 ± 3,1 | 33,5 ± 4,5 | 35,2 ± 4,4 | 35,4 ± 6,5 | 35,2 ± 4,0 |
| лимфоциты, % | 17,9 ± 1,6 | 16,0 ± 4,0 | 28,6 ± 3,6 Р1 | 19,3 ± 3,9 | 15,0 ± 2,8 |
| моноциты, % | 2,6 ± 0,6 | 4,5 ± 0,5 | 2,8 ± 0,6 | 2,8 ± 0,1 | 2,3 ± 0,2 |
| эозинофильный росток, % | 10,0 ± 3,2 | 9,2 ± 2,9 | 16,0 ± 2,2 Р1 | 14,9 ± 3,8 | 12,0 ± 2,0 |
| эритроидный росток, % | 27,3 ± 2,4 | 14,7 ± 2,2 | 14,3 ± 1,9 | 24,6 ± 2,3 | 29,5 ± 2,1 |
Примечание: Р1 - достоверность различий анализируемых показателей между IV и Vгруппами; P2 - достоверность различий анализируемых показателей между V и VI группами; Р3 - достоверность различий анализируемых показателей между I и VI группами; Р4 - достоверность различий анализируемых показателей между VI и VII группами.
На фоне введения цитокина в группе животных, подвергшихся сочетанному воздействию радиации и температуры, обнаружено достоверное увеличение количества МГКЦ, лимфоцитов и клеток эозинофильного ростка. Стимулирующий эффект рекомбинантного ИЛ-1 подтверждается сопоставлением данных животных I и VI, а так же VI и VII групп. Достоверных различий между относительными показателями клеточного состава костного мозга в этих группах не отмечено, но при сопоставлении контрольных групп выявлена тенденция к повышению активности всех гемопоэтических линий у животных, получавших инъекции ИЛ-1, что подтверждает стимулирующее действие цитокина на клетки костного мозга. В то же время уровень и качество восстановления костного мозга определяется степенью зрелости клеток. Несмотря на одинаковую общую клеточность в I, VI и VII группах, имеются выраженные отличия в качественном морфологическом составе. Так, в VI группе обнаружено достоверное увеличение числа зрелых нейтрофилов (палочкоядерных и сегментоядерных элементов) по отношению к аналогичным показателям в I и VII группе животных, что свидетельствует в пользу усиления процессов дифференцировки клеток миелоидного ростка кроветворения под влиянием ИЛ-1.
Анализ показателей эритроидного ростка костного мозга выявил у IV группы животных, получивших малые дозы радиации и тепла, угнетение общего количества всех эритроидных клеток и нарушение созревания клеток красного ростка (табл.1, табл. 3). Так, в IV экспериментальной группе отмечено достоверное снижение по отношению к контролю общего количества клеток эритроидного ряда, а так же оксифильных и полихроматофильных нормоцитов на фоне повышения количества незрелых форм – эритробластов и проэритробластов, что обуславливает низкий фактор деления красного ростка (ФДКР). При сравнении показателей V и VI групп не уставновлено достоверных различий ни по одному анализируемому параметру (табл. 3). Под действием ИЛ-1 на фоне радиации и тепла не происходит активации эритропоэза и индекс созревания эритробластов остается низкий, из чего можно сделать вывод, что ИЛ-1 самостоятельно не участвует в процессе пролиферации и созревания клеток эритроидного ростка. Полученные результаты не противоречат известным литературным данным об отсутствии стимулирущего влияния данного цитокина на эритропоэз [10, 11, 13]. Наличие достоверных различий между показателями V и VI связано не с повышенным стимулирующим действием ИЛ-1 на эритроидный росток здорового костного мозга, а изначальной разницей в показателях контрольной группы и группы животных, подвергшихся сочетанному воздействию радиации и температуры. Это подтверждается отсутствием достоверных различий между показателями VI и VII групп.
Таблица 3
Показатели эритропоэза в костном мозге крыс, подвергшихся различным воздействиям
| Показатели | Группы животных | ||||
I | IV | V | VI | VII | |
| Общее количество, % | 27,3 ± 2,4 | 14,7 ± 2,2 Р1 | 14,3 ± 2,0 P2 | 24,6 ± 2,3 P3 | 29,5 ± 2,1 |
| Эритробласты, % | 0,50 ± 0,06 | 2,0 ± 0,15 Р1 | 1,35 ± 0,12 P2 | 0,7 ± 0,17 | 1,18 ± 0,15 |
| Проэритробласты, % | 0,70 ± 0,04 | 1,5 ± 0,09 Р1 | 1,1± 0,11 | 0,8 ± 0,12 | 0,9 ± 0,1 |
| Базофильные нормоциты, % | 7,25 ± 0,9 | 4,8 ± 0,2 | 4, 8 ± 0,2 | 5,3 ± 1,2 | 8,5 ± 1,6 |
| Полихроматофильные нор-моциты, % | 10,3 ± 2,0 | 4,9 ± 0,3 Р1 | 5,3 ± 0,3 P2 | 9,0 ± 1,3 P3 | 10,9 ± 0,7 |
| Оксифильные нормоциты, % | 8,5 ± 1,2 | 1,5 ± 0,1 Р1 | 1,8 ± 0,09 | 8,8 ± 0,2 P3 | 8,1 ± 0,2 |
| ФДКР | 0,58 ± 0,03 | 0,31 ± 0,01 Р1 | 0,4 ± 0,012 P2 | 0,64 ± 0,012 P3 | 0,53 ± 0,017 |
Примечание: Р1 - достоверность различий анализируемых показателей между I и IVгруппами; P2 - достоверность различий анализируемых показателей между I и V группами; P3 - достоверность различий анализируемых показателей между V и VI группами.
Выводы. Таким образом, у животных, подвергшихся комбинированному действию малых доз радиации и тепла, через 6 месяцев выявлены нарушения процессов кроветворения, характеризующиеся снижением общей клеточности и МГКЦ, повышением количества бластных клеток и угнетением эритроидного ростка. Особый интерес представляют качественные пострадиационные изменения гемопоэза, проявляющиеся замедлением процессов дифференцировки всех гемопоэтических ростков с преобладанием молодых форм. Под влиянием интерлейкина – 1, введенного через 6 месяцев после сочетанного воздействия радиации и температуры, установлена тенденция к увеличению общей клеточности, достоверное повышение количества МГКЦ, лимфоцитов и клеток эозинофильного ростка, а так же усиления процессов дифференцировки клеток миелоидного ростка кроветворения. В процессе пролиферации и созревания клеток эритроидного ростка ИЛ-1 не участвует.
Summary. At the animals, small dozes of radiation undergone to combined influence and heat, in 6 months infringements of hematopoietic processes are revealed: decrease general bone marrow cellularity and megakaryocyts, increase of quantity blasts and oppression erythropoesis. Qualitative postradiating modifications of hemopoiesis were showed by delay of processes of a differentiation of all hematopoietic lineages with prevalence of young forms. Under influence interleukin - 1 the tendency to increase general cellularity, authentic increase of quantity megakaryocyts, lymphocyts and cells eosinophylic lines, and as amplification of processes of a differentiation of myeloid cells is established. In proliferation process and maturing of cells erythroid lines interleukin – 1 does not participate.
Литература:
- Арчакова Л. И., Бокуть Т. Б., Житкевич Т. И. //Фундаментальные и прикладные аспекты радиобиологии: биологические эффекты малых доз и радиоактивное загрязнение среды: Тезисы докладов международной конференции. – Мн., 1998. – с. 8.
- Базыка Д. А. , Беляева Н. В., Бебешко В. Г. и др. // Международный журнал радиационнй медицины. – 2001. – т. 3, № 1 – 2. – с. 155.
- Викентьева Н. К., Цыхун Г. Ф., Бокуть Т. Б. // Фундаментальные и прикладные аспекты радиобиологии: биологические эффекты малых доз и радиоактивное загрязнение среды: Тезисы докладов международной конференции. – Мн., 1998. – с. 39.
- Житкевич Т. И., Мурзенок П. П. // Радиационная биология. радиоэкология. – 1996. – Т. 36, вып. 3. – с. 338 – 434.
- Калинина Н. М., Солнцева О. С., Бычкова Н. В. // Сб. мат. 2-ой международной конференции «Отдаленные медицинские последствия Чернобыльской катастрофы». – Киев, 1998. – с. 246.
- Ковальчук Л. В., Соболев Б. Н., Ганковская Л.В и др.// Иммунология. – 2001. - № 1. – с. 6- 10.
- Отчет научного комитета по действию атомной радиации генеральной Ассамблее ООН.// Медицинская радиология и радиационная медицина. – 2001. - № 1, том 46. – с. 28 – 47.
- Румянцев А. Г. // Сб. трудов «Медицинскиеаспекты влияния малых доз радиации на организм детей и подростков». – 1991. – вып. 2. – с. 26- 31.
- Чура Н. А. // Экологическая антропология. – 1998. - с. 285 – 287.
- Dinarello Ch. G. // Cytokine and Growth Factor. – 1997. – vol.8. – P. 253 – 265.
- Dinarello C. A. // Eur Cytokine Netw. – 1994. - vol. 5. – P. 517 – 531.
- Hoshino T., Winkler – Picketl R. T., Mason A. T. et al. // Ibid. – 1999. – vol. 162, № 1. – P. 51 – 59.
- Loppnow H. // Internist. – 2001. – vol. 42. – P. 13 – 27.
- Loppnow H., Werdan K., Reuter G. et al. // Eur Cytokine Netw. – 1998. - vol. 9. – P. 670 – 675.
- Neta R., Oppenheim J. J., Douches S. D.// J. Immunol. – 1988. – Vol. 140, № 1. – P. 108 – 111.