ліферагівної активності (швидкості розподілу) цих клітин, темпів розподілу та дозрівання у відділах морфологічно розпізнаваних попередників. Показано, що після опромінення темп проліферації стовбурових клітин посилюється, внаслідок чого час подвоєння їхнього числа скорочується з 5-6 діб. до 1 доби.

Глибина та тривалість аплазії кровотворної тканини виявляється тим більшою, чим вища доза опромінення. Однак із цього правила є винятки. Після опромінення у високих дозах (у людини – 5,5 Гр) темп відновлення мієлоїдного паростка кровотворення виявляється суттєво вищим, і кількість клітин у кістковому мозку та крові відновлюється до контрольного рівня раніше, ніж після дії у дозах 2-3 Гр, незважаючи на те що ступінь спустошення у першому випадку був набагато сильнішим. Причина цього явища не зовсім зрозуміла.

У разі нерівномірного опромінення або повного екранування окремих ділянок тіла, ураження органів кровотворної системи модифікується за рахунок міграції клітин з менш опромінених відділів. Цей механізм забезпечує більш швидку репопуляцію опромінених органів, ніж за загального рівномірного опромінення.

Стромальні елементи кісткового мозку досить радіорезистентні. У перші тижні після опромінення в дозах, при яких розвиток патологічного процесу пов'язаний головним чином з ураженням кровотворної системи, стромальні фібробласти, що покояться, мало ушкоджуються. Зберігається, а іноді й зростає їх функціональна активність як продуцентів простагландину Е та колонієстимулюючих факторів (КСФ). Тому при загальному опроміненні в дозах, при яких зберігається сумісне з виживанням число СКК, пошкодження стромальних елементів мало виражені, і значення їх розвитку аплазії кісткового мозку невелике. При опроміненні у більш високих дозах (порядку 100 Гр), що застосовуються, зокрема, при променевій терапії пухлин, частина зрілих фібробластів гине, водночас секреція ними простагландину Е та КСФ підвищується.

Що ж до родоначальних для фібробластів клітин (КОЕ-Ф), всі вони в людини досить радіочутливі: D0 = 1,3 Гр. Крім того, у періоді, коли кістковомозкове кровотворення відновлюється, КУО-Ф проліферують дуже мляво. Ці особливості можуть мати значення для розвитку віддалених змін у системі кровотворення, таких як апластична анемія тощо.

При морфологічному дослідженні після опромінення у високих дозах (близько 10 Гр) вже за кілька годин у червоному кістковому мозку

спостерігають ушкодження ядер клітин: пікноз, каріорексіс (апоптоз), каріолізис. Іноді руйнується цитоплазма (цитоліз). Костномозкові синуси розширюються, еритроцити виходять у паренхіму кісткового мозку. Ще через кілька годин починається процес фагоцитозу пошкоджених мієлокаріоцитів: фрагменти ядер, а іноді й цілісні клітини виявляють у кістковомозкових макрофагах. У щурів вже через 1-2 добу після надлітального опромінення кістковий мозок очищається від продуктів розпаду клітин, залишаються лише стромальні елементи. Розвиток некротичних змін у клітинах кісткового мозку супроводжується судинними реакціями, і гістологічна картина кісткового мозку може бути охарактеризована як запалення з характерними йому фазами альтерації, ексудації, а в подальшому – розвитку репараційних процесів. У спустошеній набряковій стромі кісткового мозку спостерігаються геморагії. Кістковий мозок через 3 доби після опромінення у надлітальній дозі виглядає як «озеро крові». Незадовго перед смертю у кістковому мозку виявляються бактерії.

При нижчих дозах опромінення зміни менш виражені. У випадках, що закінчуються одужанням, спочатку з'являються окремі осередки кровотворення, згодом зливаються. У людини через 2 доби після опромінення в дозах 2-6 ​​Гр гістологічне дослідження зрізів кісткового мозку дозволяє виявити зниження кількості клітин еритроїдного та гранулоцитарного паростків у 1,5-2 рази в порівнянні з нормою, ділянки з оголеною стромою, набряклість основної речовини, дрібні .

Пізніше у кістковому мозку спостерігається прогресуюче наростання вмісту стромальних елементів: фібробластів, ретикулярних клітин, макрофагів. Після опромінення в дозах 2-4 Гр на початку другого тижня в період, що відповідає описаному раніше абортивному підйому, відзначається підвищення мітотичної активності клітин кісткового мозку, збільшується кількість недиференційованих клітин. До кінця третього тижня виявляється збільшення числа клітин гранулоцитарного та еритроїдного паростків. При більш високих дозах опромінення прояви абортивного підйому виражені значно слабше.

З кінця третього тижня після опромінення в дозах більше 2-3 Гр у кістковому мозку прогресує аплазія, що виявляється жировою атрофією. Площа жирової тканини на зрізах кісткового мозку може сягати 80%. Одночасно виявляються і ознаки регенерації: мікроосередки недиференційованих клітин та клітин ранніх генерацій еритроїдного та мієлоїдного паростків, а також посилення проліферації стромальних клітин. У подальшому осередки кровотворної тканини розростаються

3.5. Дія іонізуючих випромінювань на критичні системи організму

досить швидко, забезпечуючи відновлення функції кровотворення.

Навіть через рік після опромінення доз 2-4 Гр структура кісткового мозку відновлюється не повністю. Зберігаються великі осередки жирової дистрофії, збільшено порівняно з нормою кількість стромальних клітин, гемопоетична тканина в паренхімі кісткового мозку представлена ​​не дифузно, а окремими великими осередками. Після радіаційного впливу в дозах 5 Гр і вище у ці терміни у кістковому мозку спостерігаються поширені вогнища гіпоплазії.

Морфологічні зміни кістковомозкових клітин, пов'язані з їх безпосереднім ушкодженням (пікноз ядра, каріорексис, руйнування або набряклість ядра), зазвичай вдається зареєструвати в перші години після опромінення. Зруйновані клітини досить швидко віддаляються. Пізніше починають виявлятися клітини з аномаліями, пов'язаними з порушеннями мітозів: гігантські клітини, клітини з гіперсегментованим ядром, з аномальними мітотичними фігурами (мости в Аналі телофазі), хромосомні фрагменти в інтерфазних клітинах. Максимум виходу цих клітин посідає 12-24 год після опромінення. На третій день більшість таких клітин також зникає.

3.5.3. Постлучеві зміни морфологічного складу периферичної крові

Зменшення числа функціональних клітин починається, коли останні клітини, що надійшли на момент опромінення в дозріваючий відділ, вийдуть у периферичну кров, тобто через термін, що відповідає часу проходження клітин через цей відділ у нормі. Вміст у крові нейтрофілів, проходження яких через відділ дозрівання становить 5-6 діб, починає знижуватися саме з цього часу.

Швидкість зменшення кількості клітин у крові тим вища, що коротша тривалість їх циркуляції після викиду з кісткового мозку. Досить великий термін між опроміненням та розвитком максимальної нейтропенії (це відбувається до кінця третього тижня) пояснюється тим, що з середини другого тижня після опромінення в периферичній крові розвивається абортивне піднесення вмісту гранулоцитів.

Причини викиду в кров у цей час значної кількості зрілих нейтрофілів пов'язують із впливом на кістковий мозок екстрамедулярних факторів, зокрема, зі зростанням у крові на ран-

них термінах після опромінення вмісту катехоламінів та інших біологічно активних речовин.

У динаміці зміни числа нейтрофілів крові після опромінення можна виділити кілька фаз:

− початковий чи первинний нейтрофілоз;

− лаг-фаза (у цей час природний вихід у тканини нейтрофілів крові компенсований надходженням цих клітин з пулу дозрівання);

− первинне спустошення;

− абортивне піднесення;

− вторинне спустошення;

− відновлення.

Лімфоцити гинуть вже у ранні терміни після опромінення; відповідно їх рівень у периферичній крові швидко знижується.

Рис. 11. Динаміка змін числа гранулоцитів у крові після загального опромінення (за С. Кіллменом, 1974):

1 – первинний нейтрофілоз; 2 – лаг-фаза; 3 – первинне спустошення; 4 - абортивний підйом; 5 – вторинне спустошення; 6 – відновлення

При різкому зниженні після опромінення загального числа лейкоцитів у крові можна говорити про не менш глибоке зменшення абсолютної кількості моноцитів.

Вміст тканинних макрофагів протягом першого тижня після опромінення суттєво не змінюється. Функціональна активність цих клітин також не змінюється чи навіть виявляється підвищеною. У той же час, завантаженість цих клітин продуктами тканинного розпаду знижує ефективність їх участі в системі протимікробного захисту. У період виражених клінічних проявів променевого ураження число клітин системи мононуклеарних фагоцитів знижується.

3.5. Дія іонізуючих випромінювань на критичні системи організму

Динаміка вмісту тромбоцитів після опромінення має схожість із змінами кількості нейтрофілів. Абортивний підйом буває виражений тільки після опромінення порівняно невисоких (приблизно до 3,5 Гр) дозах. У фазі вторинного спустошення спостерігається глибока тромбоцитопенія: до кінця 3-4 тижня після опромінення в середньолітальних дозах кількість тромбоцитів досягає 5-8% від нормального рівня.

Зміст еритроцитів після опромінення зменшується в повільному темпі і помірно, оскільки зрілі еритроцити є досить радіорезистентними, а тривалість життя цих клітин становить близько 100 днів. Навіть при повному припиненні їх утворення кількість еритроцитів у крові внаслідок природного відмирання знижується приблизно на 1% за день (якщо немає кровотеч, що ускладнюють ситуацію).

Глибина цитопенії прямо залежить від дози опромінення. При дозах порядку 5-6 Гр нейтрофіли і тромбоцити можуть не виявлятися в мазках периферичної крові. Проміжок часу, необхідний відновлення числа цих клітин до вихідного рівня після опромінення у високих дозах, може виявитися, як про це вже говорилося при характеристиці змін у кровотворних органах, коротше, ніж при дії менших доз.

Окрім кількісних зрушень у клітинах крові після опромінення виявляються й морфологічні зміни: гомогенізація ядер лімфоцитів, поява лімфоцитів із мікроядрами, гігантських гіперсегментованих нейтрофілів, гігантських тромбоцитів.

3.5.4. Вплив опромінення на імунну систему

Основною функцією імунної системи є захист організму від впливу чужорідних антигенів та контроль за підтриманням генетичної сталості внутрішнього середовища організму. Цю функцію імунна система виконує за допомогою природних та адаптивних (придбаних) механізмів. В основі природного імунітету лежить дія неспецифічних механізмів, пов'язаних з функціонуванням клітинних (нейтрофіли, макрофаги, ЕК-клітини (природні кілери) та ін) та гуморальних (комплемент, лізоцим, інтерферони та ін) факторів. Чинники природного імунітету щодо радіостійкі і уражаються лише за дуже високих дозах опромінення. Специфічний імунітет, що ґрунтується на властивостях

Т-і В-лімфоцитів вибірково відповідати на чужорідні речовини, навпаки, високо чутливий до дії радіації.

Лімфоцити відносяться до найбільш радіочутливих клітин в організмі, і загибель їх відзначається вже після радіаційного впливу в десятих частках грею. При цьому гинуть не тільки молоді клітини, що діляться, а й (виключення з правила Бергоньє і Трібондо) зрілі лімфоцити, які в звичайних умовах (без антигенної стимуляції) не діляться. Серед радіочутливих клітин, схильних до інтерфазної загибелі при дозах, близьких або навіть більш низьких, ніж викликають репродуктивну загибель стовбурових кровотворних клітин, виділяються Т-лімфоцити (Т-хелпери і Т-супресори), В-лімфоцити та тимоцити вилочкової залози. Радіочутливість В-лімфоцитів вища, ніж Т-лімфоцитів, а радіаційна стійкість Т-супресорів дещо більша, ніж Т-хелперів. Тимоцити також розрізняються за своєю радіочутливістю: максимальна радіоураження відзначається у камбіальних клітин, а найбільша радіорезистентність - у епітеліальних клітин. Крім того, серед Т-лімфоцитів є порівняно невелика популяція радіостійких клітин, які зберігають свою функціональну активність після опромінення у дуже високих дозах (6-10 Гр, а за деякими даними – до 20 Гр). Ці клітини є одночасно кортизонорезистентними. Їх вміст становить близько 3-8% від усіх Т-лімфоцитів, і, можливо, вони є Т-клітинами пам'яті.

З високою радіочутливістю зрілих популяцій лімфоцитів крові та їх інтерфазною загибеллю в перший день після дії іонізуючого випромінювання пов'язаний і швидкий розвиток лімфопенії після опромінення. Інтерфазна загибель лімфоцитів не пов'язана з моментом клітинного мітозу, вона починається через 6 годин і завершується через 3 доби після радіаційного впливу. Руйнування лімфоцитів після опромінення відбувається як у лімфоїдних органах (тимус, лімфатичні вузли, селезінка, лімфоїдні утворення в кишечнику), так і в периферичній крові та лімфі. В результаті можна виявити зниження числа лімфоцитів у крові вже через десятки хвилин після опромінення, а до 3-ї доби число лімфоцитів знижується до мінімальних величин. Глибина зниження рівня лімфоцитів, як і інших клітин периферичної крові, прямо залежить від дози опромінення. Слід наголосити, що післярадіаційне падіння числа лімфоцитів, поряд з гранулоцитопенією, є основною причиною розвитку синдрому інфекційних ускладнень у періоді розпалу гострої променевої хвороби.

3.5. Дія іонізуючих випромінювань на критичні системи організму

Таблиця 37 – Радіочутливість деяких клітин імунної системи людини

(За даними А.А. Яриліна, 1989, 1997; Т. Szepesi, Т.М. Fliedner, 1989)

Вплив радіації на лімфоїдну тканину призводить не лише до загибелі лімфоцитів, а й викликає значні зміни їхньої функціональної активності. Це, у свою чергу, може призводити до збочення імунної відповіді як у найближчі терміни, так і (що особливо важливо) у віддаленому періоді після променевого впливу.

Так, вже в найближчі хвилини-години після опромінення як В-лімфоцитів, так і особливо для Т-лімфоцитів, характерна втрата наявних на їх поверхні клітинних рецепторів для різних антигенів, що пов'язано з втручанням іонізуючих випромінювань в процес реаранжування генів TCR ( антигенрозпізнаючого рецептора Т-лімфоцитів). Пострадіаційна зміна експресії молекул адгезії призводить до порушення розподілу лімфоцитів у крові та лімфоїдних органах та фактично спотворює просторову організацію імунної системи.

Вже ранні терміни після опромінення значно знижується здатність В-лімфоцитів до вироблення специфічних імуноглобулінів у відповідь антигенну стимуляцію. Це пригнічення прямо корелює з динамікою депопуляції лімфоїдних органів, а найбільше виражено у разі введення антигену через 1-2 доби. після опромінення. При введенні антигену незадовго до опромінення вироблення антитіл може навіть збільшуватися. У разі попередньої імунізації перед воз-

дією радіації «вторинна відповідь» на повторне введення антигену після опромінення суттєво не порушується.

Ще одним найближчим результатом радіаційного впливу є зниження проліферативної активності Т-лімфоцитів, їх міграційних властивостей, здатності інактивувати несингенні КУО. Загибель в результаті опромінення Т-лімфоцитів супроводжується зниженням в організмі їх цитотоксичних функцій, що проявляється пригніченням деяких реакцій гіперчутливості уповільненого типу, реакцій типу «трансплантат проти господаря» та ін. , яка виявляється пригніченою вже після опромінення у дозах 0,15-0,20 грн.

Вплив іонізуючих випромінювань призводить до порушення балансу Т-хелперів класів Th1 та Th2, які визначають співвідношення клітинної опосередкованої та гуморальної складової імунної відповіді, а також низки проявів імунопатології. Нагадаємо, що продукти Th2 – інтерлейкін-2, γ-інтерферон, β-туморнекротичний фактор – забезпечують розвиток клітинного імунітету, а продукти Th2 – інтерлейкін-4, -5, -10 – служать медіаторами гуморальної відповіді. Ці клітини знаходяться у співвідношеннях антагонізму, що реалізується за участю γ-інтерферону та інтерлейкіну-10.

Диференціювання Thl підтримується макрофагами через вироблення інтерлейкіну-12, а розвиток Th2 регулюється інтерлейкіном-4. У свою чергу продукт Thl-інтерферон стимулює активність макрофагів.

3.5. Дія іонізуючих випромінювань на критичні системи організму

Встановлено, що чим вища залежність імунної відповіді від тимусу, тим сильніше виявляється ефект радіації. Дія іонізуючих випромінювань на тимузалежну ланку імунної системи складається з безпосереднього впливу на Т-клітини та опосередкованої дії через строму тимусу. Активність строми тимусу в ранні терміни після опромінення може підвищуватися, а пізніші, як правило, пригнічується, що супроводжується прискореною передачею повноважень тимусу периферичному відділу імунної системи та розвитком проявів імунологічного старіння.

У ранньому пострадіаційному періоді підвищується ймовірність розвитку аутоімунних реакцій, вираженість яких наростає зі збільшенням дози опромінення. Однак аутоімунні процеси виявляються і в пізні терміни після променевого впливу, а також за дії малих доз радіації. Ряд дослідників вважають, що для малих доз та інтенсивностей іонізуючих випромінювань розвиток аутоімунних процесів навіть більш характерний, ніж для наслідків опромінення у високих дозах.

При дії високих доз іонізуючих випромінювань, що вбивають більшу частину лімфоцитів, порушується формування антиген-розпізнаючого механізму. Клітини, що зумовлюють селекцію тимоцитів, сильно різняться за своєю радіочутливістю: епітеліальні клітини стійкі до дії радіації в дозах до 8-10 Гр, а дендритні клітини гинуть вже за доз 2-4 Гр. У зв'язку з цим процес позитивної селекції є відносно стійким до радіо, а опромінення в малих дозах навіть може підвищувати його ефективність. Навпаки, процес негативної селекції порушується вже за дії щодо малих доз радіації, унаслідок чого частина аутореактивних клонів може зберегтися, й надалі стати джерелом аутоагресії. У пізні терміни після опромінення можуть страждати як дендритні, а й епітеліальні клітини тимусу. Це пов'язано з загибеллю їх щодо радіочутливих попередників - комбіальних клітин, що діляться (D0 для них становить 2,5-3,7 Гр). В результаті цього знижується кількість Т-лімфоцитів, що пройшли диференціювання, зменшується загальна чисельність тимоцитів (подібний процес спостерігається при старінні) і, як наслідок, зростає ймовірність розвитку аутоімунних і пухлинних процесів.

Ще одним фактором, що призводить до прогресування аутоімунних процесів в опроміненому організмі, є рання загибель пострадіаційної спеціальної популяції супресорних клітин, що стримують утворення В1-клітинами природних аутоантитіл до

ендогенних субстанцій. Усунення цих клітин опроміненням, які гинуть вже за дозах 4-6 Гр, призводить до посилення вироблення природних аутоантитіл і, як наслідок, розвитку органоспецифічних аутоімунних процесів.

Важливим аспектом дії іонізуючих випромінювань на імунітет є їх вплив на систему цитокінів – продуктів активованих клітин імунної системи, що відіграють ключову роль у регуляції гемопоезу та міжклітинної взаємодії в ході розвитку запалення та імунної відповіді. Дія радіації на цю систему залежить від природи клітин-продуцентів цитокінів. Так, утворення лімфокінів in vivo пригнічується у зв'язку з масовою загибеллю лімфоцитів, що виробляють їх, хоча сам по собі процес продукції цитокіну може стимулюватися радіацією (як це має місце у випадку з інтерлейкіном-2). У той же час вплив іонізуючих випромінювань призводить до збільшення вироблення інтерлейкіну-1, -6 та фактора некрозу пухлин, макрофагами, стромальних та епітеліальних клітин тимусу. Стимуляція вироблення цих цитокінів опроміненням особливо цікава, тому що інтерлейкін-1 і фактор некрозу пухлин, самі по собі мають радіопротекторну дію, що реалізується за участю інтерлейкіну-6, а в поєднанні з інтерлейкіном-1 радіозахисна активність проявляється також у гранулотар . Ці факти, ймовірно, свідчать, що деякі ефекти радіації спрямовані на ослаблення чи ліквідацію викликаних нею наслідків.

Таким чином, іонізуючі випромінювання істотно впливають на імунну систему, викликаючи широкий спектр її реакцій – від зміни регуляції імунної відповіді до загибелі імунокомпетентних клітин. Так, зміна експресії молекул адгезії, що призводить до порушень розподілу лімфоцитів, спотворює просторову організацію імунної системи. Її тимчасова організація порушується внаслідок втручання радіації в процес реаранжування генів TCR, пошкодження епітелію тимусу та пов'язаного з цим «переведення імунологічного годинника» у бік старіння.

3.5.5. Дія іонізуючої радіації нашлунково-кишковий тракт

У шлунково-кишковому тракті найбільш радіочутливою є тонка кишка, D0 для стовбурових клітин епітелію тонкої кишки становить близько 1 Гр, тоді як у товстій кишці цей показник до-

2.2 Вплив іонізуючої радіації на імунітет

Малі дози радіації, мабуть, не надають помітного впливу імунітет. При опроміненні тварин сублетальними та летальними дозами відбувається різке зниження резистентності організму до інфекції, що зумовлено низкою факторів, серед яких найважливішу роль відіграють: різке підвищення проникності біологічних бар'єрів (шкіри, дихальних шляхів, шлунково-кишкового тракту та ін.), пригнічення бактерицидних властивостей , сироватки крові та тканин, зниження концентрації лізоциму в слині та крові, різке зменшення числа лейкоцитів у кровоносному руслі, пригнічення фагоцитарної системи, несприятливі зміни біологічних властивостей мікробів, що постійно мешкають в організмі, - збільшення їх біохімічної активності, посилення патогенних властивостей, підвищення та ін.

Опромінення тварин у сублетальних і летальних дозах призводить до того, що з великих мікробних резервуарів (кишковик, дихальні шляхи, шкіра) в кров і тканини надходить безліч бактерій. При цьому умовно виділяють період стерильності (його тривалість одну добу), протягом якого мікробів у тканинах практично не виявляється; період обсіменіння регіонарних лімфатичних вузлів (зазвичай збігається з латентним періодом); бактеріємічний період (тривалість його 4-7 днів), який характеризується появою мікробів у крові та тканинах, і, нарешті, період декомпенсації захисних механізмів, протягом якого відзначається різке зростання кількості мікробів в органах, тканинах та крові (цей період настає за кілька днів до загибелі тварин).

Під дією великих доз радіації, що викликають часткову або повну загибель всіх опромінених тварин, організм виявляється беззбройним як до ендогенної (сапрофітної) мікрофлори, так і до екзогенних інфекцій. Вважають, що в період розпалу гострої променевої хвороби природний і штучний імунітет сильно ослаблений. Однак є дані, що вказують на сприятливіший результат перебігу гострої променевої хвороби у тварин, що зазнали імунізації до впливу іонізуючого випромінювання. Разом з тим, експериментально встановлено, що вакцинація опромінених тварин обтяжує перебіг гострої променевої хвороби, і з цієї причини вона протипоказана до вирішення хвороби. Навпаки, через кілька тижнів після опромінення в сублетальних дозах вироблення антитіл поступово відновлюється, і тому вже через 1-2 місяці після радіаційного впливу вакцинація цілком допустима.

Радіобіологи мають вельми солідний багаж знань про дію на біомакромолекули, клітини, організми високих доз іонізуючого випромінювання, але не мають ні достатніх даних.

Вплив малих доз радіації

Величезна кількість нових фактів, що стосуються впливу радіації, дали трагічні наслідки двох грандіозних радіаційних катастроф: південно-уральської 1957 і чорнобильської 1986.

Вплив малих доз радіації

Визначний шведський радіобіолог Р.М. Зіверт ще 1950 р. дійшов висновку, що з дії радіації на живі організми немає порогового рівня. Пороговий рівень - це такий...

Вплив радіації на людину та довкілля

Вважається, що радіація у будь-яких дозах дуже небезпечна. Її вплив на живий організм може мати, як і позитивний характер: використання в медицині, так і негативний: променева хвороба. Цікаві результати отримали вчені...

Дія іонізуючого випромінювання на тварин

У принципі, всі сільськогосподарські тварини, що зазнали дії іонізуючих випромінювань, можуть бути розділені на дві категорії. До першої категорії належать тварини, які отримали летальні дози радіації.

Природний радіаційний фон

Особливості впливу радіації на живу речовину

Основну частину опромінення населення земної кулі одержує від природних джерел радіації. Більшість з них такі, що уникнути опромінення від них неможливо.

Особливості впливу радіації на живу речовину

В середньому приблизно 2/3 ефективної еквівалентної дози опромінення, яку людина отримує від природних джерел радіації, надходить від радіоактивних речовин, що потрапили в організм з їжею, водою та повітрям.

Особливості впливу радіації на живу речовину

У своїй останній доповіді НКДАР ООН вперше за 20 років опублікував докладний огляд відомостей, що стосуються гострої поразки організму людини, яка відбувається при великих дозах опромінення. Взагалі кажучи, радіація має подібну дію...

Оцінка екологічної небезпеки уламків поділу

Вплив радіації на організм людини називають опроміненням. Під час цього процесу енергія радіації передається клітинам, цим руйнуючи їх. Опромінення може спричинити всілякі захворювання: інфекційні ускладнення.

Гранично допустима концентрація шкідливих речовин

Гранично допустимий рівень (ПДУ) - це максимальний рівень впливу радіації, шуму, вібрації, магнітних полів та інших шкідливих фізичних впливів, що не становить небезпеки для здоров'я людини, стану тварин, рослин...

Сонячна радіація та її вплив на природні та господарські процеси

Цитологія та охорона навколишнього середовища

Вплив радіації на організм може бути різним, але майже завжди він негативний. У малих дозах радіаційне випромінювання може стати каталізатором процесів, що призводять до раку чи генетичних порушень.

Тема 3.2 БІОЛОГІЧНІ ЕФЕКТИ ВПЛИВУ ІОНІЗУЮЧИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ НА ОТДЕЛЕНІ ОРГАНИ І СИСТЕМИ ОРГАНІВ Вплив ІІ на органи кровотворення та периферитну систему

2.1. Вплив ІІ на органи кровотворення та периферичну кров Кроветворні органи є критичними (життєво важливими органами) при впливі іонізуючої радіації в діапазоні поглинених доз від 0,25 до 10 Гр. При цьому розвивається кістково-мозковий (кровотворний) синдром різної інтенсивності – від променевих реакцій до гострої променевої хвороби різного ступеня тяжкості. Основне призначення кісткового мозку – продукція зрілих, високодиференційованих клітин крові, де кістковий мозок є «фабрикою», яка виробляє клітини крові, а периферична кров – «службою збуту», що доставляє органам, тканинам і клітинам зрілі формові елементи крові – лейкоцити, еритроцити, тромбоцити.

Згідно з сучасними уявленнями, родоначальницею всіх клітин крові є стовбурова кровотворна клітина (СКК), що володіє клоногенною властивістю, при розподілі частина її потомства призначається для диференціації в специфічні (спеціалізовані) клітинні лінії, інша - використовується для розселення в кровотворні органи та відновлення . Розподіл і дозрівання (диференціація) кровотворних клітин відбуваються в червоному кістковому мозку, тимусі (вилочковій залозі), селезінці, лімфатичних вузлах та в інших скупченнях лімфоїдної тканини (пейєрові бляшки в кишечнику ссавців, бурса або Фабрицієва сумка у птахів).

Кров і лімфа є рідкими сполучними тканинами організму, складаються з плазми та формених елементів, вони виконують різноманітну функцію. У лімфі основними клітинами є спеціальний вид лейкоцитів – лімфоцити. Ці тканини здійснюють дві основні функції – транспортну та захисну.

Гематологічні показники у різних видів тварин Показники Од. СІ КороваКіньСвиняВівця Еритроцити × g/L Тромбоцити× / L Лейкоцити× 10 9 /L Нейтрофіли С% П% Лімфоцити% Моноцити% Еозіно-філи % Базофіли%0-20-3

Радіочутливість клітин крові Відповідно до правила Трибондо і Бергоньє, найбільшу радіочутливість мають діляться стовбурові кровотворні клітини і диференціюються в спеціалізовані лінії клітини (клони), а зрілі клітини периферичної крові більш радіорезистентні. Тому відразу після опромінення починаються загибель стовбурових кровотворних клітин та спустошення червоного кісткового мозку, у периферичній крові спостерігається зниження числа формених елементів крові внаслідок їх міграції за межі кровоносних судин у тканині та органи, а також за рахунок їхньої природної загибелі. При загальному опроміненні в межах доз від ЛД 50/30 до ЛД 100/30 розвивається типовий кровотворний (кістномозковий) синдром, який характеризується зменшенням числа формених елементів крові внаслідок аплазії (гіпоплазії) кісткового мозку.

Радіочутливість клітин кісткового мозку Субпопуляції кісткового мозку D 0, Гр паростки кровотворення мієлоїдний еритроїдний мегакаріоцитарний Стовбурові клітини 1,6-1,7 Комітовані 1,91,5-1,71,6-1,7 -4,7- Дозріваючий пул10,012,912,0 Зрілі клітини> 15,0 15,0">

Найбільша радіочутливість відзначається у стовбурових та комітованих клітин (D 0 від 1,5 до 1,9 Гр). Мієлобласти більш стійкі до дії радіації (D 0 = 3,0-3,5 Гр), а промієлоцити та мієлоцити дуже радіорезистентні (D 0 дорівнює 8,5 та 10,0 Гр відповідно). Для еритробластів D0 становить близько 1 Гр, для базофільних нормобластів – 0,5 Гр, поліхроматофільних нормобластів – 4,7 Гр, оксифільних нормобластів – 8,3 Гр, для ретикулоцитів – 12,9 Гр. Зрілі клітинні елементи крові (лейкоцити, тромбоцити та еритроцити) досить стійкі до дії іонізуючого випромінювання (D 0 > 15 Гр), Зміна їх кількості в крові після опромінення пов'язана з їх природним процесом і відсутністю надходження в периферичну кров нових зрілих клітин. 15 Гр), Зміна їх кількості в крові після опромінення пов'язана з природним процесом їх і відсутністю надходження в периферичну кров нових зрілих клітин.

Найбільш радіочутливі клітини крові – лейкоцити. При розвитку кістково-мозкового синдрому спостерігається: Дозозалежне, фазне зменшення числа лейкоцитів (лейкопенія) за рахунок зменшення кількості лімфоцитів (ліфопенія) та нейтрофілів (нейтропенія); Зменшення числа лімфоцитів (лімфопенія) – це об'єктивні показники ступеня променевого ураження організму, т.к. тривалість життя лімфоцитів становить від кількох годин до 1-2 діб. Зменшення числа лімфоцитів відзначається при опроміненні дозою радий, зі збільшенням дози лімфопенічний ефект збільшується. Морфологічні зміни: порушується співвідношення малих, середніх, великих (зрілих) форм, починають переважати зрілі форми лімфоцити, з'являються двоядерні клітини, зернистість та вакуолізація ядер та протоплазми.

2. Зменшення числа нейтрофілів (нейтропенія). У більшості сільськогосподарських тварин нейтрофіли становлять найбільшу частину лейкоцитів (до%). При радіаційних ураженнях зменшення числа нейтрофілів має фазний дозозалежний характер. Спостерігаються морфологічні зміни: зміна співвідношення форм клітин - у фази підйому збільшується відсоток молодих форм (юні та паличкоядерні - зрушення вліво); у періоди спустошення – сегментоядерні форми (зсув праворуч); поява патологічних форм – клітини з гіперсегментованими (3), пікнотичними, ядрами, що лізуються (1), з вакуолями в ядрі та цитоплазмі (2).

Дози опромінення 1 - 1 Гр, 2 - 3 Гр, 3 - 4 Гр, 4 - 6 Гр У тварин після променевого впливу виділяють п'ять фаз у змінах кількості нейтрофілів. 1 фаза - фаза початкового нейтрофілозу, (в результаті швидкого виходу клітин з кісткового мозку.) 2 фаза - фаза першого спустошення. Число нейтрофілів зменшується до % від вихідного рівня, а у важких випадках і нижче, продовжуючись до загибелі тварини. Пояснюється припиненням виходу нейтрофілів з кісткового мозку внаслідок припинення поділу стовбурових клітин та їх загибелі. 3 фаза - фаза абортивного підйому, максимум його відзначається на 7-17 день. В даний період кількість нейтрофілів може досягти % від вихідного (відновлюється проліферація костномозкових клітин, що вижили). 4 фаза - фаза другого спустошення. 5 фаза - фаза відновлення, розвивається повільно і характеризується початком репопуляції (розмноження) стовбурових кровотворних клітин, що вижили.

Джерела іонізуючого випромінювання (радіонукліди) можуть бути поза організмом і (або) всередині нього. Якщо тварини піддаються впливу випромінювання ззовні, то говорять про зовнішньому опроміненні,а вплив іонізуючих випромінювань на органи та тканини від інкорпорованих радіонуклідів називають внутрішнім опроміненням.У реальних умовах найчастіше можливі різні варіанти і зовнішнього, і внутрішнього опромінення. Такі варіанти впливу називаються поєднаними радіаційними ураженнями.

Доза зовнішнього опромінення формується головним чином за рахунок дії г-випромінювання; б-і в-випромінювання не вносять істотного вкладу в загальне зовнішнє опромінення тварин, оскільки вони в основному поглинаються повітрям або епідермісом шкіри. Радіаційне ураження шкірних покривів в-частинками можливе в основному при утриманні худоби на відкритій місцевості в момент випадання радіоактивних продуктів ядерного вибуху або інших опадів.

Характер зовнішнього опромінення тварин у часі може бути різним. Можливі різні варіанти одноразовогоопромінення, коли тварини зазнають радіаційного впливу протягом короткого проміжку часу. У радіобіології прийнято вважати одноразовим опроміненням вплив радіації протягом не більше 4 діб. У всіх випадках, коли тварини зазнають зовнішнього опромінення з перервами (вони можуть бути різними за тривалістю), має місце фракціоноване (переривчасте)опромінення. При безперервному тривалому впливі іонізуючого випромінювання на організм тварин говорять про пролонгованомуопроміненні.

Виділяють загальне (тотальне)опромінення, у якому радіаційному впливу піддається все тіло. Цей вид опромінення має місце, наприклад, при проживання тварин на території, забрудненої радіоактивними речовинами. Крім того, в умовах спеціальних радіобіологічних досліджень може здійснюватися місцевеопромінення, коли піддається радіаційному впливу та чи інша частина тіла! При тій же дозі опромінення найтяжчі наслідки спостерігаються при загальному опроміненні. Наприклад, при опроміненні всього тіла тварин у дозі 1500 Р відзначається практично 100% їх загибель, тоді як опромінення обмеженої ділянки тіла (голови, кінцівок, щитовидної залози і т. д.) будь-яких серйозних наслідків не викликає. Надалі розглядаються наслідки лише загального зовнішнього опромінення тварин.

Вплив іонізуючої радіації на імунітет

Малі дози радіації, мабуть, не надають помітного впливу імунітет. При опроміненні тварин сублетальними та летальними дозами відбувається різке зниження резистентності організму до інфекції, що зумовлено низкою факторів, серед яких найважливішу роль відіграють: різке підвищення проникності біологічних бар'єрів (шкіри, дихальних шляхів, шлунково-кишкового тракту та ін.), пригнічення бактерицидних властивостей , сироватки крові та тканин, зниження концентрації лізоциму в слині та крові, різке зменшення числа лейкоцитів у кровоносному руслі, пригнічення фагоцитарної системи, несприятливі зміни біологічних властивостей мікробів, що постійно мешкають в організмі, - збільшення їх біохімічної активності, посилення патогенних властивостей, підвищення та ін.

Опромінення тварин у сублетальних і летальних дозах призводить до того, що з великих мікробних резервуарів (кишковик, дихальні шляхи, шкіра) в кров і тканини надходить безліч бактерій. При цьому умовно виділяють період стерильності (його тривалість одну добу), протягом якого мікробів у тканинах практично не виявляється; період обсіменіння регіонарних лімфатичних вузлів (зазвичай збігається з латентним періодом); бактеріємічний період (тривалість його 4-7 днів), який характеризується появою мікробів у крові та тканинах, і, нарешті, період декомпенсації захисних механізмів, протягом якого відзначається різке зростання кількості мікробів в органах, тканинах та крові (цей період настає за кілька днів до загибелі тварин).

Під дією великих доз радіації, що викликають часткову або повну загибель всіх опромінених тварин, організм виявляється беззбройним як до ендогенної (сапрофітної) мікрофлори, так і до екзогенних інфекцій. Вважають, що в період розпалу гострої променевої хвороби природний і штучний імунітет сильно ослаблений. Однак є дані, що вказують на сприятливіший результат перебігу гострої променевої хвороби у тварин, що зазнали імунізації до впливу іонізуючого випромінювання. Разом з тим, експериментально встановлено, що вакцинація опромінених тварин обтяжує перебіг гострої променевої хвороби, і з цієї причини вона протипоказана до вирішення хвороби. Навпаки, через кілька тижнів після опромінення в сублетальних дозах вироблення антитіл поступово відновлюється, і тому вже через 1-2 місяці після радіаційного впливу вакцинація цілком допустима.

Вплив радіації на імунну систему та їх наслідки

Іонізуюче випромінювання в будь-яких дозах викликає функціональні та морфологічні зміни в клітинних структурах та змінює діяльність майже у всіх системах організму. Внаслідок цього підвищується або пригнічується імунологічна реактивність тварин. Імунна система є високоспеціалізованою, її складають лімфоїдні органи, їх клітини, макрофаги, клітини крові (нейтрофільні, еозинофільні та базофільні, гранулоцити), система комплементу, інтерферон, лізоцим, пропердин та інші фактори. Головним імунокомпетентними клітинами є Т- та В-лімфоцити, відповідальні за клітинний та гуморальний імунітет.

Спрямованість та ступінь змін імунологічної реактивності тварин при дії радіації визначається головним чином поглиненою дозою та потужністю опромінення. Малі дози випромінювання підвищують специфічну та неспецифічну, клітинну та гуморальну, загальну та імунобіологічну реактивність організму, сприяють сприятливому перебігу патологічного процесу, підвищують продуктивність худоби та птахів.

Іонізуюче випромінювання у сублетальних та летальних дозах призводить до ослаблення тварин або пригнічення імунологічної реактивності тварин. Порушення показників імунологічної реактивності відзначається значно раніше, ніж проявляються клінічні ознаки променевої хвороби. З розвитком гострої променевої хвороби імунологічні властивості організму дедалі більше послаблюються.

Знижується резистентність наділеного організму до збудників інфекції може з наступних причин: порушення проникності мембран тканинних бар'єрів, зниження бактерицидних властивостей крові, лімфи і тканин, придушення кровотворення, лейкопенія, анемія та тромбоцитопенія, ослаблення фагоцитарного механізму зміни у тканинах та органах.

При дії іонізуючого випромінювання в невеликих дозах змінюється проникність тканин, а при сублетальній дозі і різкіше збільшується проникність судинної стінки, особливо капілярів. Після опромінення середньолітальних доз у тварин розвивається підвищена проникність кишкового бар'єру, що є однією з причин розселення кишкової мікрофлори по органах. Як при зовнішньому, так і внутрішньому опроміненні відзначається збільшення аутофлори шкіри, яке проявляється рано, вже в латентний період променевого ураження. Цей феномен простежується у ссавців, птахів та людини. Посилене розмноження та розселення мікроорганізмів на шкірі, слизових оболонках та в органах обумовлюється зниженням бактерицидних властивостей рідин та тканин.

Визначення числа кишкових паличок та особливо гемолітичних форм мікробів на поверхні шкіри та слизових оболонках є одним із тестів, що дозволяють рано встановити ступінь порушення імунобіологічної реактивності. Зазвичай підвищення автофлори відбувається синхронно з розвитком лейкопенії.

Закономірність змін аутофлори шкіри та слизових оболонок при зовнішньому опроміненні та інкорпорації різних радіоактивних ізотопів зберігається. За загального опромінення зовнішніми джерелами радіації спостерігається зональність порушення бактерицидних шкірних покривів. Останнє, очевидно, пов'язані з анатомофізіологічними особливостями різних ділянок шкіри. У цілому нині бактерицидна функція шкіри перебуває у прямої залежності від поглиненої дози випромінювання; при летальних дозах вона різко знижується. У великої рогатої худоби і овець, наділених гамма-променями (цезій-137) в дозі ЛД 80-90/30, зміни аутофлори шкіри і слизових оболонок починається з першої доби, а до вихідного стану у тварин, що вижили, приходять на 45-60-му дню.

Внутрішнє опромінення, як і зовнішнє, викликає значне зниження бактерицидності шкіри та слизових оболонок при одноразовому введенні йоду-131 курей у дозах 3 та 25 мКі на 1 кг їх маси кількість бактерій на шкірі починає вже з першої доби збільшуватися, досягаючи максимуму на п'ятий день. Дробне веління зазначеного кількість ізотопу протягом 10 днів призводить до значно великого бактеріального обсіменіння шкіри та слизової оболонки ротової порожнини з максимумом на 10-й день, причому в основному зростає кількість мікробів з підвищеною біохімічною активністю. У наступний час простежується прямий зв'язок чисельного збільшення бактерій із клінічним проявом променевого ураження.

Одним із факторів, що забезпечують природну антимікробну стійкість тканин, є лізоцим. При променевому ураженні вміст лізоциму в тканинах та крові зменшується, що свідчить про зменшення його продукції. Цей тест може бути використаний для визначення ранніх змін резистентності одягнених тварин.

Велику роль несприйнятливості тварин до інфекцій грає фагоцитоз. При внутрішньому та зовнішньому опроміненнях у принципі зміни фагоцитарної реакції мають аналогічну картину. Ступінь порушення реакції залежить від величини дози; при малих дозах (до 10-25 рад) відзначається короткочасна активація фагоцитарної здатності фагоцитів, при напівлетальних - фаза активації фагоцитів скорочується до 1-2 днів, надалі активність фагоцитозу знижується і в летальних випадках доходить до нуля. У тварин, що одужують, відбувається повільна активація реакції фагоцитозу.

Значні зміни в опроміненому організмі зазнають фагоцитарних здібностей клітин ретикулоендотеліальної системи та макрофагів. Ці клітини досить радіорезистентні. Однак, фагоцитуюча здатність макрофагів при опроміненні порушується рано. Пригнічення фагоцитарної реакції проявляється незавершеністю фагоцитозу. Очевидно, опромінення порушує зв'язок між процесами захоплення частинок макрофагами та ферментативними процесами. Пригнічення функції фагоцитозу в цих випадках може бути пов'язане з пригніченням вироблення відповідних опсонінів лімфойдною системою, бо відомо, що при променевій хворобі відзначається зменшення в крові комплементу, пропердину, опсоніну та інших біологічних речовин.

В імунологічних механізмах самозахисту організму велику роль відіграють аутоантитіла. При радіаційних ураженнях відбувається підвищення освіти та накопичення аутоантитіл. Після опромінення в організмі можна виявити імунокомпетентні клітини із хромосомними транслокаціями. У генетичному відношенні вони від нормальних клітин організму, тобто. є мутантами. Організми, в яких існують генетично різні клітини та тканини, позначаються як химери. Аномальні клітини, що утворилися під дією опромінення, відповідальні за імунологічні реакції, набувають здатності виробляти антитіла проти нормальних антигенів організму. Імунологічна реакція аномальних клітин проти власного організму може спричинити спленомегалію з атрофією лімфоїдного апарату, анемію, відставання у зростанні та масі тварини та низку інших порушень. При досить велику кількість таких клітин може статися загибель тварини.

Відповідно до імуногенетичної концепції, висунутої імунологом Р.В. Петровим, спостерігається наступна послідовність процесів променевого ураження: мутагенна дія радіації→відносне збільшення аномальних клітин, що мають здатність до агресії проти нормальних антигенів→накопичення таких клітин в організмі→аутогенна агресія аномальних клітин проти нормальних тканин. На думку деяких дослідників, аутоантитіла, що рано проявляються в опроміненому організмі, беруть участь у підвищенні його радіорезистентності при одноразових впливах сублетальних доз і при хронічному опроміненні малими дозами.

Про порушення резистентності у тварин при опроміненні свідчать лейкопенія та анемія, пригнічення діяльності кісткового мозку та елементів лімфоїдної тканини. Ураження клітин крові та інших тканин та зміна їх діяльності позначаються на стані гуморальних систем імунітету - плазмі, фракційному складі сироваткових білків, лімфі та інших рідинах. У свою чергу, ці субстанції, наражаючись на вплив випромінювання, впливають на клітини і тканини і самі по собі зумовлюють і доповнюють інші фактори зниження природної резистентності.

Пригнічення неспецифічного імунітету у опромінених тварин призводить до посилення розвитку ендогенної інфекції - збільшується кількість мікробів аутофлори кишечника, шкіри та інших областей, змінюється її видовий склад, тобто. розвивається дисбактеріоз. У крові та внутрішніх органах тварин починають виявлятися мікроби – мешканці кишечника.

Бактеріємія має винятково важливе значення у патогенезі променевої хвороби. Між початком виникнення бактеріємії та терміном загибелі тварин спостерігається пряма залежність.

При радіаційних ураженнях організму змінюється його природна стійкість до екзогенних інфекцій: туберкульозних та дизентерійних мікробів, пневмококів, стрептококів, збудників паратифозних інфекцій, лептоспірозу, туляремії, трихофітії, кандидамікозу, вірусів інфлюєнци, загону курячих, що характеризується ураженням органів дихання, травлення та центральної нервової системи), найпростішими (кокцидіями), бактеріальним токсинам. Проте видова несприйнятливість тварин до інфекційних хвороб зберігається.

Променеве вплив у сублетальних і летальних дозах обтяжує перебіг інфекційної хвороби, а інфекція, своєю чергою, обтяжує перебіг променевої хвороби. За таких варіантів симптоми хвороби залежать від дозового, вірулентного та тимчасового поєднання дії факторів. При дозах опромінення, що викликають тяжкий і вкрай тяжкий ступінь променевої хвороби, і при інфікуванні тварин перші три періоди її розвитку (період первинних реакцій, латентний період та розпал хвороби) переважно переважатимуть ознаки гострого променевого захворювання. Зараження тварин збудником гострої інфекційної хвороби незадовго або на тлі опромінення сублетальними дозами призводять до обтяження перебігу даної хвороби з розвитком щодо характерних для неї клінічних ознак. Так, у поросят, опромінених смертельними дозами (700 і 900 Р) і заражених через 5 год, 1,2,3,4, та 5 діб. після опромінення вірусом чуми, при розтині знаходять переважно зміни, які спостерігаються у опромінених тварин. Лейкоцитарна інфільтрація, клітинно-проліферативна реакція, інфаркти селезінки, які спостерігаються при чистій формі чуми, у цих випадках відсутні. Підвищена чутливість підсвинків до збудника пики у перехворілих на променеву хворобу середнього ступеня тяжкості зберігається через 2 міс. після опромінення рентгенівськими променями в дозі 500 Р. При експериментальному зараженні збудником бешихи хвороба у свиней проявляється бурхливіше, генералізація інфекційного процесу настає на третю добу, тоді як у контрольних тварин вона зазвичай реєструється тільки на четвертий день. Патоморфологічні зміни у опромінених тварин при цьому характеризуються вираженим геморагічним діатезом.

Експериментальними дослідженнями на морських свинках та вівцях виявлено своєрідний перебіг сибірки у тварин, хворих на променеву хворобу середньої тяжкості. Як зовні, і поєднане вплив радіації знижує вони стійкість до зараження збудником даної хвороби. Клінічні ознаки є суворо специфічними ні променевої хвороби, ні сибірки. У хворих відзначається виражена лейкопенія, підвищується температура тіла, частішає пульс і дихання, порушується функція шлунково-кишкового тракту, у сироватці крові проявляються сибіркові антитіла в низьких титрах, що виявляються реакцією непрямої гемаглютинації. Хвороба протікає гостро і закінчується летально. При патологічному розтині у всіх випадках реєструється зменшення селезінки та обсіменіння сибірковими мікробами внутрішніх органів та лімфовузлів.

Отже, вплив іонізуючого випромінювання на тварин у сублетальних у летальних дозах викликає зниження всіх природних факторів стійкості організму до ендогенних та екзогенних інфекцій. Це проявляється тим, що у опромінених тварин виникнення інфекційних хвороб відбувається при меншій дозі збудника, серед опромінених збільшується відсоток хворих, хвороба швидше та частіше закінчується загибеллю.

Порушення імунобіологічної реактивності виникають вже в період первинних реакцій на опромінення і поступово збільшуючись досягають максимуму розвитку в розпал променевої хвороби. У тварин, що вижили, відбувається відновлення природних факторів імунітету, повнота якого визначається ступенем променевого ураження.

Слід зазначити, що щодо дії іонізуючого випромінювання на фактори природного імунітету ще багато нез'ясованого, зокрема, слабо вивчено питання послідовності їх пригнічення, значення кожного з них при різних інфекціях та у різних тварин, можливості їх компенсації та активації.