Исследования закономерностей воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения на живой организм относятся к одной из приоритетных областей науки. Параллельно с внедрением лазерной терапии в медицинскую практику проводятся исследования по выяснению первичных механизмов взаимодействия лазерного света с живой материей. Однако известно, что различные ионизирующие и неионизирующие излучения, как природного, так и техногенного характера, являются факторами экологического риска. Поиск способов выявления действия этих факторов является актуальной проблемой современной радиоэкологии. В настоящее время ведутся интенсивные исследования по поиску нефармакологических способов лечения различных заболеваний с помощью активации биологического резерва устойчивости к различным повреждающим воздействиям, которые могут привести к генетическим нарушениям, злокачественному перерождению клеток и возникновению дефектов развития у потомства.

Исходя из наших многочисленных исследований действия низких доз ионизирующей радиации на разные объекты in vitro и in vivo, мы предполагаем, что наиболее перспективным для выявления и изучения этого резерва устойчивости является использование феномена радиационного адаптивного ответа, который заключается в том, что предварительное облучение объекта в малых адаптирующих дозах гамма- или рентгеновского излучений приводит к снижению чувствительности к последующему выявляющему воздействию больших доз этих же воздействий (0.1 Гр + 1.5 Гр). Проблема поиска различных агентов физической или химической природы, способных, как и малые дозы ионизирующей радиации, активировать естественную защиту организма, является до сих пор актуальной.

Цель настоящей работы – выявление клеточных реакций в цельной крови и лимфоидных тканях мышей при облучении различными физическими и химическими агентами: с помощью анализа клеточного состава и уровня продукции активных форм кислорода в цельной крови, а также клеточности лимфоидных органов (тимуса и селезенки). Работу проводили на самцах мышей линии SHK. В качестве физических агентов использовали низкие дозы ионизирующего (рентгеновские лучи (0.1 Гр, 0.5 Гр) и неионизирующих излучений (фемтосекундный лазер (АВЕСТА, РФ) (525 нм, 200 фс, 70 МГц) при мощностях дозы 0.05, 0.5 и 5 мВт, и экспозиции облучения от 1 до 50 с, что соответствует плотности потока энергии 0.1 – 52 мДж/см2); непрерывный зеленый лазер (532 нм, 3.7 мВт, 1, 5 и 10 с, что соответствует плотности потока энергии 4.8, 24 и 48 мДж/см2)) и химических агентов – иммуномодуляторы CaCl2 (0.4 % раствор в течение 6 суток) и дибазол (0.002% раствор в течение 6 суток). Через сутки по отработанной ранее нами схеме индукции радиационного адаптивного ответа все группы животных дополнительно облучали рентгеновским излучением в дозе 1.5 Гр (60 мДж/см2). На каждую экспериментальную точку использовали не менее 5 мышей.

С помощью стандартных методик был проведен гематологический анализ, определен уровень продукции АФК в цельной крови методом люминол-зависимой зимозан-индуцированной хемилюминесценции (CHEMILUM-12, Россия) и индекс относительной массы тимуса и селезёнки.

Обнаружено, что при всех вариантах обработки мышей химическими и физическими агентами клеточный состав крови, уровень продукции АФК в цельной крови и клеточность лимфоидных органов не отличались от спонтанного фона.

Анализ клеточности лимфоидных органов показал, что предобратка животных всеми изученными агентами приводила к снижению радиочувствительности при последующем облучении рентгеновским излучением в дозе 1.5 Гр по сравнению с непредобработанными животными, т.е. индекс массы лимфоидных органов оставался в пределах контрольных значений, кроме групп предварительно облученных рентгеновским излучением в более высокой дозе 0.5 Гр, фемтосекундным лазерным излучением в дозе 2.1 и 52 мДж/см2 (0.5 мВт), 21 и 52 мДж/см2 (5 мВт) и непрерывным зеленым лазерным излучением в дозе 48 мДж/см2 (3.7 мВт) не защищало от действия последующего облучения в дозе 1.5 Гр, т.е. приводило к снижению индекса массы органа по сравнению с необлученным контролем.

Определение уровня продукции АФК показало, что индекс активации, рассчитанный по отношению индуцированной светоплощади к спонтанной, был достоверно выше у всех предобработанных групп мышей, что говорит об активации резерва естественной защиты по сравнению с группой животных, облученных только в дозе 1.5 Гр. В то же время предварительное облучение животных рентгеновским излучением в дозе 0.5 Гр или фемтосекундным лазерным излучением в дозе 2.1 и 52 мДж/см2 (0.5 мВт), 21 и 52 мДж/см2 (5 мВт) и непрерывным зеленым лазерным излучением в дозе 48 мДж/см2 (3.7 мВт) не увеличивало индекс активации по сравнению с непредобработанными животными. Обнаружено изменение клеточного состава крови в зависимости от дозы и мощности излучения. Защитный эффект всех изученных агентов выявляется в одинаковом узком диапазоне доз и коррелирует с образованием АФК, что указывает на схожий механизм его индукции и на возможность активации резерва естественной защиты организма.

Таким образом, полученные результаты по исследованию защитных свойств различных агентов на мышах, облученных рентгеновским излучением, зависят от величины и качества дозы активирующего воздействия, выбранных тканей и методов и могут служить дополнительным чувствительным тестом для выявления повреждений от различных экологических факторов. По количеству факторов, запускающих процессы адаптивного ответа, свидетельствующих об активации естественной защиты организма и количеству реакций организма в одной и той же области потоков энергии, нам кажется, что триггерный механизм естественной защиты организма неспецифичен.

Studies of the regularities of the impact of low-intensity laser radiation on a living organism are one of the priority areas of science. In parallel with the introduction of laser therapy into medical practice, research is being carried out to elucidate the primary mechanisms of the interaction of laser light with living matter. However, it is known that various ionizing and non-ionizing radiation, both natural and man-made, is environmental risk factors. The search for ways to reveal the action of these factors is an urgent problem of modern radioecology. Currently, intensive research is underway to find non-pharmacological methods for the treatment of various diseases by activating the biological reserve of resistance to various damaging effects that can lead to genetic disorders, malignant cell transformation and developmental defects in offspring.

Based on our numerous studies of the effect of low doses of ionizing radiation on various objects in vitro and in vivo, we assume that the most promising way to identify and study this stability reserve is to use the phenomenon of radiation adaptive response, which consists in the fact that preliminary irradiation of an object in small adaptive doses of gamma or X-ray radiation leads to a decrease in sensitivity to the subsequent revealing effects of large doses of the same effects (0.1 Gy + 1.5 Gy). The problem of searching for various agents of a physical or chemical nature capable, like small doses of ionizing radiation, of activating the body's natural defenses, is still relevant.

The purpose of this work is to reveal cellular reactions in whole blood and lymphoid tissues of mice under irradiation with various physical and chemical agents: by analyzing the cellular composition and the level of production of reactive oxygen species in whole blood, as well as the cellularity of lymphoid organs (thymus and spleen). The work was carried out on male mice of the SHK line. As physical agents, we used low doses of ionizing (X-rays (0.1 Gy, 0.5 Gy) and non-ionizing radiation (femtosecond laser (AVESTA, RF) (525 nm, 200 fs, 70 MHz) at dose rates of 0.05, 0.5, and 5 mW, and irradiation exposure from 1 to 50 s, which corresponds to an energy flux density of 0.1 – 52 mJ/cm2), a continuous green laser (532 nm, 3.7 mW, 1, 5, and 10 s, which corresponds to an energy flux density of 4.8, 24, and 48 mJ/cm2)) and chemical agents - the immunomodulators CaCl2 (0.4% solution for 6 days) and dibazol (0.002% solution for 6 days). A day later, according to the previously developed scheme for inducing a radiation adaptive response, all groups of animals were additionally irradiated with X-ray radiation at a dose of 1.5 Gy (60 mJ/cm2). At least 5 mice were used for each experimental point.

Using standard methods, a hematological analysis was performed, the level of ROS production in whole blood was determined by the method of luminol-dependent zymosan-induced chemiluminescence (CHEMILUM-12, Russia) and the index of the relative mass of the thymus and spleen.

It was found that in all variants of treatment of mice with chemical and physical agents, the cellular composition of blood, the level of ROS production in whole blood, and the cellularity of lymphoid organs did not differ from the spontaneous level.

An analysis of the cellularity of lymphoid organs showed that pretreatment of animals with all studied agents led to a decrease in radiosensitivity upon subsequent exposure to X-ray radiation at a dose of 1.5 Gy compared with unpretreated animals, i.e. the mass index of lymphoid organs remained within the control values, except for the groups pre-irradiated with X-ray radiation at a higher dose of 0.5 Gy, femtosecond laser radiation at a dose of 2.1 and 52 mJ/cm2 (0.5 mW), 21 and 52 mJ/cm2 (5 mW) and continuous green laser radiation at a dose of 48 mJ/cm2 (3.7 mW) did not protect against subsequent irradiation at a dose of 1.5 Gy, i.e. resulted in a decrease in the organ mass index compared to the non-irradiated control.

Determining the level of ROS production showed that the activation index calculated from the ratio of induced light area to spontaneous light area was significantly higher in all pretreated groups of mice, which indicates the activation of the natural defense reserve compared to the group of animals irradiated only at a dose of 1.5 Gy. At the same time, preliminary exposure of animals to X-ray radiation at a dose of 0.5 Gy or femtosecond laser radiation at a dose of 2.1 and 52 mJ/cm2 (0.5 mW), 21 and 52 mJ/cm2 (5 mW) and continuous green laser radiation at a dose of 48 mJ/cm2 cm2 (3.7 mW) did not increase the activation index compared to untreated animals. A change in the cellular composition of the blood was found depending on the dose and radiation power. The protective effect of all studied agents is revealed in the same narrow dose range and correlates with the formation of ROS, which indicates a similar mechanism of its induction and the possibility of activating the body's natural defense reserve.

Thus, the obtained results on the study of the protective properties of various agents in mice irradiated with X-rays depend on the magnitude and quality of the activating dose, selected tissues and methods, and can serve as an additional sensitive test to detect damage from various environmental factors. According to the number of factors triggering the adaptive response processes, indicating the activation of the body's natural defenses and the number of body reactions in the same area of energy flows, it seems to us that the trigger mechanism of the body's natural defenses is nonspecific.