2. Функциональные изменения в организме при действии ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения вызывают в организме ряд функциональных и органических изменений.

В центральной нервной системефункциональные изменения при лучевой болезни обнаруживаются в различных ее отделах. Непосредственно после поражения проникающей радиацией отмечается возрастание величин условных рефлексов. В зависимости от индивидуальных особенностей организма это состояние может быть более или менее длительным. Наряду с возрастанием величин условных рефлексов наблюдается ослабление внутреннего торможения.

В конце скрытого периода лучевой болезни обычно преобладают тормозные процессы; постепенно, все более углубляясь в период разгара заболевания, они переходят в запредельное торможение. Запредельное торможение нередко иррадиирует в подкорку и может привести к развитию вегетативной дистонии.

В течение всего периода разрешения наблюдается постепенное восстановление нормальной условно-рефлекторной деятельности; однако неустойчивость условных рефлексов отмечается некоторое время даже и при полном клиническом выздоровлении.

Указанные изменения в деятельности головного мозга обусловлены воздействием ионизирующей радиации первично на рецепторные аппараты, а возможно и непосредственно на клетки нервной системы. В экстеро- и интерорецепторах уже в первые дни после поражения обнаруживаются явления, которые характеризуются как состояние «раздражения».

Экспериментальные исследования выявили также и изменение спинномозговых рефлексов.

Нарушения функций различных систем (сердечно-сосудистой кроветворной и др.) при острой лучевой болезни также в известной мере являются следствием ослабления регулирующих влияний высших отделов центральной нервной системы.

Нарушения процессов обменав отдельных органах и тканях при радиационном поражении выражены различно, появляются в разные сроки и имеют неодинаковое значение, как для жизнедеятельности организма, так и для развития самого заболевания. Необходимо, прежде всего, указать на изменения основного обмена.

Характерным является периодическое изменение основного обмена в течение всего заболевания: повышение его, отмечаемое непосредственно после облучения и в начале скрытого периода, обычно сменяется снижением до исходного уровня; в период разгара болезни снова наблюдается повышение обмена, и, наконец, в период разрешения обмен постепенно нормализуется.

Первоначальное повышение основного обмена обусловлено, по-видимому, рефлекторным усилением функции щитовидной железы. В пользу такого предположения говорит отсутствие повышения основного обмена у животных, получавших до облучения тиоурацил. Возможность условно-рефлекторного воспроизведения повышения основного обмена указывает на рефлекторную природу анализируемого явления.

В опытах по изучению тканевого дыханиябыло обнаружено значительное снижение его интенсивности в костном мозгу, селезенке и слизистой тонкого кишечника, особенно в период разгара острой лучевой болезни. В тяжелых случаях дыхательная активность, в частности костного мозга, в период разгара заболевания может падать до нуля.

Угнетение дыхания находится в прямой связи с распадом наиболее активных клеточных элементов в названных органах. С восстановлением нормального клеточного состава тканей восстанавливается и интенсивность дыхания.

Во всех остальных органах и тканях существенных изменений тканевого дыхания не наблюдается. Так, в ходе развития острой лучевой болезни отмечено, что тканевое дыхание во многих органах (диафрагма, печень, легкие, почки, кора больших полушарий головного мозга) не изменяется или незначительно и временно понижается.

Глубина окислительных процессов в организме при острой лучевой болезни не уменьшается. Организм не утрачивает способности окислять вещества до нормальных конечных продуктов обмена.

При более детальном изучении обмена веществ при острой лучевой болезни были получены следующие данные о состоянии отдельных видов обмена при этом заболевании.

Белковый обмен.Распад радиочувствительных клеточных элементов и тканей, увеличенное выведение с мочой азотистых продуктов, падение веса тела и другие явления привели исследователей к представлению об усиленном тканевом распаде при острой лучевой болезни.

Экспериментальные исследования последних лет выявили важное значение при острой лучевой болезни таких факторов, как частичное или полное голодание вследствие угнетения пищевой возбудимости и развития инфекции у пораженных. Наряду с этим было установлено, что падение веса тела при лучевой болезни наблюдается не всегда.

Выведение общего азота с мочой и калом у голодавших пораженных животных до последних дней жизни существенно не увеличивается по сравнению с выведением азота у голодавших непораженных животных. Лишь в последние дни жизни наблюдается повышение выведения азотистых продуктов, что зависит от развития инфекции, лихорадочного состояния, частичного распада излившейся в ткани крови и, возможно, гипоксии, возникающей в результате анемии.

Распад радиочувствительных клеток и тканей, наиболее резко выраженный в скрытом периоде, существенно не отражается на количестве выводимого с мочой и калом азота. Это показывает, что у пораженных не утрачивается способность утилизировать продукты распада.

В периоде разгара острой лучевой болезни интенсивность тканевого распада не увеличивается, если болезнь протекает без инфекционных осложнений и стойкого повышения температуры тела.

Наиболее убедительные данные получены в опытах по определению баланса азота.

В начальном и скрытом периодах болезни азотный баланс оставался положительным или становился незначительно отрицательным. Таким он был и в первые дни периода разгара болезни. Только незадолго до гибели животных баланс становился резко отрицательным. Это совпадало с повышением температуры тела и почти полным отказом животных от корма.

В эксперименте на животных было доказано, что применение высококалорийного, полноценного питания дает возможность полностью или почти полностью предотвратить потери веса тела при острой лучевой болезни III степени. Опыты показали, что интенсивность биосинтеза и распада белков печени и тонкого кишечника в течение 2—9 дней после облучения смертельными дозами рентгеновых лучей не изменяется; интенсивность биосинтеза белков селезенки и скелетных мышц за это время понижается, а распад белков значительно ускоряется.

Понижение биосинтеза и ускорение распада белков селезенки отражают распад радиочувствительных клеточных элементов этого органа. Аналогичные явления, наблюдаемые в мышечной ткани, объясняются, очевидно, мобилизацией мышечных белков при голодании пораженных.

Следовательно, можно заключить, что облученный организм не теряет способности синтезировать тканевые белки, хотя синтез отдельных белков оказывается нарушенным.

Липидный обмен.Общее облучение организма даже летальными дозами не вызывает глубоких изменений в липидном обмене, при этом облученный организм не теряет способности утилизировать свои жировые запасы.

Биосинтез и распад, нуклеиновых кислот.Угнетение биосинтеза нуклеиновых кислот в клетках и тканях является одной из самых общих и ранних биохимических реакций организма на воздействие ионизирующих излучений. Степень угнетения и время восстановления биосинтеза зависят от дозы излучения, типа нуклеиновых кислот и вида клеток и тканей.

Сильнее всего угнетается и медленнее восстанавливается биосинтез дезоксирибонуклеиновых кислот. Наиболее резко угнетение биосинтеза выражено в радиочувствительных клетках и тканях. Восстановление биосинтеза наиболее быстро происходит в слизистой желудочно-кишечного тракта, медленнее — в селезенке, очень медленно — в костном мозгу и зобной железе.

Угнетение биосинтеза нуклеиновых кислот сопровождается снижением их содержания в тканях. С восстановлением биосинтеза восстанавливается и содержание нуклеиновых кислот.

Значение указанных изменений в нуклеиновом обмене заключается в основном в том, что они являются биохимической основой нарушения репродуктивной деятельности быстро делящихся клеток.

Водный обмен.Экспериментальные данные свидетельствуют об отсутствии серьезных нарушений водного обмена при острой лучевой болезни. Наблюдаемая отечность отдельных участков кожных покровов, очевидно, связана с наличием воспалительных процессов, а кратковременное сгущение крови может быть связано с повторной рвотой и поносами.

При острой лучевой болезни III степени наблюдается весьма значительное уменьшение потребления воды и ее выведения с мочой и калом. Это явление находится в прямой зависимости от степени угнетения пищевой возбудимости.

Углеводно-фосфорный обмен. Регуляция углеводного обмена при острой лучевой болезни III степени резко не нарушается, хотя наблюдаются отдельные изменения реакции организма на нагрузки, свидетельствующие о большом напряжении механизмов регуляции. Так, введение инсулина облученным животным приводило к более глубокому и более продолжительному понижению содержания сахара в крови; при нагрузках глюкозой через рот содержание сахара в крови облученных животных оставалось повышенным дольше, чем в крови необлученных животных. Содержание в крови глюкозы и молочной кислоты после введения адреналина также в ряде случаев отличалось от содержания у контрольных (необлученных) животных.

В период разгара лучевой болезни содержание гликогена в печени резко снижается. Это в значительной мере объясняется частичным голоданием вследствие угнетения пищевой возбудимости. Однако организм не утрачивает способности синтезировать гликоген; содержание его в печени может быть восстановлено до нормы при доставке необходимого для синтеза материала (глюкоза, фруктоза, глицерин и др.).

Содержание богатых энергией органических фосфорных соединений (аденозинтрифосфорная и аденозиндифосфорная кислоты и креатинфосфат) в селезенке и тонком кишечнике в начальном и скрытом периодах острой лучевой болезни тяжелой степени снижается в 2—3 раза и остается на таком уровне до периода выздоровления. Это зависит от изменения клеточного состава тканей и понижения тканевого дыхания.

В скелетных мышцах содержание богатых энергией фосфорных соединений в состоянии покоя во все периоды развития острой лучевой болезни резко не изменяется. При мышечной работе, приводящей к резкому утомлению облученных животных, полного расхода аденозинтрифосфата и креатинфосфата не наблюдалось. Можно предположить, что при острой лучевой болезни мышечная слабость и адинамия не находятся в зависимости от истощения богатых энергией фосфорных соединений в скелетных мышцах.

Биосинтез богатых энергией фосфорных соединений в скелетных мышцах, печени и головном мозгу, кроме особо радиочувствительных тканей, при острой лучевой болезни существенно не нарушается.

Следует иметь в виду, что значительная часть показателей обмена веществ имеет отклонение от нормы лишь в период разгара болезни или в терминальном состоянии.

В частности, в период разгара отмечается значительное снижение содержания гликогена в печени, понижение способности печени обезвреживать некоторые ядовитые вещества (фенол), увеличение в крови содержания жиров, остаточного (небелкового) азота, а также угнетение активности некоторых ферментов (щелочная фосфатаза сыворотки крови и др.). Но все эти изменения являются вторичными и не могут считаться специфическими для лучевой болезни.

С целью выявления наименее стойких к радиационному воздействию биологически важных соединений проведено очень много исследований. Было установлено, что многие из этих соединений (ферменты, витамины и др.) разрушаются под действием ионизирующих излучений. Однако для разрушения указанных веществ вне организма в большинстве случаев требовались чрезвычайно большие дозы радиации. У животных, подвергшихся воздействию радиации, даже в дозах, превышающих абсолютно смертельные, (1000—2000 р), не обнаружено существенного изменения содержания витаминов, ферментов и других биологически важных веществ.

В непосредственной связи с нарушением функционального состояния центральной нервной системы и другими изменениями, происходящими в организме, находится изменение реактивностиоблученного организма. Оно проявляется рядом признаков, а именно: угнетается образование иммунных тел; уменьшается напряженность существующего иммунитета; снижается фагоцитарная активность; повышается чувствительность к возбудителям инфекционных заболеваний, в частности к газовой гангрене и гноеродной инфекции; изменяются аллергические реакции и реакции облученного организма на лекарственные вещества. Весьма важную роль в снижении защитных свойств организма играет также лейкопения, развивающаяся при радиационных поражениях.

Перечисленные выше функциональные сдвиги могут возникать в организме уже в начальном периоде максимума они достигают в период разгара лучевой болезни и сохраняются еще некоторое время (до 2—3 месяцев) после ликвидации острых проявлений заболевания.

Кроме того, имеются данные о том, что к периоду разгара лучевой болезни могут появиться положительные реакции изогемагглютинации сыворотки реципиента с эритроцитами донора при наличии групповой совместимости крови донора и реципиента. Эти изменения проявляются наиболее ярко в разгар болезни. В период разрешения интенсивность и частота положительных реакций изогемоагглютинаций постепенно уменьшаются. По мере выздоровления эти реакции полностью исчезают.

К числу наиболее быстро наступающих трофических расстройств относятся нарушения функции кроветворенияи в первую очередь лимфоидиой ткани. В селезенке и лимфатических узлах эти явления обнаруживаются уже через несколько минут после облучения. Одновременно с лимфоидным аппаратом поражается костный мозг, что проявляется в нарушении его кроветворной функции.

Нейтрофильный лейкоцитоз, наблюдаемый в начальном периоде лучевой болезни, по мнению некоторых авторов, связан с выходом в периферическую кровь белых телец, более быстро проделавших цикл своего развития под влиянием ионизирующей радиации. В происхождении этого преходящего лейкоцитоза нельзя отрицать также известной роли рефлекторного опорожнения кровяных депо.

Стойкая лейкопения, быстро сменяющая нейтрофильный лейкоцитоз, свидетельствует о недостаточности кроветворных органов, развивающейся в результате нарушения регуляторных функций центральной нервной системы. Различные дополнительные патологические воздействия на нервную систему приводят к еще более тяжелому нарушению кроветворения.

Процесс образования тромбоцитов под влиянием ионизирующей радиации довольно быстро нарушается, но он может быстро и восстанавливаться.

Процесс образования эритроцитов страдает в меньшей степени. В связи с этим уменьшение числа красных кровяных телец в периферической крови происходит обычно только в период разгара болезни.

Определенная последовательность в нарушении отдельных видов гемопоэза соответственно отражается и на появлении наиболее выраженных изменений со стороны различных элементов периферической крови: сначала уменьшается число лимфоцитов, затем количество нейтрофилов и тромбоцитов. Наиболее поздним симптомом поражения органов кроветворения является снижение числа эритроцитов в периферической крови.

Некоторые авторы связывают последовательность в изменении содержания отдельных форменных элементов крови с различными сроками их жизни, считая, что любое патологическое состояние, укорачивающее жизнь клеток, больше всего будет заметно на клетках, в норме живущих короткий срок. Так, известно, что наименьшую продолжительность жизни имеют лимфоциты (1—2 суток), затем — нейтрофилы и тромбоциты (4—9 дней) и наибольшую — эритроциты (около 100—-120 дней). При оценке такого предположения следует учитывать, что сильная нейтропения иногда развивается через такие сроки, которые значительно короче продолжительности жизни нейтрофильных лейкоцитов. Данное обстоятельство может быть связано с тем, что ионизирующие излучения не только угнетают лейкопоэз, но и повреждают уже созревшие форменные элементы крови.

Известно, что в различных тканях в результате воздействия ионизирующих излучений снижается содержание рибонуклеазы — фермента, расщепляющего нуклеиновые кислоты. Поэтому можно предположить, что среди непосредственных причин нарушения трофических процессов в кроветворных органах определенное значение имеет уменьшение активности ферментов нуклеинового обмена. Это особенно важно потому, что нуклеиновые кислоты участвуют в процессах синтеза белка. В период подготовки клеток к делению в их ядре возрастает количество дезоксипентозонуклеиновой кислоты. Она вступает в соединение с белком, поступающим в ядро из цитоплазмы, образуя нуклеопротеид, играющий важную роль в клеточных процессах.

В определенной связи с нарушением процессов обмена, очевидно, находятся и наблюдаемые в клетках крови цитологические изменения (пикноз, фрагментоз, гиперсегментация ядер и др.), характерные для радиационных поражений.

Экспериментальные данные, полученные на животных, дают основание предположить, что важную роль в нарушении гемопоэза играют задерживающие трофические рефлексы на кроветворные органы со стороны центральной нервной системы и внутренних органов (селезенка).

Трофические нарушения в системе крови и сосудистой стенке являются одним из наиболее существенных звеньев патогенеза острой лучевой болезни. Эти нарушения проявляются в картине заболевания, в частности кровоизлияниями и кровотечениями, величина и локализация которых в значительной мере определяют тяжесть и исход лучевой болезни.

Нарушение свертываемости крови, выражающееся в удлинении времени кровотечения и времени свертываемости крови, является одной из причин кровоизлияний. Эти явления наблюдаются еще в скрытом периоде (до появления кровоточивости), а в период разгара острой лучевой болезни достигают максимальных величин.

Одной из причин нарушения свертываемости крови является снижение числа тромбоцитов, постоянно обнаруживаемое при лучевой болезни.

Экспериментальные исследования показали, что основной причиной нарушения свертывания крови при радиационном поражении является недостаток протромбокиназы, находящейся в тромбоцитах, то есть понижение тромбопластической активности крови. В связи с этим в крови понижается или полностью прекращается образование тромбокиназы, несмотря на наличие в плазме тромботропина — белка, который активирует протромбокиназу.

Одновременно установлено, что степень изменения тромбопластической активности крови при радиационных поражениях находится в прямой зависимости от дозы облучения.

Однако нельзя объяснить происхождение кровоизлияний и кровотечений при острой лучевой болезни только нарушением процесса свертывания крови. Экспериментально доказано, что если в период, когда время свертываемости крови увеличено, ввести животному толуидиновый синий или протамин сульфат, то, несмотря на нормализацию свертываемости крови, кровоточивость не уменьшается.

Несомненно, важную роль в возникновении геморрагических явлений играет повышение проницаемости и ломкости капилляров. Повышение проницаемости капилляров находит свое выражение в увеличенном выходе из сосуда не только белковых компонентов плазмы, но также и форменных элементов крови. Так, при воздействии рентгеновых лучей в дозах 300—3000 р у крыс наблюдаются отчетливые изменения капиллярной стенки, выражающиеся в набухании эндотелия и появлении под ним сывороточной жидкости. В сосудах среднего и мелкого калибра наряду с изменением эндотелия обнаруживается разволокнение структур стенок сосудов, набухание коллагеновых волокон и аргирофильной субстанции.

Морфологические изменения сосудов являются очаговыми — рядом с измененным участком обнаруживаются участки с нормальной структурой стенки сосуда.

Появление под эндотелием и за самой стенкой сосудов сывороточной жидкости, зернистых белковых веществ, а также эритроцитов свидетельствует о повышении проницаемости сосудистой стенки.

С начала периода разгара острой лучевой болезни наблюдается также все нарастающая ломкость капилляров.

Изменения, приводящие к кровоточивости, в частности повышение проницаемости сосудистых стенок, в основе своей имеют нервно-дистрофические процессы. Что касается механизма изменений в самой сосудистой стенке кровеносных сосудов, то по этому поводу в настоящее время имеются следующие данные.

Известно, что основным межклеточным веществом, так называемым цементом капилляров, является мукополисахарид — гиалуроновая кислота. Степень разрушения (деполимеризация) этой кислоты под влиянием фермента гиалуронидазы и определяет изменение сосудистой проницаемости.

При радиационном поражении, как и при других нервно-дистрофических процессах, в тканях накапливаются холиноподобные вещества. Указанные вещества, в частности ацетилхолин, приводят к освобождению гиалуронидазы из тканей и к активации этого фермента.

Увеличение содержания гиалуронидазы и ее активация усиливают распад (деполимеризацию) гиалуроновой кислоты, уменьшают ее вязкость и приводят в результате этого к повышению проницаемости капиллярных стенок.

Функциональные нарушения сердечно-сосудистой системыпри острой лучевой болезни сводятся к следующему. Наблюдаемое в начальном периоде болезни снижение артериального давления сменяется восстановлением его, нередко почти до исходных величин.

В опытах на животных непосредственно после облучения летальными и сублетальными дозами ионизирующей радиации наблюдается замедление сердечного ритма, обусловленное повышением тонуса блуждающего нерва. Через несколько часов, а нередко и через сутки, это состояние сменяется учащением сердцебиения. В это же время наблюдаетсяизвращение синокаротидного рефлекса, заключающееся в том, что снижение давления в общей сонной артерии сопровождается не подъемом артериального давления, как это обычно наблюдается, а снижением его.

Позднее синокаротидный рефлекс исчезает. Это происходит последовательно: сначала исчезает депрессорный рефлекс на сердце, затем на сосуды и в последнюю очередь рефлекс на дыхание. При тяжелых радиационных поражениях исчезнувший синокаротидный рефлекс не восстанавливается до самой гибели животного.

Для поражения ионизирующими излучениями характерно также понижение тонуса сосудов, наблюдаемое в конце заболевания. Состоянию гипотонии предшествует некоторое повышение сосудистого тонуса в начальном периоде и периоде разгара. Систематическое наблюдение за формой сфигмограммы показало, что уже в первые дни отмечается снижение и уплощение дикротической волны, вплоть до полного ее исчезновения. Восстановление формы пульсовой кривой происходит медленно и заканчивается к концу разгара заболевания.

Изменения функций сердечно-сосудистой системы оказываются наиболее выраженными в период разгара лучевой болезни. В тяжелых случаях наблюдаются значительное снижение артериального давления, уменьшение массы циркулирующей крови и замедление скорости кровотока.

Среди других проявлений трофических нарушений при лучевой болезни необходимо отметить изменение функций желудочно-кишечного тракта.

Наблюдения показывают, что секреторная функция желудочных железпри острой лучевой болезни существенно не изменяется. Она может повышаться в период первичной общей реакции на облучение. В период разгара лучевой болезни желудочная секреция характеризуется неустойчивостью.

Нарушений ферментной активностижелудочного сока при лучевой болезни, исключая дни, предшествующие гибели, не отмечается.

Эвакуаторная функция желудкав период разгара лучевой болезни, как правило, угнетается; в это время снижается и тонус желудка.

Исследование секреции кишечных железне обнаружило сколько-нибудь закономерных изменений в количестве и ферментной активности кишечного сока после облучения.

При исследовании кишечного сока в нем обнаружено повышение содержания общего и белкового азота. Это становится заметным уже в начальном периоде болезни и особенно резко проявляется в период разгара ее.

Всасывание из тонкогокишечника аминокислот и жирных кислот при острой лучевой болезни не изменяется; о всасывании глюкозы имеются противоречивые сведения. Возможно, что замедленное поступление глюкозы в кровь, отмеченное отдельными исследователями, зависит от задержки введенной per os глюкозы в желудке, так как с восстановлением эвакуаторной функции желудка всасываемость глюкозы восстанавливалась.

Таким образом, все сказанное о функциональных изменениях при радиационных поражениях даст основание рассматривать лучевую болезнь как острый нервно-дистрофический процесс с преимущественным поражением органов кроветворения и сосудистой системы. Отдельные симптомы, характеризующие общее радиационное поражение, являются частными проявлениями нервно-трофических нарушений. Местные патологические изменения отдельных органов и систем, возникающие в процессе развития лучевой болезни, также накладывают определенный отпечаток на картину заболевания.