Патология учебник! (1). Курс лекций Минск бгму 2013
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
10. ПАТОГЕННОЕ ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Человек, как и все живые организмы, существует в определенных условиях окружающей среды. Среда человека или экосистема включает: ‒ естественные биологические факторы (все живое, что окружает че- ловека — микробы, животные, птицы, насекомые, растения и т. д.); ‒ естественные абиотические факторы (химический состав и физиче- ское состояние воды, почвы, метеофакторы); ‒ искусственные факторы, связанные с производственной деятельно- стью человека (загрязнение воды, почвы, воздуха, продуктов питания вредными химическими и биологическими веществами, шум, вибрация, электромагнитное поле и т. д.). Живые организмы, в том числе человек, за многолетнюю историю свою развития адаптировались к воздействию естественных факторов. К влиянию же искусственных факторов человеческий организм мало при- способлен и его реакция в зависимости от условий существования, уровня и продолжительности действия этих факторов может быть различной: от незначительных отклонений в состоянии здоровья до заболеваний и даже смерти при крайних степенях воздействий, тем более, что эти факторы ча- сто действуют комплексно. Для человека важную роль играют социальные факторы (материальное положение, состояние жилища, одежда, производ- ственные помещения, военные действия), способствующие развитию мно- гих заболеваний (простудные заболевания и др.). 10.1. П ОВРЕЖДАЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОРГАНИЗМ 10.1.1. Ионизирующее излучение: общая характеристика его повреждающего действия В процессе своей жизни человек подвергается воздействию ионизи- рующего излучения (ИИ) как от естественных источников (космическое облучение, радионуклиды, находящиеся в земной коре, воде, атмосфере), 126 так и от искусственных (техногенных). Естественная радиация сопровож- дает жизнь на земле постоянно, она не имеет ни цвета, ни запаха, ни вкуса, её воздействие столь незначительно, что не может вызвать заметных нарушений жизнедеятельности организма. Человечество, как и весь живой мир в целом, ранее не испытывало воздействия высоких доз ИИ, поэтому в процессе эволюции не сформировались специфические рецепторные структуры, и человек не приспособился к его повреждающему действию, не приобрел надежных индивидуальных защитных механизмов. По физической природе все ИИ подразделяются на электромагнитные (рентгеновские излучения и γ-лучи, сопровождающие радиоактивный рас- пад) и корпускулярные (заряжённые частицы: α-частицы — ядра гелия, β-лучи — электроны, протоны, π-мезоны, а также нейтроны, не несущие электрического заряда). Повреждающее действие различных видов ИИ зависит от их прони- кающей способности и плотности ионизации в тканях. Чем короче пробег частиц в тканях, тем больше плотность ионизации и сильнее повреждаю- щее действие. Наибольшей ионизирующей способностью обладают α-лучи, имеющие длину пробега в биотканях несколько десятков микрон, наимень- шей — γ-лучи. Проникающая способность ИИ настолько велика, что при тотальном облучении ни один участок организма не остаётся интактным. По характеру воздействия различают внешнее облучение (источник находится вне организма), контактное и внутреннее (инкорпорированное), когда радиоактивные вещества проникли в организм. По длительности действия облучение может быть однократным, фракционированным (дробным) и длительным. Действие ИИ проявляется на всех уровнях биологической организа- ции (табл. 7). Оно чревато изменениями местного (лучевые ожоги, некро- зы, катаракты) и общего (острая и хроническая лучевая болезнь) характера, а также отдалёнными последствиями. Таблица 7 Последствия радиационного воздействия на всех уровнях биологической организации Уровень биологической организации Радиационные повреждения Молекулярный Повреждение ферментов, ДНК, РНК, нарушение обмена веществ Субклеточный Повреждение клеточных мембран, ядер, хромосом, мито- хондрий, лизосом Клеточный Остановка деления и гибель клеток; трансформация в зло- качественные клетки Тканевый, органный Повреждение ЦНС, костного мозга, ЖКТ Организменный Сокращение продолжительности жизни или смерть Популяционный Генетические изменения в результате мутаций 127 Степень тяжести поражения, биологический и клинический эффекты, тип лучевых реакций, их значимость для организма и время проявления (непосредственно после облучения, вскоре после него или в отдаленные сроки) определяются: видом ИИ, его физическими характеристиками; дозой облучения (доза-эффект), ее мощностью (мощность дозы-эффект); характе- ром воздействия (внешнее или внутреннее, общее или местное, однократное или дробное); общей реактивностью организма; радиочувствительностью тканей, органов и систем, существенных для выживания организма. Радиочувствительность — способность живого объекта отвечать определенной реакцией на воздействие ИИ. Установлено, что радиочув- ствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активно- сти и обратно пропорциональна степени дифференцированности состав- ляющих её клеток (правило Бергонье–Трибондо). По чувствительности к ИИ различают два типа клеток и тканей: а) ра- диочувствительные (делящиеся клетки и малодифференцированные тка- ни) — кроветворные клетки костного мозга, зародышевые клетки семен- ников, кишечный и кожный эпителий; б) радиорезистентные (неделящиеся клетки и дифференцированные ткани) — мозг, мышцы, печень, почки, хрящи, связки. Исключение составляют лимфоциты, которые, несмотря на их дифференцированность и неспособность к делению, обладают высокой чувствительностью к ИИ. По степени чувствительности к ИИ (в убывающем порядке) ткани располагаются в следующей очерёдности: лимфоидная ткань, кроветвор- ная ткань, эпителиальная ткань (гонады, ЖКТ, покровный эпителий кожи, эндотелий сосудов, хрящ, кость, нервная ткань). Наиболее радиочувстви- тельными клетки оказываются во время митоза. Органы или системы с высокой радиочувствительностью, которые первыми выходят из строя в исследуемом диапазоне доз, что обусловлива- ет гибель при поражении организма в определённые сроки после облуче- ния, называются критическими. К ним относятся красный костный мозг, гонады, хрусталик, эпителий слизистых оболочек и кожа. Установлено, что чем сложнее живой организм, тем он более чувстви- телен к действию радиации. 10.1.2. Патогенез лучевых повреждений Патогенез лучевых повреждений наиболее полно раскрывает струк- турно-метаболическая теория (А. М. Кузин, 1986). Согласно этой теории при общем облучении радиобиологические эффекты возникают на всех уровнях биологической организации и реализуются в результате взаимо- действия процессов, нормально протекающих в организме и развившихся после облучения, т. е. носят многофакторный характер формирования. 128 Процесс радиационного повреждения условно можно разделить на три этапа: первичное действие ионизирующего излучения на облучённую структуру; влияние радиации на клетки; действие радиации на целостный организм. В развитии радиобиологических эффектов условно выделяют следу- ющие стадии: − физическую — физическое взаимодействие, поглощение энергии излучения; − радиационно-химических процессов — образование свободных ра- дикалов (радиолиз воды) и «радиотоксинов»; − радиационного нарушения биохимических процессов; − ультраструктурных и видимых повреждений. Первичное действие ИИ бывает прямое (непосредственное) и непря- мое (косвенное, опосредованное). Прямое действие ИИ — изменения, воз- никшие в результате поглощения энергии излучения молекулами- мишенями облучаемой ткани. Оно проявляется ионизацией, возбуждением атомов и молекул всех составных элементов организма. Наиболее опасна ионизация воды (радиолиз-наведённая радиоактивность), в результате чего образуются свободные радикалы — атомарный водород (Н + ), гидроксиль- ный (ОН – ), гидропероксидный (НО 2 – ), пероксид водорода (Н 2 О 2 ). Затем свободные радикалы вступают во взаимодействие с ферментными систе- мами, содержащими SH-группы, переводя их в неактивные дисульфидные группы (S=S). Непрямое (косвенное, опосредованное) действие ИИ связано с изме- нениями структуры ДНК, ферментов, белков и т. д., индуцированными продуктами радиолиза воды или растворенных в ней веществ, вызываю- щих реакции окисления; образованием липидных и хиноновых первичных «радиотоксинов», угнетающих синтез нуклеиновых кислот, подавляющих активность ферментов, повышающих проницаемость биологических мем- бран, изменяющих диффузионные процессы в клетке; возникают наруше- ния обменных процессов, структурно-функциональные повреждения кле- ток, органов, систем организма. Действие ионизирующего излучения на клетки. В основе радиацион- ного повреждения клеток лежат нарушения ультраструктуры органелл и связанные с этим изменения обмена веществ. Повреждения цитоплазматических структур проявляются в наруше- нии энергетического обеспечения клеток и проницаемости клеточной мем- браны, нарушении обмена веществ, целостности лизосом, что ведёт к аутолизу, и в конечном итоге — к гибели клеток. Изменения в ядре клетки приводят к торможению процесса синтеза ДНК. Возникают однонитевые и двунитевые разрывы, приводящие к хро- мосомным аберрациям, а также генные мутации. Повреждения ядра при- 129 водит к синтезу изменённых белков, которые впоследствии способствуют образованию злокачественных опухолей, вторичных радиотоксинов, вызы- вающих лучевую болезнь и преждевременное старение. Наиболее чреваты последствиями повреждения генома клетки и хромосомного аппарата, ве- дущие к нарушению механизма митоза. При больших дозах облучения (десятки и сотни грей) в клетках наступают летальные изменения, приводящие к их гибели до вступления в митоз (интерфазная гибель). Клеточная гибель является основой радиационного повреждения ор- ганизма. Интерфазной гибели предшествуют изменения проницаемости ядерной, митохондриальной и цитоплазматической мембран. Изменения структуры и проницаемости мембран лизосом приводят к освобождению и активации ДНК-азы, РНК-азы, катепсинов, фосфатазы, ферментов гидро- лиза гликозаминогликанов и др. Угнетается клеточное дыхание, наблюда- ется деградация дезоксирибонуклеинового комплекса в ядре. Появляются различные дегенеративные изменения (пикноз ядра, фрагментация хрома- тина и др.). При меньших дозах отмечается репродуктивная форма гибели. Основной причиной репродуктивной гибели клеток являются структурные повреждения ДНК (хромосомные аберрации), возникшие под влиянием облучения. Погибают все делящиеся клетки, все интенсивно обновляющи- еся ткани (кроветворная, иммунная, а также слизистая кишечника, половые клетки). Различают два механизма лучевой гибели клеток: а) апоптоз (гибель начинается с изменений ядерного аппарата — меж- нуклеосомной фрагментации хроматина, конденсации ядерного материала, образования апоптозных телец; эти изменения сопровождаются возраста- нием проницаемости клеточных мембран); б) некроз (изменения в ядре вторичны, им предшествуют нарушения проницаемости биологических мембран и набухание клеточных органелл). Из клеточных реакций наиболее универсально временное угнетение клеточного деления (радиационное блокирование митозов). Время задерж- ки деления зависит от дозы облучения и возрастает при её увеличении, а также от стадии клеточного цикла, в которой находятся клетки при облу- чении: наиболее длительно оно в тех случаях, когда клетки облучаются в стадии синтеза ДНК или постсинтетической стадии, а самое короткое — при облучении в митозе. В отличие от временного угнетения, полное по- давление митозов наступает после воздействия больших доз ИИ, когда клетка значительное время продолжает жить, но необратимо утрачивает способность к делению. В результате такой необратимой реакции на облу- чение часто образуются патологические формы гигантских клеток, содер- жащие несколько наборов хромосом вследствие их репликации в пределах одной и той же неразделившейся клетки. 130 При облучении имеют место и другие, вторичные механизмы гибели. Так, распад клетки или ткани может быть следствием нарушения кровооб- ращения, наличия кровоизлияний, развития гипоксии. 10.1.3. Лучевая болезнь человека: острая и хроническая лучевая болезнь Действие ИИ на уровне целостного организма проявляется в лучевой болезни. Лучевая болезнь — заболевание, развивающееся в результате действия на организм ИИ в дозах, превышающих допустимые. Изменения функций нервной, эндокринной систем, нарушение регуляции деятельно- сти других систем организма наряду с клеточно-тканевыми поражениями формируют клинические проявления лучевой болезни. Различают острую и хроническую лучевую болезнь, а также отдален- ные последствия. Острая лучевая болезнь (ОЛБ). ОЛБ возникает после тотального од- нократного внешнего равномерного облучения в дозе, превышающей 1 Гр. При этом радиационному воздействию подвергаются одновременно все системы, органы, ткани и клетки в одинаковой дозе. ОЛБ представляет со- бой своеобразную клеточно-тканевую патологию, в основе возникновения которой лежит прямое поражение радиацией облучаемого биосубстрата. В реализации интегрального ответа организма принимают участие систе- мы регуляции поддержания гомеостаза. Однако их патогенетическое зна- чение в развитии ОЛБ значительно меньше, чем прямых структурно- клеточных последствий облучения. ОЛБ характеризуется тремя основными клиническими синдромами: − костно-мозговым (гематологическим), в основе возникновения ко- торого лежит первичное повреждение ИИ родоначальных клеточных эле- ментов, главным образом, стволовых клеток, массовая гибель делящихся клеток костного мозга. Глубокие нарушения в кроветворной системе опре- деляют склонность к кровотечениям — возникают вторичные изменения — множественные кровоизлияния в кожу, слизистые, паренхиматозные орга- ны, обнаруживающиеся в разгар заболевания (геморрагический синдром); − желудочно-кишечным (эпителиально-клеточным), проявляющимся клеточным опустошением ворсинок и крипт кишечника, инфекционными процессами, поражением кровеносных сосудов, нарушением баланса жид- кости и электролитов, а также секреторной, моторной, барьерной функций кишечника; − церебральным, характеризующимся поражением ЦНС, нарушением кровообращения и ликворообращения с развитием отека мозга. Причиной гибели нервных клеток может явиться их непосредственное повреждение либо опосредованное (повреждение других систем, в частности, кровенос- ных сосудов). 131 В зависимости от дозы ИИ, вызвавшей ОЛБ, и преобладания того или иного синдрома выделяют несколько форм ОЛБ. Типичная костно-мозговая форма развивается при облучении в до- зах 1–10 Гр. Характеризуется преимущественным поражением костного мозга (костно-мозговой синдром). Летальность 50 %. В зависимости от дозы различают IV степени тяжести типичной формы ОЛБ: I — лёгкой степени (1–2 Гр); II — средней степени (2–4 Гр); III — тяжёлой степени (4–6 Гр); IV — крайне тяжёлой степени (свыше 6 Гр). В течение этой формы ЛБ различают три периода: формирования, восстановления, исхода и последствий. Период формирования протекает в четыре фазы. Фаза первичной острой реакции проявляется при дозах, превышаю- щих 1 Гр. Она развивается в первые минуты-часы после облучения и про- должается 1–3 дня. Появляется тошнота, рвота, сухость и горечь во рту, чувство тяжести в голове, головная боль, общая слабость, сонливость. В тяжёлых случаях — падение АД, кратковременная потеря сознания, субфебрильная температура, асимметрия сухожильных рефлексов, кожных вазомоторных реакций. В периферической крови — нарастающий нейтро- фильный лейкоцитоз со сдвигом лейкоцитарной формулы влево, сменяю- щийся лейкопенией, абсолютная и относительная лимфопения. В костном мозге — снижение митотического индекса и исчезновение молодых форм клеток. Возникшая активация гипофиз-адреналовой системы приводит к усиленной секреции гормонов коры надпочечников, что может иметь при- способительное значение. Фаза мнимого клинического благополучия характеризуется включени- ем защитных механизмов организма. Самочувствие больных становится удовлетворительным, проходят клинические признаки болезни. Продол- жительность фазы — 1–2 недели – 1 месяц. Однако в эту фазу нарастает поражение системы крови: прогрессирует лимфопения на фоне лейкопе- нии, нейтропения, снижается содержание ретикулоцитов и тромбоцитов. В костном мозге развивается истощение всех ростков кроветворения, мо- жет отмечаться эпиляция волос, атрофия гонад, развитие изменений в тон- ком кишечнике и коже. Фаза выраженных клинических проявлений (фаза разгара) характери- зуется резким ухудшением самочувствия больных, нарастает слабость, вновь появляются диспептические расстройства, повышается температура, увеличивается СОЭ, прогрессирует анемия и тромбоцитопения, развивает- ся агранулоцитоз, геморрагический синдром (степень его выраженности колеблется в широких пределах в зависимости от тяжести поражения). Лимфатические узлы увеличиваются за счёт геморрагического пропитыва- ния. Обильные кровоизлияния в кожу, слизистые оболочки, желудок, ки- шечник, надпочечники, лёгкие, мозг сердце, с захватом проводящей си- 132 стемы, могут иметь решающее значение в исходе заболевания. Усугубляют ситуацию возникающие инфекционные осложнения — язвенно-некроти- ческие гингивиты, некротические ангины, пневмония, воспалительные из- менения в кишечнике. Всё это создаёт угрозу для жизни больного. Фаза восстановления характеризуется нормализацией температуры, улучшением самочувствия, появлением аппетита, восстановлением сна. Прекращается кровоточивость, исчезают диспептические явления, нарас- тает масса тела, восстанавливаются морфологические и биохимические показатели крови, мочи. Продолжительность фазы восстановления — 2–2,5 месяца, хотя отдельные проявления (облысение, способность к вос- производству) возобновляются лишь к 4–6 месяцам. Общая продолжительность периода формирования ОЛБ и его фаз определяется дозой и индивидуальной радиочувствительностью организ- ма. Возможен летальный исход. |