Курс лекций. Лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2 Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер

• Название: Лекция Введение в радиобиологию. Тема физические основы радиоэкологии лекция 2 Физическая характеристика атомов и радиоактивный распад ядер
• Дата: 16.01.2020
• Размер: 3 Mb.
• Имя файла: Курс лекций.doc
• Тип: Лекция; #104341
• страница: 8 из 9

F=CM/Q

где С – концентрация радионуклида в органе или ткани, Бк/кг;

М – масса органа или ткани, г;

F – количество радионуклида, поступающего в организм животных ежедневно, Бк.
3. Всасывание радионуклидов в желудочно-кишечном тракте.

Важнейшую роль в пероральном поступлении играет механизм всасывания нуклидов в желудочно-кишечном тракте. Основным местом их всасывания у свиней является желудок, а у крупного рогатого скота, овец и коз – рубец, книжка и тонкий кишечник. При этом скорость и эффективность резорбции нуклидов у свиней с их однокамерным желудком выше, чем в четырехкамерных желудках жвачных.

По величине резорбции в желудочно-кишечном тракте сельскохозяйственных животных радиоизотопы могут быть расположены в ряд: йод, цезий, кальций, стронций, цинк, кобальт, железо, марганец, барий, рутений, цирконий, церий, иттрий, плутоний.

¹³¹I>¹³⁷Cs>⁴⁵Ca>^89.90Sr>^б5Zn_>⁶⁰Со_>⁵⁹Fe,⁵⁴Мn_>¹⁴⁰Ва_>¹⁰⁶Ru_>⁹⁵Zr>¹⁴⁴Се_>⁹⁰Y_>²³⁹Pu

Для оценки биологической подвижности радионуклида используют коэффициент всасывания:

f_ВС=А/В100%
где А – количество перешедших в кровь радионуклидов, Бк;

В – количество радионуклидов, поступивших с суточным рационом, Бк.
Все элементы I (щелочные) и VII (галогены) основных групп Периодической системы, а также все элементы 1 (Н) и 2 (Li, В, С, N, О, F) периодов, за исключением Ве и инертных газов, почти полностью всасываются в желудочно-кишечном тракте. Слабее, хотя и достаточно хорошо всасываются элементы II главной группы (Мg, Са, Sr, Ва, Rа). Элементы всех других групп, за немногими исключениями, всасываются весьма плохо.

Существует высокая изменчивость поступления радиоизотопов в организм в зависимости от вида и возраста животного. У моногастричных животных и птиц коэффициенты всасывания значительно выше, чем у жвачных. Например, взрослые коровы, овцы, козы, свиньи и куры усваивают соответственно 8, 7, 6, 19 и 59% радиостронция и 60, 57, 69, 100 и 67% радиоцезия.

Молодые особи усваивают радионуклиды интенсивнее, чем взрослые. Кроме того, фиксация нуклидов в организме у них происходит полнее. Уменьшение всасываемости радионуклидов в желудочно-кишечном тракте связано с меньшей потребностью взрослого организма в минеральных веществах, а также ухудшением проницаемости мембран кишечной стенки.
4. Распределение и метаболизм радиоактивных веществ в организме.

Всосавшиеся в желудочно-кишечном тракте радионуклиды разносятся кровью по всем органам и тканям. Распределение нуклидов по органам и тканям тесно связано с их природой и ритмом поступления в организм. Щелочноземельные радиоизотопы (⁷Ве, ⁴⁵Са, ⁹⁰Sr, ¹⁴⁰Ва, ¹⁴⁰Ra) концентрируются в минеральном компоненте костной ткани, редкоземельные (⁴⁸V ванадий, ⁷⁵Se селен, ⁷⁶As мышьяк, ¹²⁵Sb сурьма , ²³⁸U_уран) – в печени и ретикулоэндотелии, йод – в щитовидной железе, а ¹³⁷Сs, щелочные металлы, тритий и радиоуглерод распределяются в организме более равномерно.

При длительном поступлении радионуклидов в организм их концентрация в органах может быть значительно выше, чем при разовом (до 30-50 раз). В условиях длительного поступления рано или поздно наступает момент, когда уровень поступления изотопа оказывается равен его выведению. Для ⁹⁰ Sr такое равновесное состояние наступает на 5-7 сутки у крупного и мелкого рогатого скота и на 30-90 сутки у свиней и кур. Для ¹³⁷ Cs оно наступает позднее: у овец и коз к 105 суткам, у крупного рогатого скота – к 150 суткам с начала поступления.

Накопление радиостронция в организме животных при его хроническом поступлении зависит от состояния кальциевого обмена. При дефиците кальция его место занимает стронций. Насыщение кальцием дефицитного по этому элементу рациона позволяет уменьшить поступление ⁹⁰ Sr в организм в 2-4 раза. Однако этот эффект достигается лишь в том случае, если кальция до этого в кормах явно не хватало.

Сходная зависимость характерна для метаболизма радиоцезия. Так, известно, что у животных, таких, как КРС, козы и овцы, питающихся грубыми и сочными кормами, богатыми калием, химическим аналогом которого является Сs, коэффициенты накопления в организме ¹³⁷Сs значительно меньше, чем у кур, свиней, собак и человека.
5. Выведение радионуклидов из организма животных.

Радионуклиды, поступившие в организм, выводятся через желудочно-кишечный тракт, почки, легкие, кожу и молочную железу. К этим путям можно добавить выведение радионуклидов с плодом при родах и с яйцом у кур-несушек.

Ведущим путем выведения для большинства радиоизотопов является желудочно-кишечный тракт. Помимо выведения с экскрементами не всосавшихся в ЖКТ радионуклидов, этим путем выделяются и экскретирующиеся через стенки желудка и кишечника стронций, рубидий и другие изотопы. Изотопы йода и цезия экскретируются из организма преимущественно через почки. При этом существуют видовые, возрастные и физиологические особенности выведения разных нуклидов. Например, ¹³⁷Сs у жвачных выводится преимущественно через желудочно-кишечный тракт, а у свиней - с мочой. Лактирующие коровы через молочную железу выводят всего лишь 3.2% ¹³¹ I, в то время как овцы и козы - 20.5 и 40%.

Выведение радиоизотопов из организма сельскохозяйственных животных с молоком имеет большое практическое значение, так как молоко и молочные продукты являются важными источниками поступления радионуклидов в организм человека. По степени перехода радионуклидов в молоко радиоизотопы образуют ряд: ¹³¹I > ⁴⁵Ca > ¹³⁷Cs > ⁹⁰Sr >⁹⁹Mb > ¹⁰⁶Ru > ¹⁴⁰Ba > ¹⁴⁴Ce. При этом интенсивность выведения того или иного изотопа существенно колеблется и определяется в основном формами, в которых он находится в организме.

Для количественного описания скорости, с которой организм освобождается от радионуклидов, используют специальный показатель – период полувыведения (Т). Различают биологический период полувыведения (Т_биол) – время, в течение которого концентрация нуклида снижается вдвое в результате процессов метаболизма, и эффективный период полувыведения – время, за которое из организма выбывает 50% первоначального количества нуклидов как за счет метаболического выведения, так и за счет физического распада.

Быстрее всего организм освобождается от радионуклидов, накапливающихся в мягких тканях, таких, как цезий, йод, молибден. Остеотропные радионуклиды, такие, как стронций, выводятся гораздо медленнее. Так, у крупного рогатого скота для ¹³⁷ CsТ₁=3 сут., Т₂=46 сут., в то время, как для ⁹⁰ Sr Т₁ превышает 3000 сут. (Т – период полувыведения).

Так как содержание радионуклидов в продукции животноводства находится в прямой зависимости от содержания их в растениях и почвах, то для составления прогноза вероятностного поступления радионуклидов в рацион животных необходимо располагать данными о количественном переходе разных радионуклидов из почв в корма и продукцию животноводства. Это осуществляется с помощью коэффициентов перехода – отношение содержания радионуклида в каждом последующем звене пищевой цепи к предыдущему.
Тема 5. ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ
Лекция 13: Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений.

1. 
   Общие аспекты действия ионизирующего излучения.
   
2. 
   Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений.
   

• 
  Физическая фаза;
  
• 
  Фаза первичных физико-химических реакций;
  
• 
  Фаза химических реакций.
  

3. 
   Эффект разведения и кислородный эффект.
   

1. Общие аспекты действия ионизирующего излучения.

Ионизирующие излучения обладают высокой биологической активностью. Они способны вызывать ионизацию любых химических соединений биосубстратов, образование активных радикалов и этим индуцировать длительно протекающие реакции в живых тканях. Поэтому результатом биологического действия радиации является, как правило, нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях животного и человека.

В механизме биологического действия ИИ на живые объекты условно можно выделить два основных этапа.

Первый этап – первичное (непосредственное) действие излучения на биохимические процессы, функции и структуры органов и тканей.

Второй этап – опосредованное действие, которое обусловливается нейрогенными и гуморальными сдвигами, возникающими в организме под влиянием радиации.

В настоящее время признаны две теории механизма первичного (непосредственного) действия ионизирующей радиации – теории прямого и косвенного действия излучений на составляющие молекулы вещества.
2. Прямое и косвенное действие ионизирующих излучений.

Прямое действие ионизирующих излучений – такие изменения, которые возникают в результате поглощения энергии излучения самими молекулами, а поражающее действие связано с актом возбуждения и ионизации атомов и макромолекул (т.е. с утерей или приобретением электрона самими рассматриваемыми молекулами («мишенями»)).

Косвенное (непрямое) действие ионизирующих излучений – изменения молекул клеток и тканей, вызванные продуктами радиационного разложения (радиолиза) окружающей эти молекулы воды и растворенных в ней низкомолекулярных соединений, а не энергией излучения, поглощенной самими исследуемыми молекулами.

На основе представления о прямом действии ИИ возникла теория мишени и попаданий. Эта теория объясняла наличие в клетке жизненно важного центра (гена или ансамбля генов) – мишени, попадание в которую одной или нескольких высокоэнергетических частиц атомной радиации достаточно для разрушения и гибели клетки. Попадание в мишень – вероятностное событие. Дальнейшим развитием теории прямого действия излучений явилась стохастическая (вероятностная) теория. Она, так же как и теория мишени учитывает вероятностный характер попадания излучения в чувствительный объем клетки, но в отличие от нее она еще учитывает и состояние клетки как биологического объекта, лабильной динамической системы [Радиобиология / Белов А.Д. и др., 1999].

При косвенном действии ИИ наиболее важен процесс радиолиза (радиационного разрушения) воды, потому что вода составляет основу важнейших структур клетки (80-90%). Именно в воде растворены белки, нуклеиновые кислоты, ферменты, гормоны и другие жизненно важные вещества, являющиеся основными компонентами клетки, которым легко может быть передана энергия, первоначально поглощенная водой [Радиобиология / Белов А.Д. и др., 1999].

Под действием ионизирующего излучения в клетке начинаются физико-химические процессы, в результате которых образуются химически высокоактивные соединения, радикалы и ионы, повреждающие биологические структуры организма и вызывающие рассогласование его функций [Симак С.В. и др., 1998].

Воздействие ионизирующей радиации на живое вещество проходит в три фазы: в физическую – длится 10^-13 – 10^-16с; в фазу первичных физико-химических превращений – 10^-6 – 10^-9с; в фазу химических реакций – 10^-5 – 10^-6с.

Физическая фаза по существу – один из моментов прямого действия ИИ на молекулярные и биологические структуры клетки. При взаимодействии ИИ (гамма-кванты, заряженные частицы, и т.д.) с электронными оболочками атомов происходит возбуждение и ионизация атомов или молекул вещества, через которые излучения проходят. При этом на один акт ионизации приходится 10 – 100 возбужденных атомов, которые в процессе рекомбинации излучают избыток энергии в виде характеристического рентгеновского излучения.

В физическую фазу происходит взаимодействие ИИ с молекулой воды, в результате чего выбивается электрон с внешней орбиты атома и образуется положительно заряженный ион воды:

γ → Н₂О → е^– + Н₂О⁺.

«Вбитый» электрон присоединяется к нейтральной молекуле воды, образуя отрицательный ион воды:

е^– + Н₂О → Н₂О^–.

При эффекте возбуждения образуется нейтрально заряженная молекула воды с избытком энергии, привнесенной ИИ:

γ → Н₂О → Н₂О*.

Физико-химические свойства ионизированных и возбужденных молекул воды будут отличаться от молекул воды электрически нейтральных. Продолжительность существования таких молекул очень короткая; они распадаются (диссоциируют), образуя высокореактивные свободные радикалы водорода и гидроксила (Н^• и ОН^•); наступает вторая фаза радиолиза воды.

Фаза первичных физико-химических реакций:

Н₂О⁺ → Н⁺ + ОН^•

Н₂О^– → Н^• + ОН^–

Н₂О* → Н^• + ОН^•

Гидроксильные радикалы (ОН^•) – сильные окислители, а радикал водорода (Н^•) – восстановитель. Образование свободных радикалов может идти и другим путем. Выбитый из молекулы воды под действием излучения электрон может присоединиться к положительно заряженному иону воды с образованием возбужденной молекулы:

Н₂О⁺ + е^– → Н₂О*.

Избыточная энергия этой молекулы расходуется на ее расщепление с образованием свободных радикалов водорода и гидроксила:

Н₂О* → Н^• + ОН^•.

Ионизированная молекула воды (Н₂О⁺) может реагировать с другой нейтральной молекулой воды (Н₂О), в результате чего образуется высокореактивный радикал гидроксила (ОН^•):

Н₂О⁺ + Н₂О → Н₃О⁺ + ОН^•.

На этом заканчивается физико-химическая фаза и развивается третья фаза действия ионизирующего излучения.

Фаза химических реакций. Обладая очень высокой химической активностью за счет наличия неспаренного электрона, свободные радикалы взаимодействуют друг с другом или с растворенными в воде веществами. Реакции могут идти следующими путями:

Н^• + ОН^• → Н₂О (рекомбинация, восстановление воды);

Н^• + Н^• → Н₂О + О (образование молекул воды и выделение кислорода, который является сильным окислителем);

ОН^• +ОН^• → Н₂О₂ (образование пероксида водорода).

При наличии в среде растворенного кислорода О₂ возможна реакция образования гидропероксидов:

Н^• + О₂ → НО₂^• (гидропероксидный радикал).

Эта реакция указывает на роль кислорода в повреждающем эффекте ИИ.

Гидропероксиды могут взаимодействовать между собой, образуя пероксиды водорода и высшие пероксиды, которые обладают высокой токсичностью, но они очень быстро разлагаются в организме ферментом каталазой на воду и кислород:

НО₂^• + НО₂^• → Н₂О₂ + О₂;

НО₂^• + Н^• → Н₂О₂ (пероксид водорода);

НО₂^• + НО₂^• → Н₂О₄ (высший пероксид).

Появление свободных радикалов и их взаимодействие составляют этап первичных химических реакций воды и растворенных в ней веществ, а в случаях облучения животных и растений – и биологических молекул.

Энергия излучения может поглощаться и непосредственно молекулами органических соединений. При этом также образуются возбужденные молекулы, ионы, радикалы и перекиси, при реакциях типа:

a) hv → RH → RH* → R^• + H^•;

R^• + O₂ → RO₂^•;

RO₂^• + H^• → HRO₂

2. 
   hv → RH →RH⁺ + e^–
   
3. 
   hv → RH → R^– + H⁺
   
4. 
   RH + H^• → R^• + H₂
   
5. 
   RH + OH^– → R^• + Н₂О
   

Возможна также диссоциация органических молекул или присоединение к ним радикала. В результате они либо разрушаются, либо инактивируются, теряя свои биологические свойства.

Энергия излучения, поглощенная молекулой белка или нуклеиновой кислоты, может передаваться ее структурами, разрушая молекулу в определенных, наиболее уязвимых местах по вышеприведенной схеме.

Таким образом, первичные процессы, происходящие в организме непосредственно в момент действия изучения, заключаются в образовании возбужденных молекул, ионов, радикалов и перекисей.



Рис. 13.1. Продукты радиолиза воды.

На биологической стадии воздействия эти высокоактивные в химическом отношении соединения вступают в реакции с компонентами сложных биохимических систем живого организма, что приводит к нарушениям химических процессов и структур клеток и, как следствие – к нарушению функций на уровне целостного организма.

Величина прямого и непрямого действия в первичных радиобиологических эффектах различных систем неодинаковая. В абсолютно чистых сухих веществах будет преобладать прямое, а в слаборастворенных – косвенное действие радиации. У животных, по данным М.А. Кузина, примерно 45% поглощенной энергии излучения действует непосредственно на молекулярные структуры – прямое действие, а остальные 55% энергии непрямое действие.
3. Эффект разведения и кислородный эффект.

О различии прямого и косвенного действия радиации на биологические объекты и величине их влияния на развитие лучевого поражения можно судить по двум феноменам – эффекту разведения и кислородному эффекту.

Эффект разведения

При косвенном действии радиации, независимо от разведения раствора, абсолютное число поврежденных молекул остается постоянным, а доля их от общего числа изменяется обратно пропорционально их концентрации.

При прямом действии радиации число инактивированных молекул при заданной дозе увеличивается пропорционально концентрации раствора, а их доля от общего числа молекул остается постоянной.

Кислородный эффект

В развитии первичных реакций при облучении биообъектов большое значение имеет концентрация кислорода в среде. С повышением его концентрации в окружающей среде и объекте облучения усиливается эффект лучевого поражения, и, наоборот, при понижении концентрации кислорода наблюдается уменьшение степени лучевого поражения. Выраженность кислородного эффекта у разных видов излучений неодинаковая и зависит от их линейной передачи энергии (ЛПЭ); с повышением ее эффект уменьшается. При действии излучений с малой плотностью ЛПЭ наблюдается наибольший эффект, а при воздействии излучений с высокой ЛПЭ он полностью отсутствует.

В присутствии кислорода происходит значительное усиление косвенного действия продуктов радиолиза воды и низкомолекулярных органических соединений. Свободные радикалы, взаимодействуя с кислородом, образуют гидропероксиды, пероксиды и высшие пероксиды, которые оказывают токсическое действие на организм. Наличие кислорода в облучаемой среде усиливает также прямое действие радиации. При попадании гамма-кванта в молекулу органического вещества, так же как и в случае с водой, образуются активные радикалы в результате ионизации и возбуждения молекул. Эти радикалы, взаимодействуя с кислородом, образуют гидропероксиды и пероксиды (RОО^•), которые приводят к глубокому изменению молекул [Белов А.Д. и др., 1999].
Лекция 14: Радиационные повреждения ДНК и проявления лучевого поражения на уровне клетки.

1. 
   Виды радиационных повреждений ДНК.
   
2. 
   Восстановительные процессы в облученной клетке.
   
3. 
   Задержка прохождения клеточного цикла.
   
4. 
   Радиационная задержка клеточного деления.
   
5. 
   Мутации и хромосомные аберрации.
   
6. 
   Индукция и реализация программируемой смерти клетки (апоптоза).
   
7. 
   Генетическая и геномная нестабильность.
   

При облучении клетки поражаются все ее структуры. Вероятность поражения тех или иных молекул определяется их размером: чем крупнее молекула, тем, естественно, больше вероятность ее повреждения. Именно поэтому в качестве основной мишени радиационного поражения клетки рассматривается ДНК.

С позиций радиобиологии важен факт теснейшего пространственного расположения различных частей одной и той же молекулы ДНК в интерфазной клетке и в хромосоме и, кроме того, близкое расположение молекул ДНК, принадлежащих разным хромосомам.
1. Виды радиационных повреждений ДНК.

В результате прямой ионизации самой молекулы ДНК и ее атаки радикалами ОН^ происходит разрыв химических связей между атомами. Разрыв связей в сахаро-фосфатном скелете нарушает непрерывность нити ДНК. Если разорвана одна из нитей, говорят об однонитевом или одиночном разрыве. Совпадение разрывов противоположных нитей ДНК в одной точке приводит к появлению двойных (двунитевых) разрывов.

Известно, что одиночные разрывы постоянно возникают в клетке и без всякой связи с облучением, просто вследствие тепловой нестабильности ДНК, а также в результате некоторых окислительных и ферментативных процессов. Более того, одиночные разрывы даже необходимы: при репликации ДНК молекула должна быть расплетена на участке синтеза, для чего одна нить должна иметь возможность вращаться относительно другой, чего невозможно достичь без ее разрыва. Предполагается, однако, что при облучении возникают не только одиночные разрывы, аналогичные возникающим спонтанно, но еще появляются «комплексные», при которых в скелете ДНК рядом находится сразу несколько разорванных связей; такие разрывы репарируются хуже, чем возникающие в нормальных условиях.

Двойные разрывы образуются как при случайном пространственном совпадении одиночных разрывов в противоположных нитях ДНК (вероятность которого возрастает с увеличением накопленной дозы редкоионизирующего излучения), так и вследствие одномоментного повреждения обеих нитей при выделении в данном микрообъеме клетки большого количества энергии. Даже при действии редкоионизирующих излучений выделение энергии по объему клетки происходит не абсолютно равномерно, а дискретными порциями разной величины, так что в примерно равном объеме атомам может быть передано от нескольких электрон-вольт до нескольких сот электрон-вольт. При действии плотноионизирующих излучений общее число разорванных межатомных связей будет таким же, однако они будут менее равномерно распределены по длине молекулы ДНК. Общее число очагов поражения будет меньшим, зато «тяжесть» (концентрация разорванных межатомных связей на единицу микрообъема) каждого из них будет больше. Таким образом, при действии плотноионизирующих излучений число двойных разрывов на единицу дозы оказывается выше, чем при действии редкоионизирующих видов радиации. Так как одиночные разрывы репарируются гораздо лучше, чем двойные, тяжесть поражения клетки с увеличением доли двойных разрывов возрастает. Именно это и служит причиной более высокой относительной биологической эффективности плотноионизирующих излучений.

Нарушение непрерывности молекулы ДНК препятствует считыванию с нее генетической информации (если разрыв приходится на транскрибируемый участок генома), а также нормальной репликации ДНК и последующему распределению генетического материала между клетками. Разрыв скелета может сопровождаться разрывом связей в той части молекулы дезоксирибозы, которая не участвует в построении скелета ДНК. Такое повреждение рассматривается одновременно и как разрыв, и как повреждение нуклеотида.

Разрывы скелета ДНК частично элиминируются самостоятельно, частично с помощью систем ферментативной репарации. Репарация не всегда заканчивается восстановлением исходной молекулы. Вместо воссоединения разорванной связи может возникнуть связь между свободными концами двух противоположных нитей молекулы ДНК, между свободными концами в местах разных разрывов одной и той же нити ДНК и даже между свободными концами разных молекул ДНК. Такое разнообразие новых связей является следствием того, что нити ДНК в ядре упакованы весьма плотно. Неправильное воссоединение разрывов приводит к возникновению хромосомных перестроек (аберраций).
2. Восстановительные процессы в облученной клетке.

За миллионы лет эволюции живые организмы выработали специальные механизмы исправления поврежденных в результате действия ионизирующей радиации клеточных элементов. Такой процесс называется репарация (восстановление).

Принято выделять два вида репараций – от сублетальных и от потенциально летальных повреждений.

Сублетальные повреждения – нарушения, которые сами по себе не вызывают гибель организма (клетки), но увеличивают ее вероятность. Примером сублетальных повреждений может служить поражение клеточных мембран или органелл (кроме ядра).

Потенциально летальные повреждения – нарушения, которые сами по себе способны вызывать гибель организма или клетки, но в определенных условиях могут быть отрепарированы. Например, двойные разрывы ДНК являются абсолютно летальными повреждениями, если клетка вступила в митотическое деление. Однако они могут быть репарированы за время, оставшееся до деления клетки. Если этот период (интерфазу) искусственно удлинять, то вероятность успешной репарации увеличивается. Замедление темпов клеточного деления можно достичь, например, понижением температуры или введением специальных химических веществ – ингибиторов деления.

Первичные повреждения в молекулах ДНК удаляются и замещаются нормальными структурами в результате трех процессов:

1. 
   возвращения молекулы ДНК к исходному состоянию;
   
2. 
   вырезания поврежденного участка и замещение его нормальным;
   
3. 
   рекомбинированного восстановления – в обход поврежденного участка.
   

Репарация от радиационных повреждений ДНК осуществляется ферментами, постоянно участвующими в метаболизме клетки, в том числе в восстановлении от повреждений нерадиационной природы (химической, термической, стрессовой, ошибок считывания и тд.).

Известно несколько различных по своим механизмам репарационных систем.

Фотореактивация заключается в устранении одного из типов повреждений ДНК – пиримидиновых димеров. После попадания кванта радиации в молекулу пиримидинового основания (тимина, цитозина или урацила) в ней разрывается двойная связь между 5-м и 6-м атомами углерода. Если два разрыва происходят в двух соседних молекулах тимина, то разорванные связи могут замкнуться друг на друге, образуя прочную ковалентную связь между двумя основаниями – димер тимина. Аналогично возникают димеры цитозина или тимин-цитозин и т.д. После этого расхождение нитей ДНК и, следовательно, самоудвоение ДНК или считывание закодированной в ней информации становится невозможным.

У растений такие дефекты устраняет фермент фотолиаза, названный так из-за того, что он использует энергию видимого света или ближней ультрафиолетовой радиации (300-600 нм).

Темновая система репарации значительно сложнее. В процессе темновой репарации ДНК выделяют 2 этапа.

1. 
   выщепление поврежденного участка (димера пиримидинового основания и олигонуклеотидного фермента) с помощью ферментов нуклеаз;
   
2. 
   застройка образовавшегося пробела с помощью комплементарного участка противоположной нити ДНК при участии комплекса ферментов, основными из которых у эукариот являются β- и γ-ДНК-полимеразы, а у прокариот – ДНК-полимераза-1 и полинуклеотидлигазы.
   

Существует еще целый ряд менее изученных репарационных систем, действующих в разные фазы клеточного цикла.

Поскольку постлучевая репарация – процесс ферментативный, ее интенсивность и судьба облученной клетки зависят от общего уровня клеточного метаболизма и активности ферментов. Следовательно, важную роль в поддержании эффективности систем репарации играет общий уровень метаболизма, в первую очередь – белкового обмена. Это связано с тем, что при недостаточном поступлении в организм незаменимых аминокислот нарушается синтез белков, в том числе и ферментов. Поэтому полноценное белковое питание играет важную роль в системе постлучевых терапевтических мероприятий. Для нормального обмена веществ важна также сбалансированность рациона по витаминам и минеральным элементам.
3. Задержка прохождения клеточного цикла.

Жизненный цикл клетки, период от одного деления до другого, подразделяется на четыре фазы: предсинтетический период (G₁), период синтеза ДНК (S-период), постсинтетический период (G₂) между окончанием синтеза ДНК и вступлением клетки в митозмитоз (М). Схема генерационного цикла представлена на рисунке.
Схема митотического цикла:
Сверочная точка Сверочная точка

M ----------------------1-------------------1---------- M

G₁ S G₂

G₀

М –митоз; С, – предсинтетический (по отношению к синтезу ДНК) период; 5 –стадия синтеза ДНК; С₂ – постсинтетический период; С₀ – период покоя
Общая длительность цикла культивируемых in vitro опухолевых клеток человека, с которыми проводится основная масса радиобиологических экспериментов, составляет около 24 ч, при длительности периода G₁  10 чКлетки опухолей человека лимфоидного происхождения могут иметь цикл короче 10 ч.

Быстро делящиеся клетки, особенно стволовые, имеют укороченный период G₁, в то время как дифференцированные клетки имеют столь длинный период G₁, что его обозначают как G₀ и называют стадией покоя.

В медленно обновляющихся тканях большинство клеток находится в G₀ периоде, т.е. периоде покоя; его длительность составляет недели, месяцы и даже годы (например, клеток ЦНС). «Покоящиеся» клетки – это резерв репопуляции, они переходят к синтезу ДНК и делению в случае гибели от различных причин части клеточного пула. Таков, например, механизм посттравматиче-ской регенерации тканей или возобновления роста опухоли после ее облучения.

В клеточном цикле имеется несколько так называемых контрольных точек, «чекпойнтов» (англ. check point — пост контроля на границе), при прохождении которых ферментативные системы проверяют ДНК на повреждения, и в случае их выявления активируют ингибиторы циклинзависимых киназ, что замедляет переход клеток из одной фазы в другую. Вероятно, замедление перехода дает больше возможности для репарации повреждений ДНК, возникающих в процессе нормальной жизнедеятельности клетки. При нанесении клетке значительного количества повреждений эта система также приводит к задержке прохождения цикла, но, по-видимому, не может обеспечить необходимый уровень восстановления. Блок в прохождении цикла нагляднее всего проявляется в виде задержки наступления первого постлучевого митоза. Фиксация поведения облученных клеток с помощью специальных видов видеосъемки показывает, однако, что при одной и той же дозе облучения клетки с длительной задержкой продвижения по циклу (более поздним наступлением митоза) впоследствии погибают с большей вероятностью, чем клетки с меньшей задержкой.
4. Радиационная задержка клеточного деления.

Снижение числа делящихся клеток после облучения было замечено уже вскоре после открытия рентгеновских лучей, что послужило одним из оснований к их применению для подавления опухолевого роста. Задержка в наступлении очередного деления наблюдается почти у всех клеток облучаемой популяции, причем ее длительность зависит от дозы ионизирующего излучения.

В ходе многочисленных исследований было установлено, что длительность задержки деления у некоторых видов клеток меняется в зависимости от стадии клеточного цикла, в которой они находились при облучении, у других она относительно постоянна при облучении во время всей интерфазы.

Например, при наблюдении за клетками рака мочевого пузыря человека в течение нескольких генерационных циклов были получены следующие данные. При облучении этой популяции клеток из 231 клетки сохранили способность к делению в ряду нескольких поколений всего 12 клеток, потомство которых образовало колонии, состоящие из более чем 50 клеток каждая. В этой группе клеток задержка в прохождении цикла была относительно небольшая, они вошли в деление через 17 – 22 ч после предыдущего (19±2,5 ч). У остальных клеток, которые в дальнейшем погибли, облучение привело к значительной задержке наступления первого митоза. У клеток, облученных в период G₁, задержка митоза составила около 7 ч, в поздней S- и G₂-фазе она достигла 20-25 ч; наибольшую задержку испытывали клетки, подвергшиеся облучению в середине S-периода – в среднем она была равна 35 ч. Часть клеток погибла в интерфазе, причем не по апоптотическому пути, а по некротическому.

Различным видам клеток свойственны разные реакции на облучение.

Пока известны только отдельные факты, ответственные за задержку в прохождении клеточного цикла. Существенная роль в этом отводится системе обнаружения дефектов ДНК в контрольных точках цикла во время прохождения клеткой периодов G₁ и G₂. Раньше считалось, что задержка в продвижении по циклу дает клетке больше времени для репарации ДНК перед S-фазой или митозом, когда целостность молекулы ДНК особенно значима для нормальной жизнедеятельности. Однако данные о более длительной задержке в наступлении митоза у погибающих в последствии клеток по сравнению с сохраняющими клоногенный потенциал указывают, по-видимому, на более глубокое повреждение ДНК данной клетки.

Причины значительной задержки деления у клеток, облученных в середине S-фазы, неясны. Высказано лишь предположение, что она может быть связана с периодом клетки от репликации эухроматина к репликации гетерохроматина (эухроматин, составляющий около 90% ДНК клетки, транскрипционно активен и в интерфазе находится в деконденсированном состоянии; гетерохроматин транскрипционно неактивен и в интерфазном ядре находится в конденсированной форме., что различимо при световой микроскопии). Однако изучению дифференциальной чувствительности эу- и гетерохроматина к облучению еще только начинают уделять внимание, и данное предположение лишь указывает на то, что этот вопрос поднимается в литературе.

В практическом плане, например, при планировании экспериментов с определением хромосомных аберраций в облученных клетках и выборе времени их фиксации, упрощенно принимается, что для асинхронной популяции нелимфоидных клеток задержка в наступлении митозов составляет 1 ч на 1 Гр дозы излучения.
5. Мутации и хромосомные аберрации.

Формирование под влиянием радиации разрывов ДНК является первым шагом формирования ХА. Именно «пропущенные» репарационными системами или неправильно восстановленные разрывы реализуются в форме различных типов ХА. Некоторые из них могут быть летальными и будут успешно «отфильтрованы» на протяжении нескольких клеточных делений, а другие же оказываются нелетальными и могут запускать каскад генетических явлений, в число которых входит и малигнизация клеток.

Повышенный выход частоты ХА может быть связан не столько с индукцией мутагенеза, сколько с ослаблением репарационных механизмов. Предполагается, что ряд заболеваний, в том числе и эндокринные патологии (сахарный диабет, (онко)патологии щитовидной железы, аутоиммунный тиреоидит и др.), сопряжены с возникновением нарушений на молекулярном уровне и их фенотипической реализацией в многокомпонентной системе ферментативных механизмов, обеспечивающих репарацию ДНК, уровень эффективности которой является определяющим критерием для сохранения генетической стабильности клетки.

Возникающие в клетке аберрации подразделяют на хромосомные и хроматидные. Хромосомные аберрации возникают в случае, когда клетка подверглась облучению на предсинтетической стадии цикла или в S-период, но до начала удвоения определенного участка своего генома. При неверном воссоединении оторванных друг от друга фрагментов ДНК такое нарушение воспроизводится во время репликации (удвоения). Итогом является образование дицентрических, кольцевых хромосом и ацентрических колец, что может сопровождаться появлением ацентрических фрагментов (парных фрагментов).

Хроматидные аберрации возникают в клетке, облученной уже после завершения репликации всей ДНК или того ее участка, разрыв которого и приведет к формированию аберрации. Разрыв одной из хроматид проявляется в виде ее укорочения и образования одиночного ацентрического фрагмента. Разрыв обеих хроматид может проявиться различным образом – образованием двух фрагментов, их слиянием в один или соединением сестринских хроматид.

Аберрации, сопровождающиеся образованием ацентрических фрагментов, дицентрических и кольцевых хромосом, получили название нестабильных, так как приводят к гибели самой облученной клетки или ее ближайших потомков из-за невозможности равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками. Перестройки, сопровождающиеся только перемещением участков пораженных хромосом, когда весь генетический материал остается связанным с центромерой и может распределяться между дочерними клетками, относят к стабильным аберрациям, так как они могут передаваться в ряду клеточных поколений, сохраняясь в организме в течение многих лет. Примером являются транслокации, когда участок генома перемещается в новое для него место, но продолжает функционировать. Такие транслокации возникают при неверном соединении участков как одной и той же хромосомы, так и нескольких хромосом вследствие трех и большего числа разрывов в геноме одной клетки.

Изучение транслокаций стало возможным благодаря разработке методов дифференцированной окраски отдельных участков хромосом (метод G-дифференциальной окраски). В настоящее время одним из наиболее современных методов анализа хромосомных перестроек является использование флуоресцентной метки, присоединенной к фрагментам ДНК, комплементарным для ДНК определенных участков генома. Для него обычно используют английское название – FISH.

Наиболее широко хромосомные аберрации используют в биодозиметрии для оценки поглощенных доз при облучении человека. Тест проводят в культуре лимфоцитов периферической крови. Первостепенную роль при биодозиметрических исследованиях играет учет именно дицентрических и кольцевых хромосом, возникновение которых специфически сопряжено с воздействием радиации или очень небольшой группы радиомиметиков. При этом необходимо учитывать наличие парных фрагментов (при их отсутствии в клетках первого митоза можно говорить о наличии указанных аберраций в стволовой клетке, так как в процессе дифференциации вероятность потери фрагментов выше, чем центрических маркеров). Количество маркеров радиационного воздействия возрастает в зависимости от дозы согласно линейно-квадратичному закону (Y = αD + βD²). По мере увеличения дозы возрастает число разрывов ДНК и соответственно вероятность их взаимодействия между собой, которая зависит от квадрата дозы. При смертельной для человека дозе редкоионизирующих излучений 4,5-5 Гр на каждый делящийся лимфоцит приходится в среднем одна аберрация. Метод дает возможность оценить полученную дозу, начиная с 0,25 Гр.

Особую трудность для анализа представляют клетки с множественными аберрациями. Частота их растет пропорционально дозе и зависит от типа излучения. Высокоэнергетические α и β-частицы вызывают существенно более значимое увеличение частоты таких клеток по сравнению с γ-квантами. Существует предположение, что на основании указанного различия, возможно провести биологическую идентификацию источника излучения.

Из ацентрических фрагментов хромосом, которые из-за отсутствия центромер не были распределены по ядрам дочерних клеток и остались в цитоплазме, образуются так называемые микроядра, представляющие собой глыбки хроматина, располагающиеся в цитоплазме интерфазной клетки. Количество микроядер на клетку коррелирует с дозой излучения и также как хромосомные аберрации используется в качестве показателя для целей биодозиметрии.
6. Индукция и реализация программируемой смерти клетки (апоптоза).

Еще одним следствием повреждения молекул ДНК является включение процесса программируемой клеточной смерти — апоптоза. Многие виды клеток после облучения погибают как по апоптотическому, так и по некротическому пути, но ряд клеток, прежде всего лимфоидного происхождения, погибает в основном путем апоптоза. Клетки лимфоидного происхождения значительно более радиочувствительны, чем клетки любого другого происхождения. Их более ранняя гибель и высокая радиочувствительность объясняются запуском механизма программируемой смерти при таком уровне поражения ДНК, который сам по себе приводит клетку к гибели с гораздо меньшей вероятностью.

Апоптотическая смерть клетки в принципе является нормальным для организма процессом, участвующим в онтогенезе, дифференцировке, реакции на генотоксические внешние воздействия. Апоптотическая смерть — один из наиболее важных способов сохранения организмом своего гомеостаза, роль которого особенно велика в противодействии злокачественному перерождению. Именно путем апоптоза происходит удаление трансформированных клеток. В клетке существует механизм выявления нарушений в структуре ДНК, сопряженный с выдачей сигнала на систему ее разрушения. Так работает опухолевый супрессор, белок р53, продукт гена р53, который воспринимает информацию о повреждении молекулы ДНК и затем активирует каскад ферментативных реакций внутриклеточной трансдукции сигналов апоптоза, запускающих ферменты, разрушающие определенные (но не все) клеточные структуры.

На молекулярном уровне выделяют три стадии апоптоза – стадию выявления нарушений в структуре клеточных компонентов и индукции сигнала к апоптотической смерти, стадию «принятия решения» и стадию «исполнения приговора». Сигналом к индукции апоптоза служит либо повреждение ДНК (обнаруживаемое с участием белка р53), либо повреждение митохондриальных мембран, ведущее к выходу из митохондрий в цитоплазму цитохрома С.

На второй стадии процесса действует несколько про- и анти-апоптотических модуляторов, и сигнал к апоптозу может быть заблокирован. Если трансдукция сигнала не прервана, то инициируется третья, завершающая стадия апоптотической гибели клетки – активируются эффекторные («киллерные», «казнящие») каспазы. Каспазы – это цистеиновые протеиназы, расщепляющие белки по остаткам аспарагиновой кислоты.

Клеточная мембрана в процессе развития апоптоза образует быстро возникающие и исчезающие выпячивания, так называемые блебы (от англ. bleb — волдырь). Затем клетка округляется, а через некоторое время распадается на «апоптозные тела», которые содержат хроматин, митохондрии и лизосомы и окружены остатками клеточной мембраны.

Считается, что утеря клеткой апоптотического потенциала является одной из предпосылок злокачественного перерождения. Наиболее часто этому способствует выключение гена р53.

Предполагается, что гибель по апоптотическому пути может происходить при повреждениях ДНК, не являющихся препятствием к жизнедеятельности клетки. Основанием к такому выводу служит судьба лимфоидных клеток, погибающих по апоптотическому пути при более низких дозах, чем клетки, в основном погибающие по некротическому пути. Некротический путь гибели реализуется при уровне поражений, несовместимых с жизнедеятельностью клетки. Пока не ясно, связана ли разная эффективность выявления повреждений ДНК с различием в индукции или в осуществлении апоптоза.

При апоптозе ДНК распадается на строго определенные фрагменты, при некрозе – на участки различной длины. При некрозе ядерная и клеточная мембраны разрушаются на самых ранних этапах гибели, при апоптозе даже апоптозные тела окружены мембранами. Внутриклеточные органеллы сохраняются и видны в апоптотических телах, при некрозе они полностью разрушаются. Ингибирование синтеза АТФ, т. е. лишение клетки энергетического потенциала, препятствует развитию апоптоза, но не влияет на некротические процессы.
7. Генетическая и геномная нестабильность.

Неправильная репарация ДНР сопряжена также с формированием феномена генетической нестабильности вследствие формирования репликационно ошибочного генотипа. Механизмы формирования этого явления достаточно многочисленны. Так, причинами генетической нестабильности могут быть неправильно репарированные повреждения ДНК: измененная последовательность оснований; микроделеции теломерных участков хромосом; активация генов, связанная с факторами роста, протеинкиназы К, интерлейкина-2, белка р-53, фактора некроза опухолей, протоонкогенов. Продукты этих генов влияют на отдаленные события в поврежденных клетках – мутагенез, канцерогенез, репарацию – и на отдаленную гибель [Хрисанфова Е.Н. и др., 2002].

РИНГ – это форма нестабильности генома, возникающая в результате воздействия ИИ. К ее проявлениям относят отсроченную репродуктивную гибель клеток (отдаленные летальные мутации), дестабилизацию хромосом, соматические мутации, амплификацию генов и изменение радиочувствительности [Мазурик В.К. и др., 2001; Пелевина И.И. и др., 2003]. В работе C. Mothersill и др. (1998) были выделены два признака РИНГ, как общие свойства пролиферирующих клеток. Один из них характеризует явление в целом, как долговременное понижение вероятности роста и деление облученных клеток без возникновения мутаций в генетическом материале (иными словами, нестабильность генома – это возрастание вероятности мутационных изменений). Другой подчеркивает, что клетки, обладающие после воздействия радиации геномной нестабильностью, генерируются с высокой частотой, хотя и не образуют однородного клона, а повреждения генома, которые в них обнаруживаются, случайны, непредсказуемы по частоте, времени проявления и выраженности.

РИНГ может передаваться многим поколениям клеток, образующимся путем репликации, причем генетические изменения, наблюдаемые в клетках дочерних поколений, отличаются от возникших изменений в “родительской”, то есть в самой облученной клетке. Радиация, в сущности, увеличивает частоту, с которой в выживших облученных клетках, точнее, в образуемых ими клеточных популяциях при нормальном функционировании возникают спонтанные генетические изменения [Little J.B., 1998].

Дестабилизация хромосом давно уже рассматривается как первый и прямой признак общей нестабильности генома. В силу различных причин общее число клеток с аберрациями хромосом с каждым митозом убывает. При этом клоны с хромосомной нестабильностью могут восстанавливать стабильность в следующей клеточной популяции, сохранять тот же уровень нестабильности или становиться еще более нестабильными [Ponnaija В., 1998].

Доля клеток с хромосомными аберрациями среди потомства клеток, подвергнутых воздействию γ- или α-излучения в дозах 0,5, 1 или 3 Гр, после 30 удвоений была достоверно выше, чем в соответствующем контроле. Тип хромосомных аберраций (хроматидные разрывы, фрагменты и малые хромосомы) свидетельствовал о передаче хромосомной нестабильности в поколениях. Экспрессия нестабильности по этому показателю снижалась между 30-м и 72-м удвоениями популяции после облучения в дозах 0,5 и 3 Гр, и сохранялась до 72-го удвоения после облучения в дозе 1 Гр. При действии α-частиц экспрессия хромосомной нестабильности в потомстве клеток была более выраженной и почти не изменялась во времени. По мнению C. Mothersill и др. (2000), нестабильные хромосомные аберрации, характерные для РИНГ, могут приводить к апоптозу и вносить свой вклад в формирование отсроченной репродуктивной гибели/летальных мутаций в клетках HPV-G. По мнению авторов, не существует прямой корреляции и простых соотношений между двумя такими проявлениями РИНГ, как отсроченная репродуктивная гибель и хромосомные аберрации. В то же время корреляция отмечается между отсроченной репродуктивной гибелью и возрастанием числа клеток с микроядрами при РИНГ.

Лекция 15: Радиочувствительность животных.

1. 
   Видовая и популяционная радиочувствительность.
   
2. 
   Радиочувствительность органов и тканей.
   
3. 
   Половые различия в радиочувствительности.
   
4. 
   Возрастная радиочувствительность.
   

1. Видовая и популяционная радиочувствительность.

Реакции животных на проникающее излучение весьма многообразны и определяются параметрами излучения и особенностями организма. Поэтому у животных разных видов, и даже у индивидуумов одного и того же вида, радиочувствительность будет неодинаковой. Она зависит от возраста, пола, упитанности, температуры, наличия или отсутствия кислорода и других факторов, существующих на момент облучения.

Для обозначения радиационной чувствительности животных используют величины летальных доз (ЛД). Это минимальные дозы облучения, которые вызывают смерть 50% (ЛД_50/30) и 100% (ЛД_100/30) облученных животных в течение 30 дней.

Противоположным радиочувствительности свойством организма является радиорезистентность – устойчивость к действию ионизирующих излучений

Причины различной радиочувствительности по видам животных пока объяснить не удается. Нет ни одной гипотезы, более или менее объясняющей этот феномен. Одно ясно, что млекопитающие – животные и человек – обладают наибольшей чувствительностью к облучению по сравнению с птицами, рыбами, земноводными и др [Белов А.Д. и др., 1999].
Таблица 15.1.

Видовая радиочувствительность: ЛД_50/30, для различных

систематических групп и видов организмов

Биологический вид	Доза ЛД50/30, Гр	Биологический вид	ДозаЛД50/30, Гр
Человек Обезьяна Собака Осел Кролик Хомяк Мыши разных линий Крысы разных линий	2,5 – 4 2,5 – 6 1,5 – 3 2,5 – 4 9 – 10 9 – 10 6 – 15 7 – 9	Птицы Рыбы Змеи Насекомые Растения	8 – 20 8 – 20 80 – 200 10 – 100 10 – 1500

Вероятно, большая радиочувствительность более высокоорганизован-ных организмов связана со сложностью их биохимической и физиологической организации, радиационные нарушения которой вызывают развитие различных патологий. Причем принцип большей устойчивости сложных систем за счет дублирования функций здесь не работает из-за того, что ионизирующая радиация действует одновременно на все, в том числе и регуляторные, системы организма на всех уровнях организации.

Кроме того, наиболее высокоорганизованные животные – птицы и млекопитающие – гомойотермны (гомойотермность – способность животных поддерживать постоянную температуру тела), а повышенная температура тела способствует интенсификации радиобиологических реакций и усиливает поражение [Симак С.В. и др., 1998].

В радиочувствительности организмов внутри одного вида и одной популяции имеются индивидуальные различия, обусловленные различиями в уровне обменных процессов, состоянием компенсаторных механизмов (репарационных систем), общей активностью животных во время лучевого воздействия [Симак С.В. и др., 1998]. В любой популяции 50% особей имеют средние значения показателя радиочувствительности. В популяции существует хоть малое количество сверх радиочувствительных и сверх радиорезистентных особей. Если на популяцию действуют малые дозы ионизирующих излучений, то к ней чувствительны самые радиочувствительные особи. С повышением дозы увеличивается число особей радиочувствительных к радиации.

Адаптация популяций к радиации возможна. Чем выше плодовитость и чем чаще смена поколений, тем легче адаптация. Но адаптация человеческой популяции к радиации неосуществима и недопустима. Для популяции гибель одной особи несущественна, а даже желательна, чем мутация, т.к. мутация несет с собой генетический груз.
2. Радиочувствительность органов и тканей.

Различие радиочувствительности проявляется и в органах, составляющих организм как целое. Клетки одного органа также имеют неодинаковую степень чувствительности и способность к регенерации после лучевого поражения.

Степень радиочувствительности тканей характеризуют по функционально-биохимическим и морфологическим признакам. Органы по функционально-биохимическим признакам, определяющим сорбционный показатель тканей, выявляемый при их витальном окрашивании, можно распределить по радиочувствительности в следующей убывающей последовательности: большие полушария и ствол головного мозга, мозжечок, гипофиз, надпочечники, семенники, печень, селезенка, легкие, почки, сердце, мышцы, кожа и костная ткань.

По морфологическим признакам развивающихся пострадиационных изменений органы разделяются на три группы:

1. 
   органы чувствительные к радиации: лимфоузлы, лимфатические фолликулы ЖКТ, красный костный мозг, ЖКТ, вилочковая железа, селезенка, половые железы. Морфологически регистрируемые изменения в них возникают уже при облучении дозой 0,25 Гр
   
2. 
   органы, умеренно чувствительные к облучению: кожа, глаза;
   
3. 
   органы, резистентные к действию ионизирующего излучения: печень, легкие, почки, сердце, кости, сухожилия, нервные стволы и др. Первичные морфологические изменения в них отмечаются при облучении дозой 1 Гр и более.
   

Из-за различной чувствительности органов для организма не безразлично, будет ли облучаться все тело равномерно либо часть его или организм получит общее, но неравномерное облучение. Общее равномерное облучение вызывает наибольший радиобиологический эффект. Экранирование при облучении даже небольшого участка тела повышает устойчивость организма к воздействию радиации. Выраженный защитный эффект проявляется при экранировании участка кости с красным костным мозгом, например головки одной из бедренных костей [Белов А.Д. и др., 1999].
3. Половые различия в радиочувствительности.

Радиочувствительность кур заметно ниже, чем петухов (12 и 10 Гр соответственно). Вероятно, эта зависимость распространяется и на другие виды птиц. Представления о половых различиях в радиочувствительности млекопитающих до настоящего времени не устоялись. Имеются указания на то, что выживаемость быков выше, чем коров, однако в других работах эти различия не подтверждаются. Для свиней и ослов показано отсутствие различий в чувствительности самцов и самок. Правда, в период течки резистентность самок несколько повышается, что, вероятно, связано с защитным эффектом эстрогенов. Однако такие повышенные физиологические нагрузки, как беременность и роды значительно снижают радиорезистентность животных. Это связано с тем, что при беременности происходит угнетение всех звеньев иммунной системы.

4. Возрастная радиочувствительность.

В ходе онтогенеза радиочувствительность организма млекопитающих и птиц значительно изменяется. Наиболее чувствительны молодые, растущие животные. Это связано с тем, что в их тканях преобладают активно делящиеся и потому радиочувствительные клетки. После окончания периода роста и созревания радиорезистентность значительно возрастает, а к старости опять снижается. Так для крупного рогатого скота в возрасте 3 дней летальная доза составляет 1,5 Гр, 3-5 месяцев – 4 Гр, для взрослых животных – 5,5 Гр и для старых – 2-4 Гр. Причиной этого является общее снижение уровня обменных процессов у старых животных и связанное с этим снижение эффективности систем постлучевой репарации [Симак С.В. и др., 1998].
Лекция 16: Основные эффекты облучения животных и человека.

1. 
   Непосредственные и опосредованные эффекты облучения.
   
2. 
   Детерминированные эффекты облучения.
   
3. 
   Стохастические эффекты облучения.
   
4. 
   Тератогенные эффекты облучения.
   

1. Непосредственные и опосредованные эффекты облучения.

По механизмам развития последствий принято выделять непосредственные, опосредованные эффекты облучения.

Непосредственные эффекты облучения

Непосредственные эффекты облучения развиваются в период, следующий практически сразу за моментом облучения. Возникают они в результате прямого поражения молекулярно-клеточных структур и систем организма. К ним относятся острая и хроническая лучевая болезнь, поражения ключевых систем организма млекопитающих (система кроветворения, желудочно-кишечный тракт, ЦНС и др.).

Опосредованные эффекты облучения

Не все эффекты облучения связаны с изменениями происходящими непосредственно в клетках, оказавшихся мишенями электромагнитной волны или частицы высокой энергии. Непосредственно после облучения живой ткани в ней могут развиваться процессы, результатом которые является появление новых, опосредованных эффектов, непосредственно не вызванных лучом. К таким опосредованным эффектам облучения относятся: токсический эффект, иммунодефицит и инфекции, аутоиммунные процессы.

Токсический эффект

Все рассмотренные выше теории исходят из предположения, что лучевое поражение вызывается повреждением клеток и тканей, которые непосредственно подверглись действию радиации. Однако часть эффектов облучения не может быть объяснена таким образом и имеет более сложный механизм.

Так, в экспериментах по переливанию крови или даже одной кровяной сыворотки от облученного животного необлученному у последнего развиваются сглаженные симптомы лучевой болезни. При этом ни один орган, отвечающий за развитие лучевой болезни, воздействию ионизирующей радиации не подвергался. Объяснением наблюдаемых эффектов может служить появление в крови каких-то химических веществ, которые и вызывают лучевые симптомы. Специальные исследования показали, что этими веществами являются как продукты распада облученных и погибших клеток (свободные радикалы, освободившиеся внутриклеточные ферменты и др.), так и продукты извращенного облучением метаболизма. Фактически этот эффект является разновидностью интоксикации. Следует иметь в виду, что, хотя гуморальный (неклеточный) токсический эффект усиливает лучевое поражение, ведущую роль в развитии лучевой болезни играют поражения клеточных структур

Аутоиммунные процессы.

Одним из эффектов облучения является увеличение проницаемости тканевых барьеров. После гибели и лизиса пораженных клеток продукты их распада – радиотоксины, среди которых оказывается немало слабоизмененных или неизмененных белков, характерных для самого облученного организма – в значительных количествах оказываются в кровяном русле. Но в нормальной ситуации в крови их быть не должно. Иммунная система организма осуществляет постоянный контроль наличия в тканях чужеродных, измененных или отмерших компонентов – антигенов, отвечая на их появление образованием специфических антител. После облучения происходит выработка антител против собственных белков, оказавшихся в составе радиотоксинов – аутосенсибилизация. Ее последствия имеют двоякий характер. С одной стороны, дезактивация и удаление из организма радиотоксинов уменьшает токсический эффект и снижает степень поражения. С другой – появление в организме большого количества антител, специфичных к собственным клеткам на фоне увеличения проницаемости тканевых барьеров может приводить к серьезным повреждениям собственных тканей и органов организма.

Таким образом, за непосредственные эффекты облучения отвечают погибшие клетки, а за отдаленные – потомки видоизмененных выживших клеток.
2. Детерминированные (нестохастические) эффекты.

По величине поглощенной дозы эффекты делятся на детерминированные и стохастические:

Детерминированные эффекты (нестохастические) – клинически значимые непосредственные лучевые реакции, связанные с клеточными утратами. Все детерминированные эффекты являются пороговыми, т.е. возникают только при достижении определенной дозы и усиливаются с ее увеличением.

Доза 0,2 – 0,5 Гр.

а) ранние, вскоре после облучения – проявляется в виде острой лучевой болезни (при общем облучении), либо при поражении отдельных органов, например кожи виде лучевых эритемы, ожогов и язв;

б) отсроченные, спустя месяцы, годы – стерильность, катаракта, нефро- кардиосклероз;

в) поздние, спустя годы, при больших дозах – фиброзы, нейропатии, поражения костей (клинически значимы, их степень зависит от дозы при местном и общем облучении).

Доза 0,1 – 1 Гр. Поздние детерминированные эффекты при малых дозах: различные функциональные нарушения сердечно-сосудистой, нервной, и других систем, отмеченные через 50 лет среди японцев, переживших ядерную бомбардировку (радиационная природа подобных эффектов нуждается в подтверждении и изучении).

Лучевая болезнь животных и человека.

Лучевая болезнь (ЛБ) – определенный комплекс проявлений поражающего действия ионизирующих излучений на организм.

Факторы от которых зависит многообразие проявлений лучевой болезни:

• 
  Вид облучения (общее или местное, внешнее или от инкорпорированных радиоактивных веществ);
  
• 
  Временной фактор (острое, пролонгированное или хроническое, однократное или фракционированное и т.д.);
  
• 
  Пространственный фактор (равномерное или неравномерное облучение);
  
• 
  Объем и локализация облученного сегмента тела и поверхности кожи.
  

Характерная черта острой лучевой болезни (ОЛБ) – волнообразность клинического течения, в чем можно усмотреть своеобразную последовательность проявления поражения отдельных систем организма.

Периоды течения ОЛБ: период формирования, период восстановления и период исходов и последствий.

Фазы первого периода ОЛБ: 1) общей первичной реакции; 2) кажущегося клинического благополучия (скрытая, или латентная, фаза); 3) выраженных клинических проявлений (фаза разгара болезни); 4) раннего восстановления.

Степени тяжести ОЛБ: В диапазоне доз 1 —6 Гр различают четыре степени тяжести ОЛБ человека: ОЛБ I (легкой) степени (1—2 Гр); ОЛБ II (средней) степени (2—4Гр); ОЛБ III (тяжелой) степени (4—6 Гр). При дозах выше 6 Гр ОЛБ оценивают как крайне тяжелую, IV степени (выделяют переходную, кишечную, церебральную и токсемическую формы. Две последние формы ОЛБ развиваются при дозах в несколько десятков Гр, причем гибель наступает в течение двух суток от тяжелейшего капилляротоксикоза, приводящего, в частности, к несовместимому с жизнью острому повышению внутричерепного давления).

Вероятность развития острой лучевой болезни той или иной степени тяжести четко связана не только с величиной, но и с мощностью дозы, уменьшаясь по мере пролонгирования облучения во времени.

Формы развития IV степени тяжести острой лучевой болезни:

При дозах 6 – 10 Гр развивается переходная форма болезни, протекающая с тяжелым костномозговым синдромом и выраженным поражением кишечника, адекватное лечение может в редких случаях обеспечить выживание.

При дозах 10 – 20 Гр возникает типичная форма кишечного поражения, заканчивающаяся смертельным исходом через 8–16 сут.

При дозах 20 – 80 Гр развивается токсемическое поражение с клиническими проявлениями в виде сосудистых расстройств и метаболических нарушений, смерть наступает на 4 – 7-е сут, поражение нервной системы носит вторичный характер.

Наконец, при дозах выше 80 Гр возникает церебральная форма поражения (коллапс, судороги и др. неврологические расстройства), завершающаяся смертью в первые часы –три дня.

Фаза первичной общей реакции первого периода острой лучевой болезни:

Первичная реакция организма человека возникает в зависимости от дозы в первые минуты – часы и проявляется во всех случаях при дозах облучения, превышающих 2 Гр. Появляются тошнота, рвота, усиливающиеся после приема жидкости, исчезает аппетит. Иногда ощущается сухость и горечь во рту. Пострадавшие испытывают чувство тяжести в голове, головную боль, общую слабость, иногда сонливость. Продолжительность фазы 1 – 3 дня.

Наибольшее диагностическое, а в некоторых случаях и прогностическое значение имеет время появления тошноты и рвоты, а также наличие и продолжительность диспептического синдрома, увеличение и отечность слюнных желез, гиперемия кожи. У лиц, наиболее тяжело пострадавших, первичная реакция возникает через 0,5 – 3 часа и продолжается в течение 3 – 4 дней.

Неблагоприятными в прогностическом отношении признаками первичной реакции, предопределяющими очень тяжелое течение болезни (а следовательно, свидетельствующими о суммарной дозе излучения > 10 Гр), являются: развитие шокоподобного состояния с падением артериального давления, кратковременная потеря сознания, субфебрильная температура, понос.

В пунктате костного мозга удается обнаружить четкие изменения, более заметные на 2-3-й сут: уменьшение общего числа миело-кариоцитов, снижение митотического индекса и исчезновение молодых генераций клеток. При цитологическом исследовании костного мозга человека, так же как и у животных, дегенеративные изменения могут быть обнаружены уже в первые часы после облучения. Характерно появление аберраций в лимфоцитах костного мозга и периферической крови.

Из биохимических изменений можно отметить при дозах > 4 Гр повышение в крови уровня сахара и билирубина и снижение содержания хлоридов крови, а также аминоацидурию (вследствие повышенного распада белка разрушающихся клеток) и гиперамилаземию в результате поражения слюнных желез.

Клинические проявления первой фазы ОЛБ являются не только следствием прямого повреждения радиочувствительных систем (лимфопения, задержка клеточного деления, уменьшение числа или исчезновение молодых форм кроветворных клеток, а возможно, и аминоацидурия), но свидетельствуют и о наличии преходящих, вторичных ранних сдвигов в нервно-регуляторных и гуморальных взаимоотношениях.

Лишь в крайне тяжелых случаях возникают кратковременные нарушения сознания, неспособность удержать позу. Первичная реакция наблюдается у некоторых видов животных. Наиболее типичны ее проявления у собак. Кролики погибают «под лучом» при дозах 12-15 Гр. Первичная реакция на облучение у мышей и крыс внешне менее выражена, возможно, в связи с отсутствием у них рвотного центра.

Фаза кажущегося клинического благополучия при ОЛБ:

Через 2-4 дня симптомы первичной реакции исчезают, и самочувствие больных улучшается или даже нормализуется. Болезнь вступает во вторую фазу, называемую скрытой или латентной стадиейОЛБ, из-за отсутствия клинически видимых признаков болезни. Продолжительность латентной фазы зависит от тяжести поражения (дозы излучения) и составляет у человека 30 суток. При очень тяжелых формах поражения (при дозах 10 Гр) она вообще отсутствует.

Из клинических признаков уже во время скрытой фазы отмечают выпадение волос (если доза превышает эпиляционную), неврологическая симптоматика постепенно сглаживается. Благополучие является лишь клиническим понятием. При исследовании крови в это время обнаруживается уже в ранние сроки лимфопения, в конце скрытой фазы тромбоцитопения, а также снижение числа нейтрофилов и ретикулоиитов.В костном мозге аплазия ярко выражена уже в первые дни, на 2-3-й неделе при цитопении появляются первые признаки регенерации в костном мозге. В этот же период отмечается и подавление ранних стадий сперматогенеза, может наблюдаться выпадение цикла месячных.

Фаза выраженных клинических проявлений ОЛБ:

Спустя 1-4 недели после облучения самочувствие больных вновь ухудшается, нарастает слабость, повышается температура, увеличивается скорость оседания эритроцитов (СОЭ). Латентная фаза заболевания сменяется фазой разгара болезни. Наиболее типичны для нее инфекционные осложнения, протекающие на фоне длящегося более двух недель агранулоцитоза. Вместе с возможными проявлениями кровоточивости они представляют основную угрозу для жизни больных в этот период.

Морфологический состав крови в фазе разгара преимущественно состоит из лимфоцитов, все остальные элементы белой крови представлены единичными клетками или исчезают совсем. Это приводит к относительному лимфоцитозу при абсолютной лимфопении. К концу фазы (а при больших дозах и выраженном геморрагическом синдроме – раньше) выявляется и начинает прогрессировать анемия. При крайне тяжелых поражениях наблюдается летальный исход при глубокой аплазии кроветворной ткани. В остальных случаях в это время в костном мозге и лимфатических узлах, наряду с продолжающейся деструкцией, уже отчетливо выражены признаки регенерации.

В период разгара наблюдается также гипопротеинемия и гипоальбуминемия, повышенное содержание основного азота и снижение количества хлоридов. Отражением нарушения обмена веществ и диспептических расстройств (потери аппетита и поносов) является резкое снижение массы тела. У больных, получавших лечение, третья фаза заболевания продолжается от одной до трех недель, а затем в случаях с благоприятным исходом переходит в четвертую фазу – восстановление.

Фаза раннего восстановления при ОЛБ:

Начало фазы восстановления характеризуется нормализацией температуры, улучшением самочувствия, появлением аппетита, восстановлением сна. Исчезает кровоточивость, ослабевают диспептические явления, восстанавливается масса тела. Происходит постепенная нормализация показателей крови, которая у выживающих больных начинается еще в разгаре заболевания как следствие регенерации костного мозга. Уже тогда в периферической крови появляются ранние формы клеток – ретикулоциты и молодые лейкоциты, вплоть до миелобластов, и регенераторные формы тромбоцитов. Однако анемия сохраняется и достигает максимума к 5-6-й неделе, затем число эритроцитов начинает увеличиваться и через 2-3 месяца приходит к исходному или пограничному уровню.

Продолжительность фазы восстановления 2-2,5 месяцев. К концу 3-го месяца от начала заболевания обычно самочувствие становится удовлетворительным, хотя отдельные проявления еще имеют место: рост волос возобновляется только к 4-му месяцу, сперматогенез восстанавливается лишь через 4-6 месяцев.

Различия в проявлениях ОЛБ у человека и животных:

Попытки моделировать радиационный синдром человека на других млекопитающих с целью более полного исследования и проверки возможностей терапии показали, что с достаточной полнотой его воспроизвести невозможно [Флиднер Т., 1974]. Во-первых, дозы, достаточные для развития костномозгового синдрома у человека (2-3 Гр), не вызывают серьезных нарушений кроветворения у мышей, кроликов и крыс. Сходный синдром у этих видов животных развивается только после облучения соответственно в дозах 6, 7 и 8 Гр. Во-вторых, между человеком и животными наблюдаются большие различия во времени проявления типичных симптомов. У человека костномозговой синдром развивается на 4-5-й неделе, а у крыс, кроликов, мышей, обезьян, морских свинок, собак и свиней – на 2-3-й неделе после облучения. В-третьих, не совпадают и клинические симптомы, возникающие у животных и человека в период разгара болезни. У крыс, мышей, кроликов и морских свинок при среднелетальных дозах гранулоцитопения отмечается очень рано после облучения и находится уже на пути к восстановлению в период, когда тромбоцитопения только достигает наибольшей выраженности. Размеры тела человека приводят к тому, что облучение не является однородным. В некоторых ситуациях это накладывает отпечаток на клинические проявления, особенно когда величина дозы для отдельных сегментов тела различается в 2,5-3 раза.

Особенности острого лучевого поражения при неравномерном облучении:

Рассмотрим два крайних случая неравномерного облучения: 1) общее неравномерное облучение; 2) преимущественно местное (локальное) облучение. В первом из них неравномерность поглощенной дозы создается в результате ослабления проникающего излучения по глубине или частичной защитой сегментов тела, во втором – вследствие экранирования (случайного или специального) основной массы тела или в результате локального радиационного воздействия. Между этими крайними примерами встречаются самые различные промежуточные варианты и их сочетания. Соответственно следует ожидать и многообразия клинических форм возникающих поражений.

Хроническая лучевая болезнь:

Хроническая лучевая болезнь (ХЛБ) – это самостоятельная нозологическая форма лучевого поражения, развивающаяся в результате продолжительного облучения в дозах, суммарно достигающих 1,0-3,0 Гр при интенсивности облучения (мощности дозы) порядки 0,001-0,003 Гр/сутки. Сроки развития проявлений ХЛБ зависят от мощности дозы и варьируют от нескольких месяцев до 1-3 лет. ХЛБ, как и ОЛБ, характеризуется фазовым течением и особенностями проявления, связанными с неравномерностью облучения, а также возможным развитием отдаленных последствий

ХЛБ при внешнем облучении представляет собой сложный клинический синдром с вовлечением ряда органов и систем, периодичность течения которого связана с динамикой формирования лучевой нагрузки, т.е. с продолжением или прекращением облучения. Своеобразие ХЛБ состоит в том, что в активно пролиферирующих тканях, благодаря интенсивным процессам клеточного обновления, длительное время сохраняется возможность морфологического восстановления тканевой организации. В то же время такие стабильные (в клеточно-кинетическом отношении) системы, как нервная, сердечно-сосудистая и эндокринная, отвечают на хроническое лучевое воздействие сложным комплексом функциональных реакции и крайне медленным нарастанием незначительных дистрофических изменений.

После прекращения облучения наступает период восстановления, характеризующийся преобладанием репаративных процессов в наиболее радиопоражаемых тканях, а также нормализацией (иногда не полной) функциональных нарушений в других системах.

Лучевая болезнь животных:

Легкая степень ЛБ развивается при поглощенной дозе 1,4-2,5 Гр характеризуется кратковременным угнетением общего состояния животного, иногда отказом от корма, небольшим уменьшением количества лейкоцитов в крови, уменьшением количества лимфоцитов на 25-50%.

Средняя степень ЛБ развивается при облучении дозой 2,5-4,0 Гр. При этом отмечается угнетение общего состояния животного, кратковременный отказ от корма, небольшая лихорадка, у овец с 5-8 дня начинает выпадать шерсть. Содержание лейкоцитов в крови снижается на 50% и более, лимфоцитов – на 75% и более, через две недели уменьшается количество эритроцитов и тромбоцитов. На слизистых оболочках могут быть кровоизлияния. При отсутствии осложнений происходит выздоровление.

Тяжелая степень ЛБ развивается при поглощенной дозе в 4,0-7,5 Гр. Проявляется тяжелым угнетением, повышением температуры тела, эпиляцией, резким уменьшением количества лейкоцитов, эритроцитов, тромбоцитов, кровоизлияниями. Всегда сопровождается различными осложнениями.

Крайне тяжелая степень ЛБ развивается при поглощенной дозе более 7,5 Гр. Протекает тяжело, животные погибают через 10-15 дней, а при очень больших дозах и ранее.

Диагностика лучевой болезни у сельскохозяйственных животных:

Поскольку строго специфических признаков ОЛБ нет, диагноз ставят на основе анамнеза, дозиметрических данных, клинических признаков болезни, гематологических, морфологических иммунобиологических и других лабораторных исследований. При постановке диагноза большое значение приобретают гематологические показатели: содержание гемоглобина, эритроцитов в периферической крови, степень лейкопении, тромбоцитопении, скорость свертывания крови, миелограмма и другие реакции системы крови. Необходимо учитывать степень клинического проявления и патологоанатомические изменения, характерные для геморогического синдрома.

Цитогенетические методы: определение частоты и типа аберраций хромосом в клетках крови, костного мозга, эпителия слизистых оболочек, зародышевого эпителия семенников и других органов. Иммунологические методы: иммунограмма и функциональные тесты. Полученные с помощью этих методов результаты дают возможность определить поглощенную дозу излучения (биодозиметрия), прогнозировать степень тяжести, исход и эффективность проведения лечебных мероприятий. При постановке диагноза ЛБ учитывают патологоанатомические изменения и гистохимические исследования отдельных органов и тканей. Для повышения достоверности диагноза и прогнозирования исхода используют по возможности большее число методов исследования.

К принципам и способам защиты сельскохозяйственных животных от ионизирующих излучений можно отнести диагностику и реализацию своевременной биохимической коррекции выявленных нарушений.

Рекомендуется проводить следующие защитные мероприятия для получения качественных продуктов питания при ведении животноводства на радиоактивно загрязненных территориях: сочетание контрмер в земледелии, растениеводстве и животноводстве, обеспечивающее рациональную организацию кормопроизводства; использование в рационе ферроцианид-содержащих кормовых добавок и минералов; применение антиоксидантов, блокаторов мембранного транспорта двухвалентных катионов, адаптогенов и физических факторов нерадиационной природы.

Поздние детерминированные эффекты, характеризующиеся медленным нарастанием и длительным течением. Они являются следствием гибели функциональных клеток тканей с низкими уровнями пролиферации и спонтанной гибели клеток. Последствия гибели этих клеток во многих случаях усугубляются постепенным отмиранием пораженных эндотелиальных клеток капиллярной сети, питающей эти ткани. Чаще всего подобные поздние детерминированные эффекты наблюдаются после лучевой терапии опухолей, проводимой с использованием высоких очагов доз излучения, в виде фиброзов, патологических переломов костей и различных нейропатий.

Отдаленные эффекты облучения.

Спустя длительное время после лучевого воздействия, когда лучевая болезнь, казалось бы, окончательно прошла, в организме могут развиваться различные патологии. Их называют отдаленными последствиями облучения. У мышей, морских свинок и крыс они проявляются уже через месяц, у собак и лошадей – через год, у человека через 10 – 30 лет. К отдаленным последствиям облучения относятся помутнений хрусталика, нефросклероза, нарушения гуморального и клеточного иммунитета, снижение плодовитости, полная или временная стерильность и сокращение общей продолжительности жизни.

Одним из высокорадиочувствительных органов является орган зрения. При облучении могут повреждаться любые части глаза, но наиболее чувствительной его частью является хрусталик. Наиболее распространенным эффектом является помутнение хрусталика – катаракта. Корпускулярные излучения с большой плотностью ионизации, в первую очередь –и нейтронное, обладают гораздо более высоким катарактогенным действием, чем электромагнитные и  – излучения. Так, пороговой дозой рентгеновского излучения для возникновения катаракты является 8 Гр, а для нейтронов с энергией 7.5 МэВ порог может составлять 2–З Гр.

Еще одним типичным отдаленным последствием действия радиации является нефросклероз. Он вызывается повреждениями почечной ткани и сосудов почек, которые играют ведущую роль в выведении радионуклидов из организма. При этом разрушенные участки почечной ткани замещаются соединительной тканью. Результатом этого могут быть проявления почечной гипертонии со стойким повышением артериального давления, альбуминурии, почечной недостаточности.

В зависимости от эффективной дозы облучения оно может иметь различное влияние на продолжительность жизни организма (Рис.34). Высокие дозы вызывают уменьшение продолжительности жизни тем сильнее, чем больше доза. Специальные эксперименты показали, что при однократном общем облучении в дозах более 2 Гр. (до летальных) на каждые 4 Гр. однократного общего облучения продолжительность жизни сокращается на 3–5%.

В определенном диапазоне доз ионизирующая радиация не оказывает значимого влияния на продолжительность жизни. И, наконец, существуют данные о том, что небольшие дозы радиации (до 0,5 Гр) способны на 15 – 20 % увеличивать продолжительность жизни. Это наблюдается при воздействии малых количеств радионуклидов и хроническом облучении животных гамма-излучением. Малые дозы оказывают предохраняющий эффект при последующем облучении более высокими дозами, оказывают стимулирующее воздействие на некоторые функции организма, уменьшают возможность образования некоторых опухолей.

Характерными для отдаленной лучевой патологии являются также такие изменения покровных тканей, как изменение пигментации (обычно поседение), выпадение волос, уплотнение и атрофия эпидермиса, дисфункция потовых и сальных желез, волосяных фолликулов, потеря эластичности, фиброз дермы, повышенная чувствительность к травме и хроническое изъязвление.

Возникает законный вопрос: в чем причина отдаленных последствий облучения? Вероятнее всего, за эти последствия отвечают те клетки, которые подверглись действию радиации, но выжили, будучи отрепарированы. Такие клетки неизбежно несут в себе груз изменений, которые, проявляясь спустя определенное время, вызывают нарушения в функционировании потомков этой клетки, каждый из которых сохраняет исходное изменение.
3.Стохастические эффекты облучения.

Для стохастических изменений характерно отсутствие зависимости от дозы облучения. С увеличением ее величины повышается лишь частота возникновения нарушений.

Теоретически при любой дозе. Стохастические (вероятностные) эффекты: а) злокачественные новообразования – рак и лейкозы, регистрируются спустя годы, десятки лет; б) генетические (наследственные) эффекты в потомстве, обнаруживаются сразу после рождения (практически риск ЗНО отмечен после 0,5 Гр, генетические эффекты у человека пока не зарегистрированы).
Одним из наиболее типичных отдаленных последствий облучения являются злокачественные новообразования. Так, среди японцев, переживших атомный взрыв в Хиросиме и Нагасаки, к 1980 гг. установлено повышение частоты лейкозов, рака щитовидной и молочной желез, кожи, легких, желудка, толстой кишки, гортани, придаточных пазух носа, матки, яичников, яичек, множественной миеломы. Вероятность развития новообразований связана прямой зависимостью с дозой облучения, а в случае ядерного взрыва – с расстоянием до его эпицентра.

Одно из первых испытаний ядерного оружия было проведено в сентябре 1954 г на Тоцком полигоне в Оренбургской области. В последующие годы наблюдалось повышение частоты онкологических заболеваний в Бузулукском, Сорочинском и Тоцком районах Оренбургской области и Борском районе Самарской области, что связывается с отдаленными последствиями радиационного поражения.

Одной из наиболее распространенных пострадиационных раковых опухолей является рак молочной железы. Его вероятность связана не только с полученной дозой, но и с изменением гормонального статуса организма. Так, после удаления яичников вероятность развития опухолей молочной железы значительно снижается, а при успешной пересадке яичника от донора вновь возрастает.

При хроническом воздействии на дыхательную систему радиоактивных веществ, проникающих ингаляционным путем (радиоактивная пыль, радон или торон урановых рудников и производств) велика вероятность развития рака легкого. Подобное заболевание на протяжении сотен лет было бичом для шахтеров Чехии и Силезии, где оно получило название "болезнь рудокопов".

Характерной особенностью внешнего действия рентгеновского, нейтронного и -излучения является развитие опухолей кожи и подкожной клетчатки спустя 10 – 30 лет после облучения. Особенно эффективно в этом отношении нейтронное излучение. На первых этапах развития рентгенологии, когда еще не знали о канцерогенных свойствах ионизирующих излучений, врачи-рентгенологи часто подвергались такому воздействию. Еще в 40-х годах на съездах рентгенологов можно было встретить пожилых врачей с ампутированными от лучевого рака пальцами.
4. Тератогенные эффекты.

Доза менее 0,1 Гр (доза облучения плода). Тератогенные эффекты: различные пороки развития и уродства, возникшие в результате облучения плода на разных стадиях закладки того или иного органа (будучи пороговыми по дозе, относятся к детерминированным, а по вероятности проявления того или иного эффекта к стохастическим).

Данные о действии на эмбрион и плод человека получены в результате изучения последствий лучевой терапии и исследовании детей, подвергшихся внутриутробному облучению в Хиросиме и Нагасаки. Общий вывод из этих наблюдений однозначен – радиочувствительность плода высокая и она тем больше, чем он моложе.

У выживших детей повреждающее действие радиации проявляется в виде различных уродств, задержки физического и умственного развития или их сочетаний. Наиболее частые уродства – микроцефалия, гидроцефалия и аномалии развития сердца.

Пороки развития и уродства, возникающие в результате облучения inutero, объединяются термином тератогенные эффекты. С одной стороны, их можно рассматривать как стохастические эффекты, имея в виду вероятностный характер их проявления в зависимости от стадии эмбриогенеза, на которой произошло облучение. Однако правильнее их отнести к разновидности соматических эффектов, так как они возникают у ребенка в результате его непосредственного облучения в состоянии эмбриона или плода. Во всяком случае, тератогенные эффекты не следует смешивать с наследственными эффектами, возникающими в не подвергавшемся непосредственному облучению потомстве облученных родителей.

Крайне высокая радиочувствительность организма в антенатальном, внутриутробном периоде развития легко объяснима, так как в это время он представляет собой конгломерат из делящихся и дифференцирующихся клеток, обладающих наибольшей радиочувствительностью.

При мозаике развивающихся центров, каждый из которых жизненно необходим для выживания эмбриона, облучение в дозах, летальных для любого центра, будет смертельным для всего организма в целом. В этом случае радиочувствительность эмбриона определяется наиболее чувствительной системой, находящейся в данный момент в состоянии активного развития.

Заслуживают внимания сведения о последствиях облучения матерей во второй половине беременности. К ним относятся данные о повышенной заболеваемости и смертности таких детей в Нагасаки, а также сообщения об аномалиях развития, наблюдавшихся при рентгенотерапевтических процедурах, проводимых на разных сроках беременности матерей. Так, облучение эмбриона человека в период первых двух месяцев ведет к 100%-му поражению, а в период от 3 до 5 месяцев – к 64, в период от 6 до 9 месяцев – к 23% поражения эмбриона.