Modulation of Radioprotective Effects of Respiratory Hypoxia by Changing the Duration of Hypoxia before Irradiation and by Combining Hypoxia and Administration of Hemopoiesis-Stimulating Agents

Aim

Analysis of radioprotective effect of respiratory hypoxia on hemopoietic tissue and enhancement of this effect by heopoietic activation.

Material and Methods: In mice breathing hypoxic gas mixture during total body gamma irradiation the recovery of pluripotent and committed granulocyte-macrophage progenitor cells and animal lethality were determined.

Results: In mice forced to breathe 10% O₂ and 8% O₂ during irradiation, the oxygen tension in the spleen decreased to 40% and 20%, respectively, of control values. Hypoxia mitigated the lethal effect of gamma-rays and improved the recovery of hemopoiesis in compartments of pluripotent and committed progenitor cells. Enhancement of the proliferative activity in hemopoietic tissue by a cytokine (rmGM-CSF) or an immunomodulator (dextran sulfate) increased the effect of hypoxic radioprotection, while elimination of proliferative cells by hydroxyurea decreased the radioprotective effect. Adaptation of experimental animals to hypoxic conditions was found to reduce the radioprotective effect without influencing tissue partial oxygen pressure lowered by hypoxic conditions.

Conclusion: The data presented confirm the radioprotective effect of 10% and 8% O₂ respiratory hypoxia on hemopoiesis. These findngs may represent a way out for further experimental and clinical research aimed at considering differential protection of various tissues by hypoxia.

Ziel

Analyse von radioprotektiver Wirkung der respiratorischen Hypoxie auf das hämatopoetische Gewebe und Verstärkung dieses Effekts durch Aktivierung der Hämatopoese.

Material und Methode: Es wurden bei Mäusen, die 10%igen und 8%igen Sauerstoff während der Bestrahlung geatmet haben, die Erholung von pluripotenten und unipotenten Progenitorzellen und das Überleben nach einer letalen Strahlendosis untersucht.

Ergebnisse: Bei Mäusen, die 10% und 8% Sauerstoff während der Strahlentherapie geatmet haben, sank der Sauerstoffpartialdruck in der Milz auf 40% bzw. 20% in Bezug zu den Kontrollwerten ab. Die Hypoxie schwächte den letalen Effekt von Gammastrahlen ab und verbesserte die Erholung von Strahlenschädigungen in der Hämatopoese in den Kompartimenten von pluripotenten und unipotenten Progenitorzellen. Die Verstärkung der Proliferationsaktivität im hämatopoetischen Gewebe durch ein Zytokin (rmGM-CSF) oder durch einen Immunomodulator (Dextransulfat) verstärkte die hypoxische Radioprotektion, während die Elimination von proliferativen Zellen durch Hydroxyurea der radioprotektiven Effekt verringerte. Es wurde gefunden, dass die Adaption von experimentellen Tieren an die hypoxischen Bedingungen den radioprotektiven Effekt verringerte, ohne dass der durch die hypoxischen Bedingungen veränderte Sauerstoffpartialdruck im Gewebe weiter abgesenkt wurde.

Schlussfolgerung: Die vorgestellten Daten bestätigen die radioprotektive Wirkung der respiratorischen Hypoxie (8% und 10% O₂) auf die Hämatopoese. Diese Entdeckungen können einen Weg für die weitere experimentelle und klinische Erforschung der unterschiedlichen Radioprotektion von verschiedenen Geweben durch respiratorische Hypoxie darstellen.