Введение к работе
Актуальность работы. Необходимость исследования биомедицинской модели опухолевых заболеваний в настоящее время диктуется высокой распространенностью и смертностью от рака. Проблема злокачественного роста является на сегодня одной из самых актуальных в биологии и медицине [Максимов С.Я., 2012]. Показана роль активных форм кислорода (АФК) и инициируемого ими перекисного окисления липидов (ПОЛ) в механизмах канцерогенеза [Ланкин В.З., 2001; Das U.N., 2002]. АФК являются основным источником свободных радикалов, избыточное образование которых приводит к повреждающему действию на клетки [Фархутдинов Р.Р., 2011]. Важную роль в защите клеток от повреждающего действия АФК играет система антиоксидантной защиты (АОЗ) [Смирнова Л.П., 2002]. Снижение активности антиоксидантной системы или ее несостоятельность способствует повышению активности ПОЛ, что в конечном итоге приводит к мембранопатологическим процессам [Алексеева Н.В., 2000]. Состояние, при котором происходит активация ПОЛ на фоне депрессии или недостаточности естественных антиоксидантных систем называется окислительным стрессом. Соотношение про- и антиоксидантного статуса организма играет важную роль в возникновении и развитии неоплазмы [Чеснокова Н.П., 2004].
Рак шейки матки (РШМ) – одна из актуальных проблем онкогинекологии. По данным ВОЗ ежегодно в мире выявляется около 500 тысяч новых случаев, более 270 тысяч женщин умирают от РШМ [Waggoner S.E., 2003]. В России в последние десятилетия отмечается высокий показатель запущенности РШМ и увеличение числа больных молодого возраста [Морхов К.Ю., 2009].
Широкому использованию лазеров в онкологической клинике препятствует отсутствие единой точки зрения на возможность стимуляции пролиферации опухолевого узла и процессов метастазирования, невозможность воздействия в точных границах опухоли без повреждения здоровых тканей, а также отсутствие данных об изменении биологического портрета злокачественных опухолей различной тканевой организации при воздействии лазерного излучения (ЛИ) с различными параметрами.
В коррекции рака исходным повреждающим агентом преимущественно считают синглетный кислород, что объяснятся его высокой химической активностью [Захаров С.Д., 1999], который может участвовать в цепных свободно-радикальных реакциях, окислять аминокислоты в белках, гуанин в ДНК, инициировать ПОЛ [Schweitzer C., 2003]. Итогом подобных нарушений при превышении репаративных возможностей клетки становится ее деструкция. Светокислородный эффект (СКЭ) заключается в активировании или повреждении биосистем оптическим излучением (в зависимости от световой дозы) посредством прямого фотовозбуждения растворенного в них молекулярного кислорода в синглетное состояние [Захаров С.Д., 1999]. Л.В. Корси с соавт. (2009) в работах по воздействию ЛИ на клетки опухоли установили, что облучение на длине волны 1268 нм приводит к образованию синглетного кислорода и индуцируемых им реакций окисления, так как ближний инфракрасный диапазон является спектром поглощения кислорода [Иванов А.В., 2003; Амбарцумян Р.В., 2004].
Показано, что существует определенная предельная мощность антиоксидантной системы клеток и (или) организма - антиоксидантная система успешно справляется только с определенным количеством свободных радикалов, появляющихся в единицу времени [Корси Л.В., 2009]. Если этот порог превысить, то можно ожидать появления необратимых повреждений, которые при достаточном количестве могут вызвать гибель клеток. Для увеличения СКЭ, вероятно, требуется увеличение интенсивности ЛИ, что возможно за счет увеличения импульсной мощности при сохранении средней мощности [He H., 2009].
В соответствии с вышеизложенным, целью исследования было изучение про- и антиоксидантного статуса в динамике экспериментального рака шейки матки (РШМ-5) и при действии ЛИ.
Основные задачи исследования:
-
Изучить активность компонентов системы «перекисное окисление липидов - антиоксиданты» (ПОЛ-АО) в эритроцитах, плазме крови и опухолевой ткани мышей на разных стадиях роста экспериментального РШМ-5;
-
Оценить влияние фемтосекундного лазерного излучения (ФСЛИ) на параметры системы ПОЛ-АО в эритроцитах и плазме крови интактных мышей;
-
Оценить влияние излучения лазера вынужденного комбинационного рассеивания (ВКР) на параметры системы ПОЛ-АО в эритроцитах и плазме крови интактных мышей;
-
Исследовать влияние фемтосекундного (ФС) лазера на параметры компонентов системы ПОЛ-АО в эритроцитах, плазме крови и неоплазме мышей с РШМ-5;
-
Определить изменения в системе ПОЛ-АО в эритроцитах, плазме крови и неоплазме мышей с РШМ-5 после облучения ВКР-лазером;
-
Оценить морфометрические показатели опухолевой паренхимы и стромы в динамике роста опухоли и после воздействия лазерного излучения.
Научная новизна. Получены новые данные об изменении уровня ПОЛ и динамики показателей ферментативного звена антиоксидантной системы в эритроцитах, плазме крови и опухолевой ткани у мышей в динамике экспериментального РШМ. Проведена оценка влияния излучения фемтосекундного импульсного волоконного эрбиевого лазера с длиной волны 1550 нм и пиковой мощностью 6 кВт и излучения непрерывного высокоинтенсивного волоконного ВКР-лазера с рабочей мощностью 5,5 Вт и длиной волны 1265 нм, являющегося уникальной совместной разработкой института общей физики РАН и Центра Нанотехнологий УлГУ, на параметры системы ПОЛ-АО в эритроцитах, плазме крови и неоплазме мышей с экспериментальным РШМ.
Научно-практическая значимость. Полученная в итоге проведенного фундаментального исследования система новых физиологических данных об особенностях процессов ПОЛ в динамике прогрессирования РШМ-5 представляет интерес для теоретических и прикладных разделов физиологии и патофизиологии, а также экспериментальной онкологии. Данные по состоянию системы ПОЛ-АО в процессе роста опухоли можно использовать в эксперименте и клинике, в частности, при проведении антиоксидантной коррекции. Исследования по использованию ЛИ могут быть положены в основу изучения практических аспектов применения этого физического фактора в качестве адъюванта эффективности специфического воздействия на неоплазму.
Положения, выносимые на защиту:
-
При прогрессировании экспериментального рака шейки матки система ПОЛ-АО в неоплазме, а также в плазме крови и эритроцитах организма-опухоленосителя переходит на более высокий уровень функционирования.
-
ФСЛИ с пиковой интенсивностью 1910,8 Вт/см2 и средней интенсивностью 0,398 мВт/см2 повышает уровень функционирования системы ПОЛ-АО в эритроцитах и плазме крови интактных мышей при дозе облучения 2,4 Дж/см2. Влияние непрерывного излучения ВКР-лазера со средней интенсивностью 0,177 Вт/см2 на интактных мышей имеет дозозависимый характер, повышает уровень функционирования системы ПОЛ-АО и не стимулирует в организме возникновение оксидативного стресса.
-
Воздействие ФСЛИ на мышей с экспериментальным РШМ на стадии интенсивного роста опухоли в дозах 2,4 и 3,6 Дж/см2 стимулирует в последней возникновение оксидативного стресса. Непрерывное облучение ВКР-лазером в дозе 1062 Дж/см2 мышей с экспериментальным РШМ стимулирует возникновение оксидативного стресса в неоплазме в фазу интенсивного роста опухоли.
-
Воздействие фемтосекундного лазера на неоплазму РШМ-5 дозозависимо повышает удельный объем некрозов при снижении удельного объема паренхимы, митотического и апоптотического индексов. Непрерывное излучение ВКР-лазера в тех же условиях не вызывает значимых морфологических изменений в неоплазме.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на Международной научной конференции "Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации" (Оренбург, 2010), Международной научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь и наука XXI века» (Ульяновск, 2010), SPIE BiOS Symposium (San Francisco, 2011), Всероссийской молодежной научной конференции Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения РАН (Сыктывкар, 2011), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Сибирский медико-биологический конгресс» (Барнаул, 2011), Российской научно-практической конференции с элементами научной школы для молодежи «Модниковские чтения» (Ульяновск, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, иллюстрирована 23 рисунками и 11 таблицами. Список используемой литературы содержит 269 источников, из которых 120 иностранных авторов.
