Радиационная биология. Радиоэкология

Воздействие ионизирующего излучения на организм в виде структурных поражений на клеточном уровне, прежде всего, ДНК (хромосомные аберрации), клеточных мембран, митохондрий и других субструктур вызывает высвобождение из клетки в крово- и лимфоток множества высокомолекулярных соединений различной природы, обладающих антигенными свойствами. Ими могут являться высокомобильная группа белков, поврежденные ядерные и митохондриальные ДНК, внеклеточный АТФ, окисленные липопротеиды низкой плотности и другие продукты, способствующие развитию первичного радиационного стресса с активацией свободно-радикальных перекисных процессов и последующей воспалительной реакцией. При определенной большой лучевой нагрузке (от 20 до 50 Гр) первичная радиационная токсемия предопределяет танатогенез острой лучевой болезни, которая клинически представлена в виде токсемической формы. Начиная с ранних работ, шел поиск веществ (радиотоксинов), вызывающих в основном картину радиационной токсемии. К ним относили соединения хиноидной природы, перекисные продукты липидного ряда (работы 60–70-х годов прошлого века А.М. Кузина и Ю.Б. Кудряшова). За последние десятилетия фундаментальные исследования В.М. Малиева на крупных животных выделили группу высокомолекулярных соединений из ряда гликопротеидов в виде радиотоксинов, воспроизводящих экспериментально все виды и формы проявления острой лучевой болезни, включая токсемическую форму и церебральный синдром в условиях отсутствия воздействия радиации, причем для каждой формы лучевого поражения они органоспецифичны. Обращено внимание на высокую противолучевую эффективность экранирования области живота, где вклад защиты кроветворной ткани весьма ограничен, что свидетельствует о неблагоприятном вкладе “кишечной токсемии” в развитие типичной формы острой лучевой болезни. Значение данного фактора в танатогенез острой лучевой болезни особенно рельефно проявляется при потенцировании экранированием живота противолучевого эффекта радиопротекторов. В этих условиях по результатам изучения противолучевых свойств радиопротектора экстренного действия индралина в опытах на собаках ФУД препарата в дозе 10 мг/кг увеличивался с 2 до 5, т. е. в 2,5 раза.

Цитокины – это белки, которые вырабатываются различными клетками организма и являются межклеточными посредниками. Они выполняют множество функций, которые очень важны для понимания патогенеза ранних и отдаленных последствий облучения, их профилактики и лечения. Цель данной работы – оценка цитокинового профиля у лиц, подвергшихся профессиональному хроническому облучению. Основную группу составили работники предприятия атомной промышленности, подвергшиеся хроническому облучению. В группу сравнения включены жители города Озерска, расположенного вблизи предприятия, не подвергавшиеся профессиональному облучению. Содержание цитокинов в сыворотке крови определяли методом иммуноферментного анализа, который проводился в соответствии с инструкциями производителей тест-систем. Статистическую обработку проводили с использованием пакета программ “STATISTICA”. Для оценки статистической значимости различий использовали критерий Манна–Уитни, наличие корреляционной зависимости определяли с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена. В группе лиц, подвергшихся профессиональному облучению, было повышено содержание IFNγ и TNFα в сыворотке крови при сравнении с группой сравнения. Установлено, что содержание в сыворотке крови IL-18 и IL-35 увеличивалось с увеличением дозы внутреннего α-излучения на красный костный мозг, а концентрация IL- 17А, IL-35 и TNFα – с увеличением дозы внешнего γ-излучения на костный мозг. Внешнее γ-излучение угнетало секрецию IL-27 в сыворотке крови работников. Содержание противовоспалительных цитокинов в сыворотке крови лиц, подвергшихся профессиональному облучению, было не изменено. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что профиль экспрессии отдельных цитокинов смещается в воспалительную сторону при хроническом облучении.

Представлены результаты использования трехцветного FISH-окрашивания хромосом (ДНК-пробы к 1, 4 и 12 парам хромосом) для исследования контрольного уровня транслокаций в культурах лимфоцитов периферической крови 35 относительно здоровых доноров-добровольцев в возрасте от 21 года до 72 лет. Такие сведения необходимы для ретроспективного установления как самого факта переоблучения, так и для адекватной оценки полученной дозы. Основную массу регистрируемых окрашенных перестроек составили транслокации, частота которых существенно в 3,3 раза превышала уровень нестабильных аберраций (дицентрики и ацентрики). При этом наблюдалась корреляционная зависимость умеренной силы уровня FISH-транслокаций от возраста доноров, а пол никак не сказывался на этом показателе. Также не было обнаружено существенного влияния различных видов медицинского диагностического облучения, курения и заболевания новой короновирусной инфекцией COVID-19 на исследуемый индекс повреждения хромосом. В целом обнаруженные частоты транслокаций в геном-эквивалентных клетках в их связи с возрастом достаточно хорошо согласовывались с результатами международных исследований.

Гипертермия применяется в комбинации с лучевой терапией для усиления радиационного ответа опухоли-мишени. Однако прогревание раковых клеток активирует в них транскрипционный фактор HSF1 и стимулирует HSF1-зависимую индукцию белков теплового шока (БТШ), которые могут существенно ослаблять противоопухолевые эффекты гипертермии и облучения. Целью данного исследования было проверить возможность усиления радиосенсибилизирующего действия гипертермии на раковые клетки путем подавления в них HSF1-опосредованной индукции БТШ. Объектом исследования были клетки HeLa, происходящие из злокачественной опухоли шейки матки человека. Перед облучением (2–7 Гр) клетки подвергали тепловому стрессу (42–44°С в течение 20–60 мин) без или в присутствии ингибиторов транскрипционной активности HSF1 (кверцетин, триптолид, KRIBB11). В отдельных образцах клеток предварительно вызывали нокдаун экспрессии HSF1 с использованием малых интерферирующих РНК. Гибель и выживание клеток оценивали по уровню апоптоза/некроза и по клоногенной способности. Экспрессию HSF1 и БТШ анализировали с помощью иммуноблоттинга. Было обнаружено, что по сравнению с радиосенсибилизирующими эффектами одной гипертермии, сочетанное воздействие (ингибирование активности HSF1 или нокдаун HSF1 + прогрев) значительно усиливало термо-радиосенсибилизацию раковых клеток; это проявлялось в интенсификации их пострадиационной гибели (апоптоз + некроз), а также в снижении клоногенности. Это усиление термо-радиосенсибилизации наблюдалось на фоне блокады индукции БТШ. Таким образом, комбинация гипертермии с ингибиторами активности или экспрессии HSF1 может эффективно сенсибилизировать терморезистентные и радиорезистентные опухоли к лучевой терапии.

Показаны противоположно направленные эффекты, заключающиеся в изменении поврежденности генома клеток организма облученных и необлученных особей в результате их взаимного контакта (передача «сигналов» взаимодействия). Снижение радиационно-индуцированных изменений в облученных клетках при контакте с необлученными клетками-“свидетелями” определено как “эффект спасения”. В настоящем исследовании были использованы совместно содержавшиеся облученные и необлученные мыши, которые были облучены в дозе 3 Гр. С помощью микроядерного теста оценивали частоту полихроматофильных эритроцитов (ПХЭ) с микроядрами (МЯ), нормальных хроматофильных эритроцитов (НХЭ) микроядрами, суммарное количество эритроцитов на 3-е, 7-е, 14-е, 30-е, 60-е и 90-е сутки после облучения. Было выявлено у облученных животных статистически значимое снижение частоты (НХЭ) эритроцитов с МЯ по сравнению с γ-контролем t₂: на 3-и сутки после начала эксперимента при содержании в одной клетке без перегородки (t₂= 2.35; p = 0.03); на 14-е сутки как в группе, где животные содержались без перегородки (t₂ = 6.03; p = 0.000011), так и в группе с перегородкой (t₂ = 3.29; p = 0.004); на 60-сутки в группе животных, содержащихся без перегородки (t₂ = 2.8; p = 0.01). Полученный результат может свидетельствовать, что контакт между облученными и необлученными мышами приводит к понижению числа поврежденных клеток у облученного животного, что может быть обозначено как “эффект спасения”. У необлученных мышей-“свидетелей”, содержавшихся с облученными мышами в клетке с перегородкой, на 14-е сутки выявлена тенденция к превышению частоты микроядерных нормохроматофильных эритроцитов показателей в биоконтроле (t₁ = 1.79; p = 0.9); на 60-е сутки у необлученных мышей-“свидетелей”, содержащихся с облученными мышами в клетке без перегородки, также выявлена тенденция к превышению частоты микроядерных эритроцитов показателей в биоконтроле (t₁ = 1.39; p = 0.18). На основании полученных в настоящей работе данных предполагается, что обнаруженный “эффект спасения” может быть применен как тест снижения уровня повреждающего действия радиации и пострадиационного восстановления клеток.

Оценка влияния радиационного воздействия на потенциальные показатели продолжительности жизни человека – актуальная проблема радиационной медицины. Цель исследования – анализ показателей дожития и потерь жизненного потенциала у работников ПО “Маяк” после острой лучевой болезни в результате радиационных аварий и участников аварий без заболевания. Анализ проведен у 64 работников ПО “Маяк” (54 мужчины и 10 женщин) с помощью программы STATISTICA 10. Изучены показатели дожития до и после основного заболевания, явившегося причиной смерти, доли лиц, не доживших до 40, 60, 80 и 80+ лет, а также общие, частичные и единичные (средневзвешенные) потери жизненного потенциала и индекс потерь жизненного потенциала. В результате исследования у работников с тяжелой и особенно крайне тяжелой степенью тяжести болезни относительно работников средней и легкой степени тяжести заболевания и участников аварий установлено статистически значимое ухудшение показателей дожития и повышение показателей потерь жизненного потенциала. Причиной ухудшения исследованных показателей при крайне тяжелой степени заболевания было его экстремальное течение. При тяжелой степени тяжести сокращение продолжительности жизни было обусловлено, главным образом, преждевременной смертностью от злокачественных новообразований и острой лучевой болезни. Установлена линейная регрессионная зависимость показателей дожития и потерь жизненного потенциала на 1 Ln дозы облучения. Относительный риск снижения показателей дожития и повышение показателей потерь жизненного потенциала у работников с тяжелой и крайне тяжелой степенью тяжести заболевания и при более высоких дозах острого облучения (более 5 или 10 Гр) по сравнению с остальными работниками, был существенно повышен (от 3.64 до 52.0; p < 0.05–0.001).

В двух вегетационных экспериментах на растениях ячменя изучено влияние раздельного и сочетанного УФ-В-, УФ-А- и γ-облучения в разных дозах для сортов “Зазерский 85” и “Владимир”. У растений оценивали содержание флавоноидов, фотосинтезирующих пигментов, показатели морфологии и урожайность. Суточная доза хронического УФ-В-облучения составляла 9 кДж/м², хронического УФ-А – от 7.2 до 72 кДж/м², разового γ-облучения – 2 и 4 Гр. Показано, что сорта ячменя ярового “Зазерский 85” и “Владимир” различаются в чувствительности к хроническому УФ-В-облучению. При прогнозах негативного влияния УФ-В-излучения на растения необходимо учитывать и существующий уровень УФ-А-излучения, поскольку их действие не аддитивно. Стимуляция роста биомассы при хроническом УФ-облучении может сопровождаться угнетением урожайности растений. Реакция растений ячменя на γ-облучение может существенно зависеть от уровня УФ-(А+В)-излучения. В целом дозозависимое влияние хронического УФ- и γ-облучения можно рассматривать как переход от аустресса к дистрессу и его необратимому срыву. Данные настоящего исследования могут быть актуальны для программ по выведению новых сортов ячменя ярового, устойчивого к повышенным уровням солнечного УФ-излучения.

Представлены математическая модель миграции радионуклидов в пресноводных водоемах и комплекс дозиметрических моделей для оценки доз облучения гидробионтов (фитопланктон, зоопланктон, зообентос и рыба). Приведены результаты реконструкции доз облучения водных организмов, обитающих в замкнутом пресноводном водоеме Урускуль, находящемся в ближней зоне Кыштымской аварии. Оценен вклад различных радионуклидов, а также внутреннего и внешнего облучения в формирование дозовых нагрузок в течение 50 лет после поступления радионуклидов в водоем.