Радиочувствительность органов и тканей: определение, методы изменения радиочувствительности. Радиочувствительность органов и тканей организма человека

Радиочувствительность - восприимчивость клеток, тканей, органов или организмов к воздействию ионизирующего излучения (для молекул используют терминрадиопоражаемость ). Мерой радиочувствительности служит доза излучения, вызывающая определённый уровень гибели облучаемых объектов:

Для инактивации клеток - показатель D 37 или D 0 на кривой выживаемости;

Для организмов - доза, вызывающая гибель 50 % особей за определённый срок наблюдения (LD 50 ) .
Использование радиопротекторов или радиосенсибилизаторов (в том числе, кислорода) модифицирует радиочувствительность здоровых или опухолевых клеток.

Количественной характеристикой любого радиомодифицирующего эффекта является «фактор изменения дозы» (ФИД ), который рассчитывают как отношение равноэффективных доз облучения в присутствии и отсутствии радиомодифицирующего агента. При этом независимо от направления модифицирующего воздействия (то есть усиления или ослабления лучевого эффекта) берется отношение большей дозы к меньшей. В случае кислородного эффекта величину ФИД часто называют коэффициентом кислородного усиления (ККУ ) (Oxygen Enhancement Ratio - OER).

При общем облучении животных отмечается ступенчатый характер их гибели в определенных диапазонах доз, вследствие выхода из строя определенных критических органов или систем, ответственных за выживание в этих дозовых диапазонах, что проявляется в виде трех основных радиационных синдромов - костномозгового, кишечного и церебрального.

Развитие радиационных синдромов определяется цитокинетическими параметрами соответствующих самообновляющихся клеточных систем - кроветворения, тонкого кишечника и центральной нервной системы (ЦНС).

Костный мозг и кишечник - типичные примеры активно обновляющихся радиочувствительных клеточных систем, а ЦНС - напротив, наименее делящихся (стационарных) радиорезистентных органов.

Радиочувствительность организма наиболее часто определяется поражением костного мозга, так как критической системой, ответственной за выживание при дозах до 10 Гр, является кроветворение. Критическим органом в следующем диапазоне от 10 до 100 Гр оказывается тонкий кишечник.

Клеточными детерминантами, определяющими степень радиационного поражения обеих критических самообновляющихся систем, являются стволовые клетки костного мозга и кишечника.

Развивающиеся в ближайшие сроки после облучения в определенных (пороговых) дозах клинически значимые лучевые реакции, связанные с клеточным опустошением активно пролиферирующих систем самообновлениия, объединяются термином детерминированные эффекты .

Временные, легко восполнимые клеточные утраты при меньших дозах, не вызывающие клинически значимых реакций организма, относятся к квазидетерминированным эффектам .

Тканевая радиочувствительность - понятие относительное. В радиорезистентных стационарных или слабо пролиферирующих органах и тканях под влиянием облучения возникают (сохраняются, консервируются) скрытые типичные радиационные повреждения, в частности, хромосомные аберрации, которые могут быть выявлены в условиях активации клеточного деления, например, в процессе посттравматический регенерации.

Лучевые поражения, развивающиеся в отдаленные сроки после облучения вследствие отмирания функциональных клеток слабо пролиферирующих тканей, таких как сосуды, кости и нервы, относятся к поздним детерминированным эффектам.

Органная радиочувствительность зависит от радиочувствительности тканей, которые этот орган образуют.

Критерии:

Масса органа уменьшается

Уменьшение функциональной активности (при острой лучевой болезни-мышечная слабость)

Опустошение органа специфическими клетками (при облучении лёгких 60Гр возникает пневмосклероз на месте опухоли).

Классификация органов по радиочувствительности. -самые радиочувствительные (лимфоидные органы, красный костный мозг, гонады, тонкий кишечник)

Средняя степень радиочувствительности (кожа, эндокринные железы)

Радиорезистентные (печень, почки, головной мозг)

10. Клинико-дозиметрическое планирование лучевой терапии. Методы дозиметрии ионизирующего излучения

главная клинико-дозиметрическая задача заключается в создании в теле больного наиболее благоприятного пространственного распределения намеченных поглощенных доз излучения как для всего курса лечения, так и для каждого отдельного сеанса облучения. Лучевой терапевт намечает необходимую дозу излучения для каждого новообразования. При этом он руководствуется радиобиологическими закономерностями, изложенными выше, и результатами осмотра больного.

С целью оптимизации облучения рассчитывают максимально переносимую дозу(Д)ее определяют для любого ритма облучения по спец.формуле.для планирования лечения надо знать анатомию облучаемой области и структуру тканей в зоне лучевого воздействия. С помощью рентгенографии,сонографии или КТ точно устанавливают расположение опухоли в теле больного. Затем изготавливают схемы сечения тела на уровне «мишени»-топометрические схемы, т.е.проводят клиническую топометрию.На основе рентгенограмм в прямой и боковой проекциях можно построить поперечные (аксиальные), сагиттальные и фронтальные топометрические схемы.Поперечный срез делают на уровне центра опухоли, но при больших новообразованиях - на двух-трех уровнях. Для того чтобы воспроизвести размеры и контуры тела на избранном уровне, при рентгеноскопии на коже больного можно отметить положение центра опухоли в двух взаимно перпендикулярных проекциях, а затем посредством свинцовой ленты смоделировать периметр тела и на ленте пометить точки проекций.

Полученный чертеж переносят на бумагу. Созданы также специальные несложные

приборы, используемые с той же целью - механические контуромеры.

Однако лучшим способом тонометрии является изготовление компьютерных томограмм облучаемой области.Для специалиста,составляющего дозиметрический план, важно знать не только локализацию и объем опухоли, но и структуру тканей по всему сечению тела. Вы-числительный комплекс (КТ + ЭВМ) выдает трехмерную картину дозного поля и имитирует дозиметрический план лечения с суммарной погрешностью не более 5 %. Большим достоинством томограмм является отображение всех тканей, окружающих новообразование, в частности наиболее чувствительных к излучению органов - так называемых критических органов, Для головы и шеи критическими органами считают головной и спинной мозг, глаза, орган слуха, для груди - спинной мозг, легкие и сердце, для живота - почки и спинной мозг, для таза - мочевой пузырь и прямую кишку. Кроме того, для всех областей тела критическим органом является кожа. Для того чтобы составить представление о распределении поглощенных доз в облучаемой среде, на топометрические схемы наносят изодозные кривые и получают таким образом карту изодоз Изодозные линии соединяют точки с одинаковым значением поглощенной дозы. Обычно отмечают не абсолютные значения поглощенных доз (их, как известно, выражают

в грэях), а относительные - в процентах от максимальной поглощенной дозы, принимаемой за 100 %. В практике лучевой терапии дозное распределение считают приемлемым, если вся опухоль заключена в зоне 100-80 % изодозы, зона субклинического распространения опухоли и регионарного метастазирования находится в пределах 70-60 % изодозы, а здоровые ткани - не более 50-30 % изодозы.

В радиологических отделениях имеются атласы типовых дозиметрических планов для дистанционного, внутриполостного и сочетанного облучения. В атласах приведены стандартные изодозные карты, построенные по результатам измерений, проведенных в однородной тканеэквивалентной среде. В качестве подобной среды целесообразно использовать воду вследствие ее подобия мягким тканям человеческого тела. Однако стандартное дозное распределение всегда корректируют по приготовленной для пациен-

та изодозной карте, чтобы осуществить индивидуальный расчет, поскольку распределение доз в теле каждого больного отличается от фантомного в связи с различиями в анатомо-топографических соотношениях, плотности и размерах тканей, конфигурации опухоли и других индивидуальных особенностях.__ При составлении плана облучения инженер-физик основывается на первичной дозиметрической информации относительно излучения имеющихся в отделении радиотерапевтических аппаратов. Все эти аппараты всегда снабжены набором изодозных карт для типичных геометрическихусловии облучения. Для характеристики радиационного выхода источника

излучения используют понятие ≪экспозиционная доза≫. Под экспозиционной дозой излучения понимают количество энергии,поглощенной из данного пучка в единице массы воздуха.Системной единицей экспозиционной дозы является кулон на кило-

грамм (Кл ・ кг-"Λ а внесистемной - рентген (Р). 1 Р = 2,58 10" Кл кг1. Ρ - доза излучения, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия в 0,001293 г на 1 CMJ воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд водну электростатическую единицу количества электричества каждого знака.Производные единицы - миллирентген (мР) и микрорентген (мкР). Доза излучения, измеренная в течение определенного отрезка времени,называется мощностью экспозиционной дозы. Внесистемной единицей

этой величины является рентген в секунду (минуту, час). В системе СИ единицей мощности экспозиционной дозы является ампер на килограмм(А ・ к г " / / Рс> = 2,5810-" Акг". Сравнительный анализ изодозных карт различных радиотерапевтических аппаратов позволяет сделать ряд выводов, важных для планированияоблучений

Так, рентгеновское излучение низких и средних энергий, т.е. генерируемоепри анодном напряжении 30-200 кВ, обусловливает максимум поглощенной дозы на поверхности тела человека. Следовательно, сильнее всего облучается кожа. В глубине тканей доза непрерывно и значительно уменьшается. При анодном напряжении 40 кВ доза на глубине 3 см составляет всего 10 % от дозы на поверхности. При анодном напряжении 200 кВ излучение проникает, естественно, глубже. Однако и здесь наблюдается быстрое и

значительное уменьшение поглощенной дозы: на глубине 10 см остается всего 20 % от поверхностной дозы. При глубоко расположенной опухоли основная часть энергии поглощается не в ≪мишени≫, а в здоровых тканях.

К тому же из-за низкой энергии фотонов возникает много лучей рассеяния, также

поглощаемых в здоровых тканях. Большое количество рентгеновского излучения поглощается в костной ткани, что может привести к повреждению кости и хряща. В связи с изложенным рентгенотерапевтические установки используют только для облучения поверхностно лежащих новообразований.

Гамма-установки, заряженные 60Со, испускают почти однородный пучок фотонов сравнительно большой энергии (1,17 и 1,33 МэВ). Максимум поглощения сдвигается на 0,5 см вглубь, в результате чего уменьшается облучение кожи. На глубине 10 см остается не менее 50 % поверхностной дозы Следовательно, относительные глубинные дозы выше, чем при использовании рентгенотерапевтических установок. К тому же поглощениеВ свою очередь значительные преимущества перед гамма-излучением имеет тормозное излучение высокой энергии. В частности, при энергии фотонов 25 МэВ максимум поглощенной дозы находится на глубине 4-6 см от поверхности тела больного. Ткани, расположенные перед этим уровнем, получают не более половины максимальной дозы. Однако у тормозного излучения есть недостаток - сравнительно медленное уменьшение дозы после достижения ее максимума (см. рис. IV.4). Это означает, что сильно облучаются ткани за опухолью.

Линейные ускорители производят также пучки электронов высокой энергии. В этом случае максимум поглощенной дозы определяется на глубине 1-3 см, после чего доза быстро снижается и на глубине 10 см ткани практически не облучаются. Это оптимально для неглубоко расположенных новообразований. Однако для облучения опухолей, залегающих в глубине тела, особыми достоинствами обладают пучки тяжелых заряжен-

ных частиц (протонов, альфа-частиц, отрицательных пи-мезонов - пио-

Протоны высокой энергии до момента ≪остановки≫ в тканях двигаются практически прямолинейно. Попадая в ткани, они постепенно замедляют ход, причем линейная потеря энергии (ЛПЭ) возрастает, достигая максимума в конце пробега). Если пучок состоит из протонов примерно одинаковой энергии, то длина пробега у них сходна и максимум по-

глощения энергии создается в конце пути. Этот ≪острый≫ максимум называют пиком Брэгга. Поскольку протоны мало рассеиваются в тканях, то облучение можно проводить очень тонким пучком, которым удается избирательно разрушать внутри тела человека участки объемом менее 1 см3 (на-пример, опухоль гипофиза).

Ориентируясь на намеченную поглощенную дозу и выбранный вид излучения, инженер-физик наносит на топометрическую схему сечения тела расчетные данные - процентные глубинные дозы в ≪мишени≫ и окружающих тканях и органах. По сравнению с стандартными картами изодоз из атласов ему приходится вносить ряд поправок: на объем ≪мишени≫ и ее конфигурацию, кривизну поверхности тела в данной области, неоднород-

ность тканей. В частности, необходимо учитывать наличие скоплений воздуха (например, в легочной ткани, гортани), костных массивов и т.д.

Ответственным моментом является выбор направления пучков излучения, числа и величины входных полей. Лишь при небольших поверхностных образованиях удается добиться необходимой поглощенной дозы через одно поле (с помощью излучения лазера или низковольтной рентгенотерапии). Некоторые небольшие опухоли целесообразно лечить с помощью размещенных над ними аппликаторов с набором радиоактивных препаратов.

Однако в большинстве случаев лучевую терапию осуществляют путем облучении ≪мишени≫ с нескольких полей. Иногда выбирают поля сложной конфигурации (≪фигурные≫). В связи с этим инженеру-физику приходится выполнять ряд расчетов,

выбирая оптимальное направление пучков излучения,расстояние от источника до поверхности тела, вспомогательные устройства, формирующие необходимое сечение пучка.Значительным шагом вперед в дозиметрическом планировании явилось

создание программ для ЭВМ, которые позволяют на основании клинического задания, адаптированного к конкретному пациенту, определить оптимальные условия облучения. ЭВМ дает возможность установить минимум полей облучения и наиболее выгодную ориентацию их. При комбинации ЭВМ с компьютерным томографом расчет дозиметрического плана выполняют за доли секунды. Более того, инженер-физик или лучевой терапевт может с помощью светового ≪карандаша≫ взаимодействовать с ЭВМ, сопоставляя различные варианты облучения._гамма-излучения мало различается в мягких и костной тканях.

Радиочувствительность - это чувствительность организма (или его тканей) к действию ионизирующих излучений.

Радиочувствительность определяют минимальной дозой ионизирующего излучения (см. Излучения ионизирующие), которая вызывает кратковременное изменение физиологической реакции организма. В течение длительного времени понятие радиочувствительности отождествляли с понятием радиопоражаемости. Однако радиопоражаемость характеризуется не кратковременными физиологическими сдвигами в организме, а более или менее длительными нарушениями функции и, как правило, морфологическими изменениями в тканях. Тем не менее в литературе общепринятым является термин «радиочувствительность», который употребляется как в истинном значении этого слова, так и для оценки радиопоражаемости.

Различные виды животного и растительного мира имеют неодинаковую радиочувствительность (видовая радиочувствительность). Так, например, собаки являются более радиочувствительными животными, чем кролики: при равномерном облучении абсолютно смертельной для собак считается доза 350 р, а для кроликов - 800-1000 р. Абсолютно смертельная доза общего облучения для человека - 600-700 р. Радиочувствительность изменяется в зависимости от времени года (сезонная радиочувствительность). Например, радиочувствительность собак и кроликов в осенне-зимний период значительно понижена. Радиочувствительность организма неодинакова в различные возрастные периоды (возрастная радиочувствительность), однако литературные данные по этому вопросу противоречивы. Противоречивы сведения и о половой радиочувствительности. На радиочувствительность оказывает влияние исходное физиологическое состояние организма, а также его индивидуальные свойства (индивидуальная радиочувствительность).

Различия в радиочувствительности имеются не только на уровне целого организма, но и на уровне его тканей, органов, клеток и даже молекул. Например, известно, что морфологические изменения в кроветворной ткани выявляются при сравнительно меньших дозах, чем в мышечной или костной. Молодые, быстро размножающиеся клетки более радиочувствительны, чем зрелые.

Накопленные в сведения по вопросу радиочувствительности широко используют в онкологической практике. Различия в тканевой радиочувствительности позволяют осуществлять лучевую терапию (см.) больных злокачественными новообразованиями: молодые, быстро размножающиеся опухолевые клетки обладают сравнительно высокой радиочувствительностью и поэтому при облучении повреждаются скорее, чем клетки здоровых тканей, неизбежно попадающих в . При лучевой терапии больных учитывают различия в возрастной радиочувствительности. Например, реакция детей на облучение проявляется раньше, чем у взрослых. Принимаются во внимание сведения об индивидуальной радиочувствительности. При оценке исходного состояния больных учитывают повышенную радиочувствительность организма в период , особую радиочувствительность тканей, в частности кожи, при воспалительных процессах.

Усилия радиобиологов направлены на изыскание методов, позволяющих повышать радиочувствительность опухоли при одновременном снижении радиочувствительности окружающих здоровых тканей и всего организма в целом.

В общем случае радиочувствительность органов зависит не только от радиочувствительности тканей, которые оставляют орган, но и от его функций. Желудочно-кишечный синдром, приводящий к гибели при облучении дозами 10–100 Гр, обусловлен в основном радиочувствительностью тонкого кишечника.

Легкие являются наиболее чувствительным органом грудной клетки. Радиационные пневмониты (воспалительная реакция легкого на действие ионизирующего излучения) сопровождаются потерей эпителиальных клеток, которые выстилают дыхательные пути и легочные альвеолы, воспалением дыхательных путей, легочных альвеол и кровеносных сосудов, приводя к фиброзам. Эти эффекты могут вызывать легочную недостаточность и даже гибель в течение нескольких месяцев после облучения грудной клетки.

В течение интенсивного роста кости и хрящи более радиочувствительны. После его окончания облучение приводит к омертвению участков кости - остеонекрозу - и возникновению спонтанных переломов в зоне облучения. Другим проявлением радиационного поражения является замедленное заживление переломов и даже образование ложных суставов.

Эмбрион и плод. Наиболее серьезные последствия облучения - гибель до или во время родов, задержка развития, аномалии многих тканей и органов тела, возникновение опухолей в первые годы жизни.

Органы зрения. Известны 2 вида поражения органов зрения – воспалительн6ые процессы в кнъюктевите и катаракта при дозе 6 Гр у человека.

Репродуктивные органы. При 2 Гр и более наступает полная стерилизация. Острые дозы порядка 4 Гр приводят к бесплодию.

Органы дыхания, ЦНС, эндокринные железы, органы выделения относятся к довольно устойчивы тканям. Исключение составляет щитовидная железа при облучении ее J131.

Очень высокая устойчивость костей, сухожилий, мышц. Абсолютно устойчива жировая ткань.

Радиочувствительность определяется, как правило, по отношению к острому облучению, притом однократному. Поэтому получается, что системы, состоящие из быстро обновляющихся клеток, более радиочувствительны.

РАДИОРЕЗИСТЕНТНОСТЬ

(от радио... и резистентность) , радиоустойчивость, устойчивость живых организмов к воздействию ионизирующих излучений. В целом радиорезистентность уменьшается по мере усложнения органического мира; она максимальна у низших организмов и минимальна у высших (например, для дрозофилы летальная доза составляет 85000 рад, для обыкновенной мухи - 10000, а для человека - 400 рад).

Различают два механизма лучевой гибели клеток: а) апоптоз, при котором гибель начинается с изменений ядерного аппарата – межнуклеосомной фрагментации хроматина, конденсации ядерного материала, образования апоптозных телец; эти изменения сопровождаются возрастанием проницаемости клеточных мембран; б) некротическая форма, при которой изменения в ядре вторичны, им предшествуют нарушения проницаемости биологических мембран и набухание клеточных органелл. Что касается индуцированных радиацией повреждений на уровне клеток, нужно отметить что многие из них легко переносятся клеткой, т. к. являются следствием повреждения структур, утрата которых быстро восполняется. Такие преходящие клеточные реакции называют физиологическими, их относят к кумулятивным эффектам облучения. Это различные нарушения метаболизма. Как правило, подобные реакции проявляются в ближайшие сроки после облучения и с течением времени исчезают. Наиболее универсальная из них – временное угнетение клеточного деления – радиационное блокирование митозов. Время задержки деления зависит от дозы облучения и возрастает при её увеличении, а также от стадии клеточного цикла, в которой находятся клетки при облучении: наиболее длительно оно в тех случаях, когда клетки облучаются в стадии синтеза ДНК или постсинтетической стадии, а самое короткое при облучении в митозе.

В отличие от временного угнетения, полное подавление митозов наступает после воздействия больших доз ИИ, когда клетка значительное время продолжает жить, но необратимо утрачивает способность к делению. В результате такой необратимой реакции на облучение часто образуются патологические формы гигантских клеток, содержащие несколько наборов хромосом вследствие их репликации в пределах одной и той же неразделившейся клетки.

Помимо прямых влияний радиации, при облучении имеют место и другие, вторичные механизмы гибели. Так распад клетки или ткани может быть следствием нарушения кровообращения, наличия кровоизлияний, развитие гипоксии. Прямое повреждение клеток влечет за собой цепь явлений, связанных с особенностями архитектоники ткани или органа. Развивается системное нарушение, модифицирующее первоначальное поражение клеток. Однако и эти последующие изменения обусловлены начальным клеточным повреждением.

Повреждения соматических клеток способствуют впоследствии развитию злокачественных опухолей, преждевременному старению; повреждение генетического аппарата половых клеток ведет к наследственной патологии. Эффекты действия ИИ могут длиться от доли секунд до столетий

Действие излучения на организм зависит от многих факторов. Определяющими факторами являются: доза, вид излучения, продолжительность облучения, размеры облучаемой поверхности, индивидуальная чувствительность организма. Возможные последствия облучения человека дозами, бульшими фонового уровня, делятся на детерминированные и стохастические (вероятностные).

К детерминированным эффектам относятся поражения, вероятность возникновения и степень тяжести которых растут по мере увеличения дозы облучения и для возникновения которых существует дозовый порог. К таким эффектам относят, например, незлокачественное повреждение кожи (лучевой ожог), катаракту глаз (потемнение хрусталика), повреждение половых клеток (временная или постоянная стерилизация).

Имеются данные многочисленных и длительных наблюдений за персоналом и населением, подвергшимся воздействию повышенных доз облучения . Из этих данных следует, что профессиональное длительное облучение дозами до 50 мЗв в год взрослого человека не вызывает никаких неблагоприятных соматических изменений, регистрируемых с помощью современных методов исследования. Детерминированные эффекты проявляются при достаточно высоких дозах облучения всего тела или отдельных органов.

Последствия для здоровья от доз облучения всего тела за короткий период (секунды, минуты или часы) бывают следующими:

· облучение дозой 0,25 Зв не приводит к заметным изменениям в организме;

· при дозе 0,25–0,5 Зв наблюдаются изменения показателей крови;

· доза 0,5–1,0 Зв вызывает снижение уровня лейкоцитов или белых кровяных телец, но вскоре нормальные уровни восстанавливаются;

· пороговой дозой, вызывающей лучевую болезнь, считается 1 Зв . Лучевая болезнь проявляется в виде тошноты, рвоты, кишечных спазмов, чувства усталости, апатии, повышенного потоотделения, головной боли;

· доза около 2 Зв может вызвать тошноту, головную боль, наблюдается снижение уровня лимфоцитов и тромбоцитов примерно на 50 %. Нормальные уровни восстанавливаются относительно быстро;

· при дозе около 3 Зв наблюдается рвота, слабость, высокая температура, обезвоживание организма, выпадение волос. Существует небольшой риск смерти, выжившие выздоравливают в течение нескольких недель или месяцев;

· при дозе 4–6 Зв происходит поражение слизистых оболочек внутренних органов и тканей костного мозга. 4 Зв создают существенную угрозу жизни, 5 Зв означают высокую вероятность смерти, а 6 Зв без интенсивного медицинского лечения почти определенно
означают смерть;

· при дозе свыше 6 Зв шансы выжить дольше нескольких недель весьма малы;

· при дозе свыше 10 Зв наступает смерть от обезвоживания.

Стохастическими эффектами считаются такие, для которых от дозы зависит только вероятность возникновения поражений, а не их тяжесть. Для стохастических эффектов отсутствует дозовый порог. К стохастическим эффектам относят злокачественные опухоли, индуцированные излучением, а также врожденные уродства, возникшие в результате мутаций и других нарушений в половых клетках. Стохастические эффекты не исключаются при малых дозах, так как не имеют дозового порога. Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Малые дозы облучения могут «запустить» не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям. Раковые заболевания проявляются спустя много лет после облучения, как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. Врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, проявляются лишь в следующем или последующих поколениях (дети, внуки и более отдаленные потомки). Изучение генетических последствий облучения связано с большими трудностями. Невозможно отличить наследственные дефекты, полученные при облучении, от тех, которые возникли совсем по другим причинам. Около 10 % всех новорожденных имеют те или иные генетические дефекты. Генетические нарушения можно отнести к двум основным типам: хромосомные аберрации, включающие изменения числа или структуры хромосом, и мутации в самих генах.

Теоретически достаточно самой малой дозы, чтобы вызвать такие последствия, как рак или повреждение генетического аппарата. В то же время никакая доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях. Даже при относительно больших дозах облучения далеко не все люди обречены на эти болезни: действующие в организме человека репарационные механизмы обычно ликвидируют все повреждения. Однако вероятность (или риск) наступления таких последствий больше у человека, который был облучен. И риск этот тем больше, чем больше доза облучения.

В 1955 г. Генеральная Ассамблея ООН основала Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР ООН). Комитет систематически анализирует все природные и искусственные радиоактивные источники в окружающей среде или используемые человеком. В своей работе НКДАР опирается на два основных допущения:

1) не существует пороговой дозы, за которой отсутствует риск заболевания раком; любая сколь угодно малая доза увеличивает вероятность заболевания раком для человека, получившего эту дозу;

2) вероятность (риск) заболевания раком возрастает прямо пропорционально дозе облучения.

НКДАР полагает, что при таком допущении возможна переоценка риска в области малых доз, но вряд ли возможна его недооценка.

Согласно имеющимся данным, первыми в группе раковых заболеваний, поражающих население в результате облучения, стоят лейкозы. По оценкам НКДАР, от каждой дозы облучения в 1 Зв от лейкозов в среднем умерли бы 2 человека из 1000. Самыми распространенными видами рака, вызванными действиями радиации, оказались рак молочной железы и рак щитовидной железы. По оценкам НКДАР, примерно у 10 человек из 1000 облученных отмечается рак щитовидной железы, а у 10 женщин из 1000 - рак молочной железы (в расчете на каждый зиверт индивидуальной поглощенной дозы). Однако обе разновидности рака в принципе излечимы, а смертность от рака щитовидной железы особенно низка. Рак легких тоже принадлежит к распространенным разновидностям раковых заболеваний среди облученных групп населения. Согласно оценкам НКДАР, 5 человек из 1000 умерли бы от рака легких в расчете на 1 Зв средней индивидуальной дозы облучения.

Рак других органов и тканей встречается реже среди облученных групп населения. Согласно оценкам НКДАР, из 1000 человек от рака желудка, печени или толстой кишки умер бы 1 человек (в расчете на 1 Зв средней индивидуальной дозы облучения). Риск возникновения рака костных тканей, пищевода, тонкой кишки, мочевого пузыря, поджелудочной железы, прямой кишки и лимфатических тканей составляет от 0,2 до 0,5 на каждую тысячу человек (в расчете на каждый зиверт индивидуальной дозы облучения).

Учеными получены неоспоримые доказательства вредного действия низкоинтенсивной радиации на отдельные системы живых организмов и на организм в целом . Малые дозы очень коварны, они провоцируют у человека разнообразные заболевания, которые обычно врачи не связывают с прямым действием радиации. Уровень наших знаний не позволяет в настоящее время однозначно принять определенные механизмы биологического действия малых доз радиации. Есть основания считать, что и для стохастических эффектов существует порог, величина которого остается невыясненной.

Лучева́я боле́знь - заболевание, возникающее в результате воздействия различных видов ионизирующих излучений и характеризующаяся симптомокомплексом, зависящим от вида поражающего излучения, его дозы, локализации источника радиоактивных веществ, распределения дозы во времени и теле человека.

У человека лучевая болезнь может быть обусловлена внешним облучением и внутренним - при попадании радиоактивных веществ в организм с вдыхаемым воздухом, через желудочно-кишечный тракт или через кожу и слизистые оболочки, а также в результате инъекции.

Общие клинические проявления лучевой болезни зависят, главным образом, от полученной суммарной дозы радиации. Дозы до 1 Гр (100 рад) вызывают относительно лёгкие изменения, которые могут рассматриваться как состояние предболезни. Дозы свыше 1 Гр вызывают костно-мозговую или кишечную формы лучевой болезни различной степени тяжести, которые зависят главным образом от поражения органов кроветворения. Дозы однократного облучения свыше 10 Гр считаются абсолютно смертельными.

Первый период (1-2 суток) характеризуется появлением головокружений, головных болей, общего недомогания, слабости. Могут иметь место покраснения кожи, слизистых оболочек, носовые кровотечения, расстройства сердечной деятельности, тошнота, рвота, поносы. Появляются слезоточение, учащенное мочеиспускание. Развивается лихорадочное состояние.

Большие дозы приводят к смерти уже в первом периоде.
Второй период характеризуется улучшением общего состояния и исчезновением острых симптомов, самочувствие пострадавшего улучшается и он как бы выздоравливает. Но несмотря на улучшение самочувствия пострадавшего, болезнь прогрессирует. Об этом свидетельствует картина крови. Количество белых кровяных шариков катастрофически падает. Скрытый период протекает в зависимости от дозы в среднем около недели (от нескольких дней до 2-3 недель).

В третьем периоде вновь возникают клинические симптомы: головная боль, рвота, понос. Повышается температура, падает вес больного. В коже, слизистых оболочках, внутренних органах развиваются множественные кровоизлияния. Количество белых кровяных шариков продолжает резко уменьшаться. Развиваются тяжелая ангина и общее заражение организма (сепсис).
Четвертый период наступает через 2-3 недели. В этом периоде или наступает медленное выздоровление с временными ухудшениями, продолжающееся неделями или месяцами, или заболевание приводит к смерти.
Течение острой лучевой болезни в зависимости от дозы облучения может быть различным по тяжести. Выздоровление или смерть могут наступить в любом периоде.

I степень (легкая) возникает при воздействии ионизирующего излучения в дозе 1-2,5 Гр. Первичная реакция отмечается через 2-3 часа послу облучения, для неё характерно головокружение и тошнота. Латентная фаза продолжается от 25до 30 суток. В первые 1-3 дня количество лимфоцитов (в 1 мкл крови) снижается до 1000 - 500 клеток (1-0,5 109/л), лейкоцитов в разгаре болезни - до 3500-1500 (3,5 - 1,5 109/л), тромбоцитов на 26-28-е сутки - до 60 000-10 000 (60-40 109/л. Инфекционные осложнения возникают редко, изменений кожи и слизистых оболочек и кровоточивости не наблюдается. Восстановление медленное, но полное.
II степень (средней тяжести) развивается при воздействии ионизирующего излучения в дозе 2,5 - 4 Гр. Первичная реакция проявляется через 1 - 2 часа в виде головной боли, тошноты, иногда рвоты. Может появиться эритема кожи. Латентная фаза продолжается от 20 - 25 суток. Число лимфоцитов в первые 7 суток снижается до 500, число гранулоцитов в фазе разгара (20 - 30-е сутки) - до 500 клеток в 1 мкл крови (0,5 109/л); СОЭ - 25 - 40 мм/ч. Для этой степени характерны инфекционные осложнения, изменения слизистой оболочки рта и глотки, при числе тромбоцитов менее 40 000 в 1 мкл крови (40 109/л) выявляются незначительные признаки кровоточивости - петехии в коже. Возможны летальные исходы, особенно при запоздалом и неадекватном лечении.
III степень (тяжелая)возникает при воздействии ионизирующего излучения в дозе 4 - 10 Гр. Первичная реакция резко выражена, наступает через 30 - 60 минут в виде повторяющейся рвоты, повышению температуры тела, головной боли, эритеме кожи. В первые сутки количество лимфоцитов составляет 300 - 100, лейкоцитов с 9 -17-го дня - менее 500, тромбоцитов - менее 20 000 в 1 мкл крови. Латентная фаза длится от 10 до 15 дней. В разгаре болезни наблюдается выраженная лихорадка, поражаются слизистая оболочки рта и носоглотки, развиваются различные инфекции - бактериальные, вирусные, грибковые) в легких, кишечнике и других органах, умеренная кровоточивость. В первые 4 - 6 недель возрастает частота летальных исходов.
IV степень (крайне тяжелая) возникает при воздействии ионизирующего излучения в дозе более 10 Гр. При этой степени развивается глубокое нарушение кроветворения, которое характеризуется ранней стойкой лимфопенией - менее 100 клеток в 1 мкл крови (0,1 109/л), агранулоцитозом, начиная с 8-х суток тромбоцитопенией - менее 20 000 в 1 мкл крови (20 109/л), а затем анемией. Увеличение дозы облучения приводит к более сильному проявлению всех симптомов, сокращению продолжительности латентной фазы. При этом первостепенное значение приобретают поражения других органов - кишечника, кожи, головного мозга, а также общая интоксикация. Летальный исход наблюдается практически в 100% случаев.

Нарушение кроветворения и системы крови . Отмечается уменьшение числа всех форменных элементов крови, а также функциональная их неполноценность. В первые же часы после облучения отмечается лимфопения, позднее - недостаток гранулоцитов, тромбоцитов и еще позже - эритроцитов. Возможно опустошение костного мозга. Характерным признаком лучевой болезни является геморрагический синдром . В патогенезе этого синдрома наибольшее значение имеет снижение количества тромбоцитов, содержащих биологические факторы свертывания крови. Причиной тромбоцитопении является не столько разрушение тромбоцитов, сколько нарушение созревания их в костном мозге. Большое значение имеет нарушение способности тромбоцитов к склеиванию, так как именно при агрегации тромбоцитов выделяются из них биологические факторы свертывания крови. Кроме того, тромбоциты играют важную роль в поддержании целостности сосудистой стенки, ее упругости и механической резистентности.

Нарушение структуры сосудистой стенки приводит к функциональной неполноценности сосудов и нарушению кровообращения в тех сосудах, где происходит обмен веществ между кровью и клетками. Паралитическое расширение и переполнение кровью системы микроциркуляции, истинны и капиллярный стаз усугубляют дистрофические и дегенеративные изменения в тканях, обусловленные прямым действием излучения и первичными радиохимическими реакциями.

Если в результате хромосомных повреждений клетка не погибает, изменяются ее наследственные свойства. Соматическая клетка может подвергнуться злокачественному перерождению, а хромосомные аберрации в половых клетках приводят к развитию наследственных болезней.

Снижается иммунная реактивность . Активность фагоцитоза понижена, образование антител угнетено или полностью подавлено, поэтому инфекция - наиболее раннее и тяжелое осложнение облучения. Ангина носит некротический характер. Часто причиной гибели больного является пневмония.

Бурно развивается инфекция в кишечнике. Патология пищевого канала - одна из причин гибели организма. Барьерная функция слизистой оболочки кишечника нарушена, что приводит к всасыванию в кровь токсинов и бактерий. Нарушение функции пищеварительных желез, кишечная аутоинфекция, тяжелое состояние полости рта приводят к истощению организма.

Нарушение со стороны нервной системы . Структурные изменения не всегда соответствуют функциональным, и в этом смысле нервная ткань обладает очень высокой чувствительностью по отношению к любым воздействиям, в том числе к радиационным. Буквально через несколько секунд после облучения нервные рецепторы подвергаются раздражению продуктами радиолиза и распада тканей. Импульсы поступают в измененные непосредственным облучением нервные центры, нарушая их функциональное состояние. Изменение биоэлектрической активности головного мозга можно зарегистрировать в первые же минуты после облучения. Таким образом, нервно-рефлекторная деятельность нарушается до появления других типичных симптомов лучевой болезни. С этим связаны вначале функциональные, а затем и более глубокие нарушения функций органов и систем.

Попавшие в организм радионуклиды участвуют в обмене веществ по принципу, аналогичному тому, как это происходит для их стабильных изотопов: они выводятся из организма через те же самые выделительные системы, что и их стабильные носители.

Основное количество радиоактивных веществ выводится через желудочно-кишечный тракт и почки, в меньшей степени – через легкие и кожу. У беременных и лактирующих животных часть ра­дионуклидов выделяется с плодом и молоком.

Скорость выведения радионуклидов зависит от их природы, а также от вида, возраста, физиологического состояния животных и ряда других факторов.

Время, в течение которого исходное количество ра­дионуклида уменьшится вдвое, называют эффективным периодом полувыведения. Снижение концентрации радиоизотопов про­исходит за счет двух основных факторов: физического их распада и истинного выведения. Эффективный период полувыведения долгоживущих изотопов определяется в основном биологическим периодом полувыведения, короткоживущих – периодом полураспада.

На эффективный период полувыведения влияют вид, возраст, функциональное состояние организма, особенности поступления, распределения радионуклидов и другие факторы.

Период полураспада Иод-131 8,02070 суток

В связи с бета-распадом, иод-131 вызывает мутации и гибель клеток, в которые он проник, и окружающих тканей на глубину нескольких миллиметров.

30% короткоживущего йода-131 при поступлении в организм человека накапливается в щитовидной железе, остальные 70% распределяются равномерно по всему организму. Суточная потребность в нерадиоактивном йоде - 150 мкг. Йод поступает в организм с воздухом, водой, пищей, причем на море с воздухом может поступать до 35 мкг йода в сутки. Йод долго задерживается в щитовидной железе: биологический период его полувыведения - 120 суток, из остального организма - 12 суток. Эффективный период полувыведения - 7,5 суток. Наличие его в организме можно определить с помощью счетчика излучения человека - в щитовидной железе (110 Бк) и в моче (3,7 Бк/л).

Стро́нций-90 Период полураспада 28,79 лет

Стронций является аналогом кальция, поэтому он наиболее эффективно откладывается в костной ткани. В мягких тканях задерживается менее 1 %. За счёт отложения в костной ткани, он облучает костную ткань и костный мозг. Так как у красного костного мозга взвешивающий коэффициент в 12 раз больше, чем у костной ткани, то именно он является критическом органом при попадании стронция-90 в организм, что увеличивает риск заболевания раком костного мозга. А при поступлении большого количества изотопа может вызвать лучевую болезнь.

Образуется преимущественно при делении ядер в ядерных реакторах и ядерном оружии.

В окружающую среду 90 Sr попадает преимущественно при ядерных взрывах и выбросах с АЭС.

Стронций радиоактивный, образовавшийся при взрывах, попадает в почву и воду, усваивается растениями и затем с растительной пищей или с молоком животных, питающихся этими растениями, проникает в организм человека.

Эффективный период полувыведения Sr 90 из организма человека составляет 15,3 года. Таким образом, в организме создается постоянный очаг радиоактивности, воздействующий на костную ткань и костный мозг. Исходом такого облучения в отдаленные сроки могут быть лучевые остеосаркомы и лейкозы.

Цезий-137 период полураспада 30,1671 лет

Внутрь живых организмов цезий-137 в основном проникает через органы дыхания и пищеварения. Хорошей защитной функцией обладает кожа (через неповрежденную поверхность кожи проникает только 0,007 % нанесенного препарата цезия, через обожженную - 20 %; при нанесении препарата цезия на рану всасывание 50 % препарата наблюдается в течение первых 10 мин, 90 % всасывается только через 3 часа). Около 80 % попавшего в организм цезия накапливается в мышцах, 8 % - в скелете, оставшиеся 12 % распределяются равномерно по другим тканям

Биологический период полувыведения накопленного цезия-137 для человека принято считать равным 70 суткам (согласно данным Международной комиссии по радиологической защите). Тем не менее, скорость выведения цезия зависит от многих факторов - физиологического состояния, питания и др. (например, приводятся данные о том, что период полувыведения для пяти облученных человек существенно различался и составлял 124, 61, 54, 36 и 36 суток)

Развитие радиационных поражений у человека можно ожидать при поглощении дозы примерно в 2 Гр и более. Симптомы во многом схожи с острой лучевой болезнью при гамма-облучении: угнетённое состояние и слабость, диарея, снижение массы тела, внутренние кровоизлияния. Характерны типичные для острой лучевой болезни изменения в картине крови. Дозам в 148, 370 и 740 МБк соответствуют лёгкая, средняя и тяжелая степени поражения, однако лучевая реакция отмечается уже при единицах МБк.

239Pu имеет период полураспада 2,4х10^4 лет.

Период полураспада плутония-238 составляет 87,7(1) года.

При поступлении с водой и пищей, плутоний менее ядовит, чем такие известные вещества, как кофеин, ацетаминофен, некоторые витамины, псевдоэфедрин и множество растений и грибов. Он чуть менее вреден этилового спирта, но вреднее табака и, тем более, всех запрещённых наркотиков. С химической точки зрения при приёме внутрь, он ядовит как свинец и другие тяжёлые металлы (Кто пробовал, утверждают, что у плутония типичный вкус металла). Спорообразующие палочки, вызывающие ботулизм, бактерии вызывающие столбняк, мухоморы и т.п. намного страшнее плутония. Не так уж опасен плутоний и при вдыхании – с точки зрения ингаляции это – рядовой токсин (примерно соответствует парам ртути).

Тем не менее, плутоний, естественно, опасен, т.к. при вдыхании и при приёме пищи, концентрируется непосредственно в кроветворных участках костей и может вызвать заболевание даже через много лет после поступления в организм. Особенно опасно попадание радиоактивных веществ внутрь организма. В связи с тем, что α-излучение плутония производит большие необратимые изменения в скелете, печени, селезёнке и почках, все изотопы плутония относят к группе элементов с особо высокой радиотоксичностью (группа А токсичности). Эти изменения трудно диагностировать; они не проявляются настолько быстро, чтобы можно было принять меры

к искусственному выведению плутония с помощью растворов комплексующих реагентов.

Плутоний может попадать в организм через раны и ссадины, путем вдыхания или заглатывания.

Однако наиболее опасный путь попадания его в организм - поглощение из легких.

Плутоний в своём четырехвалентном состоянии уже в течение нескольких суток на 70-80% отлагается в тканях печени человека и на 10-15% - в костных тканях.

Попавший в организм плутонии выделяется медленно. Скорость выделения такова, что через 50 лет после попадания в организм остается 80% усвоенного количества. Период биологического полувыведения плутония 80-100 лет при нахождении в костной ткани, т.о. концентрация его там практически постоянна. Период полувыведения из печени - 40 лет. Хелатные добавки могут ускорить выведение плутония. Максимально допустимым содержанием плутония в организме считается такое количество, которое может находиться неограниченное время в организме взрослого человека, не причиняя ему вреда. В настоящее время эта величина для 239Pu установлена равной 0,047 мккюри что эквивалентно 0,75 мкг.

Противолучевая защита физическая - применение специальных устройств и способов для защиты организма от действия внешних ионизирующих излучений или попадания радиоактивных веществ в организм. Существуют стационарные и передвижные защитные устройства. К передвижным защитным устройствам относятся широко используемые в радиологической практике ширмы и экраны. Стационарными являются защитные стены, окна, двери и др., обеспечивающие защиту от источников излучения более надежно, чем передвижные устройства. Толщина и выбор защитного материала для стационарной защиты определяются видом используемого излучения и его энергией. Защиту от γ- или рентгеновского излучений обеспечивают с помощью материалов, имеющих высокий удельный вес (кирпич, бетон, свинец, вольфрам или свинцовые стекла). С возрастанием энергии излучения удельный вес защитного материала или его толщина должны увеличиваться. Качество защиты выражается свинцовым эквивалентом (который определяется толщиной слоя свинца в миллиметрах), ослабляющим излучение данного вида в такой же степени, как и использованный защитный материал. Защиту от нейтронного излучения или протонного излучения осуществляют материалами, имеющими в своем составе водород (например, вода, парафин, органическое стекло).

Продовольствие в зависимости от степени зараженности вывозится полностью или частично в незараженный район и подвергается дезактивации. В некоторых случаях продовольствие может быть оставлено на месте; для последующего снижения зараженности в пределах допустимых уровней.

При вывозе из зараженного района продовольствие, погруженное на автомашины, укрывается сверху и с боков чистыми (незараженными) кусками брезента. На некотором удалении от района заражения автомобиль обтирают (обмывают) и затем направляют к месту разгрузки. При разгрузке все продовольствие обязательно подвергается дозиметрическому контролю и рассортировывается на незараженное, зараженное в пределах допустимых уровней и зараженное выше допустимых уровней.

Незараженное и зараженное в пределах допустимых уровней продовольствие направляется на склад, причем продукты, зараженные в пределах допустимых уровней, размещаются отдельно от незараженных и выдаются на довольствие в последнюю очередь.

Продукты, зараженные выше допустимых уровней, подвергаются дезактивации. Заключение о пригодности этих продуктов в пищу после дезактивации дает медицинский врач. Продовольствие, заготавливаемое из местных средств, подвергается тщательному дозиметрическому контролю.

При хранении продовольствия в твердой негерметической таре сначала дезактивируется тара, после этого продукты извлекаются из тары и подвергаются дозиметрическому контролю для установления необходимости их дезактивации.

Дезактивация продовольствия производится на специальных площадках, оборудованных стеллажами для хранения продуктов и столами для их обработки. Площадки обеспечиваются бочками или баками для обмывания продуктов, носилками, ведрами, щетками и другим необходимым инвентарем. Для удобства проведения дезактивации продовольствие группируется по видам упаковки: продовольствие в бочках, в ящиках и герметичной таре (консервы), в ящиках и картонных коробках, в тканевых и бумажных мешках и т. д.

После дезактивации продовольствие направляется на чистый участок площадки, где подвергается вторичному дозиметрическому контролю. При выдаче дезактивированного продовольствия со склада в накладных должна быть сделана отметка «дезактивировано».

В зависимости от вида продовольствия, его упаковки, характера и степени заражения дезактивация производится следующими способами:

Удалением зараженного наружного слоя продуктов;

Заменой зараженной тары на чистую;

Обмыванием внешней поверхности тары водой с одновременным обтиранием ветошью.

Готовая пища, оказавшаяся в зараженном районе, подвергается особо тщательному дозиметрическому контролю и в случае заражения подлежит уничтожению.

Для обезвреживания тары в зависимости от материала, из которого она изготовлена, могут применяться следующие способы дезактивации:

Встряхивание и выколачивание;

Обтирание ветошью, смоченной водой или моющим раствором (деревянная, стеклянная и металлическая тара);

Обмывание струей воды или моющего раствора;

Удаление наружного слоя тары (при наличии двойных мешков, деревянной тары, бумажных прокладок и т. п.).

Работы по дезактивации проводятся в индивидуальных средствах противохимической защиты (противогаз, фартук, чулки, перчатки). К работе по дезактивации допускаются только лица, заранее обученные. Лица, имеющие повреждения кожных покровов, к работе не допускаются. У всех работающих ногти должны быть коротко острижены.

Противолучевая защита - это совокупность специальных мероприятий и средств, предназначенных для предохранения организма человека от лучевого воздействия в условиях научно-исследовательской и производственной деятельности.
Существуют физические и химические (биологические) методы и средства противолучевой защиты.

Химическая (биологическая) противолучевая защита. Ослабление лучевого поражения достигается при помощи введения в организм до начала воздействия ионизирующей радиации определенных соединений разнообразных химических классов. В настоящее время известно несколько сотен радиозащитных средств (протекторов) и их комбинаций, которые оказывают противолучевое действие. Средства химической противолучевой защиты обычно классифицируют на основании их общих химических свойств. Так, например, выделяют класс протекторов - аминотиолов, серусодержащих аминокислот, цианофоров и т. д.
По особенностям действия на организм все средства химической противолучевой защиты можно разделить на две группы: 1) средства, действующие при однократном введении; 2) средства, действующие при повторных введениях. К первой группе относят протекторы, которые вводят в организм незадолго до облучения однократно в дозах, оказывающих значительный сдвиг в физиологических и биохимических процессах организма (аминотиолы, цианофоры и др.). Ко второй группе относят некоторые витамины, гормоны.
Средства химической противолучевой защиты первой группы, как правило, оказываются эффективными при облучении животных в смертельных дозах. Средства противолучевой защиты второй группы используют при воздействии излучений в сублетальных дозах.
Механизм действия средств противолучевой защиты первой группы определяется способностью этих соединений образовывать временные связи с биологически важными макромолекулами, вызывать временную, локальную тканевую гипоксию, резко изменять течение всех основных биохимических радиочувствительных реакций к моменту облучения. Механизм действия противолучевой защиты второй группы обусловлен повышением общей радиорезистентности тканей, повышением прочности кровеносных сосудов, активизацией процессов кроветворения и т. п.
К веществам второй группы могут быть отнесены, например, вещества, обладающие свойствами витамина Р (цитрин, морин, гесперидин), аскорбиновая кислота, комбинации витаминов Р и Сидр. Имеются данные о радиозащитном действии биотина, тиамина (витамина B1), витаминов В6 и В12, гормонов эстрадиола, стильбэстрола, адреналина и др.
Особенно эффективно и перспективно комбинированное использование средств противолучевой защиты первой и второй группы. Из многочисленных средств противолучевой защиты в клинической практике при лучевой терапии больных злокачественными новообразованиями нашли пока применение лишь несколько протекторов: β-меркаптоэтиламин (цистамин, меркамин, бекаптан, ламбратен), дисульфидная форма Р-меркаптоэтиламина (цистамин), пропамин, аминоэтилизотиоуроний и некоторые др.
Противолучевую защиту широко используют в радиобиологических лабораториях при изучении первичных механизмов действия ионизирующей радиации на организм и механизмов действия протекторов.
Поиски новых средств химической противолучевой защиты ведутся во многих радиобиологических лабораториях различных стран.

По происхождению миграцию радионуклидов разделяют на несколько типов: природную и техногенную (иногда ее называют антропогенной). По природной миграцией радионуклидов понимают миграцию, вызванную природными явлениями – разливы рек и паводки, пожары, дожди, ураганы и т.д. Под техногенной миграцией понимают движение элементов, обусловленное деятельностью человека – ядерные взрывы, аварии на ядерных энергетических установках, предприятиях по добыче и переработке урана, каменного угля, руды и т.д.)
Существуют отличия в направлении движения радионуклидов в окружающей среде. Выделяют вертикальную миграцию радионуклидов (извержение вулканов, дожди, вспашка почвы, выращивание леса и т.д.), а также горизонтальную миграцию (разливы рек, перенос радиоактивной пыли и аэрозолей ветром, миграция живых организмов и т.д.). Существует смешанный тип миграции радионуклидов (ядерные взрывы, большие пожары, добыча и переработка нефти, производство и внесение минеральных удобрений и т.д.).
Загрязнение радионуклидами наземных и водных экосистем приводит к вовлечению этих элементов в трофические (пищевые) цепочки. Пищевые цепочки представляют собой ряд последовательных этапов по которым осуществляется трансформирование вещества и энергии в экосистеме. Все живые организмы связаны между собой, поскольку они являются объектами питания. При загрязнении одной из цепей радиоактивными веществами осуществляется миграция и последовательное накопление нуклидов в других элементах трофической цепи.

РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ АВАРИИ НА ЧАЭС

В результате аварии на ЧАЭС во внешнюю среду поступило около 10^19 Бк общей активности

радиоактивных веществ, в том числе 6,3⋅10^18 Бк радиоактивных благородных газов. По некоторым оценкам величина выброса считается более высокой.

Формирование радиоактивного загрязнения Беларуси началось сразу после взрыва реактора.

Метеорологические условия движения радиоактивных воздушных масс с 26 апреля по 10 мая 1986 года в совокупности с дождями определили масштабность загрязнения республики. На территории Беларуси в результате сухого и влажного осаждения выпали около 2/3 радиоактивных веществ.

Радиоактивные выбросы привели к значительному загрязнению местности, населенных пунктов,

водоемов. Радиационно-экологическая обстановка в Беларуси характеризуется сложностью и

неоднородностью загрязнения территории различными радионуклидами и присутствием их во многих компонентах природной среды. В начальный период после катастрофы уровни загрязнения короткоживущими радионуклидами йода во многих регионах республики были настолько велики, что вызванное ими облучение квалифицируется как период «йодного удара».

Полученные многочисленные данные за прошедшие после аварии годы свидетельствуют о

серьезных нарушениях у всех категорий населения, подвергшихся воздействию чернобыльской

катастрофы. При этом рост показателей заболеваемости отмечался практически по всем основным классам болезней кровообращения, дыхания, пищеварения, эндокринной, нервной, мочеполовой и других. Различия между категориями пострадавших заключаются лишь в частоте заболеваний по отдельным органам и величине дозы облучения.

В последние годы тенденции к росту заболеваемости пострадавшего населения по основным

классам болезней не наблюдается. Тем не менее, заболеваемость по многим болезням остается

значительно выше, чем не пострадавшего населения.

В первую очередь следует отметить рост болезней щитовидной железы (узловой зоб,

аденома, тиреоидит, гипотиреоз), заболеваемость которыми в 2-4 раза выше, чем у проживающих на незагрязненных территориях. Особое беспокойство вызывает начавшееся с 1990 года резкоеувеличение заболеваемости раком щитовидной железы, обусловленное формированием высоких индивидуальных и коллективных доз облучения населения в результате «йодного удара» в первый период после аварии, зобной эндемией, неправильно проведенной йодной профилактикой. Резко увеличилось число больных раком щитовидной железы среди облученных в возрасте 0-18 лет на момент аварии. В 1999 году в этой группе было зарегистрировано 1105 случаев рака щитовидной железы. Наибольшее число больных детей выявлено в Гомельской и Брестской областях. Радиационно-индуцированный рак щитовидной железы имеет преимущественно папиллярное гистологическое строение. Даже маленькая солитарная опухоль способна прорастать в капсулу железы, соседние ткани шеи и распространяться по лимфатическим путям. Агрессивность карциномы, проявляющаяся экстратиреоидной инвазией и метастазированием, нарастает по мере увеличения размеров первичного очага опухоли.

Популяционная заболеваемость раком щитовидной железы до десятилетнего возраста уже

полностью реализована, заболеваемость по остальным возрастам будет увеличиваться по мере

взросления облученной популяции. В настоящее время наблюдается снижение показателей

заболеваемости раком этой локализации у детей и рост у взрослого населения. Пик

заболеваемости переместился в подростковый и молодежный возраст, т.е. затронул тех, кто на

момент аварии был ребенком.

Клетки имеют разное строение и выполняют различные функции (например, нервные, мышечные, костные и т.д.). Чтобы понять механизмы , определяющие естественную радиочувствительность организма (без чего невозможно правильно оценить последствия облучения человека), необходимо последовательно рассмотреть клеточные и тканевые аспекты радиочувствительности , так как клетка - основная биологическая единица,в которой реализуется воздействие поглощенной при облучении энергии , что в последующем приводит к развитию лучевого поражения. Среди многих проявлений жизнедеятельности клетки наиболее чувствительна в отношении ионизирующего излучения ее способность к делению. Под клеточной гибелью (или летальным эффектом) понимают утрату клеткой способности к пролиферации, а выжившими считают клетки, сохранившие способность к неограниченному размножению.

В зависимости от связи летального эффекта с процессом деления различают две основные формы радиационной гибели клеток: интерфазную (до деления клетки или без него) и репродуктивную (после первого или нескольких последующих циклов деления). Для большинства клеток, в том числе и для клеток многих млекопитающих, характерна репродуктивная форма лучевой гибели, основной причиной которой являются структурные повреждения хромосом, возникающие в процессе облучения. Они обнаруживаются с помощью цитогенетических методов исследования на разных стадиях митоза (чаще в анафазе или метафазе) в виде так называемые хромосомных перестроек, или аберраций. Гибель таких аберрантных клеток или их потомков происходит вследствие неравномерного разделения или частичной утраты жизненно необходимого генетического материала из-за неправильного соединения разорванных хромосом или отрыва их фрагментов. Определение доли клеток с хромосомными аберрациями часто используют в качестве надежного количественного показателя радиочувствительности, т.к. с одной стороны, число таких поврежденных клеток четко зависит от дозы ионизирующего излучения, а с другой - отражая его летальное действие.

Группы клеток образуют ткани, из которых состоят органы и системы (пищеварительная, нервная, кровеносная системы, железы внутренней секреции и т.д.).

Ткань – это не просто сумма клеток, это уже система, имеющая свои функции. Она имеет свою систему саморегуляции и, установлено, что клетки ткани, которые активно делятся, более подвержены действию радиации. Поэтому мышцы, мозг, соединительные ткани у взрослых организмов достаточно устойчивы к воздействию радиации. Клетки же костного мозга, зародышевые клетки, клетки слизистой оболочки кишечника являются наиболее уязвимыми. Так как наибольшее деление клеток происходит в растущем организме, воздействие радиации на детский организм особенно опасно. Влияние облучения на плод может привести к рождению неполноценного потомства, причем самый опасный период – 8-15-я недели беременности, когда происходит закладка органов будущего человека.

У взрослого организма наиболее уязвимым является красный костный мозг, вырабатывающий клетки крови, которые сами не делятся и быстро «изнашиваются». Поэтому организм нуждается в постоянном их обновлении. Вырабатываемые красным костным мозгом лейкоциты (белые кровяные тельца) выполняют функцию защиты организма от попавших в него возбудителей инфекционных заболеваний (иммунная защита). В результате нарушения созревания клеток костного мозга резко снижается содержание лейкоцитов в крови, что приводит к снижению сопротивляемости организма к различным инфекциям. Весьма чувствительными являются клетки половых желез напомним, что если для всего организма в целом при однократном равномерном облучении коэффициент риска принять за единицу, то для половых желез (яичников, семенников) он равен 0,25, а для красного костного мозга – 0,12. Яичники взрослых женщин содержат большое число незаменяемых яйцеклеток, находящихся на разных стадиях развития. Поэтому облучение, приводящее к фактической или репродуктивной гибели яйцеклеток, может вызвать стойкое бесплодие. Облучение мужчин дозой 2,5 Гр вызывает стерильность в течение двух-трех лет, а после облучения дозой 4-6 Гр наступает постоянная стерильность. У женщин высокой радиационной чувствительностью обладают также молочные железы (коэффициент риска при однократном равномерном облучении равен 0,15).

В системе органов пищеварения при одноразовом равномерном облучении наиболее радиочувствительной является печень, затем идут в порядке убывания радиочувствительности поджелудочная железа, кишечник, желудок, пищевод, слюнные железы, язык, полость рта. Относительно высокой радиочувствительностью обладают также клетки волосяных фолликулов. После облучения дозой 3-4 Гр волосы начинают редеть и выпадать в течение 1-3 недель. Затем рост волос может возобновиться. Однако при облучении дозой порядка 7 Гр происходит полная потеря волос.

Следует отметить, что значительная часть радионуклидов попадает внутрь организма с вдыхаемым воздухом, пищей и водой. При этом наибольшие дозы внутреннего облучения получают органы систем дыхания и пищеварения, а также те органы, в которых накапливаются попавшие внутрь организма радионуклиды.

Так, например, клетки щитовидной железы высокоспециализированы и медленно делятся. Коэффициент радиационного риска для щитовидной железы при одноразовом равномерном внешнем облучении невелик – 0,03. Однако при попадании внутрь организма радиоизотопов йода они накапливаются в щитовидной железе в неограниченном количестве, что резко повышает эффективную эквивалентную дозу облучения этого органа. Щитовидная железа является одним из органов эндокринной системы – важнейшей регуляторной системы организма. При вдыхании частиц, содержащих радионуклиды, область их осаждения в дыхательных путях и легких, время удержания на участках осаждения и продолжительность пребывания на путях удаления определяют эффективную тканевую дозу. Растворимые радионуклиды попадают в кровь и разносятся по всему организму. Большинство типов клеток, составляющих структуру легких, относительно устойчивы к непродолжительному облучению, тем не менее, легкие как орган, обладающий тонкой структурой, характеризуется значительной радиочуствительностью на тканевом уровне. Всасывание радионуклидов в желудочно-кишечном тракте в большой степени зависит от вхождения их в состав различных соединений. Например, всасывание из желудочно-кишечного тракта органически связанного плутония в 25 раз больше, чем всасывания нитрата плутония. При этом 90% поступившего плутония накапливается в скелете, что приводит к значительному внутреннему облучению красного костного мозга.

При воздействии разных доз облучения могут наблюдаться следующие радиационные эффекты:
соматические (нестохастические). Это непосредственные телесные повреждения организма, возникающие вскоре после воздействия облучения; соматико-стохастические эффекты. Это последствия, которые выявляются на больших группах людей в более отдаленные периоды после облучения;
генетические эффекты. Они проявляются в виде возникновения хромосомных аберраций, доминантных генных мутаций.

Большая часть лучевых поражений возникает спустя длительный срок после острого однократного или хронического облучения. Они являются так называемыми отдаленными эффектами облучения в отличие от непосредственных эффектов, к которым относят острую лучевую болезнь и сопутствующий ей симптомокомплекс. Указанные отдаленные эффекты зависят от дозы; с возрастанием дозы растет тяжесть поражения. Помимо названных эффектов, в отдаленном периоде могут возникать еще два вида, которые называют стохастическими (т.е. вероятностными, случайностями): соматические (телесные) эффекты – злокачественные опухоли и генетические эффекты – врожденные уродства и нарушения, передающиеся по наследству. В основе обоих указанных видов стохастических эффектов лежат генерирующиеся излучением мутации и другие нарушения в клеточных структурах, ведающих наследственностью: в первом случае (соматические заболевания) – рак – в неполовых соматических клетках разных органов и тканей, во втором (в половых клетках яичников и семенников) – генетические изменения.

Закономерности поражения целост­ного организма определяются дву­мя факторами:

1) радиочувствительностью тканей, органов и сис­тем, существенных для выживания организма;

2) величиной поглощен­ной дозы облучения и ее распреде­лением в пространстве и времени.

Каждый в отдельности и в сочетании друг с другом эти факторы определяют преимущественный тип лучевых реакций (местные или общие), специфику и время проявления (непосредственно после облучения, вскоре после облучения или в отдаленные сроки) и их значимость для организма .

Следует иметь в виду, что при переходе от изолированной клетки к ткани, к органу и организму все явления усложняются. Эго происходит потому, что не все клетки поражаются в равной степени, а тканевой эффект не равен сумме клеточных эффектов: ткани, а тем более органы и системы нельзя рассматривать как простую совокупность клеток. Находясь в составе ткани, клетки в значительной степени зависимы и друг от друга, и от окружающей среды. Митотическая активность, степень дифференцированности, уровень и особенности метаболизма, а также другие физиологические параметры отдельных клеток не безразличны для их непосредственных «соседей», а, следовательно, и для всей популяции в целом. Общеизвестно, например, что заживление раны происходит вследствие временного ускорения размножения оставшихся клеток, обеспечивающего рост ткани и замещение вызванных травмой тканевых утрат, после чего тип клеточного деления нормализуется.

Кроме того, на тканевую радиочувствительность оказывают большое влияние и другие факторы: степень кровоснабжения, величина облучаемого объема и др. Таким образом, радиочувствительность ткани нельзя рассматривать только с позиций составляющих ее клеток без учета морфофизиологических факторов. Например, эритробласты изменяют свою радиочувствительность в зависимости от места их нахождения в организме - в селезенке или костном мозге. Все это усложняет оценку радиочувствительности тканей, органов и целого организма, но не отвергает принципиального и ведущего значения цитокинетических параметров, определяющих тип и выраженность лучевых реакций на всех уровнях биологической организации.

Самый типичный пример радиационного поражения организма животных и человека - острая лучевая болезнь , возникающая после равномерного тотального однократного внешнего облучения. В этом случае одновременно подвергаются радиационному воздействию все системы, органы, ткани и клетки в одинаковой дозе. Наилучшее понимание основных проявлений лучевого поражения организма может быть достигнуто сопоставлением их с поглощенной дозой в «критических органах».

Под критическими органами понимают жизненно важные органы или системы, первыми выходящие из строя в исследуемом диапазоне доз облучения, что обусловливает гибель организма в определенные сроки после облучения.

Таким образом, между величиной поглощенной дозы в организме и средней продолжительностью жизни существует строгая зависимость , определяемая различиями в радиочувствительности отдельных жизненно важных (критических) систем.

При общем облучении организма в зависимости от эквивалентной поглощенной дозы может преобладать один из синдромов, связанных с критическими системами: 1) костномозговой (кроветворный), 2) желудочно-кишечный, 3) церебральный. Они развиваются вследствие необратимого поражения соответствующих критических систем организма – системы кроветворения, желудочно-кишечного тракта или центральной нервной системы.

Костномозговой (кроветворный) синдром связан с повреждением стволовых клеток красного костного мозга. Это является смертельным для организма. Зрелые клетки крови не делятся, характеризуются специализированными функциями, быстро изнашиваются, а поэтому должны постоянно заменяться новыми. Поражение костного мозга приводит к падению количества разных типов клеток в крови. Сокращение числа клеток периферической крови обусловливает симптомы, предшествующие гибели организма: уменьшение количества крови, кровотечения, инфекции. Сокращение числа эритроцитов (красных кровяных телец), а соответственно, и понижение гемоглобина в крови приводит к анемии (малокровию). Уменьшение числа тромбоцитов, участвующих в процессе свертывания крови, приводит к возникновению кровотечений, что усиливает анемию. Уменьшение числа лейкоцитов (белых кровяных телец) приводит к снижению сопротивляемости организма различным болезням.

Желудочно-кишечный синдром связан с повреждением слоя клеток, выстилающих внутреннюю стенку тонкой кишки, которое приводит к проникновению в организм инфекции из кишечника за счет кишечной флоры и возникновению инфекционных заболеваний. Внутренняя, всасывающая поверхность кишечника имеет ворсинки, направленные в просвет кишечника. У основания этих ворсинок находятся быстроделящиеся клетки. Нарушение процесса обновления этих клеток и приводит к желудочно-кишечному синдрому, признаками которого являются боли в желудочно-кишечном тракте, потеря аппетита, тошнота, рвота, понос, изъязвление слизистой оболочки рта и зева, вялость, инертность. Все это происходит на фоне костномозгового синдрома.

Церебральный синдром связан с нарушениями центральной нервной системы. В центральной нервной системе в отличие от костного мозга и кишечника клетки достаточно устойчивы к воздействию радиации, так как зрелая нервная ткань состоит из высокоспециализированных клеток, которые в течение жизни не замещаются. Воздействие радиационных излучений приводит к функциональным нарушениям на тканевом уровне. Признаки церебрального синдрома – головные боли, полное безразличие ко всему окружающему, нарушение сознания (возможна временная потеря его), судороги. Эти симптомы связаны с повреждением головного мозга.

Состояние устойчивого динамического равновесия любой клеточной популяции в живом организме, необходимое для нормальной жизнедеятельности, поддерживается системами обновления кле­ток; любая потеря клеток (вследствие их гибели или миграции) в системе коли­чественно восполняется возникновением новых кле­ток, что обеспечивает не­изменность функции. Клетки каждого типа имеют свою характерную для них про­должительность жизненного цик­ла и соответственно различаются темпом обновления.

Таким образом, взрослый организм постоянно находится в состоянии строго сбалансированного клеточного самообновления , происходящего непрерывно в ряде его жизненно важных систем.

Ежеминутно в каждой из них отмирают десятки и сотни тысяч «отслуживших» клеточных элементов, заменяясь новыми, заведомо готовыми «пожертвовать» собой через строго определенный срок - и так до конца жизни организма. Такое устойчивое равновесие в системах клеточного самообновления, являющееся необходимым условием надежности поддержания жизнеспособности организма, получило название клеточного гомеостаза

Радиочувствительность тканей и органов организма Радиационные синдромы: действие ионизирующего излучения на систему кроветворения, пищеварения и центральную нервную систему 2. Сердце (Соr) 4. Печень(Нераr) 6. Желчный пузырь (Vesica fellea или biliaris) 7. Правый изгиб толстой кишки 8. Восходящая часть толстой кишки (Colon ascendens) 9. Поперечно-ободочная часть толстой кишки (Colon transversum) 10. Слепая кишка (Caecum) с червеобразным отростком (Appendix vermiformis) 11. Селезенка (Lien или Splen) 12. Желудок (Ventriculus) 15. Полость рта (Cavumoris) 16. Глотка (Pharynx) 17. Пищевод (Oesophagus) 18. Желчные протоки, желчный ход 19. Двенадцатиперстная кишка - верхний отрезок тонкой кишки (Duodenum) 20. Нижний отрезок тонкой кишки (lleum) 21. Поджелудочная железа (Pancreas) 22. Лента толстой кишки (Taenia coli) 23. Средний отрезок тонкой кишки (Jejunum) 24. Нисходящий участок толстой кишки (Colon descendens) 25. Сигмовидный участок толстой кишки (Colon sigmoideum) 26. Прямая кишка (Rectum) 10 декабря 2012 г.

Стохастические (вероятностные) радиационные эффекты не определена зависимость эффекта от дозы; проявляются через достаточно большой интервал времени; пример– радиационный канцерогенез Сроки регистрации повышенного риска лейкозов и солидных опухолей у японцев, переживших бомбардировки (Шигемацу, 1993) миелома - новообразование ретикулярных (предшественники эритроцитов) плазматических клеток Радиационная эпидемиология

Факторы, определяющие закономерности радиационного поражения организма: Радиочувствительность отдельных тканей, органов и систем, в том числе критических*, - ответственных за выживание организма Величина поглощенной дозы излучения и ее распределение в облучаемом объеме и во времени * критические органы - органы растений, животных и человека, повреждение которых ионизирующими излучениями играет ведущую роль в развитии лучевого поражения. Критические органы для человека кроветворные органы, желудочно-кишечный тракт, эндокринные железы

Радиационные синдромы впервые обнаружены в 1940-х гг в экспериментах с мышами: зависимость средней продолжительности жизни от дозы излучения состоит из нескольких участков: при дозе до 10 Гр – продолжительность жизни несколько дней-недель, при дозе Гр – плато, продолжительность жизни не изменяется, при дозе более 100 Гр – продолжительность жизни резко сокращается. Ступенчатый характер отмирания связан с выходом из строя критических систем

Зависимость средней продолжительности жизни млекопитающих от дозы излучения (1) и ее отклонения (2, 3), полученные в экспериментах с мышами, крысами, хомячками, морскими свинками и обезьянами (Бонд и др., 1971) Наличие плато на кривой свидетельствует о том, что регистрируемое несовместимое с жизнью повреждение той или иной системы наступает после достижения определенного уровня поражения, т.е. имеет пороговый характер. обнаружен для разных млекопитающих, лягушек, ряда насекомых, червей (1970г).

Подтверждение кроветворного механизма: - Экранирование активного сегмента костного мозга (например, свинцом); - выведенной наружу селезенки у мышей; - пересадка костного мозга облученным животным от интактных – предотвращение или снижение % гибели животных при дозах до 10 Гр.

1000 Гр смерть наступает мгновенно вследствие денатурационной дезактива" title="Подтверждение церебрального механизма: Локальное облучение головы в дозах, превышающих 150 Гр - гибель происходит в первые сутки или часы и сопровождается судорогами. При дозе >= 1000 Гр смерть наступает мгновенно вследствие денатурационной дезактива" class="link_thumb"> 12 Подтверждение церебрального механизма: Локальное облучение головы в дозах, превышающих 150 Гр - гибель происходит в первые сутки или часы и сопровождается судорогами. При дозе >= 1000 Гр смерть наступает мгновенно вследствие денатурационной дезактивации клеток – «молекулярная гибель» = 1000 Гр смерть наступает мгновенно вследствие денатурационной дезактива"> = 1000 Гр смерть наступает мгновенно вследствие денатурационной дезактивации клеток – «молекулярная гибель»"> = 1000 Гр смерть наступает мгновенно вследствие денатурационной дезактива" title="Подтверждение церебрального механизма: Локальное облучение головы в дозах, превышающих 150 Гр - гибель происходит в первые сутки или часы и сопровождается судорогами. При дозе >= 1000 Гр смерть наступает мгновенно вследствие денатурационной дезактива"> title="Подтверждение церебрального механизма: Локальное облучение головы в дозах, превышающих 150 Гр - гибель происходит в первые сутки или часы и сопровождается судорогами. При дозе >= 1000 Гр смерть наступает мгновенно вследствие денатурационной дезактива">

Взрослый организм находится в состоянии клеточного гомеостаза (устойчивого равновесия) – строго сбалансированного клеточного самообновления, происходящего в ряде жизненно важных систем. Поражение систем определяется их индивидуальной радиочувствительностью.

Ключевые характеристики критических систем организма, «ответственных» за основные радиационные синдромы: кроветворная и желудочно-кишечная – высокая скорость клеточного обновления; центральная нервная система – клеточного обновления почти не происходит (у половозрелых животных и человека)

Типы радиобиологических реакций клеток, характерные для любой системы обновления (подробно изложено в теме 7) 1.Временное прекращение деления всех клеток независимо от того, какая из них выживет в последующем; 2.Гибель молодых, малодифференцированных и делящихся клеток (апоптоз); 3.Изменения (минимальные) продолжительности процесса клеточного созревания и времени жизни большинства зрелых клеток и скорости их выхода в функциональное состояние

Селезенка - самый крупный лимфоидный орган Делится на две области: 1) красную пульпу – скопление антител- утилизация эритроцитов, очистка крови; 2) белую пульпу, состоящую из лимфоидной ткани. Белая пульпа – главное место продукции антител. Функции. На ранних стадиях развития плода селезенка служит одним из органов кроветворения. К девятому месяцу внутриутробного развития образование как эритроцитов, так и лейкоцитов гранулоцитарного ряда берет на себя костный мозг, а селезенка, начиная с этого периода, производит лимфоциты и моноциты. При некоторых болезнях крови, в селезенке вновь появляются очаги кроветворения, а у ряда млекопитающих она функционирует как кроветворный орган в течение всей жизни. У взрослого человека селезенка выполняет несколько функций: -фагоцитирует (разрушает) отжившие кровяные клетки и тромбоциты -превращает гемоглобин в билирубин и гемосидерин. -главный источник циркулирующих лимфоцитов, особенно в юности и у молодых взрослых. -фильтр для бактерий, простейших и инородных частиц, -Продукция антител. -служит резервуаром эритроцитов, которые в критической ситуации вновь выходят в кровоток.

Тимус ТИМУС (вилочковая, или зобная, железа), эндокринная железа, играющая важнейшую роль в формировании иммунитета – центральный орган иммунной системы. Она стимулирует развитие Т («тимусных») – клеток как в собственной ткани, так и в лимфоидной ткани других частей тела. У человека тимус состоит из двух долей, расположенных в верхней части грудной клетки сразу за грудиной.– Функция. Кровь доставляет в тимус незрелые стволовые клетки костного мозга (лимфобласты), где они вступают в контакт с эпителиальными клетками и трансформируются в белые кровяные клетки (лимфоциты) – клетки лимфатической системы. Некоторые лимфоциты здесь и погибают, тогда как другие продолжают развиваться и на различных стадиях, вплоть до полностью зрелых Т-клеток, выходят из тимуса в кровь и лимфатическую систему для циркуляции по организму.

Красный (или кроветворный) костный мозг у человека Локализация: 1.Плоские кости - тазовые кости (у взрослого человека, в большей степени) 2.Внутри эпифизов длинных трубчатых костей 3.внутри тел позвонков (в меньшей степени) В кроветворной ткани костного мозга выделяют три клеточных линии, три популяции клеток, являющиеся родоначальниками соответствующих клеток крови: лейкоцитарный, эритроцитарный и тромбоцитарный 1 2 3

Периферическая кровь: состав и функция Кровь состоит из двух основных компонентов плазмы и взвешенных в ней форменных элементов. Главная функция крови транспортная состоит в снабжении тканей кислородом и питательными веществами а также в выведении из них конечных продуктов обмена. Плазма крови содержит воду и растворённые в ней вещества белки и другие органические и минеральные соединения. В плазме крови растворены также питательные вещества (в частности, глюкоза и липиды), гормоны, витамины, ферменты, промежуточные и конечные продукты обмена веществ, а также неорганические ионы. Форменные элементы крови представлены эритроцитами, тромбоцитами (представляют собой осколки цитоплазмы гигантских клеток костного мозга) и лейкоцитами Эритроцит и лейкоцит Главная функция лейкоцитов защита. Они участвуют в иммунных реакциях, вырабатывают антитела, а также связывают и разрушают вредоносные агенты. В норме лейкоцитов в крови намного меньше, чем других форменных элементов. Основная функция эритроцитов – снабжение органов кислородом и выведение углекислоты Функция тромбоцитов – свертывание крови

Радиационное поражение костного мозга – костно-мозговой (или кроветворный) синдром - поражение системы кроветворения наблюдается при среднелетальных дозах для человека, собаки и свиньи при 2,5-3 Гр для морских свинок – 4,5 Гр для мышей и хомячков – 6-6,5 Гр для кроликов – 7,5 Гр результат: клеточное опустошение органов кроветворения (вышеперечисленных)

Система клеточного обновления* Пул недифференцированных (стволовых) клеток – обеспечивает постоянную скорость клеточного обновления в системе Пул дифференцированных клеток - созревание клеток Пул функциональных клеток – отмирание и удаление клеток * Время указано для гранулоцитов

Радиочувствительность клеточных пулов (стволовые клетки; делящиеся-созревающие; созревающие, зрелые) Наиболее радиочувствительные клетки – стволовые (гибель стволовых клеток происходит по механизму апоптоза); По мере созревания радиочувствительность клеток снижается; Пример: предшественники В-лимфоцитов имеют пороговую дозу D 0 =0,89 Гр, дифференцирующиеся клетки – 1,25 Гр, зрелые лимфоциты – 2,23 Гр. СозревающиеТ- лимфоциты имеют D 0 =4,41 Гр, зрелые – 10,95 Гр.

Относительная радиочувствительность клеток крови и их предшественников 1 – радиочувствительные клетки (исчезают быстро); 2 - относительно радиочувствительные клетки (исчезают медленнее); 3 – относительно радиорезистентные клетки (могут заканчивать созревание) 4 – радиорезистентные клетки (заметно не повреждаются)

Радиационные нарушения кроветворения Последствия опустошения ранних пролиферирующих компонентов в результате облучения Систему клеточного обновления костного мозга можно разделить на 2 компартмента: молодые и делящиеся клетки (объединяет три первых пула); зрелые функциональные клетки периферической крови

Выживаемость клеток костного мозга и компонентов периферической крови 1 – опустошение костного мозга: перегиб – начало регенерации Характер изменения морфологии крови зависит от времени жизни ее компонентов и скорости их выработки Самое медленное уменьшение: 6 – эритроциты - наиболее долгоживущие клетки (100 дней) – скорость уменьшения их численности составляет 1% в сутки Наличие плеча: 5, 4 – тромбоциты, нейтрофилы – короткое время жизни; Самое быстрое: 2, 3 – лейкоциты (сумма) и лимфоциты – самая высокая радиочувствительность – погибают сразу после облучения Гибель лимфоцитов становится причиной иммунного дефицита Нейтрофилы – микрофаги, один из типов лейкоцитов. Способны к фагоцитозу мелких инородных частиц, в т.ч. бактерий, могут также лизировать (растворять) омертвевшие ткани.

Фазы изменения в клеточном составе крови 1) лаг-фаза (сохранение исходного числа клеток) 2) Ранняя дегенеративная (фаза первого опустошения) 3)Абортивный подъем 4) Максимальное понижение числа клеток (повторное опустошение) 5) Регенерация см.рис.далее Продолжительность фаз и глубина выраженность эффекта зависит от дозы

Динамика компонентов периферической крови после облучения I Фаза дегенерации II Фаза абортивного подъема III Фаза восстановления до исходного уровня Абортивный подъем – механизм, позволяющий организму жить в течение более длительного времени 1 – отмирающие (сильно поврежденные) клетки, быстро исчезающие из системы; 2 – поврежденные клетки (некоторое время пролиферируют, но через несколько делений отмирают они и их потомство); 3 – общее количество клеток; 4 – выжившие клетки IIIIII

Радиационное нарушение пищеварения - поражение желудочно-кишечного тракта – желудочно-кишечный синдром проявляется при дозах от 8-10 до Гр У млекопитающих наиболее важны изменения в тонком кишечнике: опустошение крипт и ворсинок Подавление обновления клеток в криптах и ворсинках кишечника (стволовых клетках кишечного эпителия) наблюдается в более ранний период, чем полное подавление обновления клеток в кроветворных органах. (Через 3-5 суток) Функция тонкого кишечника: всасывание пит. веществ из химуса; у человека l=7-8 м.

Строение стенок и слизистой оболочки тонкой кишки: Ворсинки: Каждая ворсинка содержит сеть кровеносных сосудов и лимфатический (млечный) сосуд. Аминокислоты, глюкоза, соли и водорастворимые витамины всасываются в кровеносные капилляры, а затем по системе воротной вены поступают в печень, где из них синтезируются собственные белки, липиды и гликоген. Крипты - железы кишечного сока 1 Слизистая оболочка тощей и подвздошной кишок 2 Ворсинки на слизистой тощей кишки (снимок получен на электронном микроскопе) 3 Складка, покрытая ворсинками 4 Вид стенки jejunum - тощей кишки 6 Ворсинка 14 Оболочка jejunum - тощей кишки 15 Эпителий 16 Ворсинка 17 Лимфатический капилляр 20 Центральный млечный сосуд (лимфатический путь) 21 Крипты, или железы Либеркюна (железы кишечного сока) крипта Слизистая оболочка тощей и подвздошной кишок Складка, покрытая ворсинками

Механизмы, определяющие летальный исход (составляющие кишечного синдрома): оголение эпителиальных клеток, инфекционные процессы (инфекция кишечной микрофлоры), поражения кровеносных сосудов, нарушение баланса жидкостей и электролитов накопление продуктов перекисного окисления (общетоксическое действие на организм)

Потеря клеток из крипт (а) и ворсинок (б) у обычных (1) и выращенных в стерильных условиях (2) мышей после общего рентгеновского облучения в дозе 30 Гр Опустошение крипт происходит на 1-2 сутки, ворсинок – на 3-4 сутки (средний срок гибели животных от ж/к синдрома) В стерильных условиях предотвращаются инфекционные процессы, что позволяет продлить время жизни ворсинки крипты

Выживаемость стволовых клеток кишечника (1) и стволовых кроветворных клеток (2) мышей при гамма облучении; и то же самое при облучении нейтронами (3, 4) При действии плотноионизирующего излучение – гибель преимущественно от ж/к синдрома (нейтроны сильно подавляют восстановление)

Центральная нервная система (ЦНС) ЦНС – морфологически наиболее радиорезистентная критическая система Зрелая нервная ткань состоит из высокодифференцированных непролиферирующих клеток, не способных замещаться в организме. Рисунок. Схематическое изображение нейрона: 1 дендриты; 2 тело клетки; 3 аксонный холмик (триггерная область); 4 аксон; 5 миелиновая оболочка; 6 ядро шванновской клетки; 7 перехват Ранвье; 8 эффекторные нервные окончания. Пропорции между размерами частей нейрона изменены.

Церебральный синдром – радиационное поражение ЦНС проявляется у млекопитающих при возрастании дозы от 10 до 200 Гр Церебральный синдром – следствие функциональной инактивации и гибели нервных клеток Проявления церебрального синдрома – двигательные нарушения, судороги, гибель в коме. Причина: Интерфазная гибель нейронов. Невозможность обеспечения синаптической нейропередачи из-за нарушений функций нейронов головного мозга, обусловленной дезинтеграцией синаптических и других клеточных мембран. Рис. А схема синапсов с химическим и электрическим механизмами передачи (течение тока показано стрелками): е возбуждение; i торможение; химическая передача осуществляется между 1-й и 3-й клетками; электрическая между 2-й и 3-й клетками; Б суммарная схема пресинаптического нервного окончания с размещенными внутри синаптическими пузырьками.

Различия ЦС у разных видов животных Для крыс показано, что гибель от церебрального синдрома является системным ответом всего организма, а не только следствием облучения головного мозга Для крупных животных (собаки, обезьяны) - церебральный синдром может быть вызван облучением только головы (поражение нейронный структур и стенок кровеносных сосудов)

Механизм гибели клеток при высоких и сверхвысоких дозах при высоких дозах радиорезистентные (медленно делящиеся и неделящиеся) дифференцированные клетки других критических органов гибнут в интерфазе по механизму апоптоза, при сверхвысоких дозах – по некротическому пути.

Радиочувствительность организма Радиочувствительность организма млекопитающих обычно связывают с чувствительностью костного мозга – основной критической системы Вид кривой типичен для всех млекопитающих Разброс точек на кривой определяется вариабельностью индивидуальной радиочувствительности

Радиочувствительность отдельных органов и тканей Кожа – высокая радиочувствительность; Семенники – высокая; Яичники - наиболее радиочувствительна яйцеклетка Органы зрения – хрусталик - катаракта (поражение ростковой зоны хрусталика) и воспалительные процессы в конъюктиве и склере Органы пищеварения - наиболее радиочувствителен тонкий кишечник, самый радиорезистентный – печень Сердечно-сосудистая система – наиболее радиочувствителен наружный слой сосудистой стенки, Сердце? – изменения миокарда Органы дыхания – отдаленные последствия в легких (пневмониты через суток)

Радиочувствительность отдельных органов и тканей Головной мозг, спинной мозг и периферические нервы – ЦНС – высокорадиорезистентна. Механизм радиационного поражения нервной ткани опосредован поражением сосудов Эндокринные железы – железы внутренней секреции относительно радиочувствительны Органы выделения – почки радиорезистентны, остальные органы -? Кости и сухожилия кости и хрящи радиочувствительны в период роста, замедление заживления переломов Мышцы – высокорезистентные ткани – замедление заживления