Введение к работе
Актуальность проблемы. Масштабность и интенсивность научных разработок, связанных с изучением биологии стволовых клеток, в том числе моле-кулярно-генетических механизмов клеточной дифференцировки, определяются значимостью этих исследований для осмысления фундаментальных основ жизнедеятельности организма [Чертков ИЛ, Дризе НИ , 2001; Малайцев В.В и соавт, 2002] Установлена пластичность региональных стволовых клеток, проявляющаяся в их способности к дифференцировке с изменением спектра диф-ференцировочных потенций в пределах клеточных линий, происходящих как от общего раннего предшественника (ортодоксальная пластичность), так и из одного или разных зародышевых листков (неортодоксальная пластичность) [Та-kahashi Т, et al, 1999, Bjornson С R R et al, 1999, Verfaillie С M, 2000, Bianco P et al, 2001 и др ] Система клеточного обновления кроветворения является одной из ведущих моделей современной биологии для изучения глубинных функций генома при дифференцировке клеток [Чертков ИЛ, Дризе НЛ, 2001] Перспективными являются разработки клеточно-заместительных технологий, направленных на преодоление прогрессивной потери клеток в результате различных патологических процессов и старения организма - трансплантология стволовых клеток [The hemopoietic stem cell, 1989], создание клонов теломери-зованных клеток, по сюйствам напоминающих стюловые клетки [Narashima М etal, 2005, Егоров ЕЕ и соавт, 2007].
Приоритет в изучении биологии стволовых клеток принадлежит радиобиологическим исследованиям [Curry JL, Trentm JJ, 1967, Флиднер Т.М, 1974, Lajtha JG , 1979, Конопляников АГ, 1984] Дэ настоящего времени радиационный фактор остается потенциально опасным вследствие широкого распространения радиационных и изотопных технологий в промышленности и медицине и, следовательно, сохраняющейся возможности аварийного загрязнения ограниченных территорий радиоактивными отходами [Готлиб В Я и соавт, 1991, Котеров АН , Никольский А В , 1999, Гуськова А К, 2001, Календо Г С и соавт, 2001, Шведов В Л, Аклеев А В, 2001; Ставицкий Р В и соавт., 2002, 2003, Шибкова Д.З , Аклеев А В., 2006 и др ]
В настоящее время постулируются сигнально-информационный хфакхер восприятия живыми системами ионизирующих излучений [Ярилин АА , 1997, Бурлакова ЕБ и соавт, 2001, Шибкова Д.З , 2001; Михайлов ВФ и соавт, 2003; Пелевина ИЛ и соавт, 2003, Буланова К Я, Лобанок Л.М., 2004], дуальный характер эффекта в низко интенсивного радиационного воздействия- патогенный (повреждающий) и адашогенный (раздражающий) [Рождественский Л М, 1999], дискретность индукции радиозащитных систем и механизмов, адекватных уровню повреждений [Календо ГС, 2001], возможность «радиационной адаптации» как фундаментального общебиологического феномена [Котеров А Н , Никольский А В , 1999, Спитковский Д М, КузьминаИ В , 2001]
Кроветворная ткань является удобной моделью для изучения закономерностей функционирования регенерирующей ткани, поэтому ключевые моменты механизмов регуляции ее активности в оптимальных условиях жизнедеятель-
носга и экстремальных ситуациях могут быть положены в основу решения об-щебиологическэй проблемы, касающейся создания теории тканевого адаптоге-неза [Гольдберг Е Д и соавт, 1996] Накопленные к настоящему времени в литературе многочисленные сведения, касающиеся различных сторон функционирования системы крови в норме и при патологии [Metcalf D, Moore MA S , 1971; Trenta J J., 1971; Чертюв И Л. и соавт, 1977,1984,1997,2001, Фриден-штейн AJL, Лурия БА., 1980, Козлов В А и соавт, 1982, Горизонтов П Д и соавт, 1983, Конопляников А.Г, 1984; Переверзев А.Е, 1986, Fhedner Т М. et al, 1986; Ястребов АЛ и соавт, 1988, Дыгай А М. и соавт, 15>89,1992; Гольд-берг Е.Д. и соавт, 1990,1996,1997; Захаров BJH. и соавт, 1990, Шибкова ДЗ , Акяеев А В, 2006 и др ], тем не менее, оставляют во многом отбытым вопрос
0 закономфностях и механизмах функционирования іфоветворной ткани как
единой динамической системы, адекватно реагирующей на изменяющиеся ус
ловия внешней и внутренней среды [Дыгай А М, 2004].
Исследования стволовых кроветворных клеток в условиях модельного эксперимента (хронического, сопоставимого с продолжительностью жизни животных, внешнего и внутреннего облучения), максимально приближенного к клиническим наблюдениям позволили установить диапазоны толерантных и повреждающих доз, а также механизмы компенсации радиационно-индуцированных повреждений [Бепоусова ОН. и соавт, 1979; Горизонтов П Д. и соавт, 1983; Муксинова КН , Мушкачева Г С, 1990, Рождественский Л.М., 1999, Шибкова ДЗ и соавт, 1999,2001,2006 и др.] Отдельные популяции стволовых кроветворных клеток (КОЕс), отражающие состояние кроветворных ростков, в условиях модельного хронического внешнего у- и внутреннего р-облучения, вьвванного поступлением 90Sr, практически не изучалась, за исключением единичных работ [Швец ВН , Горлов В Г, 1975, Шибкова ДЗ и соавт, 2000,2001,2006]
С этих позиций исследование закономерностей компенсаторно-пришоообительньк реакций, реализуемых в различных кроветворных ростках на уровне стволового пула, в условиях модельного хронического радиационного воздействия имеет фундаментальное значение в решении проблемы модификации состояния стволовых клеток в условиях воздействия экстремальных факторе в окружающей среды.
Цель исследования выявить закономерности развертывания компенсаторно-приспособительных реакций в популяциях стволовых іфоветворньк клеток (КОЕс) мышей линии СВА в условиях модельного хронического внешнего у- и внутреннего р-облучения со снижающейся мощностью дозы.
Задачи исследования:
1 Определить модельные харакгфистики стволового кроветворного пула
(КОЕс) мышей линии СВА 3-21-месячного возраста в условиях физиологи
ческой нормы.
2. Исследовать детерминированность, последовательность и интенсивность развертывания юмпенсаторно-приспособительньк реакций в стволовом
кроветворном пуле (КОЕс) мышей линии СВА в ранние (1-30-е сут) и отдаленные сроки (90-540-е сут) хронического радиационного воздействия
Выявить резервные возможности и стратегии адаптации кроветворных ростков на уровне стволового пула (КОЕс) костного мозга и селезенки мышей линии СВА при различных режимах и интенсивностях хронического радиационного воздействия
Определить роль мигрирующей популяции стюловых кроветворных клеток (КОЕс) в поддержании кроветворной функции у интактных и облученных животных
Выявить перестройку внутрипопуляционных и межпопуляционных взаимосвязей в стволовом кроветворном пуле (КОЕс) экспериментальных животных вусловиях хронического воздействия радиационного фактора
Разработать модель адаптации стволового кроветворного пула (КОЕс) к хроническому радиационному воздействию в диапазоне малых и промежуточных мощностей доз
Научная новизна исследования. Впервые на основании гистологического исследования предложена количественно-качественная характеристика стволового кроветворного пула (КОЕс) костного мозга, селезенки и периферической крови интакгаьк мьшіей линии СВА 3-21-месячного юзраста Показана возрастная детерминация коло ниеобр азу килей активности костного мозга и активации мегакариоцитопоэза в костном мозге и селезенке мышей, возможность миграции КОЕс различной степени и направления дифференцировки преимущественно из костного мозга.
Получены новые данные о компенсаторно-приспособительных реакциях различных ростков кроветворения на уровне стволового пула (КОЕс) костного мозга и селезенки экспериментальных животных в условиях модельного хронического внешнего у-облучения с постоянной мощностью дозы и внутреннего Р-облучения со снижающейся мощностью дозы Установлены детерминированность, последовательность и эффективность реализации таких компенсатор-но-приспособительных реакций, как увеличение скорости клеточной продукции и доли КОЕс определенного направления дифференцировки в общем спектре дифференцировочного потенциала СКК, изменение их миграционной активности и активация кроветворения в селезенке
Показана возможность компенсации радиационно-индуцированных эффектов в стюловых популяциях кроветворных клеток экспериментальных животных Низко интенсивное радиационное воздействие ('"Sr-l.ll кБк/г веса животного и у-облучение с мощностью дозы 1 сГр/сут) характеризуется раздражающим эффектом для популяций стюловых кроветворных клеток мышей Впервые охарактеризована миграция КОЕс различного направления дифференцировки в условиях хронического радиационного воздействия, которая может способствовать как перераспределению СКК в кроветворной системе, таки сохранению (накоплению) КОЕс в костном мозге
Перестройка внутрипопуляционных и межпопуляционных взаимосвязей в стволовом кроветворном пуле (КОЕс) костного мозга, селезенки и перифери-
ческой крови является одним из критериев оценки степени напряжения механизмов регуляции количественного клеточного гомеостаза в кроветворной системе животных
Теоретическая и практическая значимость. Полученные новые экспериментальные данные расширяют представления о закономерностях компенсаторно-приспособительных реакций в системе клеточного обновления кроветворения в условиях хронического воздействия экстремальных факторов окружающей среды Экспериментально доказана высокая резистентность стволового кроветворного пула(КОЕс) костного мозга и селезенки животных к хроническому низко интенсивному радиационному воздействию. Установлена компенсация радиационно-индуцированных эффектов на уровне стволового кроветворного пула, обусловленная включением механизмов регуляции параметров клеточного цикла, дифференцировочного потенциала и миграционной способности СКК, соотношения процессов их пролиферации и дифференцировки, перераспределения кроветворной функции между костным мозгом и селезенкой облученных животных
Полученные экспериментальные данные о резервных возможностях кроветворных ростков на уровне стволового пула в условиях модельного хронического радиационного воздействия у казывают на необходимость дифференцированного подхода к анализу имеющихся клинических данных при разработке лечебно-профилактических мфоприятий с целью коррекции нарушений кроветворной функции. Результаты экспериментального исследования, касающиеся модификации дифференцировочного потенциала стволовых іроветворньк клеток и их миграционной способности расширяют представления о биологии стволовых клеток и могут быть полезны при разработке способов мобилизации стволовых клеток с целью их трансплантации Данные диссертационной работы включены в курсы лекций по цитологии, гистологии, физиологаи и спецкурс «Основы радиобиологии» для студентов биологических специальностей ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет», ГОУ ВПО «Челябинский государственный университет» и ГОУ ВПО «Челябинская государственная медицинская академия».
Основные положения, выносимые на защиту:
В популяциях стволовых кроветворных клеток в ответ на изменение интенсивности действующего радиационного фактора инициируются реакции как повреждающего, так и раздражающего (стимулирующего или дестабилизирующего) характера, дальнейшее развитие которых определяется резервами компенсации отдельных кроветворных ростков и оптимизацией (перестройкой) внутрипопуляционньк и межпопуляционных взаимосвязей в системе клеточного обновления кроветворения
Дня поддержания клеточного гомеостаза в каждом кроветворном ростке на уровне стволового кроветворного пула запускается последовательно или одновременно несколько компенсаторно-приспособительных реакций, что по-
зволяет избежать жесткой конкуренции кроветворных ростков в условиях депопуляции стволовых кроветворных клеток. 3. Физиологической основой сохранения адаптационно-юмпенсаторных возможностей системы клеточного обновления кроветворения в условиях хронического воздействия радиационного фактора является поэтапная активация компенсаторных механизмов на разных уровнях организации биологических систем (молекулярном, клеточном, тканевом и системном)
Апробация материалов работы. Основные положения диссертационной работы быпи представлены на V Съезде по радиационным исследованиям (Москва, 2006); I Международной конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2006), Съезде физиологов Урала (Екатеринбург, 2006), ХШ Международном совещании по эволюционной физиологии (Санкт-Петербург, 2006), III Международном симпозиуме «Хроническое радиационное воздействие медию-биологаческие эффекты» (Челябинск, 2005), V Сибирском физиологическом съезде (Томск, 2005); XI Международном экологическом симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный» (Сунгуль, 2002, Екатеринбург, 2005); II и III Международных конференциях «Медицинские и экологические эффекты ионизирующего излучения» (Томск, 2003,2005); Всероссийской конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам средь» (Челябинск, 2002,2004), XIX съезде физиологического общества имени И П Павлова (Екатеринбург, 2004), Юбилейной научной конференции Южно-Уральского института биофизики (Озерск, 2003), Всероссийской конференции «Физиология организмов в нормальном и экстремальном состояниях» (Томск, 2001), на научных конференциях по итогам НИР профессоров, преподавателей, ночных сотрудников и аспирантов ЧГПУ (Челябинск, 2002-2007)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 печатных работ, в том числе 1 монография и 11 публикаций в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ
Структура и объем диссертации. Диссертация представлена на 380 страницах компьютерного текста и состоит из введения, 7 глав, выводов, приложения; иллюстрирована 11 таблицами и 84 рисунками Библиографический указатель включает 713 литературных источников
![Грудной поток в норме и при воздействии инфразвука (экспериментально-морфологическое исследование) [Электронный ресурс]](/i/i/4450/204391.png "Грудной поток в норме и при воздействии инфразвука (экспериментально-морфологическое исследование) [Электронный ресурс] Круглов Сергей Владимирович")
