3.1. Радиочувствительность. Радиационные поражения человека
Проблема радиочувствительности занимает центральное место в радиобиологии и радиационной медицине. Познание природы радиочувствительности и механизмов ее регуляции имеет как теоретическое, так и практическое значение, т. к. позволяет разрабатывать методы управления лучевыми реакциями тканей.
Радиочувствительность — это чувствительность биологических объектов к действию ионизирующих излучений. Синонимом данного понятия служит радиопоражаемость. Альтернативные понятия — радиоустойчивость или радиорезистентность.
При сравнении радиочувствительности различных биосистем необходимо использовать адекватные критерии, в качестве которых могут выступать либо непосредственное изменение выживаемости изучаемых объектов в результате облучения в определенных дозах, либо количественные показатели поражения, которые в данном диапазоне доз связаны с выживаемостью. Наиболее часто в качестве меры радиочувствительности используется ЛД50— доза облучения, вызывающая гибель 50 % облученных организмов за различное время после облучения (в зависимости от вида живых организмов).
Различные виды живых организмов существенно различаются по своей радиочувствительности, о чем можно судить, сравнив величины ЛД50 (табл. 3–1). Степень радиочувствительности существенно варьирует в пределах одного вида (индивидуальная радиочувствительность), в пределах одного организма клетки и ткани также значительно различаются по своей радиочувствительности.
Следовательно, чтобы правильно оценить последствия облучения организма человека, необходимо оценить радиочувствительность на различных уровнях — клеточном, тканевом, органном, организменном.
На клеточном уровне радиочувствительность зависит от ряда факторов:
организация генома (в т.ч. кариопикнотический индекс);
состояние системы репарации ДНК;
активность ферментов, утилизирующих продукты радиолиза воды (например, каталаза, разрушающая перекись водорода, или супероксиддисмутаза, инактивирующая супероксидный радикал);
интенсивность окислительно-восстановительных процессов.
Диапазоны радиочувствительности различных организмов
Разновидность живых организмов
На тканевом уровне выполняется правило Бергонье-Трибондо: радиочувствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки составляющих ее клеток.
Следовательно, наиболее радиочувствительными в организме будут ткани, имеющие резерв активно размножающихся малодифференцированных клеток, например, кроветворная ткань, гонады, эпителий тонкого кишечника. Наименее радиочувствительными (наиболее радиорезистентными) будут высокоспециализированные мало обновляющиеся ткани, например, мышечная, костная, нервная. Исключением из правила Бергонье-Трибондо являются лимфоциты. Эти высоко специализированные клетки отличаются высокой радиочувствительностью.
На органном уровне радиочувствительность зависит не только от радиочувствительности тканей, составляющих данный орган, но и от его функций. Следует рассмотреть действие излучения на отдельные органы и системы при внешнем облучении.
Семенники. Клетки семенников находятся на разных стадиях развития. Наиболее радиочувствительные клетки — сперматогонии, наиболее радиорезистентные — сперматозоиды. После однократного облучения в дозе 0,15 Гр количество спермы может уменьшиться. После облучения в дозе 3,5–6 Гр наступает постоянная стерильность. При этом не следует смешивать радиационную стерильность с половой потенцией, на которую (как установлено в экспериментах на животных) облучение не оказывает видимого влияния.
Яичники. В яичниках взрослой женщины содержится популяция первичных и вторичных овоцитов, находящихся на разных стадиях развития (их образование заканчивается в ранние сроки после рождения). Эта особенность женских половых клеток определяет их высокую радиочувствительность и неспособность к регенерации. Воздействие однократного облучения в дозе 1–2 Гр на оба яичника вызывает временное бесплодие и прекращение менструаций на 1–3 года. При остром облучении в диапазоне доз 2,5–6 Гр развивается стойкое бесплодие.
Желудочно-кишечный тракт. Наибольшей радиочувствительностью обладает тонкий кишечник. Далее по снижению радиочувствительности следуют полость рта, язык, слюнные железы, пищевод, желудок, прямая и ободочная кишки, поджелудочная железа, печень.
Сердечно-сосудистая система. В сосудах большей радиочувствительностью обладает наружный слой сосудистой стенки, что объясняется высоким содержанием коллагена. Сердце считается радиорезистентным органом, однако при локальном облучении в дозах 5–10 Гр можно обнаружить изменения миокарда. При дозе 20 Гр отмечается поражение эндокарда.
Органы дыхания. Легкие взрослого человека — стабильный орган с низкой пролиферативной активностью, поэтому последствия облучения легких проявляются не сразу. При локальном облучении может развиться радиационный пневмонит, сопровождающийся гибелью эпителиальных клеток, воспалением дыхательных путей и легочных альвеол и приводящий к фиброзу, что часто лимитирует проведение лучевой терапии. При однократном воздействии гамма-излучения LD50 для человека составляет 8–10 Гр, а при фракционировании в течение 6–8 недель — 30–30 Гр.
Читайте также: Поделки из ткани с пайетками
Мочевыделительная система. В обычных условиях почки характеризуются незначительной пролиферацией клеток и, следовательно, достаточно радиорезистентны. Влияние облучения на почки, за исключением высоких доз, проявляется поздно. Облучение в дозах более 30 Гр за 5 недель может привести к развитию хронического нефрита (это может быть лимитирующим фактором при проведении лучевой терапии опухолей органов брюшной полости).
Орган зрения. Возможны два типа поражений глаз: воспалительные процессы в конъюнктиве и склере (при дозах облучения 3–8 Гр) и катаракта (при дозах облучения 3–10 Гр). Наиболее опасным в плане развития катаракты является нейтронное облучение.
Нервная система. Нервная ткань высоко специализирована и, следовательно, радиорезистентна. Гибель нервных клеток наблюдается при дозах облучения свыше 100 Гр.
Эндокринная система. Эндокринные железы характеризуются низкой скоростью обновления клеток и у взрослых в норме являются относительно радиорезистентными, однако в растущем или пролиферативном состоянии они значительно более радиочувствительны.
Костно-мышечная система. У взрослых костная, хрящевая и мышечная ткани радиорезистентны. Однако в пролиферативном состоянии (в детском возрасте или при заживлении переломов) радиочувствительность этих тканей повышается. Наибольшая радиочувствительность скелетной ткани характерна для эмбрионального периода, так как особенно интенсивная пролиферация остеобластов и хондробластов у человека происходит на 38–85 сутки эмбрионального развития.
На популяционном уровне радиочувствительность зависит от следующих факторов:
особенности генотипа (в человеческой популяции 10–12 % людей отличаются повышенной радиочувствительностью, что связано с наследственно сниженной способностью к ликвидации разрывов ДНК либо со сниженной точностью процесса репарации; повышенная радиочувствительность сопровождает такие наследственные заболевания как атаксия–телеангиэктазия, пигментная ксеродерма);
физиологическое (например, сон, бодрость, усталость, беременность) или патофизиологическое состояние организма (например, хронические заболевания, ожоги, механические травмы);
пол (мужчины обладают большей радиочувствительностью);
возраст (наименее чувствительны люди зрелого возраста).
Следует обратить внимание на особенности радиочувствительности во внутриутробном периоде развития. Опасность внутриутробного облучения обусловлена высокой радиочувствительностью малодифференцированных тканей плода, что проявляется врожденными пороками развития, цитогенетическими и сомато–стохастическими эффектами, нарушением физического и умственного развития, снижением адаптационных возможностей организма. Эти эффекты могут выявиться либо сразу после рождения (неонатальная и постнатальная смерть, пороки развития, нарушение роста), либо в отдаленные сроки после облучения (онкологические заболевания, нарушения гомеостаза, умственная отсталость).
Из наиболее вероятных эффектов внутриутробного облучения следует отметить пренатальную гибель, задержку психического и физического развития, микроцефалию, микроофтальмию, тератогенный и мутагенный эффекты.
Характер развивающихся отдаленных эффектов будет зависеть от физических характеристик ионизирующего излучения (мощность, вид энергии, характер облучения, пролонгированность во времени) и от возраста плода на момент облучения. Особенно важна стадия внутриутробного развития, на которую пришлось облучение, т. к. дифференцировка систем и органов происходит в определенные сроки развития, что и определяет тип повреждения.
При облучении беременных женщин выделяют четыре классических эффекта у потомства:
Эмбриональная, неонатальная и постнатальная гибель плода.
Врожденные пороки развития.
Нарушения роста и физического развития.
Нарушение функции центральной нервной системы.
Введение. 1. Проблема радиочувствительности – центральная проблема радиобиологии и радиационной медицины
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ
1. Проблема радиочувствительности – центральная проблема радиобиологии и радиационной медицины.
2. Молекулярные основы радиочувствительности. Факторы, определяющие радиочувствительность на клеточном уровне.
3. Факторы, определяющие радиочувствительность на тканевом уровне. Правило Бергонье-Трибондо. Факторы, определяющие радиочувствительность на органном, организменном и популяционном уровнях.
4. Индивидуальные и возрастные различия в радиочувствительности. Действие радиации на эмбрион и плод.
5.Модификация радиочувствительности.
6. Факторы, определяющие поражение организма. Понятие «критический орган».
Читайте также: Где сделать наращивание костной ткани
7. Радиационные синдромы: костномозговой, желудочно-кишечный, церебральный, зависимость от дозы.
8. Характеристика костномозгового синдрома: патогенез, фазы, причины гибели организма.
9. Характеристика желудочно-кишечного синдрома: патогенез, причины гибели организма.
10. Характеристика церебрального синдрома: патогенез, причины гибели организма.
При общем облучении практически ни одна живая клетка не остается интактной. Любая из них, а следовательно, и любая ткань в целом могут быть поражены ИИ. Однако для достижения равнозначного поражающего эффекта различные ткани необходимо подвергнуть воздействию неодинаковыми дозами. И эти различия могут быть очень значительными. Другими словами, каждому виду клеток и тканей свойственна своя, определенная мера радиопоражаемости (радиочувствительности).
Проблема радиочувствительности занимает центральное место в радиобиологии и радиационной медицине. Познание природы радиочувствительности и механизмов ее регуляции имеет как теоретическое, так и практическое значение, т.к. позволяет разрабатывать методы управления лучевыми реакциями тканей.
2. Радиочувствительность: понятие, виды, биологические механизмы
Радиочувствительность — это чувствительность биологических объектов к действию ИИ. Синонимом данного понятия служит радиопоражаемость.
Альтернативными понятиями являются радиоустойчивость или радиорезистентность.
При сравнении радиочувствительности различных биосистем необходимо использовать адекватные критерии, в качестве которых можно использовать либо непосредственное изменение выживаемости изучаемых объектов в результате облучения в определенных дозах, либо количественные показатели поражения, которые в данном диапазоне доз связаны с выживаемостью. Наиболее часто в качестве меры радиочувствительности используется ЛД 450 0 — доза облучения, вызывающая гибель 50% облученных организмов за различное время после облучения (в зависимости от вида живых организмов).
Различные виды живых организмов существенно различаются по своей радиочувствительности, о чем можно судить, сравнив величины ЛД 450 (табл.1). Степень чувствительности сильно варьирует в пределах одного вида (индивидуальная радиочувствительность), в пределах одного организма клетки и ткани также значительно различаются по своей радиочувствительности.
Следовательно, чтобы правильно оценить последствия облучения организма человека, необходимо оценить радиочувствительность на различных уровнях — клеточном, тканевом, органном, организменном.
На КЛЕТОЧНОМ уровне радиочувствительность зависит от ряда факторов:
1) величина и организация генома (в т.ч. кариопикнотический индекс);
2) состояние системы репарации ДНК;
3) содержание в клетке антиоксидантов;
4) активность ферментов, утилизирующих продукты радиолиза воды (каталаза — разрушает перекись водорода, супероксиддисмутаза — инактивирует супероксидный радикал);
5) интенсивность окислительно-восстановительных процессов.
Диапазоны радиочувствительности различных организмов
| Разновидность живых организмов | ЛД 450 0, Гр |
| Овца Рыбы Собака Змея Насекомые Растения Птицы Бактерии Обезьяна Человек | 1,5-2,5 8,0-20,0 2,5-3,0 80-200 10-100 10-1500 8-20 1000-3000 2,5-6,0 2,5-4,0 |
На ТКАНЕВОМ уровне работает правило Бергонье-Трибондо: радиочувствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки составляющих ее клеток.
Следовательно, наиболее радиочувствительными в организме будут ткани, имеющие резерв активно размножающихся малодифференцированных клеток, а именно: — кроветворная ткань;
— эпителий тонкого кишечника.
Наименее радиочувствительными будут высокоспециализированные малообновляющиеся ткани, например, мышечная, костная, нервная.
Есть исключение из правила Бергонье-Трибондо — лимфоциты. Эти высоко специализированные клетки отличаются высокой радиочувствительностью.
На ОРГАННОМ уровне радиочувствительность зависит от чувствительности отдельных органов и тканей.
Семенники: в них постоянно идёт размножение сперматогониев, которые обладают высокой радиочувствительностью, напротив, сперматозоиды (зрелые клетки) являются более радиорезистентны. Уже при дозах свыше 0.15 Гр происходит клеточное опустошение семенников. В дозах >3.5 Гр возникает постоянная стерильность. При этом не следует смешивать радиационную стерильность с половой потенцией, на которую облучение не оказывает видимого влияния.
Яичники: в яичниках взрослой женщины содержится популяция незаменяемых овоцитов (их образование заканчивается в ранние сроки после рождения, во взрослом состоянии яичники не способны к активной регенерации). Развитие однократного облучения в дозе 1-2 Гр на оба яичника вызывает временное бесплодие и прекращение менструаций на 1-3 года. Гибель овоцитов при дозах >2.5 Гр может привести к стойкому бесплодию.
Наибольшей радиочувствительностью обладает тонкий кишечник. Далее по снижению радиочувствительности следуют полость рта, язык, слюнные железы, пищевод, желудок, прямая и ободочная кишки, поджелудочная железа, печень.
Читайте также: Ассортимент обивочной ткани для диванов
3) сердечно-сосудистая система
В сосудах большей радиочувствительностью обладает наружный слой сосудистой стенки (высокое содержание коллагена).
Сердце считается радиорезистентным органом, однако при локальном облучении в дозах 5-10 Гр можно обнаружить изменения миокарда, при дозе 20 Гр отмечается поражение эндокарда.
Лёгкие взрослого человека достаточно радиорезистенты (низкая пролиферативная активность). Однако при локальном облучении в больших дозах может развиться радиационный пневмонит (это часто лимитирует лучевую терапию).
Почки достаточно радиорезистентны. Однако облучение почек в дозах >30 Гр за 5 нед может привести к развитию хронического нефрита (это может быть лимитирующим фактором при проведении лучевой терапии опухолей органов брюшной полости).
Возможны 2 типа поражений глаз:
— воспалительные процессы в конъюнктиве и склере ( при дозах 3-8 Гр);
— катаракта (при дозах 3-10 Гр).У человека катаракта появляется при облучении в дозе 6 Гр.
Радиорезистентна. Клеточная гибель наблюдается при дозах свыше 100 Гр. Это высоко специализированная ткань человека.
8) эндокринная система. Основной характеристикой ее является относительная радиорезистентность.
В период роста обладают большей радиочувствительностью, во взрослом состоянии радиорезистентны.
На ПОПУЛЯЦИОННОМ уровне радиочувствительность зависит от следующих факторов:
1) особенности генотипа (а значит и фенотипические особенности);
В человеческой популяции 10 — 12% людей отличаются повышенной радиочувствительностью. Связано это с наследственно сниженной способностью к ликвидации разрывов ДНК, а также со сниженной точностью процесса репарации. Повышенная радиочувствительность сопровождает такие наследственные заболевания, как атаксия-телеангиэктазия, пигментная ксеродерма.
2) физиологическое (напр., сон, бодрость, усталость, беременность)
или патофизиологическое состояние организма;
3) пол (более чувствительны мужчины, у мужчин обмен интенсивнее);
4) возраст (наименее чувствительным является зрелый возраст);
Особо следует остановиться на особенностях радиочувствительности во внутриутробном периоде. Радиочувствительность плода тем выше, чем он моложе. В зависимости от времени закладки, формирования и дифференцировки органов и систем любая из них может оказаться крайне радиочувствительной независимо от радиочувствительности во взрослом состоянии.
Эффекты облучения зависят от времени облучения по отношению к зачатию:
1 — преимплантационный период ( до 6-9 сут.) — в морфологическом плане соблюдается принцип «все или ничего», т.е. если доза была высокой, то оплодотворенная яйцеклетка гибнет; если поглощенная доза не вызвала гибель яйцеклетки, то дальше она имплантируется и развивается нормально;
2 — период органогенеза ( до 60 сут.) — эффект зависит от величины поглощенной дозы и ее мощности, от срока от начала беременности.
Возможны следующие эффекты:
— внутриутробная гибель или гибель сразу после рождения;
— задержка развития зародыша, плода, а затем и новорожденного;
— пороки развития. Существуют критические периоды — время максимальной радиочувствительности для возникновения специфического типа аномалий. С увеличением D критический период индукции специфических аномалий удлиняется. Эти эффекты носят детерминированный характер с порогом для человека около 0.1 Гр;
— снижение коэффициента умственного развития (максимальное снижение коэффициента умственного развития происходит при облучении в период с 8 по 15 нед., это детерминированный эффект);
— увеличение опасности заболевания детей раком, особенно в первые 10 лет жизни (радиочувствительность плода по индукции отдаленных последствий облучения в 10-300 раз больше, чем у взрослого организма);
— лучевая болезнь плода, а затем и новорожденного — если облучение произошло после 7 месяца беременности.
На ЭВОЛЮЦИОННОМ уровне радиочувствительность зависит от сложности организации живого организма. Наименее радиочувствительными являются бактерии, для которых показатель ЛД 50 составляет 1000- 3000 Гр (в канале ядерного реактора обнаружены бактерии, названные Micrococcus radiodurens, которые живут при дозах 100 000 Гр в сутки). Наиболее радиочувствительными являются человек (2,5-3 Гр), овцы (1,5-2 Гр), собаки (2,5-3 Гр), обезьяны ( 2,5- 4 Гр).
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом