Основные характеристики ионизирующих излучений. Характер распределения радиоактивных веществ в организме

Основные  характеристики  ионизирующих  излучений.  Характер распределения радиоактивных веществ в организме.

 

 

 

Содержание: 
Введение 
Глава 1:Ионизирующие излучения. Общая характеристика повреждающего действия 
Глава 2:Патогенез лучевых повреждений 
Глава 3: Действие ионизирующих излучений на уровне целостного организма. Лучевая болезнь человека. 
Заключение 
Список литературы

 

 

 

 

 

                                                                  Хананов Максим ЭБ-142

Введение

В процессе своей жизни человек подвергается воздействию ионизирующего излучения /ИИ/ как от естественных источников космическое облучение, радионуклиды, находящиеся в земной коре, воде, атмосфере,так и от искусственных ,техногенных. Естественная радиация сопровождает жизнь на земле постоянно, она не имеет ни цвета, ни запаха, ни вкуса, её воздействие столь незначительно, что не может вызвать заметных нарушений жизнедеятельности организма. Человечество, как и весь живой мир в целом ранее не испытывало воздействие высоких доз ИИ; в процессе эволюции не сформировались специфические рецепторные структуры, человек не мог приспособиться к повреждающему эффекту ИИ, следовательно, не мог и обрести значимых индивидуальных защитных свойств. По своей природе все ионизирующие излучения подразделяются на электромагнитные рентгеновские излучения и g-лучи, сопровождающие радиоактивный распад и корпускулярные заряжённые частицы: a-частицы - ядра гелия, b-лучи - электроны, протоны, p-мезоны, а также нейтроны, не несущие электрического заряда.

Глава 1:Ионизирующие излучения. Общая характеристика повреждающего действия.

Повреждающее действие различных видов ИИ зависит от плотности ионизации в тканях и их проникающей способности. Чем короче путь прохождения ,пробег частиц в тканях, тем больше плотность ионизации и сильнее повреждающее действие. Наибольшая ионизирующая способность у a-лучей,имеющих длину пробега в биотканях несколько десятков микрон, наименьшая -у g-лучей. Проникающая способность ИИ проявляется в том, что при тотальном облучении ни один участок организма не остаётся интактным. По характеру воздействия различают внешнее облучение, когда источник находится вне организма, контактное и внутреннее, инкорпорированное, когда радиоактивные вещества попадают внутрь организма.

Облучение может быть однократным, фракционированным дробным и длительным. При дробном и длительном облучении поражение организма тяжелее, чем при однократном, т.к. выше суммарные поглощённые дозы. Действие ИИ проявляется на всех уровнях биологической организации на уровне макромолекул, клеток, тканей, органов, целостного организма. Оно чревато возникновением местных изменений лучевые ожоги, некрозы, катаракты и общими явлениями ,острая и хроническая лучевая болезнь, а также отдалёнными последствиями злокачественные новообразования, гемобластозы, наследственная патология, нарушения репродуктивной функции, функций нейро-эндокринной, иммунной и др. систем, снижение адаптационных возможностей, преждевременное старение, уменьшение средней продолжительности жизни.

Своеобразие формирования и исхода патологического процесса, многообразие непосредственных и отдаленных последствий облучения определяются:

· действием ИИ на молекулярном уровне;

· стойкостью местных патологических изменений при определенном уровне

доз, наряду с выраженными общими компенсаторно-приспособительными

реакциями за счет сохранившегося неповрежденного резерва;

· наличием длительного скрытого периода;

· большим разнообразием клинических проявлений и форм реакции в зависимости от характера и дозы излучения;

· зависимостью частоты и выраженности непосредственно возникающих патологических изменений и исходов заболевания от дозы облучения.

· видом ИИ, его физическими характеристиками

· дозой облучения, мощностью дозы

Однако прямая зависимость от дозы существует только для больших и средних доз. Действие малых доз ИИ подчиняется особым закономерностям;

· характером воздействия /внешнее или внутреннее, общее или местное, однократное или дробное/;

· общей реактивностью организма;

· радиочувствительностью тканей, органов и систем, существенных для выживания организма.

Радиочувствительность - способность живого объекта отвечать определенной реакцией на воздействие ИИ. Она выражается в единицах поглощенной энергии, способной вызвать наблюдаемую реакцию у определенного процента исследуемой популяции биологических объектов. Для определения сравнительной радиочувствительности используется доза радиации, вызывающая определенный процент гибели  взятой популяции.

Радиочувствительность клетки, ткани, организма определяется:

· объемом и структурной организацией генома;

· активностью энергообеспечивающих систем;

· уровнем метаболизма и активности ферментов репарации;

· активностью защитных и сенсибилизирующих систем;

· устойчивостью биологических мембран и их репарируемостью;

· уровнем активности систем антиоксидантной защиты и эндогенных радио-

протекторов (серотонин, меланин и др.);

· наличием в клетке предшественников радиотоксинов;

· гетерогенностью клеток и возможностью репопуляции.

Установлено, что радиочувствительность ткани пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцированности составляющих её клеток . По чувствительности к ИИ различают два типа клеток и тканей: а) радиочувствительные - кроветворные клетки костного мозга, зародышевые клетки семенников, кишечный и кожный эпителий; б) радиорезистентные  - мозг, мышцы, печень, почки, хрящи, связки. Исключение составляют лимфоциты, которые несмотря на их дифференцированность и неспособность к делению, обладают высокой чувствительностью к ИИ. В тоже время ткани радиорезистентные к непосредственному действию ИИ оказываются весьма уязвимыми в отношении отдаленных последствий. По степени чувствительности к ИИ (в убывающем порядке) ткани располагаются в следующей очерёдности: лимфоидная ткань, кроветворная ткань, эпителиальная ткань , покровный эпителий кожи, эндотелий сосудов, хрящ, кость, нервная ткань. Наиболее радиочувствительными клетки оказываются во время митоза. Жизненно важные органы или системы с высокой радиочувствительностью, которые первыми выходят из строя в исследуемом диапазоне доз, что обуславливает гибель организма в определённые сроки после облучения, называются критическими. К ним относятся: красный костный мозг, гонады, хрусталик, эпителий слизистых оболочек и кожи. Выявлена общая закономерность: чем сложнее живой организм, тем он более чувствителен к действию радиации. По степени возрастания чувствительности к ИИ живые организмы располагаются в следующем порядке: вирусы - амёба - черви - кролик - крыса - мышь - обезьяна - собака - человек.

 

Глава 2: Патогенез лучевых повреждений.

Основные положения структурно-метаболической теории /СМТ/ сводятся к представлению о том, что при общем облучении первичные процессы возникают на молекулярном, субклеточном, клеточном, органном, тканевом, организменном уровнях. Радиобиологические эффекты реализуются в результате взаимодействия процессов нормально протекающих в организме и развившихся после облучения. Тем самым подчеркивается многофакторный характер формирования любого радиобиоло-гического эффекта. В соответствии с этой теорией, в процессе радиационного повреждения условно можно выделить три этапа:

а) первичное действие ионизирующего излучения на облучённую структуру

(прямое и опосредованное);

б) влияние радиации на клетки;

в) действие радиации на целостный организм.

В развитии радиобиологических эффектов условно выделяют следующие

стадии:

1. Физическую - физическое взаимодействие, поглощение энергии излучения;

2. Стадию радиационно-химических  процессов - образование свободных  радикалов и «радиотоксинов»;

3. Стадию радиационного  нарушения биохимических процессов;

4. Стадию ультраструктурных  и видимых повреждений

Первичное действие ИИ бывает прямое - непосредственное и непрямое - косвенное, опосредованное. Прямое действие ИИ - изменения, возникшие в результате поглощения энергии излучения молекулами-мишенями облучаемой ткани. Оно проявляется ионизацией, возбуждением атомов и молекул. Ионизации могут подвергаться все составные элементы организма. Наибольшее значение имеет ионизация воды. В результате образуются свободные радикалы - атомарный водород (Нi), гидроксильный (ОНi), гидропероксидный (НО2i), пероксид водорода (Н2О2). Время их существования не превышает 10-5-10-8 с. Образующиеся свободные радикалы вступают во взаимодействие с ферментными системами содержащими SН-группы, переводя их в неактивные сульфидные группы. Непрямое действие ИИ связано с изменениями структуры ДНК, ферментов, белков и т.д., индуцированными продуктами радиолиза воды или растворенных в ней веществ, вызывающих реакции окисления; образованием липидных и хиноновых первичных «радиотоксинов», угнетающих синтез нуклеиновых кислот, подавляющих активность ферментов, повышающих проницаемость биологических мембран, изменяющих диффузионные процессы в клетке; возникают нарушения обменных процессов, структурно-функциональные повреждения клеток, органов, систем организма.

 Действие ИИ на  клетки:

На уровне клетки и субклеточных структур ИИ вызывают различные реакции - от временной задержки деления клеток до их гибели. В основе радиационного повреждения клеток лежат нарушения ультраструктуры органелл и связанные с этим изменения обмена веществ. Повреждения цитоплазматических структур проявляются в нарушении энергетического обеспечения клеток и проницаемости клеточной мембраны, нарушении обмена веществ, целостности лизосом, что ведёт к аутолизу, и в конечном итоге к гибели клеток. Изменения в ядре клетки под влиянием приводят к торможению синтеза ДНК. Возникают однонитевые и двунитевые разрывы, приводящие к хромосомным абберациям. Появляются генные мутации. При однонитевых разрывах и других незначительных повреждениях могут идти репаративные процессы. Повреждения ядра приводит к синтезу изменённых белков, которые впоследствии способствуют образованию злокачественных опухолей, вторичных радиотоксинов, вызывающих лучевую болезнь и преждевременное старение. Наиболее чреваты последствиями повреждения генома клетки и хромосомного аппарата, ведущие к нарушению механизма митоза. Малые дозы ИИ вызывают обратимые изменения клетки. Они проявляются сразу или через несколько минут после облучения и с течением времени исчезают. К ним относятся: ингибирование нуклеинового обмена, изменения проницаемости клеточных мембран, задержка митозов, изменения хроматина ядер и др. При больших дозах облучения в клетках наступают летальные изменения, приводящие к их гибели до вступления в митоз либо в момент митотического деления . Оценка жизнеспособности облучённых клеток основана на определении их способности к неограниченному размножению путём образования колоний, возникших из одиночных клеток. Клеточная гибель является основой радиационного повреждения организма. Интерфазной гибели предшествуют изменения проницаемости ядерной, митохондриальной и цитоплазматической мембран. Изменения структуры и проницаемости мембран лизосом приводят к освобождению и активации ДНК-азы, РНК-азы, катепсинов, фосфатазы, ферментов гидролиза гликозаминогликанов и др. Угнетается клеточное дыхание, наблюдается деградация дезоксирибонуклеинового комплекса в ядре. Появляются различные дегенеративные изменения (пикноз ядра, фрагментация хроматина и др.). Эта форма клеточной гибели возникает после облучения в десятки и сотни грей. При меньших дозах отмечается репродуктивная форма гибели. Основной причиной репродуктивной гибели клеток являются структурные повреждения ДНК (хромосомные абберации), возникшие под влиянием облучения. Погибают все делящиеся клетки, все интенсивно обновляющиеся ткани (кроветворная, иммунная, генеративная, слизистая кишечника). Считается, что радиочувствительность ядра выше, чем цитоплазмы. Это и играет решающую роль в исходе радиационного повреждения клетки. Однако имеется зависимость проявления масштаба ядерных нарушений от степени облучения цитоплазмы; в реализации летального клеточного эффекта её роль несомненна. Гибель клеток ведёт к опустошению тканей, нарушению их структуры и функции. Различают два механизма лучевой гибели клеток: а) апоптоз, при котором гибель начинается с изменений ядерного аппарата - межнуклеосомной фрагментации хроматина, конденсации ядерного материала, образования апоптозных телец; эти изменения сопровождаются возрастанием проницаемости клеточных мембран; б) некротическая форма, при которой изменения в ядре вторичны, им предшествуют нарушения проницаемости биологических мембран и набухание клеточных органелл. Что касается индуцированных радиацией повреждений на уровне клеток, нужно отметить что многие из них легко переносятся клеткой, т.к. являются следствием повреждения структур, утрата которых быстро восполняется. Такие преходящие клеточные реакции называют физиологическими, их относят к кумулятивным эффектам облучения. Это различные нарушения метаболизма. Как правило, подобные реакции проявляются в ближайшие сроки после облучения и с течением времени исчезают. Наиболее универсальная из них - временное угнетение клеточного деления - радиационное блокирование митозов. Время задержки деления зависит от дозы облучения и возрастает при её увеличении, а также от стадии клеточного цикла, в которой находятся клетки при облучении: наиболее длительно оно в тех случаях, когда клетки облучаются в стадии синтеза ДНК или пост синтетической стадии, а самое короткое при облучении в митозе. В отличие от временного угнетения, полное подавление митозов наступает после воздействия больших доз ИИ, когда клетка значительное время продолжает жить, но необратимо утрачивает способность к делению. В результате такой необратимой реакции на облучение часто образуются патологические формы гигантских клеток, содержащие несколько наборов хромосом вследствие их репликации в пределах одной и той же не разделившейся клетки. Помимо прямых влияний радиации, при облучении имеют место и другие, вторичные механизмы гибели. Так распад клетки или ткани может быть следствием нарушения кровообращения, наличия кровоизлияний, развитие гипоксии. Прямое повреждение клеток влечет за собой цепь явлений, связанных с особенностями архитектоники ткани или органа. Развивается системное нарушение, модифицирующее первоначальное поражение клеток. Однако и эти последующие изменения обусловлены начальным клеточным повреждением. Повреждения соматических клеток способствуют впоследствии развитию злокачественных опухолей, преждевременному старению; повреждение генетического аппарата половых клеток ведет к наследственной патологии. Эффекте действия ИИ могут длиться от доли секунд до столетий.

Глава 3:Действие ионизирующих излучений на уровне целостного организма. Лучевая болезнь человека.

Действие ИИ на уровне целостного организма проявляется в лучевой болезни. Лучевая болезнь (ЛБ) - заболевание, развивающееся в результате действия на организм ИИ в дозах, превышающих допустимые. Изменения функций нервной, эндокринной систем, нарушение регуляции деятельности других систем организма на ряду с клеточно-тканевыми поражениями формируют клинические проявления лучевой болезни. Повреждающее действие ИИ особенно сказываются на стволовых клетках кроветворной ткани, эпителии гонад, тонкого кишечника и почек; в первую очередь поражаются системы, находящиеся во время облучения в состоянии активного органогенеза и дифференцировки. Различают острые лучевые поражения и хронические.

 

 Острая лучевая болезнь (ОЛБ):

С острой лучевой болезнью человек познакомился лишь в 20 веке. Она представляет собой одномоментную травму органов и систем организма и, прежде всего, острое повреждение генома клеток, главным образом, кроветворных клеток костного мозга, лимфатической системы, эпителия желудочно-кишечного тракта и почек, клеток печени, легких и других органов. ОЛБ возникает после тотального однократного внешнего равномерного облучения в дозе превышающей 1,0 Гр. При этом радиационному воздействию подвергаются одновременно все системы, органы, ткани и клетки в одинаковой дозе. ОЛБ представляет собой своеобразную клеточно-тканевую патологию, в основе возникновения которой лежит прямое поражение радиацией облучаемого биосубстрата. В реализации интегрального ответа организма принимают участие системы регуляции поддержания гомеостаза. Однако, их патогенетическое значение в развитии ОЛБ значительно меньше. Чем вклад прямых структурно-клеточных последствий облучения. ОЛБ характеризуется тремя основными клиническими синдромами:

1. Костно-мозговой (гематологический) синдром. В основе его возникновения лежит первичное повреждение ИИ родоначальных клеточных элементов, главным образом, стволовых клеток, массовая гибель делящихся клеток костного мозга. Глубокие нарушения в кроветворной системе определяют склонность к кровотечениям - возникают вторичные изменения - множественные кровоизлияния в кожу, слизистые, паренхиматозные органы, обнаруживающиеся в разгар заболевания (геморрагический синдром).

2. Желудочно-кишечный эпителиальный синдром. Он включает клеточное опустошение ворсинок и крипт кишечника, инфекционные процессы, поражения кровеносных сосудов, нарушение баланса жидкости и электролитов, нарушения секреторной, моторной, барьерной функции кишечника.

3. Церебральный синдром. Поражение ЦНС характеризуется нарушением кровообращения и ликворообращения с развитием отека мозга. Причиной гибели нервных клеток может явиться их непосредственное повреждение либо опосредованное при повреждении других систем, в частности, кровеносных сосудов.

В зависимости от дозы ИИ, вызвавшей ОЛБ и преобладания того или иного синдрома выделяют несколько форм ОЛБ.

Краткая характеристика отдельных форм ОЛБ.

1. Типичная костно-мозговая форма.

Развивается при облучении в дозах 1-10 Гр. Характеризуется преимущественным поражением костного мозга (костно-мозговой синдром). Летальность 50%. В зависимости от дозы различают IV степени тяжести типичной формы

ОЛБ:

I - лёгкой степени (1-2 Гр);

II - средней степени (2-4 Гр);

III - тяжёлой степени (4-6 Гр);

IУ - крайне тяжёлой степени (свыше 6 Гр).

В течение этой формы лучевой болезни различают три периода:

формирования, восстановления, исхода и последствий.

Период формирования протекает в 4 фазы:

· первичной острой реакции;

· мнимого клинического благополучия (скрытая фаза);

· разгара болезни - выраженных клинических проявлений;

· раннего восстановления.

Фаза первичной острой реакции проявляется при дозах, превышающих 1 Гр, развивается в первые минуты-часы после облучения и продолжается 1-3 дня. Появляется тошнота, рвота, сухость и горечь во рту, чувство тяжести в голове, головная боль, общая слабость, сонливость. В тяжёлых случаях - падение АД, кратковременная потеря сознания, субфебрильная температура, ассиметрия сухожильных рефлексов, кожных вазомоторных реакций. В периферической крови - нарастающий нейтрофильный лейкоцитоз со сдвигом лейкоцитарной формулы влево, переходящий в лейкопению, абсолютная и относительная лимфопения. В костном мозге - снижение митотического индекса и исчезновение молодых форм клеток. Возникшая активация гипофиз-адреналовой системы приводит к усиленной секреции гормонов коры надпочечников, что может иметь приспособительное значение.

Фаза мнимого клинического благополучия характеризуется включением защитных механизмов организма. Самочувствие больных становится удовлетворительным, проходят клинические видимые признаки болезни. Длительность - 1-2 недели - 1 месяц. Однако, в эту фазу нарастает поражение системы крови: в периферической крови прогрессирует лимфопения на фоне лейкопении, нейтропения, снижается содержание ретикулоцитов и тромбоцитов. В костном мозге развивается истощение ростков кроветворения может отмечаться эпиляция волос, атрофия гонад, развитие изменений в тонком кишечнике и коже.

Фаза выраженных клинических проявлений (фаза разгара). Самочувствиебольных резко ухудшается, нарастает слабость, вновь проявляются диспептические расстройства, повышается температура, увеличивается СОЭ, прогрессирует анемия и тромбоцитопения, развивается агранулоцитоз, геморрагический синдром, степень его выраженности колеблется в широких пределах в зависимости от тяжести поражения; дополнительные травмы усиливают явления кровоточивости. Лимфатические узлы выглядят увеличенными за счёт геморрагического пропитывания. Обильные кровоизлияния в кожу, слизистые оболочки, желудок, кишечник, надпочечники, лёгкие, мозг сердце, захватывая проводящую систему, могут иметь решающее значение в исходе заболевания. Усугубляют ситуацию возникающие инфекционные осложнения - язвеннонекротические гингивиты, некротические ангины, пневмония, воспалительные изменения в кишечнике. Всё это создаёт угрозу для жизни больного.