Содержание к диссертации
Введение
2 Обзор литературы
2.1 Радиационная патология, вызванная внешним облучением 16
2.2 Радиационная патология, вызванная внутренним облучением ... 28
2.2.1 Особенности поражения организма продуктами ядерного деления(ПЯД)
2.3 Методы и средства противолучевой фармакологической защиты организма
2.4 Методы и средства выведения радионуклидов из организма... 54
3 Основное содержание работы 67
3.1 Материалы и методы исследований 67
3.2 Общие сведения о фитопрепаратах ППЛ-17Х на основе хлорофилла и ППЛ-12К на основе куркумина, способы их получения и химический состав
3.3 Доклинические исследования безопасности фитопрепаратов на основе хлорофилла и куркумина
3.4 Изучение радиозащитных свойств фитопрепаратов на белых мышах, облученных у-лучами в летальных и сверхлетальных дозах
3.4.1 Изучение радиозащитных свойств препарата ППЛ-17Х на основе хлорофилла на белых мышах, облученных у-лучами в сверхлетальных дозах
3.4.2 Изучение радиозащитных свойств препарата ППЛ-12К на основе куркумина при поражении белых мышей сверхлетальны- 89
ми дозами у-лучей
3.4.2.1 Расчет фактора изменения дозы (ФИД) при применении пре- Q паратаППЛ-12К Изучение радиозащитных свойств препаратов ППЛ-17Х и Q ППЛ-12К при совместном применении Изучение клинического состояния белых мышей, облученных в сверхлетальной дозе 13,05 Гр на фоне применения препаратов на основе хлорофилла и куркумина Изучение продолжительности развития лучевой болезни на .„.
фоне применения фитопрепаратов Динамика изменения массы тела облученных в дозе 13,05 Гр животных на фоне применения препаратов ППЛ-17Х и 1111Л- 105
12 Изучение влияния фитопрепаратов на содержание общего 1П кортизола в крови облученных белых мышей Изучение влияния препаратов ППЛ-17Х и ППЛ-12К на систему 10Q
антиоксидантной защиты облученного организма Содержание МДА в крови и печени облученных белых мышей 110
3.5.2 Оценка активности НАДФН-зависимого перекисного окисления липидов (ПОЛ) в крови и печени облученных белых мышей
3.5.3 Активность аскорбатзависимого ПОЛ в крови и печени облу- 1 ченных белых мышей
3.5.4 Динамика содержания МДА в крови и печени облученных белых мышей при применении фитопрепаратов на основе хлорофилла и куркумина
3.5.5 Динамика активности НАДФН-зависимого ПОЛ в крови и печени облученных белых мышей при применении фитопрепаратовППЛ-17ХиППЛ-12К
3.5.6 Влияние фитопрепаратов на основе хлорофилла и куркумина на содержание аскорбатзависимого ПОЛ в крови и печени облученных белых мышей
3.6 Влияние препаратов ППЛ-17Х и ППЛ-12К на систему крови облученных животных
3.6.1 Гематологические показатели у белых мышей, облученных в 19 дозе 5,0 Гр
3.6.2 Гематологические показатели у облученных в дозе 5,0 Гр белых мышей на фоне применения препаратов ППЛ-17Х и ППЛ- 126 12К
3.6.3 Гематологические показатели у облученных в сверхлетальных дозах белых мышей на фоне применения фитопрепаратов на 130 основе хлорофилла и куркумина
3.7 Оценка радиозащитных свойств фитопрепарата 1ШЛ-12К при . ОЛБ с.-х. животных (овец)
3.7.1 Изучение влияния фитопрепарата ППЛ-12К на основе курку- мина на систему крови облученных овец
3.7.2 Изучение влияния фитопрепарата ППЛ-12К на радиоиндуци-рованную гормональную стресс-реакцию организма овец
3.8 Изучение декорпорирующей активности сорбентов различных классов при поступлении в организм радиоизотопов йода, цезия и стронция
3.8.1 Изучение декорпорирующей активности сорбентов по отно- 1 .Q шению к инкорпорированному в организм стронцию-90
3.8.2 Изучение влияния сорбентов кремцепа и цеолита на живую .-Q массу крыс
3.8.3 Изучение сорбционных свойств кремцепа и цеолита при по- п ступлений в организм цезия-137
3.8.4 Изучение сорбционных свойств совместного применения аль-гината натрия и адсорбара по выведению цезия-137 из организма
3.8.5 Изучение сорбционных свойств мелкодисперсного кремцепа при поступлении в организм животных йода-125, цезия-137 и стронция-90
3.8.5.1 Изучение динамики накопления, распределения и выведения йода-125 из организма белых крыс на фоне применения высо- 169 кодисперсного кремцепа 3.8.5.2 Изучение влияния высокодисперсного кремцепа на метабо- лизм инкорпорированного в организм цезия-137
3.8.6 Изучение влияния высокодисперсного кремцепа на метабо- 1й7 лизм инкорпорированного в организм стронция-90
3.8.7 Расчет эквивалентных доз при внутреннем облучении организма животных изотопами йода-125, цезия-137 и стронция- 197 90
Заключение 231
5 Практические предложения 235
6 Список использованной литературы 237
- Радиационная патология, вызванная внутренним облучением
- Изучение радиозащитных свойств фитопрепаратов на белых мышах, облученных у-лучами в летальных и сверхлетальных дозах
- Активность аскорбатзависимого ПОЛ в крови и печени облу- 1 ченных белых мышей
- Изучение влияния фитопрепарата ППЛ-12К на основе курку- мина на систему крови облученных овец
Введение к работе
Актуальность темы. Существование цивилизации на современном этапе её развития немыслимо без использования ядерной энергии в самых различных областях жизнедеятельности человека [29]. Непрерывное развитие ядерной энергетики, широкое использование в промышленности, науке и других сферах деятельности человека источников ионизирующего излучения (ИИ) неизбежно повышает риск возникновения радиационных аварий и, соответственно, облучения человека и животных в поражающих дозах [21]. Характер воздействия ионизирующих излучений на биоту определяет актуальность и необходимость углубленного изучения механизмов их биологического действия, разработки эффективных средств и методов профилактики радиационных поражений. Применение ядерного оружия в военных конфликтах следует признать маловероятным, однако при продолжительном и ожесточённом противостоянии, в особенности при ликвидации внешних угроз государству, его использование следует признать возможным [20].
Интерес к проблемам защиты от радиационных поражений в значительной степени был определён трагическими событиями на Южном Урале (1957 г.), Чернобыльской катастрофой (1986 г.), аварией на японской АЭС «Фукусима» (2011 г.), когда в сферу воздействия ионизирующих излучений оказались вовлечёнными сотни тысяч людей, участвовавших в ликвидации последствий катастроф, а также проживавших на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению [4, 8, 21].
События на ЧАЭС продемонстрировали значение использования комплексной защиты от радиационных поражений с применением радиопротекторов [3, 5, 12, 13, 19].
Со дня открытия первого радиопротектора - цистеамина [28] были испытаны многие тысячи соединений, из которых лишь несколько препаратов были рекомендованы ветеринарией и медициной от острой лучевой болезни (ОЛБ) [5, 6, 7, 8, 9, 10, 14, 16, 23, 24].
В последние годы при изучении различных аспектов механизма противолучевого действия наметились новые перспективы в области терапии и профилактики радиационных поражений с использованием препаратов из веществ зоогенной, фитогенной и микробной природы [1, 9, 10, 11, 14, 19]. При этом было установлено, что ключевым звеном многочисленных составляющих патогенеза ОЛБ является нарушение функции антиоксидантной за-
щиты (АОЗ) [21, 26], для коррекции которой предложены многокомпонентные смеси из апифитопродуктов (мед, прополис, пчелиный подмор, трутне-вый расплод), травяная мука и фиточай из витаминных трав [2].
Биологические препараты отличаются от химических более мягким и продолжительным действием, безвредностью, эффективностью после облучения [10, 23].
К положительным свойствам средств природного происхождения относятся их относительная дешевизна, безвредность, возможность перорального неограниченного длительного применения, хорошая сочетаемость с другими препаратами. Некоторые из них имеют коррегирующее действие по отношению к органам и системам организма при различных болезнях.
К таким растениям относятся: спирулин, укроп, шпинат, листва липы, березы, а также куркума длинная (Curcuma longa L). Однако противолучевые свойства их не исследованы. В связи с выше изложенным, изучение противолучевых свойств хлорофилла указанных растений, а также сорбционных свойств природного минерала кремцепа является актуальным.
Степень разработанности темы. В имеющихся литературных данных показано, что из 21000 видов высших растений, произрастающих на территории Российской Федерации, лекарственные свойства установлены лишь у 2500 видов, из которых в медицине используют около 300 видов, а в ветеринарии - 40-70 видов.
Результаты обследования пациентов после аварии на ЧАЭС показали, что существенным для формирования лучевого поражения являются свободно радикальные реакции, а вещества растительного происхождения играют важную роль в обеспечении радиорезистентности. Так, из 20 испытанных фитопрепаратов после чернобыльской аварии наиболее высокими радиозащитными лечебно-декорпорирующими свойствами обладали: лапчатка, Р-каротин, подорожник, сбор трав «Карпатский чай», витамин Е, препарат Фи-тагор, шиповник, проросшие семена, морковь, зеленый чай [17]. Наличие в составе фитопрепаратов каротиноидов, токоферолов, витаминов обусловливает их адаптогенные, иммуномодулирующие, антиоксидантные, сорбцион-ные свойства, которые в совокупности обеспечивает повышение радиорезистентности организма [22, 25, 27].
В последние годы проведены значительные исследования по разработке средств, способствующих выведению радиоактивных веществ из организ-
ма, поскольку таким образом можно существенно снизить дозу облучения различных органов и тканей, а также всего организма в целом [3, 16].
Учитывая, что препараты из растений обладают антиоксидантными, адаптогенными свойствами, необходимо усилить исследования по дальнейшему изучению радиофармакологических свойств малоизученных или неиспользуемых для радиозащиты высших растений с целью расширения ассортимента отечественных препаратов, получаемых из растительного сырья для научно-обоснованного использования в повседневной практике. Все это послужило основанием для выбора настоящей темы.
Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований являлась разработка технологии получения радиозащитных препаратов из растительного сырья и обоснование их эффективности при различных формах острой лучевой болезни (ОЛБ).
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
-
Разработать способы получения биологически активных веществ из растений (петрушки, укропа, капусты, редиса и куркумы).
-
Изучить токсичность и безвредность полученных веществ, и их влияние на общее состояние и физиологические показания интактных животных.
-
Изучить радиозащитные свойства разработанных препаратов на основе хлорофилла и его производных - ППЛ-17Х.
-
Изучить радиозащитные свойства фитопрепарата на основе экстрактов куркумы - ППЛ-12К.
5. Изучить антиокислительную активность препаратов ППЛ-17Х и
ППЛ-12К на фоне радиационного поражения.
-
Изучить антистрессорную активность куркумина на фоне радиогенного стресса.
-
Изучить сорбционную активность природного минерала кремцепа при инкорпорированном облучении организма радиоактивными изотопами йода, цезия, стронция.
-
Оценить терапевтические свойства фитопрепарата ППЛ-12К на основе куркумина при костномозговой форме острой лучевой болезни.
Научная новизна работы. Разработана технология изготовления радиозащитных средств из растительного сырья, позволившая получить комплексное средство на основе петрушки, укропа, капусты и редиса - ППЛ-17Х и на основе куркумы - ППЛ-12К.
Впервые дана доклиническая оценка безопасности разработанных средств с определением общетоксических свойств. Установлено, что однократное и многократное парентеральное (внутрибрюшинное) применение их не оказывало отрицательного влияния на физиологические параметры ин-тактных животных, что свидетельствовало об отсутствии токсичности и безвредности препаратов.
Экспериментально, на модели внешнего и инкорпорированного радиационного поражения организма с различной степенью тяжести ОЛБ лабораторных и сельскохозяйственных животных, установлена высокая радиозащитная декорпорирующая активность разработанных средств.
Показано, что радиофармакологическое действие разработанных фитопрепаратов и минерального сорбента на пораженных внешним и инкорпорированным облучением животных реализуется посредством гемапротекторно-го, антиоксидантного, стресспротективного, адренокортикотропного действия фитопрепаратов и сорбционно-детоксикационного и декорпорирующе-го действия микрочастиц природного минерала кремцепа.
Результаты проведенных исследований защищены 3 патентами РФ.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные указывают на фундаментальность концепции радиационной фармакологии о том, что многокомпонентные смеси или монопрепараты, полученные на основе биологически активных веществ фитогенного происхождения, обладают полифункциональными свойствами, значительно расширяя спектр биологического действия отдельных компонентов композиционных препаратов. Выбранная модель конструирования фитопрепаратов может быть использована для направленного поиска радиозащитных средств из различных классов и создания полифункциональных монопрепаратов.
Практическая значимость работы заключается в том, что изготовлены и предложены для экспериментальных исследований опытные образцы фитопрепаратов ППЛ-17Х и ППЛ-12К для лечения и профилактики острой лучевой болезни различной степени тяжести.
Получение и применение радиозащитных препаратов регламентируется нормативно-методической документацией (Лабораторный регламент получения препарата ППЛ-17Х, Лабораторный регламент получения препарата ППЛ-12К, Методическая рекомендация по применению куркумина при радиационном поражении), утвержденной в установленном порядке.
Методология и методы исследований.
Методические подходы в решении задач диссертационного исследования основаны на литературном поиске, посвященном обоснованию актуальности, целей и задач исследований, анализа данных отечественных и зарубежных публикаций по тематике исследования; созданию и изучению радиозащитных фитопрепаратов на основе хлорофилла - ППЛ-17Х и куркумина -ППЛ-12К, а также поиску радиопротекторов из различных классов сорбентов природного происхождения.
Для достижения основной цели диссертационной работы, теоретического обоснования конструирования и применения радиозащитных средств использованы адекватные методологические приемы, доступные и сертифицированные методы, включающие: клинические, гематологические, токсикологические, морфо-биохимические, радиоиммунологические, спектрометрические, радиометрические, математические и статистические методы исследований.
В опытах использованы: 1762 белые мыши, 134 белые крысы и 14 овец.
Положения, выносимые на защиту:
-
Технология получения фитопрепаратов ППЛ-17Х и ППЛ-12К, содержащих в своем составе действующие вещества, извлеченные из 6 видов растительного сырья путем специальных приемов.
-
Химическая и фармако-токсикологическая характеристика препаратов ППЛ-17Х на основе хлорофилла и ППЛ-12К на основе куркумина.
-
Радиозащитное действие препаратов на основе хлорофилла и куркумина при летальных и сверхлетальных дозах внешнего облучения.
-
Антиоксидативные свойства фитопрепаратов ППЛ-17Х и ППЛ-12К на фоне радиационного поражения организма.
-
Коррекция функции адренокортикальной системы фитопрепаратами на фоне пострадиационного гиперкортицизма.
-
Декорпорирующие свойства высоко дисперсного кремцепа при внутреннем облучении организма радиоизотопами йода-125, цезия-137 и строн-ция-90.
Степень достоверности и апробация результатов.
Исследования проводились на достаточном по численности материале, согласно утвержденным планам исследований. Результаты исследований не вызывают сомнений как по достоверности полученных данных, так и по выводам, сделанным на их основе.
Материалы и результаты работы доложены и обсуждены на заседании секции «Радиобиология», проводимом на кафедре радиобиологии, рентгенологии и гражданской обороны имени академика А.Д. Белова (МГАВМиБ имени К.И. Скрябина, 2008, 2009, 2010), международной научно-практической конференции «Эпидемиология медицинских последствий аварии на Чернобыльской АЭС. 20 лет спустя» (Киев, 2007), 59-й международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» (Кострома, 2008), 8-й международной научной конференции «Состояние биосферы и здоровье людей» (Пенза, 2008), Российской научной конференции «Me дико-биологические проблемы токсикологии и радиологии» (Санкт-Петербург, 2008), 15-м международном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 2009), научной конференции «Медико-биологическая защита от оружия массового поражения» (Санкт-Петербург, 2010), 75-й Всероссийской научной конференции студентов и молодых учёных с международным участием, посвященной 75-летию КГМУ (Курск, 2010), на заседании кафедры биологической защиты и межкафедральном заседании В А ВРХБЗ и ИВ (Кострома, 2010), международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию ФЦТРББ (Казань, 2010), международной научно-практической конференции «Экономика, государство и общество в XXI веке» (Курск, 2011), научной конференции молодых учёных «Актуальные проблемы теории и практики РХБ защиты. Перспективы развития вооружения и средств РХБ защиты» (Кострома, 2011), научной конференции с международным участием «Актуальные проблемы токсикологии и радиобиологии» (Санкт-Петербург, 2011), XLII научной конференции, посвященной рассмотрению актуальных вопросов теории и практики РХБ защиты (Шиханы, 2012), международной научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного производства» (Курск, 2012), международной научно-практической конференции «Экология и современное общество» (Чебоксары, 2013), научной конференции научно-педагогического состава военной академии РХБ защиты «Актуальные вопросы военной теории и практики, результаты исследований по важнейшим проблемам военной науки в области РХБ защиты» (Кострома, 2014).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 45 печатных работы, 24 из них - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 методическая рекомендация, 2 лабораторных регламента и 3 патента РФ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 313 страницах и состоит из: общей характеристики работы, обзора литературы, методологии и методов исследований, основного содержания работы, заключения, списка сокращённых терминов, списка использованной литературы и приложений. Список литературы включает 475 источников, в том числе 401 отечественных и 74 зарубежных авторов. Работа иллюстрирована 99 таблицами, 18 рисунками и 2 формулами.
Радиационная патология, вызванная внутренним облучением
Чувствительны к радиации: лимфоузлы, лимфатические фолликулы ЖКТ, красный костный мозг, вилочковая железа, селезёнка, половые железы. В этих органах морфологически регистрируемые изменения возникают уже при облучении дозой 0,25 Гр [354]. Умеренно чувствительны к облучению: кожа и глаза. Резистентны к действию ионизирующего излучения: печень, лёгкие, почки, сердце, кости, сухожилия, нервные стволы и др. Первичные морфологические изменения в них отмечаются при облучении дозой 1,0 Гр и более [237].
Из-за разной чувствительности органов для организма животных небезразлично, будет ли облучаться всё тело равномерно, либо часть его получит общее, но неравномерное облучение. Общее равномерное облучение вызывает наибольший радиобиологический эффект [39].
Поражения животных, вызванные ионизирующим излучением, имеют разные формы проявления и определяются главным образом дозой облучения и степенью радиочувствительности тканей млекопитающих [2, 4, 10, 12].
Лучевые поражения млекопитающих включают в себя: лучевую болезнь, лучевые ожоги и отдаленные последствия (неопухолевые и опухолевые формы) [299].
Лучевая болезнь - общее нарушение жизнедеятельности организма, характеризующееся глубокими функциональными и морфологическими изменениями всех его систем и органов в результате поражающего действия различными видами ионизирующих излучений, а также при попадании радиоактивных веществ внутрь организма животных [15, 22, 25, 134]. Описанию лучевой болезни посвящено достаточно большое количество научных и практических работ [180, 181, 183,192,217,372].
В зависимости от величины и мощности дозы, а также кратности и длительности облучения млекопитающих лучевая болезнь может протекать в острой и хронической формах [37, 59, 278].
Острая лучевая болезнь - общее заболевание, при котором поражаются основные жизнеобеспечивающие органы живого организма. Вызывается однократ 19 ным кратковременным воздействием внешнего общего облучения или поступлением в организм больших количеств радиоактивных веществ. По тяжести заболевания различают 4 степени острой лучевой болезни в зависимости от дозы облучения: лёгкую (1,0-2,0 Гр), средней тяжести (2,0-4,0 Гр), тяжёлую (4,0-6,0 Гр) и крайне тяжёлую (свыше 6,0 Гр) [63, 75].
Исследованиями была установлена связь между средней продолжительностью жизни облученных млекопитающих и поражением их основных органов в организме [115]. У животных, облучённых в дозе от 1,0 до 7,0-12,0 Гр, средняя продолжительность жизни составляет: период времени от нескольких дней до нескольких недель. Лучевой синдром в этом диапазоне доз облучения получил название «костномозговой» или «кроветворный», так как решающее значение в его исходе имеет поражение кроветворной системы организма, в первую очередь костного мозга [360, 404].
Происходящее уже в самые ранние сроки лучевой болезни значительное опустошение костного мозга является следствием резкого торможения процессов клеточного деления ткани, однако в периферическую кровь могут всё ещё с постоянной скоростью поступать зрелые элементы. Даже малые дозы ионизирующего излучения вызывают быстрое и резкое опустошение костного мозга, поэтому дальнейшее повышение дозы облучения мало изменяет и без того глубокий патологический процесс. На течение лучевой болезни существенно влияет способность кроветворных органов животных к восстановлению, которое зависит от количества сохранившихся стволовых клеток [374].
В интервале доз от 7,0-12,0 до 60,0-100,0 Гр (в зависимости от вида животного) средняя продолжительность жизни млекопитающих практически не зависит от величины поглощённой дозы и составляет в среднем 3,5 суток. Летальный исход этого синдрома связан преимущественно с поражением слизистой кишечника и желудка, высокой чувствительностью к радиации быстроделящихся эпителиальных клеток, оголением ворсинок ЖКТ [161].
Облучение в дозах, превышающих 60,0-100,0 Гр, приводит к гибели млекопитающих, наступающей в первые дни или даже часы. У гибнущих животных наблюдают явные признаки поражения центральной нервной системы, поэтому описываемый лучевой синдром называют «церебральным» [217]. Если поглощённая доза достигает 1000,0 Гр и более, животные гибнут сразу же - «смерть под лучом». Механизм этого поражения может быть связан с тем, что возникают массовые структурные поражения основных органов млекопитающих. Иногда лучевой синдром, вызванный облучением в таких высоких дозах ионизирующего излучения, называют «молекулярной смертью». Таким образом, для млекопитающих определены основные критические величины, поражение которых будет ведущим и решающим в исходе того или иного лучевого синдрома.
Лучевая болезнь в целом представляет собой результат сложных и взаимосвязанных процессов взаимодействия клеточных повреждений и нарушенных восстановительных процессов в органах животного [204, 205, 292, 293, 295].
В развитии острого течения лучевой болезни выделяют 4 периода: 1-й -начальный или период первичных реакций на облучение; 2-й - латентный или скрытый, период кажущегося благополучия; 3-й - период выраженных клинических признаков лучевой болезни; 4-й - период восстановления с полным или частичным выздоровлением [38, 54, 256].
Вопросы патогенеза лучевых повреждений и механизмов радиобиологических эффектов в облучённом организме наиболее полно раскрывает структурно-метаболическая теория [205]. Основные положения структурно-метаболической теории сводятся к представлению о том, что при общем облучении первичные процессы возникают на молекулярном, субклеточном, клеточном, органном, тканевом, организменном уровнях. Радиобиологические эффекты реализуются в результате взаимодействия процессов, нормально протекающих в организме и развившихся после облучения, тем самым подчеркивается многофакторный характер формирования любого радиобиологического эффекта. В соответствии с этой теорией в процессе радиационного повреждения условно можно выделить 3 этапа: 1. первичное действие ионизирующего излучения на облучённую структуру (прямое и опосредованное); 2. влияние радиации на клетки; 3. действие радиации на целостный организм.
Изучение радиозащитных свойств фитопрепаратов на белых мышах, облученных у-лучами в летальных и сверхлетальных дозах
Уменьшение содержания радиоактивного вещества в организме может происходить не только вследствие его выведения, но и благодаря радиоактивному распаду, что особенно характерно для короткоживущих радионуклидов (131I, 24Na, Р и др.). По своему биологическому действию радиоактивные вещества различаются в зависимости от вида, энергии излучения, периода полураспада, величины всасывания, накопления и скорости выведения из организма [69, 238, 241, 247, 364, 420].
Наибольший биологический эффект при поступлении в организм отмечается от воздействия а-излучателей в связи с их высокой плотностью ионизации. Несколько меньшую опасность для организма представляют Р- и у-излучающие нуклиды. Вместе с тем биологическая эффективность радионуклидов во многом зависит от характера распределения их в органах и тканях [259].
Радиоактивные вещества при поступлении в организм могут вызывать острое, подострое и хроническое поражение. При попадании в организм человека или животных больших количеств радиоактивных веществ развивается острое лучевое поражение, особенности которого определяются характеристиками радионуклидов. Например, при инкорпорации радионуклидов, отличающихся коротким периодом полураспада, относительно равномерным распределением и достаточно жестким излучением, возникает типичная острая лучевая болезнь (ОЛБ), практически не отличающаяся от таковой при внешнем общем облучении. При этом отмечаются выраженные изменения в крови (лейкопения, ретикулопения), кровоизлияния в различные органы и ткани, снижение массы тела, угнетение иммунной системы. Гибель животных наблюдается в течение первых 2-х недель. Подострое поражение характеризуется заметным снижением количества лейкоцитов, эритроцитов, тромбоцитов, гемоглобина; нарушается проницаемость сосудов, увеличивается время свертывания крови, возникают инфекционные осложнения [255, 364]. Хроническое течение лучевого поражения связано с воздействием малых количеств инкорпорированных радионуклидов. При этом в ранние сроки клинические симптомы могут отсутствовать [241, 314, 437, 450].
Специфика лучевого поражения организма при поступлении радионуклида во многом определяется характером их распределения. Поступление в организм радионуклидов, обладающих выраженным органотропным распределением, сопровождается различными вариантами лучевого поражения с преимущественными проявлениями в органах и тканях с максимальной лучевой нагрузкой, которые в таких случаях считаются «критическими». При воздействии остеотропных радионуклидов выраженные изменения наблюдаются в костной ткани, кроветворной системе вследствие избирательного накопления их в костном мозге и, как следствие, его облучения. В отдаленные сроки могут возникнуть лейкозы, опухоли костной ткани. Равномерно распределяющиеся радионуклиды вызывают диффузную картину поражения с угнетением лимфопоэза, преимущественным развитием опухолей молочной железы, гипофиза, яичников, почек, ЖКТ. При поступлении в организм гепатотропных радионуклидов (140La, 144Се, 147Рт) развиваются поражения слизистой оболочки желудка, кишечника, опухоли печени, скелета и эндокринных желез. Особую опасность представляют радионуклиды тяжелых металлов, испускающих не только Р-, но и а-частицы. Обладая высокой относительной биологической эффективностью (ОБЭ), эти излучения, несмотря на малую проникающую способность, вызывают тяжелые повреждения эндотелия, эпителия воздухоносных путей и кишечника [6, 139, 241, 290]. 2.2.1 Особенности поражения организма продуктами ядерного деления (ПЯД)
В условиях применения ядерного оружия и в аварийных ситуациях (например, катастрофа на ЧАЭС) возникает опасность поражения попавшими в организм продуктами ядерного деления (ПЯД), клиника и патогенез которого имеют свои особенности [79, 80].
ПЯД представляют собой смесь более чем 200 радиоактивных изотопов 36 элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Поступая в организм, они в процессе обмена замещают стабильные элементы и при распаде образуют радионуклиды соседних групп периодической системы. Такие трансмутационные эффекты и возможность химических перестроек в результате радиоактивного действия, происходящего при испускании Р-частиц и нейтронов, обусловливают некоторое своеобразие биологического действия ПЯД. По способности накапливать радионуклиды основные органы располагаются следующим образом: щитовидная железа, печень, кишечник, почки, скелет, мышцы. По скорости выведения нуклидов органы располагаются несколько иначе: щитовидная железа, печень, почки, селезенка, кожа, мышцы, скелет. В результате быстро меняется и дозовая нагрузка, поэтому и различия в поглощённых дозах могут достигать нескольких порядков. Например, при введении ПЯД, образовавшихся через 36 ч после взрыва, собакам соотношение поглощенных доз в щитовидной железе, кишечнике, печени и скелете было соответственно 1000:100:10:1. Эти различия становятся еще более значительными в условиях выраженной неравномерности микрораспределения поглощенной дозы в тканях [79, 156, 437].
Клиническим исходом острого поражения ПЯД могут быть смерть, хроническое заболевание и выздоровление. Причиной смерти, прежде всего, является поражение ЖКТ и органов дыхания, приводящее к обезвоживанию организма, потере солей, интоксикации. Исход поражения ПЯД, как и любыми радионуклидами, зависит, прежде всего, от эффективности выведения их из организма, на, что и направлены лечебные мероприятия. Биологическое действие смеси продуктов деления урана зависит от их «возраста» и изотопного состава. Такие радионуклиды, входящие в состав продуктов деления, как 131I, 90Sr, 137Cs, 45Са, 127Те, обладают высокой всасываемостью из ЖКТ. Из радиоактивных продуктов деления урана наибольшую опасность для организма представляют радионуклиды с высокой степенью резорбции, избирательным накоплением в жизненно важных органах и с большим эффективным периодом полувыведения. Весьма радиотоксичными являются: радионуклиды йода, цезия и стронция [241, 467].
Активность аскорбатзависимого ПОЛ в крови и печени облу- 1 ченных белых мышей
Из представленных в таблице материалов видно, что при облучении мышей в дозе 13,05 Гр на фоне применения куркумина, разведённого в физиологическом растворе в соотношении 1:3, выживаемость к 30-м суткам составила в группах: 1-й - 0 %, 2-й - 10 %, 3-й - 20 % при 100 %-ной гибели мышей в контрольной группе без применения препарата. Продолжительность жизни животных, облучённых смертельными дозами более 30 суток, наблюдалась в группах: 2-й - 10 %, 3-й - 10 %. Лучший результат по выживаемости был в группах: 3-й - куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:3 и введённый внутримышечно через 20-30 минут после облучения и дополнительно на 3-й сутки (20 %); 2-й -куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:3 и введённый внутримышечно через 20-30 минут после облучения (10 %).
В следующей серии опытов изучали радиозащитную активность куркумина в разведении 1:5 на фоне поражения животных у-лучами в сверхсмертельной дозе - 13,05 Гр. При этом были сформированы 4 группы белых мышей, которые до и после облучения получали испытуемый препарат по следующей схеме: 1-я - кур 95 кумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 и введённый внутримышечно за 20-30 минут до облучения; 2-я - куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 и введённый внутримышечно через 20-30 минут после облучения; 3-я - куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 и введённый внутримышечно через 20-30 минут после облучения и дополнительно на 3-й сутки; 4-я - контроль (препарат не вводили).
Из приведенных в таблице материалов видно, что выживаемость к 30-м суткам составила в группах: 1-й - 0 %, 2-й -10%, 3-й-10 % при 100 %-ной гибели мышей в контрольной группе без применения препарата. Лучшие результаты по выживаемости были во 2-й и 3-й группах, получавших препарат на основе куркумы, разведённый в соотношении 1:5 и введённый через 20-30 минут после облучения однократно (10 %) и двукратно (10 %).
Продолжали исследования по оценке радиозащитной активности куркумина на фоне поражения животных сверхлетальными дозами у-лучей. В следующей серии опытов изучали радиозащитную активность препарата на фоне облучения животных в дозе 17,4 Гр. При этом были сформированы 3 группы животных, которые получали куркумин в разведениях 1:3 и 1:5 по следующим схемам применения: 1-я - куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:3 и введённый внутримышечно через 20-30 минут после облучения и дополнительно на 3-й сутки; 2-я - куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 и введённый внутримышечно через 20-30 минут после облучения и дополнительно на 3-й сутки; 3-я - контроль (препарат не вводили).
Из представленных в таблице материалов видно, что при облучении мышей в дозе 17,4 Гр на фоне применения куркумина, разведённого в физиологическом растворе в соотношении 1:3 и введённого внутримышечно через 20-30 минут после облучения и дополнительно на 3-й сутки, и куркумина, разведённого в физрастворе в соотношении 1:5 и введённого внутримышечно через 20-30 минут после облучения и дополнительно на 3-й сутки, выживаемость животных по сравнению с контрольной группой по продолжительности жизни больше контрольной на 3-4 суток.
В ходе испытаний ГШЛ-12К на основе куркумина выживаемость мышей, облучённых дозой 12,18 Гр на фоне применения препарата, составила 30-50 % при 100 %-ной гибели в контроле, что явилось решающим для определения показателя эффективности радиопротектора - фактора изменения дозы (ФИД).
Из литературных источников известно, что ЛД5о/юо для мышей составляет 6,0-8,0 Гр. Для экспериментального подтверждения были сформированы 2 группы по 10 мышей в каждой. Животные были подвергнуты однократному тотальному равномерному воздействию у-излучения Cs-137 в дозах 6,0-8,0 Гр. Полулетальная доза облучения для мышей составила 6,0 Гр (6 из 10 остались живы) и летальная -8,0 Гр. Исходя из полученных данных, был рассчитан коэффициент ФИД препарата ППЛ-12К, введённого через 20-30 минут после облучения и последующего введения на 5-е сутки. ФИД ППЛ-12К составляет 2,0.
Для проверки повторимости результатов ФИД были сформированы дополнительные группы животных: 1-5-я группы - введение куркумина через 20-30 минут и на 5-е сутки после облучения; 6-я - контрольная (облучение без введения препарата).
Исследования радиозащитных свойств препаратов ППЛ-17Х и ППЛ-12К при совместном применении проводили на белых мышах. Были сформированы 6 групп животных по 10 особей в каждой. Препараты вводили внутримышечно в дозе 0,2 мл до и после облучения в дозе 11,31 Гр. Кормление животных осуществляли экструдированным кормом при свободном доступе к воде.
Условия облучения и применения препаратов осуществляли по схеме: 1-я -хлорофилл, разведённый физиологическим раствором в соотношении 1:5 за 15-20 минут до облучения + куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 через 20-30 минут после облучения; 2-я - хлорофилл, разведённый физиологическим раствором в соотношении 1:5 за 15-20 минут до облучения + куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 через 20-30 минут после облучения + дополнительное введение куркумина на 5-е сутки; 3-я - хлорофилл, разведённый физиологическим раствором в соотношении 1:5 через 15-20 минут после облучения + куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 через 20-30 минут после облучения; 4-я - хлорофилл, разведённый физиологическим раствором в соотношении 1:5 за 15-20 минут до облучения + куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 за 20-30 минут до облучения; 5-я - хлорофилл, разведённый с димексидом в соотношении 1:5 за 15-20 минут до облучения + куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 через 20-30 минут после облучения; 6-я -контроль.
Результаты проведенных исследований представлены в таблице 18. Из данных, представленных в таблице 18 видно, что при облучении мышей в дозе 12,18 Гр выживаемость к 30-м суткам составила в группах: 3-й - 20 %, 4-й -40 %, 5-й - 20 % при 100 %-ной гибели мышей в контрольной группе. В этих же группах наблюдалась продолжительность жизни животных более 30 суток. Лучший результат совместного применения был в группах: 3-й - хлорофилл, разведённый физиологическим раствором в соотношении 1:5 через 15-20 минут после облучения + куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 через 20-30 минут после облучения; 4-й - хлорофилл, разведённый физиологическим раствором в соотношении 1:5 за 15-20 минут до облучения + куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 за 20-30 минут до облучения; 5-й - хлорофилл, разведённый с димексидом в соотношении 1:5 за 15-20 минут до облучения + куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:5 через 20-30 минут после облучения.
У переживших 30-дневный срок мышей были взяты пробы крови на содержание кортизола.
В следующей серии опытов изучали радиомодифицирующие свойства композиции хлорофилл+куркумин при облучении животных в сверхлетальной дозе 17,4 Гр. При этом испытывали более концентрированные экстракты препаратов, которые превышали таковых в предыдущих вариантах применения в 2,5 раза, т.е. эти разведения составляли 1:2.
Опыты проводили по схеме: 1-я - хлорофилл, разведённый физиологическим раствором в соотношении 1:2 за 15-20 минут до облучения + куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:2 за 15-20 минут до облучения и хлорофилл, разведённый физиологическим раствором в соотношении 1:2 через 15-20 минут после облучения + куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:2 через 15-20 минут после облучения; 2-я - хлорофилл, разведённый физиологическим раствором в соотношении 1:2 через 15-20 минут после облучения + куркумин, разведённый в физиологическом растворе в соотношении 1:2 через 15-20 минут после облучения; 3-я - контроль.
Изучение влияния фитопрепарата ППЛ-12К на основе курку- мина на систему крови облученных овец
Учитывая, что природные сорбенты из различных классов (полисахариды, минеральные соли) обладают достаточно высокой эффективностью, меньшей токсичностью и большей доступностью, в качестве сорбентов из класса полисахаридов мы испытывали в качестве радиодекорпоратора - альгинат натрия, из класса минеральных солей - цеолит и кремцеп, а из класса солей - смесь сульфата бария и натрия сульфата - адсорбар.
Выбор сорбентов указанных классов был обусловлен тем, что в качестве моделей инкорпорированного облучения организма нами были использованы: ти-реотропный - йод-125, остеотропный - стронций-90 и равномерно распределяющийся в организме, и преимущественно накапливающейся в мышечной ткани -цезий-137. Поскольку метаболизм указанных радионуклидов в организме имеет различные закономерности, методы и средства выведения их весьма различны, поэтому с целью индикации методов и средств, и изучения возможности отдельных сорбентов выводить из организма различные изотопы, нами были отобраны сорбенты из различных классов соединений: альгинат натрия, цеолит, адсорбар и кремцеп.
Альгинат натрия. Альгиновая кислота (Е400) - полисахарид, вязкое рези ноподобное вещество, извлекаемое из бурых водорослей (лат. Phaeophyceae), Ламинария японская (лат. Lammaria japonica Aresch). Содержание альгиновой кислоты в ламинарии колеблется от 15 до 30 %.
Альгиновая кислота является межклеточным веществом и одним из компонентов клеточных стенок водорослей. По своей функции она напоминает пектин, содержащийся в ягодах и фруктах цветочных растений. В водорослях альгиновая кислота содержится в виде солей - альгинатов в количестве до 30 % сухой массы. Альгинаты калия и натрия в воде образуют коллоидные растворы, в отличие от нерастворимой альгиновой кислоты.
Альгиновая кислота представляет собой полимерную цепь, состоящую из 2-х мономеров - остатков полиуроновых кислот (D-маннуроновой и L-гулуроновой) в разных пропорциях, варьирующихся в зависимости от конкретного вида водорослей. Альгинаты в организме человека не перевариваются и выводятся через кишечник.
Альгиновая кислота обладает ионообменными свойствами. Установлены ряды катионов в порядке возрастания их сродства к альгиновой кислоте, т.е. если с ней крепче связывается какой-то катион, то другой катион вытесняется из соединения.
Цеолит. Термин «цеолит» включает целое семейство минералов - водосо-держащих алюмосиликатов с катионами калия, натрия, кальция и магния.
Цеолит представляет собой «пористый кристалл» с жестким каркасом. Характерно, что параметры этого каркаса мало изменяются при дегидратации в результате нагревания до достаточно высокой температуры. Катионы, заполняющие полости, окружены гидратными оболочками и сравнительно легко поддаются ионному обмену. Подвижность катионов и их способность к ионному обмену определяют высокие сорбционные свойства цеолитов на уровне так называемых «ионообменников», которые в настоящее время широко используются в промышленности и сельском хозяйстве. Цеолиты используют в животноводстве и птицеводстве в качестве кормовых добавок с целью улучшения усвояемости питательных веществ и увеличения среднесуточных приростов живой массы. Цеолиты способны связывать токсические и вредные вещества из корма и образующиеся в процессе пищеварения.
Выявлено, что цеолиты способны прочно связывать в ЖКТ радиоактивный цезий, а также ионы свинца и некоторых других тяжелых металлов, препятствуя их всасыванию. Это свойство цеолитов было широко использовано в 1-й период после катастрофы на ЧАЭС. Адсорбар состоит из сульфата бария и натрия сульфата.
Сульфат бария - сернокислая соль бария, BaS04, белый порошок (или прозрачный кристалл), практически нерастворимое в воде и других растворителях кристаллическое вещество. В природе встречается в виде минерала барита. Часто используется при рентгеновских исследованиях ЖКТ как радиоконтрастное вещество, так как тяжёлые атомы бария хорошо поглощают рентгеновское излучение. Хотя все растворимые соли бария ядовиты, сульфат бария практически нерастворим в воде (и в растворе соляной кислоты, которая содержится в желудочном соке), поэтому он нетоксичен.
Натрия сульфат (глауберова соль) - кристаллы горько-соленого вкуса, растворимые в 3-х частях воды. Натрия сульфат, как и другие солевые слабительные, показан при пищевых отравлениях, так как не только очищает кишечник, но и задерживает всасывание яда и поступление его в кровь [13, 14].
Кремцеп - состоит из 60 % цеолита и 40 % двуокиси кремния. Кремний в организме млекопитающих является важной частью всех соединительнотканных элементов: кожи и кожных придатков, костей, кровеносных сосудов, хрящей. Он играет определенную роль в предотвращении остеопороза, снижая хрупкость костей, способствуя утилизации кальция в костной ткани. Улучшая синтез коллагена и кератина, кремний способствует укреплению клеток кожи, волос, ногтей. Минерал добывают открытым способом на территории Курской и Белгородской областей.
Работа по оценке влияния различных сорбентов на скорость выведения изорганизма животных цезия-137, стронция-90, йода-125 выполнялась на 50 белых мышах массой 19-20 г и на 134 крысах массой 180-200 г в условиях специализированного вивария на кафедре радиобиологии.
Для изучения сорбирующих свойств препаратов по выведению радиостронция из организма было сформировано 5 групп крыс массой 180-200 г, по 10 особей в каждой. Животные, в зависимости от группы, с кормом получали: адсорбар, цеолит, альгинат натрия, кремцеп в количестве 0,4 г на крысу в сутки в течение 30 дней. Препараты давали в виде кормовой добавки 1 раз в сутки, цеолит и кремцеп начали давать за сутки до введения раствора, содержащего стронций-90. После поедания корма с сорбентом крысам внутрижелудочно вводили раствор 90Sr в до-зе 10x10 Бк/кг. Первую порцию альгината натрия и адсорбара животные получали за 1 час до введения 90Sr. Условия проведения эксперимента указаны в таблице 48.
Для оценки влияния исследуемых препаратов на динамику выведения радионуклидов стронция из организма крыс из каждой группы проводился убой путём декапитации с предварительной хлороформной эвтаназией по одной крысе на 4, 7, 10, 14 и 30-й день после введения стронция-90. У крыс брали для исследований костную ткань, мышцы, внутренние органы (печень, лёгкие, почки, желудок и тонкий кишечник), щитовидную железу, кровь. Таблица 48 - Условия применения сорбентов и радиостронция
Из данных таблицы видно, что на 14-е сутки после проведения затравки у крыс, получавших альгинат натрия, удельная активность 90Sr уменьшилась по сравнению с контрольной группой в костях на 74,6 %, в мышцах - на 82,1 %, в органах - на 90,7 %. Цеолит снижал удельную активность 90Sr в костях на 63,2 %, в мышцах - на 74,9 %, в органах - на 86,4 %. Кремцеп уменьшил удельную активность 90Sr в костях на 71,6 %, в мышцах - на 75 %, в органах - на 83,3 %, а адсорбар - в костях - на 74 %, в мышцах - на 87,6 %, в органах - на 91,7 %.