Главная | Обратная связь

Механизмы действия ионизирующих излучений на живые организмы.

Влияние ионизирующего излучения на живые организмы.

Общая характеристика повреждающего действия ионизирующих излучений.

Ионизирующее излучение действует на организм, как из внешних, так и из внутренних источников облучения. В последнем случае радиоактивные вещества поступают в организм с пищей, водой, через кожные покровы. Возможно комбинированное действие внешнего и внутреннего облучения.

Повреждающее действие различных видов ионизирующей радиации зависит от их проникающей активности. Чем короче путь прохождения луча, тем сильнее повреждающее действие.

Однако одинаковые количества поглощенной энергии дают часто разный биологический эффект в зависимости от вида ионизирующего излучения. Поэтому для оценки степени повреждающего действия ионизирующей радиации на биологические объекты пользуются коэффициентом относительной биологической эффективности - ОБЭ.

Следует только помнить, что коэффициенты эти условны. Результат также зависит от выбора показателя, который берется для сравнения биологической эффективности. Например, ОБЭ можно устанавливать по проценту смертности, по степени гематогенных изменений и т. д.

Реакция организма на ионизирующее излучение зависит от величины экспозиционной дозы, выражаемой в рентгенах (Р) и поглощенной дозы, выражаемой в радах (рад), в единицах СИ.

Степень тяжести радиационного поражения зависит не только от дозы излучения, но и от длительности воздействия. Повреждающее действие ионизирующей радиации при кратковременном облучении более выражено, чем при длительном облучении в одной и той же дозе. При дробном облучении наблюдается снижение биологического эффекта: организм может переносить облучение в более высоких суммарных дозах.

Индивидуальная реактивность и возраст имеют также большое значение в определении тяжести радиационного поражения. В опытах на животных обнаружены широкие колебания индивидуальной чувствительности - одни собаки выживают после однократного облучения в дозе 600 Р., другие погибают после облучения в дозе 275 Р. Молодые и беременные животные более чувствительны к ионизирующему облучению. Старые животные также менее устойчивы вследствие ослабления у них процессов регенерации.

Механизмы действия ионизирующих излучений на живые организмы.

Процессы взаимодействия ионизирующего излучения с веществом в живых организмах приводят к специфическому биологическому действию, завершающемуся повреждением организма. В процессе этого повреждающего действия условно можно выделить три этапа: а) первичное действие ионизирующего излучения; б) влияние радиации на клетки; в) действие радиации на целый организм.

Первичным актом этого действия является возбуждение и ионизация молекул, в результате чего возникают свободные радикалы или начинается химическое превращение воды, продукты которого вступают в химическую реакцию с молекулами биологической системы.

Первичные процессы ионизации не вызывают больших нарушений в живых тканях. Повреждающее действие излучения связано, по-видимому, с вторичными реакциями, при которых происходит разрыв связей внутри сложных органических молекул, например SH-групп в белках, хромофорных групп азотистых оснований в ДНК, ненасыщенных связей в липидах и пр.

Влияние ионизирующего излучения на клетки обусловлено взаимодействием свободных радикалов с молекулами белков, нуклеиновых кислот и липидов, когда вследствие всех этих процессов образуются органические перекиси и возникают быстро переходящие реакции окисления. В результате перекисного окисления накапливается множество измененных молекул, в результате чего начальный радиационный эффект многократно усиливается. Все это отражается прежде всего на структуре биологических мембран, меняются их сорбционные свойства и повышается проницаемость. Изменения в мембранах лизосом приводят к освобождению и активации ряда ферментов.

Высвобождающиеся гидролитические ферменты могут путем простой диффузии достичь любой органеллы клетки, в которую они легко проникают благодаря повышению проницаемости мембран. Под действием этих ферментов происходит дальнейший распад макромолекулярных компонентов клетки, в том числе нуклеиновых кислот, белков. Разобщение окислительного фосфорилирования в результате выхода ряда ферментов из митохондрий в свою очередь приводит к угнетению синтеза АТФ, а отсюда и к нарушению биосинтеза белков.

Таким образом, в основе радиационного поражения клетки лежит нарушение структур клеточных органелл и связанные с этим изменения обмена веществ. Кроме того, ионизирующая радиация вызывает образование в тканях организма целого комплекса токсических продуктов, усиливающих лучевой эффект - так называемых радиотоксинов. Образуясь тотчас после облучения, липидные радиотоксины стимулируют образование других биологически активных веществ и вызывают усиленный распад белков. Будучи введенными необлученным животным, липидные радиотоксины оказывают действие, напоминающее лучевое поражение. Ионизирующее излучение оказывает наибольшее воздействие на ядро клетки, угнетая митотическую активность.

Ионизирующее излучение действует на клетки тем сильнее, чем они моложе и чем менее дифференцированны. На основании морфологических признаков поражаемости органы и ткани распределяются в следующем нисходящем порядке: лимфоидные органы, костный мозг, семенники, яичники, слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта. Еще меньше поражаются кожа с придатками, хрящи, кости, эндотелий сосудов. Высокой радиоустойчивостью обладают паренхиматозные органы: печень, надпочечники, почки, слюнные железы, легкие.

Повреждающее действие ионизирующего излучения на клетки при достаточно высоких дозах завершается гибелью. Гибель клетки в основном является результатом подавления митотической активности и необратимого нарушения хромосомного аппарата клетки. В результате происходит опустошение тканей из-за того, что не восполняется естественная убыль клеток за счет образования новых.

Гибель клеток и опустошение тканей играют важную роль в развитии общих поражений организма от ионизирующего излучения - лучевой болезни.

Лучевая болезнь.

При равномерном облучении в дозах 100-1000 Р. развивается острая лучевая болезнь с преимущественным поражением костного мозга. В диапазоне доз 1000-2000 Р. возникает кишечная, в дозах 2000-8000 Р. - токсемическая и в дозах выше 8000 Р. - церебральная форма лучевой болезни.

Костномозговая форма острой лучевой болезни с преимущественным поражением кроветворной системы представляет собой наиболее типичную форму лучевой болезни. В ее течении выделяют 4 периода:

первичная реакция;

скрытый период;

период разгара болезни;

период восстановления.

Первичная реакция обычно наблюдается, если доза облучения превышает 200 Р. Возникает сразу после облучения и длится от нескольких часов до 1-2 сут. В это время характерны: некоторое возбуждение, головная боль. Затем наступают диспепсические расстройства. Со стороны крови - кратковременный нейтрофильный лейкоцитоз, лимфопения.

В механизме развития лучевой болезни наряду с прямым повреждающим действием ионизирующего излучения на клетки ведущее значение имеет включение в этот процесс нервных и гормональных механизмов регуляции функций организма. В начальном периоде лучевой болезни характерна повышенная возбудимость нервной системы, отсюда некоторая неустойчивость вегетативных функций - колебания артериального давления, ритма сердца и т. д.

Скрытый период болезни характеризуется улучшением общего состояния больных вплоть до кажущегося благополучия. Продолжительность латентного периода зависит от дозы полученного облучения. При сравнительно небольших дозах (25-100 Р) начальные легкие функциональные реакции не переходят в развернутую клиническую картину (т. е. в 3-й период болезни) и заболевание ограничивается затухающими явлениями начальных реакций. При облучении в средних дозах (150-250 Р) латентный период продолжается 2-2,5 нед. При больших дозах (300-500 Р) латентный период сокращается до 3-10 дней. В это время продолжают нарастать изменения в системе кроветворения. Это является результатом непосредственного повреждения клеток радиочувствительных органов - костного мозга и лимфоидного аппарата.

В период разгара болезни состояние больного вновь ухудшается - нарастает общая слабость, повышается температура тела, появляется кровоточивость, в результате чего на коже и слизистых возникают кровоизлияния, в тяжелых случаях они возможны и в сердце, и в головном мозге. Количество лейкоцитов и тромбоцитов в периферической крови резко падает. Возникает ряд эндокринных нарушений и нарушений функции нервной системы. Резко снижается иммунитет, в результате чего легко возникают инфекционные заболевания.

Продолжительность периода выраженных клинических проявлений от нескольких дней до 2-3 нед. В наиболее тяжелых случаях больной гибнет на высоте заболевания.

Период восстановления характеризуется постепенной нормализацией нарушенных функций. Температура тела снижается, прекращается кровоточивость, восстанавливается кроветворная функция, нормализуется обмен веществ и т. д.

При благоприятной ситуации болезнь излечивается полностью. При неполном восстановлении функции кроветворения возможен переход болезни в хроническую форму.

Кишечная форма острой лучевой болезни возникает при облучении подопытных животных в сверх смертельных дозах (1000-2000 Р). Смерть животных наступает на 3-5-е сутки после облучения. На вскрытии можно видеть гибель основной массы кишечного эпителия и оголение ворсинок, их уплощение и даже полную деструкцию.

Для токсемической формы характерны тяжелые гемодинамические нарушения, парез сосудов и распад тканей, общая интоксикация. Смерть наступает на 4-7-е сутки.

Церебральная форма острой лучевой болезни возникает при облучении очень большими дозами - выше 8000 Р. Смертельный исход при этом может произойти даже в ходе самого облучения или через несколько минут после воздействия - так называемая "смерть под лучом".

Эта форма радиационного поражения характеризуется судорожно паралитическим синдромом, понижением артериального давления и нарушением терморегуляции, возникающим в момент облучения либо в первые часы после него. Несколько позднее появляются функциональные нарушения пищеварительной и мочевыделительной системы.

Причиной смерти при церебральной форме острой лучевой болезни является гибель клеток коры головного мозга и нейронов ядер гипоталамуса.