3.4 Радиоационное поражение организма

Закономерности взаимодействий, установленные на клеточном уровне, сохраняются и при облучении всего организма, однако при переходе от изолированной клетки к ткани, органу и организму все явления усложняются. Не все клетки поражаются в равной степени, а тканевый эффект не равен сумме клеточных эффектов, так как ткани, органы и системы нельзя рас­сматривать как простую совокупность клеток. Клетки в составе ткани зависимы друг от друга и от окружающей среды. Все это усложняет оценку радиочувствительности тканей, органов и целого организма (6,55).

При тотальном внешнем однократном обучении радиационному воздействию подвергаются все органы и системы организма млекопитающих. Однако, наибольшее значение в развивающейся картине поражения имеют поглощенные дозы в критических органах. Критические органы – это жизненно важные органы и системы, первыми выходящие из строя в исследуемом диапазоне доз излучения, что обусловливает гибель организма в определенные сроки после облучения. Критическими системами организма при воздействии ионизирующей радиации являются ткани и органы с интенсивным делением клеток – кроветворная система, органы иммунной системы, гонады, слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта и др.

При дозах облучения от 1 до 5 Гр происходит нарушение продукции клеток крови и продолжительность жизни не превышает 40 суток. При дозах облучения от 6 до 10 Гр наблюдается резкое нарушение функций кишечника и сроки жизни не превышают 8 суток.

Костный мозг отличается крайне высокой радиочувствительностью, поэтому его поражение всегда наблюдается при общем облучении организма. Он представляет собой типичный образец системы клеточного обновления, обеспечивающей поддержание постоянства числа клеток с ограничен­ным периодом жизни, в данном случае – клеток крови. Согласно уни­тарной модели кроветворения, родоначальными для всех ростков кроветворения являются полипотентные стволовые кроветворные клетки. Отличительной их чертой является то, что стволовые клетки способны делиться неограниченное число раз, воспроизводя себе подобных. У млекопитающих, в частности человека, около 90% процентов стволовых клеток находятся в стадии покоя клеточного цикла. Часть потомков стволовых клеток коммитируется, то есть приобретает способность к дифференцировке в направлении ограниченного числа ростков или даже какого-то одного определенного ростка кроветворения (4).

Пройдя одно или несколько делений, клетка постепенно диф­ференцируется, затем, утратив способность делиться, входит в пул созревания, где окончательно созревает и становится функционально полноценной (рис.10).

Рисунок 10. Система обновления костного мозга (4).

Общий принцип, обеспечивающий устойчивую работу любой системы клеточного обновления, состоит в том, что по мере отмирания и удаления зрелых клеток из функционального пула вместо каждой из них поступает новая, находящаяся в этот момент на стадии максимальной подготовленности.

Таким образом, функционирующая система самоподдерживает себя из-за необходимости восполнения постоянных утрат, активирующих все пред­шествующие пулы, в результате чего и осуществляется постоянное клеточное обновление (54).

Под действием ионизирующего излучения происходит клеточное опустошение костного мозга и периферической крови, которое идет в несколько фаз:

1. Гибель молодых малодифференцированных стволовых клеток и часть созревающих. Происходит остановка деления всех клеток. При этом в функциональный пул продолжают выходить клетки, что приводит к быстрому опустошению костного мозга.

2. Возобновляется деление клеток костного мозга, получивших нелетальные повреждения и еще способные некоторое время к дифференциации. Однако их потомство характеризуется коротким временем жизни.

3. Опустошение костного мозга приводит к острой нехватке клеток крови.

Фаза восстановления обеспечивается лишь небольшим количеством стволовых клеток, сохранившихся в костном мозге после начального глубокого опустошения и обладающих способностью к неограниченному размножению. Они должны не только продуцировать увеличенное количество подобных себе элементов, необходимых для восстановления пула костномозговых стволовых клеток, но и производить дифференцирующиеся клетки, предназначенные для последующего созревания и поступления в кровь. Только когда пул стволовых клеток существенно разовьется, ощутимая его часть может быть направлена на созревание. В результате в начале фазы восстановления число клеток крови увеличивается медленно, затем скорость выхода зрелых клеток в кровь нарастает, достигая нормальной величины в разгар восстановления.

При облучении в дозах более 10 Гр развивается желудочно-кишечный синдром – наиболее значительные изменения происходят в тонком кишечнике. Гибель клеток в криптах и слущивание эпителия, покрывающего ворсинки слизистой, приводит к оголению ворсинок и вызывает нарушение процессов всасывания. Однако некоторое время после облучения продолжают существовать клетки с грубыми аномалиями, что задерживает время опустошения функцио­нальных компонент. При желудочно-кишечном синдроме важными для летального исхода будут оголе­ние ворсинок и инфекция, а кроме того поражение кровенос­ных сосудов, нарушение баланса жидкостей и электролитов. Вследствие гибели основного количества стволовых клеток в криптах тонкого кишечника страдает защитная функция, в организм проникают микроорганизмы, токсины, продукты распада из просвета кишечника. причем трудно определить, какой из этих механизмов наиболее существенен (5).

При очень высоких дозах облучения (более 100 Гр) гибель наступает в течении нескольких часов или реже 1-2 суток и сопровождается судорогами, что свидетельствует о глубоком поражении нервной системы. Однако, в связи с тем, что зрелая нервная ткань состоит из неделящихся клеток, ионизирующее излучение поражает клетки нейроглии и кровеносные сосуды, обеспечивающие клетки центральной нервной системы кислородом и глюкозой.

Сравнение радиочувствительности различных тканей свидетель­ствует о том, что радиочувствительность организма млекопитающих можно связать с радиочувствительностью костного мозга, ибо имен­но его поражение вполне достаточно для гибели организма. Поэтому под радиочувствительностью организма обычно пони­мают диапазон доз, вызывающих гибель животного при явлениях костномозгового синдрома (35).

Для количественного изучения радиочувствительности организ­ма пользуются кривыми доза-эффект, при построении которых на оси абсцисс откладывают дозы излучения, а на оси ординат—про­цент гибели в течение определенного срока наблюдения (чаще всего за 30 дней). Для всех видов млекопитающих такая кривая всегда имеет S-образную форму. Это объясняется тем, что при облучении в начальном диапазоне доз гибели не наблюдается, а при некоторой величине практически все животные погибают. Так как вся смертность регистрируется в интервале между этими дозами, то на этом отрезке кривая круто поднимается вверх, приближаясь к 100%. Наиболее пригодным и чаще всего употребляемым показате­лем радиочувствительности организма является ЛД₅₀, которую лег­ко определить по графику(рис.11).

Кроме индивидуальных, существуют половые и возрастные различия в радиочувствительности организма. Так, самки, как пра­вило, менее чувствительны к излучению. У мышей в течение жиз­ни радиочувствительность в первые 2—3 недели после рождения наиболее высокая, затем снижается, выходя на плато в половозре­лом состоянии, и вновь повышается в последний период жизни.

Рисунок 11. Кривая доза-эффект (55).