Особенности развития метаболических и регенеративных процессов при действии низкоинтенсивных электромагнитных излучений в условиях радиационного облучения (экспериментальное исследование)

Для разработки методов стимуляции адаптационных и компенсаторно-восстановительных процессов, в том числе и после радиационного облучения, целесообразно использовать низкоинтенсивные лечебные физические факторы, которые обладают регенеративным действием за счет развития антиоксидантного и мембраностабилизирующего эффектов. К таким факторам относятся низкоинтенсивное (нетепловое) электромагнитное излучение сверхвысокой частоты (ЭМИ СВЧ) и низкоинтенсивное низкочастотное магнитное поле (МП). При направленном их действии на надпочечники можно оказать активирующее влияние на общие и местные механизмы регуляции, различные функциональные системы, клетки и ткани организма [1—3]. Реализация этих эффектов при данной локализации будет осуществляться, в частности, через различные гормоны, в том числе и кортикостероиды, которые сами обладают антиоксидантными свойствами и при этом влияют на систему антиоксидантной защиты — важнейшее стресслимитирующее звено организма [4]. При этом, очевидно, могут проявляться различия в действии этих факторов на метаболические и регенеративные процессы.

Цель исследования — оценить лечебно-профилактическое действие низкоинтенсивных ЭМИ СВЧ и МП на развитие метаболических и регенеративных процессов в условиях радиационного облучения.

Эксперименты были проведены на 26 половозрелых нелинейных крысах-самцах массой 180—220 г. Животные содержались в обычных условиях вивария и свободного доступа к воде и пище. Все манипуляции осуществляли в соответствии с правилами работы с животными. Все крысы были разделены на 4 группы. Животных 1-й (опытной) группы (n=7) подвергали радиационному облучению с последующим действием низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ, 2-й (опытной) группы (n=6) — радиационному облучению с последующим действием МП, 3-й (контрольной) группы (n=7) — только радиационному облучению, 4-ю группу составили интактные крысы (n=6), которые никаким воздействиям не подвергались. Животных опытных и контрольной групп облучали с помощью аппарата Агат-Р (ФГБУ «Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина» Минздрава России) гамма-лучами ⁶⁰Со в дозе 2 Гр. Лечебно-профилактические мероприятия начинали проводить через 3 нед (21 день) после радиационного облучения. Курс воздействия низкоинтенсивным ЭМИ СВЧ (10 процедур) проводили на поясничную область животных с помощью аппарата Акватон-2 (плотность потока мощности менее 1 мкВт/см², частота около 1000 МГц, время воздействия 2 мин). Курс воздействия МП также проводили на поясничную область с помощью аппарата МУМ-50 ЭДМА (постоянное (ПМП) и переменное (ПеМП) МП частотой 50 Гц с магнитной индукцией 35 мТл, время воздействия 2 мин). Забой животных осуществляли на следующий день после окончания процедур (через 1 мес после радиационного облучения).

Объектами исследования являлись семенники и печень. Для исследования антиоксидантной активности (АОА) использовали модельную систему в виде суспензии липопротеидов желтка куриного яйца [5]. Содержание белка определяли биуретовым методом [6], рибонуклеиновой кислоты (РНК) — двухволновым спектрофотометрическим методом в модификации [7]. Для светооптических исследований семенники фиксировали в смеси Буэна, заливали в парафин, срезы окрашивали гематоксилином Эрлиха с докраской эозином. Оценка состояния сперматогенеза проводилась по общепринятой методике [8]. Подсчитывали количество извитых семенных канальцев (ИСК) с различным числом генераций половых клеток (от 4 до 0), определяли число ИСК со слущенными гаметами и индекс сперматогенеза. В печени подсчитывали число дистрофических и некробиотических клеток, а также количество ядрышек в ядрах гепатоцитов (100 клеток у каждого животного). Для электронно-микроскопических исследований семенники фиксировали в 4% параформальдегиде, постфиксировали в 1% ОsO_4. После обезвоживания образцы заключали в смесь эпон-аралдит. Исследование образцов проводили на электронном микроскопе Libra 120 (Германия) с программой Carl Zeiss STM Nano Texnology system Division, которая включает в себя как режим трансмиссионного исследования, так и математическую обработку внутриклеточных структур. Осуществляли морфометрический анализ митохондрий в сперматогониях.

Для статистической обработки данных использовали параметрический t-критерий Стьюдента и непараметрический U-критерий Манна—Уитни.

Результаты исследования показали, что через 1 мес после радиационного облучения у животных контрольной группы в семенниках были обнаружены явления деструкции в сперматогенном эпителии, нарушение процессов микроциркуляции в гематотестикулярном барьере, снижение содержания общего белка, индекса сперматогенеза, уменьшение количества ИСК с 4 генерациями половых клеток; в печени наблюдались увеличение числа дистрофически и некробиотически измененных клеток, снижение уровня РНК. Полученные данные свидетельствуют о том, что в относительно позднем пострадиационном периоде были выявлены различные структурно-функциональные нарушения в семенниках и печени, сопровождавшиеся ослаблением резервных возможностей организма и расстройствами адаптации.

У животных опытных групп курсовое воздействие ЭМИ СВЧ и МП вызывало усиление ряда метаболических и регенеративных реакций. В таблице и на рис. 1 представлены результаты исследований метаболических изменений в семенниках и печени. Исходя из этих данных, можно считать, что для действия МП весьма характерным являлось существенное усиление активности системы антиоксидантной защиты: в семенниках АОА возросла на 45,4% (р<0,01), в печени — на 44,5% (р<0,01). Однако биосинтетическая активность тканей этих органов не была четко выраженной: достоверно возрастало только содержание общего белка (в семенниках), а уровень РНК был сниженным. Эффекты действия ЭМИ СВЧ и МП были сходны только в семенниках, но имели существенные различия в печени. Это проявлялось в усилении белоксинтетических процессов (содержание РНК возросло на 25,4%, р<0,01, общего белка — на 40,7%, р<0,01), но при этом АОА была сниженной.

Следовательно, действие МП в пострадиационном периоде в большей мере было направлено на усиление процессов антиоксидантной защиты, а действие ЭМИ СВЧ — на активацию белоксинтетических процессов. Возможно, это связано с тем, что этап усиления антиоксидантной защиты при действии ЭМИ СВЧ по сравнению с МП осуществлялся быстрее и эффективнее, что позволило организму активнее использовать механизмы белоксинтетических процессов.

Кроме адаптационных сдвигов в метаболических реакциях эффекты действия ЭМИ СВЧ и МП сопровождались активацией регенеративных процессов. При этом в печени отмечалось снижение числа дистрофических и некробиотических клеток и увеличение количества неизмененных (нормальных) гепатоцитов (рис. 2). Некоторые гепатоциты содержали крупные с высоким содержанием хроматина ядра, в которых было увеличено число ядрышек, что указывало на интенсификацию синтеза РНК и активацию внутриклеточной регенерации.

В основном отмечалась тенденция к повышению числа двуядрышковых, а также трех- и четырехядрышковых клеток. Достоверное увеличение числа двуядрышковых ядер (р=0,05) отмечалось только при действии ЭМИ СВЧ. Наблюдалось также повышение числа двуядерных гепатоцитов. Эти изменения являются признаками гиперплазии ядерных структур клетки и могут свидетельствовать о том, что многие гепатоциты под влиянием ЭМИ СВЧ и МП обладают более выраженными функциональными (адаптационными) возможностями по сравнению с контролем.

В семенниках активация процессов регенерации под влиянием ЭМИ СВЧ и МП проявлялась со стороны различных клеток. Важно отметить, что регенеративные сдвиги претерпевали сперматогонии, с размножения которых начинается процесс сперматогенеза. При действии радиации эти клетки подвергались дистрофическим, а также некробиотическим изменениям, их количество уменьшалось на 16,3% (р<0,01). При применении обоих факторов численность сперматогоний достоверно возрастала: при ЭМИ СВЧ на 12,1% (р<0,01), при МП на 11,9% (р<0,01). Эти изменения сопровождались ультраструктурными признаками внутриклеточной регенерации, о чем свидетельствовало увеличение числа органелл, в том числе рибосом, полисом и митохондрий. В частности, было установлено, что действие ЭМИ СВЧ вызывало увеличение как числа митохондрий (р<0,05), так и их размеров (средней площади; р<0,01), это повышало общую массу этих органелл. Действие М.П. таким сочетанным эффектом не обладало. В этом проявилась одна из особенностей в механизмах действия этих факторов на процессы внутриклеточной регенерации. Адаптационные изменения были обнаружены и в других половых клетках на последующих стадиях сперматогенеза. На это указывало, в частности, повышение числа ИСК с 4 генерациями, которые содержали наиболее дифференцированные половые клетки — сперматозоиды. Явления деструкции в сперматогенном эпителии были менее выражены по сравнению с таковыми у крыс контрольной группы (уменьшение числа ИСК с 1 и 2 генерациями клеток), а индекс сперматогенеза имел тенденцию к повышению. Адаптационные процессы в семенниках развивались на фоне снижения проницаемости собственной оболочки ИСК, что проявлялось в отчетливом уменьшении ее общей толщины и отсутствии выраженных явлений отека. Кроме того, улучшалось состояние базальной мембраны и других структур собственной оболочки ИСК. Вместе с тем в отдельных канальцах иногда сохранялись слабовыраженные локальные структурные признаки нарушений микроциркуляции в виде набухания и утолщения собственной оболочки.

Таким образом, применение ЭМИ СВЧ и МП ограничивало развитие пострадиационных нарушений и способствовало усилению регенеративных и адаптационно-защитных процессов в семенниках и печени. В механизме действия этих факторов важным моментом являлась стимуляция АОА, которой принадлежит ведущая роль в защите организма от ионизирующей радиации. Этот эффект сопровождался стабилизацией структур (мембран) гематотестикулярного барьера и процессов микроциркуляции, адаптационными изменениями структурно-метаболических процессов. Действие ЭМИ СВЧ и МП повышало резервные возможности организма, что в целом проявлялось в приспособительной перестройке метаболизма, активации клеточной и внутриклеточной регенерации и способствовало повышению уровня функционирования семенников и печени. Вместе с тем на фоне общей адаптационной направленности сдвигов были выявлены характерные различия в действии данных факторов: при применении МП в большей мере проявлялась антиоксидантная защита в печени и семенниках, при действии ЭМИ СВЧ превалировали биосинтетические реакции (особенно в печени), поэтому и влияние этого фактора на усиление процессов регенерации в целом было выше, чем действие М.П. Выявленные различия были обусловлены, видимо, тем, что эти низкоинтенсивные электромагнитные излучения, отличаясь между собой физическими свойствами (в частности, частотной характеристикой), по-разному включали и использовали нейроэндокринные и другие механизмы регуляции, что отражалось на эффективности их действия.

Полученные данные позволяют сделать вывод о перспективности лечебно-профилактического применения ЭМИ СВЧ и МП при радиационном облучении и указывают на необходимость их дальнейшего изучения в целях оптимизации защитно-адаптационных реакций в организме.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: Ю.К.

Сбор и обработка материала: Ю.К., Л.Н., Л.М., М.Г.

Статистическая обработка данных: Л.Н., М.Г., Л.М.

Написание текста, редактирование: Ю.К.