Радиобиология. Лекция Предмет радиобиологии. История возникновения и развития науки 9
 Скачать 1.3 Mb.
|
|
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 LD30 и LD50. 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 LD30, LD50, 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 LD50 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 -излучения более 1 Гр ( Дэкв 1 Зв). При меньших дозах клинические проявления могут отсутствовать или быстро проходят. При прогнозировании степени тяжести лучевой болезни следует ориентироваться на следующие примерные значения эквивалентной дозы: 1-2 Зв - первая (слабая) степени тяжести; 4 - 2 Зв - вторая (средняя) степень тяжести; 4 -6 Зв - третья (тяжелая) степень тяжести; более 6 Зв – четвертая (крайне тяжелая) степень тяжести. При тотальном однократном облучении в интервале доз 6 -10 Зв смерть наступает вследствие поражения кроветворной и желудочно-кишечной системы. При облучении такими дозами в отдельных случаях существует вероятность выживания человека возможно только при специальном лечении. При облучении интервале доз 10 - 20 Зв возникает типичная форма желудочно- кишечного поражения. Смерть облученного человека наступает в течение 8-16 суток, выживание невозможно ни при каких условиях. При облучении в дозах 20 - 80 Зв смерть человека наступает через 4 - 7 суток вследствие поражения кровеносных сосудов, в т.ч. и сосудов мозга. Облучение дозами свыше 80 Зв приводит к церебральной форме поражения вследствие дегенерации центральной нервной системы. Облученный человек погибает в течение 1 - 2 суток вследствие паралича всех систем и органов. Острая лучевая болезнь протекает волнообразно. Различают три периода протекания болезни: формирования, восстановления, исходов и последствий. В свою очередь, период формирования четко можно разделить на 4 фазы: первичной острой реакции, латентная и кажущегося клинического благополучия, выраженных клинических симптомов (разгар болезни), раннего восстановления. Фаза первичной острой реакции Первичные реакции организма на высокие дозы ионизирующих излучений появляются в течение первых минут или часов после облучения. У облученного человека появляется тошнота, рвота, диспепсия, исчезает аппетит. Человек может ощущать тяжесть в голове, головную боль, общую слабость, сонливость. Эти симптомы проявляются во всех случаях, когда эквивалентная доза превышает 2 Зв. Продолжительность ощущений зависит от поглощенной дозы: чем она выше, тем быстрее проявляются эти реакции, тем они более выражены и более продолжительны. Проявление острых первичных реакций может продолжаться от 1 до 3 суток. Наиболее диагностическое значение для установления полученной дозы и степени тяжести болезни имеет время появления тошноты и рвоты, диспептического синдрома. Развитие шокоподобного состояния, потеря сознания, резкое падение артериального давления, интенсивный диспептический синдром, субфибрильная температура тела, свидетельствуют о поглощении человеком очень высокой, смертельной дозы ( 10 Зв). На облученных участках кожи в этом случае могут появляться покраснения по типу солнечных ожогов. Количественные изменения в клеточных популяциях костного мозга удается обнаружить только через 2-3 сутки после облучения. Обнаруживается уменьшение количества молодых клеток, снижение митотического индекса ткани. Цитологические методы позволяют обнаружить изменения в структуре клеток ( абберации хромосом, разрывы плазмаллеммы) уже в первые часы после облучения. В течение первых суток после облучения определяются и изменения биохимических параметров в периферической крови. Эти изменения заключаются в повышении активности гидролитических ферментов (протеиназ, амилаз, липаз), повышение уровня сахарозы, билирубина, снижение концентрации электролитов, в первую очередь, концентрции NaCl и KCl. Фаза кажущегося благополучия (латентная фаза) Через 2 –4 суток после облучения все болезненные ощущения и симптомы болезни исчезают, и самочувствие облученного человека как будто бы нормализуются. Из-за отсутствия внешних клинических признаков эта фаза называется скрытой. В зависимости от тяжести болезни, такое состояние больного может продолжаться от 14 до 32 суток. В этот период начинается выпадение волос, появляются различные неврологические симптомы. При облучении дозами выше 10 Зв латентная фаза болезни отсутствует. Мнимость благополучия облученного человека в этот период легко выявляется проведением биохимического и цитологического анализов крови. В перифиреческой крови обнаруживается лимфопения и слабая тромбоцитопения. У мужчин в этой фазе болезни регистрируется подавление сперматогенеза, у женщин- овогенеза. Фаза выраженных клинических реакций (разгар болезни) На 15 – 35 сутки после облучения самочувствие больных резко ухудшается, нарастает слабость, повышается температура тела. Происходит снижение массы тела больного человека ( до 40 %). В этот период проявляются различные нарушения основных физиологических процессов, обеспечивающих гомеостаз организма. Наиболее опасными для жизни являются кровотечения вследствие нарушения и структуры кровеносных сосудов и снижения свертываемости крови, на фоне продолжающейся тромобоцитопении (геммарогический синдром). Кровотечения и инфекционные осложнения являются основной причиной гибели больных в эту фазу. Клетки крови в этот период представлены в основном эритроцитами и лимфоцитами. В конце фазы начинает проявляться и анемия. В плазме крови обнаруживается повышенное содержание белков и пептидов. При интенсивном лечении, продолжительность фазы составляет 1 – 3 недели. В случае благоприятного исхода болезнь переходит в четвертую фазу. Фаза раннего восстановления Начало этой фазы характеризуется восстановлением нормальной температуры тела, улучшением самочувствия, появлением аппетита, восстановлением сна больного. Постепенно исчезают геммарогические явления, начинается повышение массы тела. Происходит постепенное восстановление биохимических и цитологических показателей крови, связанное с регенеративными процессами в кроветворных органах. Однако, в начале этой фазы число эритроцитов в крови продолжает снижаться и этот показатель нормализуется только к концу фазы. Продолжительность фазы восстановления составляет 2 – 3 месяца. К концу этого периода самочувствие больного в основном нормализуется. Продолжается выпадение волос, и их рост частично восстанавливается только через 6 – 10 месяцев после облучения. Генеративная способность мужчин также восстанавливается не ранее 6 -7 месяцев после облучения. Генеративная функция женщин, если она нарушена облучением, не восстанавливаются. Таким образом, фаза раннего восстановления завершается нормализацией основных жизнеобеспечивающих функций организма и переходит в период исходов и последствий лучевой болезни. Этот период может продолжаться несколько лет и он характеризуется проявлением различных, в том числе и отдаленных последствий облучения. Анализ случаев лучевой болезни у человека и эксперименты на млекопитающих показывают, что острая лучевая болезнь при однократном тотальном облучении проявляется, в первую очередь, вследствие поражения системы кроветворения. Критическим органом в этом случае является кроветворная система. Механизмы проявления лучевой болезни в экспериментальных условиях изучены на животных, и их можно экстраполировать и на человеческий организм. Однако, несмотря на принципиальное сходство поражения млекопитающих животных и человека, протекание лучевой болезни у людей имеет свои особенности. Ни у одного вида экспериментальных животных не удалось смоделировать острую лучевую болезнь, в точности совпадающую по показателям с проявлением таковой у человека. Острые лучевые поражения при неравномерном облучении Рассмотренный выше вид лучевой болезни человека при относительно равномерном внешнем облучении встречается довольно редко. В основном этот вариант болезни изучен на модельных опытах с лабораторными животными. В большинстве случаев при облучении человека возникают различные типы неравномерного облучения. Неравномерность облучения человека (поглощение неодинаковых доз различными участками организма) обуславливается различными факторами: типом излучения (электромагнитное, заряженные частицы, нейтроны), мощностью экспозиционной дозы излучения, положением облучаемого объекта к источнику излучения, продолжительностью облучения и т.д. Можно выделить два крайние формы неравномерного облучения человека. Общее неравномерное облучение тела, которое происходить вследствие неодинакового распределения энергии излучения по глубине тканей. Неравномерность облучения в этом случае определяется проникающей способностью ионизирующей радиации. Например, при внешнем - облучении, наибольшее поражение испытывает кожа и подкожные ткани. Внутренние органы при этом практически не облучаются. Наоборот, внутреннее облучение, вызванное инкорпорированными - нуклидами, вызовет поражение, в первую очередь, желудочно-кишечного тракта. Кожный покров при таком облучении не испытает никакого поражающего действия ионизирующего излучения. Вторая крайняя форма неравномерного облучения – это локальное (местное) облучение. Локальное облучение имеет место при экранировании или при прицельном облучении определенных участков организма. Локальное облучение человек может получить при медицинских процедурах. Например, при стоматологической рентгенографии облучается лицевая часть головы, при флюорографии – грудная клетка. Между двумя крайними формами неравномерного облучения встречаются различные их сочетания. Соответственно, клинические симптомы, возникающие при поражении, также многообразны. Как отмечалось выше, при однократном равномерном тотальном облучении гибель человека вызывается поражением трех основных критических органов: красного косного мозга, желудочно-кишечного тракта, нервной системы. Однако, при неравномерном облучении тела, критическим органом могут оказаться и другие органы и ткани. Например, при внешнем облучении излучениями с малой проникающей способностью (-частицы, -излучение, длинноволновые рентгеновские лучи) критическим органом может оказаться кожный покров. В этом случае, исход поражения организма определяется размером облученной площади, и степенью ожогов. В литературе имеются много примеров неравномерного локального облучения человека большими дозами ( 10 – 5000 Гр). При этом критическими органом оказывались различные органы и ткани: кожа, мышцы, сердце, легкие и другие внутренние органы, нервная ткань. Гибель облученных людей происходило от перитонита, остановки сердца, сепсиса, общего расстройства гемодинамики. Смерть людей наступала раньше, чем проявлялись нарушения в кроветворении или же независимо от этих нарушений. Таким образом, для определения типа и степени поражения ионизирующим излучениями необходимо знать положение пострадавшего к источнику излучения, количественные и качественные характеристики поля излучения, продолжительность облучения. Чем точнее будут определены эти факторы, тем правильнее будет прогнозирование формы поражения облученного и, следовательно, правильно будет определена тактика его лечения. На примере пострадавших при аварии на Чернобыльской АЭС, рассмотрим, как могут различаться степень поражения и лечение людей, находившихся на месте аварии одинаковое время. Теоретически эти люди должны были бы получить одинаковую дозу ионизирующего излучения, и степень поражения их должна была бы быть схожей. В момент аварии находились на станции и получили облучение ( в основном, -излучение) 350 человек. Эти люди были осмотрены в течение 12-36 часов после аварии и 291 человек были направлены в клиники с прогнозированием у них острой лучевой болезни. Ниже приведены данные о 129 больных, направленных в клиники г. Москвы. Основными критериями при первичной диагностике для определения поглощенной дозы и тяжести болезни были: наличие, время появления и интенсивность тошноты и рвоты, интенсивность эритемы кожи и слизистой ткани, снижение числа лимфоцитов в периферической крови. По проявлению этих признаков в течение первых двух суток после облучения ставился диагноз лучевой болезни. Как оказалось, первичный диагноз по этим критериям характеризуется высокой специфичностью. Предварительный диагноз лучевой болезни впоследствии подтвердился у 80 % облученных людей. Для более точной оценки поглощенной дозы и степени тяжести болезни был использованы методы определения количества лимфоцитов в периферической крови. Определяли также количество аберраций хромосом в культуре клеток лимфоцитов и в культуре клеток костного мозга. Измерение этих показателей позволили разделить пострадавших на 4 группы по степени проявления костно-мозгового синдрома, обусловленного внешним -излучением. В группу больных с первой степенью тяжести болезни (0,8 – 2 Гр) попали 31 человек, во вторую - (2,0 – 4 Гр) – 3 человека. Группу больных с третьей степенью тяжести (4,1- 6 Гр) составляли 21 человек, с четвертой степенью тяжести (6 –16 Гр) – 20 человек. Была выделена группа больных (41 человек), получивших дозу облучения меньше 1 Гр. Особое внимание было уделено раннему выявлению больных с необратимой депрессией красного костного мозга, требовавшего неотложного решения о трансплантации этой ткани. Принадлежность к этой группе устанавливали по следующим признакам: наличие рвоты в течение 30 минут, наличие диспептического синдрома в течение 2-х часов, увеличение околоушных желез в течение 36 часов после облучения. В течение первых трех месяцев умерли все 20 больных из четвертой группы и 7 человек из третьей группы. Один больной из второй группы умер на 96 сутки после облучения от ишемического инсульта. Особенность поражения при этой аварии заключалось в проялении лучевых ожогов поверхности тела, вызванных интенсивным -излучением. В этом случае наблюдалось неравномерное распределение энергии по глубине тканей, когда поглощенная кожей доза в 10-20 раз превышала такую дозу в глубоко расположенных тканях, в частности, в красном костном мозге. Радиационные ожоги у некоторых больных достигали до 100 % всей поверхности тела. По крайней мере, в 2/3 случаев гибели, критическим органом являлась кожа и смерть людей наступила именно от радиационного поражения кожи. Хроническая лучевая болезнь Хроническая лучевая болезнь развивается в результате длительного облучения при малой мощности дозы облучения. Симптомы этой болезни появляются после накопления суммарной дозы 0,7 – 1 Зв, при облучении с малыми мощностями дозы. Эта форма лучевой болезни характеризуется определенной фазностью течения и особенности проявления болезни связаны с неравномерностью распределения энергии облучения в организме. Хроническая лучевая болезнь, возникшая в результате внешнего облучения, характеризуется вовлечением многих органов и систем. Клинические синдромы болезни проявляются с определенной периодичностью, связанной с динамикой облучения. Особенность проявления этой болезни заключается в том, что хроническое облучение приводит к поражению в основном, стабильных тканей и органов, содержащих высокоспециализированные дифференцированные клетки. При хроническом облучении возникают структурные и функциональные изменения в медленно обновляющихся клетках и тканях, аккумуляция этих изменений приводит к нарушению нормального функционирования органа или системы. Хроническая лучевая болезнь проявляется в нарушении работы нервной, эндокринной, сердечно- сосудистой систем, изменений в опорно- двигательной системе. Наоборот, активно пролиферирующие ткани при облучении дозами небольшой мощности успевают восстанавливать свои морфологические и функциональные показатели вследствие интенсивного клеточного обновления. В случае длительного облучения определенного участка организма при внешнем или внутреннем облучении, пороговые дозы значительно выше, чем при общем однократном облучении. Клиническая картина болезни в этом случае определяется локализацией облучения и радиочувствительностью облученной ткани. Например, при хроническом поступлении в организм радиоактивного йода 131I происходит накопление его в щитовидной железе, что приводит к локальному облучению этой железы и нарушению его функционирования. Хроническое попадание в организм радиоактивного фосфора 35Р приводит накоплению этого изотопа в эритроцитах, что вызывает анемию. При накоплении 226Ra в костной ткани развиваются разные формы остеосарком. Длительная ингаляция радиоактивных газов вызывает развитие раковых заболеваний в бронхах, в легких. Хроническое поступление радионуклидов с пищей и с водой может привести к злокачественным заболеваниям пищеварительной и выделительной систем. В большинстве случаев, хроническая лучевая болезнь людей возникает в результате нарушения ими правил и норм работы с источниками ионизирующей радиации. Поэтому основным условием профилактики этой болезни является строгое соблюдение техники безопасности работы с радионуклидами и другими источниками ионизирующих излучений. Проблемы диагностики и прогнозирования лучевых болезней Как уже отмечалось, диагностическое и прогностическое значение имеет выраженность симптомов в 1 фазе лучевой болезни. К таким первичным реакциям относятся тошнота и время ее появления, рвота и время ее появления, степень гипермии кожи, степень лимфопении и лейкопении. На основании сопоставления этих симптомов и параметров дозиметрического контроля ориентировочно оценивают тип заболевания, прогнозируют ее исходы и последствия. Наиболее надежными показателями являютсякачественные и количественные показатели кроветворения после облучения, определяемые при биохимическом и морфологическом анализе крови. Еще более надежным критерием болезни служит цитогенетический анализ клеток крови и клеток костного мозга, в первую очередь подсчет клеток с хромосомными аберрациями. В монографии Ю. Бонда «Радиационная гибель млекопитающих» предложил 4 прогностические категории, к которым можно отнести облученных людей при определенных дозах и условиях облучения. 1.; 2.; 3.; 4.. Выживание невозможно. Выживание облученных людей невозможно, когда поглощенная доза основных тканей организма составляет 5- 6 Гр и выше , соответственно, Дэкв. = 5 – 6-Зв даже при использовании различных методов лечения. Однако, в результате лечения пострадавших в Чернобыльской аварии, удалось спасти людей, облученных дозой около 10 Гр. Возможно, в этих случаях имело место неравномерное распределение дозы в организме. Выживание возможно. К этой категории больных следует отнести людей,получивших тотальную дозу 2- 4,5 Гр. Вероятность выживания таких людей существует при обеспечении своевременного и квалифицированного лечения болезни. Выживание вполне вероятно. В этой группу относят больных, получивших тотальную дозу 1 - 2 Гр. Вероятность выживания таких больных высокая даже без использования специальных методов лечения. Вэкспериментах показано, что доз1-2 Гр не вызывают сильную депрессию кроветворения у млекопитающих, нормальное содержание клеток крови восстанавливается спонтанно через некоторый промежуток времени. Выживание несомненно. Все облученные выживают, если поглощенная доза не превышает 1 Гр. При такой дозе облучения происходит быстрое восстановление кроветворения без медицинского вмешательства. Контрольные вопросы и задания. Как Вы понимаете термин «критический орган» ? Какие ткани, органы человека могут стать критическим органом при облучении? При ликвидации радиационной аварии, трое работников в течение 1 часа, получили следующие дозы -излучения : 1. 0,2 Гр 2. 1,5 Гр 3. 2,5 Гр Какие последствия для здоровья этих людей вызовет такое облучение? От каких факторов зависит клинические формы проявления лучевых болезней? Чем определяется наличие латентной фазы при течении острой лучевой болезни? При каких условиях эта фаза может отсутствовать? Объясните, почему хроническая лучевая болезнь возникает вследствие поражения более радиоустойчивых тканей, органов. Какими факторами определяется степень тяжести лучевой болезни? Через 1 час после спуска в шахту, где возможна повышенная радиация, у шахтера закружилась голова, его вырвало. Через 3 суток у него возникло подозрение, что он облучился высокой дозой ионизирующей радиации. Как можно определить, получил ли он радиационную дозу и примерно какую? Число каких клеток в перифирической крови снижается наибольшей скоростью в первую неделю острой лучевой болезни ? Какая основная причина опустошения пула зрелых клеток перифирической крови при лучевой болезни? В какой фазе острой лучевой болезни наблюдается резко выраженная анемия ? При облучении в каких условиях развивается хроническая лучевая болезнь у человека? Задачи. При радиационной аварии человек равномерно облучался гамма- лучами в течение 5 часов при мощности экспозиционной дозы 5 мГр/ мин. Какой предварительный диагноз можно ему поставить? 2. В результате попадания с питьевой водой радиоактивных частиц ( α-излучение), человек облучался в течение 20 часов при мощности экспозиционной дозы 1 мГр/мин. Какие последствия для человека будет иметь это облучение? 3. Какие органы, ткани могут стать критическими органами при облучении человека: а) равномерно, тотально в течение 10 мин рентгеновским излучением при мощности поглощенной дозы 0,16 Гр/мин; б) кистей рук α-излучением в течение 5 мин при мощности поглощенной дозы 1 Гр/мин; в) нижней части тела -излучением в течение 3-х месяцев при мощности поглощенной дозы 0,5 мГр/час. 4. В экспериментах по определению радиочувствительности линии мышей получили следующие данные: 90 % животных погибло при дозе 80 Зв, 80 % - 35 Зв, 60 % - 15, 40 % - 8 Зв, 20 % - 5 Зв, 10 %– 4 Зв. Каково значение LD50 для этих животных? 5. Человек в течение 5 суток облучался беспрерывно тотально -излучением Рэкс = 0.01 Гр/мин. Какой наиболее вероятный прогноз относительно его здоровья? Лек. 10. Отдаленные последствия облучения у человека Первичные изменения в организме человека и животных начинают проявляться сразу после облучения, что приводит к заболеванию, например, к острой лучевой болезни. Через определенный промежуток времени больной выздравливает и клинические симтомы болезни могут не проявлятся в течение длительного времени. Однако, через определенный промежуток времени после облучения, в «выздоровевшем» организме могут появиться вторичные эффекты, индуцированные облучением. Такие изменения называются отдаленными последствиями облучения. У человека такие изменения могут появиться через 10 и более лет, у лабораторных животных ( ышей, крыс) – через несколько месяцев после облучения. К отдаленным последствиям облучения, в первую очередь, относятся сокращение продолжительности жизни, возникновение лейкозов, злокачественных опухолей, катаракты. Отдаленные последствия облучения могут проявиться как морфологические изменения в любых органах и тканях, например, в кожных покровах, костях, хрящах, внутренних органах. Эти изменения могут выражаться в виде уплотнении и атрофии облученных участков ткани, потере эластичности хрящевых образований, суставов, кровеносных сосудов, повышении хрупкости костей. К отдаленным последствиям облучения относят также нарушения в эндокринной системе, снижение иммунитета, снижение и потерю плодовитости организма. Рассмотрим более подробно некоторые типы отдаленных последствий облучения у человека. Сокращение продолжительности жизни – это универсальный эффект облучения, проявляющийся у животных различных видов, в т.ч. и у человека. Наиболее подробно этот радиобиологический эффект изучен на модельных опытах с мышами. Обнаружено, что существует прямо пропорциональная зависимость между поглощенной дозой облучения и степенью сокращения продолжительности жизни. По экспериментальным данным, продолжительность жизни мышей снижается в среднем на 3 – 5 % на каждый Грей поглощенной дозы (Рис. 1). Как видно, при поглощении 7- 8 Гр рентгеновского излучения, продолжительность жизни мышей снижается на 35 – 40 %. Аналогичные данные были получены в экспериментах с использованием большого количества животных и статистическая достоверность этих данных не вызывает сомнений. Так, Дж. Коггл одновременно использовал для этих целей 27000 особей мышей. Он показал, существует определенный минимальный порог дозы, до которой облучение не вызывает снижения продолжительности жизни. В опытах Коггла эта минимальная пороговая доза для мышей находилась в интервале 0,5 – 1 Гр. Облучение более высокими дозами приводила к снижению срока жизни мышей, причем срок снижения продолжительности жизни была пропорциональна поглощенной дозе. Аналогичные данные были получены и в экспериментах с другими животными. Так, облучение собак, морских свинок дозами мощностью 0,02 – 0,15 Гр в неделю не вызывало снижения продолжительности жизни животных. Более того, в литературе имеются экспериментальные данные о том, что в некоторых случаях радиационное облучение повышает среднюю продолжительность жизни насекомых и некоторых животных. Так, облучение вредителя зерновых культур- мучного хрущака – в однократной дозе 30 Гр резко увеличивало продолжительность жизни насекомых. В работах Л.Д. Карлсона с крысами показано, что облучение животных излучением при мощности дозы 0,08 Гр/сут в течение всей жизни приводило к повышению продолжительности жизни этих животных. Так, средняя продолжительность жизни облученных животных составила 600 суток, тогда как у необлученных она была всего 420 суток. Рис. 1. Сокращение продолжительности жизни мышей при тотальном однократном облучении рентгеновскими лучами ось абсцисс – поглощенная доза, ось ординат – сокращение жизни животных Для объяснения этих фактов предложено несколько гипотез. Предполагается, что повышение продолжительности жизни при облучении организмов может обуславливаться нарушением механизмов апоптоза, т.е. запрограммированной гибели клеток. Предполагают также, что малые дозы радиации могут оказывать стимулирующее действие на метаболизм организма. Кроме того, ионизирующие излучения подавляют функцию размножения организма, что обеспечивает увелечение индивидуального срока жизни облученной особи. Имеются многочисленные данные о так называемых «стимулирующих» эффектах облучения, используемых в практических целях. В качестве таких примеров можно привести повышение урожайности культурных растений, их устойчивости к насекомым-вредителям и патогенным микроорганизмам после облучения, повышение вылупляемости облученных яиц в птицеводстве. Вышеприведенные факты позволяют некоторым исследователям отвергать гипотезу исключительно вредного воздействия ионизирующего излучения на живые системы и говорить о наличии физиологического и патологического порогов. Как известно, величины таких порогов определены для различных видов энергии, оказывающих воздействие на живые системы. Экстраполяция данных, полученных в экспериментах с млекопитающими разных видов, позволила сделать вывод, что сокращение продолжительности жизни человека при однократном тотальном облучении составляет около 15 суток на каждые 0,01 Гр. При хроническом облучении эта цифра значительно ниже: 20 – 30 мин на 0,01 Гр. Прямые данные о сокращении продолжительности жизни человека после острого облучения ограничиваются наблюдениями небольшого числа случаев при радиационных авариях. Большой статистический материал по этой теме дало наблюдение за людьми, перенесшими атомную бомбардировку японских городов в 1945 году. Исследователи, работающие с этой группой людей, утверждают, что не обнаружили ускорения процессов старения по большинству функциональных и морфологических показателей. Они также не обнаружили вредного влияния облучения на протекание целого ряда заболеваний, в частности, гипертонии, ревматического артрита, сахарного диабета. Наблюдение велось более чем за 80000 облученными людьми, контрольная группа включала 27000 необлученных людей. Исследования С. Уоррена о заболеваемости и смертности врачей-рентгенологов в США привели к выводу, что им характерна высокая смертность в молодом возрасте, чем врачам других специальностей. Этот ученый утверждает, что продолжительность жизни врачей-рентгенологов из-за дополнительного облучения сокращается в среднем на 5,2 года. Выводы С. Уоррена были подтверждены в дальнейшем и другими исследователями. Возникновение злокачественных новообразований (опухолей) Через несколько лет после открытия рентгеновских лучей появились первые больные с раковыми заболеваниями, индуцированными облучением. После этих случаев начались исследования канцерогенного действия ионизирующих излучений. Были проведены многочисленные эксперименты с лабораторными животными и проанализрованы данные, полученные в результате наблюдения за людьми, перенесшими атомные бомбардировки, радиационные аварии. Результаты этих опытов и наблюдений позволяют утверждать, что все виды ионизирующих излучений, независимо от способа воздействия, вызывают разнообразные формы опухолей и лейкозов. В облученном организме злокачественные образования могут возникать практически в любом органе и ткани. Однако, наиболее часто проявление опухолей после облучения обнаруживается в коже, молочных железах, крови, костях, яичниках. Рак костей и кожи чаще всего возникают при локальном облучении, а рак крови и эндокринно-зависимые опухоли возникают, в основном, при тотальном облучении. Естественно, вероятность появления опухолей зависит и от поглощенной (эквивалентной) дозы излучения. Однако, вопрос о дозовой зависимости и пороговых дозах появления злокачественных образований пока изучен недостаточно. Наибольшее количество экспериментальных данных по этой проблеме были получены при исследовании остеосарком, индуцированных так называемыми остеотропными радионуклидами ( Ra, Sr, Pu). Различные изотопы химических этих элементов способны аккумулироваться в костной ткани. Многие исследователи предполагают, что канцерогенная доза локального облучения для человека находиться около 10 Гр. Вопрос о пороговой зависимости возникновения лейкозов и опухолей при тотальном облучении менее изучен. В экспериментах с мышами показано, что наибольшей канцерогенностью обладают доза 3 Гр. При дальнейшем увеличении дозы облучения количество заболевших раком крови животных уменьшается (рис.2). Уменьшение частоты возникновения лейкоза при высоких дозах излучения обуславливается интерфазной и репродуктивной гибелью раковых клеток, т.е клеток подвергающихся новообразованиям. Рис. 2. Частота возникновения лейкемии мышей в зависимости от поглощенной дозы рентгеновского излучения Ось абсцисс - поглощенная доза, ось ординат – частота заболеваний Наиболее полные сведения о лейкозах и опухолях при облучении людей получены пр статистическом анализе данных, пострадавших городах в Хиросиме и Нагасаки. В отчете комиссии ООН за 1964 год констатируется, что заболеваемость лейкозами в Японии с 1946 по 1960 год выросло с 10,7 до 28 случаев на 1 млн. человек. В 1980 году были опубликованы данные о наблюдении за 80000 людей, перенесших атомную катастрофу. Для каждого из этих людей была подсчитана индивидуальная поглощенная доза. По этим данным видно, что с 1950 по 1974 год из этой группы облученных умерли 20000 человек, в.т. ч. 3842 человека умерли от раковых заболеваний. Однако, авторы доклада утверждают, что только в 190 случаях раковые заболевания являлись следствием облучения. Рис.3. Рост числа заболевших лейкемией людей среди жителей Японии после атомной бомбардировки 1.находившиеся в радиусе 5 км от эпицентра взрыва 2. все население Японии Ось абсцисс - годы , ось ординат – частота заболеваний в расчете на 100000 жителей Возникновение катаракты. Возникновение радиационной катаракты зависит от дозы, причем катаракта развивается только при достижении определенного порога дозы. Для человека такая минимальная доза находиться около 2-3 Гр при однократном рентгеновском облучении. При фракционированном облучении величина такой дозы повышается до 4 –5 Гр. Механизмы возникновения отдаленных последствий облучения Отдаленные последствия облучения возникают в результате радиационного нарушения механизмов, поддерживающих гомеостатичность организма. В настоящее время мы мало знаем о конкретных механизмах возникновения таких нарушений, приводящих к заболеванию. Несомненным является то, что нарушения возникают на клеточном уровне и проявляются в нарушении структуры и физиолого-биохимических процессов в тканях и органах. Можно выделить 3 типа таких нарушений. Интерфазная и репродуктивная гибель клеток, приводит к невосполнимой потере некоторых типов клеток. Это касается в первую очередь гибели женских половых клеток, клеток нервной ткани. Консервация нарушений в генетическом аппарате некоторых типов клеток, особенно клеток с низким уровнем физиологической регенерации. Накопившиеся генетические нарушения (мутации) могут проявиться через определенный промежуток времени. Не летальные изменения в размножающихся соматических клетках. Эти нарушения репродуцируются в следующих поколениях клеток, при накоплении в ткани клеток с такими нарушениями происходит изменения в структуре и функционировании ткани. Кроме нарушений генетического аппарата (ядерного и цитоплазматического) в проявлении отдаленных последствий играют важную роль и нарушения в нервной и эндокринной регуляции организма, снижающие адаптивные возможности организма (устойчивость к канцерогенам т.д.). Данные последних лет показывают, что возникновение опухолей в тканях обуславливается реализацией специальной программы, т.е. функционированием специальных генов, так называемых онкогенов. Активность онкогенов индуцируется действие различных факторов среды, в т.ч. и действием ионизирующих излучений. Сейчас известно несколько десятков онкогенов, ответственных за возникновение тех или иных опухолей. Функционирование онкогенов показано на клетках, растущих в искусственных условиях ( в культуре клеток). Более подробно об онкогенах |