3.6.3. Механизмы радиоэмбриологического эффекта и оценка его последствий

Механизмы радиоэмбриологического эффекта аналогичны радиобиологическим реакциям клеток. Исключительная особенность эмбриона определяется наличием большого числа недифференцированных первичных клеток, направленных на компенсацию клеточных утрат, благодаря чему облученный организм продолжает развиваться как целое, хотя неминуемым следствием облучения является возникновение состояния недостаточности, которое переносится организмом в зависимости от степени замещения пораженных клеток клетками, остававшимися недифференцированными. Исход поражения эмбриона, таким образом, выражается неким равновесием между начальным эффектом облучения и способностью организма восстановить от поражения отдельные его части.

Например, облучение в дозе 0,5 Гр может вызвать гибель практически всех клеток сетчатки глаза эмбриона мыши, но они замещаются путем такого рода регенерации, и мышонок оказывается зрячим.

Эмбрионы, не выживающие после облучения, обычно погибают вследствие поражения одной или нескольких жизненно важных систем, их поражение вызывает гибель других систем, способных выжить в нормальной окружающей среде. Трансплантация органов от облученных эмбрионов интактным реципиентам давала возможность этим органам выжить и развиваться нормально.

Радиоэмбриологический эффект вряд ли можно объяснить изменениями только генетического (хромосомного) аппарата. И хотя нельзя отрицать роль мутации генов в возникновении аномалий развития, в настоящее время нет достаточных оснований рассматривать последние просто как фенокопии.

Есть основания полагать, что даже диагностические облучения беременных женщин (при дозах 0,001–0,2 Гр) могут вызвать значительные уродства, особенно если это происходит в период ранней стадии развития центральной нервной системы (до 38-го дня после имплантации). Выявили повышенную частоту лейкемии и злокачественных опухолей у детей, рожденных от матерей, прошедших радиографические обследования, в 10% случаев это были одиночные плоды, а в 55%–близнецы. Любое воздействие излучения на первичную зародышевую клетку эмбриона передается всем клеткам ее последующих поколений.

3.6.4. Общие принципы функционирования самообновляющейся системы на примере костного мозга

Вследствие крайне высокой радиочувствительности костного мозга поражение системы кроветворения в той или иной степени всегда наблюдается при общем облучении как его типичное проявление.

Основное назначение костного мозга – продукция зрелых высокодифференцированных клеток крови. Любая такая система состоит из нескольких пулов. Она имеет прежде всего самоподдержавающийся пул недифференцированных предшественников – стволовых клеток, способных обеспечить постоянную скорость клеточного обновления в системе. При делении стволовых клеток часть их потомства предназначается для последующей дифференциации в специфические клеточные линии, а оставшиеся служат новыми стволовыми клетками.

Пройдя одно или несколько делений, клетка постепенно дифференцируется, затем, утратив способность делиться, входит в непролиферирующий пул, где окончательно созревает и становится функционально полноценной. Ясно, что цитокинетика той или иной системы обновления предопределяется уровнем митотической активности и продолжительностью отдельных фаз клеточного цикла. Общий принцип, обеспечивающий устойчивую работу любой системы клеточного обновления, состоит в том, что по мере отмирания и удаления зрелых клеток из функционального пула вместо каждой из них поступает новая, находящаяся в этот момент на стадии максимальной подготовленности.

Таким образом, функционирующая система самоподдерживает себя из-за необходимости восполнения постоянно происходящих утрат, являющихся своеобразным стимулом к активации всех предшествующих пулов, в результате чего и осуществляется перманентное клеточное обновление.

Под действием излучения в любой клеточной системе обновления происходят резкие нарушения динамического равновесия между отдельными пулами, приводящие к тяжелым функциональным расстройствам в самой системе, а в зависимости от ее значения для жизнедеятельности и к соответствующим последствиям в организме это основные радиобиологические реакции клеток.

1. Временное прекращение деления всех клеток независимо от того, какая из них выживет в последующем.

2. Гибель молодых, малодифференцированных и делящихся клеток.

3. Минимальные изменения продолжительности процесса клеточного созревания, а также времени жизни большинства зрелых клеток и скорости притока их в функциональный пул.

В результате три первых пула начинают опустошаться сразу и в ближайшие дни после облучения, а число соответствующих зрелых функционирующих клеток уменьшается значительно позднее, когда их естественная убыль перестает восполняться из-за опустошения предшествующих пулов. Эта задержка определяется временем, необходимым клетке для прохождения пути от самых ранних стадий до выхода в функциональный пул. Количественные характеристики указанных нарушений определяются конкретными цитокинетическими параметрами той или иной системы обновления и дозой облучения.

При дозах облучения до 10 Гр в организме развивается типичный костномозговой синдром. Систему клеточного обновления костного мозга условно можно представить в виде двух подразделений, молодых и делящихся клеток (объединяющего три первых пула) и зрелых функциональных клеток периферической крови.

При дозе для мышей 6–7 Гр пролиферативную способность сохраняют всего 2–3 стволовые клетки на тысячу. В результате возникает серьезное повреждение молодых и делящихся клеток при практически ненарушенной функции зрелых клеток. Опустошение костного мозга начинается тотчас после облучения и неуклонно продолжается, достигая минимума, что соответствует началу его регенерации у выживших особей. Характер изменений морфологического состава крови прежде всего зависит от времени жизни зрелых клеток или скорости их выбывания. Численность наиболее долго живущих (около 100 дней) эритроцитов уменьшается, ибо даже при полном отсутствии продукции скорость уменьшения их численности составляет около 1 % в сутки. Промежуточный случай представлен тромбоцитами. Отсутствие порога в случае изменения численности лимфоцитов связано с их крайне высокой радиочувствительностью, в результате чего даже при небольших дозах лимфоциты погибают тотчас после облучения, причем не только в лимфоузлах и костном мозге (местах их образования), но и в периферической крови.

Основная причина катастрофического опустошения костного мозга, происходящего в самые ранние сроки после облучения, состоит в резком торможении процессов клеточного деления при продолжающемся с неизменной скоростью поступлении зрелых элементов на периферию. Очевидно, вследствие сохранения скорости выхода клеток на периферию в общем «потоке» с жизнеспособными клетками выходят в кровь и поврежденные.

Наблюдающееся затем восстановление происходит с различной скоростью, но обратной величине дозы. Здесь-то и сказывается разная степень клеточной деструкции, определяющая глубину лейкопении, а, следовательно, течение и исход лучевого поражения.