Генотоксические и цитотоксические эффекты в буккальном эпителии медицинского персонала, работающего в условиях действия малых доз ионизирующих излучений

Введение .

Использование рентгенодиагностического оборудования остается одним из ведущих источников облучения медицинского персонала. Рост количества медицинских рентгенодиагностических исследований и развитие парка соответствующей аппаратуры делает все более актуальными вопросы радиационной безопасности персонала, работающего в условиях действия ионизирующих излучений (ИИ) [7].

Определение биомаркеров для оценки вли- яния ИИ на биологический возраст и динамику радиочувствительности, остается актуальной проблемой радиобиологии и медицины [2,5].

Инструментальными исследованиями доказано, что ИИ могут вызывать радиационно-индуцированных эффекты, такие как повреждение ДНК и нестабильность генома, эрозию теломер, оксидативный стресс и воспаление, клеточное старение и эпигенетические изменения. Для оценки этих эффектов наиболее перспективным является использование микроядерного теста, с применением буккального эпителия (БЭ) в качестве клеточного материала. [2,4]. Определяемые цитогенетические повреждения вследствие влияния ИИ показывают выраженное кластогенное и цитотаксическое воздействие радиационного фактора [4].

Цель: Оценить генотоксические и цитотоксические эффекты воздействия низкодозовой радиации на буккальный эпителий и их влияния на процесс старения медицинского персонала, работающего в условиях воздействия малых доз ионизирующего излучения.

Материалы исследования.

В исследование вошли две группы медицинских работников (n=100). Экспериментальная группа (n=51) - это медицинский персонал, работающий в условиях действия ИИ. Контрольная группа (n=49) - медицинский персонал, работающий в аналогичных условиях труда, но без использования источников ИИ на рабочих местах. После второго этапа отбора лиц в сравниваемые группы, из уже отобранных, в экспериментальную и контрольную группы вошли по 27 медицинских работников, основным критерием было отсутствие возрастных и гендерных различий.

Календарный возраст (КВ) обследуемых соответствовал числу прожитых полных лет.

Данные о дозовых нагрузках получены из базы данных Indoz службы радиационной безопасности Донецкого клинического территориального медицинского объединения (ДОКТМО) в котором индивидуальный дозиметрический контроль организован в соответствии с Методическими указаниями МУ 2.6.130.15-12.

Для проведения микроядерного теста взятие образцов буккального эпителия и приготовление препаратов проводили стандартным способом [4]. Учитывали также клетки с различными кари-ологическими и цитогенетическими нарушениями, представленными в табл. 2.

Биологический возраст (БВ) определялся методом внутриклеточного микроэлектрофореза, разработанным В.Г. Шахбазовым [2]. Для оценки БВ в группах использовался показатель старения Δ X=| БВ-КВ |.

Статистическую обработку проводили общепринятыми непараметрическими статистическими методами с помощью лицензированного пакета Microsoft Excel 2007. Значимость различий между группами оценивали по критерию Уилкок-сона.

Результаты и их обсуждения. После попарного отбора, в обеих исследуемых группах оказались по 22% (n=6) мужчин и 78% (n=21) женщин. Средний возраст экспериментальной группы составил 45,30±2,51 лет и 45,22±2,55 в контроль- ной.

Экспериментальная группа исследуемых медицинских работников подвергается низкодозовому хроническому облучению ИИ на рабочих местах. Средняя годовая индивидуальная эффективная доза в этой группе составила 1,06±0,20 мЗв, что показывает непревышение установленных в Нормах радиационной безопасности (НРБ-99/2009) годовых эффективных доз облучения персонала.

Таблица 1.

Сравнительный анализ КВ и БВ обследованных медработников

Группа	Число обследуемых, чел	% (n) лиц, Δ±Sx, лет
		БВ˃КВ (-)	БВ˂КВ (+)
Экспери-ментальная	27	78% (21) 4,57±0.49*	22% (6) 3,00±0,63
Контрольная	27	41% (11) 2,00±0.27	59% (16) 2,06±0,29

Примечание: межгрупповые различия достоверны *- р<0,01

Воздействие на организм вредных факторов нарушает электрокинетические свойства ядер. В результате оценки электрофоретической активности ядер были определены показатели старения обследуемых.

Как следует из представленных в табл. 1 данных, в группе медработников, подвергавшихся воздействию ИИ, в 1,9 раза больше лиц с ускоренным старением и в 2,7 раза меньше лиц с БВ меньше КВ. Обращает на себя внимание большая разница между БВ и КВ в экспериментальной группе - достоверно в 2,2 раза при БВ больше КВ и в 1,5 раза при БВ меньше КВ.

Для оценки генотоксических эффектов воздействия малых доз ИИ на персонал микроя-дерным тестом все изучаемые показатели были разделены на четыре группы показателей: цитогенетические, пролиферации, ранней и завершения деструкции ядра. Результаты исследования приведены в табл. 2.

Геномная нестабильность или токсическое воздействие производственных факторов на БЭ приводят к хромосомным нарушениям или потерям хромосом и формированию микроядер, что позволяет рассматривать буккальный эпителий как своеобразный «биодозиметр».

Из цитогенетических показателей в экспериментальной группе достоверно чаще выявлялось микроядерность (в 2,8 раза и в 2,3 раза в группе ускоренного старения (ГУС)), атипичная форма ядра (соответственно, в 5,1 и 2,7 раза).

Таблица 2.

Частоты встречаемости клеток с гено- и цитотаксическими эффектами (M±m, ‰)

Цитоморфологический показатель	Экспериментальная группа	Контрольная группа (без ИИИ)	Группа ускоренного старения (параметр БВ ˃ КВ)
			Экспериментальная группа	Контрольная группа (без ИИ)
	27	27	21	11
Нормальные клетки	931,10±5,14	975,00±2,03*	924,80±5,81	964,30±1,72*
Цитогенетические показатели
Микроядерность	6,63±0,41*	2,37±0,24	6,67±0,49*	2,91±0,46
Протрузия ядра	1,44±0,23	0,80±0,15	1,32±0,28	1,55±0,16
Атипичная форма ядра	3,50±0,42*	0,69±0,74	3,19±0,44*	1,18±0,18
Сумма	11,69±0,79*	3,96±0,37	11,10±0,90*	5,63±0,47
Показатели пролиферации
Двуядерность	3,70±0,25**	1,80±0,37	3,91±0,31	2,40±0,24
Круговая насечка	1,85±0,15	1,20±0,45	2,00±0,17	1,20±0,20
Сумма	5,55±0,86*	0,92±0,28	5,91±0,43*	1,64±0,51
Показатели деструкции ядра
Перинуклеарная вакуоль	3,11±0,33*	1,41±0,19	3,09±0,42	1,01±0,30
Вакуолизация ядра	2,37±0,24*	1,11±0,20	2,43±0,30	1,45±0,36
Конденсация хроматина	6,26±0,61*	2,78±0,38	7,19±0,64**	4,27±0,49
Сумма	11,74±1,03	5,30±0,51	12,71±1,23**	7,45±0,64
Показатели завершения деструкции ядра
Кариорексис	7,56±0,68*	3,78±0,41	8,57±0,67**	5,36±0,47
Кариопикноз	6,89±0,68**	4,33±0,47	8,00±0,68	6,36±0,65
Кариолизис	24,33±2,37*	5,56±0,49	27,33±2,60*	7,91±0,62
Апоптозные тела	0,93±0,71	1,15±0,19	1,62±0,02	1,36±0,31
Сумма	40,15±3,62*	14,89±1,26	45,52±3,79*	21,00±1,35

Примечание: межгрупповые различия достоверны *- р<0,01, **- р<0,05

Значимые различия в суммарном показателе между экспериментальной и контрольной группой группами составили 2,95 раза и в 2 раза в ГУС. Установлена достоверная связь (r=0,6,p˂0,01) суммарного показателя со среднегодовой дозой облучения персонала.

Интегральный цитогенетический показатель представляет собой сумму цитогенетических показателей, его считают цитогенетически активным, если он вызывает статистически значимое повышение эпителиоцитов с микроядрами и протрузиями ядра по сравнению с данными контроля. Этот показатель может быть основной характеристикой цитогенетического статуса человека. Превышение этого показателя в экспе- риментальной группе в 3 раза, позволяет допустить, что этот показатель можно использовать как один из факторов риска отдаленных последствий, в частности канцерогенеза.

Из показателей пролиферации, помимо суммарного (достоверные отличия в 6 раз и в 3,6 раза при коэффициенте корреляции r=0,64,p˂0.01 в ГУС), следует отметить показатель двуядерности (значимые различия в 2 раза). По литературным данным частота двуядерных клеток может повышаться в ответ на облучение [3], что подтверждается полученными результатами. Превышение в 2 раза двуядерных клеток в экспериментальной группе, показывает более выраженное влияние стресс-факторов внешней среды, и также может служить биомаркером токсического воздействия [1].

Показатели деструкции ядра достоверно больше в экспериментальной группе: перинуклеарная вакуоль (в 2,2 раза), вакуолизация ядра (в 2,1 раза, r=0,67,p˂0,01), конденсация хроматина (в 2,2 раза), в ГУС отмечаются значимые различия по суммарному показателю (в 1,7 раза, r=0.71,p˂0,01) и конденсации хроматина (в 1,7 раза).

Из показателей завершения деструкции ядра особое внимания заслуживают: кариорек-сис (значимые различия в 2 раза и в 1,6 раза в ГУС, r=0,66,p˂0,01), кариопикноз (1,6 раза, r=0,74,p˂0,01), кариолизис (4,4 раза и 3,4 раза, r=0,7,p˂0,01) и их сумма (в 2,7 раза и 2,2 раза).

Следует обратить внимание, что в сумме показателей поздней деструкции ядра в экспериментальной группе кариолизис составляет 61%, а в контрольной 37%, в ГУС 60% и 38 % соответственно. Это позволяет отметить, что в экспериментальной группе и в ГУС в 1,6 раза чаще встречается гибель клеток по некротическому типу, чем апоптотическому, что свидетельствует о нарушении программы апоптоза в организме, и указывает на высокую степень генотоксичности ИИ в малых дозах.

На наш взгляд, это дает основания предполагать, что в условиях воздействия ИИ у медицинского персонала происходит ускоренное старение и напряжение механизмов адаптации, а, соответственно, и повышение рисков отдаленных последствий от малых доз ИИ.

Заключение.

Дана оценка биологического возраста и соответствующего ему образования ядерных аномалий в буккальном эпителии медицинского персонала, работающего в условиях воздействия ИИ, как биомаркера цито- и генотоксического повреждения после воздействия низких доз ИИ.

Показано, что в экспериментальной группе в 1,9 раза больше лиц с ускоренным старением и в 2,7 раза меньше лиц с БВ меньше КВ.

Оценка генотоксических эффектов показала, что во всех группах цитоморфологических показателей (цитогенетические, пролиферации, деструкции и завершения деструкции ядра) определяются значимые различия в экспериментальной группе по сравнению с контрольной.