патан лекции. Всякий активный процесс познания начинается со знакомства с реальным материальным субстратом, который предполагает получение ответа на вопрос что такое
 Скачать 4.05 Mb.
|
|
1-50 Электрический ток ? 106-1011 Радиоволны Термический эффект, катаракта 109-1010 Микроволновое излучение Помутнение хрусталика 1011-1014 Инфракрасное излучение Kатаракта 1015 Видимый свет Ожоги сетчатки (лазерное излучение) 1015-1018 Ультрафиолетовое излучение Ожоги кожи, язвы 1018-1022 Рентгеновское и гамма-излучение Острое и позднее повреждение; злокачественные опухоли 1027 Kосмическое излучение ? Электромагнитное излучение делится на ионизирующее и неионизирующее. К неионизирующим относятся излучения с большой длиной волны и низкой частотой: радиоволны, микроволновое, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, видимый свет. Это излучение приводит к вибрации и ротации атомов биологических молекул. Коротковолновое излучение может ионизировать и выбивать электроны. Рентгеновское, гамма- и космическое излучение относят к ионизирующему излучению. Также существует излучение элементарных частиц: альфа, бета или электронов, нейтронов, мезонов и нейтрино. Энергию этих частиц измеряют в мегаэлектроновольтах (МЭВ). Доза ионизирующего излучения измеряется в следующих единицах: рентген: доза ионизирующего излучения, при действии которого в 1 см3 воздуха образуются ионы, несущие заряд в одну электростатическую единицу; рад: доза излучения, при воздействии которой 1 грамм ткани поглощает 100 Ерг; грей (Гр): доза излучения, при воздействии которой 1 кг ткани поглощает 1 Дж энергии; бэр: доза излучения, которая производит биологический эффект, равный действию 1 рад рентгеновского или гамма-излучения. зиверт (Зв): доза излучения, которая производит биологический эффект, равный действию 1 Гр рентгеновского или гамма-излучения; 1 Зв равен 100 бэр. Клеточные механизмы поражения излучениями Острый эффект поражения может варьировать от выраженного некроза при больших дозах (>10 Гр), гибели пролиферирующих клеток при средних дозах (от 1 до 2 Гр) до отсутствия гистопатологического эффекта при дозах менее 0,5 Гр. При таких низких дозах происходит повреждение внутриклеточных структур, особенно ДНК; однако, в большинстве клеток активизируются адаптационные и репаративные механизмы ответа на низкие дозы радиации. В выживших клетках могут наблюдаться отсроченные (поздние) эффекты ионизирующего излучения: мутации, хромосомные аберрации, генетическая нестабильность. Эти генетически поврежденные клетки могут стать основой возникновения злокачественных опухолей; наиболее сильно поражаются быстро растущие ткани. Большинство опухолей индуцируются ионизирующим излучением мощностью более 0,5 Гр. Острая гибель клеток, особенно эндотелиальных, может привести к отсроченному нарушению функции органов через несколько месяцев и даже лет после воздействия излучения. В общем, это отсроченное повреждение возникает в результате нескольких патологических процессов: атрофии паренхиматозных органов, ишемии в результате поражения сосудов и фиброза. Острые и отсроченные эффекты ионизирующего излучения представлены в таблице 2 и описаны ниже. Таблица 2 Острые повреждения и отсроченные осложнения при воздействии ионизирующего излучения Орган Острое повреждение Отсроченное повреждение Kостный мозг Атрофия Гипоплазия, лейкемия Kожа Эритема Атрофия эпидермиса и фиброз дермы; рак Сердце - Интерстициальный фиброз Легкие Отек, гибель эпителиальных и эндотелиальных клеток Интерстициальный и внутриальвеолярный фиброз; рак ЖKТ Отек, изъязвление слизистых Язвы; фиброз; стриктуры; рак Печень Веноокклюзивные заболевания Цирроз; опухоли печени Почки Вазодилятация Атрофия коркового вещества, интерстициальный фиброз Мочевой пузырь Эрозии слизистой оболочки Подслизистый фиброз; рак Головной мозг Отек, некроз Некроз белого вещества, глиоз; опухоли головного мозга Яичко Некроз Тубулярная атрофия Яичник Атрезия фолликулов Фиброз стромы Щитовидная железа - Гипотиреоидизм; рак Молочная железа - Фиброз; рак Тимус, лимфоузлы Атрофия Лимфома Острые эффекты. Ионизирующее излучение может причинить различные типы повреждение ДНК: образование перекрестных связей в белках ДНК, перекрестных связей между цепями ДНК, оксидацию и разрушение оснований, разрушение углеводно-фосфатных цепей, разрыв одной и двух цепей ДНК. Эти повреждения могут возникать как в результате непосредственного действия элементарных частиц или коротковолнового излучения, так и в результате действия свободных радикалов и растворимых веществ, образующихся при перекисном окислении липидов. Острые нарушения в генетическом аппарате клеток происходят даже при действии небольших доз (менее 0,5 Гр). К таким повреждениям относятся повышенная экспрессия c-fos, c-jun и c-myc протоонкогенов, индукция цитокинов, таких как фактор некроза опухоли (TNFa), и активация антиоксидантных защитных ферментов, например, супероксид дисмутазы. Свободные радикалы, образующиеся непосредственно или опосредовано под действием ионизирующего излучения, могут приводит к развитию "окислительного стресса", что приводит к активации транскрипции некоторых веществ, которые усиливают синтез различных белков. Повреждение ДНК само по себе вызывает усиленный синтез белков, участвующих в репарации ДНК, остановке деления клетки и апоптозе. Как известно, ген супрессии опухолей р53 активируется при различных видах повреждения ДНК: его белковый продукт переходит в активированную форму в результате посттрансляционной трансформации. Под его воздействием останавливается клеточный цикл, активируется репарации ДНК, а при невозможности восстановления целостности ДНК запускается механизм апоптоза. Фиброз. Важным поздним осложнением при воздействии ионизирующего излучения, обычно в дозах, применяемых для радиотерапии опухолей, является замещение нормальной паренхиматозной ткани фиброзной, что приводит к рубцеванию органа и нарушению его функции. Эти фиброзные изменения могут развиваться как в результате острого некроза клеток в органах с неполной регенерацией, так и в результате ишемического повреждения из-за поражения кровеносных сосудов. К тому же в молочной железе и легких при облучении выделяются повреждающие цитокины и факторы роста, способствующие склерозированию, которые сохраняются в течение нескольких недель после облучения. Канцерогенез. В результате воздействия ионизирующего излучения повышается риск заболевания различными злокачественными опухолями, особенно раком кожи, лейкемией, остеогенными саркомами и раком легких. Заболевание чаще всего развивается через 10-20 лет после облучения. Так у японцев, выживших после атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, наблюдалась повышенная заболеваемость всеми видами лейкемий, кроме хронической лимфоцитарной лейкемии. У детей наблюдалась повышенная заболеваемость раком молочной и щитовидной желез и в меньшей степени - раком органов ЖКТ и мочевыделения. Механизм, ответственный за поздний канцерогенез, изучен еще недостаточно хорошо. Большой латентный период между воздействием излучения и развитием рака некоторые объясняют возникновением так называемой индуцированной генетической нестабильностью. Количественный анализ мутировавших генов в облученных клетках показал, что патологические гены могут передаваться в популяции клеток в течение нескольких поколений. Клинические проявления облучения Острое облучение всего тела. Облучение всего тела потенциально летально; клинические проявления зависят от дозы и описываются как острый радиационный синдром или радиационная болезнь. При изучении катастроф на атомных станциях и атомной бомбардировки в Японии установлено, что для человека доза рентгеновских или гамма-лучей, при воздействии которых в течение 60 дней погибает 50% облученных, составляет 2,5-4,0 Гр (250-400 Рад). В зависимости от полученной дозы может развиться 4 синдрома: субклинический или продромальный, гематопоэтический, гастроинтестинальный синдромы или синдром поражения центральной нервной системы (табл. 3). Острые симптомы отражают повреждение высокочувствительных и быстропролиферирующих тканей организма, таких как костный мозг и эпителий желудочно-кишечного тракта. Если больной выживает, то некротические и апоптотические клетки замещаются новыми, а при невозможности регенерации - соединительной тканью. Таблица 3 Клиническая характеристика острого радиационного синдрома Стадия Доза (на все тело, рэм) Симптомы Прогноз Субклиническая <200 Легкая тошнота и рвота. Лимфоциты <1500/мм3. 100% выживаемость Гематопоэтическая 200-600 Тошнота и рвота. Петехии и геморрагии. Резкое снижение нейтрофилов и тромбоцитов в течение 2 недель. Лимфоциты <1000/мм3. Частое развитие инфекционных осложнений. Необходима трансплантация костного мозга Гастроинтестинальная 600-1000 Тошнота, рвота, диаррея. Kровотечения и инфекции в течение 1-3 недель. Тяжелая нейтро- и тромбоцитопения. Лимфоциты <500/мм3. Шок и смерть в течение 10-14 дней Поражения ЦНС >1000 Неукротимая рвота и диаррея. Оглушенность, сонливость, судороги. Kома от 15 мин до 3 часов. Отсутствие лимфоцитов Смерть в течение 14-36 часов Лучевая терапия. Внешнее облучение используется для радиотерапии злокачественных опухолей в дозах от 40 до 70 Гр (4000-7000 Рад), при этом производят защиту окружающих тканей. Даже при проведении местного облучения, особенно легких и живота, может развиться острая радиационная болезнь. Под воздействие облучения опухолевая ткань может резко сжаться, что приводит к возникновению болей и/или компрессии окружающих тканей. В результате лучевой терапии у больных может развиваться бесплодие, вторичные злокачественные опухоли поздние осложнения. Нарушения роста и развития. Эмбрион и детский организм весьма чувствительны к ионизирующему излучению. Наибольшая чувствительность наблюдается в следующих 4 фазах развития: Имплантация эмбриона. При облучении организма матери перед имплантацией эмбрион погибает. Критические фазы эмбриогенеза. При облучении организма матери, даже с диагностической целью, с момента имплантации до 9 недели беременности наблюдается большое количество различных нарушений развития, которые в большинстве случае оказываются летальными. В этот период наблюдается наибольшая восприимчивость не только к облучению, но и к другим тератогенным факторам. Фетальный период. С 9 недели до конца беременности воздействие ионизирующей радиации приводит к нарушению развития ЦНС и репродуктивных органов. Это проявляется отставанием в нервно-психическом развитии детей. Также повышается риск заболевания в детском возрасте лейкемиями и опухолями нервной ткани. Постнатальный период. При облучении в детском возрасте наблюдается нарушение роста и дифференцировки костной ткани. Также может нарушаться развития нервной системы, глаз и зубов. Врожденные мутации. На мухах Drosophila и мышах было доказано, что мутации, возникающие под действием ионизирующего излучения, могут передаваться по наследству. Несмотря на то, что хромосомные аберрации в клетках крови находят и у людей, выживших после атомной бомбардировки, и работников атомных электростанций, у их потомков таких изменений не находят. Генетики считают, что некоторые рецессивные мутации все-таки могут передаваться потомкам и накапливаться в популяции. Однако четкой зависимости между количеством мутаций в герминативных клетках человека и полученной дозой не обнаружено. Отсроченные проявления облучения. Через несколько месяцев или лет могут возникать поздние осложнения (канцерогенез был рассмотрен выше). В результате таких осложнений может нарушаться нормальная функция жизненно важных органов: легких, сердца, почек, ЦНС. Также может развиваться бесплодие, как у мужчин, так и у женщин. Может нарушаться зрение из-за развития катаракты, также иногда наблюдается кишечная непроходимость в результате разрастания соединительной ткани в кишечнике. Фиброзные стриктуры и хронические язвы могут наблюдаться на коже, в желудочно-кишечном тракте, мочевом пузыре, влагалище. Хронические нарушения в мелких сосудах и избыточное образование соединительной ткани могут осложнять различные хирургические вмешательства. Часто нарушается заживление ран, в них развивается инфекционные процесс. Наиболее часто повреждаются: Кровеносные сосуды. После первоначальной воспалительной реакции, сопровождаемой некрозом эндотелиальных клеток, в кровеносных сосудах в облученной области развивается подэндотелиальный фиброз, фиброз мышечной оболочки, разрушение внутренней эластической мембраны, значительное сужение просвета сосуда. Капилляры могут тромбироваться, облитерироваться или, наоборот, расширяться (эктазия капилляров). В органах, которые кровоснабжаются через пораженные сосуды, наблюдается ишемические повреждения, атрофия и фиброз. Кожа. Волосяные фолликулы и эпидермис наиболее чувствительны к воздействию ионизирующей радиации. Часто наблюдается десквамация эпидермиса, очаги ее замещаются атрофичным эпидермисом с гиперкератозом, гипер- или гипопигментацией. Сосуды могут истончаться и расширяться, они часто окружены плотными пучками коллагеновых волокон. Наблюдается нарушение заживления ран, повышенная чувствительность к инфекциям и язвообразование. Эти изменения называются контактным дерматитом. Как уже было сказано, рак кожи, особенно базальноклеточный и плоскоклеточный, может развиваться через 20 и более лет после облучения. Сердце. Сердце и перикард часто повреждаются в результате проведения радиотерапии в области грудной клетки при лимфомах, раке легких и молочной железы. Фиброз перикарда приводит к развитию констриктивного перикардита. Реже в результате повреждения коронарных артерий развивается ишемия миокарда и, как следствие, кардиосклероз. Легкие. Легкие легко повреждаются ионизирующим излучением. Часто развивается острая легочная недостаточность, в более поздние сроки - радиационный пневмонит. В них развивается как внутриальвеолярный, так и интерстициальный фиброз. Риск возникновения рака легкого намного выше у курильщиков, так как наблюдается синергичное действие этих двух факторов в канцерогенезе. В сигаретном дыме, кроме канцерогенных веществ, обнаруживается два радионуклида: Pb210 и Ро210. Иногда в шахтах обнаруживают Ra222. У этих шахтеров часто наблюдается мутация (гуанин ® тимидин) в кодоне 249 в гене-супрессоре опухолей р53. Почки и мочевой пузырь. Почки имеют среднюю восприимчивость к радиационному повреждению. Постепенно в них развивается перитубулярный некроз, повреждение сосудов, гиалинизация клубочков, что в итоге приводит к гипертензии и атрофии почек. В мочевом пузыре может наблюдаться острый некроз эпителия, затем развивается подслизистый фиброз, контрактуры, кровотечения и язвообразование. Желудочно-кишечный тракт. В результате воздействия ионизирующего излучения могут развиваться эзофагит, энтерит, колит, проктит. Они сочетаются с эксфолиацией эпителия, повышенной восприимчивости к инфекциям, нарушением всасывания электролитов и жидкости. В результате повреждения сосудов возникает ишемия, язвообразование и атрофия слизистой. В результате фиброза могут развиться стриктуры, приводящие к непроходимости кишечника. Молочная железа. Даже диагностические лучевые исследования грудной клетки могут приводить к увеличению риска развития рака молочной железы. Радиотерапия рака молочной железы приводит к развитию выраженной фиброзной реакции с высоким полиморфизмом эпителиальных клеток. Яичники и яички. Сперматогенные клетки очень чувствительны к облучению; даже небольшие дозы могут приводить к нарушению мейоза и бесплодию. В результате склероз кровеносных сосудов наблюдается фиброз семенных канальцев, при этом клетки Сертоли и интерстициальные клетки Лейдига не повреждаются. Фолликулы в яичнике быстро разрушаются. Глаза и нервная система. Хрусталик неустойчив к действию ионизирующего излучения, в нем часто развивается катаракта. Нередко повреждаются сосуды сетчатки и цилиарного тела. В головном мозге могут развиваться очаги некроза и демиелинизации нервных волокон. В результате облучения спинного мозга в нем возникает склероз кровеносных сосудов, что ведет к некрозу клеток, демиелинизации волокон и, как следствие, параплегии. Этот процесс назван поперечным миелитом. Ультрафиолетовое излучение Солнечный свет содержит излучения с длиной волны от 200 до 4000 нм, включая ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное. Ультрафиолетовое излучение в зависимости от длины волны делится на три типа - УФ-А, УФ-В и УФ-С (см. табл.4). Ультрафиолетовое излучение составляет от 3 до 5% от всего потока солнечного света, проникающего к поверхности земли. Озоновый слой Земли играет очень важную роль, т.к. он полностью поглощает УФ-С и частично - УФ-В. Также защитную роль от ультрафиолетового излучения играют обычные стекла, которые полностью поглощают УФ-В, но пропускают УФ-А. Ультрафиолетовое излучение оказывает два основных типа воздействия: ускоряет старение кожи и увеличивает риск заболевания раком кожи. Острые изменения при воздействии УФ-А и УФ-В реверсивные (обратимые) и быстро исчезают. К ним относятся эритема, пигментация и повреждение клеток Лангерганса и кератиноцитов в коже. При этом механизмы и медиаторы, вовлеченные в процесс, различаются в зависимости от типа излучения. В зависимости от продолжительности воздействия, эритема, отек и острое воспаление возникают в результате выделения гистамина из тучных клеток в дерме и синтеза метаболитов арахидоновой кислоты. При воздействии УФ-В выделяется также интерлейкин-1. При воздействии УФ-А происходит быстрое временное потемнение меланина в результате его окисления, что наиболее выражено у людей с темной кожей. Загар под воздействием УФ-А и УФ-В возникает в результате увеличения количества меланоцитов, удлинением и распространением их отростков и передачи меланина кератиноцитам. Загар определяет устойчивость кожи к УФ-В и частично к УФ-А. И УФ-А, и УФ-В приводит к разрушению клеток Лангерганса, и, как следствие, нарушению иммунных процессов в коже. УФ-В вызывает апоптоз кератиноцитов, при этом в эпидермисе возникают не содержащие кератина "клетки солнечных ожогов". Таблица 4 Острые и поздние эффекты ультрафиолетового излучения Тип излучения Длина волны (нм) Острые эффекты Поздние эффекты УФ-А 320-400 Эритема 8-48 часов Исчезновение клеток Лангерганса Потемнение пигмента |