Глава 5. Шкідлива дія іонізуючих випромінювань
§ 41. Загальна характеристика шкідливої дії іонізуючих випромінювань
Іонізуюче випромінювання діє на організм як з зовнішніх, так і з внутрішніх джерел опромінення. В останньому випадку радіоактивні речовини надходять в організм з їжею, водою, через шкірні покриви. Можливо комбіноване дію зовнішнього і внутрішнього опромінення.
Шкідлива дія різних видів іонізуючої радіації залежить від їх проникаючої активності і, отже, від щільності іонізації в тканинах. Чим коротше шлях проходження променя, тим більше щільність іонізації і сильніше шкідливу дію (табл. 5).
Таблиця 5. Проникаюча здатність і щільність іонізації різних видів випромінювань з енергією в 2 МеВ
Примітка. Умови опромінення: рентгенівські промені, 180 кВ, 10 мА, фільтр 0,5 мм Сu + і 1 мм А1; потужність дози 13-60 Р / хв.
Однак однакові кількості поглиненої енергії дають часто різний біологічний ефект в залежності від виду іонізуючого випромінювання. Тому для сценки ступеня шкідливої дії іонізуючої радіації на біологічні об'єкти користуються коефіцієнтом відносної біологічної ефективності - ВБЕ. Як видно з табл. 6, шкідливу дію альфа-випромінювання, нейтронів і протонів в 10-20 разів більше, ніж рентгенівських променів, біологічна дія яких умовно прийнято за 1.
Варто тільки пам'ятати, що коефіцієнти ці умовні. Результат також залежить від вибору показника, який береться для порівняння біологічної ефективності. Наприклад, ВБЕ можна встановлювати по відсотку смертності, за ступенем гематогенних змін, по стерилізують дії на статеві залози і т. Д.
Реакція організму на іонізуюче випромінювання залежить від величини експозиційної дози, яка виражається в рентгенах (Р) і поглинутої дози, яка виражається в радах (рад), в одиницях СІ (Гй).
Ступінь тяжкості радіаційного ураження залежить не тільки від дози випромінювання, але і від тривалості впливу (потужності дози). Шкідлива дія іонізуючої радіації при короткочасному опроміненні більш виражено, ніж при тривалому опроміненні в одній і тій самій дозі. При дробовому (фракціонованому) опроміненні спостерігається зниження біологічного ефекту: організм може переносити опромінення в більш високих сумарних дозах.
Індивідуальна реактивність і вік мають також велике значення у визначенні тяжкості радіаційного ураження. У дослідах на тваринах виявлені широкі коливання індивідуальної чутливості - одні собаки виживають після однократного опромінення в дозі 600 Р, інші гинуть після опромінення в дозі 275 Р. Молоді і вагітні тварини більш чутливі до іонізуючого опромінення. Старі тварини також менш резистентні внаслідок ослаблення у них процесів регенерації.
§ 42. Механізми дії іонізуючих випромінювань на живі організми
Процеси взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною в живих організмах призводять до специфічного біологічній дії, що завершується пошкодженням організму. В процесі цього шкідливої дії умовно можна виділити три етапи: а) первинне дію іонізуючого випромінювання; б) вплив радіації на клітини; в) дія радіації на цілий організм.
Первинним актом цієї дії є порушення і іонізація молекул, в результаті чого виникають вільні радикали (пряма дія випромінювання) або починається хімічне перетворення (радіоліз) води, продукти якого (радикал ОН, перекис водню - Н2 02 і ін.) Вступають в хімічну реакцію з молекулами біологічної системи.
Первинні процеси іонізації не викликають великих порушень в живих тканинах. Шкідлива дія випромінювання пов'язано, по-видимому, з вторинними реакціями, при яких відбувається розрив зв'язків всередині складних органічних молекул, наприклад SH-груп в білках, хромофорних груп азотистих основ в ДНК, ненасичених зв'язків в ліпідах і ін.
Вплив іонізуючого випромінювання на клітини обумовлено взаємодією вільних радикалів з молекулами білків, нуклеїнових кислот і ліпідів, коли внаслідок усіх цих процесів утворюються органічні перекису і виникають швидкоминучими реакції окислення. В результаті перекисного окислення накопичується безліч змінених молекул, в результаті чого початковий радіаційний ефект багаторазово посилюється. Все це відбивається перш за все на структурі біологічних мембран, змінюються їх сорбційні властивості і підвищується проникність (в тому числі мембран лізосом і мітохондрій). Зміни в мембранах лізосом призводять до звільнення і активації ДНК-ази, РНК-ази, катепсинов, фосфатази, ферментів гідролізу мукополісахаридів і ряду інших ферментів.
Вивільняються гідролітичні ферменти можуть шляхом простої дифузії досягти будь-якої органели клітини, в яку вони легко проникають завдяки підвищенню проникності мембран. Під дією цих ферментів відбувається подальший розпад макромолекулярних компонентів клітини, в тому числі нуклеїнових кислот, білків. Роз'єднання окисного фосфорилювання в результаті виходу ряду ферментів з мітохондрій в свою чергу призводить до пригнічення синтезу АТФ, а звідси і до порушення біосинтезу білків.
Таким чином, в основі радіаційного ураження клітини лежить порушення ультраструктур клітинних органел і пов'язані з цим зміни обміну речовин. Крім того, іонізуюча радіація викликає утворення в тканинах організму цілого комплексу токсичних продуктів, що підсилюють променевої ефект - так званих радіотоксінов. Серед них найбільшою активністю володіють продукти окислення ліпідов- перекису, епоксиди, альдегіди і кетони. Утворюючись негайно після опромінення, ліпідні радіотоксини стимулюють утворення інших біологічно активних речовин - хинонов, холіну, гістаміну і викликають посилений розпад білків. Будучи введеними неопроміненим тваринам, ліпідні радіотоксини надають дію, що нагадує променеве ураження. Іонізуюче випромінювання має найбільший вплив на ядро клітини, пригнічуючи мітотичну активність.
Іонізуюче випромінювання діє на клітини тим сильніше, чим вони молодші і чим менше диференційовані. На підставі морфологічних ознак поражаемости органи і тканини розподіляються в наступному низхідному порядку: лімфоїдні органи (лімфатичні вузли, селезінка, зобної заліза, лімфоїдна тканина інших органів), кістковий мозок, насінники, яєчники, слизова оболонка шлунково-кишкового тракту. Ще менше уражаються шкіра з придатками, хрящі, кістки, ендотелій судин. Високої радіостійких мають паренхіматозні органи: печінку, надниркові залози, нирки, слинні залози, легені.
Шкідлива дія іонізуючого випромінювання на клітини при досить високих дозах завершується загибеллю. Загибель клітини в основному є результатом придушення мітотичної активності і незворотного порушення хромосомного апарату клітини, але можлива і інтерфазна загибель (поза періодом мітозу) через порушення метаболізму клітини і інтоксикації згаданими вище радіотоксини. В результаті відбувається спустошення тканин через те, що не заповнюється природне зменшення клітин за рахунок утворення нових.
Загибель клітин і спустошення тканин відіграють важливу роль у розвитку загальних уражень організму від іонізуючого випромінювання - променевої хвороби.
§ 43. Променева хвороба
При місцевій дії іонізуючої радіації в залежності від дози опромінення виникають різні зміни, починаючи від явищ минущих розладів кровообігу аж до розвитку радіаційних опіків і некрозів.
Кістково-мозкова форма гострої променевої хвороби з переважним ураженням кровотворної системи являє собою найбільш типову форму променевої хвороби. В її перебігу виділяють 4 періоди:- первинна реакція (короткочасна);
- прихований період (період уявного благополуччя);
- період розпалу хвороби;
- період відновлення.
Первинна реакція зазвичай спостерігається, якщо доза опромінення перевищує 200 Р. Виникає відразу після опромінення і триває від декількох годин до 1-2 діб. У цей час характерні деяке збудження, головний біль. Потім настають диспепсичні розлади. З боку крові - короткочасний лейкоцитоз, лімфопенія.
У механізмі розвитку променевої хвороби поряд з прямим ушкоджує, іонізуючого випромінювання на клітини провідне значення має включення в цей процес нервових і гормональних механізмів регуляції функцій організму. У початковому періоді променевої хвороби характерна підвищена збудливість нервової системи, звідси деяка лабільність (нестійкість) вегетативних функцій - коливання артеріального тиску, ритму серця і т. Д. Активація гіпофіз-адреналової системи призводить до посиленої секреції гормонів, кори надниркових залоз, що в даній ситуації може мати пристосувальне значення.
Прихований період хвороби характеризується поліпшенням загального стану хворих аж до уявного благополуччя. Тривалість латентного періоду залежить від дози отриманого опромінення. При порівняно невеликих дозах (25-100 Р) початкові легкі функціональні реакції не переходять в розгорнуту клінічну картину (т. Е. В 3-й період хвороби) і захворювання обмежується затухаючими явищами початкових реакцій. При опроміненні в середніх дозах (150-250 Р) латентний період триває 2-2,5 тижні. При великих дозах (300-500 Р) латентний період скорочується до 3-10 днів. В цей час продовжують наростати зміни в системі кроветворенія- лейкоцитоз змінюється лейкопенією, наростає лимфопения потім з'являються тромбоцитопенія і інші зміни системи крові. Все це є результатом безпосереднього пошкодження клітин радіочутливих органів - кісткового мозку і лімфоїдного апарату.
У період розпалу хвороби стан хворого знову погіршується - наростає загальна слабкість, підвищується температура тіла, з'являється кровоточивість, в результаті чого на шкірі і слизових виникають крововиливи, в важких випадках вони можливі і в серці, і в головному мозку. Характерно виснаження гемопоезу, в важких випадках до повного спустошення кровотворної системи внаслідок загибелі стовбурових клітин. Кількість лейкоцитів і тромбоцитів в периферичної крові різко падає. Виникає ряд ендокринних порушень і порушень функції нервової системи. Різко знижується імунітет, в результаті чого легко виникають інфекційні захворювання, аутоінфекція і аутоинтоксикация.
Тривалість періоду виражених клінічних проявів від декількох днів до 2-3 тижнів. У найбільш важких випадках хворий гине на висоті захворювання.
Період відновлення характеризується поступовою нормалізацією порушених функцій. Температура тіла знижується, припиняється кровоточивість, відновлюється кроветворная функція, нормалізується обмін речовин і т. Д.
За сприятливої ситуації хвороба виліковується повністю. При неповному відновленні функції кровотворення можливий перехід хвороби в хронічну форму.
У людини в разі опромінення в сверхсмертельних дозах смерть настає на 7-10-ту добу. Для цієї форми променевої хвороби характерні інтенсивна блювота, тенезми в день опромінення, в подальшому - кривавий пронос, підвищення температури тіла, явища сепсису, типові для променевого ураження зміни крові.
Для токсеміческой форми характерні важкі гемодинамічні порушення, парез судин і розпад тканин, загальна інтоксикація, олігурія, гиперазотемия. Смерть настає на 4-7-е добу.
Церебральна форма гострої променевої хвороби виникає при опроміненні дуже великими дозами - вище 8000 Р. Смертельний результат при цьому може статися навіть в ході самого опромінення або через кілька хвилин (або годин) після впливу - так звана "смерть під променем".
Ця форма радіаційного ураження характеризується судорожнопаралітіческім синдромом, порушенням судинного тонусу (зниження артеріального тиску) і терморегуляції, що виникають в момент опромінення або в перші години після нього. Дещо пізніше з'являються функціональні порушення травної та сечовидільної системи.
Причиною смерті при церебральної формі гострої променевої хвороби є загибель клітин кори головного мозку і нейронів ядер гіпоталамуса. У поразці нервової системи головне значення має безпосереднє шкідливу дію іонізуючої радіації на тканини. Мабуть, істотну роль відіграють і утворюються в тканинах радіотоксини.
§ 44. Патогенез променевого ураження організму
Патогенез променевого ураження організму представляється дуже складним процесом. Початковим ланкою поразки є безпосередня дія радіації на клітини радіочутливих тканин. Поряд з цим первинним процесом з самого початку променевого ураження організму виникають зміни функції інтеграційних регулюючих систем, перш за все нервової, пізніше ендокринної.
У початкові фази променевої хвороби, коли відбувається іонізація води і макромолекул, порушуються інтерорецептори судин і тканин в результаті зміни внутрішнього середовища. Розлади функції центральної нервової системи проявляються в порушеннях умовнорефлекторних зв'язків, ослабленні внутрішнього гальмування. Надалі змінюються функції підкіркових центрів, порушується терморегуляція, регуляція тонусу судин, серцевого ритму і ін. Функціональні зміни в нервовій системі виявляються в ранні терміни розвитку променевої хвороби і при опроміненні організму в малих дозах, хоча структурні порушення в ній виражені не так різко, як , наприклад, в кістковому мозку і в кишкової стінки. Однак якщо опромінення відбувається в сверхсмертельних дозах, в нервовій системі виникають і структурні порушення.
Під впливом іонізуючого випромінювання в тій чи іншій мірі порушуються функції всіх залоз внутрішньої секреції. Найбільш виражені зміни спостерігаються в статевих залозах, гіпофізі, надниркових. Ці зміни залежать від дози випромінювання і можуть проявлятися як посиленням секреції, так і пригніченням її. Більше значення, мабуть, має порушення нормальної узгодженості в секреції різних ендокринних залоз. Порушення функції гіпофіза веде до різноманітних вторинним реакцій внаслідок зменшення вироблення потрійних гормонів і відповідних гормонів периферичних ендокринних залоз. Особливо важлива для організму недостатність функції надниркових залоз, різко знижує реактивність і стійкість до всіляких пошкоджуючим впливів зовнішнього середовища, в тому числі і до збудників інфекційних захворювань.