Морфофункциональная характеристика печени после введения аскорбиновой кислоты в модели лучевого гепатита
- Авторы: Демяшкин Г.А.1,2, Якименко В.А.3, Вадюхин М.А.3, Китиева А.А.3, Васильева Н.В.3
-
Учреждения:
- Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)
- Национальный медицинский исследовательский центр радиологии
- Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)
- Выпуск: Том 21, № 2 (2024)
- Страницы: 134-140
- Раздел: Оригинальные исследования
- URL: https://journals.eco-vector.com/1994-9480/article/view/623510
- DOI: https://doi.org/10.19163/1994-9480-2024-21-2-134-140
- ID: 623510
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Лучевой гепатит развивается как при непосредственном облучении злокачественных новообразований печени, так и органов брюшной полости. Важной задачей современной радиобиологии является разработка методов профилактики острых и хронических постлучевых осложнений, например, введением протекторов. Материалы и методы. Крысы породы Вистар (n = 40) были поделены на группы: I – контрольная (n = 10); II (n = 10) – облучение электронами; III (n = 10) – введение аскорбиновой кислоты до облучения электронами; IV (n = 10) – введение аскорбиновой кислоты. Проводили биохимический анализ крови, анализ оксидантного статуса, морфологическое, морфометрическое и статистическое исследования. Результаты. В III группе отмечали менее выраженное изменение основных морфологических и морфометрических показателей по сравнению со II группой; показатели биохимического анализа и оксидантного статуса приближались к контрольным значениям. Выводы. По результатам проведенного исследования выявили, что локальное облучение электронами через неделю приводит к нарушению гистоархитектоники печени, а введение аскорбиновой кислоты снижает глубину и диапазон постлучевого гепатита.
Ключевые слова
Полный текст
Лучевой гепатит развивается как при непосредственном облучении злокачественных новообразований печени, так и органов брюшной полости. Кроме того, радиационно-индуцированная дисфункция печени может развиваться при воздействии радиации на организм человека вследствие техногенных катастроф. Контроль радиоактивности регламентируется множеством документов, однако меры профилактики и лечения острой и хронической лучевой болезни еще нуждаются в уточнении и оптимизации [1, 2].
В некоторых исследованиях продемонстрировано изменение гистоархитектоники печени при использовании Х- или γ-облучения. Воздействие γ-излучения в дозе 30 Гр в 5–10 % случаев приводит к поражению печени, а увеличение дозы до 43 Гр – в 50 % случаев. Эффективной при радиотерапии рака печени считается доза выше 60 Гр, однако она увеличивает риск летальности до 76 % из-за постлучевой печеночной недостаточности. К настоящему времени не существует эффективного лечения лучевого гепатита, который приводит к необратимой печеночной недостаточности и смерти [3]. Однократное Х-облучение уже в дозе 8 Гр приводит к отеку гепатоцитов, множественным геморрагиям и застою синусоидов [3]. В другом исследовании, воздействие однократного общего γ-облучения даже в низкой дозе (4 Гр) вызывало повреждения на клеточном и субклеточном уровнях: разрушение структуры ДНК и митохондрий, приводящее к апоптозу гепатоцитов [4].
Исследования воздействия электронов на печень в современной специализированной литературе единичны, а их результаты, как правило, противоречивы. Необходимо проведение комплексной морфофункциональной оценки изменений паренхимы печени с выявлением степени сенсибилизации гепатоцитов к ИИ вне опухоли, а также при облучении злокачественных новообразований соседних органов. Не менее важной задачей современной радиобиологии является разработка методов профилактики острых и хронических постлучевых осложнений, например, введение протекторов и др.
Известно, что эффекты ионизирующего излучения опосредованы прямым (разрывы и сшивки ДНК) и косвенным (оксидативный стресс) путями [5]. При разработке методов профилактики лучевой болезни точкой приложения протекторных средств являются именно косвенные эффекты: антиоксиданты наиболее выраженно снижают концентрацию свободных радикалов, способных повреждать органы и ткани локально или системно (при распространении в кровотоке) [6]. В качестве препарата, снижающего степень лучевого гепатита и печеночной недостаточности, была выбрана аскорбиновая кислота, обладающая доказанным антиоксидантным свойством [7].
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Морфологическая оценка печени после введения аскорбиновой кислоты в модели лучевого гепатита.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Крысы породы Вистар (Rattus Wistar; n = 40) были поделены на четыре экспериментальные группы:
- I – контрольная (n = 10), которым вводили раствор NaCl 0,9%-й;
- II (n = 10) – фракционное локальное облучение электронами в суммарной облучающей дозе (СОД) 30 Гр;
- III (n = 10) – интраперитонеальное введение аскорбиновой кислоты в дозе 50 мг/кг за 1 ч до локального облучения электронами в СОД 30 Гр;
- IV (n = 10) – интраперитонеальное введение аскорбиновой кислоты в дозе 50 мг/кг.
Локальное облучение электронами животных проводили на линейном акселераторе NOVAC-11. Живот-ных всех групп (I–IV) выводили из эксперимента путем введения высоких доз анестетика через неделю после последней фракции. Все манипуляции выполняли согласно «Международным рекомендациям по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (ЕЭС, Страсбург, 1985) и Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации.
Биохимический анализ сыворотки крови. В крови, полученной от животных, измеряли уровни аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартатаминотрансферазы (АСТ), щелочной фосфатазы (ЩФ) и общего билирубина при помощи биохимического анализатора.
Исследование маркеров оксидативного стресса. Ткани печени (200 мг) гомогенизировали и центрифугировали в течение 5 мин при 1000 g на ледяной бане для получения 10%-го гомогената. Гомогенат подвергали центрифугированию, производили забор супернатанта для дальнейшего анализа. Уровни малонового диальдегида (MDA) и супероксиддисмутазы (SOD) были анализированы в соответствии с требованиями набора ELISA kit (Lifespan Biosciences, USA).
Гистологическое исследование. Фрагменты печени фиксировали в растворе забуференного формалина, после проводки в автоматическом режиме заливали в парафиновые блоки, готовили серийные срезы (толщиной 2 мкм), депарафинировали, дегидратировали и окрашивали гематоксилином и эозином. Гистологические микропрепараты изучали под микроскопом Leica DM2000 с микрофотосъемкой. Использовали установленные гистологические критерии для оценки степени повреждения печени в баллах [8] (табл. 1).
Морфометрическое исследование. Морфометриче-ский анализ проводили в 10 случайно выбранных полях зрения микроскопа при увеличении ×400 в 5 рандомных срезах с каждого образца с использованием анализатора изображений Leica Application Suite (LAS) Version 4.9.0 и компьютерной программы Image J. При этом рассчитывали следующие параметры: объемную плотность гепатоцитов, средний диаметр гепатоцита (в мкм), средний диаметр центральной вены (в мкм), количество клеток Купфера (в 1 см2).
Полученные в результате подсчета данные обрабатывали с использованием компьютерной программы SPSS 12 for Windows statistical software package (IBM Analytics, США). Данные выражены как среднее значение ± стандартное отклонение. Сравнения проводились с использованием дисперсионного анализа. Проведен анализ с использованием теста Крускал – Уоллиса и U-теста Манна – Уитни. Значение p < 0,05 считалось статистически значимым.
Таблица 1
Индекс гистологической активности для оценки фрагментов печени (по Knodell с изм.)
I | Перипортальный ± мостовидный некроз | Балл | II | Дистрофия, атрофия, некроз гепатоцитов | Балл | III | Инфильтрация портальных трактов | Балл | IV | Фиброз | Балл |
A | нет | 0 | A | нет | 0 | A | нет портального воспаления | 0 | A | нет | 0 |
B | слабый некроз | 1 | B | слабая (ацидофильные тельца, баллонная дистрофия, фокальные некрозы гепатоцитов менее чем в 1/3 печеночных долек) | 1 | B | слабая (распределение воспалительных клеток менее чем в 1/3 портальных трактов) | 1 | B | перипортальный фиброз | 1 |
C | умеренный некроз менее 50 % окружности портальных трактов | 3 | C | умеренная (затрагивает от 1/3 до 2/3 печеночных долек) | 3 | C | умеренная (увеличение количества воспалительных клеток в 1/3–2/3 доле портальных трактов) | 3 | C | мостовидный фиброз (портально-портальный или портально-центральный) | 3 |
D | значительный некроз более чем 50 % окружности портальных трактов | 4 | D | выраженная (более 2/3 печеночных долек) | 4 | D | выраженная (плотная воспалительная инфильтрация более чем в 2/3 портальных трактов) | 4 | D | цирроз | 4 |
E | умеренный некроз + мостовидный некроз | 5 | |||||||||
F | значительный некроз + мостовидный некроз | 6 | |||||||||
G | мультилобулярный некроз | 10 |
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Биохимический анализ крови. Через неделю после воздействия фракционного локального облучения электронами во II группе обнаружено увеличение показателей аланинаминотрансферазы (АлАТ), аспартатаминотрансферазы (АсАТ), щелочной фосфатазы (ЩФ) и общего билирубина по сравнению с контрольными значениями. В то же время наблюдали менее выраженное увеличение перечисленных показателей в группе, в которой вводили аскорбиновую кислоту (табл. 2).
Таблица 2
Показатели биохимического анализа крови контрольной и опытных групп
Группа | АлАТ, Ед./л | АсАТ, Ед./л | ЩФ, Ед./ л | Билирубин, мкмоль/л |
Контроль | 30,3 ± 0,9 | 148,2 ± 3,3 | 24,6 ± 0,5 | 6,9 ± 0,3 |
Облучение | 73,4 ± 2,1a | 179,3 ± 3,5a | 68,3 ± 1,1a | 11,1 ± 0,5а |
Облучение + АК | 44,6 ± 1,3b | 167,6 ± 3,4b | 42,1 ± 0,8b | 8,6 ± 0,4 b |
АК | 29,4 ± 0,7 | 143,4 ± 3,3 | 26,7 ± 0,6 | 6,8 ± 0,3 |
Примечание: данные представлены в виде средних значений (диапазон), проведены тест Крускал – Уоллиса и U-тест Манн – Уитни. Статистическая достоверные различия по сравнению с контролем в группах Облучение (а) и Облучение + АК (b); р <0,05.
Оценка оксидантного статуса. В гомогенате тканей печени после фракционного облучения электронами в дозе 30 Гр обнаружили увеличение уровня малонового диальдегида (MDA) в 2,4 раза и снижение уровня супероксиддисмутазы (SOD) в 2,6 раза по сравнению с контролем. Менее выра- женные изменения MDA и SOD обнаружили в III груп- пе: увеличение MDA в 1,6 раза и уменьшение SOD в 1,4 раза по сравнению со значениями контрольной группы. В IV группе не наблюдали достоверного изменения уровней SOD и MDA по сравнению с контролем (рис. 1).
* Статистически достоверные различия по сравнению с контрольной группой (р < 0,05). Рис. 1. Показатели супероксиддисмутазы (SOD) и малонового диальдегида (MDA) в гомогенатах печени контрольной и опытных групп
Гистологическое исследование. В контрольной группе отмечали нормальную гистоархитектонику печеночной паренхимы: печеночные балки, радиально отходящие от центральной вены, с гепатоцитами полигональной формы и центрально расположенным крупным ядром. Между печеночными балками расположены единичные клетки Купфера, выстилающие синусоиды. Оценка по шкале HAI составила 0 баллов (рис. 2).
В группе фракционного локального облучения электронами в СОД 30 Гр через неделю наблюдали мелкие кисты; баллонную дистрофию большинства гепатоцитов (вакуолизацию цитоплазмы и пикноз ядер), преимущественно в зоне III; фокальную атрофию 1/3–2/3 части печеночных долек; умеренный частичный некроз (менее 50 % окружности большинства портальных трактов); клеточную воспалительную инфильтрацию 1/3–2/3 части портальных трактов (в том числе мононуклеарными клетками); фиброз отсутствовал (по шкале HAI, в среднем, 9 баллов). Кроме того, обнаружили расширение и застой синусоидов, гиперплазия клеток Купфера, перисинусоидальные кровоизлияния, гиперплазию стенки желчных протоков (рис. 2).
|
|
|
Контроль | СОД 30 Гр | СОД ٣٠ Гр + АК |
Рис. 2. Печень контрольной и опытных групп. Окрашивание гематоксилином и эозином, ув. × 400
Введение аскорбиновой кислоты в III группе привело к менее выраженному повреждению печени в соответствии с морфологическими критериями: фокальную атрофию и вакуолизацию цитоплазмы некоторых гепатоцитов (менее чем в 1/3 части печеночных долек), воспалительный инфильтрат занимал менее 1/3 части портальных трактов, фиброз отсутствовал (по шкале HAI, в среднем, 4 балла) (рис. 2).
Достоверных различий в морфологической картине IV группы по сравнению с контролем не выявили.
Морфометрическое исследование. При морфометрическом исследовании печени через неделю после фракционного локального облучения электронами в СОД 30 Гр обнаружили резкое снижение объемной плотности (уменьшение количества гепатоцитов на единицу объема) и диаметра гепатоцитов, что сопровождалось расширением диаметра центральной вены (в 4,3 раз) и гиперплазией клеток Купфера по сравнению с контрольными значени-ями (табл. 3).
Предлучевое введение аскорбиновой кислоты через неделю после фракционного локального облучения электронами в СОД 30 Гр привело к менее выраженному снижению объемной плотности и диаметра гепатоцитов и незначительному увеличению диаметра центральной вены (в 2,3 раз) и количества клеток Купфера по сравнению с контрольными значениями. В IV группе не обнаружили достоверной разницы в исследуемых морфометрических параметрах по сравнению с контрольной группой (табл. 3).
Таблица 3
Морфометрические показатели печени контрольной и опытных групп
Группа | Объемная плотность гепатоцитов | Диаметр гепатоцита, мкм | Диаметр центральной вены, мкм | Количество клеток Купфера, в 1 см2 |
Контроль | 0,794 ± 0,004 | 1,1 ± 0,04 | 5,6 ± 0,05 | 4825,3 ± 9,2 |
Облучение | 0,539 ± 0,002a | 2,9 ± 0,05a | 24,3 ± 0,6a | 7274,2 ± 37,8a |
Облучение + АК | 0,681 ± 0,003b | 1,7 ± 0,04b | 12,8 ± 0,3b | 5961,9 ± 23,5b |
АК | 0,789 ± 0,004 | 1,1±0,03 | 5,7 ± 0,05 | 4812,7 ± 14,7 |
Примечание: данные представлены в виде средних значений (диапазон), проведены тест Крускал – Уоллиса и U-тест Манн – Уитни. Статистическая достоверные различия по сравнению с контролем в группах Облучение (а) и Облучение + АК (b); р < 0,05.
Настоящая работа посвящена структурно-функциональному исследованию протективного эффекта аскорбиновой кислоты на печень в модели лучевого гепатита, индуцированного фракционным облучением электронами в СОД 30 Гр.
В процессе развития постлучевых поражений выделяют две фазы: воспалительную (раннюю) и фибропластическую (позднюю) [9]. В настоящем исследовании уделено внимание воспалительной фазе, развивающейся после воздействия на печень локального облучения электронами в СОД 30 Гр – лучевому гепатиту. Радиационно-индуцированное повреждение печени было подтверждено в соответствии с общепринятыми гистологическими критериями [8].
Биохимический анализ крови после локального облучения электронами в СОД 30 Гр демонстрировал увеличение концентраций индикаторных (АлАТ, АсАТ) и экскреторных (ЩФ) ферментов печени, а также общего билирубина. Такие изменения свидетельствуют о функциональной несостоятельности печени, вероятно связанной с развитием патологических лабораторных синдромов цитолиза (АлАТ, АсАТ) и холестаза (ЩФ, билирубин) в результате радиационно-индуцированной гибели гепатоцитов. Помимо прямого воздействия электронов на ДНК гепатоцитов, существует косвенный механизм, который заключается в генерации высоких концентраций активных форм кислорода, реактивных форм азота, продуктов перекисного окисления липидов и других свободных радикалов [5]. Это приводит к развитию оксидативного стресса и истощению антиоксидантной системы. Лабораторно это подтверждено интенсификацией перекисного окисления липидов (уровень малонового диальдегида в гомогенате печени) и угнетением антиоксидантной защиты (снижение концентрации одного из наиболее важных ферментов – супероксиддисмутазы). Аналогичные, однако более выраженные, результаты были получены другими авторами при использовании γ-излучения [10]. Кроме того, не исключено влияние ионизирующего излучения на сосуды с развитием вторичного ишемического повреждения печени.
Так, принимая во внимание отсутствие эффективных методов защиты ДНК от прямого воздействия ионизирующего излучения, большинство исследований направлено на разработку методов профилактики и лечения косвенного радиационно-индуцированного повреждения органов. В этом контексте используются протекторные препараты, наиболее известными из которых являются антиоксиданты, например, аскорбиновая кислота.
Предлучевое введение аскорбиновой кислоты способствует снижению генерации токсичных свободных радикалов (относительно низкие уровни MDA) и предотвращает развитие оксидативного стресса, поддерживая состоятельность антиоксидантной системы (уровень SOD практически приближался к контрольным значениям). Это привело к уменьшению степени постлучевого повреждения печени и замедлению гибели гепатоцитов, что подтверждено результатами морфологического, морфометрического и биохимического исследований, позволяя говорить о возможном протективном действии аскорбиновой кислоты.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По результатам морфофункционального исследования печени выявили, что локальное облучение электронами в СОД 30 Гр через неделю приводит к нарушению гистоархитектоники с развитием лучевого гепатита. Введение аскорбиновой кислоты снижает глубину и диапазон радиационно-индуцированного повреждения, усиливает эффективность антиоксидантной защиты.
Об авторах
Григорий Александрович Демяшкин
Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет); Национальный медицинский исследовательский центр радиологии
Email: dr.dga@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8447-2600
доктор медицинских наук, заведующий лабораторией гистологии и иммуногистохимии; заведующий отделом патоморфологии
Россия, Москва; ОбнинскВладислав Андреевич Якименко
Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)
Email: Yavladislav87@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2308-6313
врач анестезиолог-реаниматолог, аспирант
Россия, МоскваМатвей Анатольевич Вадюхин
Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)
Email: vma20@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6235-1020
студент института клинической медицины им. Н.В. Склифосовского
Россия, МоскваАлина Алихановна Китиева
Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)
Email: kitievalina@gmail.com
ORCID iD: 0009-0008-7422-4855
студент института клинической медицины им. Н.В. Склифосовского
Россия, МоскваНаталья Васильевна Васильева
Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)
Автор, ответственный за переписку.
Email: Vaasilevaan@ya.ru
ORCID iD: 0009-0000-3536-1496
студент института клинической медицины им. Н.В. Склифосовского
Россия, МоскваСписок литературы
- Радиационная защита и безопасность источников излучения: Международные основные нормы безопасности. Серия норм безопасности МАГАТЭ. No. GSR Part 3. Safety Standards Series. 2015. 477 с. URL: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1578_R_web.pdf.
- Singh V.K., Seed T.M. Pharmacological management of ionizing radiation injuries: current and prospective agents and targeted organ systems. Expert Opin Pharmacother. 2020;21(3):317–337. doi: 10.1080/14656566.2019.1702968.
- Yang W., Shao L., Zhu S. et al. Transient Inhibition of mTORC1 Signaling Ameliorates Irradiation-Induced Liver Damage. Front Physiol. 2019;10:228. doi: 10.3389/fphys. 2019.00228.
- Abdel-Aziz N., Haroun R.A., Mohamed H.E. Low-Dose gamma radiation modulates liver and testis tisues response to acute whole body irradiation. Dose Res-ponse. 2022;20(2): 15593258221092365. doi: 10.1177/15593258221092365.
- Reisz J.A., Bansal N., Qian J. et al. Effects of ionizing radiation on biological molecules--mechanisms of damage and emerging methods of detection. Antioxid Redox Signal. 2014;21(2):260–292. doi: 10.1089/ars.2013.5489
- Campesi I., Brunetti A., Capobianco G., et al. Sex differences in x-ray-induced endothelial damage: effect of taurine and n-acetylcysteine. antioxidants. 2023;12:77. doi: 10.3390/antiox12010077.
- Attia A.A., Hamad H.A., Fawzy M.A. et al. The Prophylactic Effect of Vitamin C and Vitamin B12 against Ultraviolet-C-Induced Hepatotoxicity in Male Rats. Molecules. 2023;28(11):4302.
- Knodell R.G., Ishak K.G., Black W.C. et al. Formula- tion and application of a numerical scoring system for assessing histological activity in asymptomatic chronic active hepatitis. Hepatology. 1981;1(5):431–435. doi: 10.1002/hep.1840010511.
- Straub J.M., New J., Hamilton C.D. et al. Radiation-induced fibrosis: mechanisms and implications for therapy. J Cancer Res Clin Oncol. 2015;141(11):1985–1994. doi: 10.1007/s00432-015-1974-6.
- Azab K.S., Maarouf R.E., Abdel-Rafei M.K. et al. Withania somnifera (Ashwagandha) root extract counteract acute and chronic impact of γ-radiation on liver and spleen of rats. Hum Exp Toxicol. 2022;41:9603271221106344. doi: 10.1177/09603271221106344.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)