ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИИ НА ЦЕЛОСТНЫЙ ОРГАНИЗМ

Для выявления механизмов действия радиации на многоклет-ые организмы проводят исслед-я на клеточном и субклеточном уровне. Репродуктивная и интерфазная гибель клеток лежит в основе дегенерации и атрофии различных органов и тканей. Поражение субклеточных структур и нарушение обмена веществ в отдельных клетках оказывает влияние на функционирование организма и поддержание гомеостаза. Но реакция сложного организма на радиационное воздействие не сводится к простой сумме клеточных и субклеточных эффектов. Возникающие изменения взаимосвязаны, затрагивают весь организм в целом, могут опосредоваться за счет особых механизмов, присущих только таким сложным и высокоинтегрированным системам, какими являются многоклеточные организмы. В настоящее время, несмотря на обилие фактического материала, радиобиологией все еще не получен однозначный ответ на вопрос о ведущих механизмах поражающего действия радиации на отдельные клетки и тем более на многоклеточные организмы.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНИЗМОВБиологическая эффективность ионизирующих излучений необычайно высока. По глубине и силе воздействия на организмы ионизирующая радиация значительно превосходит все известные виды излучений. В настоящее время можно с уверенностью заключить, что нет ни одного организма, который не мог бы быть убит ионизирующим излучением, нет такой жизненной функции, которая не подавлялась бы в результате радиационного воздействия. Существуют глубокие различия в чувствительности различных организмов к действию радиации. Так, млекопитающие гибнут после облучения в дозе 1—10 Гр, а другие позвоночные — только после облучения в дозах, составляющих десятки и сотни грэй. Значительные вариации радиочувствительности были обнаружены как при переходе от одного таксона к другому, так и внутри каждой филогенетической группы Наблюдаемые различия в устойчивости организмов к действию радиации невозможно объяснить какими-либо физическими особенностями поглощения энергии излучения их тканями. Как известно, эффективность поглощения определяется электронной плотностью поглотителя, а она примерно одинакова для всех тканей и организмов. Следовательно, объяснение следует искать не в физических, а в биологических особенностях объектов, в характере их структурной и функциональной организации, в адаптивных и регенераторных возможностях, в специфичности протекания начальных реакций усиления и репарации первичных радиационных повреждений, в интенсивности метаболических и пролиферативных процессов и в ряде других уникальных факторов, присущих только живому организму. В настоящее время термином «радиочувствительность» обозначают величину, обратную отношению доз ионизирующего излучения, вызывающих количественно равные эффекты одного типа в сравнимых биологических системах. Наряду с радиочувствительностью используют альтернативные понятия — «радиорезистентность» или «радиоустойчивость». Наиболее распространенным интегральным показателем радиочувствительности, применимым к организмам различного уровня сложности, служит степень выживаемости (или другой показатель, однозначно связанный с выживаемостью). Чаще всего для этой цели используют летальную дозу, вызывающую гибель 50 или 100% особей в облученной популяции, так называемую дозу LD(50) или LD(100) соответственно. При определении радиочувствительности большинства млекопитающих ограничиваются определением выживаемости животных к 30-му дню после облучения. Этот срок выбран в связи с тем, что острый период лучевой болезни у млекопитающих обычно заканчивается в первый месяц после радиационного воздействия. Для других объектов временной интервал выбирают в соответствии со средней продолжительностью жизни облученных организмов. Вирусы :полиомы - LD(50)=7000Гр ;Бактерии: E. Coli - LD(50)=50-100Гр ;Простейшие: амебы Difftugia - LD(50)=2000Гр ;Позвоночные: Змеи - LD(50)=80-200Гр, Голуби - LD(50)=25-30Гр; Человек - LD(50)=2,5-4Гр

Наряду с генетически детерминированными различиями в устойчивости к радиации радиобиологам хорошо известны и активно исследуются явления искусственно модифицированной радиочувствительности. Изменяя газовый состав атмосферы и температуру во время облучения, замораживая объекты или изменяя содержание воды в них, удается значительно изменить их устойчивость к радиации. Кроме того, обнаружен широкий спектр химических воздействий, способных усилить или ослабить действие радиации на организмы. Устойчивость к радиации может модифицироваться не только за счет внешних химических и физических воздействий, но и при изменении диеты, интенсивности обменных процессов, в ходе онтогенетического развития. ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА МЛЕКОПИТАЮЩИХ, ОСТРАЯ И ХРОНИЧЕСКАЯ ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ

Поглощение организмом млекопитающего энергии ионизирующей радиации вызывает разнообразные морфологические и функциональные изменения, приводит к развитию острой или хронической формы лучевой болезни, которая заканчивается гибелью организма или выздоровлением, хотя в последнем случае нельзя исключить возникновения отдаленных последствий, таких, как рак, катаракта, уменьшение продолжительности жизни и др. Характер постлучевых нарушений зависит от условий облучения — общее или локальное, однократное или хроническое, а также от вида используемого излучения, мощности дозы и ее распределения во времени. В последние годы все более интенсивно исследуется стимулирующее действие на организм малых доз радиации. Вполне возможно существование таких малых доз радиации, при которых вероятность повреждения организма весьма мала, однако регулирующие механизмы, в силу их высокой радиочувствительности, уже отвечают на облучение стимуляцией ряда процессов, благоприятных для роста я развития организма. Поглощение организмом млекопитающего до 10 Гр ионизирующего излучения вызывает появление многообразных симптомов острой лучевой болезни. Широкую известность лучевая болезнь получила после трагических событий в Хиросиме и Нагасаки в августе 1945 г. Среди жителей, уцелевших после атомной бомбардировки, наблюдали тяжелое заболевание, сопровождающееся лихорадочным состоянием, выпадением волос, глубоким нарушением картины крови, поражением эпителия кишечного тракта и др. Потребовалось несколько лет, чтобы доказать связь этого заболевания с поражающим действием ионизирующих излучений.

Острая лучевая болезньРассмотрим основные проявления острой лучевой болезни, возникающей в результате общего однократного, относительно равномерного облучения в диапазоне поглощенных доз 1 Дж/кг и более1. Различают следующие степени тяжести острой лучевой болезни: легкая (первая) степень — от 1 до 2,5 Дж/кг; средняя (вторая) степень — от 2,5 до 4 Дж/кг; тяжелая (третья) степень — от 4 до 10 Дж/кг; крайне тяжелая (четвертая) степень — от 10 Дж/кг и выше. В развитии острой лучевой болезни отмечается три периода: период формирования, период восстановления и период исходов и последствий. Период формирования острой лучевой болезни состоит из четырех фаз: фаза первичной реакции; фаза кажущегося клинического благополучия (латентная, или скрытая, фаза); фаза выраженных клинических проявлений (фаза разгара болезни); фаза непосредственного восстановления. Фаза первичной реакции проявляется при общем облучении организма в дозах, превышающих 2 Дж/кг, и возникает в зависимости от дозы в первые часы или даже минуты после облучения. Она сопровождается потерей аппетита, тошнотой, рвотой, головной болью, общей слабостью. При высоких дозах, приближающихся к 10 Дж/кг, наблюдается развитие шокоподобного состояния с падением артериального давления, кратковременная потеря сознания, субфибрильная температура, расстройство желудочно-кишечного тракта; появляются признаки нервно-рефлекторных нарушений; изменяется картина крови. Фаза первичной реакции может протекать в течение нескольких дней. Фаза кажущегося клинического благополучия характеризуется отсутствием выраженных клинических симптомов. Длительность этой фазы находится в обратной зависимости от величины поглощенной дозы, а при дозе свыше 10 Дж/кг, т. е. при крайне тяжелой степени лучевого поражения, фаза кажущегося клинического благополучия вообще отсутствует. Смена первичной реакции латентным периодом объясняется включением в патологический процесс защитных механизмов организма. Однако в этот период развивается поражение кроветворных органов — костного мозга, селезенки, лимфоидных тканей; обнаруживается лимфопения, начальное снижение содержания в крови нейтрофилов, в дальнейшем — уменьшение уровня тромбоцитов и ретикулоцитов. Фаза выраженных клинических изменений сменяет латентный период. Самочувствие больных резко ухудшается, повышается температура тела, нарастает слабость. Фазу выраженных клинических изменений часто называют разгаром болезни. В этот период появляется либо весь симптомокомплекс лучевой болезни, либо различные комбинации отдельных ее симптомов; могут нарушаться все основные физиологические и биохимические процессы. Значительное место принадлежит проявлениям геморрагического синдрома (кровоточивость), в значительной степени определяющего тяжесть лучевой болезни, характер течения и нередко исход. В зависимости от величины поглощенной дозы радиации и индивидуальной реакции организма на облучение наступает либо терминальная фаза, либо фаза непосредственного восстановления (она может наблюдаться при облучении в дозах ниже 7 Дж/кг).

Хроническая лучевая болезнь возникает при продолжительном облучении организма в малых дозах. Два основных варианта синдромов: 1 — обусловленный общим облучением и 2 — обусловленный местным облучением. Первый вариант хронической лучевой болезни может быть следствием длительного общего, относительно равномерного или неравномерного облучения. В радиобиологической литературе описаны многочисленные случаи хронической лучевой болезни при внешнем я инкорпорированном облучении, которые могут представлять собой и промежуточные синдромы, возникающие при сочетании различных способов и видов облучения. Второй вариант хронической лучевой болезни может быть вызван облучением отдельных участков тела при воздействии радиоактивных изотопов с избирательным распределением по органам и тканям, а также при местном внешнем облучении. Клинические проявления хронической лучевой болезни, в отличие от острого лучевого поражения, более растянуты во времени, и также характеризуются фазностью течения, связанной с динамикой поглощения органами и тканями организма энергии ионизирующей радиации. Хроническая лучевая болезнь развивается при суммарных дозах 0,7—1,0 Дж/кг и мощности излучения 0,001— 0,005 Дж/кг за одни сутки. Она характеризуется медленным нарастанием дистрофических изменений и возможностью сохранения в течение длительного времени репаративных процессов. Условно отмечают три степени заболевания: легкая, средняя и тяжелая хроническая лучевая болезнь. Клиническая очерченность второго варианта хронической лучевой болезни выражена слабо для разграничения отдельных периодов; при данном варианте синдрома местные тканевые изменения преобладают над общими реакциями организма.

ИЗМЕНЕНИЯ В ОРГАНАХ И ТКАНЯХ ОБЛУЧЕННЫХ ЖИВОТНЫХВ ответных реакциях организма на действие ионизирующей радиации условно можно выделить три последовательно развивающихся во времени стадии: физические реакции, биофизические процессы и общебиологические изменения. Согласно структурно-метаболической теории, развиваемой А. М. Кузиным, лучевое поражение инициируется множественными начальными актами поглощения энергии ионизирующей радиации в организме; наиболее важная роль в развитии начальных процессов лучевого поражения отводится первичным повреждениям микрогетерогенных структур и гетерогенной метаболической организации биологических систем. Дальнейшее развитие лучевого поражения приводит к сложным структурным и функциональным нарушениям в организме. В период разгара болезни все ярче проявляются так называемые общебиологические изменения, включающие в себя биохимические, физиологические и морфологические нарушения в органах и тканях. Однако не все общебиологические изменения в организме представляют собой непосредственную реакцию на облучение. В зависимости от дозы радиации и от времени, прошедшего после облучения, проявляется все большее количество патологических процессов, которые в конечном итоге могут привести к гибели организма, или происходит постепенное восстановление нарушенных процессов и структурных изменений. Установлено, что разные органы и ткани сильно различаются по своей чувствительности к ионизирующей радиации, а также по роли в лучевой патологии и конечном исходе болезни. По морфологическим изменениям их радиочувствительность располагается (по степени убывания чувствительности) в такой последовательности: 1 — органы кроветворения; 2 — половые железы; 3 — слизистые оболочки, слюнные, потовые и сальные железы, волосяные сосочки, эпидермис; 4 — желудочно-кишечный тракт; 5 — печень;. 6 — органы дыхания; 7 — железы внутренней секреции (надпочечники, гипофиз, щитовидная железа, островки поджелудочной железы, паращитовидная железа); 8 — органы выделения; 9 — мышечная и соединительная ткани; 10 -— соматические костная и хрящевая ткани; 11 — нервная ткань. Однако для правильной оценки степени чувствительности тканей к радиации одних только этих признаков недостаточно. Так, нервная ткань, являющаяся по морфологическим признакам радиорезистентной, в функциональном отношении чувствительна к облучению. Известно, например, что у облученных животных заметно нарушается условно-рефлекторная деятельность, которая может сохраняться в течение длительного периода после облучения.

ОПОСРЕДОВАННОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ. Радиотоксины, их природа и роль в лучевом поражении. Поражение органов и тканей облученного организма может быть следствием репродуктивной и интерфазной гибели клеток, непосредственно поглотивших энергию ионизирующего излучения. Повреждение некоторых клеток может полностью или частично восстанавливаться, часть клеток или многоклеточных систем в результате поглощения ионизирующих частиц претерпевает различные морфологические, физиологические и биохимические измерения, вырабатывает аномальные метаболиты или утрачивает способность удерживать биологически активные вещества в естественных депо. Все это способно усиливать лучевое поражение облученных элементов в организме и, возможно, вызывать (различные патологические изменения тех органов и тканей, которые не оказались пораженными непосредственным радиационным воздействием. Таким образом, мы приходим к признанию возможности опосредованного эффекта ионизирующей радиации в сложном многоклеточном организме. О возможности опосредованного действия радиации в многоклеточных организмах (животных и растительных) свидетельствуют такие хорошо известные факты:

1. При тотальном облучении организма морфологические, физиологические и биохимические нарушения в каком-либо органе выражены значительнее, чем в случае локального облучения этого же органа эквивалентной дозой радиации.

2. Гибель и исчезновение клеток костного мозга происходят не только в облученных, но и в экранированных зонах, защищенных от радиационного воздействия. Термин «радиотоксины» был впервые предложен П. Д. Горизонтовым в 1958 г. для обозначения различных неидентифицированных гуморальных веществ, возникающих в тканях облученных животных и относящихся к аномальным метаболитам, а также к продуктам нормального метаболизма, но накапливающимся в облученном организме в избыточном количестве. Основным характерным признаком этих разнообразных веществ служит их способность вызывать или усиливать проявления лучевой болезни в связи с их токсическим действием на биологические системы и объекты. Таким образом, постулируется многофакторный характер опосредованного эффекта ионизирующей радиации, хотя следует иметь в виду, что далеко не все радиотоксины (в соответствии с данным определением) способны вызывать или усиливать лучевые нарушения в организме. Токсические агенты можно разделить на «первичные» и «вторичные» по времени их образования и характеру биологического действия. В 1966 г. А. М. Кузин отмечал, что для понимания начальных, пусковых механизмов радиобиологических эффектов особое значение приобретают исследования первичных радиотоксинов, т. е. веществ, индуцируемых облучением и способных реагировать с молекулами ДНК, нарушая их структуру и генетический код, воздействующих на биологические мембраны и изменяющих характер ферментативных реакций. Согласно этим предположениям первичные радиотоксины — это группа веществ, способных вызывать множественные повреждения в облученном организме и непосредственно участвовать в формировании отдельных радиобиологических эффектов. Вторичные радиотоксины согласно такой схеме появляются на более поздних этапах формирования лучевого поражения в результате глубоких биохимических и физиологических изменений. Они представляют интерес для понимания терминальных этапов лучевого токсического эффекта. В большом числе экспериментальных исследований, выполненных А. М. Кузиным и его сотрудников A958—1980), было доказано образование в облученных тканях радиотоксинов типа

хинонов и семихинонов — продуктов аномального метаболизма, возникающих в результате усиления окислительных процессов под действием радиации. Изучение спектра токсического действия хинонов и хиноноподобных веществ позволила А. М. Кузину сформулировать общую теорию, отводящую этим радиотоксинам важную роль в опосредованном действии радиации на организм.

Продукты перекисного окисления липидов (1956 г. Ю. Б. Кудряшов опубликовал сообщение о том, что в тканях облученных животных обнаруживаются токсические вещества липидной природы, относящиеся к фракции свободных ненасыщенных жирных кислот. Химическую природу липидных токсических веществ, образующихся при лучевом поражении в клетках, органах и тканях животных и растений, удалось установить с помощью методов тонкослойной и газожидкостной хроматографии и полярографии. Оказалось, что эти вещества представляют собой гидроперекиси, перекиси, эпоксиды, альдегиды и кетоны свободных ненасыщенных жирных кислот. Было установлено, что липидные перекиси, накапливаясь в аномальных количествах, вызывают многочисленные морфологические, физиологические и биохимические изменения, по существу не отличающиеся от нарушений, наблюдаемых при соответствующих формах лучевого поражения: острейшей, острой и хронической.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: