Королев Ю.Н.

ФГБУ "Российский научный центр медицинской реабилитации и курортологии" Минздравсоцразвития России, Москва

Гениатулина М.С.

ФГБУ "Российский научный центр медицинской реабилитации и курортологии" Минздравсоцразвития России, Москва

Михайлик Л.В.

ФГБУ "Российский научный центр медицинской реабилитации и курортологии" Минздравсоцразвития России, Москва

Никулина Л.А.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Внутриклеточная регенерация адренокортикоцитов при профилактическом применении низкоинтенсивных электромагнитных излучений в условиях радиации (экспериментальное исследование)

Журнал: Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2019;96(1): 43-49

Просмотров : 36

Загрузок : 1

Как цитировать

Королев Ю. Н., Гениатулина М. С., Михайлик Л. В., Никулина Л. А. Внутриклеточная регенерация адренокортикоцитов при профилактическом применении низкоинтенсивных электромагнитных излучений в условиях радиации (экспериментальное исследование). Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2019;96(1):43-49. https://doi.org/10.17116/kurort20199601143

Авторы:

Королев Ю.Н.

ФГБУ "Российский научный центр медицинской реабилитации и курортологии" Минздравсоцразвития России, Москва

Все авторы (4)

Обоснование

Адаптация организма к действию повреждающих факторов, в том числе радиации, тесно связана с состоянием гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы [1—3]. Важную роль в ее деятельности играют клетки пучковой зоны коры надпочечников — адренокортикоциты (АКЦ), нарушение структуры и функции которых может существенно ослабить и ограничить развитие адаптационных реакций во всем организме. Одним из перспективных путей профилактики пострадиационных нарушений этих клеток является использование немедикаментозных лечебных факторов, в том числе низкоинтенсивного электромагнитного излучения (ЭМИ) сверхвысокой частоты (СВЧ) и магнитного поля (МП) низкой частоты (НЧ). Каждый из этих факторов обладает антиоксидантным и регенеративным действиями, которые, как показали наши экспериментальные исследования, в наибольшей степени проявлялись при действии ЭМИ СВЧ [4—6]. Это дает основание предполагать, что указанные факторы будут различаться по эффективности влияния на развитие регенеративно-гиперпластических процессов и формированию адаптационного потенциала в АКЦ. В связи с этим представляется важным выяснить, в какой мере предварительное (потенциальное) укрепление механизмов адаптационных реакций АКЦ при использовании ЭМИ СВЧ и МП НЧ сможет предупредить развитие пострадиационных нарушений и повысить сохранность клеток. Такой подход с применением ультраструктурного анализа АКЦ даст возможность выявить характер развития внутриклеточных адаптационных перестроек под влиянием исследуемых факторов и оценить устойчивость важнейших органелл и их мембран к повреждающему действию радиации. В доступной нам литературе мы не встретили работ, связанных с изучением этих вопросов.

Цель исследования — выявить ультраструктурные регенеративно-адаптационные изменения в АКЦ пучковой зоны надпочечников при первично-профилактическом действии эми свч и мп нч в условиях радиации.

Методы

Дизайн исследования

Исследования проведены на 28 белых беспородных крысах-самцах массой 180—200 г, которые были разделены на четыре группы (по 7 животных в каждой). В 1-й (опытной) группе предварительно применяли ЭМИ СВЧ с последующим радиационным облучением; во 2-й (опытной) группе предварительно применяли МП НЧ с последующим радиационным облучением; в 3-й (контрольной) группе примененяли ложные процедуры (без включения аппарата) с последующим радиационным облучением; животные 4-й (интактной) группы никаким воздействиям не подвергались. Для электронно-микроскопических исследований надпочечники фиксировали в 4% параформальдегиде, приготовленном на фосфатном буфере (рН 7,4), постфиксировали в 1% ОsО4. После обезвоживания в серии спиртов и ацетона образцы заключали в смесь эпон—аралдит. На ультратоме Reichert (Австрия) получали ультратонкие срезы. Исследование образцов проводили на электронном микроскопе Libra 120 (Германия) с программой Karl Zeiss SMT Nano Texnology system Diyizion, которая включает в себя как режим трансмиссионного исследования, так и математическую обработку внутриклеточных структур (число измерений внутриклеточных структур в каждой группе было не менее 25).

Условия проведения

Животные контрольной и опытных групп содержались в одинаковых условиях вивария и имели свободный доступ к воде и корму. Исследования проводили в лаборатории экспериментальных исследований ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии» Минздрава России. Радиационное облучение животных осуществляли в ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России.

Продолжительность исследования

Продолжительность эксперимента составляла 16 дней. Исследования проводили с 22 марта по 6 апреля 2016 г. Общий период наблюдения за каждым животным составлял 20 сут.

Описание вмешательства

Курс профилактического воздействия ЭМИ СВЧ (10 процедур) проводили на поясничную область животных (зона проекции надпочечников) с помощью аппарата Акватон-2 (ООО «Телемак», Саратов), плотность потока мощности 1 мкВт/см2, частота около 1000 МГц, время воздействия 2 мин. Курс профилактического воздействия МП НЧ (10 процедур) также проводили на поясничную область с помощью аппарата МУМ-50 ЭДМА (постоянное и переменное МП 50Гц с магнитной индукцией 35 мТл), время воздействия 2 мин. На следующий день после окончания процедур животных опытных и контрольной групп облучали с помощью аппарата АГАТ-Р гамма-лучами 60Со в дозе 2 Гр. На следующий день после воздействия радиации крыс декапитировали.

Основной исход исследования и методы его регистрации

Проводили подсчет светлых и темных АКЦ пучковой зоны надпочечников (всего 630 клеток). В светлых АКЦ осуществляли морфометрический анализ митохондрий (количество, средняя и суммарная площади на стандартную площадь клетки, количество крист на среднюю площадь митохондрий). Всего проанализировано 130 митохондрий. Также проводили анализ содержания липидов и белоксинтезирующих органелл.

Этическая экспертиза

Исследование осуществляли в соответствии с правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных (приложение к приказу Минздрава СССР от 12.08.77 № 755) и требованиями Европейской конвенции по защите экспериментальных животных (Страсбург, 1986 г.).

Статистический анализ

Статистическую обработку полученных данных осуществляли с использованием парного t-критерия Стьюдента, различия между выборками считали статистически достоверными при р<0,05.

Результаты

У интактных крыс пучковая зона надпочечников имела типичное строение и состояла из крупных АКЦ, которые находились в разных структурно-функциональных состояниях: темные клетки имели электронно-плотную цитоплазму, высокое содержание рибосом, гранулярной и агранулярной эндоплазматической сети; светлые клетки характеризовались более просветленной цитоплазмой, содержащей большое число митохондрий и липидных включений, необходимых для процесса стероидогенеза. По периферии липидных включений встречались миелиноподобные структуры, предполагается, что их формирование имеет связь с активацией синтеза кортикостероидов [3, 7]. Количественная оценка клеток пучковой зоны показала, что число светлых АКЦ у интактных крыс больше темных на 50%.

После действия радиации у животных контрольной группы изменялось соотношение между светлыми и темными АКЦ (см. таблицу):

Морфометрическая характеристика АКЦ пучковой зоны надпочечников крыс при действии ЭМИ СВЧ и МП НЧ в условиях радиационного облучения The morphometric characteristics of ACC of the adrenal fascicular zone exposed to radiation under the influence of ultra high frequency EMR and low-frequency MF Примечание. Данные представлены в виде среднего и стандартного отклонения. Анализ различий между группами произведен по критерию Стьюдента. + — р<0,01 по сравнению с интактной группой; * — р<0,05 по сравнению с контрольной группой; ** — р<0,01 по сравнению с контрольной группой; о — р<0,01 сравнение между опытными группами. Note. The data obtained are presented as mean and standard deviation. Analysis of the differences between the study groups was based on Student’s test. + — р<0.01 in comparison with the intact group; * — р<0.05 in comparison with the control group; ** — р<0.01 in comparison with the control group; о — р<0.01 comparison between the study groups.
количество светлых функционально более активных клеток уменьшалось на 28,5% (р<0,01), а количество темных, наоборот, проявляло тенденцию к увеличению, что можно расценить как реакцию на снижение (возможно, в результате гибели) субпопуляции светлых АКЦ.

Ультраструктурные нарушения были более выражены в светлых АКЦ, при этом численность митохондрий в них уменьшалась на 10,5%, средняя и суммарная площади снижались соответственно на 30,0% (р<0,01) и 37,5% (р<0,01), а число крист — на 49,0% (см. таблицу). Во многих АКЦ митохондрии были подвержены существенным дистрофическим изменениям, при этом в них обнаруживались нарушения наружной мембраны, которая иногда определялась в виде слабых контуров или вообще отсутствовала. Мембраны крист часто выглядели нечеткими, выявлялись их очаговый лизис и просветление матрикса (см. рисунок,

Ультраструктурные изменения АКЦ пучковой зоны надпочечников при первично-профилактическом действии ЭМИ СВЧ в условиях радиационного облучения. Ув. 28 000. The ultrastructural changes in ACC of the adrenal fascicular zone in response to the primary prophylactic action of ultra high frequency EMR under the conditions of exposure to radiation. ×28 000. а — ультраструктура АКЦ интактной крысы. Митохондрии (МХ) с кристами преимущественно везикулярного типа, липидное включение (ЛВ) умеренной электронной плотности, рибосомы и полисомы (обозначено стрелкой); б — радиация (контроль). Митохондрии с деструкцией крист и очаговыми просветлениями матрикса (обозначено стрелками), нечеткие границы сохранившихся крист; в — радиация (контроль). Выраженное просветление и слияние липидных включений (ЛВ); г — ЭМИ СВЧ + радиация. Крупные размеры митохондрий (МХ) и липидных включений (ЛВ). Везикулярные кристы хорошо различимы, липиды электронно-плотные (темные) в отличие от контроля; д — ЭМИ СВЧ + радиация. Зона цитоплазмы с повышенным содержанием рибосом и гранулярной эндоплазматической сети (обозначено стрелками); е — ЭМИ СВЧ + радиация. Расширение просветов агранулярной эндоплазматической сети; ж — ЭМИ СВЧ + радиация. Хорошо развитый секреторный аппарат Гольджи (АГ) с увеличенным числом неравномерно расширенных диктиосом, гранулярная эндоплазматическая сеть (обозначено стрелкой), митохондрии различных размеров. а — ACC ultrastructure of an intact rat. Mitochondria (Mc) with cristae largely of the vesicular type, lipid inclusions (LI) of moderate electronic density, ribosomes and polysomes (indicated by the arrow); b — radiation (control). Mitochondria undergoing destruction of cristae and focal translucence of the matrix (indicated by the arrows), the blurred boundaries of the residual cristae; c — radiation (control). Marked translucence and fusion of lipid inclusions (LI); d — UHF EMR + radiation. Large size of mitochondria (Mc) and lipid inclusions (LI). Well apparent vesicular cristae, electronically dense (dark) lipid inclusions (dissimilar to those in control); e — UHF EMR + radiation. The cytoplasmic zone with the increased content of ribosomes and granular endoplasmic reticulum (indicated by the arrows); f — UHF EMR + radiation. Broadening of the lumen of agranular endoplasmic reticulum; g — UHF EMR + radiation. The well developed Golgi secretory apparatus (GA) with the increased number of non-uniformly widened dictyosomes, granular endoplasmic reticulum (indicated by the arrow), mitochondria of different size.
а, б). Резким изменениям подвергались липидные включения, они характеризовались выраженным полиморфизмом и были значительно просветлены, иногда выглядели «пустыми», местами наблюдалось их слияние в более крупные образования неправильной формы (см. рисунок, в). Миелиноподобные структуры встречались редко, просветы гладкой эндоплазматической сети имели вид широких лакун. Следовательно, действие радиации способствовало появлению выраженных нарушений ультраструктуры АКЦ, приводящих к угнетению биоэнергетических и регенеративно-пластических реакций.

Первично-профилактическое применение низкоинтенсивного ЭМИ снижало уровень пострадиационных нарушений в АКЦ и повышало активность регенеративных процессов. Наибольшая их выраженность отмечалась при действии ЭМИ СВЧ, что проявлялось, в частности, в достоверном увеличении численности светлых клеток (на 35,0%; р<0,01) и снижении темных (на 23,7%; р<0,01) по сравнению с контролем (см. таблицу). При этом уровень численности светлых АКЦ практически был близок к таковому у интактных животных. Указанные изменения могли быть связаны в определенной мере с повышением устойчивости светлых клеток к действию радиации, но в основном с переходом темных клеток в светлые, что является, по сути, компенсаторно-приспособительной реакцией на усиление их функциональной активности под влиянием ЭМИ СВЧ. На ультраструктурном уровне выявлялась активация процессов внутриклеточной регенерации со стороны важнейших органелл АКЦ. Наиболее отчетливо адаптационные перестройки прослеживались в митохондриях. Важно отметить, что по сравнению с контролем наблюдалась стимуляция главным образом внутриорганоидной регенерации митохондрий, о чем свидетельствовало достоверное увеличение их средней площади (на 55,1%; р<0,01) в сочетании с увеличенным количеством крист (на 114,5%; р<0,01), при этом возрастала также и суммарная площадь митохондрий (на 61,1%; р<0,01). Митохондрии часто характеризовались крупными размерами, часть из них были отчетливо гипертрофированными за счет гиперплазии крист; их мембраны обычно имели четкие контуры и хорошо просматривались (см. рисунок, г). Белоксинтезирующая система АКЦ в основном была представлена свободными рибосомами и короткими профилями гранулярной эндоплазматической сети, которые диффузно располагались в разных зонах цитоплазмы, их содержание обычно превышало уровень контроля (см. рисунок, д). Важно также отметить, что липидные включения в отличие от контроля имели умеренную или повышенную электронную плотность и округлую форму (как и у интактных животных), но при этом они существенно различались по размерам: нередко в одних клетках превалировали в основном мелкие липиды (до 20—25 штук), в других, наоборот, крупные (см. рисунок, г). Миелиноподобные структуры встречались чаще, чем в контроле, и располагались обычно вокруг липидных включений и в контакте с митохондриями. Во многих АКЦ наблюдались явления активации агранулярной эндоплазматической сети, что проявлялось в ее гиперплазии, причем часть из них имела расширенные просветы в виде вакуолей (см. рисунок, е). Обнаруживались также признаки умеренной гипертрофии со стороны секреторного аппарата Гольджи, который обычно состоял из неравномерно расширенных цистерн (см. рисунок, ж). Все эти изменения свидетельствовали о том, что под влиянием ЭМИ СВЧ происходило укрепление структурно-адаптационного потенциала АКЦ, что препятствовало развитию пострадиационных нарушений.

При применении МП НЧ изменения в соотношении светлых и темных клеток были мало выражены и проявлялись в виде слабой тенденции к снижению числа светлых клеток и увеличению темных. Поэтому можно полагать, что функциональная активность АКЦ под влиянием МП НЧ изменялась незначительно. Характерно, что численность митохондрий проявляла выраженную тенденцию к увеличению (органоидная форма регенерации) (см. таб-лицу), но при этом средняя площадь оставалась фактически на уровне контроля и была отчетливо снижена по сравнению с действием ЭМИ СВЧ (на 32,9%; р<0,01). Эти изменения в структуре митохондрий сопровождались увеличением их суммарной площади и численности крист. Цистерны агранулярной эндоплазматической сети чаще выглядели расширенными в виде лакун, липидные включения, как и в контроле, различались по своим размерам и обычно были просветлены, процессы миелиноподобной деградации имели умеренную степень развития. В отдельных АКЦ отмечались явления активации рибосом. Вместе с тем следует отметить, что при действии МП НЧ интенсивность процессов регенерации и сохранность основных органелл, в том числе мембран митохондрий, были выражены явно слабее, чем при действии ЭМИ СВЧ.

Обсуждение

Резюме основного результата исследования

На модели экспериментального радиационного облучения показано, что предварительное применение низкоинтенсивных ЭМИ СВЧ и МП НЧ усиливало регенеративные процессы в АКЦ пучковой зоны надпочечников.

Обсуждение основного результата исследования

Таким образом, профилактическое применение низкоинтенсивных ЭМИ СВЧ и МП НЧ усиливало регенеративные процессы в АКЦ пучковой зоны надпочечников и повышало их устойчивость к действию радиации. В наибольшей степени эти изменения наблюдались при действии ЭМИ СВЧ, они проявлялись в увеличении численности функционально активных светлых АКЦ и сопровождались стимуляцией процессов внутриклеточной регенерации в виде гиперплазии и гипертрофии их основных органелл. Особенно выраженным сдвигам подвергались митохондрии, они становились более мощными и резистентными к действию радиации, о чем свидетельствовали явления гиперплазии крист и лучшая сохранность мембран. Эти структурно-адаптационные перестройки митохондрий и других органелл препятствовали развитию пострадиационных нарушений, так как обладали более выраженными потенциальными возможностями для защиты клеток и повышения их устойчивости к действию радиации. Выявленные ультраструктурные сдвиги в АКЦ во многом были обусловлены антиоксидантным и мембраностабилизирующим действиями низкоинтенсивного ЭМИ [8] и имели прямое отношение к механизмам формирования радиопротекторного эффекта.

Заключение

Результаты проведенного исследования свидетельствуют о перспективности дальнейшего изучения действия этих факторов, особенно низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ, в качестве средств профилактики пострадиационных нарушений в клинике.

Дополнительная информация

Источник финансирования. Бюджет.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Участие авторов: концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование — Ю.Н. Королев; сбор и обработка материала, статистическая обработка данных — М.С. Гениатулина, Л.А. Никулина, Л.В. Михайлик.

Сведения об авторах

*Королев Юрий Николаевич, д.м.н., профессор [Yuriy N. Korolev, MD, PhD, Professor]; адрес: Россия, 125252, Москва, ул. Куусинена, 17, корп. 2, [address: 17 Kuusinena str., 125252 Moscow, Russia]; https://orcid.org/0000-0001-5530-1538; eLibrary SPIN: 8071-8284; e-mail: korolev.yur.@ yandex.ru

Гениатулина Мариям Сабировна, к.б.н. [Mariajm S. Geniatulina, PhD]; https://orcid.org/0000-0001-5263-0889; eLibrary SPIN: 9146-6830; е-mail: geniatulina.marina2012@yandex.ru

Михайлик Любовь Васильевна [Lubov V. Mikhailik]; https://orcid.org/0000-0002-9717-4749; е-mail: mihailik 2910@ icloud.com

Никулина Людмила Анатольевна, к.б.н. [Liudmila A. Nikulina, PhD]; https://orcid.org/0000-0003-2200-868X; eLibrary SPIN: 4988-7892; е-mail: nikulina.liudmila 2013@ yandex.ru

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail