книги из ГПНТБ / Биологические эффекты неравномерных лучевых воздействий

основании э^ого эксперймён4а рассчитаны ориентировочные Зна­ чения эффективной дозы при различной дозовой нагрузке на туловище и голову. Из этих расчетов следует, что при облуче­ нии туловища собак в дозе 500 р, а головы — 1000 р лучевое поражение может быть таким же, как и после равномерного лучевого воздействия в дозе 670 р. Такие расчеты особенно

В дальнейшем на протяжении 24—112 суток выявлена гипер­ резистентность.

Изучение количественных закономерностей поражения и вос­ становления при общем неравномерном лучевом воздействии с преимущественным облучением кожи и костного мозга пока­ зало, что первоначальное лучевое поражение при неравномерном облучении с преимущественным облучением кожи (/Сн= 333) убывает по экспоненте (рис. 34) со скоростью 12,6% в сутки и с периодом полувосстановления, равным 5,1 суток. После 14 су­ ток развивается гиперрезистентность к повторному облучению.

При сопоставлении сроков развития поражения и восстанов­ ления кожи и радиоустойчивости целостного организма к по­ вторному облучению отчетливо видно отсутствие связи между этими двумя критериями. Максимум поражения кожи после облучения в сравниваемых дозах наступает на 14—20 сутки. Восстановление радиоустойчивости организма к новому луче­ вому воздействию в это время завершается. Этот феномен от­ мечен и другими авторами [190]. По-видимому, при неравно­ мерном облучении с преимущественным воздействием на кожу

100

в организме может быстро восстановиться устойчивость к новым экстремальным воздействиям.

Результаты нашего опыта, так же как и данные работы [190], позволяют прийти к выводу, что в случае общего неравномер­ ного облучения с большим перепадом поглощенной дозы (по­ рядка нескольких сотен единиц) радиационно-гигиеническая

(50 кв) в дозе 2300 р

(Кп—8,2). При этом доза, поглощенная костным мозгом, была значительной (260 рад). Восстановление устойчивости организ­ ма к повторному облучению происходило по экспоненциальному закону (рис. 35). Скорость восстановления радиорезистентно­ сти оказалась равной 16,4% в сутки, период полувоостановления — 3,9 суток. С такой же скоростью восстанавливалась и си­ стема кроветворения.

Следовательно, при Кн порядка 2—10 радиобиологический эффект в значительной степени может быть обусловлен дозой, приходящейся на кроветворную ткань.

Исследование количественных закономерностей восстанов­ ления после парциального и общего неравномерного облучения еще раз убедительно показало, что скорость восстановления при облучении отдельных областей тела и органов значительно отличается от скорости восстановления при тотальном облуче­ нии. Темп восстановления целостного организма (р 0рг) является функцией скорости восстановления системы кроветворения (р Кр),

101

В условиях неравномерного облучения значение каждого коэффициента меняется в зависимости от Кш и способа облу­ чения.

К механизму развития острейшей формы лучевой болезни крыс

в условиях неравномерного облучения

При облучении в сверхлетальной дозе критическим органом является кишечник, его поражение обусловливает 3,5—5-днев­ ную гибель животных [7, 191, 192]. Однако локальное облучение кишечника в отличие от эффектов тотального облучения в той же дозе не вызывает 3,5—5-дневной гибели 100% животных, а отодвигает их гибель на более поздние сроки.

Установлено [193], что при облучении выведенного кишеч­ ника крыс в дозе 1300—2100 р продолжительность жизни жи­ вотных увеличивается до 7,1 суток. При облучении выведенного кишечника собак в дозе 3000 р продолжительность жизни равна 8,9 суток, а при тотальном — 3,8 суток [194].

Некоторые исследователи показали, что для достижения 3,5—5-дневной гибели у животных разных видов в случае локального облучения кишечника доза должна быть увеличена в 2—2,5 раза по сравнению с дозой тотального облучения [195—197]. Отторжение кишечного эпителия при локальном облучении кишечника наступает в более поздние сроки и, повидимому, в меньшей степени по сравнению с тотальным воз­ действием в той же дозе [116, 198].

Представляет интерес определение минимального уровня об­ лучения кишечника и остальной части тела, вызывающего при одновременном воздействии 3,5—5-дневную гибель крыс. В лите­ ратуре имеется лишь указание на то, что при облучении выве­ денного кишечника мышей в дозе 1500 р 100%-ная гибель в течение пяти дней возникает при облучении остальной части тела в дозе 300 р [199].

тах опытов экранировали либо выведенный кишечник, либо остальную часть тела с помощью свинцовых экранов (домиков) толщиной 8 мм, покрытых изнутри слоем алюминия 1 мм. Дозиметрический контроль с помощью дози­ метров ИКС показал практически полное поглощение излучения экраном. Об­ лучение осуществляли в условиях хирургического выведения кишечника из

102

2. Локальное облучение выведенного кишечника в дозах

1050, 1200, 1500, 1800, 2150 р.

3. Облучение тела крыс в дозе 1050 р при экранировании кишечника или одновременном облучении кишечника в дозах

кишечника в дозе 1050 р к шестым суткам после воздействия пало только 25% животных, 25% погибли к 14-м суткам, осталь­ ные 50% крыс выжили до 30-х суток. В связи с этим в после­ дующих опытах дозу на кишечник повышали до получения эффекта 3,5—5-дневной гибели 100% животных.

Повышение дозы на кишечник до 1200, 1500, 1800 р увели­ чивало количество животных, погибавших в течение пяти суток. Обращает на себя внимание, что гибель крыс хотя и повыша­ лась по сравнению с облучением в дозе 1050 р, но была отно­ сительно одинаковой в диапазоне 1200—1800 р и составляла 63—70%. Только при увеличении дозы облучения кишечника до 2150 р все животные погибали к шестым суткам. Средняя продолжительность жизни павших крыс составляла 3,6 суток только в группе с облучением кишечника в дозе 2150 р, при других уровнях дозы она была больше (4,6—6,8 суток). Полу­ ченные данные подтвердили имеющиеся в литературе сведения о том, что в случае локального облучения кишечника доза должна быть увеличена в 2—2,5 раза по сравнению с дозой тотального облучения.

Кроме того, опыты с облучением тела животных в дозе 1050 р при экранировании выведенного кишечника показали, что в этих условиях животные погибают в сроки, характерные для костномозговой формы поражения (на 7—14-е сутки после облучения). Средняя продолжительность их жизни составила 8,7 суток. Следовательно, облучение тела в сверхлетальной дозе в условиях экранирования кишечника, так же как и в случае облучения кишечника, не приводит к 3,5—5-дневной гибели жи­ вотных.

Была предпринята попытка выяснить дозу локального облу­ чения кишечника, которая бы приводила к 3,5—5-дневной гибели крыс в условиях облучения остальной части тела в дозе 1050 р. Полученные данные представлены в табл. 20.

Показано, что дополнительное облучение кишечника в дозах 300, 600, 750 р по существу не изменяло динамики гибели животных, характерной для облучения тела в дозе 1050 р в

условиях экранирования кишечника,Kpbicpi погибали в течение

ЮЗ

Таблица 20

Влияние облучения тела в дозе 1050 р при экранировании кишечника или од­

новременном облучении кишечника в разных дозах на гибель белых крыс

8—14 суток, а средняя продолжительность их жизни составляла 8,2—9 суток. Лишь в случае дополнительного облучения кишеч­ ника в дозе 900 р произошло сокращение продолжительности жизни до 3,8 суток. Полученные в этой серии опытов резуль­ таты свидетельствуют о том, что пороговой дозой облучения кишечника для возникновения 3,5—5-дневной гибели крыс в условиях сверхлетального облучения тела (1050 р) является доза 900—1000 р. Меньшая доза при комбинированном облу­ чении не вызывала такого эффекта.

Вместе с тем проведенные эксперименты не дают ответа на вопрос о том, необходимо ли в условиях поглощения в кишеч­ нике пороговой для него дозы 900—1000 р дополнительное облучение остальной части тела в той же дозе или для воспро­ изведения эффекта 3,5—5-дневной гибели достаточна и меньшая доза. Для выяснения этого вопроса были проведены экспери­ менты с облучением кишечника в дозе 1050 р и с облучением остальной части тела в различных дозах до получения 3,5— 5-дневной гибели. Оказалось, что в условиях облучения кишеч­ ника в дозе 1050 р облучение остальной части тела в дозах 300, 500 р не приводило животных к 3,5—5-дневной гибели в 100%

104

Эта доза существенно ниже той, которую получает тело при тотальном облучении, вызывающем 3,5—5-дневную гибель.

Уменьшение содержания лейкоцитов в группе тотально облу­ ченных в дозе 1050 р крыс происходит практически так же, как и у крыс, подвергнутых комбинированному облучению (1050 р на кишечник и 650 р на тело). Лишь на вторые сутки содер­ жание лейкоцитов в группе комбинированно облученных крыс было несколько большим. На первые и третьи сутки статисти­ чески достоверных различий установлено не было. У животных

крайней мере в диапазоне 1050—1800 р) еще не достаточно для 3.5— 5-дневной гибели крыс в 100%; случаев. Эти факты согла­ суются с литературными данными [193—195]. Вместе с тем наши опыты показали, что в случае облучения кишечнцка в дозе 1050 р для возникновения 3,5—5-дневной гибели крыс до­ статочно облучения остальной части тела в дозе более низкой (около 650 р), чем это наблюдается при тотальном облучении в сверхлетальной дозе. Это обстоятельство следует учитывать при анализе неравномерного облучения организма.

Кроме того, 3,5—5-дневная гибель животных возникала только в том случае, когда при облучении тела в дозе 1050 р на кишечник попадала доза не менее 900 р. Эти данные нахо­ дятся в хорошем согласии с результатами, полученными дру­ гими авторами-в иных условиях опытов [200, 201]. В этих иссле­ дованиях показано, что при неравномерном облучении крыс в каудо-краниальном направлении при Кн=10,9 3,5—5-дневная гибель возникает только в том случае, когда в области живота поглощается доза не менее 900—1000 р.

Полученные факты свидетельствуют о том, что в механизме 3.5— 5-дневной гибели животных в диапазоне 1000—2150 р наряду с повреждением кишечника важное значение имеет по­ ражение других систем организма. В последние годы большое внимание уделяется роли поражения костного мозга в механизме «острой кишечной радиационной смерти». Показано, что экра­ нирование части костного мозга во время облучения, либо трансплантация его после облучения не только повышает вы­ живаемость животных, но и усиливает восстановление ЖКТ [202—205]. Подтверждением этого являются опыты, показавшие, что при облучении мышей в абсолютно летальной дозе (700 р) максимальный эффект защиты наблюдается при одновременном экранировании кишечника и части костного мозга [85].

Таким образом, для возникновения 3,5—5-дневной гибели крыс необходимо тотальное облучение животных в дозе не мецее 1000 р или локальное облучение кишечника в дозе 2150 р. При сверхлетадьцом облучении тела (с экранированным кишечни­

105

ком) для возникновения 3,5—5-дневной гибели животных необ­ ходимо одновременное облучение кишечника в дозе не менее 900—1000 р. В условиях неравномерного облучения организма для возникновения 3,5—5-дневной гибели животных необходимо одновременное облучение кишечника в дозе 900—1000 р и остальной части тела в дозе не менее 600—650 р.

Количественное распределение кроветворной ткани у интактных и облученных мышей

Состояние системы кроветворения при неравномерном облу­ чении имеет особое значение в связи с исключительно важной ролью крови и кроветворных органов в организме и с их высо­ кой радиочувствительностью.

Многими исследователями разработаны различные качествен­ ные и количественные методы, позволяющие изучить поражение и восстановление облученной гемопоэтической ткани и влияние степени этого поражения на изменение количества клеточных элементов [32, 143, 156, 206—208]. В радиобиологической практике широко используется такой количественный критерий лучевого поражения костного мозга, как уровень абсолютного количества ядросодержащих костномозговых клеток в единице объема ткани или же в трубчатой (бедренной или больше­ берцовой) кости лабораторного животного [68, 209—211]. Однако в литературе отсутствуют данные по распределению клеток костного мозга во всей кроветворной ткани скелета

у мелких лабораторных животных, и в частности у мышей, что

взначительной степени затрудняет оценку тяжести поражения системы кроветворения при неравномерном облучении.

Проведено изучение распределения ядросодержащих клеток во всей кроветворной ткани скелета и селезенке у интактных и облученных мышей.

мощностью дозы 710 р/мин в контейнерах из органического стекла. Облуче­

Затем этот раствор десятикратно пропускали через иглу для получения го­ могенной клеточной суспензии. Ядросодержащие клетки подсчитывали в костном мозге черепа, позвоночного столба (без хвоста), ребер, грудины, в костном мозге из костей плечевого пояса, передних конечностей, бедренных, малых и больших берцовых и тазовых костей. Для облегчения работы из парных костей брали только по одной с левой стороны и полученные значе­ ния удваивали. Количество ядросодержащих клеток определяли в камере Бюркера.

Как видно из представленных данных (табл. 22), общее ко­ личество ядросодержащих клеток в скелете и селезенке в нор­ ме составляет 842,5 млн. Из них в позвоночном столбе, ребрах,

106

Т а б л и ц а 22

* Приводятся только показатели, полученные у животных при одновременном подсчете клеток во всем скелете.

грудине и селезенке находится большая часть клеток (591,6 млн.). Остальная же часть (250,9 млн.) распределяется почти равно­ мерно по другим кроветворным тканям скелета.

При общем облучении организма наибольшее опустошение наблюдается именно в позвоночном столбе и селезенке. В ко­ нечностях и тазовых костях опустошение костного мозга идет с одинаковой интенсивностью.

бражена со средним квадратическим отклонением.

Обращает на себя внимание тот факт, что в костном мозге черепа на четвертые сутки после облучения в дозах 750 и 900 р сохраняется более 50% клеток от нормы. Это, по-видимому, можно объяснить более высокой радиорезистентностью этих клеток по сравнению с клетками костного мозга всех остальных участков кроветворной ткани или анатомо-физиологическими особенностями черепа.

Как известно из литературных данных [211], показатель степени опустошения костного мозга в бедренных костях на чет­ вертые сутки после облучения используется в качестве количест­ венного критерия лучевого поражения. Получены также данные

108

(рис. 36), показывакщйе, 4fo в Диапазоне 506—1000 р количест­ во ядросодержащих клеток на четвертые сутки после облучения в бедренной кости является линейной функцией дозы. Дозовая кривая опустошения ядросодержащих клеток в селезенке при­ ведена на рис. 37. В связи с этим представляло интерес выяс­ нить, насколько эти показатели отражают степень поражения всей кроветворной ткани.

По нашим данным, число оставшихся клеток костного мозга во всех костях скелета, за исключением клеток костного мозга черепа, при воздействии 750 и 900 р составляло соответственно 6,9 и 5,3% нормы. Эти значения близки к таковым для бедрен­ ных костей, а именно: при 750 р осталось 5,9%, а при 900 р — 4,7%. Такая же закономерность отмечалась и в отношении по­ казателя степени опустошения селезенки. Так, при облучении мышей в дозах 750 и 900 р в селезенке остается соответственно 7,2 и 6,6% ядросодержащих клеток, что совпадает с опустоше­ нием всей кроветворной ткани (скелета и селезенки) без учета клеток черепа (6,9% при 750 р и 5,5% при 900 р).

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о правомерности использования уровня абсолютного количества ядросодержащих клеток в бедренной кости и селезенке в ка­ честве количественного критерия лучевого поражения всей кро­ ветворной ткани.

Закономерности развития лучевого поражения при тотальном воздействии рентгеновским излучением

через решетку

Метод облучения через решетку нашел довольно широкое применение в практике лучевой терапии [212—217]. При этом отмечают уменьшение повреждений предлежащих тканей. Свое­ образное распределение поглощенной дозы с чередованием облученных и защищенных участков позволяет воздействовать на опухоль излучением в большей суммарной дозе. В условиях парциальных воздействий как в практике лучевой терапии, так и в эксперименте трудно количественно оценить степень сниже­ ния эффекта, поскольку используются чаще всего клинические или морфологические критерии [218—221]. При тотальных воз­ действиях через решетку возможно оценить степень снижения эффекта по интегральным показателям. В последние годы поя­ вились данные о ЛД5о/зо для мышей и морских свинок при об­ лучении их через решетку. Однако степень снижения эффекта существенно отличается по данным разных авторов. Так, в экспериментах на мышах, облученных через решетку, было по­ казано возрастание ЛД50/3о в 2,4 раза [222, 223], в опытах на морских свинках ЛД50/30 возрастала в меньшей степени от 405 до 560 р [224]. Различия обусловлены неодинаковыми условия­ ми проведения опытов.

109