Содержание к диссертации
стр. 5
ГЛАВА I. РЕГУЛЯЦИЯ ТР0МБ0ЦИТ0П0ЭЗА В НОРМЕ, ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЦИТОСТАТИКОВ И ПРИ РАДИАЦИОННОМ ПОРАЖЕНИИ (ОБЗОР
ЛИТЕРАТУРЫ) Ю
Строение мегакариоцитарной популяции костного мозга 10
Характеристика пула тромбоцитов 15
Регуляция тромбоцитопоэза 18
I.3.I. Регуляция продуктивности клеток -
ближайших предшественников мегакарио-
цитов 18
Т.3.3. Регуляция в популяции мегакариоцитов 25
1.3.4. Заключение 31
1.4. Пострадиационная кинетика клеточной популяции
тромооцитарной линии Зо
Пострадиационная кинетика кариоцитов костного мозга Зо
Кинетика репопуляции для клеток тром-боцитарнои линии кроветворения 36
Фаза регенерации пула клеток трсмбоци-тарной линии 43
Заключение 44
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 45
Материал и методика эксперимента 45
Методика теоретического анализа 46
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБНОСТИ КЛЕТОК
ТРОМБОЦИТАРНОЙ ЛИНИИ РЕПОПУЛИРОВАТЬ ОПУСТОШЕННУЮ
РАДИАЦИЕЙ КРОВЕТВОРНУЮ ТЕРРИТОРИЮ 48
Результаты 49
Заключение 54
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТР0МБ0ЦИТ0П0ЭЗА 57
Краткие сведения о моделях в гематологии.... 57
Основные принципы и уравнения 60
Определение параметров модели
Заключение 71
ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ОТВЕТА ПОПУЛЯЦИИ КЛЕТОК ТРОМБОІЩТАРНОЙ
ЛИНИИ НА ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ПОРАЖЕНИЕ ТРОМБОЦИТОВ И ИХ
ПРОЖФЕРИРУКІІЩ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ ?2
5.1. Анализ реакции на поражение пула пролифери-
рувдих предшественников тромбоцитов гидро-
ксимочевиной 72
Изменение транзитного времени мега-кариоцитов 72
Начальные условия 74
Определение транзитного времени проли-ферирующих клеток 77
Изучение регуляции объема мегакарио-цитов 78
Вид функции регуляции дифференциации пролифериругощих клеток 80
5.2. Анализ реакции на поражение пула тромбоцитов
антитромбоцитарной сывороткой 84
Начальные условия 85
Изменение транзитного времени пролифериругощих клеток 8о
Регуляция пролиферативной активности самовоспроизводящихся предшественников мегакариоцитов УО
Изменение транзитного времени мегакариоцитов ?<
Регуляция размеров мегакариоцитов.... 99
Регуляция пролиферации транзитных
клеток.
ГЛАВА 6. ДЕЙСТВИЕ НА ТР0МБ0ВДТ0П0ЭЗ ЙОНИЗИРУЩЕЙ РАДИАЦИИ П2
6.1. Анализ кинетики клеток тромбоцитарной линии
в период развития поражения 112
Начальные условия ИЗ
Скорость дифференциации пролиферирую-щих клеток 121
Объем мегакариоцита 122
6.2. Анализ кинетики восстановления тромбоцито-
поэза 12Ь
Причина неполного восстановления количества мегакариоцитов 12о
Регуляция пролиферации и дифференциа-ции в самовоспроизводящейся популяции ±<8
6.3. Заключение 130
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 135
ВЫВ ОДЫ 140
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ I43
Введение к работе
Актуальность исследования
Экспериментальное и клиническое изучение лучевой болезни показало, что геморрагический синдром в значительной степени определяет его тяжесть, характер течения и нередко исход (В свою очередь опасность заболевания лучевой болезнью существует по ряду причин не только в военное, но и мирное время). Выраженность и характер течения геморрагического синдрома в значительной степени определяется количеством тромбоцитов в периферической крови и состоянием системы тромбоцитопоэза. Поэтому определение закономерностей лучевого поражения тромбоцитопоэза и его восстановления необходимо для понимания особенностей лучевой болезни и отыскания путей ее профилактики и лечения. Исследование лучевого поражения тромбоцитопоэза необходимо и для понимания общебиологических закономерностей регуляции развития пролиферирующих тканей в условиях патологии.
Задача изучения регуляции тромбоцитопоэза является тем более актуальной из-за того, что очень много вопросов в настоящее время неясны и требуют своего решения.
В настоящее время достаточно хорошо известно, что после уменьшения количества клеток в транзитной части тромбоцитарной популяции клеток пролиферативная активность костного мозга увеличивается. При этом остается неизвестным, как связано изменение пролиферативной активности с количеством клеток разных стадий созревания. До сих пор не выяснено, как зависит дифференциация клеток разных стадий созревания от их количества в
разных субпопуляциях. Остаются неясными количественные аспекты регуляции объема мегакариоцита. Очень мало известно об изменениях регуляции тромбоцитопоэза после действия радиации.
Обрисованная ситуация определила в качестве цели работы -изучение той части вопросов регуляции тромбоцитопоэза, которая касается взаимовлияния клеток внутри популяции тромбоцитарной линии крови. Эта задача представляет интерес не только для общей гематологии, но и для радиобиологии.
В работе использовали методы математического моделирования и экспериментальные исследования, которые применялись для решения следующих задач.
Экспериментальное изучение субпопуляции клеток, ответственных за восстановление тромбоцитопоэза после радиационного воздействия.
Разработка математической модели тромбоцитопоэза, отражающей систему общепринятых в настоящее время представлений об этом процессе.
Изучение взаимного влияния клеток внутри популяции тромбоцитарного ростка путем сопоставления кинетики ответа тромбоцитопоэза на различные экспериментальные воздействия с результатами имитации этих воздействий в модели.
Изучение ответа популяции клеток тромбоцитарной линии крови на радиационное воздействие.
Новизна исследования
Разработанная имитационная модель тромбоцитопоэза позволила впервые учесть возрастную структуру популяции клеток тромбоцитарного ростка и биологический разброс по величине транзитного времени между отдельными клетками популяции. Применение модели для
анализа экспериментальных данных позволило получить ряд новых сведений о регуляции тромбоцитопоэза на разных уровнях дифференциации клеток. Показано, что средний объем одного мегакариоцита экспоненциально возрастает с уменьшением количества клеток в транзитной популяции тромбоцитарной линии, причем увеличение количества тромбоцитов в крови компенсирует регуляторний эффект уменьшения количества мегакариоцитов в костном мозгу, а регуляторний эффект, вызванный уменьшением количества тромбоцитов, не может быть компенсирован увеличением количества мегакариоцитов. РЛоделирование позволило впервые выявить закономерности изменения транзитного времени пролиферирующих клеток.
Транзитное время для пролиферирующих предшественников мега
кариоцитов возрастает пропорционально уменьшению их собственно
го количества и увеличению количества тромбоцитов. Эксперимен
тально и с помощью моделирования подтверждена гипотеза о том,
что коммутированные к тромбоцитопоэзу клетки, образующие мега-
кариоцитарные колонии (КОЕм), обладают способно-
стью к самовоспроизведению. Моделирование показало, что проли-
феративная активность этих клеток экспоненциально
возрастает с уменьшением количества клеток в транзитной популяции клеток тромбоцитарной линии, причем регуляторные стимулы, связанные с количеством тромбоцитов и клеток костного мозга, действуют независимо и не могут быть взаимно компенсированы. Впервые показано, что после радиационного опустошения популяции КОЕм, самовоспроизводящимися становятся более дифференцированные клетки, которые в норме являются наиболее ранними клетками транзитной популяции. Впервые определено, что после радиационного воздействия доля дифференцирующихся клеток в популяции
КОЕм среди вновь образующихся в результате деления пропорциональна количеству клеток в самовоспроизводящейся и транзитной проли-фериругощей популяциях.
Научная и практическая значимость работы
Предложенный вид модели позволяет на основе анализа данных радиобиологических и гематологических эксперинентов получать вид зависимостей и количественные характеристики регуляции постоянно пролиферирующих клеточных популяций.
Полученные результаты прояснили вопросы регуляции тромбо-цитопоэза не только при радиационном воздействии, но и при других способах выведения системы из стационарного состояния. Предложенная модель и полученные в работе результаты могут быть использованы для прогноза течения лучевой болезни и последствий применения цитотоксических агентов.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. В первой главе проведен анализ литературных данных о строении клеточной популяции тромбоцитарной линии крови, регуляции ее продуктивности при воздействиях, поражающих отдельные компарт-менты популяции, подробно излагается феноменология радиационного поражения и восстановления тромбоцитопоэза. Анализ литературы позволил сформулировать основные нерешенные вопросы, касающиеся регуляторных взаимоотношений между субпопуляциями клеток тромбоцитарной линии крови, и вопросы развития радиационного поражения и восстановления.
Во второй главе излагается методика проведения экспериментальных и теоретических исследований.
В третьей главе приведены результаты экспериментального изучения способности кроветворных клеток восстанавливать тромбоци-топоэз у облученных в летальной дозе мышей.
Б четвертой главе показано, что математическое моделирование, наряду с экспериментальными методами исследования, активно и плодотворно используется в гематологии и радиобиологии. Далее изложена разработанная применительно к данной задаче имитационная математическая модель тромбоцитопоэза, учитывающая возрастную структуру популяции и взаимные влияния пулов друг на друга.
В пятой главе с помощью математической модели анализируются кинетические кривые для субпопуляций тромбоцитарной линии крови после воздействия, избирательно поражающих отдельные компартмен-ты. На основании проведенного анализа выявляются регуляторные взаимоотношения между пулами клеток; полученные данные вновь учитываются в модели, при этом ее структура изменяется. Таким образом наряду с получением новых данных происходит по мере их накопления совершенствование самой модели.
Шестая глава посвящена анализу изменений тромбоцитопоэза после радиационного воздействия. Определяется соотношение величины поражения в разных возрастных группах клеток, анализируется причина абортивного подъема количества мегакариоцитов, уточняется характер регуляторних взаимоотношений между пудами клеток. Показано, что результаты моделирования и эксперимента позволяют выдвинуть гипотезу о том, что при поражении наиболее ранних, самообновляющихся клеток, после облучения, за процесс восстановления ответственны более зрелые клетки транзитной популяции, которые становятся самовоспроизводящимися.
