Interleukin-1β in the system of medical anti-radiation and anti-chemical protection

Full Text

Введение. Одной из актуальных проблем обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях природного, техногенного, социально-политического характера является разработка и внедрение в практическую деятельность принципиально новых средств, в том числе медицинских, позволяющих сохранить жизнь и здоровье людей в экстремальных условиях, в частности при химических и радиационных авариях и катастрофах.

Различные химические вещества и источники ионизирующих излучений всё шире используются во всех сферах деятельности человека, что резко повышает вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций химического и радиационного характера и возможность поражения людей факторами химической и радиационной природы. По сравнению с прошлым значительно расширился перечень источников химической и радиационной опасности: потенциальную угрозу жизни и здоровью людей в настоящее время создает не только химическое и ядерное оружие, но и объекты химической промышленности, атомной энергетики, а также химические вещества и источники ионизирующих излучений, используемые в медицинских, научных и других областях деятельности человека [1, 7, 11].

Все это позволяет утверждать, что в современных условиях имеется настоятельная потребность в эффективных медицинских средствах противохимической и противорадиационной защиты, а их дальнейшее совершенствование с целью обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях химического и радиационного характера является одной из актуальных проблем современной медицинской токсикологии и радиобиологии.

В решении этой важной проблемы существуют определенные трудности. Традиционные радиопротекторы обладают высокой эффективностью для защиты организма при радиационных воздействиях, но действуют они лишь в условиях острого облучения в смертельных дозах, проявляют свой радиозащитный эффект в течение короткого промежутка времени, могут применяться только профилактически с целью сохранения жизни облученного организма или уменьшения тяжести лучевого поражения [3, 15, 18]. Средства комплексной терапии острой лучевой болезни в полном объеме могут быть использованы только в условиях специализированного стационара, лечение требует продолжительного времени, наличия высококвалифицированного персонала и дорогостоящего оборудования [15].

В связи с этим в течение последних десятилетий усилия исследователей, работающих над проблемами медицинского обеспечения безопасности людей при радиационных авариях и катастрофах, направлены на изыскание препаратов, одновременно обладающих как профилактическим, так и лечебным действием [4–6]. Эти средства должны быть эффективны не только при остром радиационном воздействии, но и при пролонгированном облучении, при местных, сочетанных и комбинированных радиационных поражениях. Их радиозащитное действие должно проявляться в условиях однократного применения и сохраняться в течение достаточно длительного времени.

Рядом авторов [15, 17] описаны фармакологические препараты, которые могут быть использованы не только для лечения и профилактики лучевой патологии, возникающей при радиационных авариях и инцидентах, но и для защиты или лечения пациентов, перенесших лучевую терапию. К таким веществам относится большая группа препаратов с гормональной активностью и ростовые факторы. В частности, в качестве перспективных противолучевых средств рассматриваются беталейкин (интерлейкин-1β; ИЛ-1β), амифостин, 5-андростендиол, генистеин, индометафен, β-эстрадиол и др. [14, 17–19].

Цель исследования. Провести сравнительную оценку радиозащитной эффективности антиоксидантов, стероидов и цитокинов при различных вариантах радиационных воздействий. Дать оценку эффективности ИЛ-1β на моделях острого тяжелого отравления цитотоксикантами.

Материалы и методы. В качестве материала исследования использовались мыши-самцы (белые беспородные, гибриды CBA × С57В1 первого поколения и линейные BALB/c), а также белые беспородные крысы.

Применялись радиобиологические (оценка выживаемости и средней продолжительности жизни облученных животных, изучение эффективности костномозгового кроветворения), гематологические (оценка клеточного состава периферической крови у облученных животных), цитохимические (определение функционально-метаболического статуса нейтрофилов периферической крови после облучения), статистические (метод Фишера, t-критерий Стьюдента, критерий Вилкоксона – Манна – Уитни) методы исследования. Сроки введения изучаемых препаратов и их оптимальные радиозащитные дозы соответствовали данным литературы [5, 13].

Результаты и их обсуждение. Выявлено, что радиозащитная эффективность антиоксидантов, стероидов и цитокинов в отношении выживаемости и средней продолжительности жизни облученных животных при рентгеновском облучении с высокой мощностью дозы практически одинакова. Фактор изменения дозы (ФИД) для ИЛ-1β при его профилактическом введении составил 1,2; для β-эстрадиола, введенного в дозе 20 мг/кг, – 1,19 (в дозе 40 мг/кг – 1,26); для индометофена – 1,15; для генистеина – 1,23.

Установлено, что введение рекомбинантного ИЛ-1β за 24 ч до радиационного воздействия увеличивает выживаемость лабораторных животных (мышей и крыс), подвергнутых острому облучению – на 50%, пролонгированному облучению – на 60%, сочетанному внутреннему (при инкорпорации радионуклидов) и внешнему облучению – на 40%.

Наибольшую радиопротекторную эффективность ИЛ-1β проявляет при его введении за 24 ч до острого внешнего облучения с высокой мощностью дозы: ФИД препарата составляет 1,18–1,19. Однако, радиозащитный эффект ИЛ-1β проявляется и при пролонгированном внешнем облучении с низкой мощностью дозы: выживаемость облученных животных увеличивается на 60% по сравнению с контролем. Кроме того, радиопротекторная активность у ИЛ-1β проявляется и в том случае, когда, наряду с внешним пролонгированным облучением в поражающих дозах, имеет место поступление внутрь организма радионуклидов 239Pu, 137Cs и 90Sr в количествах, не вызывающих острых проявлений по критериям выживаемости. При этом ФИД препарата при его использовании в качестве средства ранней патогенетической терапии радиационных поражений составляет 1,16–1,18.

Установлено, что в условиях локального β-облучения кожи в дозе 30 Гр ИЛ-1β, введенный однократно через 2 ч после радиационного воздействия или применяемый ежедневно на протяжении всего скрытого периода, в 2 раза сокращает период выраженных проявлений местного лучевого поражения (период экссудации) и ускоряет срок формирования струпа на 2–3 суток. В репаративный период под влиянием ИЛ-l сроки отслоения струпа сокращаются на 5–6 суток.

Показано, что основой для реализации противолучевых эффектов ИЛ-1β служит гемостимулирующее действие, которое проявляется в увеличении миграционной и пролиферативной активности клеток ранних предшественников гемопоэза. В частности, применение данного препарата за 24 ч до облучения или через 1 ч после радиационного воздействия способствует сохранению жизнеспособности значительного числа кроветворных клеток-предшественников гемопоэза, о чем свидетельствуют данные, полученные при исследовании противолучевой эффективности ИЛ-1β в методиках эндогенного и экзогенного колониеобразования.

Так, в условиях профилактического и раннего терапевтического применения при всех исследуемых дозах облучения рекомбинантный ИЛ-1β предотвращал снижение числа эндогенных КОЕ-С9 у облученных мышей. Достоверные различия этого показателя по сравнению с контролем регистрировались после радиационного воздействия в дозах от 7 до 8 Гр.

Показано, что введение ИЛ-1β способствует снижению выраженности нарушений костномозгового кроветворения в методике экзогенного колониеобразования, что проявляется в уменьшении постлучевого снижения количества КОЕ-С9 у мышей различных линий. При этом радиозащитный эффект препарата в отношении клеток-предшественников проявлялся вне зависимости от радиочувствительности различных линий мышей: число колоний на селезенках облученных животных под влиянием препарата в среднем увеличивалось в 2–3 раза.

Выявлено, что у животных в условиях внешнего острого, пролонгированного и сочетанного (внешнего и внутреннего) облучения в дозах СД70/30 рекомбинантный ИЛ-1β, введенный за 24 ч до или через 1 ч после радиационного воздействия, способствует не только предотвращению ранней постлучевой лейко-, лимфо- и нейтрофилопении, но и ускоряет восстановление количества клеток белой крови в поздние сроки после облучения. В частности, профилактическое применение рекомбинантного ИЛ-1β уже через 1 сут после острого внешнего облучения приводит к повышению количества лейкоцитов в периферической крови на 25% относительно животных, получавших вместо препарата физиологический раствор. Кроме того, у животных, получавших ИЛ-1β, начало восстановления числа лейкоцитов отмечалось через 8 сут после облучения, тогда как в контроле этот процесс начинался лишь к 12 сут. Установленные эффекты ИЛ-1β обусловлены главным образом его способностью оказывать стимулирующее влияние на гранулоцитарный росток гемопоэза. Подтверждением этого является тот факт, что число нейтрофилов на протяжении всего срока исследования было выше (в среднем в 4–5 раз), чем в контроле.

Применение рекомбинантного ИЛ-1β в условиях внешнего пролонгированного и сочетанного облучения в дозе 10 Гр как с профилактической, так и лечебной целью также способствует снижению выраженности пострадиационной лейко-, нейтрофило- и лимфоцитопении в ранние сроки после облучения и предотвращает развитие гиперлейкоцитоза в поздние сроки. Кроме того, установлено, что ИЛ-1β оказывает стимулирующее влияние на нейтрофилы периферической крови облученных животных. Это проявляется в увеличении содержания катионных белков и гликогена, повышении активности миелопероксидазы и щелочной фосфатазы в клетках по сравнению с аналогичными показателями контрольных групп после острого, пролонгированного или сочетанного лучевого воздействия.

Экспериментальная оценка радиозащитной эффективности препаратов из групп антиоксидантов (генистеин), стероидов (β-эстрадиол, индометофен) в отношении показателей выживаемости и средней продолжительности жизни облученных животных при рентгеновском облучении с высокой мощностью дозы выявила их близкую радиозащитную эффективность.

Однако из изученных препаратов только ИЛ-1β обладал радиомодифицирующей эффективностью как при его профилактическом введении, так и при раннем лечебном применении после радиационного воздействия.

Учитывая, что ИЛ-1β входит в список Формуляра лекарственных средств Вооруженных сил Российской Федерации, его можно рассматривать как эффективное средство профилактики и ранней патогенетической терапии радиационных поражений, возникающих при различных лучевых воздействиях на организм.

Вместе с тем в настоящее время в клинической практике как у нас в стране, так и за рубежом в качестве стимуляторов кроветворения при панцитопенических состояниях применяют различные гемопоэтические ростовые факторы [15]. Наиболее эффективными среди них являются препараты гранулоцитарного и гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (Г-КСФ, ГМ-КСФ) [2, 8]. Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие об эффективности комплексного применения гемостимулирующих препаратов с разными механизмами действия [10]. В частности, показана эффективность совместного применения Г-КСФ и агониста рецепторов тромбопоэтина и Г-КСФ и ИЛ-1β× по показателям выживаемости, ускорению восстановления клеточности красного костного мозга и клеток периферической крови при остром радиационном воздействии [9].

Для военной медицины важно иметь лекарственное средство, одинаково эффективное как для профилактики, так и лечения радиационных и химических поражений. В качестве такого препарата может рассматриваться именно ИЛ-1β. Область его применения – коррекция лейкопении химического и радиационного генеза [12, 13]. Поэтому нами также была проведена комплексная оценка эффективности ИЛ-1β на моделях острого тяжелого отравления цитотоксикантами.

Большой группой высокотоксичных веществ, включающей отравляющие вещества (иприт, люизит, ипритно-люизитные смеси), некоторые промышленные агенты (бензол, этиленоксид, тринитротолуол и др.), лекарственные препараты (циклофосфамид, 5-фторурацил, триметамин, азатиоприн и др.), являются цитотоксиканты.

Известно, что цитоксиканты в первую очередь поражают активно делящиеся клетки, к которым относятся и кроветворные клетки, тем самым формируя цитопенический синдром и подавляя иммунную систему. При тяжелых отравлениях изменения в крови устойчивы и носят закономерный характер. В связи с этим большой интерес представляет применение препаратов, терапевтический эффект которых был бы обусловлен вмешательством в ключевые звенья патогенеза поражений цитотоксикантами, в частности, направлен на снижение выраженности миелодепрессии.

На разработанной нами модели острого тяжелого отравления цитотоксикантами проведено комплексное исследование эффективности ИЛ-1β как при профилактическом, так и при лечебном введении.

Установлено, что применение ИЛ-1β через 24 ч после введения 5-фторурацила, циклофосфамида обладает более выраженным терапевтическим эффектом, чем его применение через 1 ч после введения этих препаратов. В частности, применение ИЛ-1β через 1 ч после введения цитотоксикантов не влияет на показатели выживаемости, средней продолжительности жизни погибших животных, функционально-метаболического статуса нейтрофилов, а порой ухудшает их (табл.).

Таблица

Выживаемость (%) и средняя продолжительность жизни (сут) белых беспородных мышей при внутрибрюшинном введении ИЛ-1β через 1 и 24 ч после применения циклофосфамида в дозах 450, 500, 550 и 600 мг/кг

Примечание: * – различия по сравнению с 5-ФУ (контролем); # – по сравнению с группой животных, получивших ИЛ-1β через 1 ч, p< 0,05.

Применение ИЛ-1β через 1 ч после циклофосфамида в дозе 0,8 ЛД50 вызывает снижение числа лимфоцитов и нейтрофилов в периферической крови почти в 3 раза по сравнению с аналогичными показателями контроля, но не влияет на длительность лейкопенического синдрома.

Применение ИЛ-1β через 24 ч после введения цитотоксикантов снижает летальность затравленных животных, уменьшает глубину и длительность лейкопенического синдрома, снижает выраженность нарушений функционально-метаболического статуса нейтрофилов периферической крови.

Применение у крыс ИЛ-1β в дозе 50 мкг/кг через 24 ч после введения 5-фторурацила в дозе 1,3 ЛД50 способствует увеличению числа лейкоцитов, лимфоцитов и нейтрофилов в периферической крови. Введение интерлейкина-1β через 24 ч после циклофосфамида в дозе 0,8 ЛД50 снижает глубину лейкопении, увеличивая число лимфоцитов и нейтрофилов периферической крови по сравнению с аналогичными показателями у животных контрольной крупы в 1,5–2 раза.

Выявлено, что при использовании ИЛ-1β для коррекции токсической лейкопении, вызванной введением 5-фторурацила, клеточность органов кроветворения, число стволовых клеток и зрелых форм гранулоцитов в костном мозге и селезенке, спонтанная и митоген-индуцированная пролиферативная активность спленоцитов у отравленных мышей на 7 сут после введения токсиканта были выше, чем аналогичные показатели у животных, контрольной группы.

Обращает внимание разнонаправленность терапевтической эффективности ИЛ-1β при его применении через 1 ч после радиационного или токсического воздействия: при введении ИЛ-1β через 1 ч после радиационного воздействия отмечается не только предотвращение ранней постлучевой лейко-, лимфо- и нейтрофилопении, но и ускорение восстановления количества клеток белой крови в поздние сроки после облучения, однако применение ИЛ-1β по такой же схеме после введения цитотоксикантов увеличивает выраженность лейкопенического синдрома.

Выводы

1. В целях повышения эффективности системы профилактики и оказания медицинской помощи при радиационных и химических поражениях требуется дальнейшее изучение и обоснование оптимальных лечебно-профилактических схем применения ИЛ-1β при комбинированных (радиационно-химических) поражениях.
2. Необходимо продолжить проведение исследований по изучению эффективности комплексного применения гемостимулирующих препаратов с разными механизмами действия при различных вариантах радиационных и химических поражений, вызывающих угнетение кроветворения.
3. Перспективным видится оценка эффективности комплексного применения ИЛ-1β и колониестимулирующих факторов (Г-КСФ, ГМ-КСФ и др.) в экспериментах на крупных лабораторных животных.

About the authors

V. V. Zatsepin

Author for correspondence.
Email: zatsepin_vv@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

Yu. V. Shilov

Email: zatsepin_vv@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

References

Supplementary files