3 курс / БЖД / Лекция №4. (Предмет, цель и задачи в радиобиологии. Лучевые поражения)

1

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Общая цель: Уметь интерпретировать виды ионизирующих излучений, эффекты, основы биологического ионизирующего излучения на организм в условиях применения ядерного

Уметь:

1 Применять знания об этиологии, патогенезе, диагностике и лечении

различных видов боевых радиационных поражений.

2 Разрабатывать способы и методы лечения острой лучевой болезни и

комбинированных радиационных поражений.

Теоретические вопросы

1 Предмет, цель и задачи военной радиобиологии.

2 Виды ионизирующих излучений, их свойства и количественная оценка

3 Основы биологического действия ионизирующих излучений.

4 Радиоактивность. Радиобиологические эффекты.

5 Факторы вызывающие поражения личного состава войск и населения при

ядерных взрывах.

6 Классификация лучевых поражений. Основные клинические формы острой

лучевой болезни.

7 Оказание медицинской помощи на этапах эвакуации при радиационных

поражениях.

 

Радиобиология — наука, изучающая механизмы взаимодействия излучений с биологическими объектами и их проявления на всех уровнях организации живого — от молекулярного до организменного, а часто и популяционного.

Предметом радиобиологии являются многообразные проявления действия излучений, механизмы возникновения этих проявлений, влияние на развитие конкретных биологических эффектов условий воздействия радиации.

Целью радиобиологии как науки является вскрытие закономерностей ответа биологических систем на воздействие излучений, что является научной основой гигиенической регламентации радиационного фактора, профилактики и лечения радиационных поражений, а также использования излучений в различных видах человеческой деятельности, в том числе и медицине.

Медицинская радиобиология как учебная дисциплина имеет целью добиться усвоения студентами медицинских и фармацевтических вузов основных проявлений биологического действия ионизирующих излучений и современных представлений о механизмах их развития, необходимых для грамотного выполнения врачебных обязанностей по предупреждению радиационных поражений и оказанию медицинской помощи при них.

Достижение этих целей позволяет решать многие прикладные задачи, важнейшими из которых являются:

•  нормирование радиационных воздействий при контакте с источниками ионизирующих излучений, контроль за соблюдением норм радиационной безопасности;

• разработка режимов поведения и защитных мероприятий при вынужденном пребывании в зонах воздействия ионизирующих излучений;

• прогнозирование и оценка вероятных последствий различных видов радиационных воздействий на отдельных лиц и группы людей;

• разработка средств и методов профилактики радиационных поражений, диагностики и прогнозирования тяжести поражений, обоснование проведения при них неотложных мероприятий первой помощи и последующего лечения;

• санитарно-просветительная работа, разъяснение реальной опасности сверхнормативных лучевых воздействий и вредных последствий неоправданной радиофобии.

Повреждение и гибель клеток, возникающие в результате воздействия ионизирующих излучений, представляют практический интерес не только для обоснования медицинских мероприятий, направленных на их предотвращение или уменьшение последствий. Не менее важно практически значение этих процессов как основы лучевой терапии злокачественных новообразований, получающей все большее распространение. Раскрытие и уточнение радиобиологических закономерностей оказывается необходимым для использования новых видов излучения, выбора рациональных режимов облучения, применения радиосенсибилизирующих средств, сочетания с другими способами воздействия на опухоль (химиотерапия, гипертермия и др.). Кстати, и здесь снижение степени повреждения здоровых тканей оказывается существенным аспектом оптимизации лучевой терапии. Разработка наиболее рациональных режимов терапевтического облучения также является важной задачей радиобиологии.

Для решения вышеперечисленных задач радиобиологии потребовалось создать собственные методы исследования, важнейшим из которых является экспериментальный метод: ни одно утверждение в радиобиологии не может быть принято, если оно не подтверждено в эксперименте. Радиобиологии свойствен строгий количественный анализ полученных результатов, точная оценка зависимости эффекта от дозы и условий воздействия. Все это обеспечивает высокую степень надежности и информативности результатов наблюдений и экспериментов.

Основные теоретические представления в радиобиологии сформировались в результате экспериментальных исследований, в ходе которых был сделан ряд фундаментальных обобщений и открытий. Не прошло и года с момента обнародования открытия В. К. Рентгена, как уже в 1896 г. были опубликованы результаты экспериментов на насекомых и лягушках, проведенных профессором Военно-медицинской академии и Санкт-Петербургского университета И. Р. Тархановым. В этой работе была установлена способность нового вида излучений влиять на развитие животных и состояние их центральной нервной системы. В двадцатые годы прошлого века было обнаружено мутагенное действие радиации (Надсон Г. А., Филиппов Г. С., Меллер Г. и др.). Примерно в это же время были получены свидетельства вероятностного характера проявления ряда радиационных эффектов у биологических объектов, послужившие в последующем основой для разработки принципов попадания и мишеней (Дессауэр Ф., Тимофеев-Рессов- ский Н. В., Ли Д. и др.). В сороковые годы XX в. были получены неопровержимые доказательства ведущего значения облучения ядра в летальном действии радиации на клетки (Астауров Б. Л. и др.) и показана возможность химической профилактики радиационных поражений — защиты от действия излучений предварительным применением некоторых препаратов (Бак 3., Патт X. и др.). В пятидесятые годы работы Б. Н. Тарусова, а в дальнейшем Н. М. Эмануэля, Ю. Б. Кудряшова и других ученых послужили началом изучению инициируемых радиацией цепных реакций окисления, в частности в липидной фазе, приводящих к усилению первичного радиационного поражения. Тогда же была доказана способность клеток репариро- вать возникшие сублетальные радиационные повреждения (Лучник Н. В., Корогодин В. Л., Элкинд М. и др.), а в последующие годы были в значительной степени раскрыты и ферментативные механизмы этой репарации. Радиобиологические методы также внесли существенный вклад в развитие гематологии, генетики, генной инженерии и других направлений науки.

Наличие предмета, цели, задач и методов исследования определяет радиобиологию как самостоятельную научную и учебную дисциплину, имеющую тесные взаимосвязи со многими теоретическими и прикладными областями человеческих знаний (рис. 57).

Рис. 57. Взаимосвязи радиобиологии как учебной дисциплины с естественно-научными и медицинскими дисциплинами

Фундаментальной основой радиобиологии являются закономерности физики, химии и биологии. Для понимания основ медицинской радиобиологии абсолютно необходимо знание гистологии, физиологии, биофизики и биохимии. С другой стороны, радиобиология является методической основой для радиационной гигиены, организации здравоохранения, онкологии, гематологии, лучевой диагностики и терапии, а также всех разделов экстремальной медицины.

Как и любая другая учебная дисциплина, радиобиология имеет общие и частные разделы. К общим разделам, имеющим отношение к любым теоретическим и прикладным аспектам этой науки, относятся вопросы, связанные с классификацией и свойствами излучений, механизмами их биологического действия, реакциями клеток на радиационное воздействие, радиочувствительностью и радиопоражаемостью различных тканей, с характеристикой различных радиобиологических эффектов. Частные разделы касаются патогенеза и клиники различных форм радиационных поражений, средств и методов их профилактики и лечения, проблем регламентации радиационных воздействий, применения излучений при диагностике и терапии заболеваний, способов радиационной стерилизации медицинского имущества и пр.

Далее будет показано, что лучевое поражение представляет собой процесс, зарождающийся на уровне атомов и последовательно распространяющийся на более высокие уровни биологической организации: молекулярный, макромолекулярный, субклеточный, клеточный, тканевой, органный, системный, организменный, популяционный. При этом развиваются характерные для данного конкретного уровня проявления, изучение которых требует различных методических подходов и различных специалистов, владеющих этими подходами. Поэтому в составе радиобиологии выделились молекулярная радиобиология, клеточная радиобиология, медицинская радиобиология, радиационная гигиена и др.

На грани со смежными дисциплинами развились такие направления, как радиационная биохимия, радиационная иммунология, радиационная гематология, радиационная генетика, радиационная цитология, радиационная экология, космическая радиобиология и др. Значение радиобиологической составляющей в этих направлениях не исчерпывается потребностями решения частных задач характеристики влияния излучений на соответствующие системы или процессы; эффекты, наблюдающиеся после воздействия излучений, позволяют более глубоко и детально понять механизмы функционирования этих систем и сущность этих процессов. Многие достижения последних десятилетий в биохимии, молекулярной биологии, иммунологии, генетике, геронтологии, вообще в медицине, стали возможны лишь благодаря тесным связям этих наук с радиобиологией. Это и открытие механизмов ферментативной репарации ДНК, и выяснение наиболее ранних этапов развития кроветворных клеток, и раскрытие сложных межклеточных кооперативных взаимодействий в иммунном ответе, и изучение процессов физиологической регенерации, и т. д., и т. п.

Одним из важных направлений является военная радиобиология, целью которой является научное обоснование устойчивости организма человека к воздействию ионизирующих излучений как факторов военного труда и современного боя. Задачами военной радиобиологии являются:

• обоснование мероприятий, направленных на обеспечение радиационной безопасности личного состава войск и населения в условиях воздействия факторов радиационной природы в мирное и военное время;

• обоснование мероприятий медицинской противорадиационной защиты в условиях применения ядерного оружия, разрушения объектов атомной энергетики, террористического (диверсионного) применения источников ионизирующих излучений;

• разработка средств медикаментозной профилактики острых радиационных поражений, средств длительного повышения радиорезистентности, порядка применения этих средств в войсках;

• разработка средств и методов диагностики радиационных поражений, в том числе физической и биологической дозиметрии;

• обоснование и постоянное совершенствование системы мероприятий по оказанию первой помощи в очаге радиационного поражения, медицинской эвакуации, диагностике и лечению пораженных в медицинских частях и учреждениях.

2

Медицинские средства индивидуальной защиты — это медицинские препараты, материалы и специальные средства, предназначенные для использования в боевой обстановке и чрезвычайных ситуациях с целью предупреждения поражения или снижения эффекта воздействия поражающих факторов и профилактики осложнений.

К табельным медицинским средствам индивидуальной защиты относятся:

• аптечка индивидуальная АИ-1 (АИ-2);

• индивидуальные противохимические пакеты (ИПП-8, ИПП-10);

• пакет перевязочный медицинский (ППМ).

 

Индивидуальная аптечка предназначена для профилактики и первой медицинской помощи при радиационном, химическом и бактериальном поражениях, а также при их комбинациях с травмами. Носят аптечку в нагрудном наружном кармане куртки.

В индивидуальной аптечке имеются следующие средства (рис.28).

В гнезде №1 АИ-1 находится лечебный препарат афин в шприц-тюбике с красным колпачком, используемый при отравлениях фосфорорганическими отравляющими веществами (ФОВ). Препарат принимается по сигналу «Химическая тревога». В индивидуальной аптечке АИ-2 находится профилактическое средство от отравления ФОВ – тарен, который принимается по одной таблетке (разовая доза препарата в 10 раз уменьшает поражающую дозу ФОВ). Начало действия тарена через 20 минут после приема. При нарастании признаков отравления принимается еще одна разовая доза, в последующем препарат принимается через 4-6 часов.

Гнезда №2 и №6 – резервные.

В гнезде №3 находится шприц-тюбик с бесцветным колпачком — противоболевое средство. Препарат применяется при резких болях, вызванных переломами костей, обширными ожогами и ранами, в целях предупреждения шока путем введения в бедро или ягодицу (можно через одежду).

Гнездо №4 содержит радиозащитное средство (таблетки цистамина), которое обладает профилактическим эффектом при поражениях ионизирующим излучением (степень снижения биологического действия радиации составляет 1,6 раз). При угрозе облучения, по сигналу «Радиационная опасность» или перед входом на территорию с повышенным уровнем радиации, за 35-40 мин. принимается 6 таблеток. Защитный эффект сохраняется 5-6 часов. При необходимости (продолжающееся облучение или новая угроза), через 4-5 часов после первого приема принимаются 6 таблеток.

В гнезде №5 находится противобактериальное средство (таблетки хлортетрациклина с нистатином), которое предназначено для общей экстренной профилактики инфекционных заболеваний (чума, холера, туляремия, сибирская язва, бруцеллез и др.). Средство принимается при угрозе бактериологического заражения или непосредственно при заражении (до установления вида возбудителя). Разовая доза приема — 5 таблеток, а повторный прием такой же дозы — через 6 часов. Средство может быть также применено для профилактики инфекционных осложнений лучевой болезни, обширных ран и ожогов.

В гнезде №7 размещается противорвотное средство (этаперазин), которое применяется после облучения, а также при явлениях тошноты в результате ушиба головы. В сутки можно принимать не более 6 таблеток.

Индивидуальный противохимический пакет (ИПП-8) содержит полидегазирующую рецептуру, находящуюся во флаконах-стеклянных ампулах, и набор салфеток (рис. 4.29).

Рис. 29. Индивидуальный противохимический пакет ИПП-8 (1 – жестяной футляр; 2 – бумажные салфетки; 3 – стеклянные ампулы; 4 – крышка; 5 – памятка по пользованию пакетом)

Пакет предназначен для обеззараживания участков кожи, прилегающей к ним одежды и индивидуальных средств защиты от боевых ОВ, а также от бактериальных средств. Вначале смоченным тампоном протираются открытые участки кожи (шея, кисти рук), а также наружная поверхность маски противогаза, который был надет. Другим тампоном протираются воротничок и края манжет одежды, прилегающие к открытым участкам кожи. Дегазирующую жидкость можно также использовать при дезактивации кожных покровов, загрязненных радиоактивными веществами, когда не удается другими дегазирующими растворами снизить их наличие до допустимых пределов. При пользовании пакетом необходимо избегать попадания жидкости в глаза. Жгут (рис.31) – это резиновая полоска длиной 1 – 1,5 м, к одному концу которой прикреплен крючок, а к другому – металлическая цепочка (или кнопки).

Пакет перевязочный медицинский (ППМ) применяется для перевязки ран, ожогов и остановки некоторых видов кровотечения. Представляет собой стерильный бинт с двумя ватно-марлевыми подушечками, заключенными в непроницаемую герметическую упаковку (рис.30).

Рис. 30. Пакет перевязочный медицинский а – порядок вскрытия пакета; б – пакет в развернутом виде; 1 – цветные нитки; 2 – скатка бинта; 3 – подвижная подушечка; 4 – бинт; 5 – неподвижная подушечка; 6 – конец бинта

 

Рис. 31. Жгут кровоостанавливающий

Порядок пользования ППМ: по надрезу разрывается наружная оболочка и снимается; развертывается внутренняя оболочка; одной рукой берется конец бинта, а другой — скатка бинта и разворачивается повязка; на рану подушечки накладываются так, чтобы их поверхности, прошитые цветной ниткой, оказались наверху. Подвижную подушечку используют в том случае, если рана сквозная. Одна подушечка при этом закрывает входное отверстие, а вторая выходное, для чего подушечки раздвигают на нужное расстояние. К подушечкам можно прикасаться руками только со стороны, помеченной цветной ниткой. Обратной стороной подушечки накладывают на рану. Круговыми ходами бинта их закрепляют, а конец бинта закалывают булавкой. В том случае, когда рана одна, подушечки располагают рядом, а при ранах небольших размеров — их накладывают друг на друга.

3

Радиобиология — наука, изучающая механизмы взаимодействия излучений с биологическими объектами и их проявления на всех уровнях организации живого — от молекулярного до организменного, а часто и популяционного. В рамках данного учебника будут рассматриваться вопросы биологического действия ионизирующих излучений, особенностью которых является способность глубоко проникать в толщу облучаемого объекта, вызывая в нем возбуждение и ионизацию атомов и молекул.

Предметом радиобиологии являются многообразные проявления действия излучений, механизмы возникновения этих проявлений, влияние на развитие конкретных биологических эффектов условий воздействия радиации.

Целью радиобиологии как науки является вскрытие закономерностей ответа биологических систем на воздействие излучений, что является научной основой гигиенической регламентации радиационного фактора, профилактики и лечения радиационных поражений, а также использования излучений в различных видах человеческой деятельности, в том числе и медицине.

Медицинская радиобиология как учебная дисциплина имеет целью добиться усвоения студентами медицинских и фармацевтических вузов основных проявлений биологического действия ионизирующих излучений и современных представлений о механизмах их развития, необходимых для грамотного выполнения врачебных обязанностей по предупреждению радиационных поражений и оказанию медицинской помощи при них.

Достижение этих целей позволяет решать многие прикладные задачи, важнейшими из которых являются:

• ? нормирование радиационных воздействий при контакте с источниками ионизирующих излучений, контроль за соблюдением норм радиационной безопасности;

• ? разработка режимов поведения и защитных мероприятий при вынужденном пребывании в зонах воздействия ионизирующих излучений;

• ? прогнозирование и оценка вероятных последствий различных видов радиационных воздействий на отдельных лиц и группы людей;

• ? разработка средств и методов профилактики радиационных поражений, диагностики и прогнозирования тяжести поражений, обоснование проведения при них неотложных мероприятий первой помощи и последующего лечения;

• ? санитарно-просветительная работа, разъяснение реальной опасности сверхнормативных лучевых воздействий и вредных последствий неоправданной радиофобии.

Повреждение и гибель клеток, возникающие в результате воздействия ионизирующих излучений, представляют практический интерес не только для обоснования медицинских мероприятий, направленных на их предотвращение или уменьшение последствий. Не менее важно практически значение этих процессов как основы лучевой терапии злокачественных новообразований, получающей все большее распространение. Раскрытие и уточнение радиобиологических закономерностей оказывается необходимым для использования новых видов излучения, выбора рациональных режимов облучения, применения радиосенсибилизирующих средств, сочетания с другими способами воздействия на опухоль (химиотерапия, гипертермия и др.). Кстати, и здесь снижение степени повреждения здоровых тканей оказывается существенным аспектом оптимизации лучевой терапии. Разработка наиболее рациональных режимов терапевтического облучения также является важной задачей радиобиологии.

Для решения вышеперечисленных задач радиобиологии потребовалось создать собственные методы исследования, важнейшим из которых является экспериментальный метод: ни одно утверждение в радиобиологии не может быть принято, если оно не подтверждено в эксперименте. Радиобиологии свойствен строгий количественный анализ полученных результатов, точная оценка зависимости эффекта от дозы и условий воздействия. Все это обеспечивает высокую степень надежности и информативности результатов наблюдений и экспериментов.

Основные теоретические представления в радиобиологии сформировались в результате экспериментальных исследований, в ходе которых был сделан ряд фундаментальных обобщений и открытий. Не прошло и года с момента обнародования открытия В. К. Рентгена, как уже в 1896 г. были опубликованы результаты экспериментов на насекомых и лягушках, проведенных профессором Военно-медицинской академии и Санкт-Петербургского университета И. Р. Тархановым. В этой работе была установлена способность нового вида излучений влиять на развитие животных и состояние их центральной нервной системы. В двадцатые годы прошлого века было обнаружено мутагенное действие радиации (Надсон Г. А., Филиппов Г. С., Меллер Г. и др.). Примерно в это же время были получены свидетельства вероятностного характера проявления ряда радиационных эффектов у биологических объектов, послужившие в последующем основой для разработки принципов попадания и мишеней (Дессауэр Ф., Тимофеев-Рессов- ский Н. В., Ли Д. и др.). В сороковые годы XX в. были получены неопровержимые доказательства ведущего значения облучения ядра в летальном действии радиации на клетки (Астауров Б. Л. и др.) и показана возможность химической профилактики радиационных поражений — защиты от действия излучений предварительным применением некоторых препаратов (Бак 3., Патт X. и др.). В пятидесятые годы работы Б. Н. Тарусова, а в дальнейшем Н. М. Эмануэля, Ю. Б. Кудряшова и других ученых послужили началом изучению инициируемых радиацией цепных реакций окисления, в частности в липидной фазе, приводящих к усилению первичного радиационного поражения. Тогда же была доказана способность клеток репариро- вать возникшие сублетальные радиационные повреждения (Лучник Н. В., Корогодин В. Л., Элкинд М. и др.), а в последующие годы были в значительной степени раскрыты и ферментативные механизмы этой репарации. Радиобиологические методы также внесли существенный вклад в развитие гематологии, генетики, генной инженерии и других направлений науки.

Наличие предмета, цели, задач и методов исследования определяет радиобиологию как самостоятельную научную и учебную дисциплину, имеющую тесные взаимосвязи со многими теоретическими и прикладными областями человеческих знаний (рис. 57).

Рис. 57. Взаимосвязи радиобиологии как учебной дисциплины с естественно-научными и медицинскими дисциплинами

Фундаментальной основой радиобиологии являются закономерности физики, химии и биологии. Для понимания основ медицинской радиобиологии абсолютно необходимо знание гистологии, физиологии, биофизики и биохимии. С другой стороны, радиобиология является методической основой для радиационной гигиены, организации здравоохранения, онкологии, гематологии, лучевой диагностики и терапии, а также всех разделов экстремальной медицины.

Как и любая другая учебная дисциплина, радиобиология имеет общие и частные разделы. К общим разделам, имеющим отношение к любым теоретическим и прикладным аспектам этой науки, относятся вопросы, связанные с классификацией и свойствами излучений, механизмами их биологического действия, реакциями клеток на радиационное воздействие, радиочувствительностью и радиопоражаемостью различных тканей, с характеристикой различных радиобиологических эффектов. Частные разделы касаются патогенеза и клиники различных форм радиационных поражений, средств и методов их профилактики и лечения, проблем регламентации радиационных воздействий, применения излучений при диагностике и терапии заболеваний, способов радиационной стерилизации медицинского имущества и пр.

Далее будет показано, что лучевое поражение представляет собой процесс, зарождающийся на уровне атомов и последовательно распространяющийся на более высокие уровни биологической организации: молекулярный, макромолекулярный, субклеточный, клеточный, тканевой, органный, системный, организменный, популяционный. При этом развиваются характерные для данного конкретного уровня проявления, изучение которых требует различных методических подходов и различных специалистов, владеющих этими подходами. Поэтому в составе радиобиологии выделились молекулярная радиобиология, клеточная радиобиология, медицинская радиобиология, радиационная гигиена и др.

На грани со смежными дисциплинами развились такие направления, как радиационная биохимия, радиационная иммунология, радиационная гематология, радиационная генетика, радиационная цитология, радиационная экология, космическая радиобиология и др. Значение радиобиологической составляющей в этих направлениях не исчерпывается потребностями решения частных задач характеристики влияния излучений на соответствующие системы или процессы; эффекты, наблюдающиеся после воздействия излучений, позволяют более глубоко и детально понять механизмы функционирования этих систем и сущность этих процессов. Многие достижения последних десятилетий в биохимии, молекулярной биологии, иммунологии, генетике, геронтологии, вообще в медицине, стали возможны лишь благодаря тесным связям этих наук с радиобиологией. Это и открытие механизмов ферментативной репарации ДНК, и выяснение наиболее ранних этапов развития кроветворных клеток, и раскрытие сложных межклеточных кооперативных взаимодействий в иммунном ответе, и изучение процессов физиологической регенерации, и т. д., и т. п.