ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.10.2024
Просмотров: 5
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Биологическое действие ионизирующих излучений.
-
Первичные радиационно-химические изменения при воздействии ионизирующих излучений раскрыты не полностью. В основе могут лежать два механизма:
-
прямое действие (молекула биообъекта испытывает изменения непосредственно при прохождении через нее электрона)
-
косвенное (изменяемая молекула получает энергию путем передачи от другой молекулы).
-
Все ткани организма способны поглощать энергию излучения, которая преобразуется в энергию химических реакций или тепло. Известно, что в тканях содержится 60—80% воды. Большая часть энергии излучения поглощается водой, а меньшая — растворенными в ней веществами. Поэтому при облучении в организме появляются свободные радикалы — продукты разложения (радиолиза) воды, которые в химическом отношении очень активны, могут вступать в реакцию с белковыми и другими молекулами.
Полагают, что в таких «плотноупакованных» структурах, как хромосомы, преобладают повреждения, обусловленные прямым действием излучения, тогда как в растворах и высокогидратированных системах существенную роль играют также продукты радиолиза воды.
3. При воздействии очень больших доз в результате первичного действия ионизирующего излучения наблюдаются изменения в любых биомолекулах.
При умеренных же дозах лучевого воздействия первично страдают в основном только высокомолекулярные органические соединения: нуклеиновые кислоты, белки, липопротеиды и полимерные соединения углеводов.
-
Нуклеиновые кислоты обладают чрезвычайно высокой радиочувствительностью. При прямом попадании достаточно I—3 актов ионизации, чтобы молекула ДНК вследствие разрыва водородных связей распалась на две части и утратила свою биологическую активность.
-
При воздействии ИИ в белках происходят структурные изменения, приводящие к потере ферментативной и иммунной активности. Нарушение структуры белков проявляется в изменении ряда их физических характеристик: показателей вязкости, преломления света, оптического вращения, спектров электронного парамагнитного резонанса и др. Обнаружение свободных амидных групп и фрагментов после раскручивания молекул облученных белков свидетельствует о наличии замаскированных разрывов полипептидных цепей. С увеличением дозы излучения число разрывов полипептидных связей нарастает и явления деградации белка становятся очевидными.
-
Повреждение ионизирующим излучением структуры жиров приводит к нарушению сложных ферментативных реакций, развитие которых обеспечивается упорядоченностью расположения ферментов на мембране, а также изменению процессов адсорбции и активного транспорта ряда веществ через мембрану вследствие нарушения ее проницаемости. Первичные изменения в жирах при воздействии ионизирующего излучения заключаются в образовании свободных радикалов, которые, взаимодействуя с кислородом, образуют переписные соединения, обладающие высокой химической активностью.
-
Первичные изменения в углеводах сводятся к окислению их с распадом углеводородной цепи и образованием кислот и формальдегида.
Схема. Первичные радиационно-химические процессы при облучении.
Падающий фотон электромагнитного излучения (или заряженная частица) Падающий быстрый нейтрон
Быстрый электрон (е-) Протон отдачи (р+ )
Ионные пары (продолжительность жизни (10-10с)
Свободные радикалы (продолжительность жизни 10-5с)
Химические изменения вследствие разрыва связей
Биологический эффект
-
В результате этих процессов, протекающих практически мгновенно, образуются новые химические соединения (радиотоксины), несвойственные организму в норме. Все это приводит к нарушению сложных биохимических процессов обмена веществ и жизнедеятельности клеток и тканей, т. е. к развитию лучевой болезни (схема 7).
-
Каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующих излучений, которая характеризует его радиочувствительность. Проблема радиочувствительности клеток, тканей, организмов занимает центральное место в радиобиологии. Наиболее чувствительны к этому фактору малодифференцированные, молодые и растущие клетки. Характеристикой радиочувствительности биообъектов является величина дозы облучения, вызывающей гибель 50 % объектов. У человека средне-летальная доза равна 4±1 Гр [Гуськова А. К., Байсоголов Г. Д., 1971].
-
Ввиду различной радиочувствительности органов и тканевых систем существует строгая зависимость между поглощенной дозой в организме и средней продолжительностью жизни биологических объектов. Эти три характерных дозных участка кривой отражают основные клинические радиационные синдромы (формы лучевой болезни): костномозговой (1—10 Гр), желудочно-кишечный (10—50 Гр) и церебральный (более 50 Гр), развивающиеся вследствие необратимого поражения соответствующих критических систем организма: кроветворной, кишечника и ЦНС [Раевский Б., 1959; Соggle J.E., 1983].
11.Таким образом, критический орган — это орган, ткань или часть тела, которая первой выходит из строя в конкретном диапазоне доз и приводит организм к гибели, а в гигиеническом плане причиняет наибольший ущерб здоровью человека или его потомству (НРБ-76).
-
Костномозговая форма лучевого поражения клинически может протекать в виде острой лучевой реакции и острой лучевой болезни. Эта форма возникает в результате однократного, общего относительно равномерного облучения, когда критической является система кроветворения и в первую очередь костный мозг.
-
Острая лучевая реакция — это наиболее легкая степень тяжести острого лучевого поражения организма. Она наблюдается при небольших дозах облучения (порядка несколько десятых Гр). Самочувствие остается удовлетворительным; какие-либо выраженные клинические проявления у пораженных отсутствуют. При исследовании крови находят умеренно выраженное уменьшение содержания лимфоцитов, гранулоцитов и тромбоцитов. Изменения в целом носят преходящий характер и через 3—4 недели исчезают. Смертельные исходы отсутствуют.
Схема 7. Механизмы развития радиационного поражения [Кузин А. М., 1970]
-
Острая лучевая болезнь (ОЛБ) является более тяжелым поражением организма. Она возникает при относительно больших дозах облучения — порядка нескольких грэй. Характерной чертой ОЛБ является волнообразность клинического течения. Предлагается различать три периода в течении ОЛБ: формирование, восстановление и период исходов и последствий.
14. Период формирования ОЛБ в свою очередь четко разделяется на 4 фазы (табл. 28).
-
1. Фаза первичнои общей реакции—наиболее ранний симптомокомплекс радиационного поражения, возникающий в первые часы после облучения и характеризующийся следующими симптомами: общая слабость, утомляемость, апатия, головокружение, головная боль, парестезии конечностей, нарушение сна, тошнота, рвота, понос. Ясно, что, в условиях полета указанные симптомы могут приобрести особую значимость. Бесспорно, перечисленные симптомы являются «поведенчески значимыми» [Кимельдорф Д., Хант Э., 1969]. Однако заранее невозможно однозначно прогнозировать, какое влияние окажут соматические и психосоматические эффекты облучения на операторскую деятельность, поскольку высокий уровень тренировки и мотивации позволяет выполнять сложные задачи управления в различных экстремальных условиях [Давыдов Б. II. и др., 1982].
2. Фаза кажущегося клинического благополучия (скрытая, или латентная). Чем короче срок такого состояния, тем, как правило. тяжелее степень радиационного поражения. Несмотря на отсутствие видимых клинических проявлений, отмечаются функциональные нарушения в ЦНС, а также в сердечно-сосудистой, кроветворной и пищеварительной системах. Непродолжительный абсолютный нейтрофильньй лейкоцитоз сменяется лейкопенией со сдвигом формулы вправо. С первых минут и часов после облучения обнаруживается лимфоцитопения, быстро снижается число нейтрофилов, затем тромбоцитов и позже эритроцитов. Продолжительный начальный лейкоцитоз (2—3 дня после облучения) является, как правило, благоприятным прогностическим признаком.
3. Фаза выраженных клинических проявлений (разгар заболевания) характеризуется появлением всего симптомокомплекса лучевой болезни.
4. Фаза непосредственного восстановления, переходящая в период восстановления. Процессы восстановления в облученном организме характеризуются периодом полувосстановления, т. е. временем, необходимым для восстановления организма от лучевого поражения на 50%. У человека, согласно расчетам, он составляет 25—45 дней, считая от момента облучения. В среднем его принимают равным 28 сут, при скорости восстановления
0,1%/ч, или
2,5%/сут [Дэвидсон Г. О., 1960; Акоев И. Г., 1970]. Более точно величину остаточного радиационного поражения можно определить по рис. 48.
Биологическое действие ионизирующих излучений.
-
Первичные радиационно-химические изменения при воздействии ионизирующих излучений раскрыты не полностью. В основе могут лежать два механизма:
-
прямое действие (молекула биообъекта испытывает изменения непосредственно при прохождении через нее электрона) -
косвенное (изменяемая молекула получает энергию путем передачи от другой молекулы).
-
Все ткани организма способны поглощать энергию излучения, которая преобразуется в энергию химических реакций или тепло. Известно, что в тканях содержится 60—80% воды. Большая часть энергии излучения поглощается водой, а меньшая — растворенными в ней веществами. Поэтому при облучении в организме появляются свободные радикалы — продукты разложения (радиолиза) воды, которые в химическом отношении очень активны, могут вступать в реакцию с белковыми и другими молекулами.
Полагают, что в таких «плотноупакованных» структурах, как хромосомы, преобладают повреждения, обусловленные прямым действием излучения, тогда как в растворах и высокогидратированных системах существенную роль играют также продукты радиолиза воды.
3. При воздействии очень больших доз в результате первичного действия ионизирующего излучения наблюдаются изменения в любых биомолекулах.
При умеренных же дозах лучевого воздействия первично страдают в основном только высокомолекулярные органические соединения: нуклеиновые кислоты, белки, липопротеиды и полимерные соединения углеводов.
-
Нуклеиновые кислоты обладают чрезвычайно высокой радиочувствительностью. При прямом попадании достаточно I—3 актов ионизации, чтобы молекула ДНК вследствие разрыва водородных связей распалась на две части и утратила свою биологическую активность.
-
При воздействии ИИ в белках происходят структурные изменения, приводящие к потере ферментативной и иммунной активности. Нарушение структуры белков проявляется в изменении ряда их физических характеристик: показателей вязкости, преломления света, оптического вращения, спектров электронного парамагнитного резонанса и др. Обнаружение свободных амидных групп и фрагментов после раскручивания молекул облученных белков свидетельствует о наличии замаскированных разрывов полипептидных цепей. С увеличением дозы излучения число разрывов полипептидных связей нарастает и явления деградации белка становятся очевидными.
-
Повреждение ионизирующим излучением структуры жиров приводит к нарушению сложных ферментативных реакций, развитие которых обеспечивается упорядоченностью расположения ферментов на мембране, а также изменению процессов адсорбции и активного транспорта ряда веществ через мембрану вследствие нарушения ее проницаемости. Первичные изменения в жирах при воздействии ионизирующего излучения заключаются в образовании свободных радикалов, которые, взаимодействуя с кислородом, образуют переписные соединения, обладающие высокой химической активностью.
-
Первичные изменения в углеводах сводятся к окислению их с распадом углеводородной цепи и образованием кислот и формальдегида.
Схема. Первичные радиационно-химические процессы при облучении.
Падающий фотон электромагнитного излучения (или заряженная частица) Падающий быстрый нейтрон
Быстрый электрон (е-) Протон отдачи (р+ )
Ионные пары (продолжительность жизни (10-10с)
Свободные радикалы (продолжительность жизни 10-5с)
Химические изменения вследствие разрыва связей
Биологический эффект
-
В результате этих процессов, протекающих практически мгновенно, образуются новые химические соединения (радиотоксины), несвойственные организму в норме. Все это приводит к нарушению сложных биохимических процессов обмена веществ и жизнедеятельности клеток и тканей, т. е. к развитию лучевой болезни (схема 7).
-
Каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующих излучений, которая характеризует его радиочувствительность. Проблема радиочувствительности клеток, тканей, организмов занимает центральное место в радиобиологии. Наиболее чувствительны к этому фактору малодифференцированные, молодые и растущие клетки. Характеристикой радиочувствительности биообъектов является величина дозы облучения, вызывающей гибель 50 % объектов. У человека средне-летальная доза равна 4±1 Гр [Гуськова А. К., Байсоголов Г. Д., 1971].
-
Ввиду различной радиочувствительности органов и тканевых систем существует строгая зависимость между поглощенной дозой в организме и средней продолжительностью жизни биологических объектов. Эти три характерных дозных участка кривой отражают основные клинические радиационные синдромы (формы лучевой болезни): костномозговой (1—10 Гр), желудочно-кишечный (10—50 Гр) и церебральный (более 50 Гр), развивающиеся вследствие необратимого поражения соответствующих критических систем организма: кроветворной, кишечника и ЦНС [Раевский Б., 1959; Соggle J.E., 1983].
11.Таким образом, критический орган — это орган, ткань или часть тела, которая первой выходит из строя в конкретном диапазоне доз и приводит организм к гибели, а в гигиеническом плане причиняет наибольший ущерб здоровью человека или его потомству (НРБ-76).
-
Костномозговая форма лучевого поражения клинически может протекать в виде острой лучевой реакции и острой лучевой болезни. Эта форма возникает в результате однократного, общего относительно равномерного облучения, когда критической является система кроветворения и в первую очередь костный мозг. -
Острая лучевая реакция — это наиболее легкая степень тяжести острого лучевого поражения организма. Она наблюдается при небольших дозах облучения (порядка несколько десятых Гр). Самочувствие остается удовлетворительным; какие-либо выраженные клинические проявления у пораженных отсутствуют. При исследовании крови находят умеренно выраженное уменьшение содержания лимфоцитов, гранулоцитов и тромбоцитов. Изменения в целом носят преходящий характер и через 3—4 недели исчезают. Смертельные исходы отсутствуют.
Схема 7. Механизмы развития радиационного поражения [Кузин А. М., 1970]
-
Острая лучевая болезнь (ОЛБ) является более тяжелым поражением организма. Она возникает при относительно больших дозах облучения — порядка нескольких грэй. Характерной чертой ОЛБ является волнообразность клинического течения. Предлагается различать три периода в течении ОЛБ: формирование, восстановление и период исходов и последствий.
14. Период формирования ОЛБ в свою очередь четко разделяется на 4 фазы (табл. 28).
-
1. Фаза первичнои общей реакции—наиболее ранний симптомокомплекс радиационного поражения, возникающий в первые часы после облучения и характеризующийся следующими симптомами: общая слабость, утомляемость, апатия, головокружение, головная боль, парестезии конечностей, нарушение сна, тошнота, рвота, понос. Ясно, что, в условиях полета указанные симптомы могут приобрести особую значимость. Бесспорно, перечисленные симптомы являются «поведенчески значимыми» [Кимельдорф Д., Хант Э., 1969]. Однако заранее невозможно однозначно прогнозировать, какое влияние окажут соматические и психосоматические эффекты облучения на операторскую деятельность, поскольку высокий уровень тренировки и мотивации позволяет выполнять сложные задачи управления в различных экстремальных условиях [Давыдов Б. II. и др., 1982].
2. Фаза кажущегося клинического благополучия (скрытая, или латентная). Чем короче срок такого состояния, тем, как правило. тяжелее степень радиационного поражения. Несмотря на отсутствие видимых клинических проявлений, отмечаются функциональные нарушения в ЦНС, а также в сердечно-сосудистой, кроветворной и пищеварительной системах. Непродолжительный абсолютный нейтрофильньй лейкоцитоз сменяется лейкопенией со сдвигом формулы вправо. С первых минут и часов после облучения обнаруживается лимфоцитопения, быстро снижается число нейтрофилов, затем тромбоцитов и позже эритроцитов. Продолжительный начальный лейкоцитоз (2—3 дня после облучения) является, как правило, благоприятным прогностическим признаком.
3. Фаза выраженных клинических проявлений (разгар заболевания) характеризуется появлением всего симптомокомплекса лучевой болезни.
4. Фаза непосредственного восстановления, переходящая в период восстановления. Процессы восстановления в облученном организме характеризуются периодом полувосстановления, т. е. временем, необходимым для восстановления организма от лучевого поражения на 50%. У человека, согласно расчетам, он составляет 25—45 дней, считая от момента облучения. В среднем его принимают равным 28 сут, при скорости восстановления
10 30 60 100 200 365
Время после облучения, сут
Рис. 48. Теоретическая кривая восстановления радиационного поражения у человека [Блэр Н., цит. по Г. О. Дэвидсопу, 1960].
I — зона обратимого поражения; II — зона необратимого поражения.
15. Восстановление происходит не во всех случаях облучения. Предлагается различать 4 прогностические категории [Бонд В. и др., 1971]:
-
выживание невозможно, если доза облучения основной массы тканей тела достигает 6 Гр, несмотря па отличный медицинский уход и самую современную терапию; -
2) выживание возможно при дозах 2—4,5 Гр, несмотря на тяжелое поражение, которое требует своевременного и квалифицированного лечения; -
3) выживание вполне вероятно (1—2 Гр);
-
выживание несомненно (при дозах менее 1 Гр), а имеющаяся клиническая симптоматика (только гематологические сдвиги) не требует медицинского вмешательства.
16. Период исходов и последствий облучения проявляется в изменениях крови, угнетении механизмов иммунитета, нарушении обмена веществ, а далее — укорочении продолжительности жизни (раннее старение), увеличении вероятности развития лейкоза и злокачественных новообразований, помутнении хрусталика (лучевая катаракта), нарушении функции сердечно-сосудистой системы, вегетативных расстройствах, а также в генетических изменениях.
17.При кишечном варианте лучевой болезни в результате массовой гибели клеток эпителия тонкого кишечника развиваются тяжелые нарушения в желудочно-кишечном тракте. Резко нарушаются процессы всасывания и экскреции веществ. Организм теряет много жидкости, наступает его обезвоживание. Слизистая оболочка изъязвляется, иногда появляются перфорации, развиваются кишечные кровотечения, являющиеся нередко причиной смерти пораженных. Большую роль играют при этой форме поражения также инфекция и интоксикация организма продуктами жизнедеятельности кишечной микрофлоры. Глубокие патологические изменения в кроветворной ткани не успевают развиться, так как пораженные умирают в ближайшие 6—9 дней после облучения. Однако, несмотря на быстротечность заболевания, и в этом случае можно отметить короткий период мнимого благополучия, длящийся от 1 до 2 сут.
18. Церебральная форма лучевого пора
жения характеризуется чрезвычайно быстрым и тяжелым течением. Продолжительность жизни пораженного измеряется часами. Уже вскоре после облучения появляются мышечный тремор, нистагм, расстройство равновесия и координации движений, тонические и клонические судороги. развивается состояние децеребрационной ригидности мышц. Во время приступа останавливается дыхание. Может наступить паралич дыхательного центра.
Кишечная и церебральная формы лучевой болезни клинически протекают в виде острейшей лучевой болезни.
19. Описанные биологические эффекты могут значительно модифицироваться условиями облучения: время, локализация, сопутствующие факторы. Так, например, большое значение имеет мощность дозы, или интенсивность облучения, под которой понимают количество энергии излучения, поглощаемое в единицу времени — сутки, час, минуту, секунду и т. д. Если мощность дозы очень мала. то даже ежедневные облучения, в течение всей жизни человека не смогут оказать заметно выраженного поражающего действия. Таким образом, фактор времени крайне значим в биологическом эффекте излучения. Это еще раз свидетельствует о том, что организм обладает способностью восстанавливать основную часть радиационного поражения. Многократное прерывистое (фракционированное) воздействие излучения также приводит к значительному снижению поражающего действия. Неравномерные лучевые воздействия, которые встречаются на практике в подавляющем большинстве случаев [Даренская Н. Г., 1974], переносятся в цепом значительно легче, чем «классические» общие равномерные облучения, рассмотренные нами ранее.
20. Таким обрезом, в настоящее время достаточно хорошо изучены последствия. вызываемые воздействием на организм различного рода ионизирующих излучений. Однако физиологические реакции, возникающие под их влиянием, в сочетании с другими факторами нелучевой природы могут быть существенно иными. К числу таких модифицирующих факторов относятся перегрузки, вибрация, шумы, измененное барометрическое давление, использование кислородной дыхательной аппаратуры, СВЧ-поле, психоэмоциональное перенапряжение и т. д.
В лабораторных условиях (на животных) были получены убедительные экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что вибрация, перегрузки, гипо- и гипероксия и другие факторы могут значительно изменить реакцию организма на воздействие ионизирующих излучении.
р) то же время излучение может модифицировать чувствительность (реактивность) организма к действию факторов нелучевой природы и изменить их переносимость, причем эффект взаимодействия может реализоваться аддитивно, факторы могут взаимодействовать как синергисты или антагонисты. Врачу необходимо знать, что дозы излучения, по вызывающие в обычных условиях серьезных психосоматических реакций, в условиях сочетанного действия факторов могут привести к выраженному биологическому эффекту, изменить его характер и течение. Для летного состава в этом плане особое значение приобретает период первичной реакции на облучение.