Влияние низкоинтенсивного гамма-излучения на морфологические особенности пейеровых бляшек у мышей

Космическое излучение негативно сказывается на гомеостазе и влечёт за собой серьёзные нарушения морфофункционального состояния органов и тканей [1, 2]. Клинически доказано, что гамма-излучение нарушает пролиферацию, дифференцировку, функциональную активность тканей, тканевые взаимодействия, внутриклеточные репаративные процессы, клеточные регуляторные механизмы [3] и приводит к повреждениям генетического и мембранного аппарата клетки, изменению метаболической активности антиоксидантных ферментов и клеток в целом, экспрессии различных генов [4, 5]. Биологический эффект воздействия радиации на организм космонавтов и экспериментальных животных сопровождается серьёзными нарушениями гомеостаза [6, 7]. Слизистая желудочно-кишечного тракта, как и лимфоидная ткань, отличается активной пролиферацией, что делает её высокочувствительной к воздействию ионизирующего излучения [8].

Васянина К.А.* – ст. преподаватель, к.м.н.; Клюева Л.А. – доцент, к.м.н.; Шемяков С.Е. – зав. кафедрой, д.м.н., проф. РНИМУ им. Н.И. Пирогова. Олсуфьева А.В. – зав. кафедрой, к.м.н. Университет «Синергия». Зоткин Д.А. – ст. преподаватель; Вовкогон А.Д. – доцент, к.м.н.; Тимофеева М.О. – ст. преподаватель; Кудрявцев-Рашевский Д.В. – студент ИКМ им. Н.В. Склифосовского. Первый МГМУ им. И.М. Сеченова. Косырева А.М. – вед. науч. сотр., д.б.н. НИИМУ.

Исходя из вышесказанного, целью нашего исследования является оценка морфофункционального состояния лимфоидной ткани Пейеровых бляшек при воздействии различных доз низкоинтенсивного гамма-облучения.

Материалы и методы

Объектом исследования являлись лимфоидные образования (групповые лимфоидные узелки) мышей-самцов линии F1 (CBAxC57BL6), в возрасте 30-35 дней, массой 20-23 г к началу эксперимента. Животных содержали на стандартном виварном пищевом рационе, что подразумевало ежедневное кормление сбалансированным гранулированным кормом при свободном доступе к воде. В эксперименте провели моделирование радиационного воздействия, когда мыши находились в гермокамерах с рабочим объёмом 12 м3. Исследования проводили на испытательном стенде для санитарно-химических и токсикологических исследований (УМБИ-1) ГНЦ ИМБП РАН. Экспериментальный стенд рассчитан на длительное пребывание животных и оснащён автономными системами жизнеобеспечения, используемыми в пилотируемых космических аппаратах. Общая длительность эксперимента была равна 160 суткам. Из них непосредственная продолжительность воздействий радиации на мышей составляла до 63 суток, максимальная длительность наблюдаемого реабилитационного периода – 90 суток. Облучение проводили с помощью гамма-установки ГОБО-60 с источником 137Cs. Экспериментальных животных (40 мышей) подвергали общему равномерному гамма-облучению за период от 8 до 63 суток (4 группы наблюдений), при мощности дозы источника излучений – 25 сГр в час. Облучение мышей проводилось 1 раз в неделю по 2 часа в утреннее время суток, при указанной выше мощности источника доза за фракцию была около 50 сГр, а с учётом быстрых процессов восстановления на клеточном уровне эффективная доза за каждую фракцию составила 35 сЗв. С учётом этого обстоятельства для 1-й группы наблюдений (длительность эксперимента 8 суток, 1 сеанс облучения) уточнённая доза облучения равнялась 70 сГр, для 2-й группы (воздействие в течение 22 суток) – 140 сГр, для 3-й группы (воздействие – 36 суток) – 210 сГр, для 4-й группы (63 суток) – 350 сГр. Мыши 4-х «реабилитационных групп» также получили предварительно суммарное облучение 350 сГр. Каждую экспериментальную группу составили 10 мышей (табл. 1).

Доза облучения у различных групп животных была единственным фактором, который влиял на морфологические характеристики экспериментальных животных. Доза максимального экспериментального облучения была 350 сГр, с учётом разницы в продолжительности жизни и чувствительности к радиационному воздействию мыши и человека, это соответствует дозе облучения 120 сГр для человека, т.е. предельно допустимому уровню, установленному для длительных межпланетных пилотируемых полетов [9, 10]. Животные имели свободный доступ к воде и пище. Мышей контрольных групп (по 10 мышей в контроле для каждой из 4-х экспериментальных групп) содержали в аналогичных условиях (но без лучевых воздействий на них), выводили из эксперимента по срокам аналогично с экспериментальными животными соответствующих групп. Продольные кусочки тонкой кишки с выявляемой макро-микроскопически лимфоидной бляшкой «проводили» по батарее спиртов восходящей концентрации. Из каждого парафинового блока делали срезы толщиной 5-7 мкм. Гистологические срезы окрашивались гематоксилином-эозином, по Ван Гизон. Определяли длину и ширину Пейеровой бляшки, количество одиночных лимфоидных узелков на его продольном срезе; количество лимфоидных узелков с центром размножения

(за 100% принимали общее число лимфоидных узелков на срезе); длину и ширину лимфоидных узелков, центров размножения, общее количество клеток лимфоидного ряда в составе диффузной лимфоидной ткани, лимфоидных узелков без центра размножения, в центрах размножения и мантии лимфоидных узелков Пейеровых бляшек. Вычисляли среднеарифметическое значение параметров, их ошибку. Достоверность различий полученных результатов оценивали с помощью критерия Стьюдента.

Результаты и обсуждение

Низкоинтенсивное гамма-излучение существенно изменяет размер и состав лимфоидных бляшек. Влияние этого фактора на морфологию иммунных образований тонкой кишки зависит от длительности воздействия и, соответственно, от поглощённой дозы радиации (табл. 1).

Таблица 1

Параметры Пейеровых бляшек стенки тонкой кишки мышей в условиях низкоинтенсивного радиационного воздействия (X±Sx)

Группа	Время воздействия и доза
	8 сутки (70 сГр) 1	22 сутки (140 сГр)1 36 сутки (210 сГр)1 63 сутки (450 сГр)
Длина (мкм)
Эксперимент	1190,6±16,84	1138,8±10,80	956,6±12,52	938,8±17,06
Контроль	1200,2±8,42	1210,3±9,61	1205,5±10,26	1210,3±10,80
Ширина (мкм)
Эксперимент	645,2±2,91	635,5±2,81	580,0±8,64	548,2±8,42
Контроль	650,3±2,70	638,2±4,02	642,2±3,99	653,3±5,07
Количество лимфоидных узелков
Эксперимент	10,1±0,32	8,6±0,32	6,0±0,32	6,3±0,32
Контроль	10,2±0,32	10,2±0,54	9,9±0,43	10,0±0,32
Количество лимфоидных узелков с центрами размножения (в % к общему количеству узелков)
Эксперимент	57±0,86	54,3±1,84	34,2±0,76	32,2±1,29
Контроль	56,6±0,86	54,8±1,7	55,7±1,51	53,8±1,84
Площадь бляшки (мкм2)
Эксперимент	535,5±3,88	533,2±3,02	510,0±4,75	467,2±3,13
Контроль	542,2±3,9	540,7±3,88	548,8±4,96	543,3±3,67

Была проведена морфометрическая оценка показателей лимфоидной бляшки мышей с центрами и без центров размножения при воздействии низкоинтенсивного облучения. Так, морфометрические показатели бляшек без центров размножения на 8-е сутки эксперимента не отличаются от контрольной группы. Начиная с 22 суток (3 фракции облучения), отмечается тенденция к уменьшению размеров бляшки, а существенная перестройка морфометрических показателей отмечается на 36 и 63 сутки – длина и ширина бляшки уменьшается в 1,3 раза по сравнению с контрольной группой (р<0,05).

Количество одиночных лимфоидных узелков без центров размножения в бляшке не меняется на 8 и 22 сутки по сравнению с контрольной группой (табл. 2). 36 сутки эксперимента характеризуются уменьшением количества лимфоидных узелков с центрами и без центров размножения в 1,3 раза (р>0,05), а на 63 сутки опыта – в 1,4 раза. Площадь Пейеровых бляшек уменьшается на 36 сутки в 1,5 раза и в 1,64 раза на 63 сутки эксперимента соответственно. Аналогичные изменения в структурных компонентах лимфоидной бляшки отмечает Клочкова С.В. и соавт.:

уменьшается площадь и содержание лимфоидных узелков с центрами размножения [11]. Морфометрические показатели лимфоидных узелков бляшек мышей при действии малых доз радиации представлены ниже (табл. 3).

Таблица 2

Параметры лимфоидных узелков в составе Пейеровых бляшек тонкой кишки мышей в условиях низкоинтенсивного радиационного воздействия (X±Sx; мкм)

Группа	Время воздействия и доза
	8 сутки (70 сГр) 1	22 сутки (140 сГр)1 36 сутки (210 сГр)1 63 сутки (450 сГр)
Длина лимфоидного узелка с центром			размножения (мкм)
Эксперимент Контроль	80,0±0,93 85,1±1,33	82,2±1,08 86,2±1,39	56,4±0,65 86,4±1,93	50,0±0,65 85,6±2,32
Ширина лимфоидного узелка с центром размножения (мкм)
Эксперимент Контроль	78,0±1,08 78,8±1,19	76,0±1,42 77,5±1,68	54,2±0,52 76,2±2,04	47,8±0,67 76,8±2,28
Длина центра размножения (мкм)
Эксперимент Контроль	44,2±0,97 45,7±1,38	45,3±0,62 47,4±1,37	34,2±0,60 46,4±0,76	30,1±0,4 47,4±0,21
Ширина центра размножения (мкм)
Эксперимент Контроль	32,2±0,77 37,2±0,50	32,2±0,86 37,0±0,41	24,5±0,68 36,6±0,71	22,6±0,52 37,2±0,58
Д	лина лимфоидного узелка без центра размножения (мкм)
Эксперимент Контроль	57,7±0,91 60,4±0,69	55,5±0,62 62,0±0,70	51,1±0,89 61,1±0,74	47,7±0,86 63,3±0,99
Ширина лимфоидного узелка без центра размножения (мкм)
Эксперимент Контроль	50,0±0,96 54,2±0,71	46,6±0,85 53,1±0,54	43,3±0,81 53,4±0,70	36,6±0,45 52,4±0,87
Площадь герминативных центров лимфоидных узелков (мкм2)
Эксперимент Контроль	64,4±0,90 67,8±1,8	63,30±0,89 68,8±1,69	54,4±0,67 66,3±1,96	50,0±0,61 65,8±2,07

Морфометрические показатели лимфоидных узелков с центрами размножения претерпевают аналогичные изменения. Так, длина на 8 и 22 сутки эксперимента не меняется, а на 36 сутки опыта – уменьшается в 1,53, на 63 сутки – в 1,71 раза (р<0,05). По мере увеличения сроков облучения происходит уменьшение ширины узелка – на 36 сутки в 1,41 раза, а на 63-е сутки – в 1,61 раза по сравнению с контролем (р<0,05).

Длина центра размножения лимфоидного узелка мышей экспериментальных групп на 8 и 22 сутки эксперимента соответствуют контрольным значениям, на 36 сутки опыта уменьшается в 1,36 (р<0,05), а на 63-е сутки – в 1,57 раза (р<0,05). Ширина центра размножения лимфоидного узелка Пейеровой бляшки мышей на 36-е сутки воздействия в 1,49 раза, а на 63-е сутки – в 1,64 раза меньше контрольных показателей (р<0,05).

Количество клеток лимфоидного ряда в различных компонентах Пейеровой бляшки также изменяется в условиях радиационных воздействий (табл. 3). Наиболее существенные изменения в лимфоидной бляшке прослеживаются на 36 сутки экспериментального воздействия: общее количество клеток лимфоидного ряда в диффузной лимфоидной ткани уменьшается в 1,31, а на 63-е сутки – в 1,67 раза относительно контрольной группы (р<0,05). Лимфоидные узелки с центрами размножения реагируют сходным образом. В центрах размножения лимфоидных узелков на 36 сутки опыта общее количество клеток лимфоидного ряда уменьшается в 1,45, а на 63 сутки – в 1,66 раза (р<0,05). В мантии лимфоидных узелков на 36 сутки эксперимента данный показатель уменьшается в 1,33, а на 63-е сутки – в 1,50 раза (р<0,05). Изучена перестройка клеточного состава лимфоидной ткани селезенки через 7, 15 и 30 суток после облучения в дозе 50 рад у мышей ВALB/c. Установлен неравномерный характер изменения клеточного состава селезёнки при различных сроках экспозиции – начиная с 7 суток облучения в структурных зонах селезёнки у мышей отмечается резкое снижение количества бластных форм и клеток с картинами митоза, что отражает более низкий уровень лимфоцитопоэза [14].

Таблица 3

Количество клеток лимфоидного ряда в различных компонентах Пейеровой бляшки тонкой кишки мышей в условиях низкоинтенсивного радиационного воздействия (X±Sx)

Группа	Время воздействия (структурный компонент бляшки)
	8 сутки (70с Гр) 1	22 сутки (140 сГр)1 36 сутки (210 сГр)1 63 сутки (450 сГр)
Лимфоидные узелки без центра			азмножения
Эксперимент Контроль	28,5±0,54 30,2±0,43	27,4±0,75 30,0±0,54	22,0±0,54 29,2±0,54	18,5±0,54 30,0±0,54
Центр размножения лимфоидных узелков
Эксперимент Контроль	33,0±0,54 34,2±0,54	30,0±0,43 33,1±0,54	25,4±0,54 32,5±0,54	20,2±0,54 34,0±0,65
Мантия лимфоидных узелков
Эксперимент Контроль	25,0±0,54 26,2±0,43	22,0±0,65 25,2±0,43	17,2±0,54 25,0±0,54	13,0±0,43 24,9±0,65
Дифф		узная лимфоидная ткань
Эксперимент Контроль	32,9±0,65 35,7±0,43	30,0±0,54 36,2±0,43	26,2±0,43 35,0±0,54	24,0±0,43 36,0±0,54

Анализ полученных данных показывает, что в условиях низкоинтенсивного радиационного воздействия на 8 сутки эксперимента морфометрические показатели Пейеровых бляшек тонкой кишки мышей соответствуют контрольным значениям. Начиная с 22-суточного воздействия, отмечается тенденция к уменьшению площади лимфоидной ткани во всех функциональных зонах лимфоидного узелка. 36 и 63 сутки облучения сопровождаются существенными морфофункциональными перестройками в лимфоидной бляшке мышей: уменьшается их площадь, размеры и количество узелков с центром размножения, а также сужаются герминативные центры, в которых происходит активация иммунного ответа в норме. В последние сроки эксперимента (36 и 63 сутки) содержание клеток лимфоидного ряда в герминативных центрах лимфоидных узелков уменьшается в 1,6 раза и в 1,9 раза в мантийной зоне узелка. В более поздние сроки отмечается снижение пролиферативной активности лимфоидной ткани, что косвенно свидетельствует о снижении общей реактивности организма.

Таким образом, морфологический паттерн в условиях низкоинтенсивного облучения зависит от сроков и продолжительности воздействия альтерирующего фактора. Заметим, что при экспериментальном моделировании невесомости и гипокинезии отмечались сходные структурные перестройки в лимфоидных узелках двенадцатиперстной кишки и селезёнки крыс [15].

Заключение

Радиационные эффекты, возникающие в тканях и органах человека, непосредственно связаны с повреждением, а иногда и с гибелью клеток, из которых они сформированы. Развивающиеся с 36 суток низкоинтенсивного радиационного воздействия процессы дегенерации и снижения пролиферативной активности в Пейеровых бляшках могут указывать на угнетение локальной иммунной защиты и общих адаптационных возможностей организма. Полученные данные помогут раскрыть характер и динамику влияния радиационного фактора на иммунную защиту желудочнокишечного тракта в морфологическом аспекте, учитывая сроки и дозы облучения, что значимо для космической, радиационной биологии и профилактической медицины. Экспериментальные данные целесообразно учитывать при разработке соответствующих мер подготовки к условиям комического полёта, в первую очередь, радиационной защиты, а также реабилитации после полёта.