Автореферат диссертации по медицине на тему Функциональное состояние нейтрофильных гранулоцитов у лиц, подвергшихся хроническому радиационному воздействию
На правах рукописи
Аклеев Андрей Александрович
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ НЕЙТРОФИЛЬНЫХ ГРАНУЛОЦИТОВ У ЛИЦ, ПОДВЕРГШИХСЯ ХРОНИЧЕСКОМУ РАДИАЦИОННОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ
14.03.09 -Клиническая иммунология, аллергология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медниннских наук
Челябинск-2014
Работа выполнена в научно-исследовательском институте иммунологии Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Научные руководители:
член-корреспондент РАМП, Заслуженный деятель науки РФ,
доктор медицинских наук, профессор Долгушин Илья Ильич
доктор медицинских наук, профессор Гребенюк Александр Николаевич Официальные оппоненты:
Смолягин Александр Иванович доктор медицинских паук, профессор, ГБОУ ВПО ОрГМА Минздрава России, проблемная лаборатория по изучению механизмов естественного иммунитета, заведующий
Гусев Евгений Юрьевич доктор медицинских наук, доцент, Институт иммунологии и физиологии УрО РАН, лаборатория иммунологии воспаления, заведующий
Ведущая организация: Институт иммунологии Федерального медико-биологического агентства России, г. Москва
е<)
Защита состоится «19» июня 2014 года в » часов на заседании
диссертационного совета Д 208.117.03 при Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации по адресу: 454092, г. Челябинск, ул. Воровского, 64
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации и на сайте: www.chelsma.ru
Автореферат разослан » ц. _2014 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук
Ю.С. Шишкова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования и степень ее разработанности
Одной из важнейших проблем современной иммунологии является анализ влияния различных экологических факторов па иммунный ответ, а также на развитие иммунодефицитов и иммунозависимой патологии. Особенно велико значение данной проблемы в современных условиях возрастающей техногенной нагрузки на окружающую среду (Хаитов P.M., Пинегин Б.В., Истамов Х.М. Экологическая иммунология. М.: ВНИРО, 1995. 219 е.; Черешнев В.А. Будущее Российского Севера: доктринальные основы социальной и экологической региональной политики. Вестник Уральской медицинской академической науки. 200S. № 2. С. 54-56.; Смолягин А.И и др. Экспериментальное исследование влияния бензола и хрома на иммунную систему организма. Иммунология. 2013. № 1. С. 57-60.).
В настоящее время особо пристальное внимапие привлекают медико-биологические эффекты хронического радиационного воздействия с низкой мощностью дозы, что обусловлено широким использованием источников ионизирующей радиации (ИР) в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и науке. Значительный интсрес к проблеме реакций иммунной системы на хроническое радиационное воздействие также обусловлен реальной возможностью пролонгированного облучения человека (например, космонавтов в условиях длительных полетов, населения при террористических актах или после радиационных аварий) (Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. Annals of the ICRP. 2007. ICRP Publication 103. 332 p.). Как показала авария на АЭС Фукусима-1, современные технологии не в состоянии обеспечить безаварийную работу ядерных реакторов, что может привести к загрязнению обширных территорий радионуклидами, в том числе долгоживущими, и длительному облучению проживающего на них населения.
Необходимо отметить, что в ряде стран (Китай, Индия, Бразилия, Иран и др.) имеются регионы, многие поколения жителей которых подвергаются облучению вследствие повышенного естественного радиационного фона (Boice J.D. et al. Low-dose rate epidemiology of high background radiation areas. Radiat Res. 2010. Vol. 173, № 6. P. 1-6.). Уклад жизни современного человека способствует длительному пребыванию людей в помещениях, где могут создаваться достаточно высокие концентрации радона (Darby S. et al. Radon in homes and risk of lung cancer: collaborative analysis of individual data from 13 European case-control studies. BMJ. 2005. Vol. 330. P. 223-227.). Все это делает проблему хронического иизкоиптенсивного радиационного воздействия на иммунную систему современного человека чрезвычайно актуальной и определяет ее как приоритетную в деятельности таких международных организаций, как Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ), Научный комитет по действию атомной радиации Организации Объединенных Наций (НКДАР ООН) и других.
К настоящему времени получены клинические и экспериментальные данные, свидетельствующие о высокой радиочувствительности иммунной системы (UNSCEAR 2006 Report. Effects of ionizing radiation. New York: United Nations. 2009. Vol. 2. 334 p.). При этом важно отметить, что наиболее хорошо изученными являются ответы иммунной системы человека на острое облучение в высоких дозах (Черешнев В.А. и др. Иммунология комбинированных радиационных поражений. Екатеринбург: Издательство, 1997. 164 е.; Гребенюк А.Н., Легеза В.И. Противолучевые свойства интерлейкина-1. СПб.: Фолиант. 2012. 216 е.), тогда как отдаленные эффекты хронического облучения с низкой мощностью дозы остаются мало исследованными. Имеющиеся результаты показывают, что хроническое радиациоппое воздействие может индуцировать реакции не только со стороны адаптивного, но и врожденного иммунитета (Godekmerdan A. et al. Diminished cellular and humoral immunity in workers occupational^ exposed to low levels of ionizing radiation. Arch Med Res. 2004. Vol. 35. P. 324-328.; Кириллова E.H. и др. Иммунный статус у работников ПО «Маяк» и жителей г. Озерска. Вопросы радиационной безопасности. 2006. № 2. С. 13-23.). Более того, иммуносупрессия, развивающаяся после хронического облучения, может сохраняться длительное время (Pecaut M.J., Nelson G.A., Gridley D.S. Dose and dose rate effects of whole-body gamma-irradiation. Lymphocytes and lymphoid organs. In Vivo. 2001. Vol. 15. P. 195-208.).
По мнению Генеральной Ассамблеи ООН (2011) наиболее важным источником информации об эффектах хронического облучения человека является наблюдение за жителями прибрежных сел реки Теча, которые подверглись многолетнему радиационному воздействию с низкой мощностью дозы, но в широком диапазоне доз вследствие сбросов жидких радиоактивных отходов (ЖРО) комбинатом «Маяк» в реку Теча. По результатам эпидемиологических исследований у них отмечен повышенный радиационный риск заболеваемости и смертности от злокачественных опухолей и лейкозов (Krestinina L.Y. et al. Leukaemia incidence in the Techa River Cohort: 1953-2007. BJC. 2013. Vol. 109. P. 2886-2893.; Schonfeld S. et al. Solid cancer mortality in the Techa River Cohort (1950-2007). Radiat Res. 2013. Vol. 179. P. 183-189.).
Исходя из важной роли нейтрофилов в поддержании генетического гомеостаза, а также в реализации иммунного надзора и противоопухолевой защиты организма (Долгушин И.И, Андреева Ю.С., Савочкина АЛО. Нейтрофильные ловушки и методы оценки функционального статуса нейтрофилов. М.: Издательство РАМН, 2009. 207 с.) представляло интерес исследование функционального состояния системы нейтрофильных гранулоцитов у жителей прибрежных сел реки Теча в отдаленном периоде, когда реализуются соматико-стохастические эффекты. Важность исследования определялась также тем, что в условиях длительного сочетанного воздействия внешнего у- и внутреннего ß-излучения дозы на красный костный мозг (ККМ), который является центральным органом иммунопоэза, достигали высоких значений (9 Гр).
Цель исследования
Изучить функциональное состояние нейтрофильных гранулоцитов периферической крови у жителей прибрежных сел реки Тема в отдаленные сроки после хронического радиационного воздействия.
Задачи исследования
1. Оценить показатели функциональной активности нейтрофильных гранулоцитов в отдаленные сроки у лиц, подвергшихся хроническому облучению в широком диапазоне доз облучения красного костного мозга. Исследовать их зависимость от мощности дозы и кумулятивной дозы облучения красного костного мозга, а также факторов нерадиационной природы (пол, этническая принадлежность, возраст на время облучения и исследования, наличие сопутствующей патологии, ссзон исследования).
2. Исследовать интенсивность апоптоза пейтрофилов периферической крови, их способность образовывать внеклеточные ловушки, а также содержание гранулоцитарного и гранулоцитарно-моноцитарного колониестимулирующих факторов в сыворотке крови у облученных лиц.
3. Изучить зависимость показателей адгезивной, фагоцитарной, лизосомалыюй активности, параметров внутриклеточного кислородзависимого метаболизма нейтрофилов периферической крови, интенсивности их апоптоза и способности образовывать внеклеточные ловушки in vitro от дозы острого у-иэл учения у лиц пожилого возраста.
4. Исследовать влияние фетальных гемопоэтических клеток на функциональное состояние нейтрофильных гранулоцитов периферической крови у облученных лиц с нейтропенией.
Методология и методы исследования
Исследование выполнено в соответствии с плановой тематикой научно-исследовательских работ ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ в рамках комплексной темы «Роль нейтрофилов в регуляции иммунитета, антимикробной и антистрессорной резистентности организма» (№ государственной регистрации 01201153155). Исследование являлось рандомизированным. Исследуемую группу составили 318 жителей прибрежных сел реки Теча, подвергшихся многолетнему радиационному воздействию в широком диапазоне доз на ККМ (0,08-4,69 Гр, средняя поглощенная доза - 1,09±0,05 Гр). По реакции гранулоцитарного ростка на облучение были выделены подгруппы людей, перенесших XJIC (37 человек; средняя поглощенная доза - 0,73±0,1 Гр) и облученных лиц, имевших на время обследования пейтропению (25 человек; средняя поглощенная доза -1,43±0,21 Гр). Группу сравнения составили 134 человека аналогичного возраста и пола, проживавших в тех же административных районах, доза облучения которых согласно НРБ - 99-2009 не превышала допустимые пределы для населения России.
Исследование функциональной активности нейтрофилов периферической крови проводилось с использованием современных иммунологических методов. В целях изучения радиочувствительности отдельных функций нейтрофилов человека данные клетки, выделенные из периферической крови в составе лейкоцитарной взвеси или чистой фракции, in vitro подвергались острому у-облучению в дозах 0,1; 0,25; 1; 4 и 10 Гр. Кроме того, в рамках ограниченного клинического исследования, проведенного в ФГБУН УНПЦ РМ ФМБА России, проспективно оценивалось влияние фегальных ГК на функциональное состояние нейтрофильных гранулоцигов периферической крови у пациентов с отдаленной нейтропенией. Протокол исследования одобрен этическим комитетом ФГБУН УНПЦ РМ (Протокол от 17.03.2008 года).
Статистическая обработка полученных данных проводилась методами непараметрической статистики с использованием макетов прикладных программ Statistica 6.0 и SPSS 22.0.
Степень достоверности, апробация результатов и личное участие
автора
Достоверность полученных результатов обусловлена достаточным объемом выборки, четко сформулированными критериями включения-исключения в исследование, подбором сопоставимой по нерадиационным факторам группы сравнения, использованием адекватных поставленным задачам иммунологических методов исследования и современного сертифицированного оборудования, применением современных методов статистического анализа.
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на 9-ой Российской конференции иммунологов Урала (Челябинск, 2011 г.), Международной конференции «Медико-биологические проблемы действия радиации» (Москва, 2012 г.), 13-th International Congress of the International Radiation Protection Associalion (Glasgow, Scolland, 2012), 10-ой Российской конференции иммунологов Урала (Тюмень, 2012 г.), 57-th annual meeting of the Health Physics Society (Sacramento, USA, 2012), 7-ой Всероссийской конференции с международным участием «Иммунологические чтения в г. Челябинске» (Челябинск, 2012 г.), 39-th annual meeting of the European Radiation Research society (Italy, Vietri sul Mare, 2012), Региональной научно-практической конференции, посвященной 15-летию биологического факультета ЧелГУ (Челябинск, 2013 г.), 4-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых (Челябинск, 2013 г.), Global Conference on Radiation Topics (Germany, Munich, 2013), 8-ой Всероссийской конференции с международным участием «Иммунологические чтения» (Челябинск, 2013 г.).
Автор принимал непосредственное участие в разработке дизайна исследования, формулировании его цели и задач. Автором лично проведен анализ современной отечественной и зарубежной литературы по изучаемой проблеме, сформированы исследуемые группы, проведено иммунологическое
исследование, анализ и статистическая обработка первичных данных, их интерпретация, результаты представлены в научных публикациях и докладах на конференциях, подготовлена диссертация.
Положения, выносимые на защиту
1. Система нейтрофильных гранулоцитов человека в условиях хронического облучения красного костного мозга (максимальная поглощенная доза 4,69 Гр) обладает достаточно высокой радиорезистентностью.
2. Адгезивная, фагоцитарная, лизосомальная активность, внутриклеточный кислородзависимый метаболизм и апоптоз нейтрофилов периферической крови человека in vitro характеризуются высокой толерантностью к острому у-излучению, тогда как способность активированных нирогеналом нейтрофилов образовывать внеклеточные ловушки стимулируется малыми дозами радиации (0,1 Гр).
3. Инфузия фетапьнмх гемопоэтических клеток облученным лицам с нейтропенией (доза 1,4*106/кг массы тела пациента) на фоне кратковременного повышения относительного содержания нейтрофилов в крови и сывороточного гранулоцитарно-моноцитарного колониестимулирующего фактора вызывает угнетение их фагоцитарной активности.
Научная новизна
Впервые в отдаленные сроки (через 60 и более лет после начала облучения) у жителей прибрежных сел реки Теча, включая лиц, перенесших ХЛС, и имеющих в отдаленные сроки нейтропению, был проведен комплексный анализ системы нейтрофильных гранулоцитов периферической крови, который включал оценку их функционального состояния, интенсивности апоптоза и способности образовывать внеклеточные ловушки. На фоне снижения числа нейтрофильных гранулоцитов в периферической крови у облученных лиц установлено компенсаторное повышение уровня КСФ-ГМ в сыворотке крови. Нарушения функциональной активности нейтрофильных гранулоцитов (супрессия лизосомальной активности и активация внутриклеточного кислородзависимого метаболизма) были наиболее выраженными у облученных людей с нейтропенией. Спонтанная интенсивность апоптоза и способность нейтрофилов периферической крови образовывать внеклеточные ловушки у облученных лиц в отдаленные сроки не отличались от таковых н группе сравнения. Выявленные изменения в системе нейтрофильных гранулоцитов, как правило, не зависели от мощности и дозы облучения К КМ, что свидетельствовало о существенном влиянии в отдаленном периоде факторов нерадиационной природы. Не получено убедительных доказательств, что отдаленная нейтропения у облученных лиц является следствием угнетения гранулоцитопоэза в период максимального радиационного воздействия.
Впервые исследована зависимость интенсивности апоптоза нейтрофилов периферической крови и их способности образовывать внеклеточные ловушки in vitro от дозы острого у-излучения. Установлено, что активация нейтрофилов пирогеналом стимулирует образование HBJ1 при облучении в малых дозах (0,1 Гр), тогда как средние (0,25 и 1 Гр) и большие (4 и 10 Гр) дозы не влияли на способность активированных нейтрофилов образовывать HBJT. Не было отмечено влияния у-излучения в диапазоне доз 0,1-10 Гр на интенсивность апоптоза нейтрофилов у пожилых людей in vitro.
Впервые по результатам проспективного наблюдения (более трех лет) оценено влияние фетальных ГК на функциональное состояние нейтрофилов периферической крови у пациентов с нейтропенией. Отмечено существенное снижение активности фагоцитоза нейтрофилов, достигавшей минимальных значений через 13-36 мес. после введения фетальных ГК.
Теоретическая и практическая значимость работы
Исследование позволило оценить функциональное состояние нейтрофильных гранулоцитов у людей, подвергшихся хроническому облучению в широком диапазоне доз на фоне инволюционных процессов. Значимость работы определяется комплексным анализом системы нейтрофильных гранулоцитов человека после многолетнего облучения ККМ, что позволяет оценить возможную роль этой системы в формировании отдаленных радиационных последствий. В исследованиях in vitro показано, что функциональная активность зрелых нейтрофильных гранулоцитов является достаточно резистентной к действию острого у-излучения. Выявленное иммуносупрессивное действие фетальных ГК предполагает разработку строгих показаний для терапии стволовыми клетками (СК) и регулярный мониторинг функционального состояния нейтрофилов периферической крови.
Внедрение результатов исследования в практику
Результаты исследования используются в учебной деятельности на кафедре микробиологии, вирусологии, иммунологии и клинической лабораторной диагностики ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ, на кафедре радиобиологии ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный университет» Министерства образования и науки РФ, а также в практической деятельности ФГБУН «Уральский научно-практический центр радиационной медицины» Федерального медико-биологического агентства.
Публикации
Соискатель имеет 17 опубликованных работ, из них по теме диссертации опубликовано 13 научных работ общим объемом 3,3 печатных листа, в том числе 4 статьи в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, а также 4 работы в зарубежных
научных изданиях; 7 работ опубликованы в материалах всероссийских и международных конференций и симпозиумов.
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена па 159 страницах компьютерного текста и включает 24 таблицы, 15 рисунков, 1 фотографию. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, главы собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, включающего работы 115 отечественных и 110 иностранных авторов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материалы и методы исследования
Исследование показателей функционального состояния нейтрофилов у облученных лиц осуществлялось на базе НИИ иммунологии ГБОУ ВПО ЮУГМУ Министерства здравоохранения Российской Федерации и клинико-физиологической лаборатории ФГБУН УНТТЦ РМ ФМБА России. Планирование и разработка дизайна исследования проводилась автором совместно с руководителями диссертационной работы. Исследование являлось рандомизированным. Случайная выборка включала 318 жителей прибрежных сел реки Теча, многолетнее облучение которых произошло в результате сбросов ЖРО комбинатом «Маяк» в реку Теча. Облучение носило сочетанный (внешнее у-иялучение и внутреннее р-излучение за счет остеотропного ®°Яг) характер. Максимальные значения поглощенной дозы пришлись на ККМ и достигали 4,69 Гр (диапазон индивидуальных значений — 0,08-4,69 Гр). Наибольшая мощность дозы облучения ККМ имела место в период максимальных сбросов в 1951 году, достигая 1,26 Гр. Группу сравнения составили 134 человека аналогичного возраста и пола, проживавших в тех же административных районах, доза облучения которых не превышала согласно НРБ-99/2009 допустимые пределы для населения России.
Различия в реакции гранулоцитарного ростка кроветворения на хроническое облучение в раннем и отдаленном периоде позволили выделить подгруппу облученных людей, перенесших ХЛС (37 человек), и подгруппу облученных лиц, имевших па время обследования нейтропению (число нейтрофилов в периферической крови менее 2*109/л) - 25 человек. Максимальные дозы облучения ККМ отмечались у лиц с нейтропенией (1,43±0,21 Гр), а минимальные - у лиц, перенесших ХЛС (0,73±0,10 Гр). Третью подруппу составили 256 облученных лиц, не имевших в анамнезе ХЛС и нейтропении на время исследования (поглощенная доза облучения ККМ -1,10±0,05 Гр). Расчет индивидуализированных доз облучения был проведен сотрудниками биофизической лаборатории ФГБУН УНПЦ РМ ФМБА России (зав. лабораторией - М.О. Дегтева).
Объектом исследования являлись нейтрофильные гранулоциты периферической крови. Оценивались показатели функционального состояния
нейтрофипов, выделенных из периферической крови в составе лейкоцитарной взвеси или чистой фракции. Исследование фагоцитарной, лизосомальной активности (Фрейдлин И .С. Методы изучения фагоцитирующих клеток при оценке иммунного статуса человека. Ленинград, 1986. 37 с.) и внутриклеточного кислородзависимого метаболизма нейтрофилов (Маянский А.Н., Виксман М.К. Способ оценки функциональной активности нейтрофилов человека по реакции восстановления нитросинего тетразолия: Методические рекомендации. Казань, 1979. 11 с.) проводилось в лейкоцитарной взвеси. Параметры адгезивной способности (Зурочка A.B. Иммунобиологические свойства секреторных продуктов нейтрофилов (нейтрофилокинов): Дис. ... д-ра мед. наук. Челябинск, 1991. 231 е.), интенсивность апоптоза нейтрофилов (Vermes Т., Наалеп С., Reutelingsperger С. Flow cytometry of apoptotic cell death. JIM. 2000. № 243. P. 167-190.) и их способность образовывать внеклеточные ловушки (Долгушин И.И., Андреева Ю.С. Способ обнаружения НВЛ: патент на изобретение. № 2384844 от 01.04.2008.) определялись в чистой фракции нейтрофилов. Уровни КСФ-Г и КСФ-ГМ определялись методом ИФА в сыворотке крови пациентов (Кишкун A.A. Иммунологические исследования и методы диагностики инфекционных заболеваний в клинической практике. М.: Медицинское информационное агентство, 2009. 712 е.).
Зависимость «доза-эффект» оценивалась in vitro для следующих функций нейтрофилов: фагоцитарной, адгезивной и лизосомальной активности, параметров внутриклеточного кислородзависимого метаболизма, интенсивности апоптоза, а также их способности образовывать НВЛ. Для этого лейкоцитарную взвесь или чистую фракцию нейтрофилов, полученные от 10 человек группы сравнения (возраст 63-84 года), подвергали острому у-облучению в дозах 0,1; 0,25; 1; 4 и 10 Гр. Облучение проводилось на исследовательской установке ИГУР-1 (мощность дозы - 0,7 Гр/мин., источник у-излучения - l37Cs).
Применение фетальных ГК для коррекции нейтропении у облученных лиц осуществлялось на базе клинико-физиологической лаборатории ФГБУН УНПЦ РМ ФМБА России (зав. лабораторией - Возилова A.B.) в рамках ограниченного клинического исследования. Протокол исследования утвержден Ученым Советом ФГБУН УНПЦ РМ и одобрен этическим комитетом ФГБУН УНПЦ РМ (Протокол от 17.03.2008 года). Фетальные ГК, предоставленные лабораторией клеточных технологий Томского ПИИ курортологии и физиотерапии ФМБА России, вводились однократно внутривенно капельно (доза 1,4*10* кл/кг массы тела пациента). Оценка влияния фетальных ГК на функциональное состояние нейтрофильных гранулоцитов выполнялась непосредственно автором на базе НИИ иммунологии ЮУГМУ. Исследуемая группа включала 12, а группа сравнения 7 облученных лиц, имевших на момент обследования отдаленную нейтропению. Исследование состояния нейтрофильных гранулоцитов проводилось в динамике через 6 и 12 мес., а затем ежегодно.
Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием непараметрических методов статистического анализа. Сравнение несвязанных групп проводилось при помощи U-критерия Манна-Уитни. Анализ частот встречаемости тех или иных явлений в исследованных группах проводился с использованием критерия х - Сравнение трех и более связанных групп осуществлялось методом рангового дисперсионного анализа по Фридмену с вычислением коэффициента конкордации Кендалла (Реброва О.Ю. Применение пакета прикладных программ STATISTICA. М.: Медиа Сфера, 2002. 312 е.). Зависимость показателей функционального состояния нейтрофилов от дозовых характеристик оценивалась методом нспараметричсского корреляционного анализа по Спирмену и линейного регрессиошюго анализа. Для оценки влияния комплекса факторов радиационной и нерадиационной природы на состояние системы нейтрофилов использовался многофакторный дисперсионный анализ. Статистическую обработку данных проводили при помощи табличного редактора Microsoft Excel 2010, а также пакетов прикладных программ Statistica 6.0 и SPSS 22.0.
Результаты собственных исследований
Показатели функциональной активности и интенсивности апоптоза нейтрофилов у жителей прибрежных сел реки Теча
В отдаленные сроки у лиц, подвергшихся хроническому радиационному воздействию, отмечено статистически значимое (р<0,05) снижение абсолютного и относительного количества нейтрофилов в периферической крови. Как видно из таблицы 1, основные показатели, характеризующие функциональную активность нейтрофилов периферической крови (адгезивную, фагоцитарную, лизосомальную и процессы внутриклеточного кислородзависимого метаболизма) у лиц сравниваемых групп статистически значимо не отличались.
В связи с тем, что формирование HBJI в настоящее время рассматривается в качестве важного механизма защиты организма от инфекции, представлялось значимым оценить спонтанную и индуцированную способность нейтрофилов периферической крови образовывать IIBJI в отдаленные сроки после хронического облучения.
Таблица 1 — Показатели адгезивной, фагоцитарной, лиэосомальной активности и внутриклеточного кислородзависимого метаболизма нейтрофилов периферической крови у облученных лиц и в группе сравнения, (М±ш)
Показатель Облученные лица п=257 Группа сравнения п=105
АФН, % 4,56±0,21 (1-18)* 4,84±0,38 (1-18)
ИФН, усл. ед. 9,29±0,50 (1-36) 9,01 ±0,79 (1-49)
Фагоцитарное число, усл. ед. 2,11 ±0,09 (1-12) 1,89±0,08 (1-4,75)
НСТ нейтрофилов спонтанный, % 54,23±0,87 (0-90) 53,81±1,16 (22-86)
НСТ нейтрофилов индуцированный, % 51,96±0,91 (12-96) 52,10±1,15 (19-80)
СЛАН, усл. ед. 14,24*0,42 (4,21-33,48) 14,41 ±0,60 (3,51-31.23)
Доля адгезированмых нейтрофилов, %*• 84,04±2,13 (19,11-100) 79,45±3,56 (5,60-100)
Средний размер адгезированных клеток, мкм** 12,82±0,21 (9,67-20,12) 13,23±0,31 (10,48-19,35)
Примечание: * - здесь и в последующих таблицах в скобках приведен диапазон вариабельности индивидуальных значений показателей; ** - количество обследованных облученных лиц составило 83, в группе сравнения — 41
Как видно из таблицы 2, доля различных морфологических форм нейтрофилов при активации препаратом «Пирогенап» и без активации у облученных лиц статистически значимо не отличалась от группы сравнения.
Таблица 2 — Доля морфологических форм нейтрофилов периферической крови у облученных лиц и в группе сравнения без активации и с активацией препаратом «Пирогенап», (Mim)
Показатель Облученные лица п=86 Группа сравнения п=39
без активации с активацией без активации с активацией
Сегмептоядерпые нейтрофилы, % 70,22±1,29 (28-90) 33,61,21 (4-63) 72,03±1,49 (49-89) 37,21 ±2,16 (14-72)
Нейтрофилы с недифференцированным ядром, % 26,73±1,17 (4-57) 53,3 7± 1,06 (28-72) 26,05±1,55 (П-48) 50,77±2,23 (18-75)
НВЛ, % 3,01±0,59 (0-25) 13,02±0,94 (2-48) 1,90±0,56 (0-16) 11,97±1,41 (2-48)
Анализ спонтанного и индуцированного стандартными нагрузками апоптоза (острое у-облучение в дозе 1 Гр и инкубация нейтрофилов в
культуральной среде, включавшей в себя среду 11РМ1-1640 и сыворотку крови крупного рогатого скота в соотношении 4:1) позволил выявить наличие скрытых пострадиационных генетических изменений в нейтрофилах облученных людей. Как видно из рисунка I, не было отмечено каких-либо различий между сравниваемыми группами по показателям интенсивности спонтанного и индуцированного апоптоза. В группе облученных лиц при дооблучении клеток в дозе 1 Гр и последующей их инкубации в течение 5 часов было выявлено статистически значимое повышение интенсивности апоптоза нейтрофилов ко сравнению с пробами, инкубированными аналогичным образом без предварительного облучения.
Рисунок 1 - Интенсивность апоптоза нейтрофилов периферической крови у облученных лиц (А) и в группе сравнения (Б). * - статистически значимые (р<0,05) отличия относительно исходного уровня апоптоза, ** — статистически значимые (р<0,05) отличия относительно уровня апоптоза после 5-часовой инкубации без предварительного облучения.
Из таблицы 3 видно, что если содержание КСФ-Г в сыворотке крови у лиц сравниваемых групп статистически значимо не отличалось, то уровень КСФ-ГМ у облученных лиц был повышен, что, по-видимому, имело компенсаторное значение.
Таблица 3 - Содержание КСФ-Г и КСФ-ГМ в сыворотке крови у облученных лиц и в группе сравнения, (М±ш)
Показатель Облученные лица Группа сравнения
п=97 п-38
11,53±4,46 5,67±0,82
КСФ-Г, пг/мл (0,03-434,57) (0,04-17,58)
3,52±0,61 2,13±0,44
р<»,05 (0-9,72)
КСФ-ГМ, пг/мл (0,01-55,03)
У лиц, перенесших ХЛС и имевших в период максимального радиационного воздействия устойчивую нейтропению, в отдаленные сроки
наблюдалось снижение (р<0,05) абсолютного числа нейтрофилов в крови относительно группы сравнения и повышение фагоцитарного числа нейтрофилов (таблица 4).
Наиболее выраженные изменения в системе нейтрофильных гранулоцитов были выявлены у облученных лиц в условиях нейтропении (таблица 4). У них на фоне значительного снижения числа нейтрофилов в периферической крови отмечалось выраженное снижение лизосомальной активности и активация внутриклеточного кислородзависимого метаболизма нейтрофилов. Важно заметить, что изменения перечисленных показателей у облученных людей с отдаленной нейтропенией отмечались относительно всех других исследуемых групп. В отдаленные сроки у облученных лиц, не имевших ХЛС и нейтропении, каких-либо различий в состоянии системы нейтрофильных гранулоцитов относительно группы сравнения выявлено не было.
Таблица - 4 Показатели функциональной активности нейтрофильных гранулоцитов в подгруппах облученных лиц и в группе сравнения, (М±т)
Показатель Облученные лица Группа сравнения п=105
без ХЛС и нейтропении п=197 перенесшие ХЛС п=37 с отдаленной нейтропенией п=25
1 2 3
АФН, % 4,70*0,25 (1-18) 4,21 ±0,46 (2-13) 4,08*0,59 (1-14) 4,84*0,38 (1-18)
ИФН, усл. ед. 9,39*0,59 (1-36) 9,94*1,26 (2-27) 8,04*1,33 (1-30) 9,01*0,79 (1-49)
Фагоцитарное число, усл. ед. 2,09±0,11 (1-12) 2,34*0,19 р<0,05 Pi-2«»,05 (1-5) 2,04*0,16 (1-4) 1,89*0,08 (1-4,75)
HCT нейтрофилов спонтанный, % 53,91*0,97 (0-90) 52,03*2,67 (9-83) 59,18*2,44 р<0,05 рм<0.05 pw<0,05 (32-78) 53,81*1,16 (22-86)
HCT нейтрофилов индуцированный, % 52,55±1,07 (12-96) 47,32*2,01 (23-63) 52,76*2,87 (24-76) 52,10*1,15 (19-80)
СЛАН, усл. ед. 15,02±0,45 (5.88-33,48) 15,67±1,34 (4,78-26,71) 6,62*0,34 р<0,01 Рю<0,01 Рм<0,01 (4,21-10,18) 14,41*0,60 (3,51-31.23)
Примечание: р - статистически значимые отличия относительно группы сравнения; ры, П,.5, р2-з- статистически значимые отличия между подгруппами облученных лиц
Влияние факторов радиационной и нерадиационной природы на показатели функционального состояния нейтрофилов периферической крови в отдаленные сроки у облученных лиц
В связи с тем, что пейтрофильпые гранулоциты формируются в ККМ, представлялось важным оценить зависимость абсолютного числа нейтрофилов периферической крови и показателей, характеризующих их измененную функциональную активность у облученных лиц (в т. ч. перенесших ХЛС и имеющих отдаленную нейтропению), от кумулятивной дозы и мощности дозы облучения ККМ в период максимального радиационного воздействия (1951 год).
По результатам корреляционного анализа выявлено, что абсолютное количество нейтрофилов в крови облученных лиц имело слабую отрицательную зависимость от кумулятивной дозы на ККМ. Относительное количество пейтрофильных грапулоцитов слабо отрицательно коррелировало как с величиной кумулятивной дозы, так и с величиной максимальной мощности дозы облучения ККМ, что свидетельствовало о некотором снижении числа нейтрофилов с увеличением дозы и мощности дозы облучения ККМ. Статистически значимой зависимости выявленных изменений функционального состояния нейтрофилов у лиц, перенесших ХЛС, и имеющих отдаленную нейтропению, от дозиметрических параметров выявлено не было.
Регрессионный анализ (линейная модель) позволил отметить статистически значимую зависимость для относительного числа нейтрофилов, как от дозы, так и от мощности дозы облучения ККМ только в группе, включающей всех облученных лиц. У лиц, перенесших ХЛС, и имеющих отдаленную нейтропению не было установлено зависимости выявленных изменений в системе нейтрофильных гранулоцитов от дозовых параметров.
Исследование возможной связи между ранними нейтропениями, регистрировавшимися в период максимального радиационного воздействия и формирования ХЛС, и отдаленными нейтропениями показало, что распространенность отдаленной нейтропении у лиц, перенесших ХЛС, была несколько ниже, чем у жителей прибрежных сел, не имевших ХЛС в анамнезе, и составила, соответственно, 5,4 % и 10,5 %. Полученные данные позволяют предположить, что отдаленная нейтропения не является следствием облучения в период максимального радиационного воздействия.
Исследование возможного влияния факторов радиационной (поглощенная доза облучения ККМ) и нерадиационной (возраст, пол, этническая принадлежность, наличие хронических воспалительных заболеваний, сезон исследования) природы на количество нейтрофилов в периферической крови и их функциональное состояние в группе облученных лиц проводилось методом многофакторного дисперсионного анализа.
Было выявлено статистически значимое влияние пола на абсолютное и относительное количество нейтрофилов в периферической крови. Значимое влияние на относительное количество нейтрофилов оказывала их принадлежность к определенной этнической группе (славяне и тюрки).
Совместное влияние данных факторов было также статистически значимо для относительного числа нейтрофилов в крови. Сочетание таких факторов как поглощенная доза и пол оказывало значительное влияние как на абсолютное, так н на относительное количество нейтрофилов в крови. Возраст на начало радиационного воздействия, достигнутый возраст ко времени обследования, сезон исследования, а также наличие хронических воспалительных заболеваний у облученных лиц не оказывали значимого влияния на данные показатели.
Зависимость функциональных параметров иейтрофильных гранулоцитов периферической крови человека от дозы острого у-излучення in vitro
Облучение чистой фракции нейтрофилов в дозе 4 Гр вызывало статистически значимое снижение доли адгезированных нейтрофилов, однако при воздействии у-излучения в дозе 10 Гр статистически значимых различий с пробами без облучения не отмечалось. Средний размер адгезированных нейтрофилов снижался при дозе облучения 10 Гр (рисунок 2).
о. *
¡1 <®
х а
a. a
и 3
14 4ШШШШШ
я 10
ю'
s; •&6
ij о
О 0,1 0,25 1 4 10 Доза облучения, Гр
Рисунок 2 - Доля адгезированных нейтрофилов (А) и средний их размер (Б) после острого у-облучения in vitro. * - статистически значимые (р<0,05) отличия ог исходного уровня.
Острое у-облучение чистой фракции неактивированных нейтрофилов в дозе 10 Гр вызывало статистически значимое снижение доли клеток с сегментированным ядром одновременно с повышением доли нейтрофилов с недифференцированным ядром. Как видно из рисунка 3, острое облучение нейтрофилов, активированных гтирогеналом, в дозе 0,1 Гр вызывало повышение их способности образовывать HBJ1.
До:1М "&.1 >'< Г11 ИМ . I'))
* Нсйтрофнлы с сегментированным «лром, *И>
• I 1сЙ1|Ни)>НЛЫ С исинффсрсициронаинмм В^ШМ, "и
■ НШ1. Го Б
Рисунок 3 - Доля морфологических форм нейтрофилов периферической крови без активации (А) и с активацией (Б) пирогеналом после острого у-облучения. * - статистически значимые (р<0,05) отличия относительно проб без облучения.
Не было отмечено изменений со стороны показателей фагоцитарной и лизосомальной активности нейтрофилов при остром у-облучении лейкоцитарной взвеси во всем диапазоне исследованных доз (рисунок 4). Установлено снижение активности внутриклеточного кислородзависимого метаболизма нейтрофилов под влиянием острого облучения в дозе 10 Гр (спонтанный НСТ-тест).
Долы облучении, Гр
■ АФН, V.
■ НСТ спонтанный. % , * НСТ ннлуаирошпшый, %_А
0,25
10
Долы облучении, Г|1
« ИФН, усл. ед.
I Фагоцитарное число нейтрофплоп. усл. сд. »■> ' СЛАН, усл. ед.__1»
Рисунок 4 - Зависимость показателей функциональной активности нейтрофилов периферической крови от дозы острого у-облучения. * - статистически значимые (р<0,05) отличия относительно проб без облучения.
Не отмечено влияния острого у-излучения во всем диапазоне исследованных доз на интенсивность апоптоза нейтрофилов чистой фракции.
Влияние фстальных ГК на функциональное состояние системы
нейтрофильных гранулоцитов у облученных лиц с нейтропенией
Как отмечалось выше, в рамках ограниченного клинического исследования, проведенного в ФГБУН УНПЦ РМ ФМБА России, оценивалось
я * «о ■ |»
41"
Я £ »
2 зо
4 о
0 0,1 0,25 I 4 10 Дозы облучения, Гр
* МсП грофилм и ссгмсн I пропан ним ядром, %
■ Ней |-рофн;1м с недифференцированным ядрам, V»
■ НШ1, % А
влияние фетальных ГК на функциональное состояние нейтрофилов периферической крови и содержание КСФ-Г и КСФ-ГМ в сыворотке крови у облученных лиц с отдаленной нейтропенией. Результаты исследования представлены в таблице 5. Видно, что после инфузии фетальных ГК количество лейкоцитов в динамике повышалось, достигая к 12 мес. наблюдения статистически значимых различий с исходными значениями. В дальнейшем статистически значимых отличий относительно их уровня до терапии не отмечалось. Сходную динамику имело и абсолютное количество нейтрофилов в периферической крови, но статистически значимых отличий относительно исходного уровня не было отмечено ни в одном из периодов наблюдения. Статистически значимое увеличение относительного количества нейтрофилов в периферической крови отмечалось только в первое полугодие после проведения терапии фетальными ГК.
Активность фагоцитоза нейтрофилов (АФН) периферической крови прогрессивно снижалась в динамике наблюдения, обнаруживая статистически значимые различия с исходным уровнем в период 13-36 мес. после введения фетальных ГК. Через 36 и более месяцев после терапии данный показатель статистически значимо не отличался от исходного уровня. Интенсивность фагоцитоза нейтрофилов (ИФН) у облученных лиц после введения фетальных ГК имела ту же динамику изменений, что и активность фагоцитоза, но различия относительно ее уровня до терапии не были статистически значимыми. В период 13-36 мес. после терапии фетальными ГК отмечалась тенденция к повышению фагоцитарного числа нейтрофилов, имевшая, по-видимому, компенсаторный характер. Показатели внутриклеточного кислородзависимого метаболизма нейтрофилов существенно не менялись в динамике наблюдения. Лизосомальная активность обнаруживала тенденцию к повышению через 13-36 месяцев после терапии фетальными ГК, что, вероятно, также было направлено на компенсацию снижения АФН.
Содержание КСФ-ГМ в сыворотке крови статистически значимо повышалось в первые полгода после терапии фетальными ГК, в дальнейшем его уровень не отличался от исходного. Относительно исходного уровня содержание сывороточного КСФ-Г в первые полгода наблюдения имело тенденцию к повышению, однако в последующем статистически значимых отличий обнаружено не было. В целом, необходимо отметить, что через 36 и более мес. после лечения фетальными ГК, статистически значимых отличий в значениях изученных нами показателей по сравнению с исходным уровнем обнаружено не было, а сами показатели вернулись к исходным значениям до терапии. Обращало на себя внимание выраженное угнетение АФН периферической крови через 13-36 мес. после инфузии фетальных ГК у облученных лиц с отдаленной нейтропенией.
Таблица 5 — Основные показатели количественного и функционального состояния нейтрофильных гранулоцитов у облученных пациентов с отдаленной нейтропенией до и после терапии фетальными ГК, (М±т)
Показатель До терапии Сроки наблюдения после терапии Группа сравнения
0-6 мес. 7-12 мес. 13-36 мес. > 36 мес.
Лейкоциты, 109/л 3,78*0,31 (2,7-6.68) 3,81*0,20 (2.97-5,69) 4,03*0,37* (3,04-5,95) 4,49±0,31 (3,05-5,81) 4,00*0,19 (3,5-4,7) 4,17*0,18 (2,15-5,65)
Нейтрофилы, 109/л 1,8Э±0,22 (1,26-1,95) 2,13*0,21 (1,341) 2,18*0,33 (1,48-4,17) 2,58±0,22 (1,68-3,69) 2,02*0,19 (1,57-2,81) 1,70*0,06 (0,95-1,98)
Нейтрофилы, % 47,50±2,25 (36-62) 55,08*3,20» (38-73) 52,88±3,31 (41-70) 58,56±3,01 (46-73) 49,83*2,39 (44,7-59,7) 41,74*1,43 (27,3-53)
АФН, % 6,90*1,26 (2-14) 5,42*1,13 (2-17) 4,25*0,96 П-Ю) 2,44*0,58* (1-5) 4,17*0,79 (2-7) 4,08*0,59 (1-14)
ИФН, усл. ед. 12,70*2,81 (2-30) 9,58*1,75 (4-24) 9,00*2,41 (2-23) 5,22*1,34 (1-12) 7,67*1,82 (3-12) 8,04*1,33 (1-30)
Фагоцитарное число, усл. ед. 1,74±0,16 (1-2,4) 1,87*0,16 (1,2-2,83) 2,07±0,22 (1-3,25) 2Д1±0,35 (1-4,5) 1,76*0,18 (1,25-2,4) 2,04*0,16 (1-4)
НСТ спонтанный, % 61,86*5,47 (45-83) 55,22*2,71 (42-68) 59,17*3,39 (45-65) 52,60*2,94 (46-60) 49,00*2,60 (40-57) 59,18*2,44 (32-78)
нет индуцированный, % 63,14*4,36 (45-78) 58,44*4Д2 (37-76) 63,00*5,16 (43-82) 49,50*3,00 (40-60) 51,00*3,71 (36-61) 52,76*2,87 (24-76)
СЛАН, усл. ея- 8,30±1,01 (5,45-12,44) 7,97±0,98 (2,82-12) 8,89±1,35 (5,59-13,25) 12,23*0,80 (9,91-14,87) 7,09*0,58 (6-9,37) 6,62*0,34 (4,21-10,18)
КСФ-Г, пг/мл 11,37*9,18 (1,25-57,2) 26,18±10,14 (1,23-61,69) 15,23*7,77 ОДЗ-50,86) 17,26*6,76 (1,19-69,63) 2,62*1,08 (0,21-6.53) 4,48*1,56 (0,25-18,68)
КСФ-ГМ, пг/мл 3,99*1,23 (1,09-9,05) 5,36*1,12* (3,35-11,7) 7,24*1,27 (3,2-11,54) 3,78*0,76 (0,49-7.88) 0,36*0,14 (0,02-0,93) 3,33*1,16 (0,17-11,54)
Примечание: * - статистически значимые отличия (р<0,05) относительно исходного уровня до терапии фетальными ГК
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Хроническое низкоинтенсивное радиационное воздействие на ККМ вызывало в отдаленные сроки снижение количества нейтрофилов в периферической крови. Нарушения функциональной активности нейтрофилов у облученных лиц были наиболее выражены в условиях нейтропении. Выявленные изменения функционального состояния нейтрофилов, как правило, не имели зависимости от дозы и мощности дозы облучения ККМ, что свидетельствовало о значительном влиянии на систему нейтрофильных граиулоцитов в отдаленные сроки нерадиационных факторов. У жителей прибрежных сел реки Теча не отмечено изменений в интенсивности апоптоза нейтрофилов.
В экспериментах in vitro показана высокая резистентность различных функций нейтрофилов и апоптоза к острому у-излучению. У лиц с отдаленной неитроиенией после инфузии фетальных ГК не отмечалось существенного повышения абсолютного количества нейтрофилов. Через 13-36 мес. после терапии у них регистрировалось угнетение активности фагоцитоза нейтрофилов. Функциональное состояние нейтрофильных гранулоцитов и уровень КСФ-Г и КСФ-ГМ в сыворотке крови через 36 и более мес. после терапии возвращались к исходным значениям.
ВЫВОДЫ
1. В отдаленные сроки (через 60 и более лет после начала хронического радиационного воздействия) у жителей прибрежных сел реки Теча (средняя поглощенная доза облучения красного костного мозга -1,09±0,05 Гр, диапазон индивидуальных значений - 0,08-4,69 Гр) на фоне дозозависимого снижения числа нейтрофильных гранулоцитов в периферической крови отмечалось компенсаторное повышение уровня гранулоцитарно-моноцитарного колониестимулирующего фактора в сыворотке крови. Нарушения функциональной активности нейтрофильных гранулоцитов (супрессия лизосомальной активности и активация внутриклеточного кислородзависимого метаболизма) были наиболее выраженными у лиц с нейтропенией, которые имели наибольшие дозы облучения красного костного мозга.
2. Выявлешпле у облученных лиц изменения функционального состояния нейтрофилов, как правило, не имели четкой зависимости от дозы и мощности дозы облучения красного костного мозга, что свидетельствовало о существенном влиянии в отдаленном периоде факторов нерадиационной природы. Многофакторный дисперсионный анализ позволил отметить значимое влияние пола, фактора этнической принадлежности и кумулятивной дозы облучения красного костного мозга (совместное влияние с тендерным фактором) на количество нейтрофилов в периферической крови у облученных лиц.
3. Спонтанная интенсивность апоптоза и способность нейтрофилов периферической крови образовывать внеклеточные ловушки у облученных лиц в отдаленные сроки не отличались от таковых в ipynne
сравнения. После стандартного in vitro воздействия у-иалучения на нейтрофилы облученных лиц в дозе 1 Гр и S-часовой инкубации отмечались более высокие показатели апоптоза нейтрофилов, чем без облучения, что свидетельствует о наличии в них скрытых генетических изменений.
4. В эксперименте с воздействием на нейтрофилы периферической крови пожилых людей (возраст 63-84 года) острого у-излучения в широком диапазоне доз (0,1; 0,25; 1; 4 и 10 Гр) показана наибольшая радиорезистентность их фагоцитарной и лизосомальной активности. Более высокую радиочувствительность продемонстрировали адгезивная способность и внутриклеточный кислородзависимый метаболизм нейтрофилов, снижение параметров которых отмечено только при облучении в дозах 4 и 10 Гр.
5. Малые дозы у-излучения (0,1 Гр) стимулировали образование внеклеточных ловушек активированными пирогеналом нейтрофилами in vitro, тогда как средние (0,25; 1 Гр) и большие (4; 10 Гр) дозы не влияли на их способность образовывать внеклеточные ловушки. Не отмечено влияния у-излучения во всем диапазоне исследованных доз на интенсивность апоптоза нейтрофилов у пожилых индивидуумов.
6. Через 6-12 месяцев после инфузии фетальных гемопоэтических клеток (доза 1,4* 106/кг массы тела пациента) у облученных лиц с нейтропенией на фоне повышения относительного количества нейтрофилов в периферической крови и сывороточного гранулоцитарно-моноцитарного колониестимулирующего фактора отмечалось снижение их фагоцитарной активности. Через 13-36 месяцев после лечения регистрировалась минимальная активность фагоцитоза нейтрофилов, а их количество в периферической крови на фоне снижающихся уровней сывороточных гранулоцитарного и гранулоцитарно-моноцитарного колониестимулирующих факторов вернулось к исходным значениям.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Исследование функционального состояния пейтрофилов периферической крови в отдаленные сроки позволяет оптимизировать диагностические и терапевтические подходы в отношении лиц, подвергшихся хроническому радиационному воздействию, и, в особенности, людей, перенесших хронический лучевой синдром, и имеющих отдаленную нейтропению.
2. В комплекс обследования облученных лиц в отдаленные сроки с целью формирования групп повышенного риска в отношении развития отдаленной соматико-стохастической патологии рекомендуется включать оценку функционального состояния (фагоцитарная, лизосомальная активность и внутриклеточный кислородзависимый метаболизм) нейтрофилов периферической крови.
3. Принимая во внимание высокую радиочувствительность способности нейтрофилов периферической крови человека после активации
пирогеналом образовывать внеклеточные ловушки, тест может быть использован для биологической индикации радиационного воздействия в малых дозах.
4. Учитывая возможность иммуносупрессивного действия фетальных гемопоэтических клеток, в процессе их применения рекомендуется оценивать показатели функционального состояния нейтрофильных гранулоцитов периферической крови.
СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Аклеев, А.А. Влияние терапии гемопоэтическнми клетками фетальной печепи (ГК ФП) па состояние врожденного и адаптивного иммунитета у лиц с отдаленными нейтропениями после хронического радиационного воздействия / А.А. Аклеев, Г.П. Димов // Вестник Уральской медицинской академической науки. - 2011. - № 2/2 (35). - С. 80-81.
2. Аклеев, А.А. Механизмы элиминации радиационно-индуцированных повреждений у лиц, перенесших хронический лучевой синдром: врожденный иммунитет и репарация ДНК / А.А. Аклеев, А.В. Погодина // Российский иммунологический журнал. — 2012. — Т. 6 (14), № 3 (1). — С. 4142.
3. Аклеев, А.А. Состояние врожденного иммунитета у лиц с хроническим лучевым синдромом (ХЛС) в анамнезе / А.А. Аклеев, А.Н. Гребенюк // Вестник Уральской медицинской академической науки.- 2012. - №4 (41). -С. 224.
4. Аклеев, А.А. Состояние гранулоцитопоэза в период отдаленных последствий хронического лучевого синдрома (ХЛС) / А.А. Аклеев, И.И. Долгушин, А.Н. Гребешок // Международная конференция «Медико-биологические проблемы действия радиации»: тез. докл. — Москва, 2012. — С. 25.
5. Akleyev, A. Functional State of Neutrophils in Individuals Diagnosed with Chronic Radiation Syndrome (CRS) / A. Akleyev, J. Dolgushin, A. Grebenyuk // Fifty-Seventh Annual Meeting of the Health Physics Society : Abstracts of International Conference. - Sacramento, 2012. - S.96.
6. Akleyev, A.A. Modification of Innate Immunity in Individuals with Late Radiation-Induced Neutropenia Using Hemopoietic Cells of Fetal Liver / A.A. Akleyev, I.I. Dolgushin, G.P. Dimov // 13th International Congress of the International Radiation Protection Association : Abstracts. - Glasgow, 2012. -P. 01.77.
7. Veremeyeva, Ci.A. Signs of Late Radiation-Induced Genomic Instability in Persons Chronically Exposed to Radiation / G.A. Veremeyeva, I.V. Acushevich, E.A. Blinova, A.V. Pogodina, T.N. Markina, T.A. Varfolomeyeva, O.I. Khudyakova, O.G. Ploshanskaya, A.V. Vozilova, A.A. Akleyev, A.V. Akleyev// 13th International Congress of the International Radiation Protection Association: abstr. - Glasgow, 2012.-P. 1-10.
8. Аклеев, A.A. Влияние радиационного воздействия па показатели адгезивной способности нейтрофилов периферической крови / А.А. Аклеев, А.Н.
Гребенюк, О.А. Глуминина // Вестник Челябинского государственного университета. -2013. -№ 7 (298). - С. 91-93.
9. А клеев, А.А. Изменения в системе врожденного иммунитета у лиц с отдаленными радиационно-индуиированными лейкопениями / А.А. Аклеев, А.Н. Гребепюк, И.И. Долгушин // Российский иммунологический журнал. - 2013. - Т. 7 (16), № 2-3 (1). - С. 3-5.
10. Аклеев, А.А. Оценка показателей врожденного иммунитета у лиц с повышенной частотой соматических мутаций и хромосомных аберраций в период отдаленных последствий хронического облучения / А.А. Аклеев, А.В. Возилова // Медицинские и экологические эффекты ионизирующего излучения (MEEIR-6) : Материалы 6 международной научно-практической конференции - Северск - Томск, 2013.-С. 16-17.
11. Аклеев, А.А. Оценка способности нейтрофилов периферической крови образовывать внеклеточные ловушки у лиц, подвергшихся хроническому воздействию ионизирующей радиации / А.А. Аклеев, И.И. Долгушин, К.Р. Валетдинова // Вестник Челябинского государственного университета. — 2013. - № 7 (298). - С. 94-96.
12. Аклеев, А.А. Система врожденного иммунитета у лиц с повышенной частотой хромосомных аберраций и соматических мутаций в период поздних реакций тканей на радиационное воздействие / А.А. Аклеев, А.В. Возилова // Материалы 4 Международной (11 -ой итоговой) научно-практической конференции молодых ученых. - Челябинск, 2013. - С. 37-39.
13. Akleyev, А.А. Status of Inborn Immunity during the Period of Late Somatic-Stochastic Radiation Exposure Effects / A.A. Akleyev, I.I. Dolgushin, A.N. Grebenyuk // Global Conference on Radiation Topics : Abstracts. - Munich, 2013. — P. 46.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АФН - активность фагоцитоза нейтрофилов ГК — гемопоэтические клетки ЖРО - жидкие радиоактивные отходы ИФН - интенсивность фагоцитоза нейтрофилов ККМ - красный костный мозг
КСФ-Г - колониестимулирующий фактор гранулоцитарный
КСФ-ГМ — колониестимулирующий фактор гранулоцитарно-моноцитарный
HBJI - нейтрофильные внеклеточные ловушки
НСТ - нитросиний тетразолий
СК - стволовые клетки
СЛАН - суммарная лизосомальная активность нейтрофилов ХЛС - хронический лучевой синдром НРБ - Нормы радиационной безопасности
14 -7084
201
4164040
На правах рукописи
Аклеев Андрей Александрович
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ НЕЙТРОФИЛЬНЫХ ГРАНУЛОЦИТОВ У ЛИЦ, ПОДВЕРГШИХСЯ ХРОНИЧЕСКОМУ РАДИАЦИОННОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ
14.03.09 - Клиническая иммунология, аллергология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук
Челябинск- 2014
Подписано в печать 18.04.2014 г. Формат 60x84 ' щ. Гарнитура Times New Roman Суг. Бумага офсетная. Объем 1,0 усл. п л. Тираж 100 экз. Отпечатано в типографии «Активист» 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 74Б
2014154040
Текст научной работы по медицине, диссертация 2014 года, Аклеев, Андрей Александрович
04201459652
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской
Федерации
На правах рукописи
04201459652
Аклеев Андрей Александрович
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ НЕЙТРОФИЛЬНЫХ ГРАНУЛОЦИТОВ У ЛИЦ, ПОДВЕРГШИХСЯ ХРОНИЧЕСКОМУ РАДИАЦИОННОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ
14.03.09 - Клиническая иммунология, аллергология
Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук
Научные руководители: Долгушин Илья Ильич Заслуженный деятель науки РФ, член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, профессор
Гребенюк Александр Николаевич доктор медицинских наук, профессор
Челябинск, 2014
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................4
ГЛАВА 1. РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ В СИСТЕМЕ НЕЙТРОФИЛЬНЫХ ГРАНУЛОЦИТОВ ЧЕЛОВЕКА И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ МОДИФИКАЦИИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)..................................13
1.1. Основные закономерности иммунных ответов на действие ионизирующей радиации.................................................................14
1.2. Роль нейтрофильных гранулоцитов в поддержании генетического гомеостаза организма.....................................................................17
1.3. Система нейтрофильных гранулоцитов у лиц, подвергшихся радиационному воздействию............................................................22
1.4. Радиочувствительность отдельных функций нейтрофильных гранулоцитов................................................................................34
1.5. Модификация радиационно-индуцированных нарушений системы нейтрофильных гранулоцитов..........................................................39
1.5.1. Применение цитокинов для лечения радиационно-индуцированных нейтропений.................................................................................39
1.5.2. Применение стволовых клеток для лечения радиационно-
индуцированных нейтропений.........................................................45
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования......................................47
2.1. Характеристика обследованных лиц.............................................47
2.2. Методы исследования...............................................................54
2.2.1. Получение лейкоцитарной взвеси и чистой фракции нейтрофилов.....54
2.2.2. Оценка функциональной активности и апоптоза нейтрофилов периферической крови, а также содержания КСФ-Г и КСФ-ГМ в сыворотке крови..........................................................................................55
2.2.3. Исследование реакции нейтрофилов периферической крови у лиц группы сравнения на острое у-облучение in vitro...................................63
2.2.4. Применение фетальных ГК для коррекции отдаленных нейтропений у
облученных лиц............................................................................63
2.3. Методы статистической обработки данных....................................65
Глава 3. ВЛИЯНИЕ ХРОНИЧЕСКОГО РАДИАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СИСТЕМУ НЕЙТРОФИЛЬНЫХ ГРАНУЛОЦИТОВ..68
3.1. Состояние нейтрофильных гранулоцитов периферической крови у жителей прибрежных сел реки Теча в отдаленные сроки........................68
3.1.1. Функциональная активность и интенсивность апоптоза нейтрофилов периферической крови у облученных лиц...........................................68
3.1.2. Функциональная активность нейтрофилов у лиц, перенесших ХЛС, и имеющих отдаленную нейтропению...................................................80
3.2. Влияние факторов радиационной и нерадиационной природы на состояние нейтрофилов периферической крови....................................87
3.2.1. Зависимость выявленных изменений от дозы и мощности дозы облучения ККМ............................................................................87
3.2.2. Влияние нерадиационных факторов на систему нейтрофильных гранулоцитов у облученных лиц.......................................................92
3.3. Зависимость функциональных параметров нейтрофильных гранулоцитов периферической крови человека от дозы острого у-излучения in vitro........95
3.4. Влияние фетальных гемопоэтических клеток (ГК) на функциональное состояние системы нейтрофильных гранулоцитов у облученных лиц в
условиях нейтропении................................................................. 104
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................115
ВЫВОДЫ..................................................................................128
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ..............................................130
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.............................................................131
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................133
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования и степень ее разработанности
Одной из важнейших проблем современной иммунологии является анализ влияния различных экологических факторов на иммунный ответ, а также на развитие иммунодефицитов и иммунозависимой патологии. Особенно велико значение данной проблемы в современных условиях возрастающей техногенной нагрузки на окружающую среду [87, 97, 104].
В настоящее время особо пристальное внимание привлекают медико-биологические эффекты хронического радиационного воздействия с низкой мощностью дозы, что обусловлено широким использованием источников ионизирующей радиации (ИР) в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и науке. Значительный интерес к проблеме реакций иммунной системы на хроническое радиационное воздействие также обусловлен реальной возможностью пролонгированного облучения человека (например, космонавтов в условиях длительных полетов, населения при террористических актах или после радиационных аварий) [156]. Как показала авария на АЭС Фукусима-1, современные технологии не в состоянии обеспечить безаварийную работу ядерных реакторов, что может привести к загрязнению обширных территорий радионуклидами, в том числе долгоживущими, и длительному облучению проживающего на них населения.
Необходимо отметить, что в ряде стран (Китай, Индия, Бразилия, Иран н др.) имеются регионы, многие поколения жителей которых подвергаются облучению вследствие повышенного естественного радиационного фона [126]. Уклад жизни современного человека способствует длительному пребыванию людей в помещениях, где могут создаваться достаточно высокие концентрации радона [134]. Все это делает проблему хронического низкоинтенсивного радиационного воздействия на
иммунную систему современного человека чрезвычайно актуальной и определяет ее как приоритетную в деятельности таких международных организаций, как Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ), Научный комитет по действию атомной радиации Организации Объединенных Наций (НКДАР ООН) и других.
К настоящему времени получены клинические и экспериментальные данные, свидетельствующие о высокой радиочувствительности иммунной системы [210]. При этом важно отметить, что наиболее хорошо изученными являются ответы иммунной системы человека на острое облучение в высоких дозах [22, 102], тогда как отдаленные эффекты хронического облучения с низкой мощностью дозы остаются мало исследованными. Имеющиеся результаты показывают, что хроническое радиационное воздействие может индуцировать реакции не только со стороны адаптивного, но и врожденного иммунитета [41, 146]. Более того, иммуносупрессия, развивающаяся после хронического облучения, может сохраняться длительное время [190].
По мнению Генеральной Ассамблеи ООН (2011) наиболее важным источником информации об эффектах хронического облучения человека является наблюдение за жителями прибрежных сел реки Теча, которые подверглись многолетнему радиационному воздействию с низкой мощностью дозы, но в широком диапазоне доз вследствие сбросов жидких радиоактивных отходов (ЖРО) комбинатом «Маяк» в реку Теча. По результатам эпидемиологических исследований у них отмечен повышенный радиационный риск заболеваемости и смертности от злокачественных опухолей и лейкозов [165, 202].
Исходя из важной роли нейтрофилов в поддержании генетического гомеостаза, а также в реализации иммунного надзора и противоопухолевой защиты организма [27] представляло интерес исследование функционального состояния системы нейтрофильных гранулоцитов у жителей прибрежных сел реки Теча в отдаленном периоде, когда реализуются соматико-
стохастические эффекты. Важность исследования определялась также тем, что в условиях длительного сочетанного воздействия внешнего у- и внутреннего Р-излучения дозы на красный костный мозг (ККМ), который является центральным органом иммунопоэза, достигали высоких значений (9 Гр).
Цель исследования
Изучить функциональное состояние нейтрофильных гранулоцитов периферической крови у жителей прибрежных сел реки Теча в отдаленные сроки после хронического радиационного воздействия.
Задачи исследования
1. Оценить показатели функциональной активности нейтрофильных гранулоцитов в отдаленные сроки у лиц, подвергшихся хроническому облучению в широком диапазоне доз облучения красного костного мозга. Исследовать их зависимость от мощности дозы и кумулятивной дозы облучения красного костного мозга, а также факторов нерадиационной природы (пол, этническая принадлежность, возраст на время облучения и исследования, наличие сопутствующей патологии, сезон исследования).
2. Исследовать интенсивность апоптоза нейтрофилов периферической крови, их способность образовывать внеклеточные ловушки, а также содержание гранулоцитарного и гранулоцитарно-моноцитарного колониестимулирующих факторов в сыворотке крови у облученных лиц.
3. Изучить зависимость показателей адгезивной, фагоцитарной, лизосомальной активности, параметров внутриклеточного кислородзависимого метаболизма нейтрофилов периферической крови,
интенсивности их апоптоза и способности образовывать внеклеточные ловушки in vitro от дозы острого у-излучения у лиц пожилого возраста.
4. Исследовать влияние фетальиых гемопоэтических клеток на функциональное состояние нейтрофильных гранулоцитов периферической крови у облученных лиц с нейтропенией.
Методология и методы исследования
Исследование выполнено в соответствии с плановой тематикой научно-исследовательских работ ГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ в рамках комплексной темы «Роль нейтрофилов в регуляции иммунитета, антимикробной и антистрессорной резистентности организма» (№ государственной регистрации 01201 153155). Исследование являлось рандомизированным. Исследуемую группу составили 318 жителей прибрежных сел реки Теча, подвергшихся многолетнему радиационному воздействию в широком диапазоне доз на ККМ (0,08-4,69 Гр, средняя поглощенная доза - 1,09±0,05 Гр). По реакции гранулоцитарного ростка на облучение были выделены подгруппы людей, перенесших XJTC (37 человек; средняя поглощенная доза - 0,73±0,1 Гр) и облученных лиц, имевших на время обследования нейтропению (25 человек; средняя поглощенная доза -1,43±0,21 Гр). Группу сравнения составили 134 человека аналогичного возраста и пола, проживавших в тех же административных районах, доза облучения которых согласно НРБ - 99-2009 не превышала допустимые пределы для населения России.
Исследование функциональной активности нейтрофилов периферической крови проводилось с использованием современных иммунологических методов. В целях изучения радиочувствительности отдельных функций нейтрофилов человека данные клетки, выделенные из периферической крови в составе лейкоцитарной взвеси или чистой фракции,
in vitro подвергались острому у-облучению в дозах 0,1; 0,25; 1; 4 и 10 Гр. Кроме того, в рамках ограниченного клинического исследования, проведенного в ФГБУН УНПЦ РМ ФМБА России, проспективно оценивалось влияние фетальных ГК на функциональное состояние нейтрофильных гранулоцитов периферической крови у пациентов с отдаленной нейгропенией. Протокол исследования одобрен этическим комитетом ФГБУН УНПЦ РМ (Протокол от 17.03.2008 года).
Статистическая обработка полученных данных проводилась методами непараметрической статистики с использованием пакетов прикладных программ Statistica 6.0 и SPSS 22.0.
Степень достоверности, апробация результатов и личное участие автора
Достоверность полученных результатов обусловлена достаточным объемом выборки, четко сформулированными критериями включения-исключения в исследование, подбором сопоставимой по нерадиационным факторам группы сравнения, использованием адекватных поставленным задачам иммунологических методов исследования и современного сертифицированного оборудования, применением современных методов статистического анализа.
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на 9-ой Российской конференции иммунологов Урала (Челябинск, 2011 г.), Международной конференции «Медико-биологические проблемы действия радиации» (Москва, 2012 г.), 13-th International Congress of the International Radiation Protection Association (Glasgow, Scotland, 2012), 10-ой Российской конференции иммунологов Урала (Тюмень, 2012 г.), 57-th annual meeting of the Health Physics Society (Sacramento, USA, 2012), 7-ой Всероссийской конференции с международным участием «Иммунологические чтения в г. Челябинске» (Челябинск, 2012 г.), 39-th annual meeting of the European Radiation Research society (Italy, Vietri sul Mare, 2012), Региональной научно-
практической конференции, посвященной 15-летию биологического факультета ЧелГУ (Челябинск, 2013 г.), 4-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых (Челябинск, 2013 г.), Global Conference on Radiation Topics (Germany, Munich, 2013), 8-ой Всероссийской конференции с международным участием «Иммунологические чтения» (Челябинск, 2013 г.).
Автор принимал непосредственное участие в разработке дизайна исследования, формулировании его цели и задач. Автором лично проведен анализ современной отечественной и зарубежной литературы по изучаемой проблеме, сформированы исследуемые группы, проведено иммунологическое исследование, анализ и статистическая обработка первичных данных, их интерпретация, результаты представлены в научных публикациях и докладах на конференциях, подготовлена диссертация.
Положения, выносимые на защиту
1. Система нейтрофильных гранулоцитов человека в условиях хронического облучения красного костного мозга (максимальная поглощенная доза 4,69 Гр) обладает достаточно высокой радиорезистентностью.
2. Адгезивная, фагоцитарная, лизосомальная активность, внутриклеточный кислородзависимый метаболизм и апоптоз нейтрофилов периферической крови человека in vitro характеризуются высокой толерантностью к острому у-излучению, тогда как способность активированных пирогеналом нейтрофилов образовывать внеклеточные ловушки стимулируется малыми дозами радиации (0,1 Гр).
3. Инфузия фетальных гемопоэтических клеток облученным лицам с нейтропенией (доза 1,4><106/кг массы тела пациента) на фоне кратковременного повышения относительного содержания
нейтрофилов в крови и сывороточного гранулоцитарно-моноцитарного колопиестимулирующего фактора вызывает угнетение их фагоцитарной активности.
Научная новизна
Впервые в отдаленные сроки (через 60 и более лет после начала облучения) у жителей прибрежных сел реки Теча, включая лиц, перенесших XJIC, и имеющих в отдаленные сроки нейтропению, был проведен комплексный анализ системы нейтрофильных гранулоцитов периферической крови, который включал оценку их функционального состояния, интенсивности апоптоза и способности образовывать внеклеточные ловушки. На фоне снижения числа нейтрофильных гранулоцитов в периферической крови у облученных лиц установлено компенсаторное повышение уровня КСФ-ГМ в сыворотке крови. Нарушения функциональной активности нейтрофильных гранулоцитов (супрессия лизосомальной активности и активация внутриклеточного кислородзависимого метаболизма) были наиболее выраженными у облученных людей с нейтропенией. Спонтанная интенсивность апоптоза и способность нейтрофилов периферической крови образовывать внеклеточные ловушки у облученных лиц в отдаленные сроки не отличались от таковых в группе сравнения. Выявленные изменения в системе нейтрофильных гранулоцитов, как правило, не зависели от мощности и дозы облучения ККМ, что свидетельствовало о существенном влиянии в отдаленном периоде факторов нерадиационной природы. Не получено убедительных доказательств, что отдаленная нейтропения у облученных лиц является следствием угнетения гранулоцитопоэза в период максимального радиационного воздействия.
Впервые исследована зависимость интенсивности апоптоза нейтрофилов периферической крови и их способности образовывать внеклеточные ловушки in vitro от дозы острого у-излучения. Установлено,
и
что активация нейтрофилов иирогеналом стимулирует образование HBJI при облучении в малых дозах (0,1 Гр), тогда как средние (0,25 и 1 Гр) и большие (4 и 10 Гр) дозы не влияли на способность активированных нейтрофилов образовывать HBJI. Не было отмечено влияния у-излучения в диапазоне доз 0,1-10 Гр на интенсивность апоптоза нейтрофилов у пожилых людей in vitro.
Впервые по результатам проспективного наблюдения (более трех лет) оценено влияние фетальных ГК на функциональное состояние нейтрофилов периферической крови у пациентов с нейтропенией. Отмечено существенное снижение активности фагоцитоза нейтрофилов,