Влияние радиации на уровне тканей

По своей чувствительности к ионизирующей радиации ткани организма значительно отличаются друг от друга. Наиболее радиочувствительны кроветворная и лимфоидная ткани, следующей в этом ряду стоит эпителиальная ткань (особенно железистый эпителий пищеварительных и половых желез, а также покровный эпителий кожи, затем эндотелий сосудов), последние в этом ряду - хрящевая, костная, мышечная и нервная ткани.

Для оценки радиочувствительности ткани существует простое правило:

«Повреждающее действие ионизирующей радиации на ткань прямо пропорционально насыщению се кислородом, пролиферативной активности клеток и обратно пропорционально степени дифференцировки ткани», т.е. наиболее поражаемы менее дифференцированные, активно обновляющиеся и интенсивно функционирующие ткани.

Действие радиации на уровне организма

После облучения всего тела часто развивается лучевая болезнь, скорость протекания которой зависит от величины дозы и от того, получена ли эта доза сразу или постепенно в течение длительного времени. В первом случае речь идет об острой лучевой болезни, а во втором - о хронической- Для человека абсолютная смертельная доза при однократном облучении составляет около 6 Гр. При этом следует помнить, что лучевое поражение не сводится только к повреждению, а представляет собой реакцию на него. Тяжесть лучевой болезни зависит от:

1) количества поглощенной энергии,

2) локализации и величины площади облученной поверхности, количества рецепторов, на которые действует радиация,

3) времени облучения,

4) вида ионизирующей радиации,

5) видовой и индивидуальной чувствительности организма на момент облучения, мелкие грызуны (мыши, крысы) относительно более радиорезистентны по сравнению с крупными животными (собаки, овцы, свиньи), холоднокровные животные, например рептилии, обычно устойчивее, чем млекопитающие, а насекомые в несколько раз еще более устойчивы, чем рептилии. Птицы тоже отличаются достаточно высокой резистентностью. В зависимости от дозы облучения различают три степени острой лучевой болезни:

1) легкая - доза 1,5 Гр,

2) средняя - до 3,0 Гр,

3) тяжелая - до 6,0 Гр.

Доза 16 Гр и выше для здорового взрослого человека считается абсолютно смертельной, причем смерть может наступить сразу после облучения.

Острая лучевая болезнь может быть вызвана как внешним, так и внутренним облучением. По существу, имеются четыре возможных варианта, по которым радиоактивные вещества способны поступить в организм, 1) через легкие при дыхании; 2) вместе с пищей; 3) через повреждения и разрезы на коже; 4) путем абсорбции через здоровую кожу.

После того как радиоактивное вещество осело в организме, важными , моментами становятся величина энергии и вид излучения, форма и масса органа, физический и биологический период полураспада. (Продолжительность времени, но истечении которого вещество теряет половину своей радиоактивности - физический полураспад. Когда период полураспада исчисляется долями минуты, рассеивание излучения происходит быстро и, наоборот, если вещество имеет крайне длительный период полураспада, измеряемый, например, тысячами лет, тогда скорость радиоактивного процесса будет очень медленной. Биологический период полураспада - эта та продолжительность времени, которая необходима для выведения из организма половины радиоактивного вещества. Некоторые радиоизотопы выводятся из организма довольно быстро и поэтому не успевают нанести большого вреда, в то время как другие сохраняются в организме в течение длительного времени.) Сочетание физического периода полураспада радиоактивного материала с биологическим периодом полураспада приводит к понятию эффективного периода полураспада - наиболее важного в определении результирующей величины излучения, которому подвергаются ткани тела. Орган, наиболее подверженный действию радиоактивного вещества, называется критическим. Для различных критических органов разработаны нормативы, определяющие допустимое для них содержание каждого радиоактивного элемента на основании концентрации радиоактивных веществ в атмосферном воздухе, питьевой воде и т.д. Несмотря на большое разнообразие клинических проявлений, в картине острой лучевой болезни можно выделить типовые синдромы, сочетание которых характеризует именно лучевые поражения. К таким синдромам следует отнести:

1. Расстройство гемодинамики. Оно выражается в дистонии различных отделов сосудистого русла, в полнокровии легких, миокарда, печени, почек, кишечника и его брыжейки, оболочек мозга, в переполнении кровью полостей сердца и полых вен. Замедление кровотока способствует повышению проницаемости сосудистых стенок и различных мембран. Вызывают повышение проницаемости и образующиеся при облучении белков биологически активные вещества, которые также вызывают парез капилляров. При облучений регистрируется процесс деполимеризации гиалуроновой кислоты, а в результате изменения в системе гиалуронидаза - гиалуроновая кислота повышает проницаемость мембран.

2. Геморрагический синдром. В основе его лежат следующие причины: уменьшение числа тромбоцитов (источника тромбокиназы), удлинение времени свертываемости крови и снижение уровня протромбина в крови вследствие нарушения протромбинообразовательной функции печени.

Большое значение имеет нарушение способности тромбоцитов к склеиванию, так как именно при агрегации тромбоцитов выделяются из них биологические факторы свертывания крови. Это нарушение агрегации, вероятно, обусловлено изменениями ультраструктуры их мембран. Кроме того, тромбоциты играют важную роль в поддержании целостности сосудистой стенки, ее упругости и механической резистентности.

Под влиянием облучения изменяется молекулярная структура фибриногена и образующегося из него фибрина, в результате чего снижается способность волокон фибрина к сокращению, а кровяного сгустка к ретракции. Повышается активность фибринолиза и противосвертывающей системы. В крови появляются антикоагулянты, например гепарин, который освобождается при дегрануляции тучных клеток, базофилов. В печени снижается синтез белков свертывающей системы крови.

В патогенезе геморрагического синдрома при лучевой болезни большое значение имеют изменения сосудистой стенки; эндотелий сосудов подвергается патологическим изменениям, слущивается, теряет способность вырабатывать полисахаридно-белковые комплексы для построения базальной мембраны, разрушаются соединительнотканные волокна, а основное вещество подвергается деполимеризации. Нарушаются тонус и реэистентность сосудов. Из поврежденных тканей освобождаются биологически активные вещества (протеолитические ферменты из поврежденных лизосом, кинииы, гиалуронидаза), которые усугубляют повреждение сосудистой стенки, повышая ее проницаемость.

3. Гипоксия тканей в результате пассивного полнокровия органов, замедления кровотока, нарушения проницаемости, множественных кровоизлияний.

4. Дистрофические и некробиотические изменения в тканях и органах. Усиливается распад белков, снижается альбумино-глобулинозый коэффициент, резко надает содержание нуклеиновых кислот в различных тканях, снижается потребление кислорода в паренхиматозных органах, уменьшается активность ферментных систем, снижается щелочной резерв крови.

5. Изменение иммунологического статуса. Естественный иммунитет снижается вследствие повышения проницаемости тканей, угнетения бактерицидных свойств кожи и сыворотки крови. Подавляется продукция антител. Снижается и искусственный иммунитет; уменьшается активность антитоксических и антибактериальных сывороток, а прививки, проводимые после облучения, становятся неэффективными. Распадающиеся ткани способствуют формированию аутоиммунных реакций.

6. Нарушения со стороны нервной системы. Буквально через несколько секунд после облучения нервные рецепторы подвергаются раздражению продуктами радиолиза и распада тканей. Импульсы поступают в измененные непосредственным облучением нервные центры, в результате нарушения нервно-рефлекторной деятельности появляются раньше других типичных симптомов лучевой болезни.

7. Реакция эндокринной системы. Первоначальные признаки повышения активности сменяются истощением функции эндокринных желез.

Описанные выше нарушения кроветворения, функций нервной и пищеварительной систем отмечаются при всех формах лучевого поражения. Однако степень изменения, скорость их развития и прогноз зависят от поглощенной дозы облучения.

Церебро-васкулярный синдром. Доза общего облучения порядка 100 Зв приводит к смерти в считанные часы. Поскольку смерть при такой дозе происходит главным образом из-за нарушений в ЦНС, все остальные органы и системы будут также серьезно повреждены. Безусловно, кишечный тракт и кроветворная система будут тяжело поражены и, в конечном счете, должны выйти из строя точно так, как это происходит с ними при более низких дозах, но повреждение ЦНС ведет к смерти так быстро, что последующий отказ в работе других систем не успевает проявиться.

Обычно в считанные минуты после облучения возникает сильная тошнота и рвота, развиваются мозжечковые расстройства, судороги, параличи. Клиника нарастает в течение первых часов. Несколько позднее появляются функциональные нарушения пищеварительной и мочевыделительной систем. Происходит прогрессивное уменьшение кровяного давления. Очень быстро формируются нарушения кровообращения мозга. Первоначально происходит кратковременное сужение сосудов, следствием чего будет падение кровотока в мозге и нарастание внутричерепного давления, но в терминальную фазу эти показатели вновь падают. В периферических сосудах отмечается первоначально спазм, а затем в период падения артериального давления - их расширение.

На ЭКГ в начальный момент - увеличение интервала Р-Q, комплекса QRS, расщепление зубца Р, а в терминальной фазе - ослабление сердечной деятельности (при этом отмечается спазм коронарных сосудов, расширение вен, набухание мышечных волокон, исчезновение поперечной исчерпенности, вакуолизация мышечных фибрилл).

В периферической крови - уменьшение количества форменных элементов и появление большого количества дегенеративных их форм.

В поражении нервной системы доминирующее значение имеет непосредственное повреждающее действие ионизирующей радиации па ткань. Нарушению нервной системы способствуют расстройства крово- и лимфообращения в центральной нервной системе, усиленная афферентная импульсация. идущая с периферии, токсически действующие гуморальные факторы, существенную роль играют первичные радиотоксины в виде H₂ O₂ и других веществ, образующихся за счет окисления ненасыщенных жирных кислот и фенолов.

Кишечный синдром. Общая экспозиция тела при дозе 10 Зв, как правило, т вызывает симптомы, характерные для смертельных желудочно-кишечных расстройств: тошнота, рвота, длительный понос (длительный понос - неблагоприятный прогностический признак, указывающий, что доза излучения была более 10 Зв и за этим следует неминуемый фатальный исход). Через несколько дней после облучения у пострадавшего появляются признаки обезвоживания, потери массы тела, истощения и полного обессиливания. Смерть, как правило, наступает через несколько дней, но точное время варьирует.

Многочисленные экспериментальные исследования показали, что после облучения происходит нарушение всасывания почти всех компонентов: воды, электролитов, жирных кислот, углеводов, аминокислот, витаминов.

При этой форме поражения происходит прекращение митотического деления клеток кишечного эпителия и их массовая интерфазная гибель. Повреждающее действие излучения сразу не проявляется, потому что функционирующие дифференцированные клетки ворсинок не поражаются и продолжают выполнять свою специализированную функцию. Однако с истечением времени, когда ворсинки станут изношенными, замещения их новыми клетками не происходит. В результате ворсинки и кишечнике исчезают, и возникают огромные очаги прободений. Вскоре наступает смерть из-за обезвоживания организма и общего инфицирования, так как безвредные и даже необходимые на своем месте бактерии кишечника поступают в кровоток. Период времени между облучением и наступлением кризиса отражает период жизни зрелых дифференцированных клеток, образующих ворсинки. У мелких грызунов, таких как мышь, этот период времени равен приблизительно трем дням.

Под влиянием общего облучения нарушается не только секреторная и транспортная функция кишечника, но одновременно происходит изменение кровообращения в кишечнике, повышается проницаемость сосудов (в частности, вследствие резкого увеличения количества кининов в тканях облученного кишечника).

Заканчивая разбор вопроса о патогенезе кишечной формы лучевой болезни, можно его представить в виде схемы, предложенной акад. АМН СССР П. Д. Горизонтоаым (см. выше).

Все перечисленные выше процессы и определяют клинику. Клиническая картина характеризуется рвотой, анорексией, вялостью, примесью крови в кале, повышением температуры тела, болью по ходу кишок. Развивается паралитическая непроходимость кишок, перитонит в результате нарушения барьерной функции кишечной стенки.

Костномозговая форма лучевой болезни. При получении дозы облучения в несколько зивертов смерть если и наступает, то происходит в результате радиационного поражений различных самообновляющихся тканей, а именно тканей кроветворных органов. Доза, равная приблизительной Гр, либо оказывает небольшой эффект, либо совсем его не оказывает в отношении циркулирующих клеток крови, которые являются зрелыми функционально активными клетками. Но эта доза убивает основные стволовые клетки костного мозга, лимфатических узлов и селезенки, лишая тем самым организм делящихся клеток, которые в дальнейшем должны были бы заменять зрелые клетки.

Различаются 4 клинических периода острой лучевой болезни: период первичных реакций, скрытый период, период развернутых клинических признаков, исход болезни.

Первичный период - начальный (первичных реакций), наблюдается сразу после облучения, длится от нескольких часов до 1-2 суток и представляет собой реакцию организма на облучение. Для него характерно повышение возбудимости нервной системы с последующим резким торможением коры головного мозга, головная боль, слабость, разбитость, ощущение как бы легкого опьянения ("рентгеновское похмелье"), расстройства сна, головокружение, неустойчивость вегетативных функций, лабильность артериального давления и пульса, нарушение моторики пищевого канала, которое проявляется тошнотой, рвотой, жидким стулом 2-3 раза в сут, появляется жажда, обильное мочеиспускание. Температура тела повышается в результате центрального расстройства терморегуляции. Отмечается кратковременный лейкоцитоз, обусловленный выбросом в кровь нейтрофилов (это так называемая Лаг-фаза), однако количество лимфоцитов уже в этог период прогрессивно падает. В тяжелых случаях в этот период возможен лучевой шок. Активируется гипофизо - адреналовая система. Постепенно все эти изменения исчезают.

Второй период - латентный, скрытый (период кажущегося благополучия). Никаких последствий радиации на уровне клинической картины не выявляют приблизительно в течение месяца - того периода времени, за которое циркулирующие клетки крови достигают окончательного срока их жизни, умирают и удаляются из кровеносного русла. Наблюдаются все же некоторые признаки болезни: лейкопения и прогрессирование лимфопении.

В первом приближении можно сказать, что длительность данного периода обратно пропорциональна поглощенной дозе: чем меньше доза, тем он длиннее.

Третий период - период разгара острой лучевой болезни, занимает 3- 4 недели. Начало периода разгара знаменуется внезапным ухудшением ось стояния больного. Со стороны нервной системы быстро нарастает депрессия, сознание пострадавшего затемняется, возникают головокружение, головная боль, чувство беспокойства, страха, расстройства сна, повышение рефлексов, появление патологических рефлексов. Температура тела повышается до 37-38 °С при средней и 38-39 °С при тяжелой форме болезни.

При осмотре больного отмечаются адинамия, эритема на месте наибольшего облучения. К концу 2-й недели развивается атрофия волосяных луковиц, что приводит к выпадению волос. Отмечаются кровоизлияния (на коже, слизистых рта, желудочно-кишечного тракта, мочевых путей).

Со стороны сердца - глухость тонов, снижен вольтаж ЭКГ, наблюдается аритмия, 8-Т ниже изолинии. Артериальное давление понижено.

Дыхательная система - ослабление и учащение дыхания.

Желудочно-кишечный тракт - отсутствие аппетита, жажда, обильное слюнотечение, рвота, понос (вплоть до кровавого с тенезмами), спазмы кишок, регионарные парезы кишечника.

Одним из опасных проявлений и осложнений острой лучевой болезни, особенно ее тяжелых форм, служат разнообразные инфекционно-воспалительные процессы (конъюнктивиты, некротическая ангина, энтероколит, гепатит, пневмонии, перитонит).

Поскольку многие из стволовых клеток были убиты при облучении, замещения погибших клеток крови не происходит, У облученного человека появляются кровотечения из-за нехватки тромбоцитов, безучастность к окружающему, слабость в следствии анемии (недостаток эритроцитов), снижение сопротивляемости инфекции в результате уменьшения численности лейкоцитов и нарушения иммунных реакций.

При исследовании крови выявляются лейкопения, лимфопения, тромбоцитопения, анемия.

В лейкоцитах обнаруживается токсическая зернистость, вакуолизация цитоплазмы, пикноз, распад и растворение ядер.

Четвертый период - период исхода или восстановления. Если доза облучения достаточно велика, пострадавший погибает, если доза поменьше, облученный может после периода кризиса выздороветь. Признаками выздоровления являются улучшение самочувствия, нормализация картины крови, появление в крови молодых клеток крови. Однако долгое время после заболевания могут сохраняться остаточные явления--астения, утомляемость, общая слабость, неустойчивость гемопоэза, нарушение половой функции, ослабление иммунитета, трофические расстройства, ведущие к преждевременному одряхлению и старению.

Хронические лучевые поражения. Эти поражения возникают, если малые доны облучения действуют на организм через определенные промежутки времени, а также при некоторых формах лучевой болезни, после которой не наступило полного выздоровления. Хронические лучевые поражения целесообразно разделить на две главные группы: 1) хроническая лучевая болезнь, 2) лучевые повреждения отдельных органов и тканей. Хроническая лучевая болезнь может развиваться в результате длительного внешнего облучения всего организма или его крупных отделов с превышением предельно допустимых доз, а также в связи с задержкой в организме радиоактивных изотопов с большим периодом полураспада или повторным поступлением короткоживущих радиоактивных веществ. Местные лучевые повреждения бывают следствием длительного воздействия сравнительно малых доз излучения на отдельные органы и участки тканей. Такое воздействие приводит к дистрофическим изменениям в тканях и, по-видимому, способствует индуцированию злокачественных опухолей.

В некотором отношении хроническая лучевая болезнь напоминает острую форму лучевого заболевания. И при ней в первую очередь поражаются нервная система и кроветворные органы. Расстройства функции центральной нервной системы проявляются в нарушениях условно-рефлекторных связей, ослаблении процесса внутреннего торможения- Эти функциональные расстройства связаны с увеличением импульсации, протекающей в высшие отделы нервной системы через ретикулярную формацию. Меняются функции и всех подкорковых центров, повреждение вегетативных центров приводит к нарушению терморегуляции, регуляции тонуса сосудов, сердечного ритма. Страдает функция эндокринных желез, нарушается обычная согласованность в секреции гормонов. Также наблюдается депрессия кроветворения, нарушается сперматогенез (иногда до появления других признаков поражения).

Для заболевания типично длительное и волнообразное течение со сменой фаз(периодов).

Первую стадию характеризует ряд неспецифических признаков: общая слабость, вялость, утомляемость, бессонница, головная боль, неспособность сосредоточиться за работой, раздражение и т.п. Эта стадия не обязательно сопровождается объективно обнаруживаемыми изменениями в организме. Информативными объективными факторами могут служить изменения состава крови.

Во второй стадии болезнь принимает затяжной или постоянный характер.

Наиболее трудна с диагностической и лечебной точек зрения третья стадия болезни, которая характеризуется появлением новообразований, лейкозом, недостаточной функцией костного мозга, генетическими последствиями.