Что обладает самой высокой радиочувствительностью. Радиочувствительность органов и тканей: определение, методы изменения радиочувствительности. Контрольные вопросы и задания

Радиочувствительность I Радиочувстви́тельность

чувствительность биологических объектов к повреждающему воздействию ионизирующего излучения. Количественная оценка Р. производится путем измерения поглощенных доз ионизирующего излучения, вызывающих определенный эффект (см. Доза ионизирующего излучения). Во многих исследованиях она основывается на измерении дозы ионизирующего излучения, вызывающей гибель 50% облученных объектов (так называемая 50% летальная , или DL 50). Сопоставление Р. разных объектов производят посредством измерения поглощенных доз излучения, вызывающих у них одинаковый эффект, выявляемый по одному и тому же критерию. Изучение механизмов поврежденного действия ионизирующего излучения (Ионизирующие излучения) и механизмов восстановления организмов лучевых повреждений имеет большое значение для разработки методов противолучевой защиты (Противолучевая защита) и повышения эффективности лучевой терапии (Лучевая терапия) опухолей.

Весьма важен правильный выбор адекватных методов и критериев оценки Р. Многие реакции на специфичны для определенных тканей и систем. Например, такая универсальная клеток на облучение, как задержка деления, легко выявляется в активно пролиферирующих тканях и не может быть обнаружена в тканях, где клеточное выражено слабо или отсутствует. Поэтому для оценки Р. обычно используют такие четко регистрируемые реакции, как выживаемость (или гибель) клеток либо организмов.

Диапазон видовых различий Р. организмов весьма широк и измеряется несколькими порядками. Не меньше различий Р. отмечается у разных клеток и тканей. Наряду с радиочувствительными ( крови, и половые железы) существуют так называемые радиоустойчивые, или радиорезистентные, системы и ткани (костная, мышечная и нервная).

Радиочувствительность варьирует в пределах одного вида в зависимости от возраста - возрастная Р. (так, наиболее радиочувствительными являются молодые и старые экспериментальные , наиболее радиорезистентными - половозрелые и новорожденные), от пола - половая Р. (как правило, самцы более радиочувствительны) и индивидуальная Р. у разных особей одной или той же популяции. Менее изучены сезонные и суточные колебания радиочувствительности.

Чтобы понять механизмы, определяющие естественную Р. организма (без чего невозможно правильно оценить последствия облучения человека), необходимо последовательно рассмотреть клеточные и тканевые аспекты Р., так как Клетка - основная биологическая единица, в которой реализуется воздействие поглощенной при облучении энергии, что в последующем приводит к развитию лучевого поражения. Среди многих проявлений жизнедеятельности клетки наиболее чувствительна в отношении ионизирующего излучения ее способность к делению. Под клеточной гибелью (или летальным эффектом) в радиобиологии понимают утрату клеткой к пролиферации, а выжившими считают клетки, сохранившие способность к неограниченному размножению. В зависимости от связи летального эффекта с процессом деления различают две основные формы радиационной гибели клеток: интерфазную (до деления клетки или без него) и репродуктивную (после первого или нескольких последующих циклов деления). Для большинства клеток, в т.ч. и для клеток многих млекопитающих, характерна репродуктивная форма лучевой гибели, основной причиной которой являются структурные хромосом (Хромосомы), возникающие в процессе облучения. Они обнаруживаются с помощью цитогенетических методов исследования на разных стадиях митоза (чаще в анафазе или метафазе) в виде так называемые хромосомных перестроек, или аберраций. Гибель таких аберрантных клеток или их потомков происходит вследствие неравномерного разделения или частичной утраты жизненно необходимого генетического материала из-за неправильного соединения разорванных хромосом или отрыва их фрагментов. Определение доли клеток с хромосомными аберрациями часто используют в качестве надежного количественного показателя радиочувствительности, т.к. с одной стороны, число таких поврежденных клеток четко зависит от дозы ионизирующего излучения, а с другой - отражая его летальное действие, этот критерий хорошо коррелирует с количеством погибающих клеток, оцениваемым по снижению способности к клонообразованию.

Интерфазная гибель клетки наступает до вступления в , и для большинства клеток такая гибель возможна лишь при очень больших дозах. Однако для некоторых клеток, например малодифференцированных кроветворных элементов и лимфоцитов, интерфазная гибель происходит уже при относительно низких дозахоблучения. Клетки, погибающие таким путем, могут быть выявлены через 2-6 ч после облучения с помощью обычных цитологических методов исследования по различным изменениям (чаще по пикнозу ядра и фрагментации хроматина). Подсчет таких клеток также используют в качестве количественного показателя степени лучевого поражения.

Молекулярным субстратом, ответственным за гибель клетки, являются и ее комплексы с белками и ядерной мембраной. Разработаны молекулярно-биологические методы количественной оценки повреждения ДНК, используемые при изучении механизмов лучевого поражения клеток и восстановления их жизнеспособности. Последнее обусловлено явлением репарации ДНК, осуществляемой специальной системой ферментов. Эффективность репарации ДНК, по современным представлениям, имеет определяющее значение в клеточной радиочувствительности.

Радиочувствительность организма может быть охарактеризована на примере острой лучевой болезни (Лучевая болезнь), возникающей после общего однократного равномерного внешнего облучения. В этом случае радиационному воздействию одновременно подвергаются все системы, органы и ткани, что позволяет сопоставить картину поражения с поглощенной дозой в так называемых критических органах. Между дозой излучения, выживаемостью и средней продолжительностью жизни существует строгая зависимость, определяемая различиями в Р. отдельных жизненно важных систем, которых проявляется в виде характерных синдромов: кроветворного (костномозгового), кишечного и церебрального. Кроветворный развивается у большинства млекопитающих при общем облучении в дозах 5-10 Гр . Смерть наступает между 2-й и 4-й неделями аплазии кроветворной ткани. Кишечный синдром отмечают при дозах излучения 10-100 Гр , он заканчивается летальным исходом на 4-7-й день после облучения. При облучении в дозах 150 Гр и более гибель наступает от церебрального синдрома в первые сутки или часы после облучения. При дозе излучения, превышающей 1 кГр , экспериментальные животные погибают мгновенно вследствие денатурационной инактивации клеток («молекулярная» гибель).

Радиочувствительность костного мозга является основным фактором, определяющим общую Р. организма млекопитающих. Именно гибель его клеток определяет смертельный исход. Характеризуя Р. организма человека и млекопитающих, обычно имеют в виду дозы, вызывающие их гибель при явлениях кроветворного синдрома.

Что касается тканей и органов, отнесенных к радиорезистентным, то нельзя сказать, что они совсем не реагируют на воздействие ионизирующего излучения. И в клетках непролиферирующих тканей под влиянием облучения возникают повреждения хромосом, не реализуемые, однако, из-за отсутствия клеточного деления, а потому и не сказывающиеся на жизнеспособности покоящихся клеток. Но если искусственно вызвать пролиферацию таких клеток (например, клеток печени путем частичной ее резекции), то оказывается, что они как бы запомнили радиационное воздействие и в делящихся элементах регенерирующего органа легко обнаруживаются хромосомные аберрации, причем количество таких поврежденных клеток на единицу дозы такое же, как и в клетках радиочувствительных органов. Есть основания полагать, что «консервация» радиационного поражения хромосом в клетках органов и систем, характеризующихся низким уровнем физиологической пролиферации, является причиной их функциональной неполноценности в отдаленные сроки после облучения; это способствует сокращению продолжительности жизни и развитию злокачественных опухолей.

Искусственное изменение, или , Р. осуществляется как в сторону ее снижения (Противолучевая защита), так и повышения - так называемая (см. Радиомодификация). Физические и химические агенты, используемые для противолучевой защиты, получили название радиопротекторов, а применяемые для сенсибилизации к излучению - радиосенсибилизаторов (см. Радиомодифицирующие агенты).

Важным средством управления радиочувствительностью, в т.ч. с целью направленной кодификации Р. нормальных и опухолевых тканей при лучевой терапии (Лучевая терапия), является регуляция парциального давления (напряжения) кислорода в тканях, т.к. их радиочувствительность увеличивается при повышении и уменьшается при понижении напряжения кислорода (см. Радиомодифицирующие агенты).

II Радиочувстви́тельность

чувствительность организма, его органов, тканей и клеток к воздействию ионизирующего излучения.

Радиочувстви́тельность видова́я - P., обусловленная принадлежностью особи к определенному биологическому виду.

Радиочувстви́тельность возрастна́я - Р., обусловленная возрастом особи; Р. в. особенно высока в период роста организма и дифференцировки его систем.

Радиочувстви́тельность генети́ческая - P., выражаемая числом мутаций, индуцируемых дозой в 1 рад за одно поколение в расчете на один .

Радиочувстви́тельность индивидуа́льная - P., обусловленная индивидуальными свойствами особи.

Радиочувстви́тельность полова́я - Р., обусловленная половой принадлежностью особи.

Радиочувстви́тельность тканева́я - Р. ткани, обусловленная особенностями ее строения; высокая Р. т. присуща малодифференцированным тканям, в т.ч. опухолевым.

1. Малая медицинская энциклопедия. - М.: Медицинская энциклопедия. 1991-96 гг. 2. Первая медицинская помощь. - М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г. 3. Энциклопедический словарь медицинских терминов. - М.: Советская энциклопедия. - 1982-1984 гг .

Синонимы :

Смотреть что такое "Радиочувствительность" в других словарях:

Радиочувствительность … Орфографический словарь-справочник

Восприимчивость клеток, тканей, органов или организмов к воздействию ионизирующего излучения (для молекул используют термин радиопоражаемость). Мерой радиочувствительности служит доза излучения, вызывающая определённый уровень гибели облучаемых… … Википедия РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ - чувствительность биол. объектов к действию ионизирующих излучений. Мерой Р. является доза облучения, вызывающая гибель 50% клеток или организмов (ЛД50). У разных биол. объектов Р. может различаться в сотни и тысячи раз: ЛД50 для клеток… … Биологический энциклопедический словарь

Чувствительность биол. объектов к действию ионизирующих излучений. Мерой Р. является доза облучения, вызывающая гибель 50 % клеток или организмов (ЛД50). Для разных биол. объектов Р. может существенно различаться–ЛДи0 для клеток млекопитающих –… … Словарь микробиологии

Сущ., кол во синонимов: 1 чувствительность (62) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов - Мера чувствительности биологического объекта к действию ионизирующего излучения. Степень радиочувствительности сильно меняется при переходе от одного биологического вида к другому, в пределах одного вида, а для определенного индивидуума зависит… … Справочник технического переводчика

Радиочувствительность - РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ, восприимчивость живых организмов к действию ионизирующих излучений. Мерой радиочувствительности служит обычно доза излучения, вызывающая гибель 50% особей (ЛД50). Живые организмы сильно различаются по радиочувствительности … Иллюстрированный энциклопедический словарь

При высоких дозах облучения часть клеток полностью теряет способность к делению. При малых дозах деление задерживается на некоторое время, а затем может стать даже выше исходного. Следовательно, реакция различных структурно-функциональных биологических систем на облучение не однозначна. Поэтому введено понятие радиочувствительности и радиоустойчивости или радиорезистентности.

Радиочувствительность - сравнительная характеристика степени структурно-функциональных нарушений различных клеток, тканей и организмов при воздействии на них одной и той же дозы ионизирующего излучения.

Другая формулировка отражает пороговое состояние, показывающее способность различных клеток, тканей и организмов реагировать на минимальные дозы облучения структурно-функциональными изменениями.

Радиоустойчивость - способность клеток, тканей и организмов переносить высокие дозы ионизирующего облучения. За оценочный критерий берётся летальная или полулетальная доза.

В 1906 году Бергонье и Трибондо сформулировали закономерность, отражающую радиочувствительность клеток и тканей, согласно которой она прямо пропорциональна уровню организаии, интенсивности репродуктивных и обменных процесссов и обратно пропорциональна степени дифференцировки этих структур.

Дозы ионизирующих излучений, дающие определенный патологического эффект, у каждого биологического объекта свои, то есть наблюдается различная чувствительность к ним.

Установлено, что скорость деления клеток на разных стадиях развития тканей и организмов весьма различна и что с её увеличением при остром облучении радиочувствительность этих клеток повышается. Причём, они более чувствительны к облучению на ранних стадиях развития, особенно на ранних стадиях клеточного деления – деления ядра.

При высоких дозах облучения часть клеток полностью теряет способность к делению. При малых дозах деление задерживается на некоторое время, а затем может стать даже выше исходного. Следовательно, реакция различных структурно-функциональных биологических систем на облучение не однозначна. Поэтому введены понятия радиочувствительности и радиоустойчивости или иначе радиорезистентности.

В 1906 году Бергонье и Трибондо сформулировали закономерность, отражающую радиочувствительность клеток и тканей, согласно которой она прямо пропорциональна интенсивности репродуктивных и обменных процесссов и обратно пропорциональна уровню организации и степени дифференциации этих структур.

Радиочувствительность живых организмов является важнейшей проблемой среди вопросов, разрабатываемых современной радиобиологией.

Выяснение природы радиочувствительности необходимо для понимания реакций той или иной биологической системы на радиационное воздействие. Практическое значение проблемы определяется прежде всего необходимостью выработки мероприятий, которые модифицируют лучевую реакцию организмов, их тканей, органов и систем, снижающих или увеличивающих лучевое поражение последних.

Радиочувствительность - сравнительная характеристика степени структурно-функциональных нарушений различных клеток, тканей, органов и организмов при воздействии на них одной и той же дозы ионизирующего излучения.

Согласно другой формулировке под радиочувствительностью понимается пороговое состояние, показывающее способность различных клеток, тканей, органов и организмов реагировать структурно-функциональными изменениями на минимальные дозы облучения.

Радиоустойчивость - способность клеток, тканей и оргнизмов переносить высокие дозы ионизирующего облучения. За оценочный критерий берётся летальная или полулетальная доза.

Следовательно, чем меньше поглощённая доза ионизирующего излучения, на которую возникает реакция биологической системы, тем радиочувствительность её выше, и, соответственно, чем больше поглощённая доза ионизирующего излучения, которая переноситься биологической системой с сохранением жизнеспособности, тем выше её радиорезистентность.

Чувствительность различных биологических структур от клеток и до целостных организмов к воздействию ионизирующих излучений варьирует в широких пределах и зависит от их структурно-функциональных особенностей.

Различают клеточную, тканевую, органную и организменную, видовую и индивидуальную радиочувствительность.

Радиочувствительность повышается при угнетении эндокринной и иммунной систем, возбуждении центральной нервной системы, наличии хронических заболеваний жизненно важных органов и систем, голодании, экстремальных температурах и других неблагоприятных факторах, снижающих защитные силы организма.

По радиочувствительности наибольший интерес в мире животных представляют млекопитающие, в т.ч. и человек. Однако наиболее она изучена у мелких животных при экспериментальных исследованиях.

Для характеристики радиочувствительности облучённых животных и растений введён оценочный критерий – летальная доза, т.е. минимальная доза ионизирующих излучений, которая приводит к гибели соответственно 50, 75 или 100 % особей. Она скорее отражает радиорезистентность, чем радиочувствительность и поэтому её ещё можно назвать критической дозой.

Для животных и человека за оценочный критерий летальной дозы приняты ЛД 50/30 , ЛД 75 /30 и ЛД 100/30 , т.е. через 30 суток погибает 50, 75 или 100 % облучённых особей.

Установлено, что для большинства родов млекопитающих полулетальная доза не превышает 4-5 Гр, а летальная 8-9 Гр. Среди домашних животных наиболее радиорезистентны кролики (ЛД 50 = 8-10 Гр). При этом молодые животные более радиочувствительны.

Среди животных других классов более высокой радиочувствительностью, чем у млекопитающих обладают: из позвоночных – птицы (ЛД 50 = 8-25 Гр), рыбы (ЛД 50 = 5-20 Гр), амфибии (ЛД 50 = 25-30 Гр). У пресмыкающихся ЛД 50 колеблется в широких пределах: от 15-20 Гр у черепах и до 80-200 Гр у змей.

Беспозвоночные обладают большей радиорезистентностью. ЛД 50 у них составляют 50-300 Гр, а ЛД 100 = 100-500 и даже 1000 Гр.

Для моллюсков ЛД 50 колеблется от 20 до 200 Гр, членистоногих – от 100 до 1000 Гр, кишечнополостных – от 50 до 2500 Гр, амёб – от 1000 до 3000 Гр, инфузорий – от 3000 до 7000 Гр.

Радиочувствительность бактерий и вирусов колеблется в широких пределах: ЛД 50 = 30-60 Гр у кишечной палочки и до 4000-7000 Гр – у репродуцирующих форм вирусов. У последних в покоящейся форме радиорезистентность значительно выше: ЛД 100 = 20000-25000 Гр.

Мхи и водоросли ещё более радиорезистентны. Известно, что некоторые из них живут в водяных теплообменных контурах действующих атомных реакторов.

Установлено, что скорость деления клеток на разных стадиях развития тканей и организмов весьма различна и что с её увеличением при остром облучении радиочувствительность этих клеток повышается. Причём, они более чувствительны к облучению на ранних стадиях развития, особенно на ранних стадиях клеточного деления ядра.

В результате многолетних исследований и наблюдений была составлена шкала радиочувствительности клеток, тканей, органов, систем, целостных организмов, различных видов животных, человека и растений.

В зависимости от степени структурных нарушений в клетках различают величину действия ионизирующих излучений:

• незначительное: жиры, хромофильное вещество, пигментные зёрна;
• выраженное: сетчатый аппарат Гольджи, нейро- и миофибриллы;
• резко выраженное: ядро клетки, особенно хромосомный аппарат ядра.

Изменения размножения и роста клеток под воздействием ионизирующих излучений протекают с разной интенсивностью. Размножение изменяется в большей мере, чем рост и увеличение массы и объёма клеток. Интенсивная репродуктивная функция и объясняет высокую радиочувствительность.

Митоз клеток некоторых тканей животных ускоряется при малой мощности дозы – 0,1 Р/минуту. Большие мощности дозы резко тормозят, а затем и прекращают митоз.

В жизненном цикле клетки многоклеточного организма различают:

• митотический или пролиферативный цикл, когда происходит комплекс взаимосвязанных и детерминированных хронологически событий в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления;
• период выполнения клеткой специальных функций;
• период покоя, когда клетка может начать подготовку к митозу или станет на путь специализации.

В митотическом цикле различают четыре периода:

1. пресинтетический или постмитотический – G 1

2. синтетический – S

3. постсинтетический или премитотический – G 2

4. митоз – М

В митозе различают фазы:

· профаза – первая стадия деления клетки: конденсация и спирализация хромосом, разрушение ядерной оболочки;

· прометафаза – формироваине аппарата клеточного деления;

· метафаза – движение хромосом к центру клетки и разделение сестринских хромосом;

· анафаза – расхождение хромосом к полюсам клетки;

· телофаза ранняя и поздняя – конечная фаза деления клетки: образование оболочки вокруг из каждой групп хромосом, собравшихся у полюсов; разделение тела клетки; разрушение митотического аппарата; образование ядрышек.

Установлено, что у клеток к ионизирующим излучениям радиочувствительность в митотический или пролиферативный цикл значительно выше.

Наибольшая радиочувствительность к ионизирующим излучениям у клеток отмечается в период митоза и особенно в стадию профазы.

Гипотезы объясняющие причины нарушения деления клеток:

1. Разрушение веществ, стимулирующих митоз – ауксинов.
2. Нарушение проницаемости клеточных мембран – цитоплазмы и ядерных мембран.
3. Накопление веществ, тормозящих деление клетки – АТФ, которая расщепляется аденозинтрифосфатазой. Последняя разрушается при облучении.
4. Нарушение синтеза нуклеиновых кислот вследствие недостатка ДНК.
5. Повреждение хромосом – хромосомные аберрации, перестройки.

Установлено, что при повреждении хромосомной ДНК деление клетки задерживается, а затем она обычно погибает.

Различают гибель клеток вследствие облучения:

• в интерфазу, т.е. до вступления клетки в митоз – смерть под лучом;
• в репродуктивную стадию – при первом же после облучения митозе.

Асинхронное деление клеток, тканей и органов определяет в них наличие одновременно клеток с различной радиочувствительностью до радиорезистентных, усредняя, таким образом, для каждого вида тканей и органов их радиочувствительность в тех или иных условиях их жизнедеятельности.

Клетки тканей, находящихся в состоянии деления, т.е. пролиферации, в соответствии с законом французских исследователей-физиологов И. Бергонье и Л. Трибондо обладают высокой радиочувствительностью.

Ткани и органы, повреждение которых при облучении организма вызывает существенные нарушения его жизнедеятельности вплоть до гибели, называют критическими.

Радиочувствительность тесно связана с возрастом. Молодняк и старые животные более чувствительны к радиации, чем организмы зрелого возраста. Первые в силу того, что в их организме много активно делящихся клеток, регулирующие системы недостаточно совершенны. Более высокая радиочувствительность у старых животных связана с замедлением процессов регенерации и компенсации.

Ткани организма весьма различаются по радиочувствитель­ности. Если гибель лимфоцитов или костномозговых клеток удает­ся зарегистрировать после облучения в дозах, равных десятым долям грея, то мышечные и нервные клетки выдерживают нередко дозы в десятки грей. Определенная закономерность в распределении тканей по радиочувствительности отмечена еще в самом начале изуче­ния биологического действия излучений в 1906 году французскими учеными Бергонье и Трибондо. Ими было сформулировано правило, согласно которому ткани тем более радиочувствительны, чем выше пролиферативная активность составляющих их клеток, и тем более радио­резистентны, чем выше степень их дифференцировки.

Высокую радиочувствительность активно пролифериру­ющих клеток связывают с особой ролью при облучении повреждений уникальных структур ядерной ДНК. На тканевом уровне острое радиационное поражение проявля­ется нарушениями структуры и функции, зависящими, прежде все­го, от клеточного опустошения ткани.

Хотя радиочувствительность тканей определяется, главным образом, радиочувствительностью состав­ляющих эту ткань клеток, нельзя сбрасывать со счетов и опосредованные влияния радиации через пораженние регулирующих систем - нервной, эндокринной. Кроме того, радиочувствительность органа зависит от его функциональногшо состояния. Так, чувствительность обычно повышается при усилении функции органа. Это показано, для молочной железы в периоде лактации, щитовидной железы в состоянии гипертериоза и др.

Во взрослом организме в соответствии с правилом Бергонье и Трибондо непролиферирующие высокодифференцированные нервные клетки высоко радиорезистентны. Однако это относится лишь к морфологическим проявлениям повреждения. Функциональные же реакции нейронов обнаруживаются в ответ на облучение уже в ничтожных дозах. Так, ранние изменения электро­энцефалограммы появляются после облучения в дозе 0.5 мГр; об­лучение в дозе 1 мГр вызывает заметное удлинение времени реф­лекса в ответ на электрораздражение. Спящие крысы просыпаются в результате облучения в дозе 0.01 - 0.02 Гр. Волны электри­ческой активности в переживающих in vitro нервных клетках вы­зывает облучение в дозе 0.01 Гр. Все это говорит о высокой ре­активности элементов нервной системы по отношению к радиацион­ным воздействиям.

Можно заключить, что термин "радиочувствительность" в его обычном употреблении не очень удачен. Казалось бы, логичнее, как это предлагал в свое время видный патофизиолог и радиобио­лог П.Д. Горизонтов, понимать под радиочувствительностью коли­чественное выражение любых форм реакции биологического объекта на облучение, а не только повреждения. Если бы это предложение утвердилось, нервную ткань называли бы наиболее радиочувстви­тельной. Однако в радиобиологии термин радиочувствительность применяется чаще всего как синоним радиопоражаемости.

Радиационное поражение системы крови

Система крови относится к числу систем клеточного обновления, функционирование которых обеспечивает поддержание постоянного числа функциональных клеток, обладающих короткой продолжительностью жизни. Схема функционирования такой системы приведена на рис.

Послелучевые изменения, происходящие в системе клеточного обновления, будут рассмотрены на примере гранулоцитопоэза.

Одним из важных эффектов является приостановка клеточного деления (блок митозов), которая тем продолжительнее, чем выше доза облучения.

По выходе из блока часть клеток, в которых повреждения ядерной ДНК не были репарированы, подвергается репродуктивной гибели. Часть клеток погибает по интерфазному типу. С повышением дозы число погибающих клеток увеличивается. Наиболее радиочувствительны клетки стволового отдела (Do составляет около 1 Гр), и по критерию утраты способности к образованию колоний дочерних клеток число стволовых клеток резко снижается практически сразу после облучения. Высокой радиочувствительностью обладают и клетки пула пролиферации. Что же касается клеток пула созревания, то их радиочувствительность сравнительно невысока, большинство этих клеток сохраняют жизнеспособность, созревают и выходят в периферическую кровь. В результате количество клеток в костном мозге, а затем и в периферической крови довольно быстро убывает. Вначале снижается число наиболее молодых, наиболее радиочувствительных клеток. Затем процесс опустошения захватывает все более и более зрелые отделы, т.к. созревание и выход в кровь созревших клеток продолжаются, а восполнения их числа за счет поступления из пролиферативного пула нет. Наконец, и в периферической крови развивается гранулоцитопения (рис. 5).

Рисунок 5. Схема развития опустошения в системе клеточного об­новления после облучения в высокой дозе (по В. Бонду и др., 1971)

На ход кривой содержания в крови гранулоцитов влияют и другие факторы. Так, в ближайшие часы после облучения обнаруживается ранний нейтрофильный лейкоцитоз перераспределительного характера - неспецифическая реакция, наблюдаемая при воздействии и других раздражителей. Важное значение имеет так называемый абортивный подъем числа нейтрофилов, наблюдающийся у человека с середины 2-й недели после облучения и сменяющийся еще более глубоким снижением количества этих клеток. Абортивный подъем объясняют возобновлением (после выхода из митотического блока) пролиферации клеток, способных к ограниченному числу делений, что обеспечивает лишь временное увеличение числа зрелых нейтрофилов. Однако и оно оказывается полезным, сокращая период глубокой нейтропении.

В клетках периферической крови облученных обнаруживаются морфологические и цитохимические изменения, что свидетельствует о их неполной функциональной полноценности. Однако, в основном клетки крови после облучения в дозах несколько грей при острой лучевой болезни выполняют свои функции удовлетворительно, и главной причиной клинических нарушений, связанных с поражением кроветворения, служат не качественные изменения в клетках, а уменьшение их количества.

Начало снижения содержания в крови отдельных видов функциональных клеток после облучения и срок, когда глубина этого снижения максимальна, зависят, главным образом, от времени, в течение которого клетки–предшественники находятся в составе пулов пролиферации, созревания, а также от продолжительности циркуляции в крови созревших клеток. Эти параметры различны как для разных клеточных линий, так и для разных видов животных. Так, например, у человека прохождение предшественников гранулоцитов через пул пролиферации занимает 4 - 6 дней, и примерно столько же времени - прохождение через пул созревания. Зрелые гранулоциты циркулируют в крови в среднем всего 8 - 10 часов.

В соответствии с названными сроками нейтропения у человека начинает обнаруживаться, примерно, через 5 суток после облучения. Продолжительность пребывания в крови человека тромбоцитов оценивается в 6 - 8 дней, и минимальный их уровень достигается через 2 – 2,5 нед.

Длительность жизни эритроцитов в крови составляет 100 – 120 дней. Поражение зрелых эритроцитов после облучении в дозах, составляющих несколько грей, невелико, и поэтому, даже в случае полного прекращения продукции новых эритроцитов, их число в сутки может снизиться примерно на 1 %, и анемия развивается очень медленно (если не возникнет кровотечения).

Продолжительность блока митозов зависит от дозы облучения и составляет от нескольких часов до суток, редко более. После выхода из блока сохранившие жизнеспособность стволовые клетки возобновляют пролиферацию, создавая тем самым основу для восстановления морфологического состава костного мозга, а затем и крови. Это восстановление числа СКК можно наблюдать уже тогда, когда в крови только еще начался процесс опустошения. Однако, чтобы процесс восстановления в стволовом отделе реализовался увеличением числа зрелых функциональных клеток, нужно время, которое необходимо как для восстановления достаточного числа самих стволовых клеток, так и для прохождения клеток через отделы деления и созревания.

Выраженность цитопении (т.е. глубина, время достижения и продолжительность снижения содержания в крови клеток) нарастает с увеличением дозы облучения.

Поражение кроветворения и связанные с ним клинические проявления, в первую очередь инфекционные осложнения и повышенная кровоточивость, получили наименование костномозгового синдрома, который лежит в основе одноименной формы ОЛБ, развивающейся после облучения в дозах 1 - 6 Гр.

Радиационные синдромы.

Неодинаковой радиочувствительностью характеризуются не только различные особи одного вида, но разные клетки, ткани, органы, системы органов одного и того же организма. Закономерности протекания биологического эффекта (поражения) при облучении определяются двумя группами факторов. Во-первых, величиной поглощенной организмом эквивалентной дозы и ее распределением в пространстве и времени, во- вторых радиочувствительностью тканей, органов и систем органов, имеющих существенное значение для функционирования организма. Сочетание этих факторов определяет специфику и время проявления эффектов облучения.

Наиболее полно изучена картина поражения ионизирующими излучениями представителей млекопитающих, в т. ч и человека. Как уже отмечалось, ионизирующее излучение являются специфическим, не имеющим аналогов, физическим воздействием на живые системы. В первую очередь специфичность этого облучения определяется высокой проникающей способностью большинства видов ионизирующих излучений. Так, в результате тотального облучения организма рентгеновским, g-, b-, тормозным, нейтронным, протонным излучениями ни один участок организма не остается не облученным. Только в случае a-облучения организм может получить локальное облучение.

В большинстве случаев при облучении животных и человека, возникают изменения в организме, которых принято называть общим термином – лучевая болезнь. Под лучевой болезнью человека и других млекопитающих понимают определенный комплекс проявления поражающего действия ионизирующего излучения на организм. Многообразие лучевых реакций организма зависит от способа облучения (общее, местное, внешнее или внутреннее от инкорпорированных радионуклидов), временного фактора облучения (однократное, повторное, пролонгированное, хроническое). Интенсивность проявлений эффектов облучения зависит также от пространственного фактора, т.е. от размера облученной поверхности и распределения поглощенной дозы в живом организме. По этому фактору, облучение организма может быть тотальным, локальным, равномерным, неравномерным. Самый типичный пример радиационного поражения млекопитающих и человека – это острая лучевая болезнь (ОЛБ). ОЛБ проявляется при однократном тотальном внешнем облучении при эквивалентных дозах более 1 Зв. Для понимания основных закономерностей проявлений лучевого поражения необходимо внести понятие «критический орган». Термином «критический орган» в радиобиологии обозначают жизненно важные ткани, органы или системы органов, у которых нарушается структура и функции при облучении в определенном интервале доз, что обуславливает болезнь или гибель организма через определенное время после облучения. Между величиной поглощенной дозы и средней продолжительностью жизни облученного организма существует строгая зависимость, определяемая различной радиочувствительностью критических органов. Рассмотрим зависимость средней продолжительности жизни облученного организма от величины поглощенной дозы. На рисунке 1 представлены данные экспериментов, определяющих эту зависимость при облучении мышей рентгеновским излучением. Как видно, повышение величины поглощенной дозы от 0 до 10 Гр приводит к снижению продолжительности жизни мышей до нескольких суток. При дальнейшем увеличении дозы облучения (10 –100 Гр) средняя продолжительность жизни животных не изменяется. Облученные в этом интервале доз мыши живут 1- 5 суток. Последующее увеличение поглощенной дозы до 1000 Гр приводит к резкому сокращению продолжительности жизни облученных мышей. В этом интервале доз этот показатель снижается от нескольких суток до нескольких минут. Аналогичные данные о зависимости продолжительности жизни от дозы облучения получены в опытах с многимии животными. Показанный на рисунке специфический характер зависимости продолжительности жизни от дозы облучения определяется радиочувствительностью основных критических органов у млекопитающих: красного костного мозга, желудочно-кишечного тракта, центральной нервной системы. Необратимое поражение этих критических органов обуславливают проявление основных клинических синдромов при облучении человека и млекопитающих: костно-мозгового (кроветворного), желудочно-кишечного, церебрального. Из рисунка 1 видно, что в интервалах доз 0 – 10 Гр гибель мышей обусловлен поражением кроветворной системы, в интервале 10 – 100 Гр- поражением желудочно- кишечного тракта. Быстрая гибель животных при дозах 100 –1000 Гр происходит вследствие поражения центральной нервной системы.

Рис. 1. Зависимость средней продолжительности жизни мышей от величины поглощенной дозы при тотальном однократном облучении рентгеновскими лучами.

Ось ординат – поглощенная доза, Гр; ось абсцисс - средняя продолжительность жизни облученных особей, сут.

Ступенчатый характер кривой, связанный с нарушением структуры и функционирования критических органов получен для многих животных, в т.ч. и для обезьян. Эти экспериментальные результаты с определеенной долей вероятности можно экстраполировать и на человека (рис. 2). Как видно, при дозах облучения в интервале 4-10 Гр средняя продолжительность жизни человека не превышает 40 суток. Гибель облученных при таких дозах происходит вследствие дестабилизации процессов кроветворения (костно-мозговой, кроветворный синдром). При больших дозах (10 –30 Гр) гибель облученных животных происходит вследствие поражения желудочно- кишечного тракта (желудочно-кишечный синдром) и продолжительность жизни особей не превышает 10 суток. При очень высоких дозах (>30 Гр) гибель облучения, продолжительность жизни человека колеблется от нескольких часов до 2 суток и летальный эффект обуславливается поражением центральной нервной системы (церебральный синдром).

Рис. 2. Зависимость средней продолжительности жизни обезьян (человека) от величины поглощенной дозы при тотальном однократном облучении рентгеновскими лучами.

Ось ординат – поглощенная доза, ось абсцисс - средняя продолжительность жизни облученных особей

Ведущая роль этих критических органов в гибели облученных животных, при облучении в соответствуещем интервале доз, показана на многочисленных экспериментах. Так, если экранировать участок костного мозга при тотальном облучении или пересадить смертельно облученным животным костный мозг необлученных животных, можно предотвратить или снизить количество погибших животных в при дозах до 10 Гр. Такие эксперименты проведены на различных животных и они свидетельствуют о том, что гибель особей в этом диапазоне доз обусловлен именно поражением системы кроветворения. О кишечном механизме смерти в диапазоне доз 10 - 30 Гр свидетельствуют эксперименты с локальным облучением выведенного наружу кишечника. В этом случае гибель животных наступает в такие же сроки, как и при тотальном облучении такими же дозами. При локальном облучении головы животных дозами больше 100 Гр, гибель их наступает в первые сутки и часы после облучения, сопровождаясь судорогами, что указывает на поражение центральной нервной системы.

Таким образом, при облучении животных и человека проявляется четкая зависимость степени выраженности радиационных синдромов от поглощенной дозы облучения. Характер такой зависимости обусловлен различиями, имеющимися в системах клеточного обновления соответствующих критических органов.

Устойчивое состояние динамического равновесия любой клеточной популяции в живом организме поддерживается системой клеточного обновления. Потеря любой клетки (вследствие гибели или миграции) в системе восполняется появлением новых клеток, что обеспечивает неизменность функций этой ткани или органа. Различные типы клеток характеризуются неодинаковой продолжительностью жизненного цикла, и соответственно, они различаются и по темпам обновления. В живом организме ежеминутно отмирают сотни тысяч отслуживших свой срок клеток и появляются взамен их новые клетки, которые через определенное время тоже отомрут, заменяясь другим поколением клеток. Такое устойчивое состояние динамического равновесия между гибелью клеток и появлением новых клеток является необходимым условием поддержания жизнеспособности организма. Любой взрослый, нормально функционирующий организм находится в состоянии строго сбалансированного клеточного обновления, которое имеет место в большинстве тканей и органов. Нарушение этого состояния, т.е. клеточного гомеостаза , приводит к гибели организма. Такие процессы, приводящие к нарушению клеточного гомеостаза, и происходят при действии ионизирующей радиации на животные организмы. В первую очередь, гибель млекопитающих при облучении происходит вследствие нарушения функционирования двух самообновляющихся клеточных систем – кроветворной и желудочно- кишечной. При очень высоких дозах облучения, гибель животных наступает вследствие интерфазной гибели клеток центральной нервной системы, которые у взрослых особей практически не возобновляются.

Кроветворный синдром. Красный костный мозг - типичный пример системы клеточного обновления.

Красный костный мозг характеризуется высокой радиочувствительностью и поэтому поражение системы кроветворения в той или иной степени наблюдается при облучении даже в относительно невысоких дозах. На примере красного костного мозга рассмотрим общие принципы функционирования системы клеточного обновления, которые можно экстраполировать и на другие самообновляющиеся системы клеток.

Как известно, основная функция красного костного мозга – продукция дифференцированных зрелых клеток крови – эритроцитов, лейкоцитов, лимфоцитов, тромбоцитов. Потеря любой из этих клеток в организме, восполняется образованием в костном мозге новой клетки. В системе клеточного обновления млекопитающих условно можно выделить несколько типов клеток, различающихся по степени зрелости и дифференцированности, так называемых клеточных пулов (рис. 3). Предшественниками клеток крови являются молодые недифференцированные клетки красного костного мозга – стволовые (клоногенные) клетки. Эти клетки способны постоянно делиться, и обеспечивать поступление новых клеток в кровь. Пройдя одно или несколько делений, стволовая клетка дифференцируется, созревает и превращается в какую-либо функционально активную клетку. Деление, дифференцировка, созревание различных типов клеток происходить с такой скоростью, чтобы поддерживать определенное количество тех или иных клеточных элементов в периферической крови. Скорость обновления клеток может варьировать в определенных пределах, в зависимости от физиологического состояния организма. Например, скорость обновления клеток крови повышается при воспалительных процессах.

Рис.3. Схематичное изображение системы обновления клеток крови в организме млекопитающих

Под действием ионизирующих излучений происходят резкие нарушения динамического равновесия между отдельными пулами, что приводит к тяжелым функциональным расстройствам и, в конечном счете, может привести к гибели организма. Нарушение клеточного гомеостаза при этом происходит вследствие временной задержки деления клеток, репродуктивной, и интерфазной гибели молодых недифференцированных клеток, изменения продолжительности процессов клеточного созревания, снижения времени жизни зрелых клеток. В результате этих процессов первые три пула начинают опустошаться сразу в ближайшие часы после облучения. Количество зрелых клеток начинает снижаться значительно позднее, когда естественная убыль их перестает восполняться из-за опустошения соответствующих пулов. В соответствии с правилом Бергонье –Трибондо, наиболее высокой радиочувствительностью отличаются молодые, делящиеся клетки. Так показано, что при дозе 6 – 7 Гр электромагнитного ионизирующего излучения, пролиферативную активность сохраняет всего 2-3 стволовых клеток из каждой тысячи клеток красного костного мозга. В результате облучения происходит подавление процесса образования новых клеток и опустошение пулов различных клеточных элементов в соответствии со временем их жизни.

Опустошение костного мозга начинается сразу после облучения и продолжается до некоторого минимума, после чего число клеток начинает повышаться вследствие регенерации выживших клеток. Относительное количество выживших клеток, продолжительность опустошения клеточных пулов, интенсивность регенерационных процессов зависят от дозы облучения. На рисунке 4 показана динамика изменения выживших клеток при облучении мышей при Д 37 . Как видно, при такой дозе облучения на 6-8 сутки в организме остается всего около 10 % стволовых клеток. Через 10 суток после облучения число клеток начинает увеличиваться вследствие размножения выживших клеток. На 16 сутки количество стволовых клеток составляет уже 70 % от числа стволовых клеток необлученного организма.

Рис.4. Изменение числа стволовых клеток красного костного мозга после облучения мышей при дозе равной Д 37 .

Характер изменения состава клеток в периферической крови облученного организма определяется временем жизни и радиоустойчивостью зрелых клеток крови. Численность наиболее долго живущих клеток крови- эритроцитов (время жизни более 3 месяцев) снижается очень медленно (рис. 5). Скорость уменьшения числа эритроцитов в периферической крови составляет 1 % в сутки от их общего количества (@ 25×10 7 клеток). Такая скорость уменьшения этих клеток обуславливается, в основном, естественной убылью эритроцитов из крови, так эти безьядерные клетки характеризуются относительно высокой радиоустойчивостью. Резкое уменьшение числа гранулоцитов и агронулоцитов в крови после облучения связано с высокой радиочувствительностью этих клеток. При относительно небольших дозах облучения (3-4 Зв) погибают не только молодые, слабодифференцированные клетки в костном мозге, лимфоидной ткани, селезенке, но и зрелые клетки лейкоцитов в составе периферической крови. Как видно из рисунка, через 4-5 суток после облучения, в крови определяется всего около 20 % от общего числа лейкоцитов. Особенно низкой устойчивостью к ионизирующему излучению обладают лимфоциты, а нейтрофилы (гранулоциты) характеризуются относительно высокой устойчивостью. Относительно высокая устойчивость характерна и для тромбоцитов. Экспериментальные кривые, характеризующие обновление тромбоцитов и нейтрофилов, отражают короткую продолжительность жизни этих клеток.

Рис. 5. Изменение количества клеточных элементов периферической крови после облучения мышей рентгеновским излучением в дозе равной Д 37 .

1- эритроциты; 2 – лейкоциты; 3 – тромбоциты; 4 – лимфоциты;

5 – нейтрофилы

Ось абсцисс – время после облучения, ось ординат – доля живых клеток.

Таким образом, основная причина опустошения пула зрелых клеток крови, происходящего в ранние сроки после облучения, заключается в резком торможении процессов клеточного деления в красном костном мозге, селезенке, и гибели определенной части радиочувствительных клеток в периферической крови.

При дозах облучения до 10 Гр гибель мышей наступает с в интервале 6 – 25 суток. Большая часть животных погибает на 10- 12 сутки после облучения, вследствие патологических процессов, вызванных тромбоцитопенией, гранулопенией, агронулопенией . Основными причинами гибели животных являются инфекционные и геммарогические процессы (см. лучевую болезнь). Животные, пережившие этот период, приобретают большие шансы на выживание, т.к. после этого срока функциональный пул крови начинает наполняться за счет деления выживших клеток.

Желудочно-кишечный синдром

Причиной гибели млекопитающих животных и человека, при облучении в дозах превышающих 10 Зв, является поражение желудочно-кишечного тракта. Наиболее радиочувствительным органом в системе желудочно-кишечного тракта является тонкий кишечник. После облучения наблюдается опустошение клеток ворсинок и крипт кишечника. Протекающие при этом процессы аналогичны процессам, рассмотренным выше для клеток крови и красного костного мозга, однако, с другими количественными характеристиками. Дегенеративная и регенеративная фазы у клеток кишечного тракта более кратковременны, чем у клеток крови и красного костного мозга. Стволовые клетки желудочно-кишечного тракта дифференцируются и созревают значительно быстрее, чем клетки крови. Так, если среднее время созревания для разных типов клеток крови составляет 3 – 8 суток, то для клеток желудочно-кишечного тракта - всего 42 – 55 часов. При этом стволовые клетки кишечника более устойчивы к облучению, чем стволовые клетки красного костного мозга. Среднелетальные дозы для первой группы клеток составляют D 37 = 4-6 Гр, для второй группы - D 37 = 1 Гр. В радиационном поражении эпителия кишечника значительную роль играет и интерфазная гибель клеток сразу после облучения. Поэтому опустошение клеток кишечника происходит очень быстро, у мышей, например, крипты тонкого кишечника, опустошаются за 1 – 2 сутки, ворсинки – за 3 – 4 суток. В течение этого срока наблюдается гибель большинства животных при выраженных проявлениях желудочно-кишечного синдрома. При облучении в меньших дозах, вызывающих кроветворный синдром, происходит интенсивное восстановление клеток кишечника, которое полностью заканчивается к 5-6 суткам после облучения.

Таким образом, гибель животных при дозах, вызывающих желудочно-кишечный синдром, определяется в первую очередь, опустошением ворсинок и крипт кишечника. Это приводит к нарушению функционирования пищеварительной и выделительной систем, нарушению баланса жидкостей в организме. Все эти процессы сопровождаются поражением кровеносных сосудов, кровоизлияниями и развитием инфекционных процессов. Определить, какой из этих процессов вносит наиболее существенный вклад в летальный исход животного, практически невозможно. Опыты с облучением животных в стерильных условиях свидетельствуют о важной роли инфекционных процессов в гибели животных.

Церебральный синдром

Действие ионизирующих излучений на клетки центральной нервной системы принципиально отличается от их действия на клетки красного костного мозга и кишечника. При облучении центральной нервной системы практически отсутствуют потери за счет репродуктивной гибели клеток. Как известно, нервная ткань, в основном, состоит из высокодифференцированных клеток, не способных к делению. Соответственно, нервные клетки характеризуются и высокой радиоустойчивостью. Интерфазная гибель нейронов происходит при очень высоких дозах излучения, порядка нескольких сотен Грей. Причем, неизвестно, является ли причиной гибели непосредственное повреждение нервных клеток вследствие облучения, или же гибель клеток опосредована повреждением других систем, в первую очередь, кровеснабжающих сосудов.

Таким образом, в радиобиологии человека и животных, выделяют три основных критических органа (систем), ответственных за гибель организма при однократном тотальном облучении. Однако, при других способах и условиях облучения, критическим органом может стать любой орган или любая ткань, поглотившие определенную дозу ионизирующего излучения. С этих позиций рассмотрим радиочувствительность основных органов человека.

Радиочувстительность отдельных тканей, органов человека

Кожный покров . Клетки кожи активно обновляются и поэтому покровные ткани человека очень чувствительны к действию радиации. Однако, высокая пролифирирующая активность стволовых клеток кожи обеспечивает их высокую регенеративную способность и соответственно, эпидермальные клетки хорошо восстанавливают сублетальные повреждения. Так, значение D q для этих клеток составляет около 5 Гр, тогда как для кроветворных клеток она равняется всего 0,5 Гр. При однократном облучении рентгеновским излучением кожа человека переносит без видимых симптомов поражения дозы до10 Гр. При более высоких дозах облучения возникают видимые повреждения - дерматиты и язвенные поражения кожи.

Органы зрения. Облучение органов зрения млекопитающих относительно невысокими дозами (до 3 Гр) приводит к возникновению воспалительных процессов в склере и коньюктиве. Более высокие дозы (3-10 Гр) вызывают катарактогенные процессы. Катаракта (помутнение хрусталика глаза) у человека наступает при дозах больше 6 Гр. Особенно опасны в этом отношении нейтронное облучение, эффективность которого в несколько раз выше, чем у рентгеновского и g-излучений. Помутнение хрусталика глаза при облучении является первичным диагностическим признаком для определения поглощенной дозы. Причины образования катаракты при облучении полностью не выяснены.

Пищеварительная система . Как отмечалось выше, наиболее радиочувствительным органом этой системы является тонкий кишечник. Поражение клеток тонкого кишечника, в первую очередь, и обуславливает проявление желудочно-кишечного синдрома. Остальные органы пищеварительной системы по убыванию радиочувствительности располагаются в следующем порядке: полость рта, язык, пищевод, желудок, прямая и ободочная кишки, поджелудочная железа, печень. Как видно, наиболее устойчивым органом пищеварительной системы является печень. Так, при однократном локальном облучении печени крыс в дозах до 15 Гр, в клетках не удается обнаружить никаких морфологических изменений. По данным ряда исследователей, значение D 0 для клеток печени крыс составляет около 90 Гр.

Сердечно-сосудистая система . Влияние ионизирующего излучения на сердечно-сосудистую систему мало изучено. Показано, что морфологические изменения в миокарде обнаруживаются при однократном рентгеновском облучении в дозах 5 - 10 Гр. При дозах 15 -20 Гр происходит образование тромбов в сосудах сердца. Кровеносные сосуды более радиочувствительны, чем мышечная ткань сердца. Даже при относительно невысоких дозах электромагнитного излучения наблюдается эритема кожи , вследствие поражения кровеносных сосудов. Показано, что кровеносные сосуды кожи при дозах 4-10 Гр теряют способность к образованию капилляров. Высокую радиочувствительность кровеносных сосудов обуславливается повреждением наружного слоя сосудистой стенки из-за изменений в структуре белка коллагена.

Органы дыхания. Легкие взрослых особей млекопитающих, в т.ч. и человека - стабильный орган с низкой пролиферативной активностью клеток. Поэтому этот орган является относительно радиоустойчивым. Так, при локальном облучении грудной клетки в относительно высоких дозах (10-20 Гр) мыши погибают через 100 -150 суток от легочных пневмонитов. LD 50/160 для мышей при однократном тотальном облучении составила 13 Гр, при 20-ти кратном фракционированном облучении этот показатель возрастает до 45 Гр. Морфологические изменения в тканях легких при облучении в дозе 20 Гр выявляются через 3 месяца после облучения. Длительность проявления радиационных повреждений обуславливается слабым клеточным обновлением в легочных тканях.

Эндокринная система. Железы внутренней секреции состоят из функциональных высокодифференцированных клеток, и соответственно, они характеризуются высокой радиорезистентностью. В то же время, способность к физиологической регенерации этих клеток очень низкая. При тотальном облучении организма, регистрируются нарушения баланса гормонов, в первую очередь, изменяется содержание гормонов щитовидной железы, надпочечников и гонад. Однако, невозможно определить, являются ли эти изменения результатом непосредственного повреждения эндокринных желез или же опосредованно отражают воздействие излучений на другие системы органов и на весь организм в целом.

Центральная нервная система. Клетки нервной системы характеризуются высокой устойчивостью к облучению. Реакции нервной системы на облучение проявляются при очень высоких дозах. Так, неврологические симптомы у крыс наблюдаются через 4-5 суток после облучения головного мозга пучком протонов (диаметр пучка 3 мм) с энергией 200 МэВ при дозе 200 Гр. При меньших дозах (10 -150 Гр) дегенеративные морфологические изменения развиваются в течение более длительного промежутка времени. При увеличении диаметра протонного пучка до 5 мм морфологические изменения в ткани мозга более выражены и проявляются быстрее. Экспериментальные факты свидетельствуют об опосредованном механизме радиационного поражения нервной системы, которая обуславливается, в первую очередь, нарушением кровоснабжения ткани вследствие повреждения кровеносных сосудов. Необходимо отметить, что функциональные изменения в центральной нервной системе, например, изменения условных рефлексов, развиваются уже при дозах 0,1 - 1 Гр, но они не определяют конечного исхода лучевого поражения организма.

Органы выделения. Количество экспериментальных данных о действии ионизирующего излучения на органы выделения очень мало. Наиболее изученными в этом отношении являются почки, которые относятся к радиорезистентным органам. В экспериментах на различных животных показано, что морфологические и функциональные изменения в них появляются только при дозах более 20 Гр. Эксперименты Т. Филлипса на мышах показали, что при локальном облучении в области почек, LD 50/180 составила 24 Гр. Через 16 месяцев этот показатель снизился до 13 Гр. При этом в канальцах и клубочках выявленются дегенеративные изменения, приводящие к почечной недостаточности. Поэтому, при лучевой терапии опухолей брюшной полости, поражение почек является лимитирующим фактором. По некоторым данным, облучение обеих почек в течение 5 недель в дозах выше 30 Гр, может вызвать необратимый хронический нефрит, приводящий к летальному исходу.

Органы размножения. Стволовые клетки, из которых образуются мужские гаметы (сперматозоиды) у млекопитающих, характеризуются крайне высокой радичувствительностью. Вследствие у большинства млекопитающих животных и человека уже при дозах 0,5-1 Гр происходит клеточное опустошение семенников. При поглощенной дозе 2-4 Гр наступает полная стерильность мужского организма. Однако, зрелые сперматозоиды, характеризуются очень высокими показателями радиоустойчивости. В опытах на мышах и крысах показано, что даже при облучении в дозах 1000 Гр, структура и подвижность сперматозоидов не изменяется и соответственно, они сохраняют способность к оплодотворению яйцеклетки. Наступающая после облучения относительно невысокими дозами стерильность самцов носит временный характер и ликвидируется по мере восстановления сперматогенеза вследствие размножения сохранившихся жизнеспособных сперматогониев.

Стерильность самок млекопитающих наступает при более высоких дозах, чем у самцов (у крыс –15-20 Гр) и как правило, она необратима. Необратимость стерилизации связано с тем, что образование женских половых клеток у млекопитющих заканчивается в ранние сроки после рождения. Как известно, у взрослого организма яичники не способны к активной регенерации. Поэтому, если при облучении погибли все потенциальные яйцеклетки, то плодовитость организма утрачивается необратимо.

Контрольные вопросы и задания.

1. Опишите схему проведения опытов с целью определения значений LD 50 при облучении рентгеновскими лучами:

б) плодовых мушек (дрозофилл)

в) дрожжевых клеток

г) вируса табачной мозаики

2. Существует закономерность: чем выше в эволюционном отношении вид, тем выше радиочувствительность особей этоговида. Это означает, что представители высокоорганизованных групп живых организмов менее радиоустойчивы, чем особи, принадлещащие к группам с более простой организацией. Как Вы объясните эту закономерность?

3. Особи одного и того же вида живых организмов характеризуются неодинаковой радиоустойчивостью. Выскажите Ваши соображения для объяснения этого факта.

4. Как Вы понимаете термин «Лучевая болезнь человека»? От каких факторов зависит проявление лучевой болезни.

5. При радиационной аварии несколько человек получили различные дозы ионизирующей радиации. Индивидуальная доза для каждого человека неизвестна. По показаниям стационарного дозиметра видно, что индивидуальная доза у разных облученных людей может составлять от 0,1 Зв до 5 Зв. Как можно определить значение этого показателя для каждого облученного через 1- 2 сутки после облучения?

6. В течение 7-10 суток после облучения человека происходит резкое снижение числа лейкоцитов и лимфоцитов в перефирической крови. В то же время, количество эритроцитов в крови изменяется незначительно. Дайте объяснение этим фактам.

7. Наиболее радиочувствительным органом у млекопитающих является красный костный мозг, наиболее радиоустойчивой – нервная ткань. Почему?

8. Какими причинами обуславливается проявление:

а) желудочно –кишечного синдрома;

б) церебрального синдрома

9. Перечислите основные ткани, органы по повышению их радиочувствительности, начиная с менее радиочувствительных.

10. Какими факторами обуславливается радичувствительность тканей, органов, систем органов, организмов?

11. Мышей облучали гамма-излучением с мощностью поглощенной дозы 1 Гр/мин в течение одного часа. В каком временном интервале погибнет большая часть облученных животных?

Лекция 9 а. Действие ионизирующих излучений на млекопитающих и человека.

Как отмечалось, радиочувствительность млекопитающих, в т.ч. и человека, определяется в первую очередь, радиочувствительностью красного костного мозга, так как именно дегенерация кроветворной системы при тотальном облучении приводит к гибели организма. Поэтому количественным критерием радиочувствительности служат эквивалентные дозы, при которых животные погибают вследствие проявления костно-мозгового синдрома. Количественные характеристики радиочувствительности животных можно получить построив кривые выживания. Для построения кривой выживания, на оси абцисс отмечают экспозиционную, поглощенную или эквивалентную дозу ионизирующего излучения. На оси ординат отмечают количество погибших животных в течение 30 суток, выраженное в процентах. Кривые выживания для млекопитающих имеют S - образную форму. Такая форма кривой выживания обуславливается тем, что гибель отдельных особей начинается при достижении определенной (минимально летальной) дозы. При достижении определенной (абсолютно летальной) дозы погибают все облученные животные (Рис. 1.). Как видно из рисунка, при облучении рентегновскими лучами, гибель мышей начинается при поглощенной дозе 4 Гр. В интервале доз 4 -6 Гр, количество погибших животных повышается незначительно.

Рис. 1. Кривая выживания мышей при тотальном рентгеновском облучении (каждая точка представлена усредненными данными для 20 животных).

Основное количество особей погибает при облучении в интервале доз 6-8 Гр. Как видно, построив кривую выживания, можно оценить дозы, вызывающие гибель определенного количества животных. Наиболее употребляемыми на практике являются значения LD 30 и LD 50 . Из рисунка видно, что имеется значительный разброс показателя выживаемости отдельных особей при облучении в одинаковых дозах. Этот факт свидетельствует о вариабельности признака индивидуальной радиочувствительности у экспериментальных животных. О значительных различиях в индивидуальной чувствительности животных свидетельствует также наличие таких критериев как LD 30 , LD 50 , т.е. определеныые дозы облучения приводят гибели 30, 50 % облученных особей. Необходимо отметить, что индивидуальные различия в радиоустойчивости наблюдаются не только у представителей одного вида, но и у животных одной чистой линии, где особи характеризуются идентичным генотипом.

Выживание (гибель) млекопитающих в исследуемом интервале доз определяется, в первую очередь, количеством неповрежденных стволовых клеток, ответственных за обновление клеток крови.

Радиочувствительность животных зависит также и от половых, возрастных различий особей. Как правило, самки млекопитающих более устойчивы к облучению, чем мужские особи. На рис. 2. приведены данные об изменении значений LD 50 у мышей в течение жизни. Как видно, радиочувствительность животных в первые недели после рождения высокая, по мере роста и развития мышей она снижается. Наиболее радиоустойчивы взрослые половозрелые мыши в возрасте 40 - 70 недель. Затем радиоустойчивость особей снижается и к концу жизни этот показатель достигает уровня новорожденных животных.

Рис. 2. Изменения радиочувствительности мышей одной линии в зависимости от их возраста.

Таким образом, степень устойчивости животных к ионизирующему излучению сильно колеблется в пределах одного вида, и радиочувствительность определяется многими факторами (возраст, пол, физиологическое состояние организма в момент и после облучения). Поглощение млекопитающими доз излучения до 10 Гр, вызывает появление многообразных симптомов лучевой болезни. Проявления симптомов лучевой болезни экспериментально изучено на представителях различных видов млекопитающих (мыши, крысы, собаки, овцы, козы, лошади, обезьяны).

Лучевая болезнь человека. Формы проявления лучевой болезни

Сведения о лучевой болезни человека появились после 1945 года. Наблюдения за уцелевшими жителями городов Хиросима и Нагасаки позволили получить первые данные о клинических проявлениях радиационного поражения людей. В дальнейшем проявление лучевой болезни было описано многократно у людей, получивших радиационное облучение при различных обстоятельствах. Многие случаи заболеваний людей после облучения, связаны с авариями на АЭС, на атомных подводных лодках, при облучении с медицинским целями. При облучении определенном интервале доз (1- 6 Зв), в организме возникает определенный комплекс изменений, который приводит к болезни и может вызвать его гибель человека. Этот комплекс изменений в организме, вызванный поражающим действием ионизирующего излучения, называют лучевой болезнью . Лучевая болезнь может проявлятся в многообразных формах. Формы проявления болезни человека зависят от следующих факторов: от вида ионизирующего излучения (электромагнитное или корпускулярное с различными коэффициентами качества), от способа получения облучения (общее или местное, равномерное или неравномерное, внешнее или внутреннее), от длительности облучения (однократное, многократное, пролонгированное, хроническое). Учитывая вышеперечисленные факторы, определенный комплекс клинических проявлений лучевого поражения человека, можно условно отнести к одному из нижеперичисленных трех форм:

а) острая лучевая болезнь при относительно равномерном облучении

б) острые лучевые поражения при неравномерном облучении

в) хроническая лучевая болезнь

Острая лучевая болезнь при относительно равномерном облучении

По степени тяжести проявления острая лучевая болезнь подразделяется на 4 категории: слабая, средняя, тяжелая, крайне тяжелая. В большинстве случаев, клинические проявления болезни обнаруживаются при поглощенных дозах рентгеновского и g-излучения более 1 Гр (Д экв > 1 Зв). При меньших дозах клинические проявления могут отсутствовать или быстро проходят. При прогнозировании степени тяжести лучевой болезни следует ориентироваться на следующие приме

Вопросы: 1. Особенности лучевых реакций организма. 2. Реакции на облучение отдельных органов и тканей. 3. Лучевое поражение жизненно важных систем организма. Критические ткани и органы. 4. Способы модификации радиочувствительности.

Особенности поражения организма определяются двумя факторами: 1) радиочувствительностью тканей, органов и систем, непосредственно подвергающихся облучению; 2) поглощенной дозой излучения и ее распределением во времени.

В сочетании друг с другом эти факторы определяют: 1. тип лучевых реакций общие местные 2. специфику и время проявления Непосредственно после облучения Вскоре после облучения Отдаленные пороки

Радиочувствительность на тканевом уровне На тканевом уровне выполняется правило Бергонье-Трибондо: радиочувствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки составляющих ее клеток.

Радиочувствительность на органном уровне зависит не только от радиочувствительности тканей, составляющих данный орган, но и от ее функций.

На популяционном уровне радиочувствительность зависит от следующих факторов: Особенности генотипа (в человеческой популяции 10 12 людей отличаются повышенной радиочувствительностью). Связано это с наследственно сниженной способностью к ликвидации разрывов ДНК, а также со сниженной точностью процесса репарации. Повышенная радиочувствительность сопровождает также наследственные заболевания;

На популяционном уровне радиочувствительность зависит от следующих факторов: физиологическое (например, сон, бодрость, усталость, беременность) или патофизиологическое состояние организма (хронические заболевания, ожоги); пол (мужчины обладают большей радиочувствительностью); возраст (наименее чувствительны люди зрелого возраста).

Семенники В них постоянно идет размножение сперматогониев, которые обладают высокой радиочувствительностью, а сперматозоиды (зрелые клетки) являются более радиорезистентными. Уже при дозах облучения свыше 0, 15 Гр (0, 4 Гр/год) происходит клеточное опустошение. При облучении в дозах 3, 5 – 6, 0 Гр (2 Гр/год) возникает постоянная стерильность.

Яичники В яичниках взрослой женщины содержится популяция незаменяемых ооцитов (их образование заканчивается в ранние сроки после рождения). Воздействие однократного облучения в дозе 1 -2 Гр на оба яичника вызывает временное бесплодие и прекращении менструаций на 1 3 года.

Яичники При остром облучении в диапазоне 2, 5 -6 Гр развивается стойкое бесплодие. Это связывают с тем, что образование женских половых клеток заканчивается в ранние сроки после рождения и во взрослом состоянии яичники не способны к активной регенерации. Поэтому если облучение вызывает гибель всех потенциальных яйцеклеток, то плодовитость утрачивается необратимо.

Орган зрения Возможны два типа поражений глаз: воспалительные процессы в конъюнктиве и склере (при дозах 3 8 Гр) и катаракта (при дозах 3 10 Гр). У человека катаракта появляется при облучении в дозе 5 -6 Гр. Наиболее опасным является нейтронное облучение.

Органы пищеварения Наибольшей радиочувствительностью обладает тонкий кишечник. Далее по снижению радиочувствительности следуют полость рта, язык, слюнные железы, пищевод, желудок, прямая и ободочные кишки, поджелудочная железа, печень.

В сосудах большей радиочувствительностью обладает наружный слой сосудистой стенки, что объясняется высоким содержанием коллагена. Сердце считается радиорезистентным органом, однако при локальном облучении в дозах 5 -10 Гр можно При дозе 20 Гр отмечается обнаружить изменения поражение миокарда. эндокарда.

Органы выделения Почки достаточно радиорезистентны. Однако облучение почек в дозах более 30 Гр за 5 недель может привести к развитию хронического нефрита. Это может быть лимитирующим фактором при проведении лучевой терапии опухолей органов брюшной полости).

Таким образом, при внешнем облучении по степени поражения органы можно расположить в следующей последовательности (от большей радиочувствительности к меньшей):

Рейтинг радиочувствительности органы кроветворения, костный мозг, половые железы, селезенка, лимфатические железы; желудочно кишечный тракт, органы дыхания; печень, железы внутренней секреции (надпочечники, гипофиз, щитовидная железа, оcтровки поджелудочной железы, паращитовидная железа); органы выделения, мышечная и соединительная ткань, хрящи, нервная ткань.

Критические органы – это жизненно важные органы и системы, которые повреждаются первыми в данном диапазоне доз, что обуславливает гибель организма в определенные сроки после облучения.

В зависимости от вида излучений, дозы облучения и его условий возможны различные виды лучевого поражения. острая лучевая болезнь (ОЛБ) от внешнего облучения, ОЛБ от внутреннего облучения, хроническая лучевая болезнь, различные клинические формы с преимущественно локальным поражением отдельных органов (лучевые пневмониты, дерматиты, энтериты), которые могут характеризоваться острым, подострым или хроническим течением;

В зависимости от вида излучений, дозы облучения и его условий возможны различные виды лучевого поражения. отдаленные последствия, среди которых наиболее существенно возникновение злокачественных опухолей; дегенеративные и дистрофические процессы (катаракта, стерильность, cклеротические изменения). Сюда же следует отнести и генетические последствия, наблюдаемые у потомков облученных родителей.

Острая лучевая болезнь от внешнего облучения Клиническая форма Степень тяжести Доза, Гр (+ 30 %) Костномозговая 1 (легкая) 1 -2 Костномозговая 2 (средняя) 2– 4 Костномозговая 3 (тяжелая) 4– 6 Переходная 4 (крайне тяжелая) 6 - 10 Кишечная -“-“-“- 10 – 20 Токсемическая (сосудистая) -“-“-“- 20 – 80 Церебральная -“-“-“- > 80

Костно-мозговой синдром – развивается при облучении в диапазоне доз 1 -10 Гр, средняя продолжительность жизни – не более 40 суток, на первый план выступают нарушения гемопоэза. основной причиной катастрофического опустошения костного мозга является снижение пролиферации и численности клеток.

Желудочно-кишечный синдром – развивается при облучении в диапазоне доз 10 -30 Гр, средняя продолжительность жизни около 8 суток, ведущим является поражение кишечника. Важные изменения заключаются в клеточном опустошении ворсинок, крипт, попадании инфекции.

Церебральный синдром – развивается при облучении в дозах более 30 Гр, продолжительность жизни менее 2 суток, развиваются необратимые изменения в ЦНС. Отек мозга летальный исход при повреждении кровеносных сосудов.

Зависимость средней продолжительности жизни человека и обезьян от дозы излучения (полулогарифмическая шкала) (по Р. Аллену и др. , 1960)

Динамика изменения морфологического состава периферической крови в различные сроки после облучения 1 эритроциты, 2 - тромбоциты, З - нейтрофилы 4 лейкоциты (общее число), 5 - лимфоциты

Динамика изменения агранулоцитов (самая короткая продолжительность жизни) фаза дегенерации – характеризуется небольшим порогом и быстрым спадом. При этом в крови обнаруживаются только поврежденные клетки.

Динамика изменения агранулоцитов (самая короткая продолжительность жизни) фаза абортивного подъема – обусловлена размножением в костном мозге поврежденных облучением клеток со сниженной пролиферативной способностью, делящихся еще некоторое время.

Динамика изменения агранулоцитов (самая короткая продолжительность жизни) фаза восстановления – обеспечивается небольшим количеством стволовых клеток сохранившихся в костном мозге и полностью сохранивших пролиферативную способность.

Объяснение абортивного подъема числа клеток 1 отмирающие (сильно поврежденные) клетки, быстро исчезающие из системы; 2 «поврежденные» клетки (некоторое время пролиферируют, но через несколько делении вымирают и они, и их потомство); 3 общее количество клеток; 4 выжившие клет ки, способные пролиферировать неограниченно долго

Динамика гемопоэза после облучения в дозе 5 Гр. (1 стволовой пул, 2 пул делящихся и созревающих клеток, 3 пул созревающих клеток, 4 пул зрелых клеток крови)

Реакция эпителия тонкого кишечника на облучение гибнут, в первую очередь, стволовые и другие делящиеся клетки, тогда как неделящиеся (только созревающие и зрелые) продолжают свой путь к верхушкам ворсинок. При отсутствии пополнения новыми клетками из стволового отдела стенки крипт и ворсин обнажаются. Это явление получило название денудации (оголения) слизистой.

Реакция эпителия тонкого кишечника на облучение Денудация тонкой кишки сопровождается резким снижением всасывающей способности слизистой. В результате теряется значительное количество воды и электролитов. Во внутреннюю среду проникают эндотоксины и кишечная микрофлора. Клинические проявления кишечного синдрома и смертельные исходы при нем прямое следствие этих процессов.

Вероятность благоприятного исхода как при костномозговом, так и при кишечном синдромах, зависит, прежде всего, от состояния стволового отдела соответствующих критических систем, в значительной степени от количества сохранившихся после облучения стволовых клеток этих систем.

Церебральный лучевой синдром При действии на человека проникающей радиации ядерных взрывов, а также при аварийных воздействиях источников ионизирующих излучений большой мощности дозы облучения могут достигать значений, при которых ни костномозговой, ни кишечный синдромы не успевают развиться. Поражение приобретает характер неврологического расстройства – церебрального лучевого синдрома – и приводит к гибели в течение 2 3 сут.

Основные проявления и условия возникновения Церебральный лучевой синдром (ЦЛС) был описан в 50 е годы как эффект облучения млекопитающих в дозах десятки и сотни грей. Фаза возбуждения, атаксии, гиперкинезов сменялась через 5 30 мин угнетением и летаргией, перемежаемыми приступами судорог и, наконец, комой. Данный синдром наблюдался лишь при облучении головы, с чем и связано его название. Ранние проявления ЦЛС, отмечавшиеся в первые минуты после облучения, были обозначены как ранняя преходящая недееспособность (РПН).

Механизмы развития церебрального лучевого синдрома Вероятно, пострадиационный дефицит АТФ в нейронах возникает в результате нарушения ресинтеза этого нуклеотида. В то время как потребление кислорода изолированными митохондриями не страдало при облучении в дозах до 104 Гр, дыхание гомогенатов и срезов мозга, т. е. объектов, содержащих ядерную ДНК, резко угнеталось при дозах порядка 102 Гр. На фоне угнетения клеточного дыхания отмечалось значительное уменьшение пула НАД.

Принципы коррекции ЦЛС применение ингибитора АДФРТ (аденозиндифосфорибозилтрансфераза) никотинамида результативность была прослежена на различных уровнях формирования этого синдрома. Необходимо, однако, подчеркнуть принципиальное отличие ингибитора АДФРТ от радиопротекторов: блокируя процессы репарации ДНК, он способен усиливать летальные эффекты облучения, радиосенсибилизируя клетки.

Принципы коррекции ЦЛС Радиосенсибилизирующего действия лишена вторая группа средств метаболической коррекции ЦЛС, представленная сукцинатом и другими субстратами НАД независимого фосфорилирующего окисления в нервной ткани. Экзогенный сукцинат способен проникать через гемато энцефалический барьер, поэтому при введении в достаточной дозе перед облучением он становится основным субстратом клеточного дыхания в мозгу.

Облучение в сравнительно невысоких дозах не летальные повреждения клеток, с возникновением передающихся по наследству повреждений генетического аппарата, следствием которых могут, в частности, оказаться возникновение злокачественных новообразований (при повреждении соматических клеток) или генетические аномалии у потомков облученных родителей (в результате повреждения зародышевых клеток).

1. Радиопротекторы В послевоенный период были апробированы тысячи препаратов с целью найти эффективные модификаторы лучевого поражения. Некоторые из них ослабляли поражение при однократном введении в организм до облучения, но были неэффективны в пострадиационный период. Такие препараты получили общее название радиопротекторов.

Характер влияния радиопротекторов на клеточный метаболизм введенные в радиозащитных дозах, эти препараты всегда отклоняют его параметры за пределы физиологической нормы. Такое явление, получившее название “биохимический шок”, обусловливает сравнительно высокую токсичность радиопротекторов при введении в оптимальных радиозащитных дозах, особенно при многократном введении.

В случаях внезапности или продолжительности возможного облучения, когда радиозащитные средства необходимо вводить многократно и длительно, радиопротекторы не применимы. Поиск менее токсичных препаратов, пригодных для систематического приема, стимулировала чернобыльская катастрофа.

Радиопротекторы при облучении в малых дозах: препараты с адаптогенной активностью, одним из проявлений которой был небольшой, но зато не сопряженный с неблагоприятным побочным действием радиозащитный эффект. Такие противолучевые средства в последние годы выделены в самостоятельную группу средств повышения радиорезистентности организма.

Средства ранней патогенетической терапии лучевых поражений Препараты, влияющие на развитие начальных этапов лучевого поражения и тем самым ослабляющие его тяжесть при введении в ранние сроки после облучения.

Средства терапии в период разгара лучевых поражений. средства дезактивации, предназначенные для удаления радиоактивных веществ из объектов внешней среды и с поверхности тела, средства профилактики внутреннего облучения - препараты, препятствующие инкорпорации радионуклидов и способствующие выведению их из организма.

2. Лучевая терапия при злокачественных новообразованиях использования новых видов излучений, выбора рациональных режимов облучения, применения радиосенсибилизирующих средств, сочетания с другими способами воздействия на опухоль (химиотерапия, гипертермия). Кстати, и здесь снижение степени повреждения здоровых тканей оказывается существенным аспектом оптимизации лучевой терапии.

3. Кислородный эффект Первым было обнаружено ослабление поражения биообъекта при снижении концентрации кислорода в окружающей среде во время облучения. В 1909 г. рентгенотерапевт Г. Шварц наблюдал отсутствие лучевого поражения в ишемизированных (за счет давления рентгеновского аппарата) участках кожи пациентов, подвергавшихся короткофокусной рентгенотерапии.

Кислородный эффект В строго контролируемых условиях радиозащитное действие гипоксии было впервые показано Д. Дауди в 1950 г. Дауди использовал предельно переносимое снижение концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе (для мышей – до 7%, а для крыс – до 5%) и получил 100% выживаемость животных при абсолютно смертельных дозах облучения.

Кислородный эффект В 1953 г. Л. Грей опубликовал результаты изучения зависимости радиочувствительности различных биообъектов от парциального давления или концентрации кислорода в среде. Оказалось, что эта зависимость не только по знаку, но и по величине близка у всех изученных организмов. Если их радиочувствительность в условиях экстремальной гипоксии принять за 1, то в тех же условных единицах радиочувствительность организмов при нормоксии и гипероксии составит 3.

Кислородный эффект В большинстве работ, посвященных влиянию кислорода на радиочувствительность теплокровных животных, ее оценивали по дозе излучения, вызывающей гибель половины особей за 30 сут – то есть на модели гибели от костномозгового синдрома. Способность кислорода модифицировать проявления кишечного и церебрального синдромов оценивалась в меньшем числе исследований, но и в этих случаях, как правило, наблюдалось радиозащитное действие гипоксии, создаваемой во время облучения.

ККУ Количественную характеристику изменению эффекта излучения в присутствии кислорода дает коэффициент кислородного усиления (ККУ); ККУ – это отношение равноэффективных доз излучения в отсутствие и в присутствии кислорода.

Всегда ли «работает» кислородный эффект? Учитывая положительную зависимость радиозащитного эффекта от глубины гипоксии, можно было бы предположить, что такая же зависимость существует и от длительности гипоксии, создаваемой перед облучением. Было, однако, показано, что по мере увеличения продолжительности предрадиационной гипоксии с 5 до 120 мин ее противолучевое действие на млекопитающих снижается на 30 40%.

Кислородный эффект кратковременен Объяснение этого феномена может заключаться в том, что для борьбы с гипоксией организм интенсифицирует внешнее дыхание и кровообращение, а также, возможно, повышает проницаемость биомембран для кислорода. В результате этого через несколько минут после начала гипоксического воздействия оксигенация клеток частично нормализуется, а радиозащитный эффект гипоксии ослабевает.

Проявляется ли радиомодифицирующее действие кислорода после облучения? В отсутствие мощных источников излучения этот вопрос был практически неразрешим. Однако в 50 е годы было показано что при облучении клеток в аноксических условиях оксигенированная среда, внесенная в суспензию клеток через 20 мс после облучения, уже не модифицирует лучевое поражение. В 70 е годы было установлено, что через 1, 5 мс после импульсного облучения клеток кислород не уменьшает их выживаемости.

Проявляется ли радиомодифицирующее действие кислорода после облучения? Таким образом, радиосенсибилизирующее действие кислорода на биообъекты – это эффект, наблюдаемый только при условии присутствия кислорода в среде во время облучения.

Обратный кислородный эффект Пострадиационная гипоксия не только не способствует, но, напротив, препятствует выживанию облученных клеток. Был показан не только на клетках, но и на многоклеточных организмах. В частности, гипоксия устраняет смягчающий радиационное поражение эффект фракционирования дозы.

Обратный кислородный эффект может найти применение в смежных с радиобиологией отраслях медицины, в частности, в онкологии. Показано, что при пострадиационном кратковременном наложении жгута на конечность перевитая в нее опухоль рецидивирует позже и в меньшем проценте случаев, чем при облучении в той же дозе без последующего создания циркуляторной гипоксии.

Таким образом: кислород, присутствующий в среде во время облучения, повышает чувствительность биообъектов к редкоионизирующим излучениям; зависимость радиочувствительности биообъектов от напряжения кислорода имеет параболический характер, причем при уровнях оксигенации, характерных для биотканей, эта зависимость весьма существенна;

Таким образом: радиозащитная эффективность гипоксии у млекопитающих снижается по мере увеличения продолжительности гипоксического воздействия сверх 5 минут; пострадиационная гипоксия обладает действием, усиливающим радиационное поражение биообъектов.

Фактор 1. Судьба облученной клетки определяется радиационными повреждениями ядра, которое выступает в роли “критической” клеточной органеллы. Поэтому именно уровень оксигенации ядра в момент облучения служит фактором, от которого непосредственно зависит изменение радиочувствительности клетки при изменении содержания кислорода во внешней среде.

Фактор 2. Для обеспечения эффективной противолучевой защиты организма путем создания газовой гипоксии необходимо значительное снижение уровня кислорода во вдыхаемом воздухе, которое неблагоприятно отражается на функциональном состоянии организма.

Фактор 3 Более удобным для практического использования является метод снижения оксигенации тканей, основанный на нарушении их кровоснабжения. С этой целью применяют препараты, обладающие сосудосуживающим действием – индолилалкиламины и фенилалкиламины. Теоретически обосновано также применение индукторов гемической гипоксии – метгемоглобинообразователей и оксида углерода.

Фактор 4. Целенаправленное снижение напряжения кислорода во внутриклеточной среде может быть достигнуто путем интенсификации потребления диффундирующего в клетки кислорода в ходе процессов окислительного фосфорилирования. Преимуществом такого подхода является отсутствие побочных эффектов, обусловленных угнетением биоэнергетических процессов в тканях (как при газовой, гемической или циркуляторной гипоксии). Основной препарат сукцинат натрия.

Фактор 5. Перспективным является сочетанное применение различных агентов, нацеленных на снижение оксигенации внутриклеточной среды – газовой гипоксии, индолилалкиламинов и сукцината натрия, а также комбинирование этих средств с меркаптоалкиламинами.

4. Негенетические (средовые) факторы, влияющие на радиочувствительность Диета Двигательная активность Нервно психическое состояние Гормональный баланс Приём лекарств и пищевых добавок Ненаследственные заболевания

5. Генетические факторы, влияющие на радиочувствительность Эффективность работы репарационных систем Наличие эндогенных радиопротекторов и антимутагенов Скорость синтеза АТФ и других необходимых белков и ферментов Амплификация генов, ответственных за радиорезистентность Включение мобильных элементов Наследственные заболевания И т. п.

Выводы Радиочувствительность особей существенно различается, т. к. : ü 1. Радиочувствительность это генетический количественный признак, кодируемый полигенно. ü 2. На генетические различия накладывается влияние образа жизни. ü 3. Существенное влияние оказывают радиоадаптивный ответ, радиоиндуцированный байстэндер эффект и др. ü 4. Эти феномены также могут быть усилены или подавлены различными модификаторами.