Биологическое действие ионизирующих излучений.

Первичные механизмы биологического действия ионизирующих излучений– это процессы происходящие на первом этапе физиологической интеграции. ИИ оказывает на организм прямое и непрямое действие.

Прямое действие заключается в непосредственном воздействии ИИ на биомолекулы, приводящее к их ионизации или возбуждению.

Непрямое действие радиации на биомолекулы реализуется через продукты радиолиза воды, которой в клетках содержится большое количество. Продукты радиолиза чрезвычайно активны и окисляют практически все органические вещества в клетке.

В хромосомах преобладают повреждения, обусловленные прямым действием, а в растворах и насыщенных водой системах основную роль играют продукты радиолиза последней. Радиочувствительность клеток повышается при увеличении парциального давления кислорода. Это носит название кислородного эффекта.

Прямое и непрямое действие ионизирующего излучения приводит к изменению структуры важнейших высокомолекулярных соединений: нуклеиновых кислот, белков, липопротеидов и полимерных соединений углеводов.

Нуклеиновые кислоты (НК) высоко радиочувствительны. Возникают одно- и двуспиральные разрывы ДНК с последующим образованием сшивок между молекулами и появлением разветвлённых молекул. Характер повреждения НК зависит от вида излучения и уровня парциального давления кислорода. Так корпускулярные излучения вызывают преимущественно двойные разрывы молекул ДНК и РНК, а при низком содержании кислорода изменения носят вид сшивок.

Белок повреждается в результате усиления реакций окисления и дезаминирования, которые проходят с участием окислительных радикалов (в т.ч. активных форм кислорода). Вследствие этого наступает изменение химической и конформационной структуры белковых молекул с инактивацией их биологической активности.

Изменение липидов заключается в образовании свободных радикалов, перекисных соединений, которые запускают цепные реакции окисления. Перекиси распадаются с образованием токсичных веществ.

Полисахариды под воздействием ИИ окисляются, деполимеризируются с образованием кислот (гиалуроновые и др.) и формальдегида.

Вторичные радиобиологические эффекты, развивающиеся после облучения, характеризуются нарушениями, происходящими последовательно на клеточном, органном и системном уровнях. Нарушение функции органов и систем приводит к развитию лучевой болезни.

На первом месте в развитии вторичных эффектов стоят нарушения обмена нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов, входящих в состав хромосом и регулирующих передачу наследственных признаков, процессы синтеза тканевых белков и ферментов, липидов, пролиферацию клеток и др. Изменения обмена приводят к повреждению целостности клеточных и внутриклеточных мембран. Патологические процессы в клетке заключаются в изменении течения сложных ферментативных реакций. Это приводит к активации катаболических процессов на фоне подавления синтетических. Выход протеолитических ферментов из органелл через изменённые мембраны приводит к аутолизу клетки. Уменьшение синтеза макроэргических соединений приводит к расстройству окислительно-восстановительных, репарационных процессов и в целом обмена веществ. Накапливаются токсические соединения усиливающие нарушения, возникшие на первом этапе радиационного воздействия.

Реакция клеток и тканей на облучение зависит от степени их чувствительности к ИИ. Радиочувствительность тканей прямо пропорциональна митотической активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки клеток. Таким образом, ткани в убывающем по радиочувствительности порядке располагаются следующим образом: лимфоидная, миелоидная, герминативный, кишечный и покровный эпителий, секреторные клетки пищеварительных и эндокринных желёз, соединительная, мышечная, хрящевая, костная и нервная ткани. Радиорезистентные ткани тоже повреждаются ИИ, но повреждения выявляются в более поздние сроки и играют роль в формировании отдалённых последствий, существенно не сказываясь на непосредственных лучевых реакциях.

Кроветворная система является критическим органом. Поражение системы крови является ведущим в патогенезе и клинике лучевой болезни. К критическим органам относятся также кишечник и ЦНС. Клетки радиочувствительных тканей гибнут из-за нарушения обмена нуклеопротеидов. Гибель происходит в интерфазе (интеркинетическая гибель) и после нескольких делений (репродуктивная гибель). Нарушается митотическая активность.

Восстановление кроветворения и других высокорадиочувствительных тканей зависит от степени сохранности стволовых клеток. Для восстановления кроветворения достаточно 1-0,1% стволовых клеток.

Патогенез лучевой болезни.

В основе патогенеза ЛБ лежат сложные механизмы прямого и непрямого действия на организм ИИ.

Проникающая радиация обладает:

1. специфическим повреждающим действием на радиочувствительные ткани;

2. неспецифическим действием, осуществляемым при участии нервной и эндокринной систем.

Изменения радиочувствительных тканей мы уже рассматривали. Остановимся на опосредованном действии ИИ. Изменения ЦНС возникают как результат непосредственного повреждающего действия ИИ на структурные элементы нервной клетки, так и вследствие раздражения экстеро- и интерорецепторов. Происходит нарушение функциональных взаимоотношений между различными отделами ЦНС.

Вследствие этого рефлекторно изменяется функционирование внутренних органов, эндокринной системы. Сразу после облучения происходит повышение активности системы гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников и др. желёз внутренней секреции (рассматривается как проявление реакции адаптации). В дальнейшем наступает снижение активности всей эндокринной системы. Нарушение эндокринной регуляции усугубляется изменением чувствительности тканей к действию гормонов. В начальном периоде лучевого поражения ведущими являются нейроэндокринные нарушения. Они формируют проявления первичной реакции на облучение и являются важным патогенетическим звеном в развитии последующих изменений, связанных с поражением радиочувствительных тканей.

Нейроэндокринные изменения принимают участие в развитии компенсаторных реакций. Процессы восстановления начинаются сразу после прекращения облучения и протекают параллельно с эффектами повреждения. Нарушения в органах и системах зависят от соотношения между дегенеративными и репаративными процессами. Полнее восстанавливаются функции ткани с высокой пролиферационной способностью. При восстановлении тканей с малой активностью физиологической регенерации остаются необратимые изменения, являющиеся основой развития отдалённых последствий (генетических и соматических).

Таким образом, патогенез ЛБ состоит из:

1. непосредственного действия ИИ на клетки и ткани с наибольшим повреждением радиочувствительных структур;

2. образования и циркуляции радиотоксинов;

3. дезинтеграции нейроэндокринной системы.