Наталья Иванова - Медицинская экология
В митохондриях наблюдается: набухание, деструкция крист и просветление матрикса; повреждение мембран митохондрий, эти изменения митохондрий проявляются, прежде всего, в резком угнетении процессов окислительного фосфорилирования (синтезе АТФ).
В реакции организма на поступление радионуклидов можно выделить три стадии радиационного поражения клетки (Кузин А. М., 1970):
1. Физическая стадия – на этой стадии излучение воздействует на сложные макромолекулярные образования, ионизируя и возбуждая их, образуя высокоактивные радикалы. Эта стадия длится на протяжении всего периода нахождения радионуклидов в органах и тканях (до их физического распада и выведения из организма).
2. Химические преобразования. Они соответствуют процессам взаимодействия белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов с водой, кислородом, радикалами воды. Это приводит к возникновению органических перекисей вызывающих быстрое протекание реакций окисления, которые приводят к появлению множества измененных молекул. Радикалы, возникающие в слоях упорядоченно расположенных белковых молекул, взаимодействуют с образованием «сшивок», в результате чего нарушается структура биологических мембран. Повреждения мембран приводят к высвобождению ряда ферментов (ДНК-азы; фосфатазы, РНК-азы и др.)
3. Биохимическая стадия. Нарушение наступает в результате высвобождения ферментов из клеток органелл. Эти ферменты путем диффузии достигают любой органеллы клетки и легко проникают в нее, благодаря увеличению проницаемости мембран. Под воздействием этих ферментов происходит распад высокомолекулярных компонентов клетки, в том числе нуклеиновых кислот и белков, что в конечном итоге приводит к гибели клетки (некрозу).
Радиочувствительность клеток в значительной мере зависит от скорости протекающих в них обменных процессов. Клетки, для которых характерны интенсивно протекающие биосинтетические процессы, высокий уровень окислительного фосфорилирования и значительная скорость роста, обладают более высокой радиочувствительностью, чем клетки, пребывающие в стационарной фазе. Если принять в качестве критерия чувствительности к ионизирующей радиации морфологические изменения, то клетки тканей организма человека по степени возрастания чувствительности можно расположить в следующем порядке: нервная, хрящевая и костная, мышечная, соединительная ткань, щитовидная железа, пищеварительные железы, легкие, кожа, слизистые оболочки, половые железы, лимфатическая ткань, костный мозг.
Мутагенное воздействие ионизирующей радиации впервые установили российские ученые Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов в 1925 г. в опытах на дрожжах. В 1927 г. это открытие было подтверждено Г. Мюллером на классическом генетическом объекте – дрозофиле.
Было показано, что ионизирующая радиация является средством индукции мутаций. Ионизирующее излучение может вызывать стойкие изменения в наследственном аппарате (мутации) как соматических, так и генеративных клеток. Мутации, возникающие в соматических клетках, могут в дальнейшем реализоваться в виде онкопатологии. Если мутации возникли в генеративных клетках (яйцеклетки и сперматозоиды), то в последующем они могут привести к развитию наследственной и врожденной патологии у потомков. Считается, что соматические клетки (содержащие диплоидный набор хромосом и ДНК) более устойчивы к воздействию радиации.
По уровню возникновения мутации подразделяются на:
– генные (связанные с перестройкой пар нуклеотидов на уровне гена);
– хромосомные (происходит изменение структуры хромосом) – делеция (потеря участка хромосомы), дупликация (удвоение участка хромосомы), инверсия (поворот на 180 градусов участка хромосомы) и транслокация (обмен участками между негомологичными хромосомами);
– геномные (имеет место изменение количества хромосом в сторону их уменьшения или увеличения).
На основании экспериментов было установлено, что ионизирующая радиация не имеет порога и показывает прямолинейную зависимость от дозы. Это свидетельствует о том, что любая сколь угодно малая доза ионизирующей радиации приводит к повышению частоты мутаций.
Биологический эффект воздействия ионизирующей радиации на организм человека зависит от уровня поглощенной дозы; времени облучения; мощности дозы; объема облучаемых тканей и органов; вида облучения. О поглощенной дозе уже говорилось выше, поэтому мы не будем повторяться и рассмотрим фактор времени – он в прогнозе возможных последствий облучения занимает важное место в связи с развивающимися после лучевого повреждения в тканях и органах процессов восстановления. Например, при однократном облучении собаки дозой 700 рентген самый вероятный исход облучения – гибель животного, облучение же дозой 720 рентген, но распределенной на год по 60 рентген в месяц, гибели животного не вызовет. Считается, что снижение мощности дозы облучения уменьшает биологический эффект. При малой мощности дозы скорость развития повреждений соизмерима со скоростью восстановительных процессов, с увеличением мощности излучения значимость процессов восстановления уменьшается, это в свою очередь приводит к возрастанию биологического эффекта. Степень лучевого поражения, развивающегося после облучения, в значительной мере зависит от того, подвергается ли облучению все тело или только какая-то часть. Например, при терапии злокачественных новообразований у больного в пораженной опухолью ткани создается поглощенная доза, достигающая тысяч рад, то есть доза, во много раз превышающая абсолютно смертельную для человека в случае тотального облучения.
При воздействии на организм ионизирующая радиация может вызвать два вида эффектов – стохастические и нестохастические.
Стохастические эффекты (беспороговые) – это те, для которых вероятность возникновения эффекта, а не его тяжесть, рассматривается как функция дозы без порога. В данном случае в основе этого понятия лежит концепция беспороговости и линейной зависимости между дозой, полученной индивидуумом и биологическим эффектом, вызванным облучением. К стохастическим эффектам в первую очередь относятся злокачественные новообразования и эффекты, связанные с возникновением наследственных и врожденных заболеваний. Количественная оценка зависимости доза – эффект для выхода злокачественных новообразований в достаточно широком диапазоне доз (от нескольких десятков до тысяч рад) осуществлена на обширном материале. Так, было обнаружено, что в отдаленные сроки после облучения (в среднем 9—11 лет) вырастает частота случаев возникновения лейкозов и других лимфо– и гемобластозов. С позиций концентрации беспороговости и линейной зависимости конечный эффект – количество индуцированных излучением опухолей зависит не от величины индивидуальных доз и их распределения, а в первую очередь от популяционной дозы (коллективной), которая выражается в человеко-Зивертах, или человеко-бэрах, и коллективного риска. Так, если дозу в 1 бэр или 1 сантиГрей (дозу, в 5 раз меньшую годовой предельно допустимой дозы, или в 3 раза меньшую той, которую пациент получает при рентгенографии зубов) распределить на 1 млн человек, то только от этой дозы можно ждать примерно 240 раковых заболеваний.
Нестохастические эффекты (пороговые, детерминированные) – это те эффекты, тяжесть которых варьирует в зависимости от дозы и для которых поэтому может существовать порог. К данным эффектам относят: лучевую болезнь, лучевой ожог, лучевую катаракту, лучевое бесплодие. В случае одномоментного тотального облучения человека значительной дозой или распределения ее на короткий срок эффект от облучения наблюдается уже в первые сутки, а степень поражения зависит от величины поглощенной дозы. При общем облучении человека дозой менее 100 бэр, как правило, отмечаются лишь легкие реакции организма, проявляющиеся в сдвигах в формуле крови, изменением некоторых вегетативных функций. При дозах облучения более 100 бэр развивается острая лучевая болезнь, тяжесть которой зависит от дозы облучения. Первая степень лучевой болезни (легкая) возникает при дозах 100–200 бэр, вторая степень (средней тяжести) – при дозах 200–300 бэр, третья степень (тяжелая) – при дозах 300–500 бэр и четвертая (крайне тяжелая) при дозах выше 500 бэр.
Другая форма острого лучевого поражения проявляется в виде лучевых ожогов. В зависимости от поглощенной дозы ионизирующей радиации имеет место радиация 1-й степени (при дозе до 500 бэр), 2-й степени (при дозе до 800 бэр), 3-й степени (при дозе до 1200 бэр) и 4-й (при дозе свыше 1200 бэр), проявляющаяся в разных формах – от выпадения волос, шелушения и легкой пигментации кожи (при 1-й степени) до язвенно-некротических поражений с образованием длительно незаживающих трофических язв (при 4-й степени лучевого поражения).
