Радиационные изменения кроветворения в ближайшие и отдаленные сроки

Радиационные изменения кроветворения в ближайшие и отдаленные сроки

При анализе процессов восстановления гематологических показателей у человека после острой лучевой болезни (средней степени тяжести) мы обратили внимание на то, что они восстанавливаются значительно позднее клинического выздоровления организма. Восстановление цитологического состава крови обычно наблюдается через 4—6 мес и касается не всех ростков кроветворения.

В первую очередь восстанавливается красная кровь, если ее показатели были снижены. Восстановление числа лейкоцитов и тромбоцитов происходит в более поздние сроки и не носит характера устойчивой нормализации. Особенно долго не восстанавливается число лимфоцитов в крови. Так, через 1,5—2 года после радиационного воздействия еще находили пониженное содержание лимфоцитов в крови человека. Следует сказать, что восстановление цитологического состава крови часто сопровождается сохранением извращенных реакций белой крови на различные воздействия: инфекции, травмы, функциональные нагрузки.

Более подробно эти вопросы изучены в экспериментах. Так, в опытах И. Н. Усачевой последовательность восстановления различных ростков кроветворения у облученных собак была следующей. После воздействия рентгеновскими лучами в дозах 6 и 8 Гр через 45 сут у выживших собак еще были значительные нарушения в периферической крови и костном мозге, несмотря на внешнее клиническое благополучие. Они выражались в уменьшении числа эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов и лимфоцитов и в отсутствии нормального количественного соотношения эритробластических и миелоидных клеток костного мозга. Одновременно отмечалось значительное повышение числа ретикулоцитов с последующим нарастанием числа эритроцитов периферической крови и увеличением числа кроветворных клеток в костном мозге, среди которых преобладают эритробластические. Через 4—6 мес у большинства собак наблюдалось первоочередное восстановление эритропоэза. Стойкого восстановления тромбопоэза не обнаруживали и через 18 мес. К этому сроку еще отмечали значительные колебания их числа в сторону как повышения, так и понижения. Еще медленнее шло восстановление белой крови. Даже через 12 мес после облучения в дозе 7 Гр у четырех собак из десяти обследованных в этот срок число лейкоцитов было в пределах 3—6 тыс. клеток в 1 мм³ вместо исходных 9—15 тыс. клеток. У двух собак, облученных в дозе 8 Гр и наблюдавшихся, и через 18—20 мес число лейкоцитов не достигло исходного уровня. Эти изменения в значительной мере были обусловлены недостаточностью лимфопоэза.

Особый интерес представляют эксперименты Е. Н. Антипенко, специально поставленные для изучения последовательности восстановления показателей гемопоэза у собак после воздействия радиацией в дозах 4 и 6,5 Гр (часть собак при облучении в этих дозах подвергалась симптоматическому лечению). В группе выживших собак, которых облучали в дозе 4,5 Гр (ЛД 50/30), восстановление гемопоэза происходило медленно. Быстрее всего восстанавливалось число эритроцитов. С 75-го дня после облучения их количество начинало превышать исходный уровень или равнялось ему. Число лейкоцитов за весь годовой период наблюдений не достигало исходных величин. Восстановление числа лимфоцитов шло наиболее замедленными темпами, и в последние месяцы эксперимента лимфоцитов в среднем оказалось в 2 раза ниже исходного уровня. Содержание тромбоцитов было значительно снижено — в большинстве случаев больше, чем нейтрофилов. Число тромбоцитов достигло уровня 90% исходной величины лишь на 12-м месяце. При исследовании костного мозга на 4-м и 10-м месяце отношение клеток миелоидного ряда к клеткам эритроидного ряда было смещено в сторону красного ряда.

Рис. 2. Типичные изменения показателей крови у собак в отдаленный период после облучения

1 — эритроциты, млн/мм³ крови; 2 — гемоглобин, г%; 3 — ретикулоциты, %; 4 — лейкоциты, тыс/мм³; 5 — нейтрофилы, тыс/мм³; 6 — лимфоциты, тыс/мм³; 7 — тромбоциты, тыс/мм³

Наблюдали значительное преобладание молодых форм клеток над зрелыми формами в нейтрофильном ряду, что указывало на сохранение в этом ряду сильной стимуляции к ускорению пролиферации клеток, способных к делению, в ущерб их созреванию.

Собаки, облученные в дозе 6 Гр с последующим симптоматическим лечением (в течение месяца), через 8—10 мес по общеклиническим показателям не отличались от здоровых животных. Исключение составили показатели крови и костного мозга (рис. 2). Во все сроки дальнейшего исследования (до трех лет после облучения) число лейкоцитов у них было снижено на 20%, так и не достигнув исходных величин. Это снижение происходило за счет еще большего уменьшения числа лимфоцитов — на 33—50%. В то же время показатели красной крови находились в пределах нормы или даже несколько превышали ее. Следовательно, по срокам пострадиационного восстановления клетки крови располагаются в следующем убывающем порядке: эритроциты, нейтрофилы, тромбоциты и лимфоциты. Такая последовательность совпадает с разрозненными данными о последовательности восстановления клеток крови у людей, перенесших лучевую болезнь.

Далее следует еще отметить, что ни у одной из наблюдавшихся собак не удалось и через 3 года после облучения выявить нормализации лимфопоэза. В то же время показатели красной крови первыми достигали нормальных величин. Эта нормализация сопровождалась заметным увеличением числа ретикулоцитов, т. е. увеличенным выбросом из костного мозга в периферическую кровь недозревших эритроцитов. Это, а также сохранившийся сдвиг отношения бластных клеток белого и красного рядов в сторону красного свидетельствует о том, что нормализация содержания эритроцитов и гемоглобина в периферической крови происходит за счет напряжения эритропоэза.

По мнению многих специалистов, изменения красной крови в большинстве случаев прогностически более важны, чем белой крови. В организме отдается предпочтение восстановлению той крайне необходимой для организма дыхательной функции, какую выполняет красная кровь. Это позволило считать, что без истинной нормализации эритропоэза в преобладающем большинстве случаев трудно ожидать стабильного восстановления других ростков кроветворения и их функций, в частности иммунитета.

Однако представления о состоянии эритропоэза, полученные по данным общепринятых исследований цитологического состава крови и костного мозга, не всегда могут правильно отражать состояние кроветворения. Миелограммы в ряде случаев не позволяют судить о функциональной активности всей гемопоэтической ткани в силу возможной очаговости изменений в ней и в случаях изменения плацдарма кроветворения (т. е. массы кроветворной ткани). По данным пунктатов костного мозга трудно судить о количественных изменениях в скорости кроветворения, особенно когда нет изменений в соотношениях отдельных стадий созревания клеток. Поэтому суммарную продуктивность эритропоэза определяли по включению ⁵⁹Fe в эритроциты. Меченое железо включалось на стадии гемоглобинизации эритроцитов. Расчеты меченого железа, поглощенного эритроцитами 1 мл крови, 1 млн эритроцитов или 1 г гемоглобина, давали идентичные результаты. В этих условиях радиоактивность циркулирующих эритроцитов характеризовала продукцию их всей массой кроветворной ткани и поступление их в периферическую кровь. Примененная методика исключала влияние возможных часовых, суточных и ситуационных колебаний в течение указанных процессов на конечный результат, поскольку определялось интегральное поглощение ⁵⁹Fe за четырехсуточный период.

Изучены суммарная интенсивность эритропоэза у собак через 1; 2,5; 12 и 42 мес после облучения в дозе 4 Гр и показатели у других групп собак, подвергавшихся облучению в разных дозах. Выявлены наиболее характерные результаты для собак, у которых после перенесения острого лучевого поражения цитологические показатели крови не имели сколько-нибудь выраженных изменений или наблюдались умеренные изменения со стороны белой крови. После однократных облучений с конца первого месяца после лучевого воздействия и далее в различные сроки до 3,5 лет у многих, а в определенных условиях у большинства, собак отмечался повышенный темп эритропоэза при нормальном или несколько пониженном уровне лейкоцитов и значительно реже эритроцитов и гемоглобина. Часто, но не всегда обнаруживался ретикулоцитоз. Нередко наибольшее включение ⁵⁹Fe в эритроциты наблюдалось у тех животных, у которых была более выраженная эритропения. Особенно значительное усиление темпа кроветворения (в 2 раза и более) отмечалось после облучения в дозах 2,0—3,5 Гр (дозы, близкие или несколько превышающие максимальные несмертельные, но вызывающие клинически выраженную лучевую болезнь).

Повышенный темп эритропоэза при нормальной периферической крови можно рассматривать как подтверждение того, что восстановление и нормализация системы красной крови, связанной с функциями, жизненно необходимыми для существования организма, происходят в первую очередь. Отсутствие изменений в цитологическом составе крови не должно служить доказательством истинного благополучия гемоноэза. Напряжение эритропоэза, отмеченное в течение весьма длительного времени после лучевого воздействия, может быть одной из причин задержки в восстановлении числа лейкоцитов (лимфоцитов) или тромбоцитов у перенесших лучевое поражение или отсутствия устойчивой нормализации в их уровне. Другими словами, без истинной нормализации эритропоэза не следует ожидать стабильного восстановления других ростков кроветворения и выполняемых ими функций, в первую очередь иммунитета. Отмечаемые в течение длительных периодов пострадиационные лейкопенические состояния с этих позиций следует, по-видимому, рассматривать как обусловленные преимущественной пролиферацией эритробластических элементов, что вызывалось необходимостью первоочередного восстановления и поддержания функций красной крови в пределах физиологической нормы.

Выявленные изменения в интенсивности гемопоэза нельзя однозначно связывать с глубиной радиационного поражения системы крови. Повышение темпа эритропоэза можно рассматривать как компенсаторно-приспособительную реакцию, направленную на поддержание функций красной крови в пределах физиологической нормы. Степень выраженности этой реакции определяется двумя главными факторами: необходимостью и возможностью ее развития. Необходимость повышения темпа эритропоэза возникает при ускоренной убыли эритроцитов из сосудистого русла. Выраженность этой реакции зависит от пределов физиологических возможностей регенеративного аппарата эритропоэза и глубины его радиационного поражения.

Продолжительность жизни эритроцитов в сосудистом русле у изучавшихся собак, определявшаяся с помощью метки собственных эритроцитов ⁵¹Cr, оказалась сокращенной. У одной опытной и у одной контрольной здоровой собаки одновременно определяли и интенсивность эритропоэза, и эритрофагоцитарную функцию селезенки через 190 сут после окончания многократного лучевого воздействия, используя ⁵¹Cr в качестве метки. С указанной целью через 2 нед после введения в организм меченных изотопом собственных эритроцитов извлекали селезенку и готовили срезы толщиной около 0,5 см. Срезы промывали физиологическим раствором для удаления крови, после чего определяли их радиоактивность, средняя величина которой выражалась в процентах от радиоактивности селезенки контрольной собаки. У облученной собаки радиоактивность была в 1,5 раза больше, что свидетельствовало об усилении фагоцитоза эритроцитов клетками селезенки.

Подробное описание состояния указанных групп собак дано в наших монографиях [Акоев, 1970; Акоев и др., 1981]. Средние данные по 12 собакам через 190 сут после окончания многократного облучения: внешнее клиническое благополучие, морфологический состав крови у облученных собак не выходил за пределы нормы. Однако отмечалось относительное снижение числа лейкоцитов (на 2,9 тыс. клеток в 1 мм³ крови) и повышение содержания ретикулоцитов (3,1 % против 1,2 % в контрольной группе). Это давало повод предполагать скрытое напряжение эритропоэза. И действительно, оно подтвердилось исследованиями с меченым железом. Суммарное поступление эритроцитов в русло крови оказалось в 1,75 раза выше нормального, что, в свою очередь, могло служить косвенным доказательством ускоренного разрушения эритроцитов.

Возможность очень длительного сохранения сокращенной продолжительности жизни эритроцитов у человека после радиационных воздействий была показана Хубером и Ширакурой на примере исследований, проводившихся не менее чем через 6 лет после успешной лучевой терапии 25 женщин по поводу рака матки и обнаруживших у них уменьшенную продолжительность пребывания эритроцитов в сосудистом русле.

Изложенные исследования, выполненные нами на собаках, демонстрируют определенную последовательность включения и выключения разных механизмов усиления продуктивной способности гемопоэза, необходимых для поддержания в первую очередь функции красной крови. Из анализа представленных данных можно заключить, что примат производства клеток красного ростка существует тогда, когда имеется значимая для организма недостаточность количества эритроцитов и гемоглобина. Первым мобилизуемым резервом является расширение плацдарма кроветворения, т. е. увеличение массы гемопоэтической ткани. Этот резерв — расширенный плацдарм кроветворения — используется организмом наиболее длительно. У собак в этот период «костный мозг» грудины и эпифизов на секции становится красным, т. е. происходит замещение его эритропоэтической тканью.

Вторым возможным мобилизуемым резервом является ускорение прохождения клетками делящегося и делящегося-созревающего пулов. Наконец, позже всех и на самое короткое время (на месяц-полтора) может увеличиваться митотический индекс эритробластов, непосредственно отражающий в этих условиях сокращение их генерационного цикла.

Основные наблюдения за состоянием кроветворения у собак в отдаленный пострадиационный период (изменения периферической крови и интенсивность эритропоэза) были подтверждены нами и в экспериментах на крысах.

Возможность сокращения продолжительности генеративного цикла бластных клеток белого и красного ряда была доказана А. В. Илюхиным с соавторами при длительном хроническом воздействии радиации на собак. После введения фенилгидразина или массивного кровопускания также обнаружено сокращение генерационного времени делящихся эритробластов, которое в основном происходило за счет стадии G₁.

Была подробно изучена цитокинетика кроветворения у собак на протяжении трехлетнего слабого хронического воздействия радиации. Собак в течение трех лет непрерывно (кроме времени на кормление и обследование) облучали: суммарные дозы от 0,63 до 5,70 Гр.

В периферической крови на 4—12-м месяце облучения отмечали ретикулоцитоз, сокращение времени пребывания эритроцитов в крови (на 12—24-м месяце) при сохранении числа эритроцитов и содержании гемоглобина в пределах контрольных значений (табл. 2). Это могло указывать па скрытое напряжение эритропоэза для компенсации сокращения продолжительности жизни эритроцитов и поддержания увеличенной скорости обновления эритроцитов.

Оценка костно-мозговой продукции эритроцитов показала статистически значимое ее увеличение, сохранявшееся в течение всего второго года облучения. Тем не менее качество эритроцитов (насыщенность гемоглобином, кривые Прайс—Джонса) не ухудшалось. К концу третьего года все показатели были в пределах нормы.

Со стороны белой крови отмечали стойкое снижение лейкоцитов и нейтрофилов на протяжении всего третьего года облучения. Продолжительность пребывания гранулоцитов была снижена. К концу третьего года облучения костно-мозговая продукция гранулоцитов в группе, имевшей суммарную дозу воздействия 5,7 Гр, снизилась примерно наполовину. Осмотическая стойкость лейкоцитов была сниженной на протяжении последних 2,5 лет наблюдений. В отличие от показателей красной крови, которые нормализовались на протяжении третьего года облучения, в белой крови продолжала к этому сроку нарастать недостаточность миелопоэза. Изменения показателей красной крови в условиях слабого хронического воздействия были менее выраженными и восстанавливались быстрее, явно отдавая приоритет восстановлению эритропоэза. Авторы пишут о возможном дефиците стволовых клеток и их направленной дифференцировке в эритроидном направлении.

Таблица 2. Сроки (в месяцах) выявления статистически достоверных отклонений в цитокинетических показателях эритропоэза и лейкогранулопоэза у собак на протяжении трехлетнего хронического радиационного воздействия в малых дозах (наша обработка данных А. В. Илюхина и др.)

Эти заключения авторы подтверждают анализом и непосредственных изменений костного мозга указанных собак. Средняя продолжительность генерационного цикла миелоидных элементов изменялась существенно — почти в 2 раза. В отличие от цикла эритроидных элементов (где статистически достоверно сокращалась лишь стадия G₁) здесь укорачивались все стадии интерфазы клеточного цикла. С помощью пирогеналовой пробы обнаружили снижение костно-мозгового резерва гранулоцитов у большинства собак в большинстве сроков исследований, в то же время не выявлено уменьшение резерва эритроидного ростка.

Таким образом, обобщая данные о состоянии кроветворения в период длительного слабого хронического воздействия радиации и в период отдаленного пострадиационного восстановления после острых и многократных облучений, можно заключить, что наиболее характерным для гемопоэза было явное или скрытое напряжение эритропоэза, в значительной мере определявшее состояние периферической крови и клеточность костного мозга. Значительную роль при этом играет сокращенная продолжительность жизни эритроцитов. Основной вклад в пополнение клеточности костного мозга после экстремальных воздействий вносят процессы пролиферации и дифференцировки морфологически не различимых стволовых клеток костного мозга. Они обладают чрезвычайными потенциями к пролиферации и имеют другие возможности усиления продуктивности отдельных ростков кроветворения.