zdorПроблемы здоровья и экологииHealth and Ecology Issues2220-09672708-6011Gomel State Medical University10.51523/2708-6011.2024-21-4-11zdor-2786Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНА И БИОЛОГИЯEXPERIMENTAL MEDICINE AND BIOLOGYИнтегральные взаимосвязи параметров соединительной ткани при реакции организма крыс на локальное облучениеIntegrated interrelations of connective tissue parameters during the rats’ body response to local irradiationhttps://orcid.org/0000-0002-0896-5611НадыровЭ. А.NadyrovE. A.

Надыров Эльдар Аркадьевич, к.м.н., доцент, доцент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии

 г. Гомель

Eldar A. Nadyrov, Candidate of Medical Sciences, Associate Professor, Associate Professor at the Department of Histology, Cytology and Embryology

Gomel

nadyrov2006@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5038-9670КравцоваИ. Л.KravtsovaI. L.

Кравцова Ирина Леонидовна, к.м.н., доцент, заведующий кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии

г. Гомель

Irina L. Kravtsova, Candidate of Medical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Histology, Cytology and Embryology

Gomel

iuri_shpakovski@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6365-3856ШкляроваА. Н.ShkliaravaN. M.

Шклярова Анастасия Николаевна, младший научный сотрудник лаборатории устойчивости биологических систем

г. Гомель

Nastassia M. Shkliarava, Junior Researcher at the Laboratory of Biological Systems Stability

Gomel

anshkliarava@gmail.comСтародубцеваМ. Н.StarodubtsevaM. N.

Стародубцева Мария Николаевна, д.б.н., доцент, профессор кафедры медицинской и биологической физики; главный научный сотрудник лаборатории устойчивости биологических систем

г. Гомель

Maria N. Starodubtseva, Doctor of Biological Sciences, Associate Professor, Professor at the Department of Medical and Biological Physics; Chief Researcher at the Laboratory of Stability of Biological Systems

Gomel

marysta@mail.ruГомельский государственный медицинский университетGomel State Medical UniversityИнститут радиобиологии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Radiobiology of National Academy of Sciences of BelarusГомельский государственный медицинский университет; Институт радиобиологии Национальной академии наук БеларусиGomel State Medical University; Institute of Radiobiology of National Academy of Sciences of Belarus202416012025214103112Copyright © Надыров Э.А., Кравцова И.Л., Шклярова А.Н., Стародубцева М.Н., 20252025Надыров Э.А., Кравцова И.Л., Шклярова А.Н., Стародубцева М.Н.Nadyrov E.A., Kravtsova I.L., Shkliarava N.M., Starodubtseva M.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.gsmu.by/jour/article/view/2786Цель исследования

Цель исследования. Установить гистологические изменения легкого и взаимосвязи этих изменений со свойствами наноразмерных частиц крови у лабораторных животных, вызванныех локальным облучением верхней части туловища рентгеновским излучением.

Материалы и методы

Материалы и методы. Однократное локальное облучение крыс линии Wistar проводили с использованием рентгеновского аппарата биологического назначения X-RAD 320 Precision X-ray Inc в дозах 0,1, 1 и 15 Гр. После трехнедельного постлучевого периода были измерены активности каталазы и супероксиддисмутазы, размеры и дзета-потенциал наноразмерных частиц крови; проведено гистологическое исследование легких крыс, необлученных и облученных в различных дозах.

Результаты

Результаты. Качественно-количественная оценка степени фиброза в легких показала рост степени фиброза в зависимости от уровня дозы облучения (rs = 0,5531, р ˂ 0,0001). В крови облученных животных размеры и дзета-потенциал наноразмерных частиц существенно увеличивались после облучения крыс с дозой 0,1 Гр (р < 0,05). Активности супероксиддисмутазы и каталазы крови после облучения изменялись в зависимости от дозы облучения немонотонно.

Заключение

Заключение. В экспериментальной животной модели установлены значительные изменения состояния организма после облучения в малой дозе — 0,1 Гр на разных иерархических уровнях. В большей степени изменения проявляются в антиокислительной системе крови и системе наночастиц крови, в меньшей — на уровне состава и строения органа (легкого). Дальнейшее изучение радиационно-индуцированных изменений наночастиц крови целесообразно не только для углубления понимания механизмов развития постлучевых патологических состояний, но и для оценки эффективности в эксперименте новых радиопротекторных лекарственных средств с целью их последующего внедрения в клиническую практику.

Objective

Objective. To establish histological changes in lung tissue and the interrelationship of these changes with the properties of nanoscale blood particles in laboratory animals caused by local irradiation of their upper torso with X-rays.

Materials and methods

Materials and methods. Local irradiation of Wistar rats was carried out using a X-RAD 320 Biological Irradiator (Precision X-Ray, USA) in doses of 0.1, 1, and 15 Gy. After a 3-week post-irradiation period, the activity of catalase and superoxide dismutase, sizes and zeta-potential of nanoparticles were measured in blood; a histological analysis of the lungs was carried out for rats non-irradiated and irradiated by various X-rays doses.

Results

Results. A semi-quantitative assessment of the pulmonary fibrosis progression showed an increase in the fibrosis grade depending on the irradiation dose (rs = 0.5531, p˂0.0001). In the blood of irradiated animals, the size and zeta potential of nanoscale particles increased significantly after irradiation of rats with a dose of 0.1 Gy (p < 0.05). The activities of superoxide dismutase and catalase in the irradiated rat’s blood changed non-monotonically depending on the dose.

Conclusion

Conclusion. In the experimental animal model, significant changes in the body state were found after irradiation with a low dose (0.1 Gy) at different hierarchical levels. The changes are more pronounced in the blood antioxidant system and the system of nanoparticles of blood, less — at the level of composition and structure of the organ (lung). Further study of radiation and induced changes of blood nanoparticles is advisable not only to deepen the understanding of mechanisms of development of post-radiation pathological conditions but also to evaluate the efficacy of new radioprotective drugs in an experiment with a view to their subsequent introduction into clinical practice.

рентгеновское излучениелегкоефиброзплазма кровиэкзосомы кровиредокс-свойстваX rayslungfibrosisblood plasmablood exosomesredox propertiesРабота выполнена в рамках ГПНИ «Природные ресурсы и окружающая среда», подпрограмма «Радиация и биологические системы», задание 3.01.2 «Разработать критерии оценки радиационно-индуцированных изменений ткани внутренней среды, основанной на анализе структуры и механических свойств клеточного компонента на моделях in vitro и in vivo».The work was carried out within the State Programme of Scientific Research “Natural Resources and the Environment”, the subprogram “Radiation and Biological Systems”, task 3.01.2 “To develop criteria for assessing the radiation-induced changes in tissues of the internal environment based on an analysis of the structural and mechanical properties of the cellular component using in vitro and in vivo models”.ReferencesAshokkumar M, Ajayan PM. Materials science perspective of multifunctional materials derived from collagen. International Materials Reviews. 2021;66(3);160-187. DOI: https://doi.org/10.1080/09506608.2020.1750807Ashokkumar M, Ajayan PM. Materials science perspective of multifunctional materials derived from collagen. International Materials Reviews. 2021;66(3);160-187. DOI: https://doi.org/10.1080/09506608.2020.1750807Straub JM, New J, Hamilton CD, Lominska C, Shnayder Y, Thomas SM. Radiation-induced fibrosis: mechanisms and implications for therapy. Journal of cancer research and clinical oncology. 2015;141:1985-1994. DOI: https://doi.org/10.1007/s00432-015-1974-6Straub JM, New J, Hamilton CD, Lominska C, Shnayder Y, Thomas SM. Radiation-induced fibrosis: mechanisms and implications for therapy. Journal of cancer research and clinical oncology. 2015;141:1985-1994. DOI: https://doi.org/10.1007/s00432-015-1974-6Purkayastha A, Sharma N, Sarin A, Bhatnagar S, Chakravarty N, Mukundan H, Suhag V, Singh S. Radiation Fibrosis Syndrome: the Evergreen Menace of Radiation Therapy. Asia Pac J Oncol Nurs. 2019;6(3):238-245. DOI: https://doi.org/10.4103/apjon.apjon_71_18Purkayastha A, Sharma N, Sarin A, Bhatnagar S, Chakravarty N, Mukundan H, Suhag V, Singh S. Radiation Fibrosis Syndrome: the Evergreen Menace of Radiation Therapy. Asia Pac J Oncol Nurs. 2019;6(3):238-245. DOI: https://doi.org/10.4103/apjon.apjon_71_18Fijardo M, Kwan JYY, Bissey PA, Citrin DE, Yip KW, Liu FF. The clinical manifestations and molecular pathogenesis of radiation fibrosis. EBioMedicine. 2024;103:105089. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2024.105089Fijardo M, Kwan JYY, Bissey PA, Citrin DE, Yip KW, Liu FF. The clinical manifestations and molecular pathogenesis of radiation fibrosis. EBioMedicine. 2024;103:105089. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2024.105089Матвеенкова ТД, Назаренко ИВ, Юрковский АМ, Стародубцева МН. Радиационно-индуцированные изменения свойств и функций фибробластов. Проблемы здоровья и экологии. 2023;20(4):7-17. DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2023-20-4-01Matveyenkava TD, Nazarenko IV, Yurkovskiy АМ, Starodubtseva MN. Radiation-induced changes in the properties and functions of fibroblasts. Health and Ecology Issues. 2023;20(4):7-17. DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2023-20-4-01Chelnokova IA, Nikitina IA, Starodubtseva MN. Mechanical properties of blood exosomes and lipoproteins after the rat whole blood irradiation with X-rays in vitro explored by atomic force microscopy. Micron. 2024;184:103662. DOI: https://doi.org/10.1016/j.micron.2024.103662Chelnokova IA, Nikitina IA, Starodubtseva MN. Mechanical properties of blood exosomes and lipoproteins after the rat whole blood irradiation with X-rays in vitro explored by atomic force microscopy. Micron. 2024;184:103662. DOI: https://doi.org/10.1016/j.micron.2024.103662Goth LA. Simple method for determination of serum catalase activity and revision of reference range. Clin Chim Acta. 1991;196:143-152. DOI: https://doi.org/10.1016/0009-8981(91)90067-MGoth LA. Simple method for determination of serum catalase activity and revision of reference range. Clin Chim Acta. 1991;196:143-152. DOI: https://doi.org/10.1016/0009-8981(91)90067-MHübner RH, Gitter W, Eddine N, Mokhtari E, Mathiak M, Both M, Bolte H, Freitag-Wolf S, Bewig B. Standardized Quantification of Pulmonary Fibrosis in Histological Samples. BioTechniques. 2008;44(4):507-517. DOI: https://doi.org/10.2144/000112729Hübner RH, Gitter W, Eddine N, Mokhtari E, Mathiak M, Both M, Bolte H, Freitag-Wolf S, Bewig B. Standardized Quantification of Pulmonary Fibrosis in Histological Samples. BioTechniques. 2008;44(4):507-517. DOI: https://doi.org/10.2144/000112729Bairamukov VY, Bukatin AS, Kamyshinsky RA, Burdakov VS, Pichkur EB, Shtam TA, Starodubtseva MN. Nanomechanical characterization of exosomes and concomitant nanoparticles from blood plasma by PeakForce AFM in liquid. Biochim Biophys Acta Gen Subj. 2022;1866(7):130-139. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2022.130139Bairamukov VY, Bukatin AS, Kamyshinsky RA, Burdakov VS, Pichkur EB, Shtam TA, Starodubtseva MN. Nanomechanical characterization of exosomes and concomitant nanoparticles from blood plasma by PeakForce AFM in liquid. Biochim Biophys Acta Gen Subj. 2022;1866(7):130-139. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2022.130139

The authors declare that there are no conflicts of interest present.