Радиобиология, радиационная физиология и медицина. Словарь-справочник

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ (ОБЭ)

Характеристика, принятая для сопоставления биологического действия разных видов ионизирующего излучения.

Коэффициент ОБЭ представляет собой отношение дозы рассматриваемого излучения, вызывающего определенный биологический эффект, к дозе стандартного излучения — рентгеновского или γ-èç-

лучения с энергией 180–250 кэВ (средняя удельная ионизация 100 пар ионов на микрон пути в воде или при ЛПЭ не выше 3,5 кэВ на 1 мкм пути в воде):

ÎÁÝ = ÄR / Äõ,

ãäå ÄR — поглощенная доза рентгеновского или γ-излучения; Дõ — поглощенная доза исследуемого вида излучения, вызывающая такой же биологический эффект.

Относительная биологическая эффективность в основном определяется ЛПЭ — чем выше последняя, тем больше ОБЭ излучения. Эта зависимость наиболее заметна в диапазоне ЛПЭ от 10 до 100 кэВ/мкм.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Способность того или иного вида ИИ вызывать изменения генети- ческого материала в облученной клетке (мутации).

Различают точечные мутации (изменения последовательности Î нуклеотидов в молекуле ДНК), хромосомные аберрации (изменения структуры хромосом) и геномные мутации (изменения числа хромосом в клетке). Относительная генетическая эффективность определяется, в первую очередь, величиной энергии излучения, поглощенной тканью (т. е. ЛПЭ излучения). Данные, характеризующие относительную генетическую эффективность различных видов ИИ, представлены в таблице:

101

Ï

ПАРАДОКС РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЙ

Несоответствие между ничтожным количеством поглощенной энергии ионизирующего излучения и степенью реакции биологического объекта (высокой, вплоть до летального исхода).

ПАТОЛОГИЯ РАДИАЦИОННАЯ

Совокупность болезней, патологических процессов и состояний, вызываемых воздействием на организм ионизирующих излучений.

ПЕРВИЧНАЯ ЛУЧЕВАЯ ИНАКТИВАЦИЯ БИОМОЛЕКУЛ

Радиационное повреждение биомолекул, вызванное ионизацией и сопутствующими ей быстропротекающими процессами миграции заряда по биологической структуре, его локализации, поляризации среды вокруг заряда и т. п.

В макромолекулах происходящие при этих процессах изменения приводят к реализации скрытых повреждений и инактивации молекулы с потерей ее уникальной нативной структуры. Факторами, способствующими реализации скрытых повреждений, являются температура и кислород (с повышением температуры и содержания кислорода в среде, окружающей макромолекулу, скорость ее инактивации увеличивается).

ПЕРВИЧНАЯ РЕАКЦИЯ НА ОБЛУЧЕНИЕ (определение)

Синдром, развивающийся при облучении в дозах 1 Гр и выше, вклю- чающий острые гастроинтестинальные и гиподинамические симптомы (тошнота, рвота, боли и чувство дискомфорта в области живота, тенезмы, диарея, слабость, повышенная утомляемость, головная боль и др.). Время развития, продолжительность и выраженность симптомов ПРО зависят от дозы облучения, в связи с чем синдром ПРО имеет важнейшее значение для ранней индикации и диагностики степени тяжести лучевого поражения (биодозиметрии).

ПЕРВИЧНАЯ РЕАКЦИЯ НА ОБЛУЧЕНИЕ (патогенез)

Патогенез синдрома первичной реакции на облучение достаточно сложен. Установлено, в частности, что тошнота и рвота при облуче- нии индуцируются раздражением хеморецепторной триггерной зоны рвотного центра биологически активными веществами, в избытке появляющимися в крови после радиационного воздействия, — биогенными аминами, регуляторными пептидами, простагландинами и другими эндогенными биорегуляторами. Определенная роль в раздражении рецепторов нейронов рвотного центра и других центральных структур, участвующих в реализации рвотного рефлекса (хеморецепторная триггерная зона, чувствительное и двигательное ядра блуждающего и языкоглоточного нервов, вестибулярные ядра), мо-

102

жет принадлежать также т. н. «радиотоксинам», в число которых входят продукты распады радиочувствительных тканей, протеолити- ческие ферменты, продукты ПОЛ и др. Кроме того, рвотный центр возбуждается за счет патологической афферентной импульсации с интероцепторов желудочно-кишечного тракта, возникающей, в свою очередь, вследствие гастростаза, обусловленного постлучевыми расстройствами периферической дофамин- и серотонинергиче- ской медиации.

Спазмы и боли в области живота, тенезмы и диарея связаны с усилением моторной и секреторной функции кишечника, а также угнетением процессов реабсорбции жидкости из его просвета в кровь. Механизм этих нарушений также напрямую связан с расстройствами нейрогуморальной регуляции функций желудочно-кишечного тракта — гиперпродукцией биогенных аминов (прежде всего, серотонина и гистамина), простагландинов и кишечных пептидов (мотилин и др.).

Ранние нейромоторные и нейрососудистые эффекты облучения в значительной мере связаны с расстройствами центральной катехоламинергической регуляции корковых и подкорково-стволовых функций ЦНС, нарушениями гемо- и ликворообращения в головном мозге, общей интоксикацией организма продуктами свободно-ради- кального окисления и распада радиочувствительных тканей. Определенную роль в развитии ранних астеногиподинамических симптомов могут играть нарушения энергетического обмена в ЦНС и мышечной ткани, а также дисфункция сердечно-сосудистой системы

(гипотензия, уменьшение сердечного выброса, расстройство мозго- Ï вого кровообращения).

ПЕРВИЧНАЯ РЕАКЦИЯ НА ОБЛУЧЕНИЕ (средства профилактики и лечения)

Среди проявлений первичной реакции на облучение наибольшее значение для снижения дееспособности облученных людей имеет развитие эметического синдрома, включающего тошноту, позывы на рвоту и непосредственно рвотный акт. Развитие этого синдрома обусловлено активацией хеморецепторной триггерной зоны рвотного центра серотонином, воздействующим на 5НТ3-рецепторы, дофамином (Д2-рецепторы), гистамином (Н1-рецепторы), субстанцией Р (NK1-рецепторы), эндорфинами, нейропептидами и другими биологически активными веществами, образующимися в избыточном количестве после облучения. Исходя из патогенеза эметического синдрома, можно понять, что диспепсические проявления, возникающие в период первичной реакции на облучение, будут ослабляться фармакологическими агентами, блокирующими рецепторы соответству-

103

ющих биогенных аминов и пептидов, прежде всего серотонино- и дофаминолитиками:

–ондансетрон (латран, зофран) — средство профилактики и купирования тошноты и рвоты из группы селективных антагонистов

5ÍÒ3-серотониновых рецепторов центральной и периферической нервной системы, в т. ч. и в нейронных центрах, регулирующих рвотные рефлексы. Кроме противорвотного действия обладает анксиолитической активностью, не вызывает седативного эффекта, нарушений координации движений или снижения работоспособности.

Для профилактики радиационно-индуцированной эметической реакции используют таблетированную форму препарата: ондансетрон принимают перорально в разовой дозе 8 мг (2 табл.) за 1 ч до или сразу после лучевого воздействия. Для купирования развившейся рвоты латран применяют внутривенно или внутримышечно

âвиде 0,2% раствора для инъекций однократно в дозе 8–16 ìã (1–2 ìë);

–трописетрон (навобан) — селективный ингибитор 5HT3-рецепто- ров, антиэметик. Помимо способности блокировать связанное с рвотным рефлексом возбуждение серотонин-чувствительных структур периферических нейронов, оказывает центральное действие на рецепторы, опосредующие эффекты блуждающего нерва на рвотный центр.

Препарат применяется для купирования тошноты и рвоты, развивающейся при непреднамеренном облучении или в результате лучевой химиотерапии онкологических больных; в 1-й день — однократно внутривенно в дозе 5 мг капельно или медленно струйно,

âпоследующие дни — ежедневно однократно в дозе 5 мг (1 табл.). Продолжительность противорвотного действия до 1 сут;

–метоклопрамид (церукал, реглан) — противорвотный препарат из

группы метоксибензамида, специфический блокатор Д2-дофами- новых рецепторов триггерной зоны рвотного центра. Эффективно подавляет тошноту и рвоту в период первичной реакции на облу- чение, оказывает регулирующее и стимулирующее влияние на двигательную активность желудочно-кишечного тракта.

Для профилактики рвоты метоклопрамид принимают перорально по 1 табл. (10 мг) 3 раза в день. При отсутствии эффекта, а также для купирования уже развившейся рвоты препарат вводят внутримышечно или внутривенно медленно (в течение 5 мин) по 2 мл (10 мг) 3 раза в день через каждые 2 ч. Высшая суточная доза 30–40 мг. Из побочных эффектов возможны экстрапирамидные нарушения по типу паркинсонизма, связанные с блокадой дофаминовых рецепторов мозга, головокружение, сонливость, усталость, сухость во рту, шум в ушах;

104

–домперидон — производное бензимидазола с выраженным блоки-

рующим действием на Д2-дофаминовые рецепторы. Для профилактики рвоты препарат принимают внутрь в дозе 10 мг (1 табл.) 3 раза в сутки;

–дексаметазон — препарат из группы глюкокортикоидов. Применяется для купирования радиационно-индуцированного эметического синдрома в сочетании с другими противорвотными препаратами для усиления и пролонгации их эффекта.

ПЕРВИЧНЫЕ РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

Совокупность химических и физико-химических превращений веществ под действием ИИ.

Первичные радиационно-химические реакции проходят в течение 10–11 — 10–10 с после поглощения и переноса энергии излучений (т. е. после физической стадии действия ИИ, длительность которой составляет 10–16–10–13 с). В течение этого периода в облученном биосубстрате возникают возбужденные и ионизированные молекулы.

В течение физико-химической стадии происходит перераспределение поглощенной энергии ИИ между возбужденными и ионизированными молекулами, что вызывает появление продуктов радиолиза молекул воды и биоорганических веществ клетки — новых ионов, сольватированных электронов и свободных радикалов. Важнейшими продуктами радиолиза воды являются гидратированный электрон (åãèäð.), радикал водорода (Н•) и гидроксильный радикал (ОН•), продуктами радиолиза биоорганических веществ — радика-

лы полиненасыщенных жирных кислот. Ï В ходе химической стадии образовавшиеся в результате погло-

щения энергии ИИ ионы и свободные радикалы взаимодействуют между собой и окружающими молекулами. Среди образующихся продуктов важнейшее значение имеют активные формы кислорода — супероксидный анион-радикал (О2–), гидропероксид-радикал (НО2–), пероксид водорода (Н2Î2), атомарный и синглетный кислород (О2); активные соединения азота — монооксид азота (NO–) и пероксинитрит (NO3–); продукты перекисного окисления липидов — алкоксил- и пероксил-радикалы, гидропероксиды и др. При участии указанных продуктов осуществляется пострадиационное повреждение ДНК, белков, фосфолипидов и других важнейших биомакромолекул.

ПЕРИОД ПОЛУВЫВЕДЕНИЯ РАДИОНУКЛИДА

Различают период полувыведения биологический и период полувыведения эффективный.

Период полувыведения биологический (Òá) — время, за которое активность нуклида, накопленного в организме (органе), уменьшается вдвое вследствие процессов биологического выделения. Период по-

105

лувыведения эффективный (Òýôô.) — время, в течение которого активность радионуклида в организме уменьшается в два раза за счет биологического выделения и радиоактивного распада:

Òýôô. = Òá • Ò1/2 / (Òá + Ò1/2), ãäå Òá — период полувыведения (биологический); Т1/2 — период полураспада нук-

лида (физический) — время, в течение которого число ядер данного радионуклида в результате самопроизвольных ядерных превращений уменьшается в два раза.

ПИК БРЭГГА

Повышение ЛПЭ передаваемой среде энергии в расчете на единицу пути частицы в конце ее пробега.

Со снижением скорости ускоренных заряженных частиц их ЛПЭ возрастает, поэтому в конце пробега передача энергии заряженной частицей веществу максимальна. Это приводит к характерному распределению актов ионизации, описываемому кривой Брэгга. Эту особенность взаимодействия моноэнергетических тяжелых ядерных частиц с веществом, а именно повышение дозы на глубине с последующим ее спадом до нуля, используют при лучевой терапии опухолей, так как она позволяет сосредоточить значительную энергию именно на пораженной ткани, избегая облучения находящихся за опухолью тканей.

ПЛОТНОСТЬ ИОНИЗАЦИИ

Количественная характеристика ионизирующих излучений, выражаемая числом пар ионов, образуемых частицей на единице длины пути (линейная плотность ионизации, ЛПИ) или в единице объема (объемная плотность ионизации).

ПНЕВМОСКЛЕРОЗ РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЙ (пневмофиброз, склероз легких)

Дистрофический процесс (склероз) легочной ткани, развивающийся как осложнение локальной радиотерапии опухолей грудной клетки.

Одно из отдаленных последствий облучения, причиной которого является деструкция альвеолярного эпителия, отек межальвеолярных пространств, фиброз легких. Наиболее часто радиационно-ин- дуцированный пневмосклероз развивается после ингаляционного поступления α-излучателей (изотопов плутония, тория, радона). По-

роговая доза на легкие при плутониевом пневмосклерозе составляет 4 Гр, при дополнительном наличии нерадиационных факторов (пылевых, химических, курения) — 1,5 Гр.

ПОВРЕЖДЕНИЯ БЕЛКА РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ

Вызываемые воздействием ионизирующего излучения нарушения структуры клеточных белков — разрывы дисульфидных мостиков, водородных связей, пептидной цепи, образование сшивок между

106

пептидными цепями, отщепление аммиака, сероводорода, окисление сульфгидрильных групп и аминокислот, конформационные изменения вторичной и третичной структуры.

Радиационно-химические изменения вторичной и третичной структуры белков приводят к нарушению их биологических свойств, в т. ч. к инактивации ферментативной активности.

ПОВРЕЖДЕНИЯ БИОМЕМБРАН РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРО- ВАННЫЕ

Повышение проницаемости цитоплазматических и внутриклеточных мембран, приводящее, с одной стороны, к снижению концентрации высокомолекулярных субстратов в клетке, с другой — к декомпартментализации указанных субстратов в клеточных органеллах.

ПОВРЕЖДЕНИЯ БИОМОЛЕКУЛ РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРО- ВАННЫЕ

Различают прямой и непрямой (косвенный) типы радиационно-ин- дуцированных повреждений биомолекул. В первом случае рассматривают непосредственные эффекты облучения молекулы-«мише- ни», возникающие в результате потери или выброса электрона; во втором — изменения «мишеней», вызванные продуктами радиационного разложения (радиолиза) окружающей эти молекулы воды и растворенных в ней низкомолекулярных соединений. Предполагается, что количественный вклад прямого действия радиации в конеч- ный радиобиологический эффект составляет 10–20%, непрямого — 80–90%.

ПОВРЕЖДЕНИЯ ДНК РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ Ï

Вызываемые прямым и непрямым действием ионизирующих излу- чений нарушения структуры ДНК — повреждения оснований; выщепление отдельных оснований из цепи ДНК; разрушение фосфоэфирных связей, лежащее в основе одиночных и двойных разрывов цепочек ДНК; распад дезоксирибозы; повреждения ДНК-мембран- ного комплекса; разрушение водородных связей; нарушение связей ДНК-белок, повышающее атакуемость ДНК вторичными радикалами и ферментами, сшивки ДНК-ДНК и ДНК-белок и др. К числу наиболее значимых для судьбы облученной клетки относятся одно- и, особенно, двунитевые разрывы цепи ДНК.

К числу наиболее опасных повреждений ДНК, индуцированных облучением, относятся т. н. кластерные (комплексные) повреждения, для которых характерна затрудненная репарация. Кластерный эффект возникает в случае, когда участки ионизации распределяются вдоль молекулы ДНК в компактные кластеры сложных (комплексных) повреждений. Кластерные повреждения более характерны для плотноионизирующих излучений. Предполагается, что именно кла-

107

стеры повреждений (комплексные повреждения) ответственны за летальные и (или) мутагенные (канцерогенные) эффекты ионизирующих излучений.

ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТКИ РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ

Патологические изменения структурно-функциональной организации клетки под влиянием ИИ. Наиболее чувствительными к облуче- нию органеллами клетки являются ядро и митохондрии, в которых уже в ранние сроки после воздействия ИИ развиваются нарушения физико-химических свойств нуклеопротеидных комплексов, структуры и функции биологических мембран и др.

ПОВРЕЖДЕНИЯ СОСУДОВ РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ

Наиболее чувствительными к повреждающему действию радиации являются кровеносные капилляры и синусоиды.

Различают ранние и поздние реакции сосудов на облучение. В ранние сроки после облучения наблюдается дилатация капилляров, усиление клеточной проницаемости, отделение сосудистого эндотелия от базальной пластинки. К поздним реакциям относятся снижение числа эндотелиоцитов в стенках капилляров, уменьшение их количества в облученных тканях и органах, тромбоз, развитие атеросклероза в облученных артериях. Следствием этих процессов является развитие тканевой гипоксии и хронического оксидативного стресса, что приводит к гибели клеток паренхимы облученной ткани.

ПОДАВЛЕНИЕ РЕПРОДУКТИВНОЙ ФУНКЦИИ РАДИАЦИОННОИНДУЦИРОВАННОЕ

Временное подавление сперматогенеза возникает у животных и че- ловека уже при облучении в малых дозах (0,01–0,1 Гр). Средние (0,1–1 Гр) дозы приводят к длительной супрессии, при высоких (1–10 Гр) дозах развивается перманентная азооспермия.

Пороговая доза для развития временной стерильности у мужчин при воздействии редкоионизирующего излучения составляет 0,15 Гр. Доза порядка 0,5 Гр может подавлять сперматогенез у человека до 8 мес. Постоянная стерильность у человека отмечается при длительном облучении в больших дозах (3,5–6 Зв), когда за год накапливается доза 2 Зв.

Репродуктивные клетки у женщин менее радиочувствительны. Наименее резистентны к облучению зрелые фолликулы, содержащие яйцеклетку: их радиочувствительность десятикратно превышает чувствительность примордиальных фолликулов. Радиочувствительность зрелых клеток увеличивается с изменением интервала времени от созревания до овуляции. Доза, вызывающая у взрослой женщины гибель зрелых фолликулов, составляет 3 Гр.

108

ПОЗИТИВНЫЕ ЭФФЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ

Последствия воздействия малых доз ИИ, принципиально противоположные повреждающим эффектам облучения (см. также: гормезис радиационно-индуцированный).

Наблюдаются на всех уровнях организации живого — от одноклеточных организмов до растений, рыб и млекопитающих. Проявляются в виде более быстрого прироста массы тела, повышения плодовитости и увеличения продолжительности жизни (грызуны), снижения смертности от лейкозов и солидных опухолей (человек).

Для человека диапазон доз, вызывающих позитивные эффекты облучения, составляет 30–40 сГр. По данным обследования жертв атомной бомбардировки в Японии, работников военных заводов и атомно-энергетического комплекса, у человека позитивные эффекты могут наблюдаться при облучении в дозах ниже 0,2 Зв (снижение частоты лейкозов, солидных опухолей).

ПОЗИТРОН

Элементарная частица, в ядерной физике относимая к лептонам. Имеет положительный заряд и массу, равную массе электрона, т. е. 1/1837 от массы протона или нейтрона.

ПОПОВ Александр Васильевич (1924–2002)

Известный военный радиолог, доктор медицинских наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР.

Внес существенный вклад в развитие военной радиологии, формирование и становление противорадиационной защиты, теорию и практику медицинской защиты войск и населения от оружия массо- Ï вого поражения. Основные направления научных исследований: изучение действия ионизирующих излучений на гемопоэз, желудоч- но-кишечный тракт, центральную нервную систему; оценка особенностей биологического действия нейтронов; определение дозовых нагрузок, при которых развиваются основные синдромы костномозговой, кишечной и церебральной форм острой лучевой болезни; решение проблем медицинской противорадиационной защиты; оценка величины и структуры санитарных потерь при ядерных взрывах различной мощности; обоснование и практическая разработка рекомендаций по защите войск и объектов от ядерного и других видов оружия массового поражения.

ПОРАЖАЮЩИЕ ФАКТОРЫ ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА РАДИАЦИОННЫЕ

Поражающие факторы ядерного взрыва радиационные включают:

–мгновенные ИИ, возникающие при ядерных реакциях деления и синтеза;

109

–запаздывающие (осколочные) ИИ радиоактивных осколков деления и продуктов их распада;

–вторичные ИИ, возникающие при взаимодействии нейтронов с ядрами элементов воздуха, почвы и др. (наведенная радиоактивность).

ПОРАЖЕНИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ РАДИАЦИ- ОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ

Детерминированные (нестохастические) эффекты облучения, обусловленные прямым или дистанционным (опосредованным) действием ИИ на различные структуры ЦНС.

При ОЛБ крайне тяжелой степени различают синдромы острой радиационной энцефалопатии, радиационно-токсической энцефалопатии и геморрагический синдром с локализацией в ЦНС. В остром периоде ОЛБ III ст. наиболее характерными являются симптомы радиационно-токсической энцефалопатии (многократная, а порой неукротимая рвота в период первичной реакции, мозговая кома, нарушения сознания, явления общего психоза в период разгара, астеноневротические расстройства в период восстановления).

При ХЛС отмечаются синдромы нарушения нервно-сосудистой и нервно-циркулярной регуляции (астенический синдром), признаки органического поражения ЦНС по типу демиелинезирующего энцефаломиелоза или токсической энцефалопатии, диэнцефальный и остеоалгический синдромы.

ПОСТРАДИАЦИОННОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ

Способность организма, пораженного ИИ, к восстановлению структуры и функции тканей, органов и систем и, в конечном итоге, выздоровлению.

Пострадиационное восстановление происходит за счет пролиферации сохранивших жизнеспособность клеточных элементов (стволовых клеток) критических органов и тканей (костного мозга, кожного и кишечного эпителия, слизистых оболочек) и репарации повреждений клеточных структур, прежде всего ДНК. Важную роль в механизмах пострадиационного восстановления играет миграция в облученную область клеток, вырабатывающих репаративные цитокины (эндотелиальный фактор роста сосудов 1 — VEGF1, фактор роста гепатоцитов — HGF, фактор роста фибробластов — FGF, эпидермальный фактор роста — EGF и др.), а также увеличение пула антиоксидантов через синтез глутатиона и активизацию антиоксидантных ферментов.

В эксперименте пострадиационное восстановление оценивают по изменению устойчивости организма к повторному облучению. После клинического выздоровления устойчивость организма к последующему лучевому воздействию снижена из-за остаточного (скры-

110