- •Кафедра Мобилизационной подготовки здравоохранения и медицины катастроф
- •Для студентов по курсу «Токсикология и медицинская защита»
- •Предмет, цель и задачи радиобиологии
- •Виды ионизирующих излучений и их свойства
- •Электромагнитные ионизирующие излучения
- •Свойства электромагнитных ионизирующих излучений
- •Корпускулярные ионизирующие излучения
- •Плотноионизирующие и редкоионизирующие излучения
- •Плотноионизирующие и редкоионизирующие излучения
- •Количественная оценка ионизирующих излучений. Основы дозиметрии
- •Основные источники ионизирующих излучений
- •Радионуклиды как источник радиационной опасности. Радиоактивность. Параметры радиоактивного распада.
- •Количество радиоактивных веществ. Радиометрия.
- •Источники радионуклидов. Радионуклиды в природе и народном хозяйстве. Природные радионуклиды.
- •Техногенные источники радионуклидов
- •Радиобиологические эффекты
- •Уровень формирования
- •Сроки появления
- •Локализация
- •Значение для судьбы облученного организма
- •Первичные стадии в действии излучений
- •Молекулярные механизмы лучевого повреждения биосистем
- •Реакции клеток на облучение
- •Биологическое усиление радиационного поражения
- •Репарация лучевых повреждений
- •Судьба облученной клетки
- •Формы лучевой гибели клеток
- •Нелетальные повреждения генома клетки
- •Действие излучений на ткани, органы и системы. Радиочувствительность тканей.
- •Радиационное поражение системы крови
- •Радиационное поражение органов желудочно-кишечного тракта
- •Лучевое поражение центральной нервной системы
- •Военная радиобиология
- •Поражающие факторы ядерного взрыва
- •Радиационные поражающие факторы ядерного взрыва
- •Нерадиационные поражающие факторы ядерного взрыва
- •Характеристика лучевых поражений
Нелетальные повреждения генома клетки
Важным для организма результатом некоторых типов лучевой модификации молекул ДНК является возникновение наследуемых повреждений генетического материала — мутаций, следствием которых может быть злокачественное перерождение соматических клеток. Причиной возникновения мутации могут стать и вызванная облучением дестабилизация ДНК, и процесс репарации ее повреждений. В обоих случаях облегчается внедрение онковирусов в геном клетки или происходит активация тех онковирусов, которые уже предсуществовали в геноме в репрессированном состоянии. Следствием мутации в зародышевых клетках могут стать дефекты развития у потомства облученных родителей.
Действие излучений на ткани, органы и системы. Радиочувствительность тканей.
Ткани организма весьма различаются по радичувствительности. Если гибель лимфоцитов или костномозговых клеток удается зарегистрировать после облучения в дозах, равных десятым долям грея, то мышечные и нервные клетки выдерживают нередко дозы в десятки грей. Определенная закономерность в распределении тканей по радиочувствительности отмечена еще в самом начале изучения биологического действия излучений в 1906 г. французскими учеными Бергонье и Трибондо. Ими было сформулировано правило, согласно которому ткани тем более радиочувствительны, чем выше пролиферативная активность составляющих их клеток, и тем более радиорезистентны, чем выше степень их дифференцировки.
Высокую радиочувствительность активно пролиферирующих клеток связывают с особой ролью при облучении повреждений уникальных структур ядерной ДНК (см. выше). На тканевом уровне острое радиационное поражение проявляется нарушениями структуры и функции, зависящими прежде всего от клеточного опустошения ткани.
Хотя радиочувствительность тканей определяется главным образом радиочувствительностью составляющих эту ткань клеток, нельзя сбрасывать со счетов и опосредованные влияния радиации через поражение регулирующих систем — нервной, эндокринной. Кроме того, радиочувствительность органа зависит от его функционального состояния. Так, чувствительность обычно повышается при усилении функции органа (молочной железы в периоде лактации, щитовидной железы в состоянии гипертериоза и т.д.).
Во взрослом организме, в соответствии с правилом Бергонъе и Трибондо, непролиферирующие, высокодифференцированные нервные клетки высокорадиорезистентны. Однако это относится лишь к морфологическим проявлениям повреждения. Функциональные же реакции нейронов обнаруживаются в ответ на облучение уже в ничтожных дозах. Так, ранние изменения злектроэнцефалограммы появляются после облучения в дозе 0,5 мГр; облучение в дозе 1 мГр вызывает заметное удлинение времени рефлекса в ответ на электрораздражение. Спящие крысы просыпаются в результате облучения в дозе 0,01—0,02 Гр. Все это говорит о высокой реактивности элементов нервной системы но отношению к радиационным воздействиям.
Радиационное поражение системы крови
Система крови относится к числу систем клеточного обновления, функционирование которых обеспечивает поддержание постоянного числа функциональных клеток, обладающих короткой продолжительностью жизни.
Послелучевые изменения, происходящие в системе клеточного обновления, будут рассмотрены на примере гранулоцитопоэза.
Одним из важных эффектов является приостановка клеточного деления (блок митозов), которая тем продолжительнее, чем выше доза облучения.
По выходе из блока часть клеток, в которых повреждения ядерной ДНК не были репарированы, подвергается репродуктивной гибели. Часть клеток погибает по интерфазному типу. С повышением дозы число погибающих клеток увеличивается. Наиболее радиочувствительны клетки стволового отдела и по критерию утраты способности к образованию колоний дочерних клеток число стволовых клеток резко снижается практически сразу после облучения. Высокой радиочувствительностью обладают и клетки пула пролиферации. Что же касается клеток пула созревания, то их радиочувствительность сравнительно, невысока, большинство этих клеток сохраняют жизнеспособность, созревают и выходят в периферическую кровь. В результате количество клеток в костном мозге, а затем и в периферической крови довольно быстро убывает. Вначале снижается число наиболее молодых, наиболее радиочувствительных клеток. Затем процесс опустошения захватывает все более зрелые отделы, так как созревание и выход в кровь созревших клеток продолжаются, а восполнения их числа за счет поступления из пролиферативного пула нет. Наконец, и в периферической крови развивается гранулоцитопения.
В клетках периферической крови облученных обнаруживаются морфологические и цитохимические изменения, что свидетельствуют о их неполной функциональной полноценности. Однако в основном клетки крови после облучения в дозах несколько грей (при острой лучевой болезни) выполняют свои функции удовлетворительно, и главной причиной клинических нарушений, связанных с поражением кроветворения, являются не качественные изменения в клетках, а уменьшение их количества.
Начало снижения содержания в крови отдельные видов функциональных клеток после облучения и срок, когда глубина этого снижения максимальна, зависят главным образом от времени, в течение которого клетки-предшественники находятся в составе пулов пролиферации, созревания, а также от продолжительности циркуляции в крови созревших клеток. Эти параметры различны как для разных клеточных линий, как и для разных видов животных, У человека прохождение предшественников гранулоцитов через пул пролиферации занимает 4—6 дней и примерно столько же времени — прохождение через пул созревания. Зрелые гранулоциты циркулируют в крови и среднем всего 8—10 ч.
В соответствии с названными сроками нейтропения у человека начинает обнаруживаться примерно через 5 сут после облучения, Продолжительность пребывания и в крови человека тромбоцитов оценивается в 6-8 . дней и минимальный их уровень достигается через 2—2,5 нед.
Длительность жизни эритроцитов в крови составляет 100—120 дней. Поражение зрелых эритроцитов после облучения в дозах, составляющих несколько грей, невелико и поэтому даже в случае полного прекращения продукции новых эритроцитов их число в сутки может снизиться примерно на 1% и анемия развивается очень медленно (если не возникнет кровотечения).
Продолжительность блока митозов зависит от дозы облучения и составляет от нескольких часов до суток, редко более. После выхода из блока сохранившие жизнеспособность стволовые клетки возобновляют пролиферацию, создавая тем самым основу для восстановления морфологического состава костного мозга, а затем и крови. Это восстановление числа стволовых кроветворных клеток можно наблюдать уже тогда, когда в крови только еще качался процесс опустошения. Однако, чтобы процесс восстановления в стволовом отделе реализовался увеличением числа зрелых функциональных клеток, необходимо время как для восстановления достаточного числа самих стволовых клеток, так и для прохождения клеток через пулы деления и созревания.
Выраженность цитопении (т. е. глубина, время достижения и продолжительность снижения содержания в крови клеток) нарастает с увеличением дозы облучения.
Поражение кроветворения и связанные с ним клинические проявления, в первую очередь инфекционные осложнения и повышенная кровоточивость, получили наименование костномозгового синдрома, который лежит в основе одноименной формы ОЛБ, развивающейся после облучения в дозах 1-10 Гр.