БИОФИЗИКА, 2019, том 64, № 3, с. 587-595

БИОФИЗИКА CЛОЖНЫX CИCТЕМ

УДК 577.3; 577.346; 612.73.74

РАДИОЗАЩИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ НА КЛЕТКИ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ КРОВИ КРЫС

Институт физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси,

220072, Минск, пр. Независимости, 68, Республика Беларусь

*Институт биоорганической химии НАН Беларуси,

220141, Минск, ул. Академика В.Ф. Купревича, 5/2, Республика Беларусь

E-mail: zalesskaya@imaph.bas-net.by

Поступила в редакцию 29.10.2018 г.

После доработки 14.03.2019 г.

Принята к публикации 18.03.2019 г.

Радиозащитное действие низкоинтенсивного лазерного излучения на клетки крови изучали на

крысах линии Вистар. Выполняли однократное облучение γ-излучением (доза 3 Гр) всего тела крыс;

надвенное облучение крови непрерывным лазерным излучением (λ = 670 нм); комбинированное

воздействие γ- и лазерного излучения, отличавшегося в разных сериях экспериментов количеством

процедур и плотностью энергии лазерного излучения (2,5 Дж/см², 1,25 Дж/см²). Исследовали вли-

яние γ- и лазерного излучения на количество клеток периферической крови крыс, активность фер-

ментов антиоксидантной защиты (супероксиддисмутазы и каталазы) и на спектры поглощения

крови в областях, чувствительных к ее оксигенации. На четвертые сутки после γ-облучения радио-

защитное действие низкоинтенсивного лазерного излучения проявилось в увеличении среднего ко-

личества лейкоцитов (до 1,4 раза), лимфоцитов (до 1,8 раз) по сравнению с показателями, снижен-

ными γ-облучением, в росте относительного числа лимфоцитов в популяции лейкоцитов (до 1,5 ра-

за), а также в увеличении сниженной γ-излучением активности каталазы и супероксиддисмутазы.

Установлено, что для отдельных крыс изменения количества эритроцитов, лейкоцитов, лимфоци-

тов, активности супероксиддисмутазы, инициированные как γ-, так и комбинированным лазерным

и γ-излучением, отличались и зависели от индивидуальных исходных показателей. Обсуждаются

молекулярные механизмы наблюдаемых фоторадиобиологических эффектов.

Ключевые слова: низкоинтенсивное лазерное излучение, γ-излучение, клетки крови, спектры поглощения

крови, ферменты антиоксидантной защиты.

DOI: 10.1134/S0006302919030207

[1-3]. Инициация этих процессов с помощью

Создание новых методов и средств, противо-

НИОИ создает возможность для противодей-

действующих разрушительному влиянию иони-

ствия поражающему действию ионизирующей

зирующей радиации, широко используемой в

радиации на живой организм.

технике и медицине, является актуальной зада-

чей, которой активно занимаются специалисты

В последние годы появились эксперименталь-

различных областей науки, включающих физику,

ные работы, подтверждающие возможность тако-

химию, биологию, фармакологию и медицину.

го способа радиационной защиты [4-10]. В этих

Лазерная медицина располагает данными о бла-

работах были приведены результаты, полученные

гоприятном действии низкоинтенсивного оп-

на экспериментальных животных, которые под-

тического излучения (НИОИ), в том числе лазер-

вергались комбинированному воздействию γ- и

ного (НИЛИ), на реактивацию ферментов анти-

низкоинтенсивного светодиодного излучения

оксидантной защиты, на протекание свободнора-

преимущественно красного диапазона. НИОИ

дикальных реакций, репарацию повреждений ге-

успешно применялось в онкологической практи-

нетического аппарата, процессы кроветворения

ке для профилактики и лечения осложнений, воз-

никающих после радиационной терапии [11,12].

Сокращения: НИОИ - низкоинтенсивное оптическое излу- Радиозащитное действие НИЛИ было продемон-

чение, НИЛИ - низкоинтенсивное лазерное излучение,

СОД - супероксиддисмутаза, НЛОК - надвенное облуче-

стрировано также в экспериментах на клеточных

ние крови, АФК - активные формы кислорода.

культурах [13,14]. Однако наряду с положитель-

587

588

ЗАЛЕССКАЯ и др.

ными результатами были получены и отрицатель-

ях экспериментов (III и IV) через сутки после γ-об-

ные, указывающие на снижение радиоустойчиво-

лучения проводили три ежедневных процедуры

сти биообъектов или на отсутствие влияния

НЛОК (2,5 Дж/см²) в серии III и четыре

НИОИ [10]. До настоящего времени научное

(1,25 Дж/см²) - в серии IV. Отбор крови у крыс

обоснование возможностей радиозащитного дей-

групп сравнения выполняли в те же дни, что и у

ствия НИОИ отсутствует, что сдерживает его

крыс экспериментальных групп. Отбор крови у

практические применения. Цель настоящей ра-

крыс экспериментальных групп выполняли на

боты - оценка влияния комбинированного воз-

четвертые сутки после γ-облучения и на вторые

действия γ-излучения и НИЛИ на кровь и клетки

сутки после завершения курса НЛОК. При работе

периферической крови крыс по изменениям: ге-

с животными соблюдалась Европейская конвен-

матологических показателей, спектров поглоще-

ция о защите позвоночных животных, используе-

ния крови и активности ферментов антиокси-

мых с экспериментальными и другими научными

дантной защиты - супероксиддисмутазы (СОД) и

целями.

каталазы.

Было изучено 290 образцов крови крыс, ото-

бранных до и после окончания эксперимента. На

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

гемоанализаторе Humacount (Humacount, Герма-

Все эксперименты, описанные в работе, были

ния) измеряли количество: лейкоцитов (WBC),

выполнены на крысах самцах линии Вистар (мас-

лимфоцитов (LYM), эритроцитов (RBC), концен-

са 250-300 г, возраст 3 месяца), подвергавшихся

трацию гемоглобина (Hb), гематокрит. Во всех

однократному облучению всего тела умеренной

сериях экспериментов погрешность при опреде-

дозой γ-радиации

(3 Гр, мощность дозы

лении количества клеток составляла 7-10%. Об-

разцы крови стабилизировали этилендиаминтет-

0,67 Гр/мин), возникающей при распаде ¹³⁷Cs

раацетатом. Активность супероксиддисмутазы в

(установка «Игур» Института радиационной био-

цельной крови определяли по реакции суперок-

логии НАН Беларуси). Внутривенное и надвен-

сидзависимого окисления кверцетина в щелоч-

ное облучение крови (НЛОК) признаны наиболее

ной среде, которую проводили с помощью набора

эффективными методами терапевтического воз-

реактивов «Набор СОД: 100/2» (производство

действия, оказывающими системный эффект.

НТПК «АнализХ», Минск, Беларусь) [16]. Актив-

Поэтому в работе использовался неинвазивный

ность каталазы в сыворотке крови определяли по

метод НЛОК, при котором кровь в хвостовой ве-

способности Н₂О₂ образовывать стабильные

не крыс облучалась непрерывным НИЛИ с дли-

ной волны λ=670 нм, хорошо поглощаемой кро-

окрашенные комплексы с молибдатом аммония

вью (терапевтический аппарат «Люзар», Бела-

[17]. Влияние γ- и лазерного излучения на степень

русь). Согласно оценкам, выполненным нами с

насыщения венозной крови Hb кислородом

учетом процессов поглощения и рассеяния опти-

(S_VO₂) определяли по изменениям спектров по-

ческого излучения тканями крыс, при использо-

глощения крови, которые регистрировали на

вании λ = 670 нм до 40% лазерного излучения, па-

спектрофотометре Сary (Cary, США) в областях,

дающего на поверхность кожной ткани, достига-

чувствительных к оксигенации крови. Получен-

ет крови в хвостовой вене [15].

ные результаты обрабатывали статистически по

Были выполнены четыре серии эксперимен-

общепринятым методикам. Достоверность выяв-

тов, в каждой из которых участвовало четыре

ленных различий оценивали по t-критерию

группы крыс, включающие девять животных. В

Стьюдента со статистически значимой границей

контрольной группе крыс не подвергали воздей-

p < 0,05; определяли коэффициент корреляции

ствию γ-излучения и НЛОК. В эксперименталь-

Пирсона.

ных группах выполняли однократное облучение

всего тела крыс γ-излучением (доза 3 Гр); НЛОК

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

непрерывным лазерным излучением (λ = 670 нм);

комбинированное воздействие γ- и лазерным из-

Результаты, полученные в четырех сериях экс-

лучением, отличавшимся в разных сериях экспе-

периментов, показали, что клетки лейкоцитов и

риментов количеством процедур и плотностью

лимфоцитов наиболее чувствительны к γ-облуче-

энергии лазерного излучения. В серии I при ком-

нию дозой 3 Гр. Среднее по группам количество

бинированном воздействии крыс облучали γ-из-

лейкоцитов (С_WBC) и лимфоцитов (С_LYM) под

лучением через сутки после завершения трех еже-

влиянием дозы 3 Гр снижалось в разных сериях

дневных процедур НЛОК (t = 2 мин, 10 мДж,

по-разному и зависело от исходного количества

2,5 Дж/см²), а в серии II - через сутки после че-

клеток в периферической крови (рис. 1а). Так,

тырех ежедневных процедур НЛОК (t = 1 мин,

под влиянием одинаковой дозы 3 Гр С_WBC умень-

10 мДж, 1,25 Дж/см²). В двух последующих сери-

шилось в

3,1 раза при исходном значении

БИОФИЗИКА том 64

№ 3

2019

РАДИОЗАЩИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯСТАТЬИ

589

С_WBC = 7,0·10⁹/л, в 3,5 раза

- при С_WBC =

= 8,8 · 10⁹/л, в 4,2 раза - при С_WBC = 9,6 · 10⁹/л и

в 6 раз - при С_WBC = 10,7 · 10⁹/л; С_LYM снизилось

в 5,2 раза при исходной концентрации С_LYM =

= 5,7 · 10⁹/л, но в 9,3 раза при С_LYM = 7,2 · 10⁹/л.

Под влиянием γ-излучения снижалось также от-

носительное количество лимфоцитов в популя-

ции лейкоцитов (рис. 1б). Убыль под влиянием

дозы 3 Гр среднего количества лейкоцитов и лим-

фоцитов до величин, которые оказались значи-

тельно ниже допустимых (С_WBC < 2,4 · 10⁹/л,

С_WBC < 2,4 ·1 0⁹/л), свидетельствует о гематологи-

ческой токсичности применяемой умеренной до-

зы γ-излучения. Выявленная высокая радиочув-

ствительность лейкоцитов является характерной

реакцией организма на воздействие ионизирую-

щей радиации и соответствует сложившимся

представлениям и имеющимся литературным

данным [18]. Клетки лимфоцитов являются из-

вестным исключением, так как не делятся, но об-

ладают высокой радиочувствительностью. На ра-

диочувствительность клеток лейкоцитов и лим-

фоцитов, в наибольшей мере, влияет высокая

радиочувствительность кроветворных клеток

костного мозга, ответственных за их воспроиз-

водство.

Известно [19], что лазерное облучение крови

может оказывать негативное влияние на клетки

лейкоцитов. Для оценки результатов лазерного

Рис. 1. (а) - Относительные изменения среднего ко-

воздействия в трех сериях экспериментов сопо-

личества лейкоцитов, (б) - относительные измене-

ставлялись С_WBC, а также С_LYM до и после НЛОК.

ния содержания лимфоцитов в популяции лейкоци-

тов:

- контроль,

- лазерное облучение

Под влиянием НЛОК количество этих клеток как

(1,25 Дж/см²), 3 - γ-облучение дозой 3 Гр, 4 - ком-

снизилось, так и увеличилось по сравнению с из-

бинированное облучение γ-излучением и четырьмя

меренным до начала эксперимента, что отрази-

последующими процедурами НЛОК (1,25 Дж/см²).

лось на результатах комбинированного воздей-

За 100% приняты значения исследованных парамет-

ров у крыс контрольной группы. Достоверность раз-

ствия НЛОК и γ-излучения (табл. 1). Следует от-

личий показателей по сравнению с показателями

метить, что поскольку эксперименты проводили

контрольной группы (p < 0,05).

в течение нескольких месяцев (сентябрь-ап-

рель), то при одних и тех же условиях содержания

на экспериментальные результаты могли оказать

зультаты в лучшую строну, так как конечный ре-

дополнительное влияние сезонные изменения

зультат воздействия зависит от соотношения ско-

метаболизма животных.

ростей пострадиационной убыли клеток и их

восстановления. Таким образом, под влиянием

Предварительное НЛОК увеличило число кле-

НЛОК на четвертые сутки после завершения экс-

ток лейкоцитов не более, чем в 1,4 раза, а лимфо-

периментов достоверно увеличилось сниженное

цитов - в 1,8 раз по сравнению с значениями, по-

γ-излучением количество лимфоцитов (до 1,8 ра-

лученными после γ-облучения (табл. 2). Подоб-

за) и наметилась тенденция к увеличению сни-

ные результаты были получены также при

женного γ-излучением количества клеток лейко-

применении процедур НЛОК после γ-облучения.

цитов. При этом не была установлена заметная

Под влиянием НЛОК в разных сериях от 1,3 до 1,5

разница между предварительным и последующим

раза возросло относительное содержание лимфо-

лазерным облучением крови НИЛИ.

цитов в пуле лейкоцитов. Согласно литератур-

ным данным, увеличение временного интервала

При одинаковых внешних воздействиях инди-

между воздействием γ-излучения и отбором об-

видуальные изменения количества клеток лейко-

разцов крови могло изменить регистрируемые ре-

цитов и лимфоцитов, полученные в четырех се-

БИОФИЗИКА том 64

№ 3

2019

590

ЗАЛЕССКАЯ и др.

Таблица

1. Относительные изменения среднего количества клеток С_WBC, С_LYM, лимфоцитов, С_RBC,

концентрации гемоглобина С_Hb и активности СОД

Серии

Cоотношение

С_WBС

С_LYМ

Лимфоциты, %

С_RBC

С_Hb

СОД

экспериментов

показателей

II (n = 9)

л/К

0,62 ± 0,06

0,63 ± 0,05

0,95 ± 0,08

0,96 ± 0,08

0,97 ± 0,08

1,02 ± 0,05

III (n = 9)

л/К

1,37 ± 0,01

1,65 ± 0,14

1,12 ± 0,10

1,00 ± 0,09

—

IV (n = 9)

л/К

0,89 ± 0,08

0,82 ± 0,07

0,99 ± 0,08

0,93 ± 0,08

0,98 ± 0,08

1,14 ± 0,06

Примечание. Варианты НЛОК: II - четыре процедуры НЛОК (1,25 Дж/см²); III - три процедуры НЛОК (2,5 Дж/см²) после

γ-облучения, IV - четыре процедуры НЛОК (1,25 Дж/см²). За 1,00 приняты средние значения исследованных параметров в

контрольной группе крыс. Достоверность различий показателей по сравнению с контрольными значениями p < 0,05.

Таблица 2. Относительные изменения среднего количества клеток С_WBC, С_LYM, лимфоцитов, С_RBC, концентра-

ции гемоглобина С_Hb, активности СОД и каталазы при γ-облучении дозой 3 Гр и разных вариантах НЛОК

Серии

Cоотношение

Лимфоциты,

эксперименто

С_WBС

С_LYМ

С_RBC

С_Hb

СОД

Каталаза

показателей

(лаз. + γ)/γ-

1,40

1,80

1,48

1,00

1,01

1,7

1,77

(лаз. + γ)/γ-

1,22

1,33

1,31

1,00

1,24

1,420

III

(γ + лаз.)/γ-

1,40

1,34

1,47

1,05

1,00

1,31

1,13

(γ + лаз.)/γ-

1,36

1,51

1,00

1,02

1,00

—

Примечание. Варианты НЛОК: I - три процедуры НЛОК (2,5 Дж/см²) перед γ-облучением; II - четыре процедуры НЛОК

(1,25 Дж/см²) перед γ-облучением; III - три процедуры НЛОК (2,5 Дж/см²) после γ-облучения; IV - четыре процедуры

НЛОК (1,25 Дж/см²) после γ-облучения. Достоверность различий показателей по сравнению с контрольными значениями

p < 0,05.

риях экспериментов, отличались для разных жи-

Степень анемии, которая может возникать при

вотных. На рис. 2 для примера представлена

γ-облучении, оценивали по количеству эритро-

зависимость (ΔWBC) от WBC, где WBC - исход-

цитов (С_RBC), концентрации гемоглобина (С_Hb).

ное количества лейкоцитов в периферической

Результаты экспериментов показали, что эритро-

крови, а ΔWBC - их изменения, инициирован-

циты более радиоустойчивы, чем клетки лейко-

ные γ-излучением или комбинацией γ- и лазер-

цитов и лимфоцитов. На четвертые сутки после γ-

ного излучения. Под влиянием как γ-облучения,

облучения наибольшей убыль эритроцитов была

так и комбинированного γ-облучения и НЛОК

в сериях экспериментов I и III, не превысив 19%

убыль количества клеток была меньшей при бо-

при исходном количестве С_RBC = 8,2 · 10⁹/л и 17%

лее низкой исходной величине, но линейно уве-

личивалось с ее ростом.

при С_RBC = 8,8 · 10⁹/л соответственно. В осталь-

БИОФИЗИКА том 64

№ 3

2019

РАДИОЗАЩИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯСТАТЬИ

591

Рис. 2. Зависимость изменений С_WBC (ΔС_WBC =

= С_WBC (γ или (γ + лаз.)) - С_WBC (контр.)) от исход-

ных значений С_WBC в крови отдельных крыс: при γ-

облучении дозой 3 Гр (темные кружки); при комби-

нированном облучении γ-излучением, а затем тремя

процедурами лазерного излучения

(2,5 Дж/см²)

(светлые кружки); при предварительном облучении

четырьмя процедурами

лазерного излучения

(1,25 Дж/см2), а затем γ-излучением (темные тре-

угольники).

ных двух сериях при С_RBC = 9,9 · 10⁹/л и при

С_RBC = 9,7 10⁹/л количество эритроцитов сокра-

тилось под влиянием γ-излучения на 7 и 8% соот-

ветственно, только приблизившись к нижней

границе допустимых величин. Подобным обра-

зом под влиянием γ-излучения изменялась кон-

Рис. 3. Зависимость изменений СRBC от исходных

центрация гемоглобина, которая так же как

значений СRBC в крови отдельных крыс: (а) - четыре

С_RBC в наибольшей степени (на 20%) снизилась в

процедуры НЛОК (1,25 Дж/см²) (темные кружки);

серии I, не изменилась в серии IV, С_Hb уменьши-

четыре процедуры НЛОК (1,25 Дж/см²) с последую-

щим γ-облучением (темные квадраты) (r = -0,82,

лась в сериях II и III на 8% с и 13%, не опускаясь

p < 0,001); (б) - γ-облучение (темные кружки), пред-

ниже допустимых величин.

варительное γ-облучение с последующими четырьмя

процедурами НЛОК (1,25 Дж/см²) (темные квадраты)

Предшествующее и последующее лазерное

(r = -0,8, p < 0,001).

воздействие на венозную кровь существенно не

изменило пострадиационные величины С_RBC и

однородной, в ней сочетаются клетки разного

С_Hb, возросшие не более чем на 5% (табл. 2). Раз-

возраста и различной радиационной стойкости.

личная реакция системы кроветворения отдель-

ных животных на воздействие физических факто-

Активность важнейших ферментов антиокси-

ров проявилась в зависимостях полученных изме-

дантной защиты СОД и каталазы снижалась под

нений С_RBC, С_Hb от исходных значений этих

влиянием γ-излучения по сравнению с аналогич-

ными значениями для крыс контрольной группы,

величин в крови различных животных. Как сле-

свидетельствуя о снижении резервов антиокси-

дует из зависимости ΔС_RBC от С_RBC (рис. 3), под

дантной защиты. Инициированная γ-облучением

влиянием γ-, лазерного и комбинаций γ- и лазер-

убыль средних значений активности СОД зависе-

ного излучения наблюдалось увеличение низких

ла от их исходной величины и проявилась в боль-

значений С_RBC, С_Hb и снижение высоких, кото-

шей степени при высоких начальных величинах.

рое следует рассматривать как регуляторный эф-

Снижение СОД достигало 36% при начальном

фект. Результат не является неожиданным, так

значении 130 ед./мл, 32% и 27% при 120 ед./мл и

как в норме популяция эритроцитов не является

119 ед./мл и отсутствовало при исходном значе-

БИОФИЗИКА том 64

№ 3

2019

592

ЗАЛЕССКАЯ и др.

Индивидуальные изменения активности СОД,

полученные под влиянием γ-излучения и комби-

нированного γ- и лазерного излучения, зависели

от исходных величин в крови отдельных крыс.

Влияние γ-излучения и комбинированного γ- и

лазерного излучения проявилось в положитель-

ных и отрицательных изменениях активности

СОД со снижением высоких и повышением низ-

ких значений (рис. 4). Подобные зависимости

были получены как при предварительном НЛОК,

так и при НЛОК, последовавшим за γ-облучени-

ем. Следует отметить, что в крови отдельных крыс

активность СОД сильно изменялась даже при от-

сутствии достоверных изменений среднего по

группе значения. Так, в серии IV экспериментов

активность СОД не изменилась как под влиянием

γ-излучения, так и при комбинациях γ- и лазер-

ного излучения, но в крови отдельных крыс

активности СОД возрастала и убывала в пределах

(-35 < ΔСОД < 30 ед./мл). Активация СОД под

воздействием лазерного, а также комбинаций ла-

зерного и γ-облучения создает благоприятные

условия для противодействия разрушительному

влиянию свободно-радикальных реакций, ини-

циируемых γ-излучением.

Адаптационные возможности организма в

значительной степени определяются кислород-

ной емкостью крови. Для оценки возможных из-

менений в степени насыщения гемоглобина ве-

нозной крови кислородом (S_VO₂) при различных

вариантах внешнего воздействия выполнялся

анализ спектров поглощения образцов крови в

областях чувствительных к оксигенации крови.

На рис. 5 в качестве примера сопоставлены спек-

Рис. 4. Зависимость изменений активности СОД от

тры поглощения образцов крови крыс до начала

исходных значений СОД в крови отдельных крыс:

эксперимента, после трех процедур НЛОК и по-

(а) - под влиянием γ-излучения (ΔСОД = СОД (γ) -

СОД (контр.)) в трех сериях экспериментов с исход-

сле комбинированного лазерного и γ-облучения.

ными значениями:

100 ед./мл (темные кружки),

Коротковолновый сдвиг максимума полосы Соре

119,5 ед./мл (светлые квадраты), 130 ед./мл (светлые

и уменьшение интенсивности в провале между

треугольники); (б) - 1 - при предварительном γ-об-

полосами 541 и 577 нм демонстрируют увеличе-

лучении (ΔСОД = СОД (γ+ лаз) - СОД (контр.)) и по-

ние оксигенации крови по сравнению с исходной

следующих четырех процедурах НЛОК (1,25 Дж/см²)

в двух сериях экспериментов с исходным значением

после окончания курса НЛОК, а также комбини-

100 ед./мл (светлые кружки) и 119,5 ед./мл (темные

рованного лазерного и γ-воздействия. Для приве-

треугольники); 2 - при трех предварительных проце-

денного примера комбинированного облучения

дурах НЛОК (ΔСОД = СОД (лаз.+γ) - СОД (контр.))

(три процедуры НЛОК с последующим γ-облуче-

и последующем γ-облучении (130 ед./мл).

нием) в 80% образцов наблюдалось увеличение

оксигенации крови по сравнению с исходным.

нии 100 ед./мл. Предварительное и последующее

Следует отметить, что оксигенация крови изме-

облучение крови крыс НИЛИ увеличило снижен-

нялась в разных образцах по-разному. В образцах

крови некоторых крыс наблюдался противопо-

ную γ-излучением активность СОД (табл. 1). Рост

ложный эффект - снижение оксигенации крови

средних по группе величин активности СОД под

как после лазерного, так и после комбинирован-

влиянием НЛОК коррелировал с ростом среднего

ного γ- и лазерного воздействия. Увеличение

количества клеток крови. Фотоактивацию фер-

SV^O2^{до нормальных для венозной крови значе-}

ментов антиоксидантной защиты следует рас-

ний повышает содержание кислорода в венозной

сматривать как один из важных механизмов ра-

крови, улучшает доставку О₂ в ткани и его по-

диопротекторного действия НИОИ.

требление в клетках. Нормализация сниженных

БИОФИЗИКА том 64

№ 3

2019

РАДИОЗАЩИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯСТАТЬИ

593

Рис. 5. Спектры поглощения образцов венозной крови одной из крыс, нормированные по оптической плотности D в

максимуме полосы Соре, на врезке те же спектры, нормированные по D на λ = 545 нм: 1 - до начала эксперимента

(S_VO₂ = 50%); 2 - после трех процедур НЛОК (2,5 Дж/см2) (S_VO₂ = 70%); 3 - после трех процедур НЛОК (2,5 Дж/см₂)

с последующим γ-облучением (S_VO₂ = 67%).

значений S_VO₂ и активности ферментов антиок-

ации, поглощаемая молекулами биоткани,

сидантной защиты способствует пострадиацион-

разрывает молекулярные связи, инициирует воз-

ным восстановительным процессам.

никновение в радикалов (RC^•, RO^•, RS^•, RN^•

Отличающееся радиозащитное влияние НИЛИ

и др.), а также ионизированных и возбужденных

на клетки крови отдельных животных, продемон-

атомов и молекул в облучаемом веществе, в клет-

стрированное выше, обусловлено молекулярным

ках которого не существует структур, испытыва-

механизмом его действия [3,20,21]. В работах

ющих преимущественное поглощение энергии

[3,20,21] показано, что терапевтические дозы оп-

ионизирующей радиации. При изучении дей-

тического излучения, поглощаемого гемоглоби-

ствия ионизирующей радиации на биомолекулы

ном крови, вызывают фотоиндуцируемые изме-

было показано, что образовавшиеся свободные

нения в протекании кислородзависимых процес-

радикалы, АФК и низкомолекулярные эндоген-

сов, оказывающих корректирующее влияние на

ные прооксиданты запускают сложную цепь ре-

поступление О₂ в клетки, генерацию активных

акций, вызывающих окислительный стресс, ко-

форм кислорода (АФК) и их ингибирование ан-

торый играет важную роль в развитии радиацион-

тиоксидантными системами. Известно, что

ных поражений.

АФК - высокореакционные, преимущественно

Макромолекулы биотканей чрезвычайно эф-

радикальные кислородные соединения - участ-

фективно взаимодействуют с АФК, количество

вуют во внутри- и межмолекулярных процессах,

которых возрастает при радиолизе воды, состав-

противодействующих разрушительному разви-

ляющей 80-90% массы клетки. Формирование

тию свободнорадикальных реакций [22]. Но те же

дополнительного количества АФК как при ра-

самые АФК при концентрациях, превышающих

диолизе воды, так и при других способах увеличе-

физиологически допустимые, способны участво-

вать в повреждении клеток и тканей.

ния концентрации О₂ в среде усиливает радиаци-

онные поражения живого организма. Зависи-

Что касается γ-излучения, то оно вызывает не

мость тяжести лучевого поражения от

только поражения биомолекул первичной энер-

гией ионизирующей радиации, но и непрямые

содержания О₂ в среде (кислородный эффект) из-

повреждения за счет развития физико-химиче-

вестна еще с начала 20-го века. При изучении ра-

ских процессов, усиливающих прямое поражаю-

диозащитного действия НИОИ следует иметь в

щее действие [18]. Энергия ионизирующей ради-

виду, что только его оптимальные режимы спо-

БИОФИЗИКА том 64

№ 3

2019

594

ЗАЛЕССКАЯ и др.

собны нормализовать содержание О₂ в крови и

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

обеспечить генерацию физиологически допусти-

В. И. Карандашов, Е. Б. Петухов и В. С. Зродни-

мых количеств АФК. В выполненных экспери-

ков, Фототерапия, под ред. Н. Р. Палеева (Меди-

ментах через сутки после окончания курса НЛОК

цина, М., 2001).

как степень насыщения гемоглобина кислородом

T. I. Karu, in Low-power laser therapy

(2003),

(S_VO₂), так и содержание кислорода в венозной

pp. 4825-4841.

крови ct_VO₂ = [Hb]·1,39 (S_VO₂/100) не превышали

Г. А. Залесская, Фотомодификация крови терапев-

нормальных для венозной крови значений. Как

тическими дозами оптического излучения, под ред.

показано в работах [3,20,21], наибольшее увели-

В. С. Улащика (Белорусская наука, Минск, 2014).

чение ct_VO₂ происходит во время процедур

K. K. Abdul-aziz and M. J.Tuorkey, J. Photochem.

НЛОК или сразу после их окончания. Чтобы из-

Photobiol. B 99, 29 (2010).

бежать возможного негативного влияния допол-

K. Voskanyan, S. Vorozhtsova, A. Abrosimova, et al., J.

нительного количества О₂, возникающего при

Phys. Sci. Appl. 2, 7 (2012).

фотодиссоциации оксиHb и могущего искажать

K. Voskanyan, S.Vorozhtsova, A. Abrosimova, et al., J.

радиозащитное действие НИЛИ, γ-облучение

Phys. Sci. Appl. 2, 152 (2012).

осуществлялось только через 24 ч после оконча-

ния последней процедуры НЛОК.

R. N. Pavlova, V. G. Gomberg, V. N. Boiko., et al.,

Proc. SPIE 2769, 232 (1996).

V. G. Gomberg, V. Boiko, R. Pavlova, et al., Proc. SPIE

ВЫВОДЫ

2970, 232 (1997).

Показано, что γ-облучение всего тела крыс

Yu. Efremova, Z. Sinkorova, and L. Navratil, Pho-

tomed. Laser Surg. 33 (2), 82 (2015).

умеренной дозой 3 Гр индуцировало лейкопению

(С_WBC < 2,43 · 10⁹/л) и лимфопению (С_LYM <

10.

Z. F. Skalicka, F. Zolzer, L. Beranek, et al., J. Photo-

chem. Photobiol. 117 (5), 111 (2012).

< 0,82 · 10⁹/л). Под влиянием дозы 3 Гр среднее

количество клеток С_WBC и С_LYM в разных сериях

11.

Б. Н. Зырянов, В. А. Евтушенко и З. Д. Кицманюк,

Низкоинтенсивная лазерная терапия в онкологии

экспериментов снижалось по-разному, в боль-

(Томск, STT, 1998).

шей степени при высоком исходном количестве

в периферической крови. При тех же условиях

12.

Т. М. Литвинова, И. А. Косенко и М. В. Хорошун,

γ-излучение индуцировало незначительное

Онкологич. журн. 4 (1), 28 (2010).

уменьшение С_Hb и С_RBC до нижней допустимой

13.

Т. И. Кару, Л. В. Пятибрат и Г. С. Календо, Радио-

границы.

биология 32 (2), 202 (1992).

Установлено, что важной особенностью воз-

14.

1Е. Б. Алмазов и Б. Г. Емец, Восточно-европей-

действия на клетки крови γ-, лазерного излуче-

ский журнал передовых технологий 59, 5 (2012).

ния, а также их комбинации является зависи-

15.

Г. А. Залесская, Л. Е. Батай, Р. Д. Говорун и др., в

мость индивидуальных изменений от исходного

сб. Современные проблемы радиационной медицины:

состояния крови. У отдельных крыс под влияни-

от науки к практике (ГУ «РНПЦ РМиЭЧ», Го-

ем γ-, лазерного, а также комбинаций лазерного

мель, 2017), сс. 55-56.

и γ-облучения количество клеток С_WBC, С_LYM и

16.

В. А. Костюк, А. И. Потапович и Ж. В. Ковалева,

С_RBC, концентрация гемоглобина, активность

Вопр. мед. химии 36 (2), 88(1990).

СОД повышались при низких исходных величи-

17.

L. Goth, Clin. Chem. Acta 196, 143 (1991).

нах и линейно снижались с их ростом.

18.

Б. Кудряшов, Радиационная биофизика (ионизирую-

Сделан вывод, что к числу позитивных изме-

щее излучение) (М., 2004).

нений, свидетельствующих о радиозащитном

19.

Е. С. Головнева, Т. Г. Кравченко, Л. Г. Омельянен-

действии НИЛИ, следует отнести инициирован-

ко и др., Лазерная медицина 19 (2), 32 (2015).

ный им рост С_WBC, С_LYM по сравнению с постра-

20. Г. А. Залесская и В. С. Улащик, Журн. прикл. спек-

диационным, увеличение количества лимфоци-

троскопии 76 (1), 51 (2009).

тов в пуле лейкоцитов, увеличение активности

21. Г. А. Залесская, Биофизика 59 (3), 534 (2015).

СОД и каталазы.

22. Н. К. Зенков, В. З. Ланкин и Е. Б. Меньщикова,

Работа выполнена при финансовой поддержке

Окислительный стресс. Биохимический и патофи-

Фонда фундаментальных исследований Респуб-

зиологический аспекты («Наука/Интерпериодика»,

лики Беларусь (грант Ф16Д-005.

М., 2001). («Наука/Интерпериодика», М., 2001). ).

БИОФИЗИКА том 64

№ 3

2019

РАДИОЗАЩИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯСТАТЬИ

595

Radioprotective Effects of Low-Intensiry Laser Radiation on Cells

of Periferal Blood in Rats

G.A. Zalesskaya*, V.M. Nasek**, and R.D. Zilberman**

*B.I. Stepanov Institute of Physics, National Academy of Sciences of Belarus,

prosp. Nezavisimosti 68, Minsk, 220072 Belarus

**Institute of Bioorganic Chemistry, National Academy of Sciences of Belarus,

ul. Akademika V.F. Kuprevicha 5/3, Minsk, 220141 Belarus

The radioprotective action of low-intensity laser radiation on blood cells was studied in Wistar rats. It was per-

formed single γ-irradiation (a dose of 3 Gy) of the whole body of rats, overvein irradiation of the blood with

continuous laser radiation (λ = 670 nm), combined exposure of γ- and laser radiation differing in the different

series of experiments by the number of procedures and the energy density of the laser radiation (2.5 J/cm²,

1.25 J/cm²). The influence of γ- and laser radiation on the number of cells of peripheral blood of rats, the

activity of antioxidant defense enzymes (superoxidedismutase and catalase), and on the absorption spectra of

blood in regions sensitive to its oxygenation were studied. On the 4th day after γ-irradiation, the radioprotec-

tive effect of low-intensity laser radiation was manifested in an increase in the average number of leukocytes

up to 1.4 times), lymphocytes (up to 1.8 times) in comparison with reduced γ-irradiation, in the increase

in the relative number of lymphocytes in the leukocyte population (up to 1.5 times), and in an increase in the

γ-lowering activity of catalase and superoxidedismutase. It was found that for individual rats the changes in

the number of erythrocytes, leukocytes, lymphocytes, activity of superoxide dismutase, initiated by γ-, and

by combined laser and γ-radiation, differed and depended on individual initial values. The molecular mech-

anisms of the observed radiobiological effects are discussed.

Keywords: low-intensity laser radiation, γ-radiation, blood cells, blood absorption spectra, antioxidant defense en-

zymes

БИОФИЗИКА том 64

№ 3

2019