Действие ионизирующего излучения на многоклеточный организм

Действие ионизирующего излучения на многоклеточный организм проявляется не только в развивающихся в отдельных клетках и тканях нарушениях, но и в общих реакциях, присущих организму как единой сложной биологической системе, обусловленных взаимозависимостью физиологических функций различных органов и тканей. Существует определенная зависимость между уровнем развития организмов и их радиочувствительностью. Одноклеточные организмы значительно устойчивее многоклеточных; особенно высокой радиочувствительностью обладают млекопитающие. Холоднокровные животные обладают меньшей радиочувствительностью по сравнению с теплокровными, что объясняется более низкой температурой тела и, соответственно, замедленным протеканием биохимических реакций в организме.

Устойчивость к облучению насекомых и ракообразных объясняется повышенным содержанием в их организмах ряда веществ, обладающих защитным действием, например, расщепляющих перекиси.

Чувствительность млекопитающих к ионизирующему излучению зависит от физиологического состояния организма, условий существования и индивидуальных особенностей. Наиболее радиочувствительными являются новорожденные млекопитающие и старые особи: первые – за счет повышенной митотической активности клеток (особенно чувствителен к облучению эмбрион), вторые – за счет ухудшения способности клеток и тканей к восстановлению. Существенно повышается радиочувствительность при беременности.

Лучевая болезнь человека

Гибель клетки и утрата функций тканей и органов приводят к появлению у облученного человека клинических симптомов, называемых радиационными синдромами²⁸. Эффект воздействия ионизирующего излучения на организм человека и животных зависит от таких факторов как величина поглощенной дозы, продолжительность облучения и мощность дозы, объем облучаемых тканей и органов, вид излучения.

В связи с различиями в радиочувствительности клеток, структуре и функциях каждой ткани дисфункция органов начинается в разные сроки и после различных доз. При однородном облучении всего тела дозой, превышающей некоторый порог, можно выделить три основных синдрома: нервно-васкулярный²⁹, желудочно-кишечный и гематологический. На практике эти синдромы часто перекрываются и их трудно распознать в отдельности.

Лучевую болезнь подразделяют на острую и хроническую. В выраженной форме лучевой болезни различают период первичной реакции, скрытый (латентный) период формирования болезни, восстановительный период и период отдаленных последствий заболевания.

Первоначальные явные симптомы облучения всего тела проявляются в течение первых 48 часов. К ним относятся желудочно-кишечные (анорексия³⁰, тошнота, рвота, диарея, кишечные спазмы, повышенное слюноотделение, дегидратация³¹) и нервно-мышечные (чувство усталости, апатия, повышенное потоотделение, головные боли, гипотензия³²). Вероятность проявления этих симптомов и продолжительность времени до момента их проявления зависят от поглощенной дозы. Например, доза, вызывающая рвоту у 50% облученных, составляет около 2 Гр, а период до ее проявления примерно 3 часа; доза в 3 Гр вызывает рвоту у 100% облученных через 2 часа.

Доза порядка нескольких Гр приводит к костно-мозговому синдрому и лейкопении³³. Снижение концентрации лимфоцитов – самый ранний чувствительный симптом поражения крови, при этом доза в 1 – 2 Гр приводит к снижению их концентрации примерно до 50% от нормы через 48 часов после облучения.

Латентный период – кажущееся клиническое благополучие – колеблется у человека от 14 до 32 суток в зависимости от тяжести поражения. При дозе, превышающей 10 Гр, после первичной реакции почти сразу наступает последняя фаза болезни. При дозе менее 1 Гр клинические симптомы острой лучевой болезни не развиваются.

В латентный период, как правило, уменьшается общая слабость, исчезает сонливость, улучшается аппетит, самочувствие становится вполне удовлетворительным. Однако эти улучшения находятся в явном противоречии с состоянием кроветворных органов (уменьшается число лейкоцитов³⁴ и тромбоцитов³⁵ в крови, опустошается костный мозг), кожи, желудочно-кишечного тракта и гонад.

После облучения дозами в диапазоне 6 – 10 Гр переход к периоду выраженных клинических проявлений особенно четок. Самочувствие больных в этот период резко ухудшается. Температура поднимается до 39 – 40С, на коже, языке и небе появляются высыпания или кровоизлияния. Поскольку защитные силы организма против инфекции ослаблены, в этот период угрозой для жизни является возникновение инфекционных осложнений, а также кровоизлияний в жизненно важные органы. Для лечения благоприятно раннее применение антибиотиков, переливание крови, часто – пересадка костного мозга, противогеморрагические³⁶ средства.

Период восстановления длится обычно 4 – 8 недель, начиная с момента нормализации температуры. Улучшаются самочувствие, аппетит, восстанавливается масса, уменьшается кровоточивость неба и десен, поврежденные участки кожи зарубцовываются. Увеличивается число лейкоцитов и тромбоцитов в крови, в костном мозге возникает бурная регенерация. К концу третьего месяца самочувствие становится вполне удовлетворительным. Рост волос в местах эпиляции³⁷ начинается на 3 – 4-м месяце. Возможными отдаленными последствиями перенесенной лучевой болезни являются развитие катаракты³⁸, увеличение риска заболевания лейкозом³⁹, умеренная лейко-, нейро- и тромбоцитопения⁴⁰, эндокринные нарушения⁴¹.

Величина поглощенной дозы – один из главных факторов, определяющих реакцию организма на облучение. Так, однократное облучение собаки излучением до дозы 400 – 500 Р вызывает у нее острую лучевую болезнь тяжелой степени; однократное же облучение дозой 50 Р приводит лишь к временному снижению числа лимфоцитов в крови.

При общем облучении человека дозой менее 100 бэр, как правило, отмечаются лишь сравнительно легкие реакции организма, проявляющиеся в изменениях в формуле крови. При дозах облучения, превышающих 100 бэр, развивается острая лучевая болезнь, тяжесть протекания которой зависит от дозы облучения. По степени тяжести острая лучевая болезнь подразделяется на ряд групп в зависимости от дозы на все тело.

Первая степень лучевой болезни (легкая) возникает при дозах 100 – 200 бэр, вторая степень (средней тяжести) – при дозах 200 – 300 бэр; третья степень (тяжелая) – при дозах 300 – 500 бэр, и четвертая степень (крайне тяжелая) – при дозах свыше 500 бэр. Дозы однократного облучения в пределах 500 – 600 бэр при отсутствии медицинской помощи считаются абсолютно смертельными.

Фактор времени в прогнозе возможных последствий облучения играет важную роль в связи с развивающимися после лучевого поражения процессами восстановления в тканях и органах. Например, при однократном облучении собаки дозой 700 Р самым вероятным исходом является гибель животного; облучение же дозой 720 Р, но распределенной в течение года по 60 Р за месяц, гибели животного не вызовет.

Различия в биологическом действии ионизирующего излучения при одинаковых поглощенных дозах, но разных мощностях дозы также находят объяснение в возможности восстановления поврежденных тканей и органов. При малой мощности дозы скорость развития повреждений соизмерима со скоростью восстановительных процессов. С увеличением мощности дозы роль процессов восстановления уменьшается.

Степень лучевого поражения, развивающегося после облучения, в значительной мере зависит от того, подвергается ли облучению все тело или только некоторая его часть.

1 Коллективная эквивалентная доза – сумма индивидуальных эквивалентных доз у данной группы людей: , где число лиц в данной группе, получивших эквивалентную дозу .

2 Свободные радикалы - атомы или химические соединения с неспаренными электронами. Короткоживущие радикалы - промежуточные частицы во многих химических реакциях.

3 Метаболизм (от греч. metabole - перемена, превращение) - то же, что и обмен веществ. В более узком смысле - промежуточный обмен, т.е. превращение определенных веществ внутри клеток с момента их поступления до образования конечных продуктов (напр., метаболизм белков и др.).

4 Органеллы (часто употребляется, как синоним понятия органоидов) - постоянные специализированные структуры в клетках животных и растений. К органоидам относятся хромосомы, митохондрии, комплекс Гольджи, рибосомы и др.

5 Белки - высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков 20 аминокислот, которые соединены пептидными связями в длинные цепи. Особая группа - сложные белки, в состав которых кроме аминокислот входят углеводы (гликопротеиды), нуклеиновые кислоты (нуклеопротеиды) и т.д. Во всех живых организмах белки играют исключительно важную роль: участвуют в построении клеток и тканей, являются биокатализаторами (ферменты), гормонами, дыхательными пигментами (гемоглобины), защитными веществами (иммуноглобулины) и др. Биосинтез белков происходит на рибосомах и определяется генетическим кодом нуклеиновых кислот в процессе трансляции.

6 Липиды (от греч. lipos - жир) - большая группа органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных - из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и др. компонентов. Липиды - один из основных компонентов биологических мембран. Липиды - энергетический резерв организма.

7 Углеводы - обширная группа природных органических соединений, химическая структура которых в большинстве случаев описывается общей формулой C_m(H₂O)_n (т.е. углерод + вода). Различают моно- олиго- и полисахариды, а также сложные углеводы - гликопротеиды, гликолипиды, гликозиды и др. Углеводы - первичные продукты фотосинтеза и основные исходные продукты биосинтеза других веществ в растениях. Подвергаясь окислительным превращениям, обеспечивают все живые клетки энергией (глюкоза и ее запасные формы - крахмал, гликоген). Входят в состав клеточных оболочек и др. структур, участвуют в защитных реакциях организма (иммунитет).

8 Митоз (от греч. mitos - нить) - способ деления клеток, обеспечивающий тождественное распределение генетического материала между дочерними клетками и преемственность хромосом в ряду клеточных поколений.

9 Хромосомы - структурные элементы ядра клетки, содержащие ДНК, в которой заключена наследственная информация организма. В хромосомах в линейном порядке расположены гены. Самоудвоение и закономерное распределение хромосом по дочерним клеткам при клеточном делении обеспечивает передачу наследственных свойств организма от поколения к поколению.

10 Дифференцировка - превращение в процессе индивидуального развития организма (онтогенеза) первоначально одинаковых, неспециализированных клеток зародыша в специализированные клетки тканей и органов.

11 Пролиферация (от лат. proles - отпрыск, потомство, и fero - несу) - разрастание ткани животного или растительного организма путем новообразования (размножения) клеток. Может быть физиологической (напр., нормальная регенерация, пролиферация клеток молочной железы при беременности и кормлении) и патологической (опухоли).

12 Стволовые клетки (камбиальные клетки) - входят в состав обновляющихся тканей животных и человека. Могут развиваться в различные клетки, напр., в кроветворной ткани млекопитающих - в эритроциты, тромбоциты и лейкоциты. Обеспечивают восстановление ткани при гибели части клеток.

13 Аминокислоты - класс органических соединений, содержащих карбоксильные (-СООН) и аминогруппы (NH₂); обладают свойствами и кислот и оснований. Участвуют в обмене азотистых веществ всех организмов (исходные соединения при биосинтезе гормонов, витаминов, медиаторов, пигментов, пуриновых и пиримидиновых оснований, алкалоидов и др.). Природных аминокислот свыше 150. Около 20 важнейших аминокислот служат мономерными звеньями, из которых построены все белки (порядок включения аминокислот в них определяется генетическим кодом).

14 Ферменты (от лат. fermentum - закваска) - биологические катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Осуществляют превращения веществ в организме, направляя и регулируя его обмен веществ. По химической природе - белки. Каждый вид ферментов катализирует превращение определенных веществ, иногда лишь единственного вещества в единственном направлении. Поэтому многочисленные биохимические реакции в клетках осуществляет огромное число различных ферментов.

15 ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота, высокополимерное природное соединение, содержащееся в ядрах клеток живых организмов; вместе с белками гистонами образует вещество хромосом. ДНК - носитель генетической информации, ее отдельные участки соответствуют определенным генам. Молекула ДНК состоит из 2 полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой в спираль. Цепи построены из большого числа мономеров 4 типов - нуклеотидов, специфичность которых определяется одним из 4 азотистых оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин). Сочетания трех рядом расположенных нуклеотидов в цепи ДНК (триплеты или кодоны) составляет генетический код.

16 Цитоплазма - внеядерная часть протоплазмы животных и растительных клеток.

17 Полисахариды - высокомолекулярные углеводы, образованные остатками моносахаридов (глюкозы, фруктозы и др.) или их производных (напр., аминосахаров). Присутствуют во всех организмах, выполняя функции запасных (крахмал, гликоген), опорных (целлюлоза, хитин), защитных (камеди, слизи) веществ. Участвуют в иммунных реакциях, обеспечивают сцепление клеток в тканях.

18 Гликоген - полисахарид, образованный остатками глюкозы; основной запасный углевод человека и животных. Откладывается в виде гранул в цитоплазме клеток (гл. образом печени и мышц). При недостатке в организме глюкозы гликоген под воздействием ферментов расщепляется до глюкозы, которая поступает в кровь.

19 Клеточное ядро - обязательная часть клетки у многих одноклеточных и всех многоклеточных организмов. Типичное ядро отделено от окружающей цитоплазмы оболочкой, содержит ядрышко, хромосомы и кариоплазму. По наличию или отсутствию в клетках оформленного ядра все организмы делят соответственно на эукариот и прокариот.

20 Митохондрии - органоиды животных и растительных клеток. В митохондриях протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетку энергией.

21 Фосфорилирование - химическая реакция введения в молекулы неорганических и органических соединений остатков кислот фосфора. Биологическое фосфорилирование играет важную роль в обмене веществ (в процессах окисления, при синтезе белков, нуклеиновых кислот и др.)

22 Нуклеопротеиды - комплексы белков с нуклеиновыми кислотами. Составляют основу заключенного в ядрах клеток наследственного вещества - хроматина, образуют многочисленные вирусы, рибосомы.

23 Геном - совокупность генов, содержащихся в гаплоидном (одинарном) наборе хромосом данного организма.

24 Хромосомные перестройки (хромосомные аберрации, хромосомные мутации) - структурные изменения хромосом, сопровождающиеся разрывом хромосом, за которым обычно следует соединение оборванных концов в новых сочетаниях. При хромосомных перестройках наблюдается перераспределение или утеря части генного материала клеток.

25 Гаметы - половые или репродуктивные клетки, женские (яйца или яйцеклетки) и мужские (сперматозоиды, спермии) половые клетки животных и растений, обеспечивающие при слиянии развитие новой особи и передачу наследственных признаков от родителей потомству.

26 Зигота - оплодотворенное яйцо; диплоидная клетка, образующаяся у животных и растений в результате слияния мужской и женской половых клеток (гамет); начальная стадия развития зародыша.

27 Леталь (от лат. letalis - смертельный) - мутантное состояние гена, приводящее организм к гибели.

28 Синдром - закономерное сочетание симптомов, обусловленное единым патогенезом (патогенез - механизм развития заболеваний и патологических процессов), рассматривается как самостоятельное заболевание или как стадия какого-либо заболевания.

29 Васкулярный - от лат. vasculum - сосудик.

30 Анорексия (от греч. an - частица отрицания и orexis - аппетит) - снижение аппетита.

31 Дегидратация - отщепление воды от химических соединений; в медицине - обезвоживание организма.

32 Гипотензия - снижение артериального давления.

33 Лейкопения - уменьшение числа лейкоцитов в единице объема крови.

34 Лейкоциты - бесцветные клетки крови человека и животных. Имеют ядро и способны к активному амебоидному движению. В организме поглощают бактерии и отмершие клетки, вырабатывают антитела.

35 Тромбоциты - клетки крови позвоночных животных, содержащие ядро (кроме млекопитающих), участвующие в свертывании крови. Безъядерные тромбоциты млекопитающих и человека называют кровяными пластинками.

36 Геморрагия - истечение крови из сосудов при нарушении их целостности, проницаемости их стенок (кровотечение, кровоизлияние).

37 Эпиляция (от франц. epiler - удалять волосы) - искусственное удаление волос путем выдергивания, рентгеновского облучения и др.

38 Катаракта - помутнение хрусталика глаза в результате старческого нарушения питания тканей, диабета, повреждения глаза и других причин.

39 Лейкоз (лейкемия, белокровие) - опухолевые заболевания кроветворной ткани с поражением костного мозга и вытеснением нормальных ростков кроветворения, увеличением лимфатических узлов и селезенки, изменениями в составе крови и другими проявлениями.

40 Тромбоцитопения - уменьшение числа кровяных пластинок в единице объема крови. Следствием тромбоцитопении является склонность к кровоточивости.

41 Эндокринные нарушения - группа заболеваний человека, обусловленных нарушением функций желез внутренней секреции.

16