Автореферат и диссертация по медицине (14.00.16) на тему:Морфофункциональные аспекты влияния на организм белых крыс энтерально поступающих радионуклидов и сорбентов

. На правах рукописи

ФОМЧЕНКО Наталья Евгеньевна

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ВЛИЯНИЯ НА ОРГАНИЗМ БЕЛЫХ КРЫС ЭНТЕРАЛЬНО ПОСТУПАЮЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ И СОРБЕНТОВ

( 14.00.16 - патологическая физиология )

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1996

Работа выполнена на кафедре патологии Гомельского государс твенного медицинского института (Республика Беларусь) и в Цент ральной научно-исследовательской лаборатории Московского меди цинского стоматологического института (Россия, Москва).

Научные руководители: доктор медицинских наук,

профессор, академик ВИА Ю. И. Вандажевский

доктор медицинских наук, профессор А. А. Подколзин.

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук,

профессор Г. В. Порядин

доктор медицинских наук, профессор Г. В. Heyстроев

Ведущая организация:

Российский Университет дружбы народов им. П. Лумумбы.

Защита диссертации состоится <<...>> ............... 199. :г.

в ... часов на заседании диссертационного Совета Д. 034. 14.0? при Российском Государственном медицинском университете по адресу: 117869, г. Москва, ул. Островитянова, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГМУ. Автореферат разослан <<...>> ........... 199. г.

Ученый секретарь диссератционного Совета кандидат медицинских наук

Т. Е. Кузнецовг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Изучение вопросов, связанных с инкорпорацией радионуклидов в организм человека и животных, их биологическое действие и поиск эффективных способов их декорпора-ции - одна из важнейших проблем современной радиобиологии связанной с аварией на Чернобыльской АЭС.

В условиях хронического поступления радионуклидов, с продуктами питания, в организм их выведение замедляется, в результате чего происходит накопление радиотоксинов и токсических метаболитов, что в свою очередь приводит к постоянному внутреннему облучению организма . Возникающие при этом биофизические эффекты обуславливают нарушение функций со стороны желудочно-кишечного тракта, печени, почек, легких, а это вызывает развитие целого ряда патологических состояний.

Для предотвращения возникновения метаболических нарушений целесообразно использовать вещества, способные выводить радионуклиды из организма. Однако изучение широко применяемых в клинике энтеросорбентов с целью выведения радионуклидов из организма и коррекции нарушений обмена веществ, возникших при этом, практически не производилось.

Поэтому представлялось весьма ванным осуществить комплексное . исследование процессов накопления радиоактивности в организме крыс (самцов и самок), характера гематологических, биохимических, а также морфологических изменений со стороны печени и почек при воздействии радионуклидов, поступающих с продуктами питания на фоне воздействия энтеросорбентов различных классов: угольного "КАУ-2", органокремнеземного марки "ОК-М" и сорбента, состоящего из 60% модифицированной глины и 40% декстрина.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ:

Целью настоящего исследования явилась оценка метаболического статуса лабораторных животных (белые крысы линии Вистар) при эндогенном поступлении радионуклидов 137Сб. э03г с компонентами пищевого рациона на фоне воздействия 1 энтеросорбентов различных классов.

- г -

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Изучить особенности накопления радиоактивных элементе (137Сз, 90Бг), при эндогенном поступлении с зерном овса, в зг висимости от пола животных.

2. Исследовать состояние кроветворной системы, обмена ве ществ с помощью ряда лабораторных показателей и морфологически изменения со стороны печени и почек у самок и самцов белых крь при воздействии радионуклидов 137Се и 905г, поступающих с про дуктами питания.

3. Определить влияние энтеросорбентов (угольного "КАУ-2" органокремнеземного марки "ОК-М" и сорбента, состоящего из 60 модифицированной глины и 40% декстрина) на накопление радионук лидов, поступающих с компонентами пищевого рациона, особям женского и мужского пола.

4. Выявить влияние энтеросорбентов (угольного "КАУ-2", ор ганокремнеземного марки "ОК-М" и сорбента, состоящего из 60 модифицированной глины и 40% декстрина) на состояние обмена ве ществ и кроветворной системы, определить морфологические изме нения в печени и почках вышеуказанных лабораторных животных пр эндогенном поступлении радионуклидов (137Сз, 90Бг) с продуктам питания.

На публичную защиту выносятся следующие положения:

1. Существуют Выраженные половые различия по ряду показа телей обмена веществ и способности к накоплению эндогенно пос тупающих в организм радионуклидов.

2. Энтеральное поступление радионуклидов (137Сз и 90Бг) ] составе продуктов питания вызывает в организме лабораторных животных существенные метаболические изменения, связанные с пато логией азотистого обмена, состоянием почек и печени.

3. Сорбционные агенты марки "КАУ-2" и "ОК-М" усугубляют ] организме лабораторных животных нарушения обмена веществ, обусловленные воздействием радионуклидов, в то время как сорбент состоящий из 60% модифицированной глины и 40% декстрина способствует нормализации показателей азотистого обмена и гистоло гической структуры почек и печени.

Научная новизна результатов исследования. Впервые выявлены у самцов и самок лабораторных животных нарушения азотистого обмена, связанные с накоплением радиоактивных веществ в организме.

Впервые изучено влияние сочетанного воздействия эндогенно поступающих радионуклидов и сорбентов различных классов (угольного "КАУ-2", органокремнеземного марки "ОК-М" и сорбента, состоящего из 60% модифицированной глины и 40% декстрина) на состояние обмена веществ у лабораторных животных. При этом выявлено выраженное нарушение метаболизма как у самок, так и у самцов крыс при воздействии радионуклидов, содержащихся в пищевых продуктах, и сорбентов марки "КАУ-2" и "ОК-М", связанное с нарушением азотистого обмена, обусловленного патологией почек.

Показана способность сорбента, состоящего из 60% модифицированной глины и 40% декстрина, нормализовать нарушение обмена веществ, обусловленное накоплением радионуклидов в организме.

Практическая значимость работы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке мероприятий по коррекции нарушений обмена веществ в условиях эндогенного поступления радионуклидов.

Проведенная работа позволила выделить сорбент, состоящий из 60% модифицированной глины и 40% декстрина, в качестве агента, способного выводить радионуклиды и коррегировать нарушенный обмен веществ, что позволит использовать его в медицинской практике.

Публикации и апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в: материалах международного научного симпозиума "Медицинские аспекты радиоактивного воздействия на население, проживающего на загрязненной территории после аварии на Чернобыльской АЭС" (Гомель, май, 1994), международного научного конгресса "Молодые ученые в решении проблем ликвидации медицинских последствий Чернобыльской катастрофы сегодня и в будущем" (Гомель, сентябрь, 1994), монографии "Клинико-экспериментальные аспекты влияния инкорпорированных радионуклидов на организм"

(Под ред. Ю. И. Бандажевского. В. В. Лелевича. - Гомель. 1995. -173 с.). материалах международной научной конференции, посвященной 5-летию образования ГоГМИ (Гомель, ноябрь. 1995).

Апробация проведена на кафедре патологии Гомельского государственного медицинского института.

Объем и структура диссертации. Материалы диссертации изложены на 133 страницах машинописного текста, в ней имеется 18 графиков и 19 таблиц. 18 микрофотографий.

Работа состоит из введения, обзора литературы, описание материалов и методов исследования, результатов собственных наблюдений, выводов, практических рекомендаций, указателя использованной литературы. Библиография включает 155 источников.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В экспериментальных исследованиях было использовано 118 елых крыс линии Вистар, из них 63 самца и 55 самок. Животные одержались в условиях вивария. Самцы находились в эксперименте 1 день, самки - 35 дней.

С целью изучения состояния обмена веществ животным ежед-евно вводили радионуклиды в составе продуктов питания (зерно вса). Содержание радионуклидов в зерне овса, использованного ля кормления животных контрольных и подопытных групп, приведе-ы в табл. 1.

Таблица 1

Содержание радионуклидов в зерне овса, использованного для кормления крыс

Радионуклиды, удельная активность, Бк/кг зерно овса

опыт контроль

137CS 373,0 17.0

9oSr 28,9 3,8

В ходе эксперимента были использованы три группы сорбентов:

- сорбент N1 - органокремнеземный марки "ОК-М";

- сорбент N2 - сорбент, состоящий из 60% модифицированной глины и 40% декстрина;

- сорбент N3 - угольный сорбент "КАУ-2".

Введение этих веществ подопытным животным осуществлялось яутрижелудочно через зонд ежедневно в последние 8 дней экспе-имента в количестве 100 мг за 1 час до кормления.

В зависимости от. уровня содержания радионуклидов (137Сз,

908г) в зерне овса и используемого сорбента было сформирова 16 групп животных для изучения особенностей обмена вещее (табл. 2).

Таблица

Группы животных, исследуемых в эксперименте

N. Группы Пол животных Производимое вмешательство Количество животных

1 2 3 4

1 самцы зерно, содержащее 131сб и 90бг 8

2 самцы зерно с контрольным уровнем 137Сэ и 905г 8

3 самки зерно, содержащее 137Сз и 903г 7

4 самки зерно с контрольным уровнем 137Сэ и 903г 7

5 самцы зерно, содержащее 137Сз и 903г + сорбент N 1 8

6 самцы зерно, содержащее 137Сз и 903г + сорбент N 2 8

7 самцы зерно, содержащее 131Сэ и 90Бг + сорбент N 3 7

8 самцы зерно с контрольным уровнем 137Сэ и "Бг + сорбент N 1 7

Продолжение таблицы 2

1 2 3 4

9 самцы зерно с контрольным уровнем 137Сз и 903г + сорбент N 2 8

10 самцы зерно с контрольным уровнем 137Сэ и э03г + сорбент N 3 8

11 самки зерно, содержащее 137Сб и 90Вг + сорбент N 1 8

12 самки зерно, содержащее 137 Се и Э05г + сорбент N 2 5

13 самки зерно, содержащее 131Сэ и 903г + сорбент N 3 8

14 самки зерно с контрольным уровнем 137Сз и'905г + сорбент N 1 6

15 самки зерно с контрольным уровнем 137Сэ и 903г' + сорбент N 2 8

16 самки зерно с контрольным уровнем 137Сз и э03г + сорбент N 3 7

Итого 118

Для решения поставленных задач были применены следующи( методы исследования:

1. Определение биохимических показателей в сыворотке кров] животных проводили на анализаторе "Synchron" СХ фирмы "Bekman' (USA).

2. Определение содержания гемоглобина, эритроцитов, лейкоцитов и лейкоцитарной формулы у экспериментальных животных проводили по общепринятой методике (Е.А. Коста, 1975).

3. Изучение состояния печени и почек крыс. С целью изучения состояния внутренних органов из фиксированных в 10% растворе формалина тканей печени и почек получали гистологически! срезы толщиной 5-8 мкм с окраской гематоксилином и эозино! (Т.А. Меркулов. 1961).

4. Определение накопления 137'Cs в организме животных. Содержание 137Cs в организме белых крыс линии Вистар измерял! каждые 7 дней эксперимента In vivo по гамма-излучению с помощы гамма радиометра РУГ-92 (г. Белгород).

5. Определение концентрации 137Cs и 90Sr в зерне овса проводили с помощью спектрометрических и радиохимических методо! на Гомельской областной СЭС.

Цифровой материал обработан методом вариационной статистики (П.Ф. Рокицкий, 1967).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Особенности накопления радиоактивных элементов (137Сз. 903г). при эндогенном поступлении с зерном овса, в зависимости от пола животного. Проведенные исследования показали, что накопление радионуклидов гамма-излучателей при энтеральном поступлении в составе продуктов питания в организме мужских и женских особей происходит неодинаково. Накопление радиоактивных элементов в организме крыс-самцов подопытной группы составило 100,37±7,Э4 Бк/кг, что достоверно выше, чем в контроле -5,36±1,88 (р<0,001). Самцы накапливали радиоактивные элементы более интенсивно. Организм крыс-самок за больший период времени накапливал радионуклиды в значительно меньших количествах -48,14±4,99 Бк/кг (в контроле - 10,42±2,72, р<0.001).

Влияние энтеросорбентов на накопление радионуклидов (137Сз и Э05г). поступающих с компонентами пищевого рациона, особями женского и мужского пола. Применение энтеросорбентов N1. 2, 3 у крыс-самцов не вызвало существенного изменения в содержании радиоактивных элементов, у крыс-самцов в аналогичных условиях зарегистрировано снижение радионуклидов в организме по сравнению с подопытной группой (рис. 1).

Влияние эндогенно поступающих радионуклидов С137Сэ. 90Бг) с продуктами питания на биохимические показатели сыворотки крови самцов и самок белых крыс линии Вистар. Воздействие радиоактивных веществ вызвало значительные изменения в обмене веществ, проявившиеся у самцов в увеличении, по сравнению с контролем, содержания креатинина. общего белка, фосфора и активности холи-нэстеразы в периферической крови, у самок - в увеличении содержания мочевины и уменьшении активности аспартатаминотрансферазы (рис. 2-6).

Бк/кг 120

100

80

60

40

20

0

Рис. 1 Накопление радионуклидов в организме крыс линии Вис-тар при воздействии радионуклидов.

1 - воздействие радионуклидов,

2 - воздействие радионуклидов и сорбента N 1.

3 - воздействие радионуклидов и сорбента N 2.

4 - воздействие радионуклидов и сорбента N 3.

5 - контроль.

- И -

umol/1 60-^

ЦЩ - самки

- самцы

Рис. 2 Содержание креатинина (CREA) в периферической крови самцов и самок линии Вистар.

1 - контроль,

2 - опыт.

самцы

й - самки

Рис.3 Содержание общего белка (ТР) в периферической крови самцов и самок линии Внстар.

1 - контроль,

2 - опыт.

mmol/1

[•^Щ - самки | | - самцы

Рис.4 Содержание фосфора (PHOS) в периферической крови самцов и самок линии Вистар.

1 - контроль,

2 - опыт.'

самки

- самцы

Рис. 5 Содержание мочевины (В1Ш в периферической крови самцов и самок линии Вистар.

1 - контроль,

2 - опыт.

IU/1

|»1 - самки [ | - самцы

Рис.6 Активность аспартатаминотраксферазы (AST) в периферической крови самцов и самок линии Вистар.

1 ■ контроль,

2 - опыт.

Сравнивая изменения метаболических показателей в организме самцов и самок следует отметить значительное увеличение содержания креатинина, общего белка, фосфора и активности аспартата-минотрансферазы у первых в условиях воздействия радионуклидов (табл. 3).

Таблица 3

Сравнение метаболических показателей в организме самцов и самок линии Вистар в условиях воздействия радионуклидов

Биохимический параметр пол

самцы самки

Креатинин

(CREA, umol/1) 56,38 ± 2,78 39,17 + 2,18

Фосфор

(PHOS, mmol/1) 2,15 ± 0,10 1,62 + 0.22

Общий белок

(TP, g/1) 86,75 ± 1,69 62,50 + 6,80

Аспартатаминотрансфераза

(AST. IU/1) 283,00 i 14.35 197,00 ± 36,25

Данные достоверны при р < 0,05

Влияние энтеросорбентов на состояние обмена веществ лабораторных животных при эндогенном поступлении радионуклидов (137Сз и 905г) с продуктами питания. Применение энтеросорбента N1 у крыс-самцов не вызвало изменения основных метаболических показателей, у крыс-самок в аналогичных условиях зарегистрировано в сыворотке крови достоверное увеличение аспартатаминот-рансферазы (рис. 7).

- самцы

- самки

Рис.-7 Активность аспартатаминотрансферазы (AST) в периферической крови самцов и самок линии Вистар при воздействии радионуклидов на Фоне введения энтеросор-бентов.

1 - опыт, 3 - 2-ой сорбент.

2 - 1-ый сорбент. 4 - 3-ий сорбент.

Применение энтеросорбента N2 у самцов-крыс вызвало достс верное снижение активности аспартатаминотрансферазы и содержа ния мочевины в крови (рис. 7, 8). У самок отсутствовали измене ния метаболических показателей.

Введение энтеросорбента N3 у самцов индуцировало увеличе ние мочевой кислоты и снижение активности аланинаминотрансфера зы и холинэстеразы (рис. 9). У самок-крыс в аналогичных услови ях эксперимента зарегистрировано увеличение активности аспарта таминотрансферазы в крови, по сравнению с подопытной группо (рис. 7).

- самки Q

- самцы

Рис.8 Содержание мочевины (BUM) в периферической крови самцов и самок линии Вистар при воздействии радионуклидов на фоне введения энтеросорбентов.

1 - опыт. 3 - 2-ой сорбент.

2 - 1-ый сорбент. 4 - 3-ий сорбент.

%

URIC 1 1- контроль

у/'//

У/-'/,

ALT СНЕ название

веществ

- опыт Ш - 3 сорбент (опыт)

Рис.9 Относительное содержание мочевой кислоты (URIC), ао-нинаминотрансферззы (ALT' и холинэстеразы (СНЕ) в периферической крови самцов линии Вистар при воздействии радионуклидов на фоне введения энтеросор-бента N 3.

Состояние кроветворной системы в условиях эксперимента.

Необходимо отметить, что в проведенных исследованиях отсутствовали существенные изменения со стороны определяемых гематологических показателей.

Морфологические изменения в печени и почках у самцов и самок белых крыс в условиях эксперимента. При гистологическом исследовании структуры ткани печени и почек самцов и самок, подвергшихся воздействию радионуклидов, наиболее существенными оказались следующие изменения:

- зернистая и вакуольная дистрофия;

- нарушение кровообращения.

Применение энтеросорбентов N1. 2, 3 в контроле и в условиях воздействия радионуклидов у животных обоих полов, вызвало однотипные изменения структуры ткани печени, заключающиеся в усугублении вышеуказанных признаков. Наименее выраженными патологические изменения были при введении сорбента N2.

Важным с точки зрения трактовки патогенеза возникших нарушений обмена веществ является поражение ткани почек в условиях воздействия радионуклидов и сорбентов N1 ("ОК-М") и п 3 ("КАУ-2"), заключающееся в нарушении структуры клубочкового и канальцевого аппарата на фоне инфильтрации лимфогистиоцитарными элементами.

Учитывая значительные патологические изменения со стороны почек, выражающиеся в поражении клубочкового и канальцевого аппарата, можно обоснованно предполагать их в качестве причины увеличения концентрации азотсодержащих продуктов обмена белков и нуклеиновых кислот.

Таким образом, правомочно сделать заключение о неблагоприятном влиянии на обмен веществ радионуклидов, содержащихся в зерне овса с концентрацией 373 Бк/кг, в связи с тяжелым поражением почек.

Применение сорбентов, включающих органокремнезем и уголь вызывает аналогичный эффект.

В то же время сорбент, состоящий из 60% модифицированной глины и 40% декстрина не вызывает побочного действия и учитывая

его способность выводить радионуклиды из организма, может быть предложен в качестве препарата для энтеросорбционной терапии.

Изучение влияния сорбционных агентов на состояние обмена веществ у человека и животных, в условиях воздействия радиационных агентов, позволит наметить ряд перспективных направлений в реабилитации населения, пострадавшего от аварии на Чернобыльской АЭС.

ВЫВОДЫ

1. Ежедневное поступление радионуклидов (137Сз и 903г) в составе пищевых продуктов вызвало их накопление в организме лабораторных животных. Интенсивность накопления определялась полом животного: у особей мужского пола данный процесс происходит более интенсивно, в сравнении с особями женского пола.

2. Ежедневное поступление в организм экспериментальных животных радионуклидов (137Сэ и 903г) с компонентами пищевого рациона вызвало значительные изменения обмена веществ, проявившиеся у самцов в увеличении, по сравнению с контролем, содержания креатинина, общего белка, фосфора и активности холинэстеразы в периферической крови; у самок - увеличение содержания мочевины и уменьшение активности аспартатаминотрансферазы. Сравнивая изменения метаболических показателей в организме самцов и самок, следует отметить значительное увеличение содержания креатинина, общего белка, аспартатаминотрансферазы и фосфора у первых в условиях воздействия радионуклидов.

3. Применение энтеросорбентов (угольного "КАУ-2", органок-ремнеземного марки "ОК-М" и сорбента, состоящего из 60% модифицированной глины и 40% декстрина) у крыс-самцов не вызвало существенных изменений в накоплении радиоактивных веществ, поступающих с продуктами питания, в то время как у крыс-самок в аналогичных условиях зарегистрировано снижение уровня радионуклидов в организме, по сравнению с контрольной группой.

4. Применение сорбентов марки "ОК-М" и "КАУ-2" в условиях эндогенного поступления радионуклидов вызвало у., самцов и самок

увеличение накопления азотсодержащих соединений в организме на фоне выраженных патологических изменений со стороны клубочково-го и канальцевого аппарата почек.

5. Энтеральное поступление сорбента, состоящего из 60% модифицированной глины и 40% декстрина, способствовало нормализации обмена веществ у животных, получающих пищевые продукты с повышенным содержанием 137Сз, при отсутствии патологических изменений со стороны внутренних органов.

6. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы при разработке методов профилактики и лечения патологических состояний, обусловленных воздействием радионуклидов.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проведенное экспериментальное исследование показало, что сорбент, состоящий из 60% модифицированной глины и 40% декстрина не оказывает побочного действия и учитывая его способность выводить радионуклиды из организма, и коррегировать нарушенный обмен веществ, позволяет предложить его использова-. ние в качестве препарата для энтеросорбционной терапии.

2. Экспериментальная модель, использованная в работе, может служить для дальнейших исследований в области изучения мор-фофункционального состояния организма, обусловленного воздействием радионуклидов, поступающих с продуктами питания.

3. Полученные результаты могут быть использованы при разработке мероприятий клинического применения энтеросорбентов для коррекции метаболических нарушений, в условиях эндогенно поступающих радионуклидов.

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Метаболические реакции у экспериментальных животных при эндогенном поступлении радионуклидов / Ю. И. Бандажевский, Н. Н. Острейко, Н. Е. Фомченко и др. // Медицинские аспекты радиоактивного воздействия на население, проживающего на загрязненной территории после аварии на Чернобыльской АЭС: Материалы международного научного симпозиума. - Гомель, 1994. - С. 25.

2. Бандажевский Ю. И., Фомченко Н. Е. Влияние энтнросор-бентов на состояние обмена веществ у лабораторных животных при эндогенном поступлении радионуклидов // Молодые ученые в решении проблем ликвидации последствий медицинских последствий аварии на Чернобыльской катастрофы сегедня и в будущем: Материалы международного научного конгресса. - Гомель, 1994. - С. 11-12.

3. Влияние энтеросорбции на ряд показателей обмена веществ у экспериментальных животных в условиях воздействия радионуклидов / Ю. И. Бандажевский, В. В. Стрелко, Н. Е. Фомченко и др. / В кн. Клинико-экспериментальные аспекты влияния инкорпорированных радионуклидов на организм. Под ред. Ю. И. Бандажевского. -Гомель. 1995. - С. 128-145.

4. Бандажевский Ю. И., .Фомченко Н. Е., Кобзова 0. А. Метаболические изменения в организме экспериментальных животных при воздействии радионуклидов и энтеросорбентов // Материалы международной научной конференции, посвященной 5-летию образования Гомельского государственного медицинского института. - Гомель, 1995. - С. 52-53.

5. Бандажевский Ю.И., Фомченко Н. Е. Патоморфология почек : печени у лабораторных животных при воздействии радионуклидов : сорбентов // Чернобыль: экология и здоровье. - 1996. - N3. - С 49-52.