Автореферат и диссертация по ветеринарии (16.00.06) на тему:Иммунологические аспекты диагностики и профилактики острой лучевой болезни животных при чрезвычайных ситуациях

?» Of ,,3S /29/^

.........

.........fit C/L-C--Í ti/tt б Ijf

Нача".

НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕН iAH СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Экз.1„_

На правах рукописи

ГУСАРОВА МАРИНА ЛЕОНИДОВНА

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ АС1ЕКТЫ ДИАГНОСТИКИ И ЦРОШЖГИКИ ОСТРОЙ ЛУНЕВОЙ БОЛЕЗНИ ЖИВОТНЫХ ЮТ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ

^уациях

Id. 00. 05 - ветеринарная санитария и экология

Диссертация на соискание ученой степени доктора

биологических наук

Научные консультанты: доктор ветеринарных наук, профессор, заслуженный деятель науки ТАССР, лауреат Государственной премии СССР, член-корреспондент АН РТ, В.А. КИРШЙН,

доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки R&, академик МАИ, B.C. ШРТНОВ

ШШИЙ НОВГОРОД -

Г998

ОГЛАВЛЕНИЙ стр.

1. ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 4

2. ОБЗОР ЖТЕРАТУШ II

2 Л. шстрадмационные реакции у животных II

2.2. Иммунологическая реактивность при воздействии ионизирующих излучений 18

2.3. Проблемы профилактики радиационных поражений животных 28

2.4. Диагностика и прогнозирование исхода острой лучевой болезни у животных 35

3. МАТЕРИМ И МЕТОда ИССЛЕДОВАНИЙ ■ ^ 44

3.1. Материал исследований 44

3.2. Методы исследований 45

4. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 55

4.1. Исследования лучевых антигенов и противолучевых антител у различных видов животных при воздействии общего однократного гамма-облучения различными дозами 55

4.1.1. Определение динамики лучевых антигенов и антител в организме белых крыс при лучевых воздействиях 56

4.1.2. Исследование уровня накопления лучевых антигенов и антител в органах и тканях подсвинков при общем облучении различными дозами ионизирующего излучения об

4.1.3. Изучение уровня образования лучевых антигенов

и антител у овец при острой лучевой болезни 74

4.2. Установление специфичности и идентичности иммунологических реакций на воздействие радиации у разных видов животных 84

4.2.1. Исследование в сравнительном аспекте показателей иммунных реакций у белых крыс при гамма-облучении и термическом ожоге 84

4.2.2. Изучение специфичности противолучевых антител

у белых крыс при лучевом» химическом и комбинированном воздействиях 97

4.2.3. Изучение специфичности и идентичности иммунологической пострадиационной реакции у подсвинков

в сравнении с реакциями при механической травме 101

4.2.4. Исследование специфичности и идентичности иммунных реакций при сочетанном поражении у различных видов животных в условиях эксперимента

и на радиоактивном следе выброса Чернобыльской АЭС 110

4.3. Иммунологические показатели у животных при воздействии малыми и сублетальными дозами внешнего гамма-

излучения 115

4.4. Исследования по изысканию методов иммунопрофилактики лучевой болезни животных 127

4.5. Разработка и сравнительная оценка методов диагностики и прогнозирования исхода лучевой болезни животных 133

5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 141

о. ШВ0Д1 175

'7. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ 177

8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 179

9. ПРИЛОЖЕНИЯ 225

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Вторая половина двадцатого века характерна тем, что ионизирующие излучения и радиоактивные изотопы широко применяются в различных направлениях деятельности человека. Соответственно этому, неизбежно увеличивается число людей, имеющих непосредственный контакт с радиоактивными веществами. Поэтому, при всех достоинствах и необходимости использования атомной энергии в мирных целях» при несоблюдении мер противорадиационной защиты» возникает опасность загрязнения внешней среды радиоактивными веществами.

Указанные и другие процессы приводят к появлению зон повышенного радиационного фона и особо подчеркивают необходимость проведения фундаментальных исследований по проблеме действия ионизирующих излучений на живой организм.

Научные данные о необходимости естественного радиационного фона для нормального существования биоты ( A.M. Кузин, 1964-1989; Я. РАт/d а£., /Ж' Ffij^ify. и др.) и ряд работ, показы-

вающих стимулирующее благоприятное действие малых доз радиации на рост, развитие, повышение неспецифических факторов защиты, плодовитости, увеличение продолжительности жизни растений, насекомых, рыб, птиц и млекопитающих, положили начало изменениям мнений о том, что "ионизирующая радиация вредна и только вредна для живых организмов" ( A.M. Кузин, 1989, 1991; В.А. Киршин с соавт., 1963-1995; А.Д. Белов, В.В. Бак, .

Учитывая это, нельзя считать общепринятым высказывание о том, что все пострадиационные процессы являются отрицательными и ведут к угнетению жизненных явлений, в частности, иммунологической реактивности организма. Выводы об отрицательных эффектах

радиационного воздействия на иммунитет, как ведущего звена в го-меостазе организма, сделаны, за редким исключением, по результатам исследований летальных доз излучений ( H.H. Клемпарская, 19561981: Петров Р.В., 19ь9; В.Н. Иванов, 1986 и др. ). Известные же факты повышения радиорезистентности животных после воздействия определенных доз радиации обычно связывают с кратковременной стимуляцией неспецжоических шактоиов защиты, проявляющихся в пиоцес-

Ь< « 'Л. Л А. ' ' i. » i.1

сах восстановления адаптационно-компенсаторных реакций организма или репарации лучевых повреждений на клеточном уровне ( iL Н. Киселев, 1953; М.М. Интизаров, Т.Г. Троицкая, 1974 и др. ).

В последние годы сформировалось и успешно развивается направление неинфекционной иммунологии. В свете современных представлений о роли иммунной системы в регуляции жизнеобеспечения организма, в основе индукции иммунологических процессов четко определяется значение продуктов метаболизма и их изменений при травмах, химических, физических и других факторах воздействия, приобретающих в этих условиях антигенную активность в форме конъюгатов белков и полисахаридов с гаптенами эндогенного происхождения ( А.Г. Бабаева, 1956, 1985; Б.А. Парнес, 1057; И.Е. Ковалев, Д.Ю. Полевая, 1985; H.A. Федоров, S.S. Мовшев, 1985; В.А. Киршин, В.А. Сафонова, В.М. Исаченко, 1983; И.И. Дерябин, O.G. Насонкин, 1987; В.М. Малиев с соавт., 1997 и др. ).

Учитывая, что регулирующее влияние иммунной системы распространяется на антигены любого происхождения ( A.A. Ярилин, К.П. Кошкин, 1982; В.Д. Животовский, 1988; A.A. Иванов, 1989 и др.), следует полагать, что синтез антител на измененные в результате воздействия" радиационного фактора продукты метаболизма является нормальным иммунным ответом организма.

Рядом исследователей при изучении стимулирующего действия ионизирующих излучений было установлено, что спустя определенное время после лучевого воздействия в малых дозах у животных развивается четко выраженная радиорезистентность к последующему облучению. Это явление было названо авторами противорадиационным иммунитетом ( В.А. Киршин, В.А. Сафонова, В.М. Исаченко, 1984).

Антигены, образующиеся при радиационном воздействии в органах и тканях организма, именуются лучевыми антигенами и являются субстратным механизмом, который определяет степень физиологической напряженности иммунной системы облученного организма ( Р.В. Петров, 1983, 1987; В.А. Киршин с соавт., 1989, 1991).

При радиационных аварийных ситуациях весьма вероятно поражение большого количества скота широким спектром радиационного фактора - внешним, внутренним, сочетанным воздействием, которое требует проведения ранней диагностики лучевого поражения и сортировки облученного скота в первые часы и дни пострадиационного периода.

Данная работа посвящена изучению физиологического состояния и роли иммунной системы в механизме развития пострадиационного эффекта, разработке и испытанию иммунологических методов диагностики, прогнозирования степени тяжести острой лучевой болезни и ее профилактики.

Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований является научно-теоретическое обоснование, разработка и испытание иммунологических средств и методов диагностики, прогнозирования степени тяжести осрой лучевой болезни животных и ее профилактики.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- изучить современное состояние исследований реакций иммунной системы на воздействие радиации и зависимость их интенсивности и направленности от дозы и вида лучевого фактора;

- разработать средства и методы иммунологической диагностики лучевых поражений животных;

- оценить испытанные • препараты и разработать предложения их использования;

- изыскать иммунологические методы профилактики острой лучевой болезни животных.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые разработаны методы получения противолучевых антител для индикации и идентификации лучевых антигенов.

В серологических и иммунологических реакциях прослежена динамика образования лучевых антигенов в организме животных при остром гамма-облучении, сочетанном и комбинированных поражениях, воздействии малых и сублетальных доз.

Установлена специфичность лучевых антигенов по отношению к действию термических, механических, токсико-химических, биологических и других болезнетворных факторов.

Показана идентичность иммунного реагирования на лучевое воздействие у разных видов животных.

Установлена взаимосвязь изменений иммунологической реактивности с клинико-гематологическими и патоморфологическими нарушениями при лучевом поражении у животных.

Показано приоритетное развитие иммунологических сдвигов и их значение в диагностике лучевой болезни.

Впервые разработаны методы и средства иммунологической диагностики острой лучевой болезни - иммунолюминесцентный и иммуноферментный анализы.

Предложен диагностический набор экспресс-диагностики лучевых поражений сельскохозяйственных животных ( набор препаратов для ранней диагностики болезни сельскохозяйственных животных ТУ 10-09-711-20-94).

Впервые разработан и получен тканевый вакцинный препарат для профилактических прививок от острой лучевой болезни.

Практическая ценность работы. Полученные результаты раскрывают новые подходы в изучении радиобиологических эффектов в организме, позволяют по-новому с иммунологической точки зрения оценить проблему больших, сублетальных и малых доз проникающей радиации.

По результатам настоящих исследований впервые рекомендованы специфические иммунохимические методы диагностики, прогнозирования исхода и профилактики радиационных поражений для практического использования в ветеринарных учреждениях.

Разработаны и утверждены:

- Технические условия ( ТУ 08064-19-21-95) к сыворотке флуоресцирующей сухой для индикации и идентификации лучевых антигенов. Утверждены Департаментом ветеринарии Минсельхозпрода РФ 02.03.95г.;

- Инструкция по изготовлению сыворотки флуоресцирующей сухой для индикации и идентификации лучевых антигенов. Утверждена Департаментом ветеринарии Минсельхозпрода Р® 02.03.95г.;

- Временное наставление по применению сыворотки флуоресцирующей сухой для индикации и идентификации лучевых антигенов. Утверждено Департаментом ветеринарии Минсельхозпрода № 02.03.95г.

- Набор препаратов для ранней диагностики лучевой болезни сельскохозяйственных животных ( ТУ 10-09-711-20-94). Утвержден Департаментом ветеринарии Минсельхозпрода РФ 10.10.96р.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты комплексного изучения антигенных и антительных свойств органов и тканей животных при остром воздействии различных доз иониаирущего излучения, сочетаниях и радиационно-комбинированных поражениях.

2. Разработка, получение и оценка средств и методов диагностики, прогнозирования и профилактики острой лучевой болезни животных по следующим показателям: безвредности для животных и отсутствие негативного действия на получаемую продукцию; специфичности по отношению к реакциям при воздействии биологических, механических, температурных, токсико-химических, физических и других факторов; идентичности у различных видов животных; степени выявления диагностической реакции при воздействии различных доз ионизирующего излучения, сочетанных и комбинированных поражениях.

3. Рекомендации по использованию созданных средств и методов диагностики и прогнозирования острой лучевой болезни животных и ее профилактики.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на заседаниях ученого и методического сочетов Всероссийского научно-исследовательского ветеринарного института ( г. Казань, 1989-1995 гг.), Московской государственной академии прикладной биотехнологии ( 1996), Международной научно-практической конференции "Экологические проблемы ветеринарной санитарии" ( Москва, РАСХН, 1994 ), Всероссийской конференции "Прикладные аспекты радиобиологии"

{ Москва, РАН, 1994 ), 2-ом Мевдународном симпозиуме "Механизм действия сверхмалых доз" (Москва, РАН, 1995), Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы ветеринарно-санитарного контроля сельскохозяйственной продукции" (Москва, РАСХН, 1995 ), Международной конференции "Иммунитет и радиация" ( Москва, РАН, 1995 ), Международной научно-практической конференции Баренц Евро-Арктического региона "Животонводство на Европейском севере: фундаментальные исследования и перспектива развития" ( Петрозаводск, 1996 ), 3-ем съезде по радиационным исследованиям ( Москва, РАН, 1997 ), 2-ой Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы ветеринарно-санитарного контроля сельскохозяйственной продукции" ( РАСХН,. Москва, 1997).

По материалам диссертации опубликовано 33 работы, в том числе о отчетов, 3 методические рекомендации и 25 научных статей.

Объем и структура, диссертации. Диссертация изложена на 228 страницах машинописного текста и состоит из общещей характеристики работы, глав обзора литературы, описания материала и методов исследований, собственных результатов исследований, их обсуждения, выводов, сниска литературы и приложения. Диссертация содержит 38 таблиц, 18 рисунков. Список литературы включает 445 работ, в том числе 86 иностранных.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 2.1. Пострадиационные реакции у животных

Реакции организма животных на действие ионизирующих излучений и функциональное состояние его систем являются показательными критериями радиочувствительности организма и определяют клинические проявления острой лучевой болезни и других форм радиационного поражения.

Ответные реакции организма на радиационное воздействие весьма многообразны и определяются многочисленными факторами: физическими параметрами излучения, радиочувствительностью организма, которая может колебаться в весьма широких пределах и зависит от времени суток и сезона, вида животного, пола, индивидуальных особенностей организма, состояния его гомеостатических смсяем (эндокринной, нервной, иммунологической и др.) ( К.Н. Бадмаев с соавт., 1982; Б. Г1. Круг ликов, 1986; А.О. Короткевич, 1986; Е.В. Блохина, 1992; Л.А. Ильин, 1994 и др. ).

Ионизирующая радиация, обладая высокой биологической активностью, способна вызывать ионизацию химических соединений практически во всех органах и тканях и при этом индуцировать длительно протекающие реакции в живых субстратах, что является причиной нарушения нормальных молекулярных структур и биохимических процессов, с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях организма ( В.К. Мазурик, 1975; А.А. Иванов, 1989; В.М. Шубин, 1990; и др.).

Биологическое действие ионизирующего излучения и ответная пострадиационная реакция в большей степени зависит от радиочувствительности органов и систем. Так, высокую чувствительность нервной системы, угнетение ее функций в ответ на действие эффек-

тивных доз ионизирующего излучения отмечают большинство авторов ( Ю.Г. Григорьев, 1963; П.Д. Горизонтов, О.И. Белоусова, М.И. Федотова, 1983; I.A. Науменко, 1986; Е.А. Жербин, 1989; O.E. Давыдов, 1993 и др. ). Для лучевого поражения характерны изменения желудочно-кишечного тракта, системы крови, лимфы, сердечно-сосу-диетой системы, при этом нарушается как их морфологическое строение, так и функциональная активность: развиваются гипо- или гииерреакции, в напряженном режиме функционируют железы внутренней секреции ( В.В. Южаков с еоавт., 1994; J.Jlmlist elctijW). Многими авторами отмечались изменения в щитовидной железе, причем, если при локальном гамма-облучении железы в дозах 1-10 Гр преобладают гиперфункции и развиваются новообразования, то при возрастании лучевой нагрузки отмечаются измельчение фолликулов и полное разрушение органа ( В.А. Киршин, В.А. Бударков, 1985, 1989; Ю.Н. Зеленов, 1991; В.В. Южаков с соавт., 1994;оМЛМсмЙа. eiа£у

и др. ).

Имеются весьма обширные сведения о радиочувствительности органов размножения и генетического аппарата: в ответ на действие радиации отмечаются гибель сперматогенного эпителия, фолликулов яичника, различные отклонения в развитии плода, внутриутробная гибель. По мнению многих авторов, степень радиационного поражения зависит у эмбриона или плода от взаимодействия ионизирующего излучения с клоном клеток, а не с одиночной клеткой ( В.Д. Шведов, 1990; i.A. Груд