Main directions of development of pathogenetic means of arresting the primary reaction of the organism to irradiation

Full Text

Первичная реакция на облучение (ПРО) - одно из наиболее ранних клинических проявлений воздействия ионизирующих излучений на организм человека и млекопитающих [4, 20]. Она включает три основных синдрома, выраженность и продолжительность которых зависит от интенсивности и величины дозы радиационного воздействия: эметический (тошнота, рвота, анорексия, гиперсаливация и др.), гастроинтестинальный (спазм желудочно-кишечного тракта, диарея) и астеногиподинамический (мышечная слабость, астения, апатия, повышенная утомляемость) [4, 13]. Перечисленные синдромы, особенно тошнота, рвота и диарея, а также повышенная утомляемость в ряде случае требуют неотложного врачебного вмешательства. Прежде всего это относится к ПРО, возникающей в случае проведения противоопухолевой лучевой или комбинированной химиолучевой терапии. Такие ее проявления, как рвота и диарея, могут способствовать формированию дегидратации, расстройству электролитного баланса, послужить причиной отказа от лечения, что чревато угрозой рецидива потенциально курабельной опухоли [16, 18]. ПРО может стать причиной снижения профессиональной работоспособности участников проведения экстренных работ по ликвидации последствий аварии на объектах ядерного энергетического комплекса. В этих случаях на начальных этапах аварии невозможно спрогнозировать дозу и продолжительность облучения специалистов аварийно-спасательных групп и технического персонала, а быстрое покидание аварийной зоны невозможно [5, 17]. К настоящему времени предложено значительное количество фармакологических средств для купирования тошноты и рвоты радиационного генеза [3, 12], однако относительно небольшое их число изучено в качестве средств борьбы с ПРО. Кроме того, некоторые обладают нежелательными побочными эффектами, в частности снижают работоспособность [6]. Цель исследования Изучение роли различных регуляторных систем организма в патогенезе ПРО и разработка подходов к изысканию высокоэффективных средств купирования этого синдрома. Материал и методы Экспериментальные исследования выполнены на 48 беспородных собаках-самцах и 390 белых беспородных крысах-самцах, содержавшихся в условиях обычного вивария на стандартном пищевом рационе. Для опытов отбирали животных, прошедших обследование в течение двухнедельного карантинного наблюдения. Исследования проведены согласно правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных и Европейской конвенции по их защите [10]. Равномерное облучение животных гамма-квантами осуществляли на установке ИГУР-1, снаряженной 137Cs (мощность дозы 1,01 Гр/мин). У собак клинические проявления ПРО (рвота, понос, изменение двигательной активности) регистрировали в течение 5-6 ч после радиационного воздействия. У крыс исследовали моторно-эвакуаторную, пропульсивную и всасывательную функции желудочно-кишечного тракта [1], ориентировочно-исследовательские реакции, физическую выносливость и условно-рефлекторную деятельность [2]. Биохимические и морфологические исследования включали изучение содержания: - дофамина и его метаболита гомованилиновой кислоты в хвостатом ядре и лимбических структурах продолговатого мозга; - серотонина и его метаболита - 5-оксииндолилуксусной кислоты (5-ОИУК) в плазме крови, среднем мозге и гипоталамусе, а также в тканях тонкого кишечника; - гистамина в плазме крови; - уровень простагландинов в плазме крови, гипоталамусе, гипофизе и тканях тонкого кишечника; - эндорфинов в плазме крови и энкефалинов в гипоталамусе и продолговатом мозге. Определялось количество энтерохромаффинных клеток в слизистой оболочке тощей кишки, число и состояние тучных клеток в area postrema продолговатого мозга [7, 14]. Статистическую обработку полученных данных проводили общепринятыми методами. Значимость различий частоты возникновения симптомов, количественных и временных параметров проявлений ПРО оценивали с помощью точного метода Фишера, Краскела-Уоллиса и Манна-Уитни [11]. Различия между группами считали статистически значимыми при рЈ0,05. Результаты и обсуждение Проведенные исследования показали, что в интервале среднеэметических доз гамма-излучения (частота рвоты 40-60%) рвотная реакция проявляется в основном единичными эпизодами в период от 2 до 4 ч после радиационного воздействия. С повышением дозы облучения выраженность эметической реакции нарастала (до 100% начиная с дозы 20 Гр). Продолжительность латентного периода снижалась с 135 мин при облучении в дозе 5-6 Гр до 5-10 мин. Среднее количество рвотных актов увеличивалось с 1,5 до 9-10, рвота нередко приобретала неукротимый характер, при этом эметические акты повторялись практически без промежутка по 3-4 раза на фоне выраженного угнетения поведения животных. Раннюю диарею у 25-40% собак отмечали в течение первого часа после облучения в дозах 20-30 Гр в виде 1-4-кратной дефекации жидкими массами с примесью слизи. У животных, облученных в дозах 50-100 Гр, многократную диарею жидкими массами, содержащими слизь и примеси крови, наблюдали в 60-90% случаев. Еще одно важное проявление ПРО у собак состояло в гипокинезии и гиподинамии со снижением спонтанной и вызванной двигательной активности, а также физической работоспособности животных. Гипокинезия в зависимости от поглощенной дозы развивалась начиная с 3 ч и достигая максимума к 4 ч после облучения в дозе 20-50 Гр с последующей тенденцией к временному восстановлению указанного показателя. Физическая работоспособность собак, оцениваемая по выносливости к динамической нагрузке (бег по тредбану с фиксированной скоростью движения и углом наклона транспортной ленты), снижалась в среднем на 50% после облучения в дозе 10-40 Гр и полностью утрачивалась после радиационного воздействия в дозах 80 Гр и выше. Таким образом, общее кратковременное гамма-облучение собак в диапазоне доз 20-100 Гр можно рассматривать как экспериментальную модель, позволяющую стабильно воспроизводить ранние диспепсические и гиподинамические расстройства, характерные для ПРО. Известно, что у крыс в раннем пострадиационном периоде диспепсические расстройства характеризуются угнетением моторики желудка (гастростазом) и диареей [9]. В настоящем исследовании количественную оценку раннего постлучевого гастростаза проводили путем расчета времени полувыведения сульфата бария из желудка животных, а также на основе рентгенологического исследования постлучевых нарушений моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта. Проведенные исследования выявили преходящее замедление эвакуации содержимого желудка у животных, облученных в дозе 3 Гр. Увеличение дозы до 10-20 Гр практически полностью подавляло эвакуаторную функцию желудка. Таким образом, совокупность полученных результатов свидетельствует о возможности моделирования диспепсических расстройств, характерных для эметических проявлений ПРО у человека, в опытах на крысах, облученных в дозах 5-10 Гр. Помимо гастростаза, в ранние сроки после радиационного воздействия у крыс наблюдали преходящую диарею, развивающуюся с наибольшей частотой и выраженностью после облучения в дозах свыше 100 Гр. Она проявляется многократной дефекацией жидкими экскрементами с примесью слизи на протяжении 50-60 мин после радиационного воздействия. Таким образом, на основании полученных данных можно полагать, что диарею, характерную для ПРО, следует моделировать в опытах на крысах, облученных в дозах, превышающих 100 Гр. Астеногиподинамический синдром ПРО у крыс проявляется в виде ухудшения ориентировочно-исследовательской реакции, физической выносливости и условно-рефлекторной деятельности. При использовании теста, характеризующего истощающую физическую нагрузку (плавание с грузом 15% от массы тела), скорость утомления возрастала уже после облучения в дозе 10 Гр и выше, а при нагрузке средней интенсивности (бег на тредбане) - в дозах порядка 20-40 Гр. Максимальное снижение физической выносливости крыс (до 50% в сравнении с исходным уровнем) отмечали спустя 3-4 ч после радиационного воздействия. Параллельно с ухудшением физической выносливости изменяется и поведенческая активность (ориентировочно-исследовательская реакция) облученных крыс. Показатели ориентировочно-исследовательской реакции в диапазоне доз 20-100 Гр снижались в 2-12,8 раза, при этом динамика постлучевых нарушений физической выносливости и поведенческой активности была сходной, что позволяет использовать информацию о последней в качестве косвенного показателя состояния физической работоспособности облученных животных. Изучение дозовых закономерностей постлучевых изменений условной реакции избегания (УРИ) проведено в опытах на крысах, подвергнутых радиационному воздействию в дозах 20, 60 и 100 Гр. В результате исследования установлено, что облучение значительно ухудшало показатели УРИ: количество правильных реакций снижалось на 50-75% по сравнению с биоконтролем, возрастало число ошибочных ответов (преимущественно за счет увеличения латентного периода рефлекса), в 2-6 раз уменьшалось значение показателя «количество правильных побежек подряд», характеризующего уровень сохранения приобретенного навыка выполнения задачи. Ухудшение показателя УРИ возрастало с увеличением дозы облучения и было максимальным при радиационном воздействии в 60-100 Гр. В целом анализ представленных выше материалов свидетельствует о следующем: - облучение собак в дозах 5-8 Гр позволяет моделировать ПРО у человека, облученного в костномозговом диапазоне доз, а облучение в более высоких дозах (20-30 Гр) - ПРО при кишечной и токсемической формах острой лучевой болезни; - облучение крыс в дозе 5-200 Гр в целом моделирует основные варианты острого g-облучения и позволяет оценивать эффективность противорвотных, антидиарейных препаратов и средств, предназначенных для профилактики постлучевой гиподинамии в широком диапазоне доз ионизирующего излучения. Полученные результаты позволили перейти к решению следующей задачи исследования - изучению гуморальных механизмов ПРО у экспериментальных животных и прежде всего уточнению вариантов нарушений обмена эндогенных биологически активных веществ (биогенных аминов, опиоидных пептидов, простагландинов), играющих весьма существенную роль в регуляции вегетативных и соматических функций организма, чувствительных к радиационному воздействию в высоких дозах. Среди моноаминергических систем, реагирующих на воздействие ионизирующих излучений, большое значение придают дофамин-, серотонин- и гистаминергической системам [15]. Как показали проведенные исследования, уже через 5 мин после облучения крыс в дозе 100 Гр содержание дофамина в структурах головного мозга с наиболее выраженным уровнем биоамина, увеличилось на 60-70%, а спустя 1-2 ч - на 80-100% с последующим (через 24 ч) снижением до исходных значений. Возрастало и содержание основного метаболита дофамина - гомованилиновой кислоты - в среднем в 1,5 раза по сравнению с уровнем до облучения, что свидетельствовало об ускорении оборота (скорости распада) дофамина - показателя активизации катехоламинергических систем мозга [19]. Сходные результаты получены при изучении влияния облучения на обмен серотонина. Так, в плазме крови крыс, облученных в дозе 100 Гр, спустя 5-60 мин содержание серотонина увеличивалось в 2-2,5 раза, а содержание 5-ОИУК - более чем в 3 раза. В дальнейшем отмечали тенденцию к уменьшению выявленных сдвигов, однако даже спустя 1,5 ч значения показателей превышали исходный уровень. Очевидно, что облучение вызывает раннее ускорение оборота индолилалкиламина, т. е. способствует быстрой активизации серотонинергических систем организма. Аналогичные изменения отмечали после облучения в дозе 100 Гр и в других тканях. Так, в среднем мозге и гипоталамусе облученных крыс содержание серотонина в первые минуты-часы после воздействия возрастало на 30-40%, а 5-ОИУК - на 60-70%. Диаметрально противоположные изменения обмена серотонина наблюдали в стенке тонкой кишки облученных крыс: уже через 15 мин после облучения в дозе 100 Гр регистрировали выраженное снижение уровня биоамина и его основного метаболита, сохраняющееся на протяжении 3-5 ч. Лишь спустя 24 ч после воздействия радиации содержание биоамина начинало возрастать, но по-прежнему не достигало исходного уровня. Представляет интерес динамика содержания энкефалинов и эндорфинов в период ПРО. Практически сразу после воздействия гамма-излучения в головном мозге увеличивается выработка энкефалинов: уже через 10-15 мин после облучения в дозе 100 Гр концентрация мет-энкефалина в различных отделах головного мозга крыс возрастала в 1,2-1,5 раза по сравнению с уровнем до облучения. В последующем происходило снижение концентрации нейропептида. Через 60 мин после облучения содержание мет-энкефалина в головном мозге было повышено, но не отличалось от исходных значений. Сходные изменения концентрации в тканях головного мозга прослеживали у другого нейропептида - лейк-энкефалина. Возрастала концентрация b-эндорфина и в плазме крови облученных животных. Уже через 15 мин после облучения крыс в дозе 100 Гр его концентрация увеличивалась в 15-18 раз, а спустя 60 мин в 21-25 раз. Даже спустя 180 мин после облучения его содержание превосходило исходные значения в 16-19 раз. У собак, облученных в дозе 50 Гр, отмечали аналогичную динамику b-эндорфина в плазме крови. Облучение весьма значительно влияло на содержание гистамина в плазме крови. Спустя 5 мин после облучения собак (50 Гр) и крыс (100 Гр) уровень гистамина увеличивался по сравнению с исходными значениями на 170%. У собак подъем концентрации биоамина был более длительным, чем у крыс: нормализацию отмечали лишь через 3 ч после облучения, тогда как у крыс - уже спустя 1 ч после воздействия. По данным некоторых исследователей, в патогенезе ПРО могут играть роль наряду с биоаминами простагландины [18]. Эта гипотеза основывается на определенном сходстве клинических симптомов ПРО и последствий введения экзогенных простагландинов в организм [8]. В связи с этим было изучено содержание простагландинов E и F2a (ПГ E и ПГ F2a соответственно) у собак, облученных в дозе 50 Гр и белых крыс-самцов, облученных в дозе 180 Гр. Спустя 5 мин после облучения содержание этих простагландинов в плазме крови собак увеличивалось в 1,3-1,5 раза, но уже через 2 ч после радиационного воздействия уровень простагландинов нормализовывался. Важно отметить, что это увеличение совпадало по времени с развитием симптомов желудочно-кишечной диспепсии (рвоты и диареи), которые наблюдали уже в процессе облучения либо в первые минуты после его окончания. Выраженные изменения были выявлены и при изучении содержания простагландинов у облученных крыс. Спустя 5 мин после облучения в дозе 180 Гр содержание простагландинов в стенке тонкой кишки крыс снижалось в среднем на 50%. Уровень ПГ E нормализовывался через 2 ч, тогда как восстановление содержания ПГ F2a отмечали только спустя 24 ч после радиационного воздействия. Снижение содержания простагландинов в стенке толстой кишки было более значительным (ПГ F2a - до 25% от исходного уровня) и продолжительным: через 1 сут после облучения уровень простагландина был ниже исходного на 50-60%. Для уточнения роли в патогенезе ПРО выявленных изменений содержания и обмена биогенных аминов, простагландинов и эндогенных опиоидов было изучено влияние различных фармакологических средств, устраняющих указанные нарушения, на основные клинические проявления начального периода лучевого поражения у собак и крыс. Как следует из данных табл. 1, предварительное (за 24 ч до облучения в дозе 8 Гр) введение резерпина, неизбирательно истощающего пул биоаминов (катехоламинов, серотонина, гистамина), подавляло рвотную реакцию более чем у 50% собак, а гастростаз и диарею - у 50-80% крыс. Сходным по эффективности, хотя и менее выраженным по сравнению резерпином, действием на гастроинтестинальные симптомы ПРО обладали a-метилдофа, метилпаратирозин и дисульфирам (ингибитор синтеза катехоламинов), а также ингибитор синтеза серотонина пара-хлорфенилаланин. Комбинированное введение ингибиторов синтеза катехоламинов и серотонина оказывало на гастроинтестинальные симптомы ПРО такое же по эффективности действие, как и применение резерпина. В то же время следует отметить, что ни один из исследованных препаратов не модифицировал действие облучения на постлучевую гипокинезию. Среди изученных дофамино-, серотонино- и гистаминоблокаторов наиболее эффективно подавляли постлучевую рвоту метоклопрамид (церукал), ондансетрон (латран) и палоносетрон. Эти же препараты обладали наиболее выраженным гастрокинетическим и антидиарейным действием. На гипокинезию из всех антагонистов биоаминов определенное положительное действие оказывал лишь ондансетрон. Из других изученных лекарственных средств умеренно выраженное антиэметическое действие оказывали ингибиторы простагландин-синтетазы вольтарен и дексаметазон, а также блокатор опиатных рецепторов налоксон. Они обладали довольно сильным гастрокинетическим и наряду с М-холинолитиком метацином - антидиарейным действием, но (за исключением налоксона) не ослабляли постлучевую гипокинезию. Этот симптом ПРО лучше всего «поддается» профилактике путем применения препаратов, относящихся к психостимуляторам и ноотропам (кофеин, эфедрин, фонтурацетам). Однако их влияние на гастроинтестинальный симптом ПРО было незначительным. Приведенные экспериментальные данные свидетельствуют, что ПРО является многофакторной по генезу реакцией, монотерапия которой малоэффективна. В связи с этим представлялось целесообразным исследовать возможность профилактики (купирования) ПРО с помощью комбинированного применения фармакологических препаратов. Как следует из данных табл. 2, оптимальное положительное влияние на все четыре исследованных симптома ПРО отмечали при комбинированном использовании палоностерона (антагониста 5-HT3) и фонтурацетама (препарата из группы ноотропов). В Ы В О Д Ы 1. Адекватными экспериментальными объектами для моделирования основных проявлений первичной реакции на облучение являются собаки (рвота, диарея, гиподинамия) и крысы (гастростаз, диарея, гиподинамия). 2. Облучение собак и крыс в дозах, вызывающих гастроинтестинальные симптомы первичной реакции на облучение, сопровождается выраженными нарушениями обмена биогенных аминов (дофамина, серотонина, гистамина), простагландинов и опиоидных пептидов. 3. Блокаторы Д2-дофаминовых, 5-HT3-серотониновых и опиатных рецепторов эффективно подавляют вызванную облучением рвотную реакцию, антагонисты гистамина, простагландинов и ацетилхолина - диарею, психостимуляторы и ноотропы - астеногиподинамические проявления первичной реакции. 4. Разработка комбинированных препаратов, воздействующих на различные звенья патогенеза первичной реакции на облучение, является перспективным направлением поиска лекарственных средств профилактики и купирования гастроинтестинальных и астеногиподинамических проявлений раннего периода лучевого поражения. Среди изученных средств наиболее эффективно основные проявления ПРО предупреждает комплексное применение палоносетрона и фонтурацетама.

About the authors

I. S Drachev

Email: dr.ingwar@mail.ru

V. I Legeza

Yu. S Turlakov

S. V Chepur

References

Supplementary files