57. Биологическое действие ионизирующих излучений на клетку. Особенности действия ии на организм теплокровных животных. Основные реакции организма человека на действие ии.

Радиация по своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут "запустить" не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма.

Ионизирующие излучения любого вида не имеют избирательного действия, т. е. они влияют на все ткани и системы организма без исключения. Величина поглощенной энергии радиоактивного излучения, при которой наступает заметный биологический эффект, незначительна. Невелико и число ионизированных молекул в биологических тканях даже при смертельных дозах.

Наши органы чувств не улавливают ионизирующего излучения, т. е. мы не ощущаем изменения свойств окружающей среды в момент излучения ни по температуре, ни по шуму, свету, давлению, запаху, цвету и т. д. Человек не получает сигнала бедствия от организма, поэтому возможно облучение в больших дозах. Установлено, что любое воздействие ионизирующего излучения небезразлично для организма.

Процессы взаимодействия ИИ с веществом клетки, в результате которого образуются ионизированные и возбужденные атомы и молекулы, являются первым этапом развития лучевого поражения. И свободные электроны, и ионизированные атомы, и молекулы не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционно-способные, как "свободные радикалы" (Н⁺;ОН^-;НО₂ - пероксид).

В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с дру-гими молекулами, и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биоло-

гическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.

Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к злокачественным новообразованиям.

ИИ вызывают острые поражения организма, т. е. острую лучевую болезнь, только начиная с некоторой минимальной или "пороговой" дозы облучения. Этим порогом является величина эквивалентной дозы 100 бэр. Начиная со 100 до 600 бэр биологический эффект облучения прямо пропорционален дозе излучения. В этом диапазоне доз можно конкретно ответить на вопрос, какие симптомы возникнут у человека и когда:

100 бэр - острая лучевая болезнь; 500 бэр в течение года - хроническая лучевая болезнь;

300 бэр - катаракта; 300 бэр - стерилизация; 400 бэр - эпиляция.

Разумеется, если доза облучения достаточно велика, облученный человек погибнет. Во всяком случае, очень большие дозы облучения порядка 100 Грей (Гр) вызывают настолько серьезные поражения ЦНС, что смерть, как правило, наступает в течение нескольких часов или дней. При дозах облучения от 10 до 50 Гр при облучении всего тела поражение ЦНС может оказаться не настолько серьезным, чтобы привести к летальному исходу, однако облученный человек, скорее всего, умрет через одну-две недели от кровоизлияний ЖКТ. При еще меньших дозах может не произойти серьезных повреждений ЖКТ или организм с ними справится, и, тем не менее, смерть может наступить через один-два месяца с момента облучения главным образом из-за разрушения клеток красного костного мозга - главного компонента кроветворной системы организма: от дозы в 3-5 Гр при облучении всего тела умирает примерно половина всех облученных.

Большая часть лучевых поражений возникает спустя длительный срок после острого однократного или хронического облучения. Они являются так называемыми отдаленными эффектами облучения, в отличие от непосредственных эффектов, к которым относят острую лучевую болезнь и сопутствующий ей симптомокомплекс.

К отдаленным эффектам относятся:

1. Сокращение продолжительности жизни. Дополнительное облучение в дозе 1 бэр сокращает продолжительность жизни от 3 до 7 дней.

2. Лучевые катаракты, которые возникают через несколько лет.

3. Злокачественные новообразования. Проявляются в период от нескольких до 40 лет. В среднем лейкемия появляется через 15 лет после облучения, рак - через 10-15 лет.

4. Эмбриотоксические эффекты, т. е. последствия облучения плода. Установлено, что плод весьма чувствителен к облучению, особенно в период органогенеза, т. е. на 4-12-й нед. беременности.

5. Генетические эффекты - врожденные уродства и нарушения, передающиеся по наследству.

Злокачественные новообразования, эмбриотоксические эффекты и генетические эффекты называются стохастическими (т. е. вероятностными, случайными). Особенность стохастических реакций заключается в случайной, вероятностной природе появления эффекта. Это означает, что от дозы зависит не тяжесть и глубина поражения, а лишь вероятность его возникновения, т. е. с ростом дозы увеличивается частота возникновения рака.

Механизм возникновения стохастических реакций - это двойной разрыв хромосом соматических клеток разных органов и тканей, что ведет к злокачественным новообразованиям, или двойной разрыв хромосом в половых клетках, что ведет к появлению генетических эффектов.

Появление тех или иных эффектов облучения в организме теплокровных животных зависит от ряда факторов:

1. От величины дозы.

2. От вида излучения (α-, β-, γ-частицы, нейтроны, рентгеновское излучение) и способа облучения (внешнее или внутреннее).

3. От длительности и дробности излучения, т. е. от мощности дозы. Если одну и ту же дозу давать более дробно, то средняя смертельная доза снижается.

4. От объема облучаемых тканей. Чем больше объем облучаемых тканей, тем более выражен эффект действия ИИ. 600 бэр - абсолютно смертельная доза при облучении всего тела человека. Если же облучить одномоментно только кисть дозой 600 бэр, возникает только легкий дерматит.

5. От радиочувствительности и функционального значения облучаемых органов.

В зависимости от радиочувствительности выделяют три группы критических органов, т. е. органов, которые наиболее поражаются в результате ИИ, или преимущественного накопления радионуклидов (при внутреннем облучении), или в результате максимальной радиочувствительности (при внешнем облучении):

I группа - все тело, гонады, красный костный мозг (сейчас некоторые относят сюда и эпителий тонкого кишечника);

II группа - все внутренние органы;

III группа - кожа, предплечья, кисти, лодыжки.

От функционального значения органа, т. е. насколько важна эта функция для жизнедеятельности организма в целом, также зависит характер ответа организма.

6. От индивидуальных особенностей организма человека, которые определяются:

- полом (женщины, особенно в репродуктивном периоде, более чувствительны к воздействию ИИ, так как красный костный мозг работает более интенсивно);

- возрастом (наиболее чувствителен плод от 5 до 12 нед., максимальная чувствительность у новорожденного, по мере роста ребенка чувствительность к ИИ снижается). Минимальная радиочувствительность - с 18-20 до 60 лет. После 60 лет чувствительность к ИИ повышается, так как со старением ослабевают механизмы организма;

- функциональным состоянием организма. В состоянии нервно-психического возбуждения чувствительность к ИИ повышается, так как увеличивается интенсивность обмена веществ, а во время сна чувствительность организма к ИИ минимальна.

7. От условий внешней среды (микроклимат, перепады давления, содержание кислорода во внешней среде). Чем больше кислорода во внешней среде, тем больше чувствительность организма к ИИ, так как чем больше кислорода в организме, тем более активно образуются в организме свободные радикалы. Дозы облучения до 1 миллизиверта (мЗв) называют малыми дозами. Воздействие таких доз на организм сводятся только к возрастанию риска возникновения стохастических эффектов. Сейчас во всем мире принята концепция беспороговости облучения, т. е. любая доза ИИ, как бы мала она ни была, является потенциально опасной для здоровья.

Для этой гипотезы существует определенная материальная основа: чтобы возникла потенциальная опасность стохастических эффектов, должен произойти двойной разрыв хромосом. Для этого нужна энергия 70 эВ, а один фотон гамма-излучения имеет энергию

10 000 эВ. Но доказать существование стохастических реакций экспериментально невозможно. Их существование можно подтвердить только эпидемиологическими наблюдениями значительного контингента населения в течение нескольких поколений