Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время различные виды ионизирующих излучений получили
широкое применение в медицине. В частности, действие пучков электронов и у-излучения как на организм в целом, так и на отдельные клетки, остается актуальным в связи с развитием методов лучевой терапии, предотвращения патологий при пересадке тканей, радионейрохирургии, стерилизации суспензий. Распространено применение ультрафиолетового излучения (УФ) в фотохимиотерапии при лечении заболеваний кожи, используются его бактерицидные свойства.
В ряде случаев ионизирующее излучение применяется совместно с химфармпрепаратами. Для уменьшения воздействия на клетки тканей свободных радикалов, возникающих при действии ионизирующего излучения, используют антиоксидантные препараты. При операционных вмешательствах, в том числе с использованием методов лучевой терапии, применяются анестезирующие вещества. В ряде клинических процедур при критических состояниях и в плановой терапии различных заболеваний используются газотранспортные кровезаменители. Как правило, исследуется эффекты, характерные для совместной реакции систем организма в целом. Использование ионизирующего излучения и химфармпрепаратов приводит к изменению состояния мембран клеток, выполняющих жизненно важные клеточные функции. Является актуальным изучение в модельном эксперименте механизма действия физико-химических факторов на отдельные структуры, в том числе, клеточные мембраны, и установление оптимальных доз излучения и концентраций химфармпрепаратов.
В результате воздействия ионизирующего излучения и химфармпрепаратов могут возникнуть скрытые (потенциальные) повреждения, которые проявятся через длительное время. Метод калиброванной электропорации позволяет оценить степень поражения биологических мембран сразу после воздействия. Представляется интересным использование метода для исследования динамики повреждений мембран клеток.
В настоящее время для оптимизации методов лучевой терапии предлагается использовать комбинированное воздействие на клетки ионизирующего излучения, химфармпрепаратов и импульсного электрического поля. Необходимо изучение состояния мембран эритроцитов при совместном действии разнородных факторов.
Актуальным остается исследование действия на мембраны ионизирующего излучения как в летальных дозах, так и в малых дозах, при которых наблюдается нелинейный отклик системы.
Целью работы является экспериментальное исследование воздействия пучков электронов, у- и УФ излучения в сочетании с химфармпрепаратами на мембраны эритроцитов.
Задачи исследования
Экспериментальное исследование воздействия пучков электронов в дозах 750 - 2500 Гр в сочетании с химфармпрепаратами в различных концентрациях на мембраны эритроцитов.
Выявление скрытых повреждений биологических мембран при воздействии у-излучения в малых дозах (1 - 35 Р) и химфармпрепаратов в малых концентрациях методом калиброванной электропорации.
Исследование воздействия УФ излучения на мембраны эритроцитов в сочетании с различными концентрациями химфармпрепаратов.
Оптимизация метода калиброванной электропорации для выявления скрытых повреждений мембран эритроцитов в результате воздействия пучка ускоренных электронов, у-излучения, УФ излучения и химфармпрепаратов.
Оценка количества повреждений мембран эритроцитов в результате воздействия ионизирующих излучений и химфармпрепаратов.
Научная новизна работы
Показано, что воздействие ионизирующего излучения (пучок электронов в дозе 2500 Гр) и химфармпрепарата (эсмерон в концентрациях 1 мкл на 1 мл крови) вызывает нелинейную зависимость константы скорости гемолиза от концентрации эритроцитов в суспензии.
Экспериментально установлено, что воздействие пучка электронов в сочетании с миорелаксантом (эсмероном) на суспензию вызывает скрытые повреждения мембран эритроцитов.
Показано, что при воздействии пучка электронов на суспензию эритроцитов кровезаменитель (перфторан) может выполнять протекторную функцию.
Показано, что при воздействии ионизирующего излучения и химфармпрепаратов по отдельности и при их сочетании изменяется значение порогового потенциала электрического пробоя мембран.
Физическим методом показано, что при воздействии УФ излучения на суспензию эритроцитов антиоксиданты (таурин, глютатион) и спирт (этанол) изменяют константу скорости гемолиза клеток.
В результате воздействия у-излучения в малых дозах (1 - 35 Р) выявлены
скрытые повреждения биологических мембран.
Показано, что малые концентрации химфаримпрепаратов (глютатион 0,02 - 2 мкг/мл, таурин 0,02 - 20 мкг/мл, этанол 0,04 - 50 мкл/мл), а также их сочетание с УФ излучением вызывают скрытые повреждения биологических мембран.
Установлена зависимость степени скрытых повреждений мембран эритроцитов от температурных и временных параметров суспензии с помощью метода калиброванной электропорации.
Практическая значимость работы
Установленные в модельном эксперименте диапазоны концентраций химфармпрепаратов с выраженными радиопротекторными свойствами могут быть приняты во внимание при планировании лучевой терапии в клинике. Установленные данные могут быть учтены при разработке технологий воздействия ионизирующих излучений и химфармпрепаратов на красные клетки крови. Результаты, полученные в диссертации, могут быть включены в программу лекций и практических занятий студентов высших учебных заведений, специализирующихся в области ядерной физики, радиобиологии, биофизики и медицины.
Достоверность научных результатов и выводов обеспечена строгим соблюдением методик экспериментов, высокой воспроизводимостью экспериментальных данных. Полученные данные согласуются с экспериментальными данными и выводами работ других авторов, новые данные согласуются с современными представлениями по рассматриваемой проблеме.
Основные положения, выносимые на защиту
При воздействии ионизирующего излучения на биологические мембраны экспериментально определены концентрации химфармпрепаратов, уменьшающие и увеличивающие скрытые структурные дефекты мембраны.
Ионизирующее излучение (у-излучение) в малых дозах и антиоксиданты в малых концентрациях вызывают нестабильный биологический ответ наноструктур (мембран эритроцитов).
В результате воздействия пучка электронов константа скорости гемолиза в зависимости от концентрации эритроцитов изменяется нелинейно.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались на следующих российских и международных конференциях и симпозиумах: 4 International Workshop on Space Radiation Research and 17th Annual NASA Space Radiation Health Investigators' Workshop (Москва, 2006); III Съезд биофизиков России (Воронеж, 2004); II Евразийский конгресс по медицинской физике (2005); 2n , 3r and 4і International Summer Student School "Nuclear Physics Methods and Accelerators in Biology and Medicine (2003, 2005 и 2007); V и VI Межвузовская научная школа молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине» (Москва, 2004, 2005); «Ломоносовские чтения» (Москва, 2005, 2006); XI Российский национальный конгресс «Человек и лекарство» (Москва, 2004); Всероссийская конференция «Радиобиологические основы лучевой терапии» (Москва, 2005); European Association for Red Cell Research ,15th and 16 th Meeting (Murten, Switzerland, 2005, England, Oxford, 2007); 57 International conference on nuclear physics «Nucleus 2007» (Voronezh, 2007).
Работы в данной области поддержаны грантом РФФИ № 71/07-Р и награждены серебряной медалью 7 Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, 2007).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 17 научных работ. Из них 11 статей в реферируемых журналах: «Вестник Московского университета» - 2, «Технологии живых систем» - 1, «Медицинская физика» - 1, «Радиационная биология. Радиоэкология» - 1, «Общая реаниматология» - 6; 2 патента на изобретение.
Личный вклад автора
Экспериментальные и методические исследования выполнены при непосредственном участии автора на кафедре физики ускорителей высоких энергий физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, в НИИЯФ МГУ им. Д. В. Скобельцына, на кафедре медицинской и биологической физики ММА им. И.М. Сеченова, в ГУ НИИ общей реаниматологии РАМН и в городской клинической больнице № 33 им. А. А. Остроумова. Теоретические оценки сделаны лично автором.
Объем и структура диссертации
