ВВЕДЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

и в связи с этим следует задаться вопросом: является ли познание тайн природы выгодным для человечества, достаточно ли человечество созрело, чтобы извлекать из него только пользу, или же это познание для него вредоносно? ... Я лично принадлежу к людям, думающим, что человечество извлечет из новых открытий больше пользы, чем зла».

К сожалению, сбылись оба предсказания, и все же следует думать, что великий ученый был прав — в конечном итоге восторжествует благо.

Двадцатому веку последовательно приписывали три наименования — атомный, космический и век биологии. Можно смело утверждать, что первое из них пока наиболее емко, ибо есть все основания полагать, что успехи в познании тайн атомного ядра и управлении его энергией окажут решающее влияние на все проблемы жизни на нашей планете и за ее пределами.

Расширение контактов человечества и всего живого с ионизирующими излучениями делает особенно актуальным изучение их биологического действия прежде всего биофизиками, биологами и медиками независимо от их узкой профессиональной специализации.

Несмотря на обилие самой разнообразной литературы, по разным аспектам радиобиологии крайне мало учебников, объективно отражающих современные представления о лучевых реакциях организма на разных уровнях его организации и уделяющих должное внимание теоретическим и прикладным аспектам проблемы. Это связано, вероятно, не только с трудностью обобщения огромного экспериментального материала в достаточно доступной форме, но и с ограниченным по объему и не свободным от субъективной окраски опытом преподавания отдельных фрагментов радиобиологии в некоторых вузах.

Между тем, как показал опыт первых изданий, в таком руководстве кроме студентов, и в не меньшей степени, заинтересованы широкие круги врачей, биологов и биофизиков.

Обилие литературы по отдельным вопросам радиационной медицины и дозиметрии освобождает от необходимости излагать в данной книге ставшие традиционными для большинства изданий сведения о строении атомного ядра, радиоактивности и других элементах ядер- ной физики, известных из курса физики. Здесь будут рассмотрены лишь особенности взаимодействия ионизирующих излучений с биологическим субстратом исходя из свойств излучения, определяющих специфику радиобиологического эффекта.

В соответствии с названием книги основное внимание, как и в первых изданиях, уделено лучевым реакциям организма животных и человека. Огромный материал по радиобиологии растительных объектов и микроорганизмов, а тем более по молекулярной радиобиологии остается, к сожалению, за пределами рассмотрения; с этими вопросами можно познакомиться в специальных изданиях, приведенных в списке литературы. Тем не менее при анализе механизмов различных проявлений радиационного поражения организма на тканевом и системном уровнях всегда рассматриваются данные клеточной радиобиологии, в связи с чем первая часть учебника посвящена вопросам общей радиологии.

Несмотря на ограничение круга рассматриваемых вопросов, многоплановость самого предмета радиобиологии неизбежно сказывается на характере изложения, логический ход которого часто приходится прерывать из-за необходимости отсылок к другим главам.

Материал систематизирован на основе курса лекций, прочитанные автором для студентов 5-го курса медико-биологического факультета 2-го Московского государственного медицинского института им. Н. И. Пирогова, а также опыта работы и подготовки кадров в лаборатории радиобиологии Всесоюзного онкологического научного центра АМН СССР. “

При подготовке третьего издания во многие разделы книги внесены дополнения и коррективы, отражающие данные, полученные в последнее время. К их числу в первую очередь относятся материалы по изучению механизмов репарации, кислородного эффекта и модификации радиочувствительности. Существенно переработана глава, посвященная радиационно-гигиеническому нормированию в связи с новыми международными рекомендациями и союзными национальными правилами радиационной безопасности.

Значительный прогресс достигнут в области управления тканевой радиочувствительностью, что создает перспективы развития радиобиологических методов повышения эффективности лучевой терапии опухолей. В этом последнем разделе наиболее интересные результаты получены в самое последнее время, в частности, при изучении таких .радиомодифицирующих агентов, как гипертермия и гипергликемия. Частично эти и другие новые данные внесены при переработке соот-

яетствующих глав второй части книги, а появившиеся в период между написанием учебника и его изданием, по чисто техническим причинам, приведены лишь в самом общем виде.

Все используемые величины физических характеристик излучения д^нме единицах Международной системы (СИ), а кроме того, приведены справочные таблицы и номограммы (гл. 4) для выполнения расчетов при использовании внесистемных единиц.

Автор выражает признательность чл.-кор. АМН СССР А. К. Гуськовой, проф. Л. X. Эйдусу и д-ру биол. наук А. А. Вайнсону за полезные советы и критические замечания. Подготовка настоящего издания совпала с двадцатилетием руководимого мною коллектива, и я могу с особым удовольствием отметить, что дружеская атмосфера в лаборатории во многом способствовала созданию данной книги.

Автор

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

ВОПРОСЫ 0В1ЦЕЙ РАДИОВИОНОПШ

ПРЕДМЕТ РАДИОБИОЛОГИИ

ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОБИОЛОГИИ

•

ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

КЛЕТОЧНЫЕ РЕАКЦИИ НА ОБЛУЧЕНИЕ

МОДИФИКАЦИЯ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИКИСЛОРОДНЫЙ ЭФФЕКТ

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ТЕОРИИРАДИОБИОЛОГИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

Всякая научная дисциплина или предмет наряду со специальными или частными содержит определенный круг общих вопросов, имеющих отношение к любому аспекту изу* чаемой проблемы. В наибольшей степени это относится к пограничным дисциплинам, находящимся на стыке наук, ибо постигающему основной предмет неизбежно приходится осваивать определенный объем основополагающих знаний из смежных дисциплин. Типичный пример такого рода —— радиобиология, где изучению закономерностей главного феномена —биологического действия ионизирующих излучений на разных уровнях организации живых систем—предшествует необходимость овладения основными сведениями из общей и ядерной физики, цитологии и генетики.

Общая радиобиология рассматривает радиочувствительность ——кардинальное понятие курса,физические свойства ионизирующих излучений, определяющие их относительную биологическую эффективность и особенн(х'ти взаимодействия с облучаемым веществом, лучевые реакции клетки——основной единицы, в которой осуществляется радиобиологический эффект, искусственную модификацию радиочувствительности с помощью различных физических и химических агентов и, наконец, теоретические представления о механизме биологического действия ионизирующих излучений.

Именно изложению этих вопросов, без знания которых невозможно освоение последующего многогранного материала, и посвящена первая часть учебника.

Радиация и жизнь. Основной парадокс радиобиологии. Различия между предметом радиобиологии и радиационными методами исследования. Не】 радиобиологии без эсперимен- та. Количество, мера — основ- ные критерии научного познания. Радиобиология служит человеку.Радиация и жизнь. Основной парадокс радиобиологии. Различия между предметом радиобиологии и радиационными методами исследования. Не】 радиобиологии без эсперимен- та. Количество, мера — основ- ные критерии научного познания. Радиобиология служит человеку.

Радиация и жизнь. Основной парадокс радиобиологии. Различия между предметом радиобиологии и радиационными методами исследования. Не】 радиобиологии без эсперимен- та. Количество, мера — основ- ные критерии научного познания. Радиобиология служит человеку.

Радиация и жизнь. Основной парадокс радиобиологии. Различия между предметом радиобиологии и радиационными методами исследования. Не】 радиобиологии без эсперимен- та. Количество, мера — основ- ные критерии научного познания. Радиобиология служит человеку.

7гобы <)ейст(ште.1ън</ .шить предмет, надо охватить, изучить все его стороны, все свя- з〃 〃 ^опосредствования». Мы никогда не достигнем уто^с полностью, но требование всесторонности предостережет нас от с〃/〃- бок..

3 И. Ленин

РАДИОБИОЛОГИЯКАК ПРЕДМЕТ

Ионизирующее излучение удобный инструмент изучения основ жизни. В природе не сучцествует феномена, не подверженного модифицирующему воздействию ионизирующих излучений, так как эне|)п1я их всегда превосходит эиер-

гию внутримолекулярных и межмолекулярных связей.

Поэтому радиобиология неминуемо в той или иной степени отражает все области биологи и. Соответственно исклю

чительно разнообразен набор объектов, я вл я к)1 ци а с я и р едметом радиоби о л о г и ч е<-- ких исследований, — макромолекулы, фаги, вирусы, простейшие, клеточные, тканевые и органные культуры, многокле

точные растительные и животные организм ы, человек, иопуляции, биоценозы.

Фундаментам ьной зяцаив 访，состав -

Л^дщен предмет радиобно/югн и, 'является вскрытие о^шл<х зако-

но№ернОсТёй~~бйо/ °『и/с к опГ ответа" на иоАи1ПГ^БЩе£ воздействиет на основе—котор нх можно — овладеть жгкусСТвбм у правлe?i и я лиевыми ' ~реакния^л!0p而由3而五一 一

Задача ла ттеНербятно трудна прежде всего потому, что для ее решения необходимо, по меткому выражению Н.В. Тимофеева-Рессовс ко го, понять и преодолеть основной радиобиологический “а- радокс, состоящий в большом несоот-

ветствии между ничтожной величиной поглощенной энергии и крайней степенью выраженности реакций биологического объекта вплоть до летального эффекта.

Несмотря на существующие в природе колоссальные различия в чувствительности к ионизирующим излучениям отдельных объектов (см. гл. 3), облучение в дозе 10 Гр убивает всех млекопитающих. Что же представляет собой такая доза по суммарной энергии, поглощенной в организме при облучении? Много это или мало? Если условно перевести эту энергию без потерь в тепловую энергию, то окажется > что организм человека нагреется /ни】ь на 0,001 \ т. е. меньше, чем от стакана выпитого горячего чая.

Сколько атомов подвергается ионизации при облучении в той же смертельной дозе 10 Гр? Косвенное представление об этом может быть получено из рассмотрения следующего примера. Оказывается, что если подвергать воздействию непрерывного излучения какое-либо вещество, по плотности соответствующее живым тканям, с интенсивностью, создающей смертельную дозу в течение 1 ч, то половина его атомов превратилась бы в ионы лишь через 1000 лет.

Наконец, небезынтересно узнать, что в 1 мкм3 ткани доза 10 Гр, исходя из расчетов Д. Ли, создает около 200 ионизаций, т. е. примерно такое же количество, как и число реагирующих молекул, а так как в 1 мкм3 ткани содержится около 1011 атомов, то смертельная доза 10 Гр приведет к изменению ничтожно мало比 доли молекул в данном объеме.

Причина того, почему ничтожное количество поглощенной в организме энергии приводит к катастрофе, составляет загадку радиобиологического парадокса, раскрытие ее могло бы решить основную задачу радиобиологии. Для этого необходимо привлечение сведений и методов из ряда смежных дисциплин — физики, химии, биохимии, физиологии, патологии, генетики и цитологии. В процессе изучения многочисленные радиобиологических эффектов сформировались специфические экспериментальные методы решения соответствующих проблем в модельных системах, на молекулярном, клеточном и организменном уровнях.

Наличие фундаментальной задачи, составляющей предмет радиобиологии, и собственных методов исследования определяет ее как самостоятельную комплексную научную дисциплину, имеющую тесные связи с рядом теоретических и прикладных областей знаний (рис. 1).

Часто, по недоразумению, к радиобиологии относят радиоизотопные методы исследования, используемые в радиобиологическом эксперименте так же широко, как и в других научных дисциплинах. Это является примером неправильного отождествлен и я предмета, целей и задач исследования с методами» способами и средствами их изучения и решения. Научную дисциплину определяет сам предмет исследования,

а методы его изучения могут быть самыми разнообразными, но обязательно адекватными решению основной задачи.

Одной из особенностей радиобиологии является то, что это экспериментальная дисциплина. Ни одно утверждение в радиобиологии не может быть воспринято серьезно, если оно не имеет путей экспериментальной проверки. При этом наиболее ценны экспериментальные результаты, позволяющие охарактеризовать изучаемое явление количественно.

Специфические, присущие только радиационному агенту свойства, определяемые его взаимодействием с любыми молекулами и структурами клетки, обусловливают другую особенность радиобиологии ——

Рис. 1. Связь радиобиологии с другими дисциплинами

необходимость проведения исследования на всех уровнях биологической организации ——от молекулярного до популяционного. Неизбежные при этом экстраполяции результатов экспериментов на высшие уровни определяют и следующую особенность радиобиологии, связанную с большой практической значимостью получаемых экспериментальным путем выводов и их ответственностью, например, при оценке радиационно-генетических последствий облучения.

Наконец, еще одна особенность радиобиологии, определяемая ее прикладными аспектами,—— овладение способами искусственного управления лучевыми реакциями биологических объектов и человека с помощью различных модифицирующих средств.

Указанные особенности радиобиологии определяют специфику подходов к ее изучению как предмета. Она состоит в том, чтобы из множества проявлений лучевого воздействия, обусловленного самой физической природой радиационного агента, каждый раз стремиться выделить ведущие, критические звенья, ответственные за исход рассматриваемой реакции. Кроме того, важной чертой радиобиологических методов исследования является количественное сопоставление рассматриваемого эффекта с вызвавшей его дозой излучения, ее распределением во времени и в объеме реагирующего объекта.

В поле зрения радиобиолога должны находиться и опосредованные эффекты облучения, особенно при анализе сложных интегральных лучевых реакций организма, где их влияние проявляется наиболее значительно в связи с неизбежным вовлечением в процесс регулирующих систем и нейрогуморальных механизмов.

Далеко не совершенное понимание первичных механизмов радиобиологических процессов и, как будет показано далее (см. гл. 9), отсутствие единой теории радиобиологического эффекта еще и сегодня затрудняют распространение этих представлений на последующие уровни биологической организации. Между тем о зрелости любой науки судят по наличию у нее приемлемой теоретической базы.

За девяносто лет, прошедших со времени открытия ионизирующих излучений, накоплен огромный фактический материал, прежде всего

Рис. 2. Структура радиобиологии как комплексной дисциплины

феноменологического плана, обобщение которого позволило построить стройную систему представлений, допускающих их широкую экспериментальную проверку и создающих основы для оптимистических прогнозов.

Уже сегодня радиобиология прочно служит человеку в самых разнообразных областях народного хозяйства. В сельском хозяйстве используют предпосевное облучение семян как метод повышения всхожести и урожайности многих культур. Методы радиационной генетики применяют для получения и закрепления в потомстве полезных признаков, возникающих в результате мутационных изменений. Таким путем

удается не только создавать новые ценные сорта растений, но и получать интересные и полезные изменения у животных. Эти же принципы используют для уничтожения вредителей путем направленной однополой стерилизации насекомых. На основе радиобиологических предпосылок организована лучевая стерилизация овощей, пищевых консервов, а также многих медицинских средств и реактивов.

• Таким образом, современная радиобиология представляет не только самостоятельную комплексную дисциплину, но имеет четко выделенные отдельные направления, главные из которых перечислены на рис. 2. Такие направления, как противолучевая защита и терапия радиационных поражений, космическая радиобиология, радиационная иммунология, радиационная гигиена и, наконец, получившая активное развитие в настоящее время радиобиология опухолей, могут быть с достаточным основанием объединены в одну крупную ветвь радиобиологии медицинскую радиобиологию.

Каждое из перечисленных направлений имеет свои конкретные задачи, достаточно полно определенные их названием, для решения которых, однако, применяют специальные радиобиологические количественные методы исследования, что и объединяет их в одну общую дисциплину.

В последнее десятилетие активное развитие получило исследование биологического действия электромагнитных излучений неионизирующего диапазона в связи с бурным развитием радио- и электронной промышленности, сопровождающимся увеличением числа различных приборов и установок исследовательского, промыименного и бытового профиля. Это обстоятельство породило новую научную дисциплину, также тяготеющую к радиобиологии, — радиобиологию неионизирующих излучений.

Таковы сложная структура и предмет современной радиобиологии, относительно короткая история которой заслуживает самостоятельного описания. Последующая глава, освещая наиболее ответственыне вехи на этом пути, подтверждает мудрое изречение Н. Г. Чернышевского: «Без истории предмета нет теории предмета».

Назовите фундаментальную задачу радиобиологии как предмета. В чем смысл радиобиологического парадокса?

Какова структура радиобиологии как комплексной днсциплины?

Открытие рентгеновских лучей и радиоактивности. Атомная заря и расплата за раскрытие ее секретов. Описательны1Й этап в изучении биологического действия ионизирующих излучений. Становление количественной радиобиологии как самостоятельной науки. Радиобиология сегодня.Открытие рентгеновских лучей и радиоактивности. Атомная заря и расплата за раскрытие ее секретов. Описательны1Й этап в изучении биологического действия ионизирующих излучений. Становление количественной радиобиологии как самостоятельной науки. Радиобиология сегодня.НЕМНОГО ИСТОРИИНЕМНОГО ИСТОРИИ

Открытие рентгеновских лучей и радиоактивности. Атомная заря и расплата за раскрытие ее секретов. Описательны1Й этап в изучении биологического действия ионизирующих излучений. Становление количественной радиобиологии как самостоятельной науки. Радиобиология сегодня.

Открытие рентгеновских лучей и радиоактивности. Атомная заря и расплата за раскрытие ее секретов. Описательны1Й этап в изучении биологического действия ионизирующих излучений. Становление количественной радиобиологии как самостоятельной науки. Радиобиология сегодня.

НЕМНОГО ИСТОРИИ

НЕМНОГО ИСТОРИИ

Не знать, что было до тоео, как ты родился, значит остаться навсегда ребенком,

М Т. Цицерон

Возникновение радиобиологии обязано трем великим открытиям, увенчавшим окончание предыдущего столетия:

1895 г.——открытие Вильгельмом Конрадом Рентгеном Х-луией;

1896 г. — открытие Анри Беккерелем естественной радиоактивности урана;

1898 г. — открытие четой Кюри ——Марией Склодовской и Пьером радиоактивных свойств полония и радия.

Дорого оплатило человечество открытие тайн природы. Погибли почти все первые исследователи, в том числе многие медики, не знавшие «коварства» нового агента и работавшие с ним без каких- либо предосторожностей, а в середине XX в. мир стал свидетелем массовой одномоментной гибели сотен тысяч людей.

Напротив рентгеновского института в Гам- бурге, где много лет трудился один из пионеров медицинской рентгенологии Г. Альберс- Шонберг, погибший от лучевого рака, 4 апреля 1936 г. состоялось открытие памятника, воздвигнутого германским обществом рентге- нологов. На передней стороне колонны, увенчанной лавровым венком, высечена надпись: ^Памятник посвящается рентгенологам н ра- диологам всех наций, врачам, физикам, химикам, техникам, лаборантам и сестрам, пожертвовавшим своей жизнью в борьбе против болезней их ближних. Они героически прокла-

дывали путь для эффективного и безопасного применения рентгеновских лучей и радия в медицине. Слава их бессмертна».

На памятнике в алфавитном порядке высечены имена 169 человек, умерших к тому времени от мучительных радиационных поражений, вызванных рентгеновскими лучами и радием. Годом спустя их биографии и портреты были помещены в специально выпущенной «Книге почета».

Позже мемориал был дополнен еще двумя памятниками с именами 17 жертв, а в 1959 г. «Книга почета», вышедшая вторым изданием, содержала уже 360 фамилий, в том числе 13 фамилий наших соотечественников.

Знаменательно, однако, что за период с 1936 по 1959 г., когда развитие ядерных исследований приобрело гигантские масштабы, а в сферу воздействия ионизирующих излучений было вовлечено гораздо больше людей, чем раньше, число жертв науки увеличилось лишь вдвое, причем многие из них погибли вследствие заболевания, возникшего еще в ранние годы, предшествовавшие зто- му периоду. Причины такого счастливого диссонанса между резким повышением контактов человека г ионизирующими излучениями и еще более значи- гельным снижением частоты лучевых поражений определяются успехами новой области знаниг ——радиобиологии.

Как ни парадоксально, бурному развитию радиобиологии в значительной степени способствовала угроза ядер ной катастрофы, которая с 40-х годов по вине военных преступников нависла над миром. Бесчеловечный опыт применения атомной бомбы в Японии, повышение радиационного фона в атмосфере планеты, а также аварии на атомных производствах выдвинули глобальную неотложную задачу ——разработку проблемы противолучевой защиты, которая потребовала, в свою очередь, глубокого изучения механизмов биологического действия ионизирующих излучений.

ОТКРЫТИЕ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙИ РАДИОАКТИВНОСТИ

Вильгельму Конраду Рентгену ко времени его великого открытия было 50 лет. Он руководил тогда физическим институтом и кафедрой физики Вюрцбургского университета. 8 ноября 1895 г. Рентген закончил, как обычно, поздно вечером эксперименты в лаборатории, помещавшейся этажом ниже его квартиры. Погасив свет в комнате, он заметил в темноте зеленоватое свечение, исходившее от кристаллов платиносинеродистого бария. Оказалось, что находившаяся поблизости крук- сова трубка, обернутая в черную бумагу, была под высоким напряжением, которое Рентген забыл выключить перед уходом. Свечение немедленно прекращалось, как только отключался ток, и тотчас возникало при его включении. Катодные, как и видимые, лучи не проникали сквозь черную бумагу, и Рентгена осенила гениальная догадка о том, что при прохождении тока через трубку в ней возникает какое-то неизвестное излучение, которое он потому и назвал X-лучами.

В эту ночь ученый не вернулся домой. Последующие 50 суток были также поглощены напряженной работой. Венцом этого самозабвенного творчества была рукопись, содержавшая 17 страниц коротких обоснованных тезисов, которую Рентген вручил 28 декабря 1895 г. председателю вюрцбургского физико-медицинского общества вместе с первым рентгеновским снимком своей руки. В первых числах января 1896 «рентгеновского» года брошюра Рентгена вышла из печати, а в ближайшие недели — ее переводы на русском, английском, французском

и итальянском языках.и итальянском языках.Вильгельм Конрад РентгенВильгельм Конрад РентгенРусский перевод под названием «Новый род лучей» был выпущен в Петербурге и содержал фотографию первой рентгенограммы руки, произведенной в России 16 января 1896 г.

и итальянском языках.

и итальянском языках.

Вильгельм Конрад Рентген

Вильгельм Конрад Рентген

6 января 1896 г. известие об открытии Рентгеном всепроникающих лучей было передано Лондонским телеграфом по всему миру, и все культурное человечество восприняло эту весть как величайшую сенсацию.

23 января состоялось триумфальное выступление Рентгена на заседании общества естествоиспытателей в Вюрцбурге, где ученый под овации всей аудитории произвел снимок руки председателя общества известного

анатома Келликера. Маститый ученый заявил, что за 48 лет работы общества он еще не присутствовал при столь значительном научном событии. Он провозгласил троекратное «ура» в честь великого Рентгена и предложил назвать новые лучи именем их первооткрывателя.

10 декабря 1901 г. Рентгену была присуждена первая Нобелевская премия по физике за выдающийся вклад в науку.

О значении самого открытия и глубине произведенного Рентгеном

экспериментального анализа нового вида излучения написаны тома. Все это, однако, можно легко подытожить словами нашего замечательного соотечественника академика А. Ф. Иоффе, проработавшего с Рентгеном около 20 лет. В воспоминаниях, посвященных 50-летию открытия рентгеновских лучей, Иоффе писал: «Из того, что Рентген опубликовал в первых трех сообщениях, не может быть изменено ни одного слова. Многие тысячи исследований не могли прибавить ни

иоты к тому, что сделал сам Рентген в самых элементарных условиях с помощью самых элементарных приборов».

Небезынтересна «своеобразная» реакция обывателей и прессы того времени на сенсационное открытие.

Некоторые нью-йоркские газеты, например, писали о том, что новые лучи могут фотографировать души умерших. Одна из них сообщала, что в колледже врачей и хирургов рентгеновские лучи применяются для проецирования анатомических картин прямо в мозг студентам, что дает им более прочные знания, чем обычные методы учебы. Член законодательного собрания п Нью-Джерси Рид 19 февраля 1896 г. внес законопроект, запрещающий из морально-этических соображений использование рентгеновских лучей в театральных биноклях. Различные фирмы стали усиленно рекомендовать не пропускающее рентгеновские лучи нижнее белье, а также шляпы, предохраняющие от чтения чужих мыслей. По свидетельству современников, викторианские деэушки краснели ;)ишь при одном упоминании о рентгеновских лучах, ибо каждая из них могла уподобиться леди Годиве, беспомощной под взглядом любопытных, вооруженных биноклями с рентгеновскими лучами. Появлялись политические памфлеты и карикатуры, вплоть до рентгеновского снимка Совета министров великой державы. Раздраженная ситуацией лондонская «Пэлл Мэлл газетт» писала в передовой: «Нам надоели рентгеновские лучи. Самое лучшее, что нужно сделать цивилизованным странам, — это объединиться и сжечь все рентгеновские лучи, казнить всех изобретателей, утопить оборудование всего мира в океане. Пусть рыбы разглядывают свои кости, если им угодно, но не мы». Блеснул тупостью и венский полицмейстер, издавший следующее постановление: «Ввиду того, что по нашему сведению не поступало официальных сведений о свойствах новых лучей, строго воспрещается производить какие бы то ни было опыты впредь до выяснения вопроса и особого распоряжения полиции».

Возникшая шумиха и небылицы не могли ослабить интереса к великому открытию. Рентгеновские лучи немедленно стали не только предметом глубокого изучения во всем мире, но и быстро нашли прак* тическое применение. Кроме того, они послужили непосредственным импульсом к обнаружению нового явления — естественной радиоактивности, которое потрясло мир менее чем через пол года после открытия рентгеновских лучей.

Это были не видимые глазу человека первые проблески атомной зари. Они появились на фотографической пластинке, оставленной в столе профессором физики Парижского музея естественной истории Анри Беккерелем. Он ——признанный всемирный авторитет в области люминесценции 一 в это время, как и многие, интересовался природой всепроникающих рентгеновских лучей. Исследуя индуцируемое солнечным светом свечение различных минералов, Беккерель обнаружил, что оно возникае! и при освещении соли урана. Оказалось, что если такую соль положить на завернутую в черную бумагу фотографическую пластинку и выставить на солнце, то при проявлении пластинка засвечивалась лишь в том месте, где лежала соль урана. Беккерель решил повторить это наблюдение. Однако день оказался пасмурным, и опыт пришлось отложить, а пластинка, обернутая в непроницаемую для света бумагу с наложенной сверху солью урана в виде

Анри БеккерельАнри Беккерелькреста, была оставлена в темном ящике письменного стола. Через два дня ——1 марта 1896 г. —снова выдался солнечный день и можно было воспроизвести опыт. Движимый интуицией, ученый решил проявить пластинку, не освещая ее солнцем, и к удивлению, на пластинке оказались точные очертания креста. Так было установлено, что уран произвольно, независимо от солнечного излучения, испускает не видимые глазу «урановые лучи».

Анри Беккерель

Анри Беккерель

Итак, оба великих открытия в значительной мере обязаны счастливым случайностям. Но напомним мудрые слова Луи Пастера о том, что «случай помогает лишь умам, подготовленным к открытиям». Действительно, еще задолго до Рентгена и одновременно

с ним многие исследователи работали с катодными лучами, наблюдали даже свечение экрана, а следовательно, «видели» рентгеновское излучение, но «увидел» (распознал) его только Рентген и не потому, что ему повезло, а потому, что «... на случай при великих открытиях наталкиваются те, кто его заслуживают» (Дж. Лагранж).

Десятки исследователей после открытия Рентгена были заняты поиском новых таинственных излучений. Но лишь пытливому и талантливому А. Беккерелю удалось отличить от индуцируемой солнечным светом люминесценции самопроизвольное испускание ураном проникающего излучения.

Изучение этого явления стало предметом страстных исканий вначале великого польского ученого Марии Склодовской-Кюри, а вскоре и ее мужа — не менее блестящего французского исследователя Пьера Кюри. Одиннадцать лет их любви и совместного творчества — одна из замечательнейших и красивейших страниц истории науки——ознаменованы открытием и выделением нескольких радиоактивных элементов, среди которых главные ——полоний и радий (соответственно июль и декабрь 1898「•). Андрей Белый в поэме «Первое свидание» воспел эти гениальные искания словами: «Мир рвался в опытах Кюри».

Величие открытия радиоактивности было ознаменовано присуждением в 1903 г. Нобелевской премии по физике Пьеру и Марии Кюри и Анри Беккерелю.

Заканчивая краткое изложение истории зарождения физических предпосылок радиобиологии, отсылаем любознательного читателя к специальной историко-мемуарной литературе, в первую очередь к повествованиям о чете Кюри. В заключение напомним лишь о фактах, иллюстрирующих неоцениымй вклад семьи Кюри в развитие ядерных исследований. В 1911 г. Мария Кюри награждается второй Нобелевской премией за работы в области радиационной химии. Всего Марии Кюри было присуждено 10 премий и 16 медалей; она была избрана почетным членом 106 различных научных учреждений, академий и научных обществ.

В 1935 г., через 32 года после родителей, Нобелевскую премию получает их дочь Ирен вместе с мужем Фредериком Жолио-Кюри за исследования в той же области, теперь ——за открытие искусственной радиоактивности. История всех времен и народов не знает примера, чтобы две супружеские пары в двух последовательных поколениях внесли столь большой вклад в науку, как семья Кюри. Пять Нобелевских премий на четверых в одной семье!

Чрезвычайный интерес и уважение к двум поколениям Кюри-ученых объясняется еще и их высокими моральными качествами. Преданность науке привела к тому, что жизнь их была в прямом смысле принесена ей в жертву. Мария, Ирен и Фредерик Жолио умерли от лучевой болезни, и есть все основания полагать, что лишь трагическая ранняя кончина Пьера в результате катастрофы избавила его от той же участи.

Ирен КюриФредерик Жолио-Кюри

ТРИ ЭТАПА РАЗВИТИЯ РАДИОБИОЛОГИИ

Изучение биологического действия ионизирующих излучений началось тотчас после открытия рентгеновских лучей. Среди самых ранних работ известны классические исследования нашего соотечественника И. Ф. Тарханова, установившего уже в 1896 г. в опытах на лягушках и насекомых реакции на облучение во многих системах организма, на основании чего им было высказано сбывшееся вскоре предположение о возможности лечебного применения рентгеновского излучения. Доста- таточно указать, что лишь за год после этого было издано 49 книг и более 1000 статей об использовании Х-лучей в медицине.

В 1896 г. в печати появились сообщения о поражениях кожи (эритемах, дерматитах, выпадении волос) у лип, подвергавшихся частым н продолжительным воздействиям Х-лучей при проведении экспериментов, а в 1902 г. Г. Фрибен описал первый случай лучевого рака кожи. Первые сведения о лучевом раке, по^видимому, восходят к XVI в. Известные медики средневековья Т. Парацельс и Г. Агрикола писали о загадочной болезни легких у горняков, работавших в рудниках, где впоследствии стали добывать уран и радий. В 1879 г., еще до «эры радиации», в этом заболевании распознали рак легких.

О действии радия на кожу впервые сообщили немецкие ученые Г. Вальхов и Г. Гизель.

Пьер Кюри тотчас проверил это на собственном предплечье, и, к его великой радости, участок кожи, соприкасавшийся с радием, оказался пораженным. 3 июня 1901 г. Анри Беккерель на протяжении 6 ч носил в кармане жилета амн\ • лу с радием и тоже получил ожог. Об этом через 10 дней- когда появилась эритема (а потом и долге не заживающая язва), он, одновременно обуреваемый восторгом и яростью, прибежав к Марии Кюри, воскликнул: «Радий я люблю, но сердит на него».

Эти наблюдения, а также эксперименты на животных, свидетельствующие о повреждающем действии радия на ткани, позволили Пьеру Кюри вместе с известными учеными-меди кам и К. Бушаром и В. Бальтазаром прийти к выводу о лечебном действии радия на волчанку и некоторые формы рака, что и послужило началом кюритерапии.

Первой в истории попыткой рентгенотерапии рака была, очевидно, работа доктора Дж. Джиллмана из Чикаго. К нему обратился за помощью физик Е. Груббе, который, узнав об открытии Рентгена, начал опыты с Х-лучами и получил сильные ожоги руки. Джиллмана поразил эффект Х-лучей, и он отправил на облучение к Груббе больную с неоперабельным раком молочной железы. Этот сеанс лечения был проведен 29 января 1896 г., т. е. спустя неделю после доклада Рентгена По-видимому, был получен хороший эффект, так как Груббе продолжил практику рентгенотерапии (получив некоторое медицинское образование). Позже и он стал жертвой лучевого рака.

Долгое время объектом наблюдения оставалась главным образом кожа, так как никто не предполагал, что рентгеновские лучи могут влиять на глубоко расположенные ткани. В 1903 г. Г. Альберс-Шонберг обнаружил дегенеративные изменения семяродного эпителия и азооспермию у морских свинок и кроликов, а в 1905 г. Л. Хальберштад- тер наблюдал атрофию яичников у облученных животных. Вскоре П. Броун и Дж. Осгоуд выявили азооспермию, явившуюся причиной бесплодия у людей —— молодых рабочих завода рентгеновских трубок, проработавших на производстве более трех лет.

В 1903 г. в значительной степени под влиянием экспериментов отечественного исследователя Е. С. Лондона, обнаружившего летальное действие лучей радия на мышей, Г. Хейнеке применил с этой же целью рентгеновские лучи. Ему также удалось вызвать гибель животных, причем он впервые описал лучевую анемию и лейкопению, а также обратил внимание на поражение органов кроветворения, видимое даже невооруженным глазом (атрофия селезенки). Детально описанные Г. Хейнеке типичные изменения клеток костного мозга и лимфатических узлов при гистологическом исследовании являются классическими и по сей день.

В многочисленных экспериментах Е. С. Лондон продемонстрировал действие излучения радия на многие системы организма, в частности на кроветворение. В 1911 г. вышла его книга «Радий в биологии и меди-

цине». Она считается первой в мире монографией по радиобиологии (опубликована на немецком языке).

Приведенные примеры, а также многочисленные наблюдения других исследователей знаменовали собой первый этап развития радиобиологии, характеризующийся работами описательного характера. Но уже в этом периоде установлено два кардинальных факта——вызываемое ионизирующим излучением торможение клеточного деления (М. Кор- нике, 1905) и различие в степени выраженности реакции разных клеток на облучение. Впервые это было отмечено французскими исследователями И. Бергонье и Л. Трибондо, которые в тщательных экспериментах обнаружили разную чувствительность к излучению отдельных видов семяродных клеток. Наиболее чувствительными оказались сперматогонии, наиболее резистентными — сперматозоиды, облучение которых вообще не вызывало морфологических изменений.

На основании этих экспериментов в 1906 г. были сформулированы положения, вошедшие в историю под названием закона, или правила, Бергонье и Трибондо. Суть этих положений состоит в том, что клетки тем более радиочувствительны, чем большая у них способность к размножению и чем менее определенно выражены их морфология и функция, т. е. чем они менее дифференцированы. Несмотря на ряд исключений, феноменологически это правило не утратило своего значения и по сей день (см. гл. 6).

Таким образом, уже в самый ранний период первоначальных наблюдений была подмечена наиболее важная особенность ионизирующих излучений —— избирательность их действия, определяемая не столько характеристиками самих лучей, сколько свойствами тех или иных клеток, т. е. их чувствительностью к излучению.

Очень рано ——в 1903 г.——была выявлена роль поражения ядра в клеточной радиочувствительности. Заключение об этом сделал Д. Бун, подметивший примерно одинаково выраженное губительное действие на развивающихся головастиков облучения сперматозоидов лягушек или неоплодотворенных икринок, резко отличающихся между собой по количеству цитоплазмы. Он пришел к заключению, что облучение последней не играет особой роли в развитии зародыша.

Уже в первое десятилетие XX в. началось изучение действия ионизирующей радиации на эмбриогенез, позволившее обнаружить возникновение различных аномалий при облучении на определенных стадиях развития эмбриона.

Ранние наблюдения хотя и имели фундаментальное значение, но носили описательный качественный характер; какая-либо теория, объясняющая механизм действия ионизирующих излучений на живые объекты, отсутствовала.

Второй этап развития радиобиологии связан со становлением ее количественных принципов, имевших целью связать биологический эффект с дозой излучения. Этот этап характеризуется массовыми экс-

периментами на различных популяциях клеток и животных с количественным отражением результатов на специальных кривых доза—эффект. Такой способ анализа результатов радиобиологических экспериментов остается ведущим и в настоящее время (см. гл. 6), хотя интерпретация самих кривых претерпевает изменения.

Одна из знаменательных дат этапа — 1922 г., когда Ф. Дессауэром была предложена первая теория, объяснявшая радиобиологический эффект дискретностью событий — актов ионизации 6 чувствительном объеме. Эти взгляды в последующем получили развитие в виде принципа попаданий и теории мишеней в трудах Н. В. Тимофеева-Рессовского, К. Циммера, Д. Ли и других исследователей (см. гл. 9).

Одно из эпохальных событий радиобиологии ——обнаружение действия ионизирующих излучений на генетический аппарат клетки, сопровождающегося наследственной передачей вновь приобретенных признаков. Впервые эти наблюдения были сделаны нашими соотечественниками Г. А. Надсоном и Г. Ф. Филипповым (1925) в опытах на дрожжах. К сожалению, это крупнейшее открытие не получило тогда должной оценки и лишь после работ Г. Меллера, установившего мутагенный эффект ионизирующих излучений в экспериментах на дрозофиле, радиационно-генетические исследования стали проводиться во всем мире и во многом послужили становлению количественной радиобиологии.

Мощным импульсом к бурному развитию радиобиологии явились успехи ядерной физики, обозначившие перспективу овладения энергией атомного ядра.

Особо интенсивное развитие радиобиологических исследований началось после варварской атомной бомбардировки японских городов Хиросимы и Нагасаки, поставившей в качестве неотложной задачи разработку способов противолучевой защиты и лечения радиационных поражений, что, в свою очередь, потребовало детального изучения механизмов радиобиологического эффекта и патогенеза лучевой болезни. Поэтому в 40—50-е годы в Европе и на других континентах начали создаваться крупные исследовательские центры. Зачастую их организовывали при институтах и госпиталях, как правило, онкологических, ибо стало очевидным, что научной основой лучевых методов лечения злокачественных опухолей могут быть лишь тщательное изучение тканевой радиочувствительности и овладение методами ее направленного изменения.

В Советском Союзе крупные и сел едовател ьск и е центры были созданы в Москве, Ленинграде, Киеве, Минске, Алма-Ате, Новосибирске, Свердловске и многих других городах. В разработке проблемы радиобиологии в СССР приняли участие многие ученые разных специальностей и крупные организаторы науки. Значительный вклад в ее развитие внесли С. Н. Александров, С. Н. Ардашников, В. С. Балабуха, Э. Я. Граевский, Ю. Я. Керкис, А. В. Лебединский, М. И. Неменсв,

П. Парибок, А. Г. Пасынский, И. А. Пионтковский, Л. Ф. Семенов, Б. Н. Тарусов, Н. В. Тимофеев-Рессовский, Г. М. Франк, М. И. Шальное.

Достижениями в области количественной радиобиологии отечественная наука прежде всего обязана Н. В. Тимофееву-Рессовскому и его выдающимся ученикам и последователям В. И. Корогодину и Н. В. Лучнику. Крупные исследования в области молекулярной и клеточной радиобиологии связаны с именами И. Б. Бычковской, Е. Б. Бурлаковой, В. А. Жестянникова, Р. В. Петрова, К. П. Хансона, Г. С. Стрелина, И. Л. Черткова, Л. X. Эйдуса. Велики заслуги П. Д. Горизонтова, Ю. Г. Григорьева, Е. А. Жербина, Л. А. Ильина, П. Н. Киселева, Н. Н. Клемпарской, М. Н. Ливанова, А. С. Мозжухина, Ю. И. Москалева, В. В. Шиходырова в развитии радиобиологии организма. В области противолучевой защиты широко известны исследования В. Г. Владимирова» Т. К. Джаракяна, П. Г. Жеребченко, Ю. Б. Кудряшова, Е. Ф. Романцева, П. П. Саксонова, Н. И. Суворова, Н. И. Шапиро, В. Г. Яковлева. Получившая особое развитие в последнее время клиническая радиобиология обязана трудам С. Н. Александрова, С. Б. Балмуханова, Г. Д. Байсоголова, А. К. Гуськовой, А. Г. Коно- плянннкова, И. И. Пелевиной, С. П. Ярмоненко.

В США были созданы специальные лаборатории при крупных атомных центрах: в Брукхевене, Окридже, Аргонне, а также на базе большого числа онкорадиологических и университетских центров — в Бостоне, Нью-Йорке, Сан-Франциско, Беркли, Хьюстоне и др. Широко известны ранние работы А. Холендера, Г. Пэтта, Г. Куртиса, А. Спэрроу, М. Элкаинда, Е. Окберга, В. Рассела, а позднее — Э. Холла, Г. Визерса, Дж. Харриса, Г. Сута, Дж. Юхаса, Дж. Сторера.

В Англии наиболее известны Институт Честер-Бити при Королевском раковом госпитале, лаборатории при атомном центре в Харузле, а также при госпиталях Хаммерсмит, Кристин и Моунт-Вернон, где расположена всемирно известная Греевская лаборатория. Общепризнанны исследования английских исследователей Л. Грея, А. Хеддоу, П. Александера, Л. Лайты, О. Скотта, Дж. Фауллера, А. Найса, Дж. Боуга, Н. Блина, П. Шелдона, Р. Моула, С. Филда.

Известны исследования голландских радиобиологов Г. Барендсе- на, Д. Ван беккума, Г. Ван ден Бренка; французских специалистов А. Лакассаня, Р. Латарже, Ж. Матз, Э. Малайза, М. Тюбиана; шведских ученых Л. Ревеса, Б. Литтбранта; западногерманских исследователей Б. Раевского, К. Циммера, X. Лангендорфа, В. Поллита; канадских специалистов Дж. Чэпмена и Р. Сазерланда.

Большой вклад в радиобиологию внесен учеными Бельгии ——3. Баком, Ж- Мэзеном, М. Эрвом; Японии ——Т. Терасимой и Т. Сугахарой; Индии — М. Р. Раджу и Б. Сингхом.

Известны работы исследователей из социалистических стран: ГДР — М. фон Арденны, Э. Магдона и К. Ноймайстера; ЧССР 一

Ф. Герчика, 3. Динстбира и М. Достала; ПНР — Е. Ковальски и А. Михаловски.

Широкое международное обсуждение вопросов радиобиологии впервые было проведено в 1955 г. на Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии. К этому времени общепланетарной проблемой стало резкое увеличение радиационного фона в атмосфере Земли вследствие массовых испытаний ядерного оружия. Вскоре перед радиобиологами поставили задачу и космические исследования.

С этого времени начался третий этап в развитии радиобиологииу продолжающийся и по настоящее время. Радиобиология сегодня -самостоятельная наука с четко выделенными отдельными направлениями (см. рис. 2).

В 1962 г. в Советском Союзе был учрежден специальный Научный Совет АН СССР по проблемам радиобиологии, координирующий фундаментальные исследования в радиобиологии, направленные на решение практических задач. Деятельность Совета в значительной степени связана с развитием медицинских аспектов радиобиологии — из его девяти секций они курируются в восьми.

Создание и деятельность Научного Совета сыграли очень большую роль в развитии советской радиобиологии и объединении научных сил, так как к участию в нем были привлечены ведущие радиобиологи страны, работающие не только в системе АН СССР, но и в других ведома - вах, в первую очередь сотрудники научно-исследовательских учреждений АМН СССР и Министерства здравоохранения СССР.

В настоящее время к проблемам радиобиологии, как и к биологии вообще, привлечено внимание большого числа естествоиспытателей смежных специальностей, прежде всего физиков и химиков. Поэтому современный этап развития радиобиологии можно охарактеризовать как накопление разносторонней информации о реакциях на облучение отдельных биологических объектов, систем и популяций разной степени сложности. Развитие ядерной физики делает возможным изучение таких взаимодействий с помощью новых видов ионизирующих излучений, в том числе ядерных частиц высоких энергий. Это, в свою очередь, создает не только перспективу решения традиционных задач радиобиологии, но позволяет надеяться на определение оригинальных подходов к изучению фундаментальных закономерностей биологической формы существования и развития материи.

Когда было сделано великое открытие В. К. Рентгена?

Когда н кем были открыты явления естественной и искусственной радиоактивности?

Перечислите основные этапы развития радиобиологии.

Все следует сделать простым, насколько это возможно, &о не проще.

Л. Эйнштейн

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬ-НОСТЬРАДИОЧУВСТВИТЕЛЬ-НОСТЬДиапазон различий радиочувствительности в природе. Радиочувствительность —синоним радиопоражаемости и альтернатива радиоустойчивости (радиорезистентности). Необходимость адекватных критериев оценки сравнительной радиол чувствительности и ее методологическое значение.Диапазон различий радиочувствительности в природе. Радиочувствительность —синоним радиопоражаемости и альтернатива радиоустойчивости (радиорезистентности). Необходимость адекватных критериев оценки сравнительной радиол чувствительности и ее методологическое значение.

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬ-НОСТЬ

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬ-НОСТЬ

Диапазон различий радиочувствительности в природе. Радиочувствительность —синоним радиопоражаемости и альтернатива радиоустойчивости (радиорезистентности). Необходимость адекватных критериев оценки сравнительной радиол чувствительности и ее методологическое значение.

Диапазон различий радиочувствительности в природе. Радиочувствительность —синоним радиопоражаемости и альтернатива радиоустойчивости (радиорезистентности). Необходимость адекватных критериев оценки сравнительной радиол чувствительности и ее методологическое значение.

• Вскоре после открытия биологического действия ионизирующих излучений было установлено, что любой живой объект может быть убит этим агентом. Однако дозы излучения, приводящие различные объекты к гибели, отличаются в очень широких пределах, даже на несколько порядков. Иными словами, каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствитель- ности к действию ионизирующей радиации, своя радиочувствителЬ' ность.

В качестве примера крайне низкой радиочувствительности можно привести бактерии, обнаруженные в канале ядерного реактора. В этих условиях бактерии не только не погибали, но жили и размножались, почему и были названы Micrococcus radiodurens ——микрококк радио- резистентный.

Степень радиочувствительности сильно варьирует и в пределах одного вида — индивидуальная радиочувствительность, а для определенного индивидуума зависит также от возраста и пола. Кроме того, даже в одном организме различные клетки и ткани значительно различаются по радиочувствительности, и наряду с

чувствительными (кроветворная система, эпителий слизистой тонкого кишечника) имеются устойчивые ткани (мышечная, нервная, костная), которые принято называть радиорезистенпгными. Впрочем, деление тканей на радиочувствительные и радиорезистентные весьма условно, так как зависит от избранного критерия. Далее будет неоднократно показано (см. гл. 10, 12, 15, 17, 19), что ткани, относящиеся к ра- диорезистентным по непосредственным лучевым реакциям, оказываются весьма радиочувствительными по отдаленным последствиям.

Проблема радиочувствительности занимает центральное место в радиобиологии, ибо познание природы естественной радиочувствительности и механизмов ее регуляции имеет не только огромное теоретическое значение в общебиологическом плане, но и сулит наиболее важные практические результаты (ориентирует на возможность искусственного управления лучевыми реакциями тканей ——их ослабления, в случае защиты организма, или усиления ——при облучении злокачественных опухолей, инактивации бактерий и т. д.). Поэтому интерпретация самого термина ^радиочувствительность^ должна быть предельно четкой. К сожалению, в литературе часто встречаются противоречивые толкования этого понятия, что приводит к терминологической путанице и является причиной неправильной трактовки результатов экспериментальных исследований.

Например, довольно распространена рекомендация различать понятия радиочувствительность и радиопоражаемость, отражающие якобы разные биологические явления. Следует помнить, что естествоиспытатель (это особенно важно для молодых исследователей) должен стремиться, насколько возможно, упрощать понимание любого явления природы. В полную меру это относится и к такому сложному интегральному понятию, как радиочувствительность, которую следует однозначно понимать как синоним поражаемости изучаемых объектов. Альтернативой служит понятие радиоустойчивости, или радиорезистентности.

Очевидно, что радиочувствительность можно рассматривать как пример многочисленных реакций биосистемы на воздействие разных внешних агентов, в данном случае ——на излучение. Отсюда вполне логично характеризовать радиочувствительность любой регистрируемой реакцией, вне зависимости от ее значения для жизнеспособности объекта. Но тогда и сравнение различных объектов следует производить по степени проявления данной реакции. Между тем многие лучевые реакции строго специфичны для определенных объектов (в частности, для определенных тканей и систем) и отсутствуют у других.

Например, такая универсальная реакция клеток на облучение, как задержка деления, легко выявляется в активно пролиферирующих тканях и, по понятным причинам, не может быть обнаружена в тканях, где клеточное деление выражено слабо или отсутствует.

В равной степени не могут служить сравнительными показателя-

ми радиочувствительности многочисленные функциональные реакции, являющиеся проявлением высокодифференцированных свойств определенных тканей, органов или систем. К их числу относятся активация и ингибирование специфического метаболизма, продукция определенных ферментов, гормонов и других биологических веществ.

Итак, при сравнении радиочувствительности необходимо использовать адекватные методы и критерии, несоблюдение этого условия и ведет к упомянутой выше терминологической путанице.

Наиболее ярко неправомерность использования специфических реакций в качестве критерия оценки исходной и особенно сравнительной радиочувствительности можно продемонстрировать на примере центральной нервной системы (ЦНС). В этом случае часто регистрируют изменение электроэнцефалограммы или условно-рефлекторной деятельности под влиянием облучения, т. е. показателей, присущих только ЦНС и отражающих крайне специфические черты ее функциональной деятельности. Между тем именно преходящие изменения этих жизненно малозначащих показателей, наблюдающиеся уже при весьма малых дозах излучения, и отсутствие поражения морфологических структур мозга при очень высоких дозах являются основанием для рассуждений о том, что одна и та же система может быть высокорадиочувствительной и в то же время отличаться малой поражаемостью. Легко видеть, что в этом случае смешивают два понятия: преходящие функциональные реакции, характеризующие высокую реактивность ЦНС,—свойство, присущее ей и закрепленное эволюцией в связи с необходимостью реагировать на любые изменения внешней среды, и, напротив, низкую чувствительность к поражающему действию радиации.

Необходимость корректных подходов к способам оценки радиочувствительности может быть проиллюстрирована и на примере самой элементарной биологической единицы —— клетки. Для клетки, как это будет видно из последующего изложения (см. гл. 6), можно легко зарегистрировать и количественно охарактеризовать самые различные летальные и нелетальные реакции на облучение, выявляемые биохимическими, морфологическими, биофизическими и специальными радиобиологическими методами исследования. Однако даже на этом уровне при сравнении радиочувствительности двух различных клеточных популяций следует строго соблюдать принцип использования адекватных критериев оценки, так как различия в чувствительности, например, отдельных стадий клеточного цикла по разным показателям могут не только не совпадать по величине, но и характеризоваться обратными отношениями. Следовательно, возможна реальная ситуация, когда в зависимости от критерия одна и та же стадия (фаза) цикла может быть как наиболее чувствительной, так и наиболее резистентной.

Возвращаясь к наиболее общей интерпретации понятия радиочувствительности с учетом рассмотренных примеров, представляется вполне приемлемым в качестве ее мерила использовать величину, обратную отношению доз ионизирующего излучения, вызывающих количественно равные специфические эффекты (одного типа) в сравниваемых системах. К этому следует лишь добавить, что обязательным требова-

нием к используемому критерию является его строгая количественная зависимость от дозы излучения.

• Применительно к абсолютному большинству радиобиологичес- ских задач в качестве такого интегрального критерия радиочувствительности обычно используют либо непосредственно изменение выживаемости изучаемых объектов в результате облучения в on- ределенных дозах, либо такие количественные показатели поражения, которые в данном диапазоне доз однозначно связаны определенным соотношением с выживаемостью.

Наиболее часто с этой целью используют так называемую величину ЛД^п ——летальную дозу, облучение в которой вызывает 50%-ную гибель биообъектов. Величины ЛД^, в природе различаются довольно значительно даже в пределах одного вида.

Ниже представлены данные разных авторов о радиочувствительности различных объектов к дозам у-излучения, вызывающим 50 %-ную смертность.

Биологический 8〃d Доза, ГрБиологический вид Доза, Гр

Овца .......1,5—26Птицы8.0-- 20,0

Осел .2,0—3,8Рыбы.8,0- - 20,0

Собака2,5—3,0Кролик9.0—10,0

Человек2,5—3,5(?)Хомяк9,0—10,0

Обезьяны (разных ви-Змеи80,0—200,0

лов)2,5—6,0Насекомые10,0—100,0

Мыши разных линий6,0—15,0Растения10,0— 1500,0

Крысы разных линий .7,0—9,0

В чем же причина такого разнообразия? Каковы механизмы, определяющие естественную радиочувствительность биологических объектов? Однозначно ответить на этот важнейший вопрос радиобиологии пока не удалось, хотя многие его аспекты изучены в достаточной степени. Большинство из них будет рассматриваться почти во всех разделах книги, а некоторые главы специально посвящены анализу радиочувствительности на клеточном (см. гл. 6), тканевом и системном уровнях (см. гл. 10), так как без такого анализа невозможно правильно осмыслить последствия облучения организма человека и животных.

Гр (грей) — единица измерения поглощенной дозы излучения (см. гл.4).

Что такое радиочувствительность?

Типы ионизирующих излучений. Электромагнитная и корпускулярная радиация. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом( линейная передача энергии, проникающая способности. Относительная биологическая эффективность. Связь радиобиологического эффекта с дозой излучения. Экспозиционная и поглощенная дозы. Единицы измерения дозы и радиоактивности»Типы ионизирующих излучений. Электромагнитная и корпускулярная радиация. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом( линейная передача энергии, проникающая способности. Относительная биологическая эффективность. Связь радиобиологического эффекта с дозой излучения. Экспозиционная и поглощенная дозы. Единицы измерения дозы и радиоактивности»

Типы ионизирующих излучений. Электромагнитная и корпускулярная радиация. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом( линейная передача энергии, проникающая способности. Относительная биологическая эффективность. Связь радиобиологического эффекта с дозой излучения. Экспозиционная и поглощенная дозы. Единицы измерения дозы и радиоактивности»

Типы ионизирующих излучений. Электромагнитная и корпускулярная радиация. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом( линейная передача энергии, проникающая способности. Относительная биологическая эффективность. Связь радиобиологического эффекта с дозой излучения. Экспозиционная и поглощенная дозы. Единицы измерения дозы и радиоактивности»

Могучие дубы вырастают из крошечных желудей.

Поговорка

ФИЗИЧЕСКИЕОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИЙНА БИОЛОГИЧЕСКИЕОБЪЕКТЫ

В настоящей главе будут кратко рассмотрены основные физические характеристики различных видов ионизирующих излучений, обусловливающие особенности их взаимодействия с веществом и определяющие количественное и качественное многообразие реакций биологических объектов на облучение.

.ТИПЫ ИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИИ

Ионизирующие излучения получили свое название благодаря способности в* бывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом вещщж Элементарный акт взаимодействия излучения с веществом —поглощение энергии кванта валентным Электроном, приводящее к переходу атома или молекулы в возбужденное состояние вплоть до высвобождения

электрона. При этом оставшаяся часть атома или молекулы, приобретая положительный заряд, становится положительным ионом. Для ионизации большинства элементов, входящих в состав биосубстрата, необходимо поглощение энергии 10——12 эВ ——так называемый потенциал ионизации. В том случае, если передаваемая атому или молекуле энергия кванта излучения меньше потенциала ионизации облучаемого вещества, происходит лишь их возбуждение. • Все ионизирующие излучения подразделяются по своей природе

на 初ектромагннтнне н корпускулярное. ^йЯ^ТВЗ^ЕЙЙШЙ? излучения ——это рентгеновское излучение, у-излучение радиоактивных элементов и тормозное излучение, возникающее при прохождении через вещество сильно ускоренных заряженных частиц.

Видимый свет и радиоволны ——тоже дп^д^омагнитнуе излучения, но они не ионизируют, ибо характеризуются большей длиной волны, или, как принято говорить, меньшей жесткостью. Как известно, энергия фотонов определяется произведением постоянной Планка (Л) на частоту излучения, поэтому с уменьшением длины волны (X) (увеличением частоты) энергия фотонов возрастает.

Все остальные виды ионизирующих излучений имеют 竺/^природу, представляя собой пучки элементарных ~丽価寸лёйёй^в или ионов. Большинство из них ——заряженные корпускулы: ^-частицы (электроны, позитроны), протоны (ядра водорода), дейтроны (ядра тяжелого водорода —— дейтерия), а-частицы (ядра гелия) и тяжелые ионы (ядра других элементов). Кроме того, к корпускулярным излучениям относят и не имеющие заряда ядерные частицы —нейтроны, опосредованно также вызывающие ионизацию. Наконец, в последнее время используют л~-мезоны, имеющие благодаря особенностям их взаимодействия с веществом значительную перспективу в радиационной онкологии*

Таким образом, ионизация и возбуждение ——основные процессы, в которых расходуется энергия излучений, поглощенная в облучаемом объекте.

/2 ПРОНИКАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИЙ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

С ВЕЩЕСТВОМ

Глубина проникновения ионизирующего излучения зависит, с одной стороны, от природы излучения, заряда составляющих его частиц н энергии, а с другой —— от состава и плотности облучаемого вещества.

421. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Ионизирующие электромагнитные излучения различаются по своему происхождению и энергии. Рентгеновское излучение связано с возбуждением у вещества анода электронов внутренних электронных оболочек, потенциал ионизации которых гораздо больше, чем у валентных электронов. При возврате возбужденных атомов в исходное, невозбужденное состояние высвечиваются фотоны определенной энергии, обычно не превышающей 250 кэВ. Также одинаковой, но гораздо большей энергией (иногда в несколько МэВ) обладает к^излучение радиоактивных изотопов, образующееся при энергетической перестройке их ядер- Каждый изотоп характеризуется своей энергией испускаемого им у-кванта.

Тормозное излучение, испускаемое заряженными частицами большой энергии при их рассеянии (торможении) в электрическом поле, может иметь энергию гораздо большую, чем та, которой обладает ^излучение при распаде радиоактивных ядер.“

Существует триосщ^вных^^ех^^а энергии электромагнитного излученияТ^отоэлектр^, эффект Комптона и

,образование электронно-позитронных пар.

丿 При фопгоэлекшрическом эффект^знергня падающего кванта полностью поглощается веществом Г в результате появляются свободные электроны, обладающие определенной кинетической энергией, величина которой равна энергии кванта излучения за вычетом работы вы* хода данного электрона из атома. Свободный электрон, ассоциируясь с одним из нейтральных атомов, порождает отрицательный ион.

Фотоэффект характерен только для длинноволнового рентгеновского излучения. Его вероятность зависит от атомного номера и пропорциональна Z± С повышением энергии излучения вероятность фотоэффекта уменьшается, и для излучений с энергией, значительно превышающей внутриатомные энергии связи (> 1 МэВ), его вкладом во взаимодействие можно пренебречь. Главную роль при этом начинает играть другой способ размена энергии—^фф^кт Комптона二 При» комптон-эффекте происходит упругое рассеяние падающих фотонов7 излучения на свободных (или слабо связанных) электронах, которым передается лишь часть энергии фотонов. Оставшуюся часть энергии уносят новые фотоны, образующиеся в результате этого взаимодействия (рис. 3). В дальнейшем вторичный фотон может вновь претерпевать комптон-эффект и т. д.

Поэтому в отличие от фотоэлектронов энергия электронов отдачи, образующихся при эффекте Комптона, изменяется в широких пределах (от нуля до некоторого максимального значения). Средняя их энергия возрастает с увеличением энергии падающего излучения. Доля энергии, поглощенной комптоновскими электронами, в общем количестве поглощенной энергии увеличивается с ростом жесткости из-

Рис. 3. Размен энергии фотона рентгеновского излучения при эффекте КомптонаРис. 3. Размен энергии фотона рентгеновского излучения при эффекте Комптона

Рис. 3. Размен энергии фотона рентгеновского излучения при эффекте Комптона

Рис. 3. Размен энергии фотона рентгеновского излучения при эффекте Комптона

Падающий фотон выбивает орбиталь-ный электрон атома облучаемого ве-щества. Часть энергии фотона переда-ется в виде кинетической энергииэлектрону. Образующийся вторичныйфотон имеет меньшую энергию и дру-гое направление

Рис. 4. Относительная вероятность (р) поглощения фотонов различной энергии (Е) в одном из трех видов взаимодействия излучения с веществом:

/ — фотоэффект, 2 — комптон-эффект, 3 —процесс образования пар

лучения (рис. 4). Если источник коротковолнового излучения, при действии которого преобладает эффект Комптона, прокалиброван с помощью стандартной ионизационной камеры, то по результатам этих измерений можно получить данные о поглощении энергии различными материалами. При действии мягких рентгеновских лучей, когда преобладает фотоэлектрический эффект, этого сделать нельзя без соответствующих поправок (ввести их далеко не просто), поскольку могут возникнуть серьезные погрешности в оценке поглощенных доз излучения.

3 уНаконец, третий вид взаимодействия излучения с веществом характеризуется возможностью превращения у-кванта большой энергии (> 1 МэВ) в пару заряженных частиц——электрон и позитрон. Этот процесс вызывается взаимодействием т-кванта с каким-либо атомным ядром, в поле которого и образуется электронно-позитронная пара. Вероятность такого процесса пропорциональна Z2 и поэтому для тяжелых элементов она больше» чем для легких.

Следовательно, в зависимости от энергии падающего электромаг- йитного излучения преобладает тот или иной вид его взаимодействия с веществом (рис. 4). В большинстве случаев при облучении биологических объектов энергия используемого электромагнитного излучения находится в диапазоне 0,2—2 МэВ, поэтому наиболее вероятен комп- тон-эффект.

Ионизирующие электромагнитные излучения обладают большой проникающей способностью. Поглощение пучка моноэнергетических 2*

Энергия V-излучения, МэВ

Щ СМ—1

в воздухе 30)

в воде

в железе

в свинце

од

1,98

0J72

2,81

59,9

0,25

1,46

0,126

0,82

6,3

0,5

1,1】

0,096

0,65

1,67

1,0

0,81

0,070

0,45

0,75

2,0

0,57

0,050

0,33

0,51

3,0

0,46

0,039

0,28

0,46

5,0

0,36

0,030

0,24

0,48

10,0

0,26

0,022

0,23

0,62

Таблица 1. Зависимость линейного коэффициента поглощения у-излучения различных веществ 卩

от его энергии

фотонов в веществе описывает зависимость / (х)二 /0 е-w, где /0 и / (%)—— интенсивности излучения, падающего и прошедшего толщину х, а показатель экспоненты 卩(линейный коэффициент поглощения) характеризует поглощающую способность вещества.

В табл. 1 приведены значения 卩 для четырех веществ (воздуха, воды, железа и свинца) и зависимость этого коэффициента от энергии излучения: чем меньше ц, тем слабее поглощение и больше проникающая способность электромагнитных излучений. Нетрудно рассчитать, что для ослабления пучка рентгеновских лучей с энергией 250 кэВ в 100 раз достаточно 7—8 мм свинца, обладающего большой поглощающей способностью, а потому и используемого в качестве экрана для защиты от вредного действия излучений. Более легкие металлы (А1, Сг, Fe) используют в качестве фильтров, отсекающих очень мягкую компоненту рентгеновских лучей, сильно поглощающуюся в веществе (большое |л), и вызывающую лучевой ожог кожи.

КОРПУСКУЛЯРНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

Заряженные частицы. Механизм пецедани энергии в объекте от gcex заряженных части!! однн н тот же. При прохождении через 逢里国твс аа^яженнАя иастц吧 тер由et свою энергию, вызывая 当ннзаимю н возбу氷денне атомов*до тех пор, пока общий запас умедуинтся настолько, чтсГ частица утратит ионизирую；

В зависимости от знака заряда при пролете частицы в веществе она, испытывая электростатическое взаимодействие, притягивается

или отталкивается от положительно заряженных ядер. Чем больше ^ggca летящей иастнцы,〔ем меньше она отклоняется от 口ервоначаль- ного направления. Поэтому траектория протонов и более тяжелых ядер- нбпг частиц практически прямолинейна, а траектория электронов сильно изломана вследствие рассеяния на орбитальных электронах н ядрах атомов. Этот вид взаимодействия легких частиц, при котором практически меняется лишь н空理Влe出生_必_д吧*e吧“311g匹也_ иногда называют упругим ^рассеян^м в отличие оШеупругого рассеяния (торможения), которое наблюдается при прохождении электрона очень высокой энергии вблизи ядра. При этом скорость летящего электрона снижается и часть его энергии испускается в виде фотона тормозного излучения. Следовательно, при прохождении через вещество электронов высокой энергии происходит и образование электромагнитного излучения.

Кроме длины пробега корпускулярные и электромагнитные излучения различаются пространственным распределением вызываемых ими актов ионизации.

/• Энергию, переданную заряженной частицей на единице длины ее пробега в веществе, называют линейной передачей энергии (ЛПЭ).■

Понятие ЛПЭ было введено Р. Цирклем в 1954 г. За единицу ЛПЭ прмн^мают 1 кзВ/мкм тканм-0 кэВ/мкм = 62 Дж/м).；В виснмостн от значения ЛПЗ все нонизнрующне нзлуиення лрлу工 на^б^Око- н п儿опгн呼онизириклиие.

Типичные уровни ЛПЭ для наиболее распространенных видов излучений следующие: a-излучение в℃о и рентгеновское излучение с длиной волны 〜 20 нм (250 кэВ) имеют соответственно ЛПЭ около 0,3 и 2 кэВ/мкм, нейтроны с энергией 14 МэВ — 12, а тяжелые заряженные ядерные частицы — от 100 до 2000 кэВ/мкм.

Однако такое деление достаточно условно, так как ЛПЭ связана не только с физической природой излучения, но зависит, например, от скорости полета частицы.

В современных мощных ускорителях тяжелые частицы разгоняют до столь больших энергий, что их скорость приближается к скорости света. В этом случае ЛПЭ всех частиц снижается до минимального значения, характерного для редкоионизирующих легких частиц (например, электронов) с энергией 1 МэВ. Поэтому при очень' большой скорости движения быстрые протоны и электроны имеют одинаковую ЛПЭ, так как обладают равным по величине зарядом.

К редкоцрнизирующим излучениям принято относить все виды излучений (независимо от их физической* природы), имеющие ЛПЭ V 10 кэВ/мкм, а к плотноионизирующим — те, для которых ЛПЭ превышает эту величину.

ЛПЭ заряженных частиц возрастает со снижением их скорости, поэтому в конце пробега отдача энергии всякой заряженной частицей

максимальна, что приводит к характерному распределению ионизаций, описываемому известной кривой Брэгга, с максимумом, пиком Брэгга, в конце пути (рис. 5). Эту особенность взаимодействия тяже- лях ядерных частиц используют при лечении опухолей, так как она позволяет сосредоточить значительную энергию на глубине пораженной ткани при минимальном ее рассеянии в здоровых тканях по ходу пучка (см. гл. 20).

Установлено, что Л ПЭ пропорциональна квадрату заряда： а-частица, образующаяся при радиоактивном распаде и имеющая заряд 4 2, вызывает появление ионов в четыре раза чаще. В воздухе а-частицы в зависимости от начальной энергии образуют 4 0 000 — 100 000 пар ионов, а р-частицы — 30—300. Длина пробега частиц возрастает с увеличением их энергии. В настоящее время связь между этими параметрами для каждой частицы точно установлена.

Нейтроны. В отличие от заряженных частиц нейтроны не несут электрического заряда, что позволяет им беспрепятственно проникать в глубь атомов; достигая ядер, они либо поглощаются ими, либо рассеиваются на них. При упругом рассеянии на ядрах углерода, азота, кислорода и других элементов, входящих в состав тканей, нейтрон теряет лишь 10——15 % энергии, а при столкновении с почти равными с ним по массе ядрами водорода — протонами, энергия нейтрона уменьшается в «реднем вдвое, передаваясь протону отдачи (рис. 6). Поэтому вещества, содержащие •большое количество атомов водорода (воду, парафин), используют для защиты от нейтронного излучения: в них нейтроны быстро

растрачивают свою энергию и замедляются.*

В результате упругого рассеяния нейтронов образуются сильно- ионизирующие протоны. Атомные ядра при поглощении нейтронов становятся неустойчивыми н, распадаясь, порождают протоны, а-частицы и фотоны у-излучения, также способные производить ионизацию. При таких ядерных реакциях могут образо

вываться радиоактивные изотопы элементов и возникнуть наведенная радиоактивность, в свою очередь, тоже вызывающая ионизацию. Ионизируют вещество, наконец, и сами ядра отдачи, возникающие при ядерных превращениях. -

Таким образом, и при нейтронном облучении конечный биологический эффект связан с ионизацией, производимой опосредованно вто-

Рис. 6. Взаимодействие быстрого нейтрона с атомом водорода облучаемого материалаЧасть энергии нейтрона передается протону отдачи в качестве кинетической. Нейтрон рассеяния отклоняется от преж него направления и обладает меньшей энергиейРис. 6. Взаимодействие быстрого нейтрона с атомом водорода облучаемого материалаЧасть энергии нейтрона передается протону отдачи в качестве кинетической. Нейтрон рассеяния отклоняется от преж него направления и обладает меньшей энергиейричными частицами или фотонами. Следовательно, преимущественный вклад того или иного вида ядер- ного взаимодействия нейтронов зависит от их энергии, а также от состава облучаемого вещества. По величине энергии различают четыре вида нейтронов.

Рис. 6. Взаимодействие быстрого нейтрона с атомом водорода облучаемого материала

Часть энергии нейтрона передается протону отдачи в качестве кинетической. Нейтрон рассеяния отклоняется от преж него направления и обладает меньшей энергией

Рис. 6. Взаимодействие быстрого нейтрона с атомом водорода облучаемого материала

Часть энергии нейтрона передается протону отдачи в качестве кинетической. Нейтрон рассеяния отклоняется от преж него направления и обладает меньшей энергией

Быстрые нейтроны с энергией более 100 кэВ.

К быстрым относят прежде всего нейтроны деления, образующиеся в ядер- ных реакторах при делении, ядер 2зьи, а также при спонтанном распаде 262 Cf. Нейтроны деления обладают широким спектром энергий с модальной величиной 1 МэВ (рис. 7, /). Быстрые нейтро

ны получают и в циклотронах в результате бомбардировки дейтронами (ускоренными до энергии в несколько МэВ) бериллиевой мншенн. В зависимости от энергии дейтронов образуются нейтроны соответствующих энергий. Спектр нейтронов со средней энергией 6 МэВ, полученных при использовании дейтронов, ускоренных до 15 МэВ, приведен на рис. 7, 2. Наконец, в результате ядерной реакции, возникающей при облучении тритиевой мишени пучками дейтронов, ускоренных до энергии около 300 кэВ, образуются практически моноэнергетические нейтроны с энергией 14 МзВ, спектр которых приведен на рис. 7, 3. Схема процесса представлена на рис. 8.

Промежуточные нейтроны с энергией от 100 до 1 кэВ.

Медленные нейтроны с энергией меньше 1 кэВ.

Тепловые нейтроны, обладающие энергией теплового движения, которая составляет при комнатной температуре около 0,025 эВ.

Наибольшее практическое значение в радиобиологии имеют быстрые нейтроны. Все остальные, однако, образуясь по мере замедления в тканях быстрых нейтронов, также вносят свой вклад в общий процесс поглощения энергии.

Нейтроны относят к плотноионизирующим излучениям, так как образуемые ими протоны отдачи сильно ионизируют вещество. Однако их возникновение происходит на большой глубине из-за высокой проникающей способности нейтронов.

л~ -Мезоны. Это отрицательно заряженные элементарные частицы с массой, в 273 раза превышающей массу электрона. Их получают специальными методами фокусировки на мощных синхроциклотронах, генерирующих пучки протонов с энергией в сотни МэВ. л--Мезоны обладают уникальной способностью взаимодействия с ядрами атомов. Эти частицы с энергиями 25—100 МэВ проходят весь путь в ткани до полного торможения почти без ядерных взаимодействий, а в конце пробега захватываются ядрами атомов ткани. Так как при этом в ядро вносится очень большая энергия, равная массе покоя л~ -мезона

Рис. 7. Энергетические спектры быстрых нейтронов, получаемых из трех наиболее распространенных источников (объяснение см. в тексте)Рис. 7. Энергетические спектры быстрых нейтронов, получаемых из трех наиболее распространенных источников (объяснение см. в тексте)Рис. 8. Получение нейтро^ нов с энергией 14 МэВ пег реакции D—ТРис. 8. Получение нейтро^ нов с энергией 14 МэВ пег реакции D—Т

Рис. 7. Энергетические спектры быстрых нейтронов, получаемых из трех наиболее распространенных источников (объяснение см. в тексте)

Рис. 7. Энергетические спектры быстрых нейтронов, получаемых из трех наиболее распространенных источников (объяснение см. в тексте)

Рис. 8. Получение нейтро^ нов с энергией 14 МэВ пег реакции D—Т

Рис. 8. Получение нейтро^ нов с энергией 14 МэВ пег реакции D—Т

Дейтрон, ускоренный до 9нер-« гни 300 КэВ. захватывается ядром трития； при этом происходит связывание протона! вылетает нейтрон с энергией 14 МэВ — значительно большей: чем была у падающего дейтро-( на; эта избыточная энергия появляется за счет освобождения энергии связи при образовании стабильного ядра гелия

(140 МэВ), то, как правило, каждый акт поглощения л~ -мезона сопровождается разрушением ядра и вылетом из него нейтронов, протонов и таких сильноионизирующих частиц, как а-частицы, ионы Li, Be и др., создающих большое локальное энерговыделение («микровзрыв») вблизи места захвата. Эта важная особенность -мезонов явилась основанием для начала работ по их применению в лучевой терапии опухолей, интенсивно проводящихся сейчас в США, Швейцарии, Канаде и СССР.

Итак, все виды ионизирующих излучений сами или опосредованно вызывают либо возбуждение, либо ионизацию атомов или молекул биосистем. Однако при облучении объектов разными видами ионизирующей радиации в равных дозах возникают количественно, а иногда и качественно различные биологические эффекты, что связано с пространственным распределением выделяющейся при взаимодействии энергии в облучаемом микрообъеме, т. е. с ЛПЭ.

Для сравнительной количественной характеристики биологического действия различных видов излучения определяют их относительную биологическую эффективность (ОБЭ). Этому вопросу посвящена специальная глава (см. гл. 8). Здесь лишь необходимо заметить, что ОБЭ в основном определяется ЛПЭ и связана с нею определенной зависимостью.

/Дз. ЕДИНИЦЫ ДОЗЫ ИЗЛУЧЕНИЯ И И РАДИОАКТИВНОСТИ

Из изложенного очевидно, что биологический эффект при прочих равных обстоятельствах прежде всего определяется количеством поглощенной энергии на единицу массы, т. е. поглощенной дозой излучения.

Дозу падающего на объект излучения можно оценить, преобразуя его в теплоту и измеряя вызванное ею повышение температуры. Однако при дозах, используемых в радиобиологии, количество образующейся теплоты столь ничтожно, что его измерение представляется трудной задачей.

Поэтому для оценки доз обычно применяют другие физические и химические методы. Для этого используют ионизационные камеры (измеряют электрический ток, возникающий вследствие ионизации содержащегося в камерах газа), различные химические системы (учитывают выход определенных веществ в процессе радиолиза, например железа, образуемого при облучении раствора ферросульфата), изменения физико-химических свойств специальных материалов и др.

Вопросы радиационной дозиметрии составляют специальную область ядерной физики, поэтому здесь будет дано лишь краткое описание основных понятий и существующих единиц измерения.

Общее представлен и е о количестве падающей на объект 25511гии н§}1уиення з* ^рёЖ облучение ^име^б^уывуйё^сПййё^еннем та父 т<азЫЁаЕмой экспозицииннийг^дизы IpQ, определяемой по формуле X =da/d/n, где da —^юлныу_^аряд ионов одного знака； возникающих? в воздухе при полнбм^^юрможенйТГ всех^вторичных электронов, обра-' зованных фотонами в малом объеме воздуха; dm —— масса воздуха в этом объеме^ Един и ца экспозиционнойдозы^ыражается в кулонах, деленных на^ПРюграмм1^л/кг)「ЗкёН5?й11нонная Доза дозволяет лишь ориентировочно оценивать степень повреждения объекта, поскольку( оно может вызываться только поглощенной объектом энергией. Поэтому необходимо определять количество энергии, выделяющейся в облучаемом материале, т. е> величину поглощен ной, дозы (Q) излучения, под которой понимают среднюю энергий dE, переданную излучением веществу в некотором элементарном объеме, деленную на массу вещества dm в этом объеме: D 二 dE/dm. Единица поглощенной дозы выражается в греях (Гр); [ Гр = 1 Дж/кг. / ： 7 “，

В лучевой терапии* часто используют пойятие Интегральной дозы, т. е. энергии, суммарно поглощенной во всем объеме объекта (при ло・/ кальном облучении); интегральная доза измеряется в джоулях』так как ее единица — грей х килограмм (1 Гр-кг = 1 Дж). ' ГС(/ X «

Для сравнительной оценки биологического действия различных видов излучений и смешанных или неидентифицнрованных потоков излучения используют специальную единицу ——бэр (см. гл. 8).

Луи Гарольд ГрейЛуи Гарольд Грей

Луи Гарольд Грей

Луи Гарольд Грей

При оценке радиационной опасности хронического воздействия излучения произвольного состава применяют понятие эквиваленпгн^1^^з&, единицей которой служит зиверт (Зв).

1 Зв— 100 бэр (см. гл. 8 и 17).

Для оценки эффективности действия радиоактивных изотопов кроме поглощенных доз, создаваемых ими как при внешнем облучении, так и при попадании внутрь организма (инкорпорировании), измеряют их активность. 3工 елннгшу DdduociKfnu8Hoemu亠 получившую название беккерель (Бк), принято одно ядер ное превращение в секунду. / 众寻 /8 /「厶幺

Для характеристики распределения поглощенной дозы во времени используют величину мощности поглощенной дозы, или интенсивности

облучения. Под этим понимают количество энергии излучения, поглощаемой в единицу времени (1 ч, 1 мин, 1 с) единицей массы вещества.

При облучении организма различают также острое и пролонгированное, однократное и многократное (фракционированное) облучения. • Под острым понимают кратковременное облучение при высокой мощности- дозы (децигрей в минуту и выше)» под пролонгированным ——облучение лри низкой мощности дозы (доли грея в час и ниже). Как острое, так и пролонгированное облучения могут быть однократными или фракционированными. Кроме того, известно хроническое облучение, которое можно рассматривать как разновидность фракционированного облучения, но проводящегося очень длительно и в малых дозах.

Распределение дозы различных по ЛПЭ излучений во времени может значительно и по-разному сказываться на непосредственных эффектах и особенно на отдаленных последствиях облучения, в связи с чем определению временного распределения дозы в радиобиологии уделяют серьезное внимание.

Приведенные выше величины даны в единицах Международной системы (СИ). До этого в радиобиологии использовали другие единицы — ренгген, рад, кюри и их производные. -

Как внесистемные (рентген, кюри), так и единицы системы СИ (беккерель, грей, зиверт) являются эпонимическими (образованными от имени ученых) в память о наиболее выдающихся исследователях. С заслугами В. Ренлгена, At Кюри и А. Беккереля читатель был ознакомлен во 2-й гл. Честь возведения

Рольф Максимилиан ЗивертРольф Максимилиан Зиверт

Рольф Максимилиан Зиверт

Рольф Максимилиан Зиверт

Луи Гарольда Грея —лауреата премии им. Рентгена — в ранг эпонима оправдана его миссией физика, целиком посвятившего себя радиобиологии, с тем чтобы установить количественные связи между физическими и биологическими эффектами ионизирующего излучения. Его имя присвоено крупнейшей английской лаборатории, являющейся общепризнанным международным научно-исследовательским центром в области радиационной онкологии. Шведский исследователь Рольф Максимилиан Зиверт известен как крупнейший исследователь в области дозиметрии и радиационной безопасности. По его инициативе, в частности, создана сеть станций наблюдения за радиоактивным загрязнением внешней среды.

Ниже приводятся справочные материалы (табл. 2, 3 и номограммы), позволяющие выполнить расчеты по переводу основных радиационных величин, выраженных во внесистемных единицах, в единицы системы СИ и

обратно. Для каждого типа расчетов даны числовые примеры с промежуточными преобразованиями, поясняющие способ получения конечного результата и порядок выполняемых расчетов.

В табл. 2 и в примеры расчетов включены также новые наименование и обозначение для единиц системы СИ эквив^ентной дозы излучения (см. гл. 8)——зиверт (Sv, Зв), принятые XVI Генеральной конференцией по мерам и весам *-(Париж, октябрь 1979). Единица зиверт предназначена только для использования в области радиационной безопасности (см. гл. 17).

Примеры расчетов при переходе от внесистемныхединиц к единицам системы СИ

4500 Ки -4500-3,7* 1010 Бк -166* 1012 Бк - 166 ТБк

500 Р =500-2,58/10 4 Кл/кг — 129* 10~3 Кл/кг = 129 мКл/кг

90 Р/мин = (90/60) Р/с = 1,5・2,58"0-4 А/кг = 0,387-10~3 А/кг 匸 0,387 мА/кг

200 рад =200-0,01 Гр = 2 Гр

60 рад/мин = 60*0,01 Гр/мин = 0,6 Гр/мин

30 000 рад- г = 30 000-10~5 — 0,3 Дж

0,5 бэр = 0,5-0,01 Зв = 0,005 Зв = 5 мЗв

2 мбэр/ч = 2-10-3*0,01 Зв/ч — 0,02-10~3 Зв/ч = 0,02 мЗв/ч

Примеры расчетов при переходе от единиц системы СИк внесистемным единицам

5,55 ГБк - 5,55- 10е 2,7-10'11 Ки = 15-Ю-2 Ки = 150 мКи

77,4 мКл/кг = 77,4* Ю-3 3876 Р - 3-105-10-3 Р = 300 Р

0,215 мА/кг = 0,215-10-3 3876 Р/с = 0,833 Р/с (или 0,833*60 = 50 Р/мнн)

4,5 Гр _ 4,5-100 рад = 450 рад

75 мГр/мин = 75-10—3• 100 рад/мин = 7,5 рад/мин

5,25 Дж = 5,25-105 рад- г — 525 000 рад-г

0,05 Зв = 0,05-100 бэр = 5 бэр

14 мкЗв/ч — 14- 10_в-100 бэр/ч = 1,4- Ю-3 бэр/ч = 1,4 мбэр/ч

Для облегчения расчетов и сокращения времени, затрачиваемого на сопоставление значений радиационных величин в новых и прежних единицах, можно пользоваться номограммами. Номограмма / составлена для пересчета величин активности нуклида в радиоактивном источнике, номограммы 2, 3 и 4 —для экспозиционных доз излучения.

При выполнении расчетов с единицами поглощенной дозы и мощности поглощенной дозы, а также с единицами эквивалентной дозы и мощности эквивалентной дозы такие номограммы не нужны, так как коэффициент пересчета выражается степенью числа 10 (10-а или 10а) и весь пересчет сводится к простейшей операции отбрасывания двух нулей, или их добавления в целом числе, или соответствующему переносу запятой в десятичной дроби. Не нужна номограмма для

Таблица 2. Основные физические величины, используемые в радиацмониой биологииг и их единицы

Физическая величина

Единица, ее наименование» обозначение (международное, русское)

Соотношение между единицами

внесистемная

системы СИ

внесистемной и системы СИ

системы СИ и внесв* стемной

Активность нуклида в

кюри

беккерель

1 Кн =

1 Вк =

радиоактивном Источни

(Ci, Ки)

(Bq, Бк)

= 3,7・18。Бк

=2,7义

ке

Х10-" Ки

Экспозиционнаядоза

рентген

*кулон на

1 Р=

1 Кл/кг=

излучения

(R, Р)

килограмм

=2,58 义

= 3876 Р

C/kg,

XI О— Кл/кг

Кл/кг)

Мощность экспозицион

рентген

ампер на

1 Р/с==

1 А/кг=

ной дозы излучения

в секунду

килограмм

= 2,58Х

= 3876 Р/с

(R/s, Р/с)

(A/kg, А/кг) грей

X1L А衣 г

Поглощенная доза излу

рад

1 рад= =0,01 Гр 1 рад/с= = 0,01 Гр/с

1 Гр =

чения

(rad, рад)

(Gy, Гр)

=100 рад

Мощность поглощенной дозы излучения

рад в секунду

грей в секунду

1 Гр/с= = 100 рад/с

(rad/s.

(Gy/s,

Интегральная доза из

рад/с)

Гр/с)

рад-грамм

джоуль

1 рад •「= = 10~б Дж

1 Дж =

лучения

Эквивалентная доза из

(radg рад-г)

(J, Дж)

^lO5 рад-г

бэр (rem, бэр)

зиверт

1 бэр = 0,01 Зв

1 Зв =

лучения

(Sv, Зв)

= 100 бэр

Мощность эквивалент

бэр в се

зиверт в

1 бэр/с=

1 Зв/с —

ной дозы излучения

кунду

секунду

= 0,01 Зв/с

=100 бэр/с

(rem/s,

(Sv/s,

бэр/с)

Зв/с)

Таблица 3. Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц

Множитель

Приставка

Множитель

Приставка

наименование

обозначение1

наименование

обозначение1

1012

тер а

10Т

деци

d/n

10е

гига

G/Г

IO-2

санти

с/с

10е

мега

М/М

10-3

милли

т/м

103

кило

ft/K

10-6

микро

А/мк

102

гекто

九/r

io-9

нано

л/н

18

дека

d/a

10-12

ПИКО

р/п

В числителе — международное обозначение, в знаменателе — русское.

интегральной дозы излучения (коэффициент пересчета 10~6 или 10* При этом может быть полезно применение других кратных или дольных приставок к новым или прежним единицам. Например: 0,3 рад = = 0,3・10-2「р = о,ооз Гр - 3 мГр; 3,75 Дж = 3,75-105 рад-г = =375 крад-г.

Каждая номограмма построена для одной или двух физических величин и имеет вид оси с двумя шкалами: слева — во внесистемных единицах, справа — в соответствующих единицах системы СИ. Каждая точка такой оси соответствует определенному значению рассматриваемой физической величины, выраженной в прежних и новых еди* ницах. Например, на номограмме / точка, отмеченная «звездочкой», соответствует активности нуклида 0,4 кКи = 0,15 ТБк, отмеченная «точкой» — активности нуклида 75 мкКи = 2540 кВк, или 2,54 МБк. Следует иметь в виду, что непосредственный расчет с помощью числовых коэффициентов дает более точный результат, чем определение соответствующего значения по номограмме.

Приведенные справочные материалы одобрены Комиссией Всесоюзного научно-технического общества по Международной системе единиц (СИ).

Вопрос о коэффициенте перехода от внесистемной единицы экспозиционной дозы рентгена (Р) к единице системы СИ через поглощен* ную дозу до сих пор дискутируется.

Номограммы 初户 единиц

Активность нуклида 夕 радиоактивномисточнике

кКи

Ки МКи мкКи

ТБк ГБк мбк кБк

кКи

Ки МКи мкКи нКи

75к Г6К мбк кбк 5л

кКики

Т5К ГБК мбк кбк

一三至一主一二*工工至三^王书一

~ 6 / 5 4 J 2 5 一

二 C 4

10 0

二三3切

;三川

二 150

7勿m80 ^t

初二； 仞三 4 二

}Q\-m

*：二

"三-5国

加」

-WO

Ьнесис - темные единицы

J 1м®

2 j泌

三二附

^~\~50

/ .书组f J7

внесис - —г*" Единииы темные -*"―必 единицы

, Экспозиционная доза, изменил. Мощность экспозиционной 加зм

/излучения ( вре^я, с丿

кРкРКррмРмкРКррмРмкРКл]к2 м心к? мкКл(кг НК* IК2Кл]к2 м心к? мкКл(кг НК* IК2Кд! кг МК“К2 мкКл/кгКд! кг МК“К2 мкКл/кг工弘V~=丁73卧工弘V~=丁73卧Q"z х6/к2 мкК川к? НКЛ[кЕQ"z х6/к2 мкК川к? НКЛ[кЕ“戸 мкР“戸 мкРмА 1кг мкА Iкг нА/кгмА 1кг мкА Iкг нА/кг3匸4"3匸4"

кР

кР

КррмРмкР

КррмРмкР

Кл]к2 м心к? мкКл(кг НК* IК2

Кл]к2 м心к? мкКл(кг НК* IК2

Кд! кг МК“К2 мкКл/кг

Кд! кг МК“К2 мкКл/кг

工弘V~=丁7

3卧

工弘V~=丁7

3卧

Q"z х6/к2 мкК川к? НКЛ[кЕ

Q"z х6/к2 мкК川к? НКЛ[кЕ

“戸 мкР

“戸 мкР

мА 1кг мкА Iкг нА/кг

мА 1кг мкА Iкг нА/кг

3匸4"

3匸4"

旣旣=啷2 единицы旣旣=啷2 единицы

旣旣=啷2 единицы

旣旣=啷2 единицы

融кис - —^ Синицы B"ew ~г*" Единицы темные т 一 “/ темные—— %

единицыединицы

радиационные Зе^ин

Мощность зкспозиционной дозы излучения (вре^я, ^厶力

мР минмкР "〃"

мкА/кг нА! кг nA /%2

户мин мР мин мкР мин

МкА j К2 нА]ке nA /лг.

夕 3 2少 / ^- ^- ^ ?-4-丰1上手至壬七З: -6 6 5 4 3 ? 5 一 / 4 与4 4 4 4^

好

4

三二二主三一二-tt一享三h三三-L-二^ ^ ^^ ^ ^ 打乃瞑

旣編=瓚4 единицы

темные единицы

Внесис- {Темные единицы

Мощность зкспо^иционной дозы йзлутния( бре мя, v)

m力佯 мкА/кг нА/кг

4":%6

— В05

46 "必 外二一

乱

№好

"小勿

以目0，

叫二40

8несис-темныеединицы

4,牙^

мкА “2 нА]ке

g444 44 )4 M±thJ-lE>-3:_ 三三-二三 吁d 6 5 孑 J 2 Q *

8несистемные едини4bl

Единиц!

С"

KP]q мА]ке PW мкА/кг 財户〃 нА/кг

一ha 工；-亠 一<至<士£王二一主勿切仞初切^乃 吟

Внесис - темные единицы

Перечислите электромагнитные и корпускулярные виды ионизирующих излучений.

Охарактеризуйте основные механизмы размена энергии электромагнит- кого излучения.

Чем определяется высокая проникающая способность электромагнит* ных излучений?

Каков механизм передачи энергии заряженными частицами?

Что такое кривая Брэгга?

Что такое Л ПЭ? В каких единицах она измеряется?

Какие излучения относят к редкоионизирующим, какие — к плотна ионизирующим?

Назовите виды нейтронов в зависимости от энергии. Каковы особенности их взаимодействия с ядрами атомов вещества?

Какие материалы используют для защиты от нейтронов и почему?

Дайте определение и формулы экспозиционной и поглощенной дозы излучения и назовите единицы их измерения.

Каковы соотношения между греем, бэром и зивертом? Назовите и охарактеризуйте единицу радиоактивности. Что такое мощность дозы излучения?

Если бы удалось жизнь амебы разложить на такие явления, которые рассматриваются физикой 〃 химией, то задача биологии была бы кончена,

Я. /С Кольцов

Свободнорадикальные процессы при облучении воды и водных растворов. Прямое и косвенное действие излучений на органические вещества и био-

ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕДЕЙСТВИЕИОНИЗИРУЮЩИХ

логические макромолекулы. Эффект разведения. Соотно-

ИЗЛУЧЕНИЙ

шение прямого и косвенного действия при лучевой инактивации клеток.

В предыдущей главе были рассмотрены основные процессы взаимодействия ионизирующих излучений с веществом. ” Было показано, что энергия излучений

передается атомам и молекулам окружающей среды. Но это только самый первый, физический «акт драмы», разыгрывающейся в клетке, тканях и во всем организме. Какова судьба этих возбужденных и ионизированных молекул, какова дальнейшая последовательность событий, в чем состоят дальнейшие превращения простых молекул вещества и особенно макромолекул биологических полимеров? Иными словами, необходимо рассмотреть следующий «акт», называемый химическим этапом лучевого поражения клетки.

В основе первичных радиационно-химических изменений молекул могут лежать два механизма, обозначаемые как прямое и косвенное действие радиации. • Под прямым действием понимают такие изменения, которые возникают в результате поглощения энергии излучения самими исследуемыми молекулами («мишенями»). Под косвенным действием понимают из-

менения молекул в растворе, вызванные продуктами радиационного разложения (радиолиза) воды или растворенных веществ, а не энергией излучения, поглощенной самими исследуемыми молекулами (рис. 9).

При косвенном действии наиболее существен процесс радиолиза воды, составляющей основную массу (до 90 %) вещества в клетках. При радиолизе воды молекула ионизируется заряженной частицей, теряя при этом электрон:

Н?。—> Н2О+ + 0-

Ионизированная молекула воды реагирует с другой нейтральной молекулой воды, в результате чего образуется высокореактивный радикал гидроксила ОН*

国0+ + Н2О — Н3О+ + ОН*

«Вырванный» электрон очень быстро взаимодействует с окружающими молекулами воды; возникает сильно возбужденная молекула Н2О*, которая, в свою очередь, диссоциирует с образованием двух радикалов: Н' и ОН’

Н2О+ + е- f Н2О* f Н +ОН'

Эти свободные радикалы содержат неспаренные электроны и потому отличаются чрезвычайно высокой реакционной способностью. Время их жизни в воде не более 10~6 с. За этот период они либо рекомбинируют друг с другом, либо реагируют с растворенным субстратом. Следовательно, и второй этап радиационного поражения — первичные химические изменения — протекает практически мгновенно.

черным кружком обозначена мншеиь, волнистой стрелкой —— излучение, пунктирной стрелкой ——диффузия свободных ра* дикалов к молекуле-мишени

В присутствии кислорода образуются и другие продукты радиолиза, обладающие окислительными свойствами: гидропероксидный радикал НО&, пероксид водорода Н2О2 и атомарный кислород:

Н' О2 f НО2

НО2 ЬНО,- f HQ 丄 20

Кроме этих окислительных продуктов в процессе радиолиза воды возникает стабилизированная &>рма электрона — гидратированные электроны (е~-а^). Они также обладают высокой реакционной способностью, но уже в качестве восстановителя, а потому реагируют с продуктами радиолиза и другими легко восстанавливающимися веществами, в частности с дисульфидными группами. Другим восстановителем, образующимся в процессе радиолиза воды, является атомарный водород. Процесс радиолиза воды схематически представлен на рис. 10.

В клетке организма в аналогичной ситуации процесс протекает значительно сложнее, чем при облучении воды, так как поглощающим веществом здесь служат крупные органические молекулы, повреждаемые прямым действием радиации либо продуктами радиолиза воды. Возникающие при этом органические радикалы также обладают неспаренными электронами, а следовательно, крайне реакционноспособны. Располагая большим количеством энергии, они легко могут привести к разрыву химических связей в жизненно важных макромо-

Рис. 11. Независимость абсолютного радиационного выхода от концентрации растворенного вещества (объяснение см. в тексте)Рис. 11. Независимость абсолютного радиационного выхода от концентрации растворенного вещества (объяснение см. в тексте)

Рис. 11. Независимость абсолютного радиационного выхода от концентрации растворенного вещества (объяснение см. в тексте)

Рис. 11. Независимость абсолютного радиационного выхода от концентрации растворенного вещества (объяснение см. в тексте)

лекулах. Именно этот процесс и происходит чаще всего в промежутке между образованием ионных пар и формированием конечных химических продуктов.

Кроме того, биологический эффект облучения усиливается за счет кислорода, который всегда присутствует в среде и обладает сенсибилизирующим действием (см. гл. 7).

Упрощенная схема первичных физико-химических процессов, приводящих в финале к конечному биологическому эффекту, представлена на с, 51.

Следует иметь в виду, что изменения облучаемого субстрата в клетке, возникающие на каждом из этапов, не всегда являются окончательными. Как правило, эти изменения на молекулярном уровне носят промежуточный характер, и конечный результат в каждом конкретном случае не может быть предсказан, так как наряду с повреждением может произойти и репарация, восстановление исходного состояния.

доказательства существования косвенногоДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИИ

Наиболее серьезные исследования радиохимических изменений разбавленных водных растворов были проведены в 30-е годы Г. Фрикке, изучавшим неорганические или простые органические соединения, и в 40-х годах У. Дейлом, исследовавшим растворы ферментов. Установлено, что при заданной дозе излучения абсолютное число инактивированных молекул не зависит от их концентрации, так как в системе об-

разуется постоянное для данной дозы количество способных прореагировать водных радикалов.

Иными словами, при косвенном действии независимо от разведения раствора абсолютное число поврежденных молекул остается постоянным, а доля их от общего числа изменяется обратна пропорционально их концентрации.

Например, в опытах Фрикке (рис. 11) при облучении 1 л муравьиной кислоты в дозе 100 Гр выделялось 25 мкмоль водорода независимо от того, содержал ли данный раствор 10~4 моль/л кислоты (черные кружки) или 10~1моль/л (светлые кружки). Следовательно, одно и то же коли-

Рис. 12. «Эффект разведения» (Л, 5). Зависимость степени инактивации фермента или вируса от концентрации его в растворе при прямом (/) и косвенном (//) действии излучения (по 3. Баку, П Александеру)

x-qHHDqodnqnEynHn Hyq

■ ^5§t x?HHD°sdnqn£MDfin ol/onh BOHEsl/OQу

чество распавшихся молекул муравьиной кислоты (25 мкмоль) состав ляло в более слабом растворе 25 % от общего количества растворенной кислоты, а в более концентрированном — 0,025%. Лишь при очень сильном разбавлении часть радикалов, взаимодействуя друг с другом» не реагировала с растворенным веществом, в связи с чем увеличи* валась величина инактивирующей дозы.

В отличие от косвенного, при прямом действии число инактивированных молекул при заданной дозе увеличивается пропорционально концентрации раствора, а доля от общего числа молекул остается постоянной (рис. 12).

СООТНОШЕНИЕ ПРЯМОГО И КОСВЕННОГО ДЕЙСТВИЯИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ РАДИАЦИОННОЙИНАКТИВАЦИИ КЛЕТОК

Эффект разведения оказался весьма полезным для изучения различных систем in vitro, таких, как растворы макромолекул, вирусов, фагов и т. д. Однако он неприменим при работе с крупными клетками: при разбавлении суспензии величина повреждающей дозы не уменьшается. Из этого не следует, что действие излучения на клетки оказывается прямым, так как разведение не затрагивает содержимого клеток, а сводится лишь к увеличению между ними количества воды, радикалы которой прореагировали между собой, не проникнув в клетку на достаточную глубину.

Для разграничения прямого и косвенного действия излучения на клетки были предложены другие способы, основанные на предположении, что любой радиационный эффект, изменяющийся под влиянием внешних факторов, является следствием косвенного действия, поскольку повреждение, вызванное прямым действием, возникает одновременно с ионизацией и, следовательно, не может быть модифицировано. Поэтому длительное время усиление или ослабление радиационного поражения различными агентами рассматривали как доказательство косвенного действия.

В последующем была показана ошибочность такого представления, так как оказалось, что между первичным поглощением энергии и конечным химическим изменением облучаемого субстрата существует много стадий, на каждой из которых, как упоминалось, возможна реверсия.

Следовательно, для клетки пока не известна корректная возможность непосредственно оценить относительную роль прямого и косвенного действия ионизирующих излучений.

Данные некоторых экспериментов на вирусах позволяют предполагать, что при облучении клеток прямое действие играет если не основную. то во всяком случае весьма существенную роль. В пользу этого вывода приводят два довода.

Косвенное действие при облучении раствора ДНК проявляется при ее содержании менее 2 %, тогда как в ядре клетки ДНК составляет 10 % и более.

При облучении 〃： vivo появление одного и того же количества повреждений молекул ДНК наблюдается при дозах, на два-три порядка превышающих те, которые вызывают повреждение этих молекул при облучении в разбавленных растворах. Снижение эффективности облучения 历 vivo объясняют тем, что большая часть продуктов радиолиза воды поглощается клеточными метаболитами и не доходит до биологически активных макромолекул, иначе говоря, имеет место защитное действие примесей. Так, например, трансформирующая способность ДНК пневмококков, экстрагированной после их облучения, не изменялась даже при дозе 1000 Гр. Инактивирующая доза для сухих препаратов этой ДНК оказалась равной 700 Гр, а при облучении ДНК в разбавленном растворе инактивация трансформирующего фактора наблюдалась уже при дозе 10 Гр.

На основании этих данных можно было полагать, что явления, вызываемые косвенным действием ионизирующего излучения, при инактивации ДНК играют незначительную роль. Однако недавно (1986) проведенный Ю. Н. Корыстовым анализ методов оценки вклада косвенного действия радиации в гибель клеток показал, что ни один из них не свободен от артефактов, искажающих оценку. При сведении этих артефактов к минимуму путем соблюдения оптимальных условий опыта, согласно оценкам автора, полный вклад косвенного действия дости-

гает 90% и является определяющим в инактивации клетки ионизирующим излучением.

Тем не менее крайние точки зрения относительно преобладания прямого или косвенного действия радиации на ДНК в составе клеток вряд ли можно считать однозначными и общими для всех видов клеток.

8

Что понимают под прямым и косвенным действием излучения?

Назовите первичные радиационно-химические процессы, возникающие в облученных растворах.

Какова относительная роль прямого и косвенного действия излучения в лучевом поражении клетки?

Мы должны будем разделить клетку на микроскопические части* узнать, как ом〃 работают 8 отдельности, как взаимодействуют между собой и как из этого слагает^ ся вся работа клетки.

И. П. Павлов

Летальные и нелетальные лучевые реакции клеток. Угнетение клеточного деления, повреждение хромосом. Формы клеточной гибели и их наиболее вероятные причины. Внутриклеточная репарация. Кривые выживаемости клеток как способ количественной регистрации зависимости эффекта облучения от дозы. Показатели и критерии радиочувствительности и репаративной способности клеток. Механизмы клеточной радиочувствительности.Летальные и нелетальные лучевые реакции клеток. Угнетение клеточного деления, повреждение хромосом. Формы клеточной гибели и их наиболее вероятные причины. Внутриклеточная репарация. Кривые выживаемости клеток как способ количественной регистрации зависимости эффекта облучения от дозы. Показатели и критерии радиочувствительности и репаративной способности клеток. Механизмы клеточной радиочувствительности.

Летальные и нелетальные лучевые реакции клеток. Угнетение клеточного деления, повреждение хромосом. Формы клеточной гибели и их наиболее вероятные причины. Внутриклеточная репарация. Кривые выживаемости клеток как способ количественной регистрации зависимости эффекта облучения от дозы. Показатели и критерии радиочувствительности и репаративной способности клеток. Механизмы клеточной радиочувствительности.

Летальные и нелетальные лучевые реакции клеток. Угнетение клеточного деления, повреждение хромосом. Формы клеточной гибели и их наиболее вероятные причины. Внутриклеточная репарация. Кривые выживаемости клеток как способ количественной регистрации зависимости эффекта облучения от дозы. Показатели и критерии радиочувствительности и репаративной способности клеток. Механизмы клеточной радиочувствительности.

РЕАКЦИИ КЛЕТОКНА ОБЛУЧЕНИЕ.КЛЕТОЧНАЯ РАДИОЧУВ-СТВИТЕЛЬНОСТЬ

ПРЕХОДЯЩИЕ ЛУЧЕВЫЕРЕАКЦИИ КЛЕТОК. ЗАДЕРЖКАКЛЕТОЧНОГО ДЕЛЕНИЯ

Итак, основной феномен радиобиологии ——радиочувствительность — будет рассмотрен теперь прежде всего на уровне клетки —— арены, на которой возникают начальные процессы лучевого поражения организма.

В результате облучения, повреждающего абсолютно все внутриклеточные структуры, в клетке можно зарегистрировать множество самых разнообразных реакций ——задержку деления, угнетение синтеза ДНК, повреждение мембран и др. Степень выраженности этих реакций зависит от того, на какой стадии жизненного цикла клетки произведено облучение. Поэтому дальнейшее изложение будет начато с рассмотрения современных представлений о клеточном цикле.

Рис. 13. Митотический цикл:Рис. 13. Митотический цикл:М — митоз, Gt — предсннтетический период, S — период синтеза ДНК, G2 — постсинтетический период. Go ——фаза покоя (клетка может переходить в нее либо после завершения синтеза ДНК, либо по окончании митоза; в фазе покоя клетка находится до тех пор, пока некоторый стимул не побудит ее снова вступить в цикл соответственно в О2- или <?,-периоды)М — митоз, Gt — предсннтетический период, S — период синтеза ДНК, G2 — постсинтетический период. Go ——фаза покоя (клетка может переходить в нее либо после завершения синтеза ДНК, либо по окончании митоза; в фазе покоя клетка находится до тех пор, пока некоторый стимул не побудит ее снова вступить в цикл соответственно в О2- или <?,-периоды)

Рис. 13. Митотический цикл:

Рис. 13. Митотический цикл:

М — митоз, Gt — предсннтетический период, S — период синтеза ДНК, G2 — постсинтетический период. Go ——фаза покоя (клетка может переходить в нее либо после завершения синтеза ДНК, либо по окончании митоза; в фазе покоя клетка находится до тех пор, пока некоторый стимул не побудит ее снова вступить в цикл соответственно в О2- или <?,-периоды)

М — митоз, Gt — предсннтетический период, S — период синтеза ДНК, G2 — постсинтетический период. Go ——фаза покоя (клетка может переходить в нее либо после завершения синтеза ДНК, либо по окончании митоза; в фазе покоя клетка находится до тех пор, пока некоторый стимул не побудит ее снова вступить в цикл соответственно в О2- или <?,-периоды)

Около 30 лет назад было установлено, что синтез ДНК в клетке происходит в интерфазе, занимая в ней определенный промежуток времени. 步。позволило разделить интерфазу на три периода ——период синтеза RHK (S-период), пред- и постсинтетические периоды (соответственно а и G2)1. Митоз, четвертый период цикла, обозначается буквой М. Продолжительность жизненного, или митотического, цикла ——время между двумя последовательными делениями клетки — слагается из отдельных стадий, длительность которых в разных тканях варьирует относительно друг друга по величине» располагаясь, как пра-

вило, следующим образом: М V

< G2V SV а (рис. 13).

В активно обновляющихся тканях (эпителий ворсинок кишечника, костный мозг, кожа и др.), а также в быстрорастущих опухолях и клеточных культурах продолжительность цикла составляет от 10 до 48 ч. Наиболее продолжительны периоды Gj и S, а самый кратковременный период — митоз — завершается в большинстве случаев в течение 30 ——60 мин.

В качестве примера можно привести данные о клетках крипт кишечного эпигел и я мыши. Эти клетки делятся в среднем каждые 19 ч, причем Gj-период длится 〜9,5 ч, S-период — 7.5, а О2-период и митоз вместе занимают 〜2 ч.

В малообновляющихся тканях большинство клеток находится в 6гпериоде, длительность которого измеряется неделями, а иногда месяцами и даже годами (например, в ЦНС), что в последнее время обусловило выделение еще одной стадии ——Go; клетки, находящиеся на этой стадии, принято считать вне цикла, или покоящимися. Такие клетки составляют резерв репопуляции в случае гибели части клеточного пула от различных причин. Таков, например, механизм посттравматической регенерации тканей (см. гл. 12) или возобновления роста опухоли после ее облучения (см. гл. 20).

Возвращаясь к лучевым реакциям клетки, нужно прежде всего отметить, что многие из них легко переносятся клеткой, так как являются следствием повреждения множественных структур, утрата которых очень быстро восполняется или просто остается незамеченной. Такие преходящие клеточные реакции называют физиологическими или

От англ. Gap — интервал.

кумулятивными эффектами облучения. К ним относятся различные нарушения метаболизма, в том числе ингибирование нуклеинового обмена или окислительного фосфорилирования, слипание хромосом и др.

Как правило, подобные реакции проявляются в ближайшие сроки после облучения и с течением времени исчезают. Наиболее универсальная из них — временная задержка (угнетение) клеточного деления, часто называемая в литературе радиационным блокированием митозов. Снижение числа делящихся клеток после облучения было замечено уже вскоре после открытия рентгеновских лучей, что и послужило одним из оснований к применению этих лучей для подавления опухолевого роста. Эта реакция к настоящему времени наиболее хорошо изучена в количественном отношении на самых разнообразных объектах в экспериментах in vivo и in vitro для большого числа нормальных клеток и тканей, а также для опухолей человека и животных.

门7冬§9堂 号工堡пу)н0ш£ §nmmg xyw门7冬§9堂 号工堡пу)н0ш£ §nmmg xyw1 - - -г*一 i 1 i 方仞打0询з；勿2501 - - -г*一 i 1 i 方仞打0询з；勿250Рис. 14. Динамика размножения клеток после облучения в разных дозах. Д и 4’一 икра вьюна; 5 и 5’ 一 яйца морского ежа; В и 夕一почкование дрожжей (по В. И. Корогодину, 1964):/1. А(. / ~ необлученные зиготы, 2, 3, 4, 5 — облученные (300 Гр) сперматозоиды, яйцеклетки, сперматозоиды и яйцеклетки до оплодотворения, зигота тотчас после оплодотворения соответственно;5, 6'. / — необлученные, 2, 3, 4 — сперматозоиды, облученные непосредственно перед оплодотворением (1, 2, 10 Гр соответственно);S, В\ / — необлученные. 2, 3 — облученные 160 и 180 Гр соответственноРис. 14. Динамика размножения клеток после облучения в разных дозах. Д и 4’一 икра вьюна; 5 и 5’ 一 яйца морского ежа; В и 夕一почкование дрожжей (по В. И. Корогодину, 1964):/1. А(. / ~ необлученные зиготы, 2, 3, 4, 5 — облученные (300 Гр) сперматозоиды, яйцеклетки, сперматозоиды и яйцеклетки до оплодотворения, зигота тотчас после оплодотворения соответственно;5, 6'. / — необлученные, 2, 3, 4 — сперматозоиды, облученные непосредственно перед оплодотворением (1, 2, 10 Гр соответственно);S, В\ / — необлученные. 2, 3 — облученные 160 и 180 Гр соответственноTfe ^~200 ко 280 /1огаридзмиткий масштаб минTfe ^~200 ко 280 /1огаридзмиткий масштаб мин

门7冬§9堂 号工堡пу)н0ш£ §nmmg xyw

门7冬§9堂 号工堡пу)н0ш£ §nmmg xyw

1 - - -г*一 i 1 i 方仞打0询з；勿250

1 - - -г*一 i 1 i 方仞打0询з；勿250

Рис. 14. Динамика размножения клеток после облучения в разных дозах. Д и 4’一 икра вьюна; 5 и 5’ 一 яйца морского ежа; В и 夕一почкование дрожжей (по В. И. Корогодину, 1964):

/1. А(. / ~ необлученные зиготы, 2, 3, 4, 5 — облученные (300 Гр) сперматозоиды, яйцеклетки, сперматозоиды и яйцеклетки до оплодотворения, зигота тотчас после оплодотворения соответственно;

5, 6'. / — необлученные, 2, 3, 4 — сперматозоиды, облученные непосредственно перед оплодотворением (1, 2, 10 Гр соответственно);

S, В\ / — необлученные. 2, 3 — облученные 160 и 180 Гр соответственно

Рис. 14. Динамика размножения клеток после облучения в разных дозах. Д и 4’一 икра вьюна; 5 и 5’ 一 яйца морского ежа; В и 夕一почкование дрожжей (по В. И. Корогодину, 1964):

/1. А(. / ~ необлученные зиготы, 2, 3, 4, 5 — облученные (300 Гр) сперматозоиды, яйцеклетки, сперматозоиды и яйцеклетки до оплодотворения, зигота тотчас после оплодотворения соответственно;

5, 6'. / — необлученные, 2, 3, 4 — сперматозоиды, облученные непосредственно перед оплодотворением (1, 2, 10 Гр соответственно);

S, В\ / — необлученные. 2, 3 — облученные 160 и 180 Гр соответственно

Tfe ^~200 ко 280 /1огаридзмиткий масштаб мин

Tfe ^~200 ко 280 /1огаридзмиткий масштаб мин

П роведенные эксперименты показали, что длительность задержки деления зависит от дозы ионизирующего излучения и проявляется у всех клеток облученной популяции, независимо от дальнейшей судьбы той или иной клетки ——выживет она или погибнет Однако продолжительность этого эффекта различна у разных объектов, что наглядно представлено на рис. 14, где введены и проанализированы ^ечультаты экспериментов ряда исследователей. Во всех случаях после облучения деление клеток икры вьюна, яиц морского ежа, дрожжей прекращалось и возобновлялось спустя некоторое время, различное у разных объек- гов, но всегда растущее с дозой излучения. У каждого из объектов кривые первого пострадиа

Рис. 15. Сдвиг максимума митотической активности клеток почки человека гтрн облучении в S-пер иоде (по И. Скайф% 1969):*стрелками показан сдвиг волны деления при соответствующей дозе излучения, ГрРис. 15. Сдвиг максимума митотической активности клеток почки человека гтрн облучении в S-пер иоде (по И. Скайф% 1969):*стрелками показан сдвиг волны деления при соответствующей дозе излучения, Грционного деления имеют почти такую же форму, как и кривые соответствующих контрольных (необлученных) клеток, и лишь сдвинуты по оси абсцисс вправо. Это особенно хорошо видно при представлении данных в координатах «пробит-эффект — логарифм времени» L

Рис. 15. Сдвиг максимума митотической активности клеток почки человека гтрн облучении в S-пер иоде (по И. Скайф% 1969):*

стрелками показан сдвиг волны деления при соответствующей дозе излучения, Гр

Рис. 15. Сдвиг максимума митотической активности клеток почки человека гтрн облучении в S-пер иоде (по И. Скайф% 1969):*

стрелками показан сдвиг волны деления при соответствующей дозе излучения, Гр

Наиболее четкие количественные данные о зависимости степени задержки деления от дозы и состояния клеток при облучении получены на синхронизированных культурах. Так, И. Ф. Скайф, работая с линией Т-клеток почки человека, синхронизированных в S-периоде, обнаружил, что в нормальных условиях митозы в такой культуре начинают появляться спустя 6 ч после снятия синхронизирующего блока, а их максимум приходится на 9 ч. После облучения клеток в середине S-пер иода максимум митотической активности сдвигается в соответствии с дозой излучения на более позднее время (рис. 15). Пострадиационная задержка митозов при дозе 5 Гр достигала 7 ч.

• Многочисленные исследования показали, что для большинства изученных культур клеток задержка деления соответствует при-

1 Термин «пробит» происходит от англ, probability unit — вероятностная единица. Пробит-анализ — количественная оценка экспериментальных данных, основанная на изучении зависимости между логарифмами доз и пробитами, соответствующими наблюдавшимся эффектам. В этих координатах S-образные или, как их называют, сигмоидные кривые выпрямляются.

мерно 1 ч на каждый 1 Гр, т. е. около 0,6 мин на каждый сГр. Следовательно, эта реакция на облучение идентична у всех особей однородной популяции не только качественно, но и по величине, причем с увеличением дозы возрастает не доля реагирующих особей, а продолжительность задержки деления каждой облученной клетки. В этом состоит принципиальное отличие такого рода клеточных эффектов облучения от летальных поражений, анализ которых будет проведен ниже.

Время задержки деления клеток зависит и от стадии клеточного цикла, в которой находятся клетки при облучении; наиболее длительно оно в тех случаях, когда воздействию подвергаются клетки в стадии синтеза ДНК или в постсинтетической стадии, и самое короткое —— при облучении в митозе, когда абсолютное большинство клеток, начав мдтоз, заканчивает его без задержки.

^тГз-за различий в длительности задержки деления, наблюдающейся на отдельных стадиях клеточного цикла, восстановление митотической активности при облучении активно пролиферирующих тканей происходит волнообразно, так как эти ткани представляют собой асинхронную клеточную популяцию, т. е. состоящую из клеток, находящихся на разных стадиях жизненного цикла.

Из рис. 16 видно, что через 4 ч после облучения клеточное деление еще сильно подавлено, степень угнетения пропорциональна дозе. Восстановление митотической активности клетки происходит волнообразно, причем картина при всех использованных видах ионизирующих излучений однотипна; имеющиеся количественные различия хронологического характера в последующей кинетике популяции хорошо объяснимы различиями ОБЭ (см. гл. 8) этих излучений и разным влиянием их на отдельные стадии цикла.

Вскоре после первоначального падения митотический индекс достаточно резко повышается, иногда даже достигая исходного уровня, а затем вновь снижается. Это начальное повышение еще не является истинным увеличением количества митозов. Объяснением этому служит тот факт, что под влиянием облучения некоторые клетки запаздывают со вступлением в деление, что отражается в снижении митотического индекса сразу после облучения. Вероятно, эти клетки в момент облучения находились на наиболее чувствительной к излучению (по данному критерию) стадии интерфазы. Затем они начинают делиться, причем одновременно с клетками, которые к моменту облучения находились на менее чувствительной стадии, и потому вступили в митоз в обычное время. Так образуется компенсаторная волна увеличения митотического индекса, которая иногда может превышать исходные показатели. С увеличением дозы излучения и компенсаторная волна, и новое значение митотического индекса еще долго оказываются меньшими по сравнению с исходными, что объясняется подавлением способности клеток к делению.

К настоящему времени механизм радиационной задержки деления еще окончательно не выяснен. Многие авторы связывают ее с подавлением синтеза ДНК, однако существуют убедительные данные о том, что снижение синтеза ДНК следует считать следствием, а не причиной задержки митозов, которая скорее всего вызвана повреждением внутриклеточных структур, ответственных за регуляцию

W75或”W75或”

W75或”

W75或”

4 Z2 244896

Время мме обучения t v

Рис. 16. Динамика митотической активности костного мозгамышей после общего облучения тремя видами ионизирующихизлучений:

цифрами у начала кривых обозначены дозы излучения, Гр

деления. Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о роли радиационного повреждения ядра (большей, чем цитоплазмы) в механизме угнетения клеточного деления; в то же время установлено, что оно не связано с повреждением хромосом.

По мнению талантливого трагически погибшего английского биофизика Дугласа Эдуарда Ли, высказанному им еще в 1946 г., определенную роль в этом процессе могут играть цитотоксические продукты, образующиеся под действием излучении. В пользу такого объяснения свидетельствуют установленные значительно позднее многоч.^сленные факты задержки деления клеток (хотя и менее выраженной) экранированных участков тела, не подвергавшихся непосредственному облучению, что свидетельстует о дистанционной природе этого явления.

Представляется логичным рассматривать задержку деления как проявление неспецифического компонента реакции клеток на облучение (тем более, что она наблюдается в ответ на действие многих внешних факторов), имеющее защитно-приспособительный характер L Суждение о защитном характере задержки митозов основано на том, что продолжительность задержки отражает меру восстановления клеток от вызванных излучением поражений, например, путем разрушения гипотетических токсинов или ресинтеза метаболитов, необходимых для деления. В этом случае следовало бы ожидать, что чем больше времени есть у клетки для восстановления, тем вероятнее, что она успешно разделится и даст жизнеспособное потомство. Однако прямые наблюдения показали, что степень задержки митозов одинакова как для гибнущих, так и для сохранивших жизнеспособность клеток. Отсутствие связи между задержкой деления и гибелью клетки подтверждается и данными о разной величине ОБЭ для этих феноменов (И. Скайф, 1969), и разнонаправленным изменением радиочувствительности и задержки деления по стадиям цикла.

Таким образом, наука еще не располагает достаточными данными для того, чтобы однозначно отнести задержку деления к проявлениям радиационного повреждения множественных внутриклеточных структур или оценить ее как защитную реакцию клеток на их повреждение.

Все сказанное относится к временной задержке первого пострадиационного деления, наблюдаемой после облучения в определенном, хотя и достаточно большом диапазоне доз (для большинства клеток млекопитающих в пределах 10 Гр). Еще менее изучен механизм задержки деления при повторных облучениях, а потому и более затруднена его интерпретация.

Описываемую реакцию задержки деления следует отличать от полного подавления митоза, наступающего после воздействия больших доз, когда клетка значительное время продолжает жизнь, но необратимо утрачивает способность к делению. В результате такой необратимой ре-

Американский цитолог Д. Мэзия в предисловии к монографии, посвященной физиологии клеточного деления, справедливо заметил, что «...обобщения дают возможность улавливать доказательства существования некоего общего плана (иными словами, осмысленности явления), которые может поставить нам природа».

акции на облучение часто образуются патологические формы гигантских клеток, иногда даже содержащие несколько наборов хромосом вследствие их редупликации в пределах одной и той же неразделившей- сн клетки (эндомитоз),

ЛЕТАЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ КЛЕТОК. ФОРМЫКЛЕТОЧНОЙ ГИБЕЛИ

♦ Еще в 1906 г., т. е. в самом начале изучения биологического действия ионизирующих излучений, французские исследователи И. Бергонье и Л. Трибондо отметили, что радиочувствительность ткани пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцированности составляющих ее клеток.

Эта закономерность была сформулирована ими в виде правила, феноменологическое значение которого не утратило своей роли и в настоящее время» несмотря на некоторые исключения из него.

Действительно, среди многих проявлений действия излучения на жизнедеятельность клетки подавление способности к делению является наиболее важным. В связи с этим под клеточной гибелью, или лг- тальным эффектом облучения, в радиобиологии понимают утрату клеткой способности к пролиферации. Наоборот, выжившими клетками считают те, которые сохранили способность к неограниченному размножению, т. е. к клонообразованию. Таким образом, речь идет здесь о репродуктивной гибели клеток. Репродуктивная форма лучевой инактивации клеток наиболее распространена в природе. Она же и лучше изучена методами количественной радиобиологии в связи с тем, что ее можно наблюдать при культивировании клеток вне организма.

После облучения при больших дозах гибель большинства делящихся клеток происходит не сразу, а постепенно, в ходе нескольких циклов деления. Это дает возможность проследить за гибелью клеток во времени с помощью цейтраферной киносъемки. Для этого клетки выращивают и облучают в специальных камерах, позволяющих производить съемку через каждые несколько минут в гечение многих суток; в результате на пленке оказываются зафиксированными время и хара кт ер гибели потомков каждой клетки.

При наблюдении за облученными клетками линии L (мышиных фибробластов) было установлено, что их гибель происходит как в процессе 1-го пострадиационного деления, так и во 2-м, 3-м и 4-м митозах. На рис. 17 схематически показана судьба потомков одной клетки, облученной в дозе 2 Гр. Их гибель (фрагментация) наблюдалась только через 70 и 140 ч после облучения исходной клетки, т.е. соответственно после 2-го и 3-го делений. После облучения в дозе 4 Гр клетки линии L более чем в 80% случаев успешно заканчивали 1-е пострадиационное деление, но зато вероятность деления дочерних клеток (1-я ге-

нерация) и «внучек» (2-я генерация) составляла около 30%; остальные 70 % клеток, начав деление, погибали.

Другая разновидность репродуктивной гибели потомков облученных клеток ——формирование так называемых гигантских клеток, возникающих в результате слияния двух соседних, чаще «сестринских» клеток. Такие клетки способны не более чем к 2——3 делениям, после чего они погибают. Гигантские клетки могут возникнуть без слияния при длительной задержке истинного деления (эндомитоз) облученных клеток или их потомков. Такие клетки также нежизнеспособны.

Какие же реакции приводят делящиеся и малодифференцированные клетки к гибели? Основной причиной репродуктивной гибели клеток являются структурные повреждения ДНК, возникающие под влиянием Облучения. Они легко обнаруживаются, в частности, цитологическими методами в виде так называемых хромосомных перестроек, или аберраций хромосом. При этом разорванные хромосомы могут соединяться неправильно, а очень часто отдельные фрагменты их просто теряются при делении. Возникающие хромосомные перестройки весьма разнообразны. Отметим лишь основные виды аберраций: фрагментация хромосом, формирование хромосомных мостов, дицентриков, кольцевых хромосом, появление внутри- к_межхромосомных обменов и т.п. Часть аберраций, как, например, мосты, механически препятствует делению клетки; появление обменов и ацентрических фрагментов приводит к неравномерному разделению хромосом и утрате генетического материала, вызывающей гибель клетки из-за нехватки метаболитов, синтез которых кодировался ДНК утраченной части хромосомы.

Оценка поражения может проводиться путем мета- или анафазного анализа. При метафазном анализе изучают специально приготовленные препараты метафазных клеток, на которых хорошо различима Этот метод позволяет выявить все типы аберраций, но он весьма трудоемок. При анализе анафаз легко различимы только «летальные» для клетки аберрации — мосты и фрагменты; достоинством этого метода является относительная простота, делающая его доступным для оценки радиочувствительности.

структура отдельных хромосом.структура отдельных хромосом.Рис. 17. Результаты наблюдения за потомками клетки линии L, облученной на S-стадии (по К- Тротту, 1969):'『一гибель клетки. 2 — слияние двух клеток с обоазовапяем гигантской клеткиРис. 17. Результаты наблюдения за потомками клетки линии L, облученной на S-стадии (по К- Тротту, 1969):'『一гибель клетки. 2 — слияние двух клеток с обоазовапяем гигантской клеткиДля примера могут быть проанализированы последствия облучения клеток костного мозга мыши (рис. 18). На рис. 18, Л представлен нормальный митоз: хромосомы равномерно разошлись в обе половины делящейся клетки и видны в виде сконденсированных глыбок хрома-

структура отдельных хромосом.

структура отдельных хромосом.

Рис. 17. Результаты наблюдения за потомками клетки линии L, облученной на S-стадии (по К- Тротту, 1969):'

『一гибель клетки. 2 — слияние двух клеток с обоазовапяем гигантской клетки

Рис. 17. Результаты наблюдения за потомками клетки линии L, облученной на S-стадии (по К- Тротту, 1969):'

『一гибель клетки. 2 — слияние двух клеток с обоазовапяем гигантской клетки

Pim 18. H;ip\ шенин митоза в кле 1 ках костного мол а мышеи, регистрируемые через 24 ч после облучения.力 -нормальная анафаза； 6 - анафаза с мостом и множественными фрагментами, образовавшимися в результате разрывов хромосом

『ннз, в следующий момент возникнут две жизнеспособные сестринские клетки. На рис. 18, Б показаны структурные повреждения хромосом, вызванные облучением. Возникли два типа хромосомных аберраций: мост ——тяж из хромосомного материала между полюсами делящегося материала и отдельные обрывки хромосом — фрагменты, образовавшиеся вследствие множественных разрывов. Аберрации хромосом с образованием фрагментов называют концевыми нехватками или делец иями. Дальнейшая судьба потомков такой поврежденной клетки предрешена: они, несомненно, погибнут, но сразу после данного деления или в результате двух-трех следующих митозов —— зависит от степени значимости утраченного генетического материала для их жизнеспособности.

Долю клеток с хромосомными перестройками часто используют в качестве количественного показателя радиочувствительности, так как, с одной стороны, число таких перестроек четко зависит от дозы излучения, а с другой -— они, отражая летальное действие излучений, хорошо коррелируют с выживаемостью клеток.

• Итак, рассмотренные виды лучевой инактивации клеток, наступающей после первого пострадиационного митоза и ведущей к прекращению колониеобразования, называют репродуктивной или митотической формой гибели.

Другая форма радиационной инактивации клеток — интерфазная гибель —— наступает до вступления клетки в митоз. При очень больших дозах излучения это происходит непосредственно «под лучом» или вскоре после облучения. В диапазоне умеренных доз (до 10 Гр) гибель наступает в первые часы после облуче ния и может быть зарегистрирована в виде различных дегенера-

3 Зак. 149(1

Рис. 19. Ннкноз клеток костного мозга мыши чг рез 4 ч после облучения (ранняя дегенерация)

тивных изменений клетки; чаще всего под микроскопом через 2——6 ч можно наблюдать клетки с резким пикнозом ядра (рис. 19) и фрагментацией хроматина.

В настоящее время нельзя строго разделить различные клеточные популяции по форме радиационной гибели. Однако для некоторых. отличающихся наиболее высокой радиочувствительностью, интерфазная гибель особенно характерна. Так, для абсолютного большинства лимфоцитов она происходит уже при дозах в несколько грей, хотя лимфоцит является зрелой клеткой и, согласно правилу Бергонье и Трибондо, должен быть весьма радиорезистентным.

В то же время показано, что для развития лучевых повреждений, приводящих клетки к интерфазной гибели, требуются условия их специфического функционирования в организме, в частности, это могут быть процессы подготовки к дифференцировке. Так, в экспериментах на развивающейся коре мозжечка крысят и мышат было обнаружено, что уже через несколько часов после облучения в дозах 6——12 Гр наблюдается типичная ингерфазная гибель абсолютного большинства (90% и более) нейробластов. Не исключено, что аналогичным образом можно объяснить массовую ннтерфазную гибель лимфоидных клеток, если учесть, что, являясь в обычных условиях зрелыми элементами, они одновременно обл а дают потенциальной лолипотентной способностью, дифференцируясь при необходимости в том или ином направлении. В этом случае гипотетические системы, ответственные за процессы подготовки к дифференцировке, следует рассматривать как крайне радиочувствительные: нх повреждение губительно для клетки.

Молекулярный механизм интерфазной гибели точно не выяснен. Существуют данные о том, что чувствительность к излучению у таких клеток повышается вследствие накопления в цитоплазме гидролитических ферментов или их активации, приводящей к деградации ДНК. Согласно гипотезе, развиваемой К. Хансоном, под влиянием ионизирующих излучений и других повреждающих агентов (вызывающих аналогичный тип гибели лимфоцитов) реализуется заложенная в лимфоцитах генетическая программа интерфазной гибели.

Для размножающихся клеток в культуре ткани, а также для большинства клеток соматических тканей взрослых животных и человека

интерфазная гибель регистрируется только после облучения при дозах в десятки и сотни грей. При меньших дозах наблюдается репродуктивная форма гибели, причиной которой, как упоминалось, в большинстве случаев являются структурные хромосомные повреждения.

КРИТЕРИЙ КЛЕТОЧНОЙ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ. КРИВЫЕ ВЫЖИВАНИЯ И ИХ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

Существует несколько методов оценки жизнеспособности облученных клеток, основанных на определении их способности к неограниченному размножению путем образования колоний или бляшек, возникающих из одиночных клеток.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫЖИВАЕМОСТИ КЛЕТОК /N VITRO

Количественный метод определения выживаемости клеток млекопитающих после облучения впервые был разработан в 1956 г. Т. Паком и П. Маркусом для культуры клеток Не La. Так как и по сей день он является основным методом, применяемым в количественной радиобиологии, будет подробно рассмотрен его первоначальный вариант, а также описаны некоторые дальнейшие его усовершенствования.

Клетки снимают со стенок культурального сосуда раствором трипсина или версена (рис. 20), пипетируют ди получения взвеси из строго одиночных клеток и рассеивают по чашкам Петри так, чтобы в каждую чашку попало заданное количество клеток. На каждую дозу излучения и контроль берут по 5——8 чашек. После посева чашки с клетками облучают при нескольких дозах вплоть ло 10—— 20 Гр и выращивают в термостате 7——14 дней до получения видимых невооруженным глазом колоний, содержащих не менее 50 клеток. Следовательно, облученная, но сохранившая жизнеспособность клетка и ее потомки должны совершить не менее шести последовательных делений. Выживаемость клеток при каждой дозе излучения определяют как отношение числа колоний, выросших в облученных чашках, к числу колоний, выросших в контроле (рис. 20).

Полученная по такому методу кривая выживания растущих в культуре клеток опухоли Эрлиха (линии ELD) приведена на рис. 2L

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫЖИВАЕМОСТИ КЛЕТОК IN VIVO

В 1961 г. канадские ученые Дж. Тилл и Е. Мак-Кулох предложили метод определения радиочувствительности стволовых клеток ге- мопоэтической ткани.

Клетки костного мозга, селезенки или печени плода вводят летально облученным мышам-реципиентам в хвостовую вену, и через неделю у них на селезенке появляются видимые невооруженным глазом колонии, состоящие из потомков введенных гемопоэтических клеток. Путем сравнения числа колоний, образующихся при введении клеток от облученных в разных дозах и интактных мышей, получены типичные кривые выживания.

3*

Рис. 20. Техника клонирования клеток для определения их выживаемости после облучения (по методу Т. Пака, Р. Маркуса):7 в две серин чашек Петри высевают одинаковое число клеток; // — опытные чашки облучают, контрольные — нет： Ш — через 10—14 дней выжившие клетки делятся и образуют видимые колонии (клоны)Рис. 20. Техника клонирования клеток для определения их выживаемости после облучения (по методу Т. Пака, Р. Маркуса):7 в две серин чашек Петри высевают одинаковое число клеток; // — опытные чашки облучают, контрольные — нет： Ш — через 10—14 дней выжившие клетки делятся и образуют видимые колонии (клоны)47470 2 40 2 4Рис. 21. Выживаемость клеток ELDпри действии уизлучения (,37Cs) вкультуре:точками показаны результаты отдельныхэкспериментовРис. 21. Выживаемость клеток ELDпри действии уизлучения (,37Cs) вкультуре:точками показаны результаты отдельныхэкспериментов叩5叩5d Юd Ю«оза излученип｝勿«оза излученип｝勿

Рис. 20. Техника клонирования клеток для определения их выживаемости после облучения (по методу Т. Пака, Р. Маркуса):

7 в две серин чашек Петри высевают одинаковое число клеток; // — опытные чашки облучают, контрольные — нет： Ш — через 10—14 дней выжившие клетки делятся и образуют видимые колонии (клоны)

Рис. 20. Техника клонирования клеток для определения их выживаемости после облучения (по методу Т. Пака, Р. Маркуса):

7 в две серин чашек Петри высевают одинаковое число клеток; // — опытные чашки облучают, контрольные — нет： Ш — через 10—14 дней выжившие клетки делятся и образуют видимые колонии (клоны)

47

47

0 2 4

0 2 4

Рис. 21. Выживаемость клеток ELDпри действии уизлучения (,37Cs) вкультуре:точками показаны результаты отдельныхэкспериментов

Рис. 21. Выживаемость клеток ELDпри действии уизлучения (,37Cs) вкультуре:точками показаны результаты отдельныхэкспериментов

叩5

叩5

d Ю

d Ю

«оза излученип｝勿

«оза излученип｝勿

Этот метод, получивший название экзоколониального теста, широко используют и в настоящее время для оценки радиочувствительности гемопоэтических клеток донора. Радиочувствительность собственных стволовых гемопоэтических клеток оценивают с помощью эндоколони ал ьного теста путем аналогичного подсчета числа колоний, образованных на селезенке из мигрировавших клеток костного мозга к 8— 10-му дню после облучения животных.

В конце 60-х годов были разработаны методы оценки количества выживающих клоногенных клеток кожи и тонкого кишечника, а несколько позднее метод клонирования t几 vitro был использован для оценки радиочувствительности клеток, облученных i〃 vivo. Впервые

таким образом была оценена радиочувствительность опухолей /力 vivo, выросших из клеток, предварительно адаптированных к росту в культуре. После облучения таких опухолей их дезагрегировали механическим и энзиматическим способами до одиночных клеток, у которых и оценивали клоногенную способность; в необлученном контроле она сохранялась у 50——90% клеток.

В последние годы использование более совершенных сред, а также сыворотки эмбриона коровы, содержащих большое количество фак- горов пока неизвестной природы, которые способствуют размножению клеток, позволило определять клоногенную активность не только перевивных, но и спонтанных опухолей животных, а также опухолей человека, причем без предварительной адаптации их к росту в культуре. Колонии образуют лишь единицы, а иногда и доли процентов из общего числа клеток культуры. Это объясняется не только несовершенством технологии, но и тем, что способностью к неограниченному размножению обладает лишь небольшая часть клеток спонтанных новообразований. Тем не менее с использованием этой техники удалось получить четкое представление о вариабельности исходной радиочувствительности многих опухолей человека (см. гл. 20).

Достижением самого последнего времени является использование метода клонирования для оценки радиочувствительности клеток нормальных тканей» например молочных желез, эндотелия аорты и фибробластов кожи.

Таким образом, в настоящее время радиобиологи имеют возможность в эксперименте количественно оценивать радиочувствительность многих тканей и опухолей, сравнивая кривые выживания клеток после облучения.

Существуют и другие критерии радиочувствительности, хорошо коррелирующие с выживаемостью, но прежде чем они будут описаны, необходимо остановиться на общем анализе кривых выживания.

а

Какова зависимость задержки деления клеток от дозы излучения?

Чем определяется волнообразный характер восстановления митотической активности после облучения активно пролиферирующих тканей? В чем состоит правило Бергонье и Трибондо?

Что понимают под летальным эффектом облучения клетки?

В чем отличие репродуктивной от интерфазной формы гибели?

Расскажите о методах оценки клеточной радиочувствительности, основанных на изучении их способности к неограниченному размножению.

6.33 КРИВЫЕ ВЫЖИВАНИЯ

Кривые выживания самых различных клеток при действии рентгеновского, гамма- или любого другого редкоионизирующего излучения имеют форму, аналогичную приведенной на рис. 21.

Рис. 23. Основные параметры кривой выживания (объяснение см. в тексте)

0 8 6 4

力 а 4 〃 c^cs

fz>% 二-:Аяй лч д

Пошще^оя 曲鸣［р

Рис, 22. Кривые выживания клеток (кривые доза—эффект) при действии плотноионизи- рующего излучения. А — линейные координаты; Б — полулогарифмические координаты: пунктиром обозначена 37%-ная выживаемость

В системе полулогарифмических координат (дозу излучения откладывают по шкале абсцисс в линейном масштабе, а выживаемость на оси ординат в логарифмическом) кривая состоит из так называемого плеча и линейного участка, начинающегося обычно после доз 3—5 Гр.

Для упрощения последующих рассуждений необходимо отме- тнть, что при облучении клеток плотноионизирующими частицами кривые их выживания не имеют плеча и в полулогарифмических координатах прямолинейны на всем своем протяжении (рис. 22).

Такая зависимость хорошо описывается уравнением вида

М = Ме-。/气

где N ——число выживших клеток из общего их числа, D ——любая доза излучения, Dq ——доза, при которой доля живых клеток уменьшается в

сравнении с исходной в е раз; N/Ne = е~1 = 1/2,71 = 0,367. Таким образом, при дозе излучения, равной О。, выживает 〜37%, а погибает 〜63 % клеток.

Величина О。служит мерой радиочувствительности клеток и определяется по кривой выживания как доза, при которой выживает 〜$7 % клеток от исходного количества. Иногда поэтому ее называют что в случае экспоненциальных кривых одно и то же, но для кривых, имеющих плечо, величины О。и D37 различны (рис. 23).

Графическое представление данных (см. рис. 21——23) определяет бытующее иногда представление о существовании некоей «критической дозы», при которой якобы погибают все клетки, так как экстраполяция кривой выживания в полулогарифмическом масштабе приводит к пересечению с осью абсцисс. На самом деле при возрастании дозы излучения фракция выживил{х клеток (или вероятность выживания) лишь асимптотически стремится к нулю.

Представление о критической дозе, однако, не лишено смысла: при облучении ткани, где клетки находятся в близком контакте друг с другом, те из них, которые пережили облучение, могут погибнуть за счет автолиза и выхода ферментов из соседних клеток. Есть основания полагать, что снижение фракции выживших клеток до 10~в —— 10~" (при этом в 1 см3 остается от 100 до 1000 живых клеток) приводит к полной гибели всех клеток под действием других (не связанных с облучением) процессов, и соответствующая доза излучения может рассматриваться как критическая. Для клеток, не контактирующих друг с другом, например находящихся в асцитной жидкости лейкозных клеток, представление о критической дозе неприменимо.

малых дозах может быть зарегистрирован экстремальный эффект—гибель клетки (разумеется, с малой вероятностью), а с другой — и при очень больших дозах (опять же с малой вероятностью) могут сохраниться отдельные жизнеспособные клетки.

АБЕРРАЦИИ ХРОМОСОМ 一 КРИТЕРИЙ ЛЕТАЛЬНОГОПОРАЖЕНИЯ КЛЕТОК

Одним из часто используемых количественных методов оценки летального поражения пролиферирующих клеток служит подсчет числа клеток с аберрациями хромосом.

• В конце 50-х годов было установлено, что между числом выживающих после облучения клеток и числом клеток без хромосомных перестроек существует тесная корреляция.

Согласно данным метафазного анализа (табл. 4) существует полный параллелизм в изменении выживаемости клеток и долей безаберрант- ных клеток при облучении клеточной культуры, синхронизированной на отдельных периодах интерфазы, а также в условиях защиты или сенсибилизации. Из табл. 4 видно, что при дозах излучения, различающихся даже в 9 раз, но вызывающих одно и то же подавление жизнеспособности клеток, одинаковой оказывается и доля безаберрантных клеток.

Из табл. 4 также следует, что доля клеток без хромосомных аберраций несколько меньше доли выживших клеток, способных к образованию колоний. Это может быть объяснено тем, что некоторые аберрации обусловливают гибель только одного из потомков облученной клетки, вызывая образование неполноценных абортивных колоний. Близкое соответствие кривых гибели и снижения числа клеток без

Таблица 4. Корреляция между абе^фацнями хромосом м выживаемостью клеток китайского хомячка при разных условиях облучения

Вариант опыта, стадия клеточного цикла в момент облучения

Поглощенная доза излучения, Гр

Выживае* мость клеток, %

Нормальные метафазы без аберраций, %

а

2,1

30,2

26,6

0, 48-часовая сенсиби

0,7

32Л

24,0

лизациябромдезокси

уридином

С】，защита клеток ци

4,7

29,8

26,0

стеамином

S, поздняя

3,1

30,3

20,5

S, поздняя, защита ци

стеамином

6,4

31,3

24.0

Доза излучения ,「р

Рис. 24. Выживаемость (Л) и доля клеток без аберраций хромосом (Б) при облучении культуры клеток китайского хомячка:

/ _ у-нзлучение U7Cs, 2 — протоны 200 МэВ аберраций хромосом наблюдается и при учете аберраций не в метафазе, а в анафазе.

На рис. 24 представлены полученные автором и сотрудниками кривые выживания клеток китайского хомячка. В отличие от данных, представленных в табл. 4, число клеток без аберраций здесь несколько больше числа выживших клеток. Это определяется тем, что анафазный метод выявляет не все аберрации (по некоторым данным, в два раза меньше» чем метафазный), например, потому, что фрагменты увлекаются расходящимися хромосомами в анафазные «шапки»» где их нельзя обнаружить. Но и в этом случае существует соответствие характера кривых, а одинаковое снижение эффекта облучения при переходе от у-излучения к протонам высоких энергий, выявляемое по обоим критериям, также свидетельствует о связи аберраций хромосом с клеточной гибелью. Отсутствие полного соответствия между выживаемостью клеток и возникновением аберраций (во многих работах отмечено 20—30 %-ное расхождение между уровнем погибших и аберрантных клеток) не умаляет роли аберраций хромосом в качестве пригодного количественного критерия клеточной радиочувствительности.

6.4. ПРИРОДА РАДИАЦИОННОЙ ГИБЕЛИ КЛЕТОК

При анализе причин летального радиационного поражения клетки следует прежде всего рассмотреть вопрос об относительной радиочувствительности двух основных ее компонентов - ядра и цитоплазмы. • Если не вдаваться в историю этого вопроса, насчитывающую более семи десятков лет, насыщенных огромным числом экспериментальных исследований на самых различных объектах, можно утверждать, что результаты абсолютного большинства этих

многочисленных исследований дали весьма убедительные доказательства о несравненно большей радиочувствительности ядра и решающей роли его поражения в исходе облучения клетки. Поскольку и сейчас приходится встречаться с противниками этой точки зрения, ниже будут приведены наиболее убедительные примеры доказательства ее справедливости.

Рассмотренная выше корреляция между долей клеток с хромосомными аберрациями н летальным эффектом свидетельствует в пользу определяющей роли ядерного материала в исходе лучевого поражения клетки. Однако этот факт сам по себе еще нельзя однозначно интерпретировать как следствие большей радиочувствительности ядра, ибо можно предположить, что повреждения хромосом могут происходить и в результате опосредованных цитоплазматических влияний.

Более точные экспериментальные доказательства определяющей роли ядра в клеточной радиочувствительности наглядно представлены в исследованиях Б. Л. Астаурова, использовавшего для этой цели феномен андрогенеза (мужского партеногенеза) — возможности развития организма из мужской зародышевой клетки без процесса оплодотворения. Опыты эти настолько изящны, что читателю будет интересно познакомиться с ними подробнее.

Б. Л. Астауровым было продемонстрировано получение потомства тутового шелкопряда (рис. 25), состоящего только из самцов, по всем признакам повторяющих отца, путем предварительного облучения готовой к оплодотворению и кладке яиц самки бабочки (/) при дозе 500 Гр. Эта доза ——смертельная для самки и разрушающая ядерный аппарат еще неотложенных яии (2). Однако гибель такой обреченной бабочки происходит не сразу, так что она могла копулировать с необлученным самцом и отложить яйца ,3). Отложенные после копуляции яйца подвергали тепловому воздействию (4) для побуждения партеногенетического развития. Вследствие этого ядра облученных яйцеклеток разрушались, а ядра зиготы формировались из двух необлученных спермиев (5). Из таких яиц выходили гусеницы, маркированные только признаками отца, а после окукливания вылуплялись только самцы, которые повторяли признаки отца (6). Не обработанные нагреванием яйца, в которых ядро зиготы формировалось из ядра не- облученного спермин и ядра облученной яйцеклетки (7), вскоре прекратили развиваться (N), и гусегтцы из них не вывелись (。).

Причина получения такого андрогенетического потомства состоит в следующем: у тутового шелкопряда в каждую яйцеклетку проникает несколько сперматозоидов, но с женским пронуклеусом сливается яд-, ро лишь одного из них. Так как женский пронуклеус в яйцеклетке был разрушен в результате облучения, его место заняло ядро одного из проникших в такое облученное ядро сперматозоидов, а ядро другого сперматозоида приняло на себя роль второго ядерного оплодотворяющего комплекса, что привело к образованию нормального диплоидного ядра, у которого, однако, оба набора хромосом получены от отца. Очень важно, что огромный по сравнению с ядром объем материнской плазмы, также подвергшийся облучению, никак не сказался на жизнеспособности потомства.

Яйца тутобого, шелкопрядаЯйца тутобого, шелкопряда

Яйца тутобого, шелкопряда

Яйца тутобого, шелкопряда

Прямые доказательства большей радиочувствительности ядра по сравнению с цитоплазмой были получены позже и другими исследователями в опытах с прицельным облучением ядра на объектах, в клетках которых оно строго фиксировано. Оказалось, например, что попадание уже одной а-частицы в ядро оплодотворенного яйца насекомого 2 (наездника) вызывает гибель зародыша, которая в случае облучения цитоплазмы яйца регистрируется лишь после прохождения 15 млн. а-час- тиц.

Особый интерес представляют также эксперименты, в j которых с помощью микропучка протонов (90% частиц находилось в поле диаметром 5 мкм) было показано, что структурные повреждения хромосом в клетках наступают уже после непосредственного их облучения 15—20 протонами, в то время как при облучении различных участков цитоплазмы сотнями тысяч частиц его влияния не обнаружено.

Оплодотборение обученных яиц необлученмыми сперминаОплодотборение обученных яиц необлученмыми сперминаРис. 25. Схема опытов Б. Л. Астаурова (объяснение см. в тексте)Рис. 25. Схема опытов Б. Л. Астаурова (объяснение см. в тексте)Несравненно большая радиочувствительность ядра показана в экспериментах И. Орда и К. Даниелл и. В опытах на амебах с помощью микрохирургического метода они показали, что пересадка ядер от особей, облученных в дозе 150 Гр, при которой выживает 5 % клеток, вызывала примерно такой же летальный эффект (выживало

Оплодотборение обученных яиц необлученмыми спермина

Оплодотборение обученных яиц необлученмыми спермина

Рис. 25. Схема опытов Б. Л. Астаурова (объяснение см. в тексте)

Рис. 25. Схема опытов Б. Л. Астаурова (объяснение см. в тексте)

4 % реципиентов). Если же облучению подвергали цитоплазму даже в дозе 250 Гр, после чего в нее трансплантировали необлученное ядро, то эффекта вообще не наблюдалось; все 100 % амеб делились и давали жизнеспособное потомство.

Приведенные примеры наглядно демонстрируют значительно большую радиочувствительность ядра по сравнению с цитоплазмой, однако они не отвергают роль последней в радиационном поражении ядер- ного аппарата. Более того, существует достаточно много экспериментальных данных о зависимости проявления и размера ядерных нарушений от степени облучения цитоплазмы, что является следствием сложных и пока мало изученных ядерно-цитоплазматических отношений. Важно, что для разных объектов удельный вес прямого поражения ядра и опосредованных влияний может сильно различаться, отражая особенности жизнедеятельности целых клеток и функционирования их основных органелл.

Следует помнить, что все приведенные примеры касаются репродуктивной формы гибели. Что же касается интерфазного поражения, то здесь эти соотношения еще более сложны и также недостаточно изучены. В опытах на насекомых по- казано, что гибель клетки до деления связана с подавлением синтеза нуклеиновых кислот. Эти данные позволили авторам рассматривать интерфазную форму гибели как разновидность одного из необратимых повреждений ядра, называемых в радиационной генетике доминантными ле талям и. Однако упоминавшаяся выше широко известная интерфазная форма поражения клеток млекопитающих, в частности лимфоцитов, морфологически выражающаяся в виде пикнотизаиии ядра, может быть предотвращена воздействием ряда агентов (гипертонический раствор, агматин, соли синильной кислоты), после чего облученный лимфоцит сохраняет жизнеспособность. Это противоречит возможности отнесения такой формы поражения ядра к доминантным леталям.

Итак, подводя итог современному состоянию этого вопроса, следуе! подтвердить правильность точки зрения о решающей роли поражения ядра как первопричины лучевой гибели клетки и его несравненно большей по сравнению с цитоплазмой р ад иочувств ител ьности. Однако в реализации летального клеточного эффекта несомненна и роль цитоплазмы, которая выражена неодинаково у разных объектов и зависит от их функционального состояния и внешних условий.

Какие же внутриядерные структуры ответственны за жизнеспособность клетки? Естественно, что при этом важны события и поражения, возникающие и определяемые при дозах до 10 Гр, существенных Для гибели млекопитающих, ибо в принципе не существует структур, не поражаемых при облучении: все зависит от использованной дозы.

В клетке содержится несколько десятков молекул ДНК, имеющих очень большую длину . ДНК постоянно связана с белками, которые участвуют в поддержании структуры интерфазного хроматина, формировании хромосом и переносе генетической информации.

Облучение вызывает различные повреждения ДНК и ее комплексов. К их числу относят разрывы молекулы ДНК, образование щелочно-лабильных связей, потерю оснований и изменения их состава, изменения нуклеотидных последовательностей, сшивки ДНК — ДНК и ДНК 一 белок, нарушения комплексов ДНК с другими молекулами.

Различают одиночные разрывы, когда связь между отдельными атомными группировками нарушается в одной из нитей двунитчатой моле кулы ДНК, и двойные, когда разрыв происходит сразу в близких участках двух цепей, что приводит к распаду молекулы. При любом разры ве нарушаются считывание информации с молекулы ДНК и пространственная структура хроматина.

Одиночные разрывы не приводят к поломкам молекулы ДНК, так как разорванная нить прочно удерживается на месте водородными, гидрофобными и другими видами взаимодействий с противоположной нитью ДНК, и, кроме того, структура довольно хорошо восстанавливается мощной системой репарации. Многие авторы поэтому склонны думать, что одиночные разрывы сами по себе (если они не переходят в двойные) не являются причиной гибели клеток.

При дозах до 20 Гр двойные разрывы являются следствием одновременного повреждения обеих нитей ДНК. С увеличением дозы изл^ чения, более того, возрастает вероятность перехода одиночных разрывов в двойные, так как увеличивается возможность того, что независимые разрывы в противоположных цепях возникают друг против друга. При действии излучений с небольшой плотностью ионизации (у- к рентгеновское излучение, быстрые электроны) 20—100 одиночных разрывов вызывают один двойной.

Плотноионизирующие излучения вызывают значительно большее число двойных разрывов. Такие виды лучевого поражения макромолекул удается регистрировать непосредственно после облучения в виде аберраций хромосом.

Расчеты показывают, что уже при дозе 1 Гр в каждой клетке человека повреждается 5000 оснований молекул ДНК, возникает 1000 одиночных и 10——100 двойных разрывов, каждый из кото, рых может стать причиной возникновения аберрации.

Исходя из этих представлений, выживаемость клеток во многих случаях может быть описана с помощью так называемой линейно-квадратичной модели Чедвика и Линхаутса. Разрабатывая модель, авторы исходили из того, что при облучении клеток летальными являются двойные разрывы ДНК, которые появляются либо в результате одновременного разрыва обеих спиралей ДНК одной ионизирующей час- THueti, либо в результате совпадений двух независимо образовавшихся одиночных разрывов комплементарных спиралей, оказавшихся напротив друг друга.

Согласно этой модели выживаемость клеток S выражается формулой S So e-(a°+0Q2), где D ——поглощенная доза, а а и р —— параметры, характеризующие вероятность индукции и репарации разрывов ДНК в облученных клетках L

Кроме образования разрывов в облученной ДНК нарушается структура оснований, прежде всего тимина, что увеличивает число генных мутаций. Отмечается образование сшивок между ДНК и белком нуклеопротеинового комплекса.

Разработанные к настоящему времени методы позволяют в ряде случаев обнаружить радиационные нарушения в структуре интерфазного хроматина уже при облучении клетки в дозе несколько грей. Так, вязкость интерфазного хроматина в клетках тимуса уменьшается после облучения в дозе 1——2 Гр, а при дозе 1 Гр отмечается подавление синтеза РНК, вызванное нарушениями дезоксирибонуклеопротеинового комплекса.

В последние годы интенсивно исследуется ДНК-мембранный комплекс ——сложное структурное образование в области соединения нитей ДНК с ядерной мембраной, в состав которого помимо ДНК входят белок и липиды (рис. 26). Как показывают данные М. Элкинда и соавторов (1972), распад комплекса и деградацию молекул ДНК можно зафиксировать после облучения клеток китайского хомячка при дозе всего 2 Гр .

Помимо структурных нарушений ДНК в облученной клетке наблюдается нарушение регуляции, прежде всего выдачи в цитоплазму информации от ДНК, а также нарушение функционирования многочисленных внутриклеточных мембран. В этом проявляется роль внеядер- ных органелл, а также сложных взаимоопределяющих влияний ядра и цитоплазмы.

Многие сложные процессы клеточного метаболизма протекают именно на мембранах, так как последние позволяют обеспечить нужное пространственное разделение реагирующих молекул. Не удивительно, что радиочувствительными оказываются именно те биохимические процессы, для которых необходима пространственная организация участвующих групп ферментов. Снижение энеретического обмена клетки, вызванное поражением митохондрий, в отдельных случаях удается наблюдать после облучения в дозах, равных нескольким греям. Кроме того, нарушение целостности мембран может приводить к сдвигу ионного баланса клетки из-за выравнивания концентраций калия и натрия (в норме клетка накачивает внутрь калий и высвобождает в окру-

1 Данная модель позволяет во многих случаях более точно аппроксимировать экспериментальные данные о выживаемости клеток, чем при использовании формулы с параметрами Do и 几.Однако наглядность последних и удобство их оценки определяет более широкое использование параметров D。и п, чем а и 卩.

Рис. 26. Основные виды структурных радиационных повреждений:

/ — однонитчатые (одиночные) разрывы в молекуле ДНК. 2 - двунитчатые (двойные) разрывы ДНК. 3 — нарушение связи ДНК с белком.

4 - повреждение структуры ДНК-мембраиного комплекса, 5 — разру-шение ядерной мембраны, 6 — повреждение митохондриальной мембра-ны

жающую среду натрий), что также неблагоприятно отражается на ходе метаболических процессов.

Наконец, важным последствием облучения является изменение эпигеномной (не связанной с ядерным материалом) наследственности клетки, носителем которой служат различные цитоплазматические органеллы. При этом снижается функциональная активность потомков облученных клеток, в чем может состоять одна из причин отдаленных последствий облучения (см. гл. 15). Однако главной причиной репродуктивной формы гибели клеток при облучении является повреждение ее генетического аппарата.

S

Охарактеризуйте основные параметры кривой выживания.

В чем отличие кривых выживания при действии редко- и плотноионизи* рующих излучений?

В чем принципиальное различие дозовой зависимости летальных реакций клеток от аналогичной зависимости для обратимых клеточных реакций» например задержки деления?

В чем смысл классических экспериментов Б. Л. Астаурова, доказывающих определяющую роль ядра в радиочувствительности клетки?

* Охарактеризуйте типы радиационных повреждений ДНК. Какие из них являются причиной аберраций хромосом?

ПОСТРАДИАЦИОННОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ(РЕПАРАЦИЯ)КЛЕТКИ

Многие радиационные повреждения репарируются. Пострадиационному восстановлению организма посвящена 12-я глава книги. Здесь же это явление будет рассмотрено лишь на клеточном уровне.

• Феномен пострадиационного восстановления обусловлен тем, что при облучении в клетках, среди прочих, возникают и такие повреждения, которые обычно приводят клетку к гибели, но при определенных условиях могут быть устранены системами ферментативной репарации. Такие повреждения принято называть потенциальным и. Их дальнейшая судьба после возникновения двоякая: либо они репарируются, и тогда клетка выживает, либо реализуются, и тогда она гибнет.

Термин потенциальное повреждение — чисто формальное, феноменологическое понятие, так как не определяет какое-либо конкретное молекулярное повреждение, а потому может применяться к любому виду радиационных поражений. В отношении репродуктивной гибели клеток наиболее изучены два вида потенциальных повреждений — сублетальные и потенциально летальные, различающиеся по способу их выявления.

Сублетальные повреждения выявляют методом фракционированного облучения, а потенциально детальные — по изменению выживаемости клеток под влиянием изменения условий, в которых они находятся в первые часы после облучения. Например, не исключено, что часть двойных разрывов ДН_К. образовавшихся при облучении клеток в предейитетический период, может быть восстановлена за время, оставшееся до репликации ДНК, а те из них, что клетка не успела «залечить» до момента синтеза ДНК, становятся летальными и вызывают ее гибель, образуя аберрации хромосом. Очевидно, что эффективность репарации, т. е. долю выживших клеток, можно увеличить, если искусственно удлинить период Gj.

L ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОТ ПОТЕНЦИАЛЬНО ЛЕТАЛЬНЫХПОВРЕЖДЕНИИ

Влияние условий пострадиационного культивирования на последующую судьбу клеток показано многими авторами на различных объектах и в раз(1ые годы. Ф. Шерман и Г. Чейз еще в 1949 г. обнаружили увеличение выживаемости облученных дрожжей в том случае, если помещать их на питательную среду не сразу после облучения, а выдержав некоторое время в буферном растворе. Однако авторы неверно объясняли открытое ими явление, предположив, что увеличение числа кле- гок обусловлено размножением содержащихся в суспензии неповрежденных дрожжевых клеток, стимулированным продуктами распада клеточных элементов.

Только в 1959 г. В. И. Корогодину в четко поставленном эксперименте удалось воспроизвести тот же феномен, а главное, правильно объяснить его, доказав реальность существования истинного пострадиационного восстановления, что было зарегистрировано в качестве открытия.

Соответствующие опыты столь изящны по своей простоте и убедительности, что могут служить примером экспериментального мастерства.

После у-облучения дрожжей штамма Мегри-139-B в дозе 1,2 кГр суспензию клеток разводили 1 10 000 и делили на две части. Из одной производили посев на питательную сред〕 в чашки Пе\ ри сразу после облучения и оценивали выживас мость, подсчитывая колонии через 96 ч инкубации при температуре 30 С Др?「〉ю гюловину суспензии выдерживали после облучения в течение 48 ч в голодной с()еде при той же температуре, а затем рассеивали по чашкам. Оказалось, что в первом случае выживало лишь около 0,2 % облученных клеток, во втором - выживаемость наблюдалась почти у 40 % . причем во всех изученных пробах

Результаты этих опытов, схема которых приведена на рис. 27, можно рассматривать как прямое доказательство реальности пострадиационного восстановления дрожжевых клеток, способность к котором、 «внутренне присуща» облученным клеткам и не зависит от наличия в популяции нелетально пораженных особей.

60Со60Со力2Ks ”外%力2Ks ”外%РазведениеU Ю 000РазведениеU Ю 0000% 片团Z0% 片团Z964 t=3Q 飞964 t=3Q 飞4% t = 30℃4% t = 30℃/雨力，/ МЛН. клеток/雨力，/ МЛН. клетокZ0 пашен6 4 чашках из 20 по 7 колонииZ0 пашен6 4 чашках из 20 по 7 колонии20 чашекОколо 40 колоний 夕 каждой чашке20 чашекОколо 40 колоний 夕 каждой чашкеООО----ОООО • • • *оООО----ОООО • • • *оРис, 27. Схема опыта В. И. Корогодина, доказывающая реальность существования пострадиационного восстановления дрожжевых клеток

60

Со

60

Со

力2Ks ”外%

力2Ks ”外%

Разведение

U Ю 000

Разведение

U Ю 000

0% 片团Z

0% 片团Z

964 t=3Q 飞

964 t=3Q 飞

4% t = 30℃

4% t = 30℃

/雨力，/ МЛН. клеток

/雨力，/ МЛН. клеток

Z0 пашен

6 4 чашках из 20 по 7 колонии

Z0 пашен

6 4 чашках из 20 по 7 колонии

20 чашек

Около 40 колоний 夕 каждой чашке

20 чашек

Около 40 колоний 夕 каждой чашке

ООО----ОООО • • • *о

ООО----ОООО • • • *о

Рис. 28. Быстрое (?) и медленное (2) восстановление жизнеспособности диплоидных дрожжей Saccharomyces cerevisiae после у-облучения в дозе 40 ГрРис. 28. Быстрое (?) и медленное (2) восстановление жизнеспособности диплоидных дрожжей Saccharomyces cerevisiae после у-облучения в дозе 40 Гр•7, ^§яё^^ ?•7, ^§яё^^ ?

Рис. 28. Быстрое (?) и медленное (2) восстановление жизнеспособности диплоидных дрожжей Saccharomyces cerevisiae после у-облучения в дозе 40 Гр

Рис. 28. Быстрое (?) и медленное (2) восстановление жизнеспособности диплоидных дрожжей Saccharomyces cerevisiae после у-облучения в дозе 40 Гр

•7, ^§яё^^ ?

•7, ^§яё^^ ?

Влияние условий пострадиационного культивирования клеток млекопитающих на их последующую судьбу продемонстрировано С. Н. Александровым (1959) на клетках рака молочной железы, выращиваемых в разных температурных условиях, а позднее И. М. Пархоменко (1963), которая помещала облученные клетки в фосфатный буфер или ингибировала синтез белка.

Во всех этих примерах речь идет о длительно (в течение нескольких часов) протекающих процессах ——медленное восстановление. Наряду с ними в клетке возникает и другой тип потенциально летальных повреждений, которые реализуются в летальные в течение нескольких минут после облучения. Как показали опыты У. Деви (1972), реализация такого типа поражений в клетках китайского хомячка происходит в условиях нормального метаболизма; снижение температуры среды до 20° С во время или сразу после облучения затормаживает процессы реализации, но не влияет на одновременно идущие восстановительные реакции, в результате чего поражение клеток уменьшается.

В 1981 г. А. В. Глазуновым и Ю. Г. Капульцевичем у дрожжей обнаружено и быстрое восстановление. Оказалось, что выживаемость диплоидных дрожжей при высеве их после облучения на питательную среду, содержащую 8 или 10 % NaCl, зависит от температуры во время облучения: понижение температуры с 20 до 3—0° С приводит к существенному снижению выживаемости. Выдерживание клеток, облученных при 0℃, в воде при 28℃ уже через 30—40 мин приводит к быстрому повышению выживаемости.

Эффект быстрого восстановления жизнеспособности нельзя обнаружить, облучая клетки при комнатной температуре или высевая их на стандартную питательную среду, так как в этих условиях восстановление успевает завершиться. Этот тип пострадиационного восстановления у дрожжей вносит большой вклад в регистрируемую выживаемость этих клеток в стандартных условиях (при высеве облученных клеток на стандартную питательную среду) в отличие от медленного пострадиационного восстановления.

Для примера на рис. 28 показана выживаемость дрож-

жей на солевой (10 % NaCl) (кривая /) и стандартной (кривая 2) питательных средах в зависимости от времени выдерживания клеток в воде при 28° С. В первые 30—40 мин происходит быстрое увеличение выживаемости клеток на солевой среде до постоянного значения, которое сохраняется в течение последующих одного-двух часов, что соответствует завершению быстрого пострадиационного восстановления; дальнейший рост выживаемости обусловлен медленным восстановлением, заканчивающимся через 40——50 ч. При высеве облученных клеток на стандартную питательную среду (без NaCl) можно наблюдать лишь медленное восстановление жизнеспособности.

Быстрое восстановление наблюдали как после у-облучения, так и после облучения а-частицами 239 Ри. Рассматриваемый тип восстановления, как и медленное, отсутствует у гаплоидных дрожжей, с чем авторы связывают повышенную радиочувствительность гаплоидных дрожжей по сравнению с диплоидными.

Придавая большое научное и принципиальное значение рассмотренному феномену репарации потенциально летальных повреждений дрожжевых клеток, где он так сильно выражен, следует иметь в виду, что вклад такого типа репарации в повышение выживаемости клеток млекопитающих оказывается несоизмеримо меньшим. В экспериментах ,〃 vitro показано, что выживаемость многих видов клеток млекопитающих за счет восстановления от потенциально летальных повреждений может быть повышена не более чем в 2—3 раза (в зависимости от дозы).

В настоящее время еще не разработаны методы количественной оценки репарации потенциально летальных повреждений непосредственно in vivo, однако в косвенных экспериментах получены убедительные данные о реальности этого процесса и в организме. На многих перевивных опухолях экспериментальных животных показано, что выживаемость опухолевых клеток, оцениваемая i几 vitro, зависит от времени их рассева после облучения самих опухолей in vivo. Так, например, выживаемость клеток асцитной или солидной опухоли Эрлиха при посеве к.теток не сразу, а через 2 ч после облучения в дозе 10 Гр возрастает вдвое, а при посеве клеток некоторых фибросарком через 6 ч после облучения последних она увеличивается в 2——5 раз. Наблюдаемое в этих экспериментах возрастание выживаемости происходит благодаря репарации части потенциально летальных повреждений, что свидетельствует о существовании аналогичного процесса и в организме, количественное выражение которого, по-виднмому, может различаться у разных тканей.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОТ СУБЛЕТАЛЬНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Первые опыты, позволившие определить количественные параметры восстановления клеток от сублетальных повреждений, были проведены М. Эл киндом с сотрудниками в 1960 г.

Рис. 29. Выживаемость клеток китайского хомячка при фракционированном облучении (по М. Элкинду, 1965): первая фракция — 4,5 Гр, вторая — 6.5 ГрРис. 29. Выживаемость клеток китайского хомячка при фракционированном облучении (по М. Элкинду, 1965): первая фракция — 4,5 Гр, вторая — 6.5 ГрМетодом исследования данного вида репарации клеток является дробление дозы на две отдельные фракции с интервалом в несколько часов. Результаты одного из опытов, демонстрирующих временной ход репарации в клетках китайского хомячка, представлены на рис. 29. При двухчасовом интервале между фракциями выживаемость клеток увеличивается в три раза. С увеличением интервала (>2 ч) происходит снижение выживаемости, которое отражает происходящий в это время переход клеток из

Рис. 29. Выживаемость клеток китайского хомячка при фракционированном облучении (по М. Элкинду, 1965): первая фракция — 4,5 Гр, вторая — 6.5 Гр

Рис. 29. Выживаемость клеток китайского хомячка при фракционированном облучении (по М. Элкинду, 1965): первая фракция — 4,5 Гр, вторая — 6.5 Гр

наиболее резистентной стадии цикла в более чувствительную. Блокирование движения клеток по циклу, например, снижением температуры позволяет получить кривую восстановления без такого спада. Следующий подъем выживаемости клеток спустя 8 ч после первого облучения и позднее связан с возобновлением к этому времени процессов деления.

Восстановление клеток китайского хомячка от сублетальных повреждений полностью проходит за 2——3 ч. У других клеток этот интервал может быть несколько большим; например, у клеток костного мозга мышей он равен 5——6 ч. Значимость этих параметров будет об-

суждаться при описании процессов восстановления в целом организме (см. гл. 12), понимание которых невозможно без ясного представления о репарационных процессах в клетках соответствующих органов и систем, ответственных за выживаемость при облучении в данных дозах.

Чтобы закончить рассмотрение вопроса о восстановлении от сублегальных поражений — основного процесса, определяющего ослабление суммарного эффекта многократного облучения, необходимо познакомиться с характером кривых выживаемости клеток при фракционированном воздействии.

На рис. 30 представлены результаты соответствующих экспериментов, свидетельствующие, что при повторном облучении клеток, сохранивших жизнеспособность после первого облучения, форма кривой их выживаемости (2) повторяет соответствующую кривую при однократном облучении (/). На ней вновь возникает плечо (величина которого при полном восстановлении не отличается от регистрируемого при первом облучении), а наклон (т. е. Q(J не изменяется. Аналогичным образом величины указанных параметров не изменяются и при многократном облучении, что проверено на разнообразных клетках в культуре ткани.

при фракционированном облуче-при фракционированном облуче-Рис. 30. Восстановление плеча на кривой выживания клеток лимфомы мы шей при повторном облучении (по Дж. Толмачу, 1970):/ однократное облучение. 2 — повтор imr облучение черс< 4 ч после nepRoroРис. 30. Восстановление плеча на кривой выживания клеток лимфомы мы шей при повторном облучении (по Дж. Толмачу, 1970):/ однократное облучение. 2 — повтор imr облучение черс< 4 ч после nepRoro

при фракционированном облуче-

при фракционированном облуче-

Рис. 30. Восстановление плеча на кривой выживания клеток лимфомы мы шей при повторном облучении (по Дж. Толмачу, 1970):

/ однократное облучение. 2 — повтор imr облучение черс< 4 ч после nepRoro

Рис. 30. Восстановление плеча на кривой выживания клеток лимфомы мы шей при повторном облучении (по Дж. Толмачу, 1970):

/ однократное облучение. 2 — повтор imr облучение черс< 4 ч после nepRoro

• Иными словами, радиочувствительность выживающих после облучения клеток не отличается от контрольных, так как степень их восстановления (по данному критерию) не уменьшается при повторных экспозициях.

Эффективность восстановления (ЭВ) от сублетальных повреждений уценивают по величине так называемого фактора восстановления ——отношения выживаемости клеток при фракционированном облучении к выживаемости при однократном облучении, или по величине разности доз двукратного (О?) и однократного (OJ облучения, требуемых для достижения одинакового эффекта (ЭВ D?——DJ. В случае дробления дозы на N фракций формула имеет вид: ЭВ (D2 ——DJ (^ ——1). Величина фактора восстановления зависит от собственной интенсивности восстановления и от скорости перехода клеток в более чувствительные фазы цикла, причем эти процессы противоположно влияют на радиочувствительность клеток в момент 2-го облучения.

Фактор репарации сильно зависит также от дозы облучения, причем как от первого, так и от последующих. Если доза недостаточно ве- □ ика и не выходит за пределы 0弓，репаративные возможности клетки не могут полностью выявиться и фактор репарации невелик.

• Способность к восстановлению нии хорошо коррелирует с величиной плеча, поэтому такие параметры кривой выживания, как п и особенно О。，позволяют предсказать степень поражения различных тканей при повторных облучениях, что и используют на практике (см. гл. 20). Отсутствие плеча на кривой выживания, как это имеет место, например, при воздействии плот- ноиопизирующими излучениями или при использовании некоторых модифицирующих агентов, свидетельствует об ингибировании процессов репарации или образовании нерепарируемых повреждений.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ

* МЕХАНИЗМЫ РЕПАРАЦИИ

Наиболее изучена репарация структурных повреждений ДНК,

которым приписывают большую роль в клеточной гибели. Такие повреждения ДНК, как одно- и двунитевые разрывы, могут быть количественно определены в разное время после облучения специальными методами, например, с помощью седиментации ДНК в градиенте плотности сахарозы после мягкого лизиса клетки.

Интенсивные молекулярно-биологические исследования последних лет выявили и позволили детально охарактеризовать отдельные звенья репарации ДНК, осуществляемой с помощью специальных ферментативных систем. Детально с состоянием этого вопроса, как и вообще с молекулярными механизмами формирования лучевого повреждения клеток, можно ознакомиться в книге В. Комара и К. Хансона (1980). Здесь лишь будут указаны основные типы репарации.

По времени осуществления различают дорепликативную, пострепликативную и репликативную репарации.

Дорепликативная репарация (до этапа удвоения ДНК) может происходить путем воссоединения разрывов, а также с помощью удаления (эксцизии) поврежденных оснований. В воссоединении одиночных разрывов участвует несколько ферментов. В простейшем случае разрывы могут быть воссоединены лигазой. В других ситуациях требуется полная ферментативная система репарации, включающая специфические эндонуклеазы, экзонуклеазы, ДНК-полимеразу, ДНК-лизу, а также вспомогательные ферменты, обеспечивающие подготовку концов ДНК для заключительного акта репарации — лигазного воссоединения.

Исследованиями, проведенными на бактериальной ДНК, выявлены три типа репарации одиночных разрывов …сверхбыстрая, быстрая и медленная. Сверхбыстрая завершается в течение 1——2 мин и обеспечивается одной ДНК-лигазой. Быстрая репарация, осуществляемая с помощью ДНК-полимеразы 1, воссоединяет 90 % разрывов, остающихся после сверхбыстрой репарации. Время воссоединения половины разрывов составляет в зависимое! и от температуры от 1 до 10 мин. Медленная репарация завершаекя за 40—60 мин, воссоединяя около двух разрывов на каждую цепь ДНК, оставшихся после сверхбыстрой и быстрой репараций.

Феномен репарации двухнитевых разрывов в ДНК впервые был обнаружен у Micrococcus radiodurens, а в последние годы показан и на клетках млекопитающих. В клетках HeLa полное восстановление молекулярной массы ДНК наступает в течение 2,5 ч пострадиационной инкубации. Механизм этого вида репарации неясен, а сам эффект восстановления двойных разрывов долго вообще не удавалось наблюдать, хотя в последние годы он был показан в ряде лабораторий.

Наряду с разрывами ДНК после облучения возникают множественные повреждения оснований, последние ликвидируются системой эксцизионной репарации, проходящей с помощью репаративного син-

теза, который представляет собой многоэтапный процесс типа выщепле- ние-- замещение. Вначале повреждение узнается специфической у-зндо- нуклеазой, после чего происходит выщепление (инцизия) поврежденного участка вблизи измененного основания, затем ——экзонуклеоти- ческа я деградация поврежденной цепи с захватом смежных неповрежденных нуклеотидов и, наконец,—— репаративный синтез в области образовавшегося дефекта при участии ДНК-полимеразы 1 и гюлинукле- отидлигазы комплементарного участка неповрежденной цепи ДНК в качестве матрицы (шаблона).

Пострепликативная репарация постулируется на основании го- го факта, что некоторые клетки млекопитающих выживают при большой дозе излучения, несмотря на пониженную способность к удалению пиримидиновых димеров. Механизм этого вида репарации точно не изучен, предполагают разные варианты синтеза ДНК на поврежденной матрице.

Здесь уместно отметить, что на дрожжевых клетках В.И. Корогодиным еще в 1962—1964 гг. было показано, что восстановление клеток, облученных на стадии G1( может идти не только до и во время пострадиационного синтеза ДНК, но и после него, а потенциальные повреждения переходят в необратимую форму только во время 1-го пострадиационного деления ядра. Это были, по существу, первые данные о пострепликативной репарации ядра, хотя сам термин появился на 10 лет позднее. Как справедливо указывают В. Комар и К. Хансон (1980), пострепликативную репарацию следует, скорее, оценивать не как истинное восстановление, а как преодоление повреждений ——процесс, при котором клетка сохраняет жизнеспособность, несмотря на наличие дефектов в ДНК. Сохранение измененной структуры ДНК в поколениях клеток может лежать в основе отдаленных последствий радиационного воздействия (см. гл. 15).

Репликативная репарация — восстановление ДНК в процессе ее репликации. Этот тип репарации осуществляется удалением в ходе репликации повреждений в зоне точки роста цепи либо продолжающейся элонгацией в обход повреждений.

К настоящему времени, несмотря на значительный прогресс в изучении проблемы репарации, нерешенными остаются многие вопросы, касающиеся молекулярных механизмов этого процесса и его роли в пострадиационной выживаемости клеток. Результаты соответствующих экспериментов показывают, например, что связь восстановления жизнеспособности клетки с репарацией одиночных разрывов ДНК не безусловна. С одной стороны, последняя заканчивается в течение полу- ч4са, т. е. быстрее, чем восстанавливается сама клетка, а с другой — полная репарация разрывов наблюдается и при очень больших дозах, составляющих десятки грей, когда выживают лишь одиночные клет-

ки. Еще нет строгих данных о том, что «отремонтированная» ДНК обладает абсолютно теми же свойствами, что и исходная,

ЗАВИСИМОСТЬ РЕПАРАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙОТ УРОВНЯ КЛЕТОЧНОГО МЕТАБОЛИЗМА

Как уже было показано, репарация повреждений ДНК — процесс метаболический; она осуществляется ферментами, постоянно присутствующими в клетке, участвующими как в ее нормальном метаболизме, так и в реакциях восстановления от различных (не только радиационных) повреждений. Эти мощные репарационные системы, по всей видимости, ликвидируют и большую долю радиационных повреждений ДНК.

Поскольку пострадиационная репарация — процесс ферментативный, ее интенсивность, а следовательно, и судьба облученной клетки зависят от общего уровня клеточного метаболизма.

Для работы ферментов репарации требуется энергия. Если образование АТФ подавить, например, фторидом натрия, то скорость восстановления снижается. При небольшом уменьшении общей скорости метаболизма, например понижением температуры до комнатной, эффективность восстановления не меняется. При снижении температуры до 20 ℃ наблюдается временная задержка в восстановлении некоторых клеток. Интенсивность восстановления значительно снижается при 8 С а при 2—5 ℃ — приостанавливается.

Ферментативная природа репарации определила и применение для ее изучения ингибиторов различных синтетических процессов. Однако при анализе их действия на молекулярном и клеточном уровнях получены весьма противоречивые результаты, что в основном определяется множеством метаболических процессов, обусловливающих репарацию, особенно в клетках высших организмов.

Несмотря на многообразие репарационных процессов, весьма вероятно, что природа сублетальных и летальных повреждений одинакова. Согласно точке зрения М. Элкинда репарация в клетке начинается сразу после облучения, причем если повреждения не слишком тяжелые, то некоторые из них клетка может отрепарировать и, таким образом, сохранить жизнеспособность в смысле неограниченного размножения. Тяжелые же* множественные повреждения полностью отрепариро* вать клетке не удается. Если 2-е облучение отстоит во времени от 1-го, то таких тяжелых повреждений возникает меньше, ибо повреждения от 2-го облучения образуются в клетках, частично уже восстановившихся после 1-го облучения. В результате общее число повреждений

оказывается меньшим, чем при эквивалентной дозе однократного облучения, и соответственно большим будет число выживших клеток. Следовательно, клетка, которая выживет после однократного облучения за счет репарации от потенциально летальных повреждений, вновь приобретает способность накапливать сублетальные повреждения, т. е. ее р адиочувствител ьность становится такой же, как и у необл у ценной клетки.

Несмотря на привлекательность такого унитарного подхода и некоторые подтверждающие экспериментальные данные, нет достаточных оснований для его безоговорочного признания. Поэтому принятые термины остаются в силе, хотя может оказаться, что «отличия» сублетальных повреждений от потенциально летальных можно свести к различиям в методах их регистрации.

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ КЛЕТКИ НА РАЗНЫХСТАДИЯХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

В гл. 3 было показано, что самые разнообразные лучевые реакции клетки (задержка митоза, индукция хромосомных аберраций, степень угнетения синтеза ДНК и др.) зависят от стадии ее жизненного цикла.

Теперь, завершая главу о клеточной радиочувствительности, следует ясно представлять, что вероятность летального исхода для облученной клетки определяется совокупностью многих факторов и процессов. а реализация последних, в свою очередь, зависит от ряда условий, в которых пребывает клетка в момент облучения, особенно от стадии клеточного цикла.

Первые данные по этому вопросу были получены Т. Терасимой и Л. Толмачем (1963), разработавшими способ синхронизации путем избирательного смыва с клеточного монослоя митотических клеток, у которых вследствие приобретения шарообразной формы сцепление со стеклом оказывается слабее, чем у интерфазных клеток. После посева клетки быстро заканчивают деление и далее продвигаются по циклу, последовательно проходя стадии S, Gj и G2.

• Выживаемость клеток при облучении их на разных стадиях цикла закономерно меняется, что свидетельствует о различии в радиочувствительности этих стадий. Самыми радиочувствительными клетки оказываются во время митоза. Дальнейшее изменение радиочувствительности несколько различно у разных видов клеток, однако, как правило, она минимальна (а выживаемость максимальна) при облучении в конце S-стадии, где радиочувствительность примерно на порядок ниже, чем при митозе

♦ (рис. 31, Л).

Такой характер изменения распределения радиочувствительности по циклу не универсален. Детальное изучение последствий облучения клеток китайского хомячка линии И-79, проведенное У. Синкле-

ром, обнаружило у них только один максимум радиорезистентности. приходящейся на конец S-периода (рис. 31,5). Выживаемость клеток, облученных в этот момент, в 40 раз выше, чем при облучении в митозе. Особняком находятся данные, полученные при изучении различных линий клеток L (фибробластов мыши), у которых период ©^ намного радиорезистентнее, чем периоды S и G2.

Таким образом, в обычной асинхронной популяции клетки могут быть подразделены на ряд субпопуляций с разной радиочувствитель-

Рис. 31. Радиочувствительность клеток на разных стадиях цикла. Л — клетки 〃U@; Б - китайского хомячка линии V-79 (по У. Синклеру, 1970)

Рис. 32. Радиочувствительность отдельных стадий цикла клеток китайского хомячка линии V-79 при разных дозах нзл\- чения (обозначены цифрами \ кривых, Гр) (по У. Синклеру, 1970)'Рис. 32. Радиочувствительность отдельных стадий цикла клеток китайского хомячка линии V-79 при разных дозах нзл\- чения (обозначены цифрами \ кривых, Гр) (по У. Синклеру, 1970)'Доза из叫驼ниа ,「рДоза из叫驼ниа ,「рРис. 33. Кривые выживаемости клеток китайского хомячка линии 1-79 при облучении на разных стадиях цикла (по У. Синклеру, 1970)Рис. 33. Кривые выживаемости клеток китайского хомячка линии 1-79 при облучении на разных стадиях цикла (по У. Синклеру, 1970)костью. Зная чувствительность клеток на разных фазах цикла и долю клеток в каждой из этих фаз, можно рассчитать радиочувствительность всей популяции. Следовательно, радиочувствительность ткани и клеточной популяции может быть изменена рядом факторов, меняющих распределение клеток по стадиям цикла (такое воздействие называется синхронизацией}, даже если чувствительность самих клеток при этом не меняется. Следует иметь в виду еще одно обстоятельство, которое не всегда учитывается даже в специальной литературе. Оказывается, что различия в радиочувствительности отдельных фаз цикла вы

Рис. 32. Радиочувствительность отдельных стадий цикла клеток китайского хомячка линии V-79 при разных дозах нзл\- чения (обозначены цифрами \ кривых, Гр) (по У. Синклеру, 1970)'

Рис. 32. Радиочувствительность отдельных стадий цикла клеток китайского хомячка линии V-79 при разных дозах нзл\- чения (обозначены цифрами \ кривых, Гр) (по У. Синклеру, 1970)'

Доза из叫驼ниа ,「р

Доза из叫驼ниа ,「р

Рис. 33. Кривые выживаемости клеток китайского хомячка линии 1-79 при облучении на разных стадиях цикла (по У. Синклеру, 1970)

Рис. 33. Кривые выживаемости клеток китайского хомячка линии 1-79 при облучении на разных стадиях цикла (по У. Синклеру, 1970)

ражены в разной степени при разных дозах излучения. Например, при дозе 12 Гр выживаемость клеток, облученных на стадиях S и G〔，различается в 15 раз, а при дозе 3 Гр 一 всего в 1,5 раза (рис. 32).

Стадия цикла几6，「pм11,3>11,3а21,6S (ранняя)2—31,9S (поздняя)102,0Стадия цикла几6，「pм11,3>11,3а21,6S (ранняя)2—31,9S (поздняя)102,0Таблица 5. Параметры кривых выживания клеток китайского хомячка прм облучении на разных стадиях цикла (по У. Синклеру, 1970)Таблица 5. Параметры кривых выживания клеток китайского хомячка прм облучении на разных стадиях цикла (по У. Синклеру, 1970)Причина этого явления состоит в изменении формы кривых выживаемости клеток, облученных на разных стадиях цикла. При переходе от митоза к стадии S способность к репарации возрастает 一 увеличиваются плечо и экстраполяционное число п и снижается радиочувствительность —

Стадия цикла

几

6，「p

м

1

1,3

>1

1,3

а

2

1,6

S (ранняя)

2—3

1,9

S (поздняя)

10

2,0

Стадия цикла

几

6，「p

м

1

1,3

>1

1,3

а

2

1,6

S (ранняя)

2—3

1,9

S (поздняя)

10

2,0

Таблица 5. Параметры кривых выживания клеток китайского хомячка прм облучении на разных стадиях цикла (по У. Синклеру, 1970)

Таблица 5. Параметры кривых выживания клеток китайского хомячка прм облучении на разных стадиях цикла (по У. Синклеру, 1970)

уменьшается наклон кривой выживания и соответственно увеличивается О0 (рис. 33, табл. 5).

Различия в выживаемости сильно увеличиваются с возрастанием дозы излучения, что и приводит к зависимости, изображенной на рис. 32.

В тканях взрослого организма значительная часть клеток находится вне цикла, в фазе покоя (см. рис. 14), потенциально сохраняя способность к пролиферации. При гибели части клеточной популяции такие покоящиеся клетки могут вступить в цикл и служить основой репопуляции.

В настоящее время ()1сутствуюг адекватные методы оценки основных радиобиологических параметров покоящихся клеток j几 vivo. Соответствующие данные об этих свойствах получены в основном путем экстраполяций результатов экспериментов с облучением станионарных культур, используемых в качестве модели покоящихся клеток. Согласно этим данным если н существуют различия в радиобиологических свойствах между клетками, -покоящимися и на ходя- щимися в цикле, то они невелики. Например, есть сведения о том. что клетки в стационарном состоянии не восстанавливаются от сублетальных повреждений. Однако клетки приобретают эту способность в том случае, если после 1 -го облучения их поместить в оптимальные ус.ювия развигия — в свежую полноценную среду с небольшой плотностью к л ето к. Известны данные и об отсу гствии различии в лучевых реакциях покоящихся клеток in vivo. Например, установлена одн накован степень радиоч\ вствител ьности хромосом покоящихся и делящихся клеток печени. Анализ и оценка этих работ будут проведены в соответствующих главах при рассмотрении вопросов восстановления организма и отдален - ных эффектов облучения.

Что такое потенциальные радиационные повреждения клетки?

Какими методами выявляют сублетальные и потенциально-летальные повреждения?

Расскажите об экспериментах М. Элкинда и В. И. Корогодина.

Какова радиочувствительность клеток на разных стадиях цикла?

77Можно ли искусственно моди> фицировать радиочувствительность биологических объектов: сделать их по желанию более устойчивыми к действию излучения или, напротив, усилить их поражение? Средства ослаб* ления и усиления лучевых ре- акций; протекторы и сенсибилизаторы. Количественные кри< терии модификации радиочувствительности. Кислород — универсальный радиомодифициру* ющий агент. Кислородный эффект.Можно ли искусственно моди> фицировать радиочувствительность биологических объектов: сделать их по желанию более устойчивыми к действию излучения или, напротив, усилить их поражение? Средства ослаб* ления и усиления лучевых ре- акций; протекторы и сенсибилизаторы. Количественные кри< терии модификации радиочувствительности. Кислород — универсальный радиомодифициру* ющий агент. Кислородный эффект.

7

7

Можно ли искусственно моди> фицировать радиочувствительность биологических объектов: сделать их по желанию более устойчивыми к действию излучения или, напротив, усилить их поражение? Средства ослаб* ления и усиления лучевых ре- акций; протекторы и сенсибилизаторы. Количественные кри< терии модификации радиочувствительности. Кислород — универсальный радиомодифициру* ющий агент. Кислородный эффект.

Можно ли искусственно моди> фицировать радиочувствительность биологических объектов: сделать их по желанию более устойчивыми к действию излучения или, напротив, усилить их поражение? Средства ослаб* ления и усиления лучевых ре- акций; протекторы и сенсибилизаторы. Количественные кри< терии модификации радиочувствительности. Кислород — универсальный радиомодифициру* ющий агент. Кислородный эффект.

Тому, кто упорно ищет, часто удается что- нибудь обнаружить, хотя и не всегда именно го, что о〃 ищет.

А. Мору а

МОДИФИКАЦИЯРАДИОЧУВСТВИТЕЛЬ-НОСТИ.

КИСЛОРОДНЫЙ ЭФФЕКТ

Исключительное внимание, уделяемое в радиобиологии животных и человека вопросам радиочувствительности, вполне понятно. Их конечная цель нахождение путей активного и изби^ рательного воздействия на радиочувствительность—ослабления ее или усиления в зависимости от необходимости, т.е. овладение способами управления р ади очувствител ьностью.

Наиболее активно эта проблема начала развиваться в конце 40-х — начале 50-х годов, когда в результате реальной угрозы возникновения массовых лучевых поражений человека во всех развитых странах мира внимание ученых было привлечено к поиску средств против。” чевой защиты.

Результаты этих исследований не замедлили сказаться, и уже вскоре в начале 50-х годов — появились сообщения о реальной возможности ослабления летального эффекта облучения животных путем предварительного (перед облучением) введения в организм некоторых химических соединений. Они получили название протекторов (от лат. protector — защитник, покровитель), а

сам процесс ослабления поражения назвали химической защитой. К настоящему времени испытаны десятки тысяч химических соединений, среди которых многие обладают противолучевыми свойствами. Проблема фармакохимической защиты организма и пути ее решения будут обсуждаться в гл. 19. Здесь лишь важно указать на принципиальную возможность искусственного повышения радиоустойчивости клетки и организма.

Не менее активно разрабатывается и альтернативная сторона проблемы, возникшая несколько позднее,——поиск средств, усиливающих лучевое поражение. В этом прежде всего заинтересована радиационная онкология, так как радиорезистентность многих опухолей не позволяет подвергнуть их облучению в нужной степени из-за опасности необратимого повреждения нормальных тканей. Такие средства, снижающие радиорезистенiность, были найдены. Они получили название сенсибилизаторов; последним будет уделено внимание в гл. 20, посвященной лечебному применению радиации. Сейчас же, после рассмотрения клеточной радиочувствительности, интересно отметить, что разработка путей сенсибилизации идет параллельно с получением новых сведений о механизмах лучевого поражения клетки: используют» например, средства, усиливающие первичное поражение ДНК, ингибиторы восстановления, агенты, синхронизирующие клетки на наиболее радиочувствительной стадии клеточного цикла или, напротив, избирательно повреждающие клетки на радиорезистентных стадиях.

ВОПРОСЫ ТЕРМИНОЛОГИИ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ

КРИТЕРИИ РАДИОМОДИФИЦИРУЮЩЕГО ЭФФЕКТА

Говоря о модификации лучевого поражения, обычно используют два ставших традиционными альтернативных понятия — защита и сенсибилизация, имея в виду, что как защитные, так и сенсибилизирующие агенты применяются, а следовательно, и действуют только перед и во время облучения при обязательном условии, что сами они не влияют на жизнеспособность модифицируемого объекта. Накопленный опыт показал, однако, что, во всяком случае в интересах прикладной радиобиологии, целесообразно заменить термины радиосенсибилизация и защита на более общие понятия ——соответственно усиление и ослабление лучевого поражения, приняв, что и то и другое может быть достигнуто независимо от времени использования (до или после облучения) модифицирующего агента.

• В принципе возможны три результата комбинированного воздействия двух (или нескольких) агентов (рис. 34):

аддитивность, когда результат совместного действия равен сумме эффектов каждого из агентов, независимо от последовательности их применения;

синергизм, когда результат совместного их применения превосходит эффект, ожидаемый от аддитивного действия;

Рис. 34. Оценка усиления действия радиации (объяснение см. в тексте):

/ - агент, 2 — радиация

Еаа&6 pnxynaDyoAg

потенцирование, когда действие одних агентов, как и при синергизме, усиливается другими, которые сами по себе (в отличие от синергизма) наблюдаемого эффекта не вызывают L

Таким образом, в классической интерпретации радиосенсибилизация, являясь разновидностью эффекта потенцирования, представляет собой лишь частный случай усиления радиочувствительности.

Все сказанное относится и к проблеме противолучевой защиты. Здесь также, во-первых, уже самой жизнью выделены так называемые средства ранней терапии, эффективные при применении непосредственно или в ближайшее время после облучения. К ним относятся, например, препараты ДНК, гемотрансплантаты, полисахаридные комплексы и др. Во-вторых, сейчас уже ясно, что нельзя сводить механизм противолучевой защиты протекторами только к ослаблению первич* ных актов поражения. Учитывая многоэтапный процесс развития последнего, имеется возможность влиять на каждый из его этапов. Более того, в последнее время становится все более популярной точка зрения о том, что действие всех радиозащитных агентов реализуется только через ранние репаративные процессы, и лишь скоротечность последних не позволяет или, точнее, затрудняет регистрацию эффекта при применении защитных агентов в процессе или после облучения (Л. X. Эйду с, Ю. Н. Корыстов, 1984).

1 Эти определения справедливы только в случае линейной зависимости вызываемых эффектов от дозы каждого из агентов (рис. 34). Несколько более сложным является определение понятия синергизма при иелинейности этих зависимостей.

Предлагаемый пересмотр понятий важен не только в терминологическом плане. Такой подход расширяет пути к поиску модифицирующих агентов. Напрнмер, даже по определению он предполагает изыскание средств усиления поражения уже поврежденных излучением клеток, что очень важно при разработке способов усиления эффекта облучения опухолей (см. гл. 20). Таким образом, практическая ценность модифицирующих агентов определяется не тем, отвечают ли они классической терминологии, а прежде всего степенью воздействия и его избирательности, если речь идет об их использовании в лучевой терапии опухолей.

С учетом изложенного эффект модификации следует оценивать независимо от времени применения модифицирующего агента (до, во время или после облучения) и степени его собственной активности (по регистрируемому показателю), а лишь по конечному результату — ослаблению или усилению поражения. Этим не снимается целесообразность употребления и прежних терминов — радиосенсибилизации и защиты, но подчеркивается их ограниченное значение только для тех случаев, когда надежно изучены механизмы действия соответствующих модифицирующих агентов.

Для оценки радиомодифицирующего эффекта, вне зависимости от избранного показателя поражения, могут быть использованы три критерия. I. Абсолютная величина разности между показателями в опыте (облучение с используемым модифицирующим агентом) и в контроле (само по себе облучение в той же дозе).

2. Индекс эффекта ——отношение показателей в опытной и контрольной группах. 3. Фактор изменения дозы (ФИД) — отношение равноэффективных доз в опыте и контроле; как при усилении, так и при ослаблении лучевого эффекта берется отношение большей дозы к меньшей.

Два первых критерия могут дать неточное представление о степени модифицирующего эффекта, так как они в большой степени зависят от величины доз, при которых производится оценка; их лучше использовать для качественной оценки наличия или отсутствия эффекта.

В практике чаще всего употребляют ФИД, для вычисления которого нужно располагать дозовыми зависимостями исследуемого эффекта, например кривыми выживания в опыте и контроле. При экспоненциальности дозовых кривых или наличии плеча, но оди* наковом экстраполяционном числе в опыте и контроле значения ФИД не зависят от уровня повреждения, на котором производят сравнение, и ФИД оказывается единым для всего диапазона доз.

На рис. 35 в координатах пробит—— логарифм дозы приведены результаты опытов, характеризующие степень ослабления летального поражения мышей при тотальном облучении в условиях применения ряда протекторов, а на рис. 36 показано усиление лучевого поражения лейкемических клеток при облучении их в организме мышей, полу-

II H 1 II 57911II H 1 II 579110Ю 2。30Доза излучения ? Гр0Ю 2。30Доза излучения ? ГрРис. 36. Кривые выживания клеток лейкемии Р-388, облученных в оргаРис. 36. Кривые выживания клеток лейкемии Р-388, облученных в оргаДоза излучения} fpРис. 35. Влияние протекторов на гибель мышей, облученных в дозах 7—12 Гр:/ — контроль, 2 — циста фос, 3 — АЭТ, 4 — мексамин, 5 — АЭТ+мексамин; ФИД, вычисленный для доз, вызывающих 50%-ную гибель мышей, равен 1.5; 1,55; 1,53 и 1,83 соответственноДоза излучения} fpРис. 35. Влияние протекторов на гибель мышей, облученных в дозах 7—12 Гр:/ — контроль, 2 — циста фос, 3 — АЭТ, 4 — мексамин, 5 — АЭТ+мексамин; ФИД, вычисленный для доз, вызывающих 50%-ную гибель мышей, равен 1.5; 1,55; 1,53 и 1,83 соответственнонизме мышей через 4 дня после четырех ежедневных внутрибрюшинных инъекций 5-йоддезоксиуридина (поР. Берри, 1965):/ — без ИДУР, 2 — 100 (мг/кг)Х4, 3300 (мг/кг)Х4, 4 — 500 (мг/кг)Х4; ФИД, вычисленный по 10%-ной выживаемости (в порядке возрастания концентрации сенсибилизатора), составляет 1,3： 1,4 и 2,2низме мышей через 4 дня после четырех ежедневных внутрибрюшинных инъекций 5-йоддезоксиуридина (поР. Берри, 1965):/ — без ИДУР, 2 — 100 (мг/кг)Х4, 3300 (мг/кг)Х4, 4 — 500 (мг/кг)Х4; ФИД, вычисленный по 10%-ной выживаемости (в порядке возрастания концентрации сенсибилизатора), составляет 1,3： 1,4 и 2,2

II H 1 II 57911

II H 1 II 57911

0Ю 2。30

Доза излучения ? Гр

0Ю 2。30

Доза излучения ? Гр

Рис. 36. Кривые выживания клеток лейкемии Р-388, облученных в орга

Рис. 36. Кривые выживания клеток лейкемии Р-388, облученных в орга

Доза излучения} fp

Рис. 35. Влияние протекторов на гибель мышей, облученных в дозах 7—12 Гр:

/ — контроль, 2 — циста фос, 3 — АЭТ, 4 — мексамин, 5 — АЭТ+мексамин; ФИД, вычисленный для доз, вызывающих 50%-ную гибель мышей, равен 1.5; 1,55; 1,53 и 1,83 соответственно

Доза излучения} fp

Рис. 35. Влияние протекторов на гибель мышей, облученных в дозах 7—12 Гр:

/ — контроль, 2 — циста фос, 3 — АЭТ, 4 — мексамин, 5 — АЭТ+мексамин; ФИД, вычисленный для доз, вызывающих 50%-ную гибель мышей, равен 1.5; 1,55; 1,53 и 1,83 соответственно

низме мышей через 4 дня после четырех ежедневных внутрибрюшинных инъекций 5-йоддезоксиуридина (по

Р. Берри, 1965):

/ — без ИДУР, 2 — 100 (мг/кг)Х4, 3300 (мг/кг)Х4, 4 — 500 (мг/кг)Х4; ФИД, вычисленный по 10%-ной выживаемости (в порядке возрастания концентрации сенсибилизатора), составляет 1,3： 1,4 и 2,2

низме мышей через 4 дня после четырех ежедневных внутрибрюшинных инъекций 5-йоддезоксиуридина (по

Р. Берри, 1965):

/ — без ИДУР, 2 — 100 (мг/кг)Х4, 3300 (мг/кг)Х4, 4 — 500 (мг/кг)Х4; ФИД, вычисленный по 10%-ной выживаемости (в порядке возрастания концентрации сенсибилизатора), составляет 1,3： 1,4 и 2,2

чивших различные концентрации известного радиосенсибилизатора — 5-йоддезоксиуридина.

Кроме химических модифицирующих агентов с давних пор известно о сильном влиянии на исход лучевого поражения кислорода.

В 1909 г. Г. Шварцем было замечено, что на гиперемированной коже облученных больных остается менее пигментированная область, повторяющая форму I убуса рентгеновской грубки. Как потом стало ясно, причиной этого явления бьыо несовершенство аппаратной техники того времени. Вследствие малой мощности трубки облучение производили на минимальном расстоянии от тела и часто пережимали тубусом питающие кожу сосуды, что приводило к временной локальной ишемизации, а следовательно, к снижению концентрации кислорода, от которой, как выяснилось позднее, в значительной степени зависит радиочувствительность.

КИСЛОРОДНЫЙ ЭФФЕКТ — УНИВЕРСАЛЬНОЕЯВЛЕНИЕ РАДИОБИОЛОГИИ

, Под кислородным эффектом (КЭ) обычно понимают явление усиления лучевого поражения при повышении концентрации кислорода по сравнению с наблюдаемым в результате облучения в анаэробных условиях.

4 Зак. 1490

Рис. 37. Кривые выживания клеток китайского хомячка, подвергнутых рентгеновскому облучению:

/ — в воздухе, 2 — в азоте; дозы, вызывающие одинаковую выживаемость в азоте и воздухе, составляют 30 и 10 Гр соответственно;

ККУ=3

КЭ — универсальное явление в радиобиологии. Он обнаружен по различным показателям лучевого поражения как в модельных системах, так и в экспериментах на всех

уровнях биологической ограниза- ции. Тем не менее еще по сей день нет полной ясности в том, какие свойства» присущие кислороду, ответственны за его радиомодифици

рующее действие. Наиболее общепринятой признана точка зрения о роли электроноакцепторных свойств молекулы кислорода, являющейся бирадикалом. Вследствие этого кислород активно взаимодействует с образующимися при действии излучений радикалами биологических молекул, и, как бы фиксируя возникшие в них потенциальные повреждения, делает их труднодоступными или недоступными для репара

ции.

Представления о возникновении потенциальных скрытых повреждений сформировались к концу 50-х годов под влиянием работ П. Александера, А. Чарлсби, У. Горди, Т. Альпер и Л. Эйдуса. Согласно этим взглядам в макромолекулах при их ионизации возникают скрытые повреждения, которые в отсутствие кислорода сами по себе еще не ведут к потере активности, однако, будучи фиксированы кислородом, переходят в явные повреждения.

Время существования таких кислородзависимых потенциальных повреждений в принципе может быть весьма большим. Так, еще в 50-х годах Л.Х. Эйдус показал, что в молекулах белков такие повреждения сохраняются в течение десятков минут и часов. Столь длительное последействие, однако, не обнаруживалось в опытах с нуклеиновыми кислотами. Наличие в живой клетке SH-соединений, немедленно взаимодействующих с потенциальными повреждениями, практически исключает возможность определения истинной продолжительности последних.

Количественным выражением изменения эффекта облучения под влиянием кислорода служит ①ИД, который в этом случае называют коэффициентом кислородного усиления ——ККУ (OER —oxygen enhancement ratio).

Для примера на рис. 37 приведены данные об изменении эффективности воздействия излучения в 3 раза за счет КЭ.

Участие кислорода в реализации возникающих под влиянием облучения потенциальных повреждений в клетках происходит в момент их становления. Наиболее четко это продемонстрировано (1958) в изящных экспериментах с использованием метода сверхбыстрого смешивания и импульсного облучения. Предварительно было установлено, что добавление кислорода к бактериям, находящимся в условиях аноксии, за 20 мс до облучения обеспечивало полную оксигенацию, и соответственно, усиливало их поражение. Доставка же кислорода через 5——10 мс после импульсного облучения (длительность импульса 7 мс) уже не модифицировала эффекта, наблюдавшегося в аноксии. Подтверждение этому получено и после усовершенствования методики эксперимента: оказалось, что усиление эффекта становится несущественным даже при добавлении кислорода через 2 мс после облучения.

Аналогичные данные о временных факторах проявления КЭ получены на клетках млекопитающих. В конце 70-х годов было показано, что при подведении кислорода к фибробластам китайского хсмячка всего через 0,3 мс после облучения ККУ уменьшается с 2,6 (в случае присутствия кислорода в момент облучения) до 1,5. Если же кислород подводили спустя 5 мс после облучения, то ККУ снижался до 1J. Для получения максимальной сенсибилизации в этих экспериментах кислород надо было подавать в камеру за 1—2 мс до начала облучения. По-видимому, это время было необходимым для того, чтобы кислород мог продиффундировать к «критическим» внутриклеточным структурам.

Согласно данным других исследователей, для достижения полной сенсибилизации клеток млекопитающих кислород должен подводиться еще раньше — не позднее чем за 40 мс до облучения. Подача кислорода за 3—5 мс увеличивает радиочувствительность клеток не более чем в 1,7 раза.

Таким образом, практически сенсибилизирующее действие кислорода при облучении животных клеток может проявиться только тогда, когда он присутствует непосредственно в момент облучения.

Несмотря на универсальность феномена КЭ (в отличие от модельных экспериментов, выполненных, например, на органических поли-* мерах, где он определяется только наличием и концентрацией кислорода) в живых системах и даже при облучении ДНК учет только содержания кислорода оказывается недостаточным. В этих случаях КЭ, тестируемый, например, по инактивации (т. е. утрате биологической активности) ДНК или фагов в растворе, или по гибели клеток, проявляется только в присутствии SH-соединений. Последние конкурируют с кислородом за потенциальные повреждения, возникающие в ДНК, определяя их судьбу: при фиксации кислородом они, как упоминалось выше, реализуются в явные повреждения ——инактивацию, а при 4*

Напряжение яислорода^мм pm.cm.Напряжение яислорода^мм pm.cm.Рис. 38. Зависимость радиочувствительности клеток от содержания кислорода (% от атмосферного) и его парциального давления при 37 ℃: / — 3 мм рт. ст. или 1—2% О2, 2 — воздух, 3 — 100% Оа； остальные объяснения см. в тексте

Напряжение яислорода^мм pm.cm.

Напряжение яислорода^мм pm.cm.

взаимодействии с SH-группой исчезают, и молекула возвра

щается в исходное состояние (см. гл. 19).

Весьма важно рассмотреть зависимость КЭ от концентрации кислорода. Так как еще не разработаны надежные методы измерения внутриклеточного содержания кислорода, соответствующий контроль проводят в окружающей среде. Как правило, для этого используют методы электродной полярографии и по значениям рО2 (измеряется электродом, помещаемым в питательную среду при измерениях в клеточных культурах или в ткани в экспериментах in vivo) судят о концентрации кислорода в клетке. Учитывая скорость диффузии кислорода и малые размеры большинства клеток млекопитающих, есть все основания считать получаемую ин4«рмацию достаточно надежной.

На рис. 38 представлена классическая зависимость КЭ от концентрации кислорода, впервые экспериментально установленная Л. Греем с сотрудниками в 50-х годах. Отложенная на ординате величина ККУ характеризует относительную радиочувствительность (за единицу принято ее значение в аноксии). В атмосферном воздухе при температуре 37 ℃ содержится по объему 20,92 % О2, что соответствует 〜159 мм рт. ст.(〜1 /5 от 760 мм). На рис. 38 показано, что при этом давлении радиочувствительность уже максимальна, обычно она близка к трем и не увеличивается при повышении концентрации кислорода до 100 %. С уменьшением парциального давления кислорода (р。)вначале, вплоть до 30 мм рт. ст., радиочувствительность уменьшается очень медленно, а затем более резко; в диапазоне 3——4 мм рт. ст. ККУ со

ставляет два и далее снижается до единицы.

Связь между концентрацией кислорода во время облучения и радиочувствительностью, представленная графически на рис. 38, аналитически выражается уравнением, предложенным Т. Альпер и П Говард-Фландерсом:

ККУ= 1/D/O] — m[0] + K

где I/。。Ю1 и i/DQ ⑷一величины, характеризующие радио чувствительность, при изучаемой концентрации кислорода (О)

Рис. 39. Зависимость кислородного эффекта от вида ионизирующих излучений. Л — рентгеновское излучение; 6 ——нейтроны с энергией 15 МэВ; В — a-излучение (по Дж. Барендсену и др., 1966. )967)

M0U19FH упз号*£9 y>h

или аноксии (<), m ——максимальная величина ККУ, К ——константа, равная концентрации кислорода, при которой радиочувствительность является промежуточной между максимальной и минимальной L В примере, приведенном на рис. 38, величина К составляет 3 мм рт. ст. или 〜 0,5 % О2, а /и = 3.

Как и действие химических модификаторов поражения, КЭ наиболее выражен при действии редкоионизирующих излучений. С повышением ЛПЭ он быстро уменьшается и при облучении, например, а-частицами исчезает (рис. 39).

Общая связь КЭ с ЛПЭ представлена на рис. 40. Как показали работы последних лет. величина m для разных видов клеток варьирует в диапазоне 2——4. Различия в величине ^ также велики. Так, для микроорганизмов К равняется 4—6 мкМ кислорода (0,3—0,45 % кислорода в газовой фазе) или 2,5—3 мм рт. ст., а для зародышей пыльцы традесканции и клеток корешков конских бобов—соответственно около 10 и 4 мкМ. Сильно варьируют эти величины и для клеток млекопитающих. Так. по данным разных авторов, обобщенным Б. Каллен и Д. Лансли, колебания пт К составляют соответственно 2,5—4,0 и 2,0—— 6,() мм рт. ст. Поэтому не следует переносить количественные зависимости КЭ, полученные in vitro, на все многообразие лучевых реакций животных, тем более, что на величине КЭ может сказываться состояние

Рис. 40. Кислородный эффект как функция ЛПЭ, данные получены на культуре клеток почки человека (по Дж. Барендсе- ну, 1966):

темнымл кружками обо<начены моноэнергетические тяжелые частицы, треугольником - рентгеновское излучение 250 кВ, имеющее среднюю ЛПЭ 1,3 кэВ/мкм

I Когда опыты ставят в ограниченном диапазоне доз, что не позволяет точно определить Do. а га к же в и сел едованиях，м vivo, в которых критерием эффекта является поражение всего организма или определенных тканей, а не выживаемость отдельных клеток. ККУ определяют сравнением равноэффективных доз л ри каких 'ТО определенных у ровнях выживаемости.

Рис. 41. Связь m с Do в азоте для 11 мутантов £. coli, дефектных по репарации (по Т. Альпер, 1968)

репарирующих систем, а также физиологический статус клеток, особенно в составе организма.

На рис. 41 приведена зависимость КЭ от радиочувствительности в азоте для 11 мутантов Е. coll с дефектами репарации, отражающимися на радиочувствительности. Видно, что m при этом изменяется от 1.5 до 4. Как показали дальнейшие исследования О. Сапоро (1977) на одн* нарных и двойных бактериальных мутантах по репарации, КЭ составил соответственно 2」一2,4 и 1,3 по сравнению с 3 для бактерий дикого типа.

ВЛИЯНИЕ КИСЛОРОДА НА ПОСТРАДИАЦИОННОЕВОССТАНОВЛЕНИЕ

В вышеизложенных данных действие кислорода, присутствующего во время облучения, рассматривали как радиосенсибилизирующее. Однако уже в 60-х годах выяснили, что присутствие кислорода в сре= де после облучения, напротив, способствует репарации радиационных повреждений. Причем на историческом примере изучения роли кисло - рода в восстановлении жизнеспособности облученных клеток можно продемонстрировать важность методических аспектов проведения любых экспериментов.

В ранних работах М. Элкинда была показана способность клеток к восстановлению при замене после облучения воздуха на азот, в ко*

Рис. 42. Восстановление сублетальных повреждений за время / между фрак-Рис. 42. Восстановление сублетальных повреждений за время / между фрак-циями в зависимости от концентрации кислорода в среде (асинхронная популяция клеток китайского хомячка (СНО), облучение в дозе, вызывающей 4%-ную выживаемость) (по К. И. Ко- ху, 1979):/ — воздух, 2—200 млн-Юг, 3 — 25 млн-1О2, 4 — 25 млн-Юациями в зависимости от концентрации кислорода в среде (асинхронная популяция клеток китайского хомячка (СНО), облучение в дозе, вызывающей 4%-ную выживаемость) (по К. И. Ко- ху, 1979):/ — воздух, 2—200 млн-Юг, 3 — 25 млн-1О2, 4 — 25 млн-Юа•gs 7^-EQOEaJan 关 78•gs 7^-EQOEaJan 关 78тором примесь кислорода составляла всего 16 частей на 1 млн. частей азота. Эти данные привели авторов к построению концепции чисто《физико-химического》 механизма восстановления. для которого не требуется участия ни энергии, ни кислорода. В последующем, однако, выяснилось, что эти результаты —— артефакт, обусловленный применением посуды из полистирола, в котором много растворенного кислорода, диффундирующего к клеткам после замещения воздуха на инертный газ. При замене пластмассы на стекло и использовании хорошо очищенных газов восстановление полностью подавлялось — при содержании 1 части кислорода на 1 млн. частей азота на дозовой кривой исчезало плечо. Увеличение количества кислорода в смесях до 10 частей приводи-

Рис. 42. Восстановление сублетальных повреждений за время / между фрак-

Рис. 42. Восстановление сублетальных повреждений за время / между фрак-

циями в зависимости от концентрации кислорода в среде (асинхронная популяция клеток китайского хомячка (СНО), облучение в дозе, вызывающей 4%-ную выживаемость) (по К. И. Ко- ху, 1979):

/ — воздух, 2—200 млн-Юг, 3 — 25 млн-1О2, 4 — 25 млн-Юа

циями в зависимости от концентрации кислорода в среде (асинхронная популяция клеток китайского хомячка (СНО), облучение в дозе, вызывающей 4%-ную выживаемость) (по К. И. Ко- ху, 1979):

/ — воздух, 2—200 млн-Юг, 3 — 25 млн-1О2, 4 — 25 млн-Юа

•gs 7^-EQOEaJan 关 78

•gs 7^-EQOEaJan 关 78

ло к появлению плеча, что свидетельствовало о способности клеток к восстановлению, которая увеличивалась с повышением содержания кислорода.

На рис. 42 представлена кинетика восстановления сублеталей при разных концентрациях кислорода в промежутках между фракциями облучения. В аноксических условиях при [О?】V 25 млн-工 восстановления не происходит. С ростом концентрации кислорода ско

рость восстановления увеличивается и при содержании кислорода в газовой фазе 1000 млн-1 она почти достигает максимума.

• Таким образом, кислород выступает при лучевом поражении биообъектов в роли двуликого Януса ——с одной стороны, усиливает первичное поражение, а с другой — облегчает пострадиационное восстановление. Относительное значение того и другого аспекта модифицирующего действия кислорода может меняться в зависимости от конкретных условий эксперимента и должно с максимальным вниманием учитываться для правильного истолкования результатов.

Различия в величине КЭ, связанные с функциональным состоянием, в частности с интенсивностью дыхания и видом энергообмена, показа-

ны в последнее время на разных клетках млекопитающих. Различные аспекты КЭ будут рассмотрены при изложении материалов о его использовании в радиологической клинике при лечении злокачественных опухолей (см. гл. 20) и новых экспериментально-теоретических данных (см. гл. 19) L

Последний достаточно полный обзор современного состояния вопроса о КЭ и механизмах модификации клеточной радиочувствительности представлен в монографии Л. X. Эйду си, Ю. //. Корыстова «Кислород в радиобиологии». М., 1984.

Что понимают под аддитивностью, синергизмом и потенцированием эффектов?

Что такое ФИД и каковы методы его определения?

Что понимают под кислородным эффектом и каковы методы его оценки?

Какова зависимость кислородного эффекта от концентрации кислорода?

Какова связь кислородного эффекта с ЛПЭ?

Как влияет кислород на процессы пострадиационного восстановлення?

Знание некоторых принципов легко возмещает незнание некоторых фактов.

Связь ОБЭ с ЛПЭ. Методы оценки ОБЭ. Эффект «перепо- ражения». ОБЭ и кислородный эффект. Другие факторы, влияющие на величину ОБЭ. Ограничения в концепции ОБЭ.Связь ОБЭ с ЛПЭ. Методы оценки ОБЭ. Эффект «перепо- ражения». ОБЭ и кислородный эффект. Другие факторы, влияющие на величину ОБЭ. Ограничения в концепции ОБЭ.^. Гельвеций

Связь ОБЭ с ЛПЭ. Методы оценки ОБЭ. Эффект «перепо- ражения». ОБЭ и кислородный эффект. Другие факторы, влияющие на величину ОБЭ. Ограничения в концепции ОБЭ.

Связь ОБЭ с ЛПЭ. Методы оценки ОБЭ. Эффект «перепо- ражения». ОБЭ и кислородный эффект. Другие факторы, влияющие на величину ОБЭ. Ограничения в концепции ОБЭ.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ

БИОЛОГИЧЕСКАЯЭФФЕКТИВНОСТЬ(ОБЭ)ИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИЙ

При описании физических основ биологического действия радиации упоминалось о том, что воздействие разными видами излучений, но в равных поглощенных дозах приводит к различным по величине эффектам. Это свойство излучения, часто называемое его качеством, определяется не столько физической природой излучения, сколько его ЛПЭ. Для количественной оценки качества излучения введено понятие относительной биологический эффективности(ОБЭ).

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

И ЕЕСВЯЗЬСЛИНЕЙНОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ ЭНЕРГИИ

• ОБЭ оценивают сравнением дозы излучения, вызывающей определенный биологический эффект, с дозой стандартного излучения, обуеловливающей тот же эффект. Обычно в качестве стандартного

излучения используют рентгеновское излучение с энергией 180—250 кэВ.

Значение (величину, коэффициент) ОБЭ вычисляют из отношения сравниваемых доз по формуле

OB3 = Dr/0”

где Dr ——доза рентгеновского излучения, Dx——доза изучаемого излучения; эффект сравнивают по общему критерию..

♦ В первом приближении можно считать, что при тщательном соблюдении экспериментальных условий сравниваемого эффекта ОБЭ зависит только от ЛПЭ.

Поэтому, например、 протоны, дейтроны и а-частицы, ускоренные до высоких энергий (200 МэВ и более), имеют приблизительно такую * же ОБЭ, как и рентгеновское излучение с энергией 200 кэВ, так как они характеризуются близкими значениями ЛПЭ. Те же виды излучения, но с меньшими энергиями и соответственно с большей ЛПЭ, обладают и большей ОБЭ. ,

Увеличение ОБЭ с ростом ЛПЭ легко понять из данных рис. 43, где схематически представлено распределение актов ионизации вдоль

До Дейтрон一§•• Q •… ■ 学 3,5 Мз8До Дейтрон一§•• Q •… ■ 学 3,5 Мз8с^-Частица• 4 Мз8с^-Частица• 4 Мз810 нм

До Дейтрон

一§•• Q •… ■ 学 3,5 Мз8

До Дейтрон

一§•• Q •… ■ 学 3,5 Мз8

с^-Частица

• 4 Мз8

с^-Частица

• 4 Мз8

彩工:.■卧8：•：。亳喷铝奪

Электрон

■ 0,5 МэВ

^В/порийная ^Возбуждение J иихиз叫ия ионизация

Рис. 43. Отрезок траекторий различных заряженных частиц,дающий представление о распределении актов ионизации и воз-буждения

Рис. 44. Кривые выживания культу* ры клеток человека, подвергнутых облучению (по Дж. Барендсену, 1968"Рис. 44. Кривые выживания культу* ры клеток человека, подвергнутых облучению (по Дж. Барендсену, 1968"1S хптдпз кптоа1S хптдпз кптоа/ — рентгеновское, 2 — нейтронное, 3 —V-нзлучение/ — рентгеновское, 2 — нейтронное, 3 —V-нзлучение

Рис. 44. Кривые выживания культу* ры клеток человека, подвергнутых облучению (по Дж. Барендсену, 1968"

Рис. 44. Кривые выживания культу* ры клеток человека, подвергнутых облучению (по Дж. Барендсену, 1968"

1S хптдпз кптоа

1S хптдпз кптоа

/ — рентгеновское, 2 — нейтронное, 3 —V-нзлучение

/ — рентгеновское, 2 — нейтронное, 3 —V-нзлучение

треков заряженных частиц различной природы и энергии в микрообъеме (от поражения которого зависит проявление регистрируемой реакции). Видно, что эффективный объем может совсем не поражаться при редкоионизирующих излучениях; с ростом ЛПЭ вероятность поражения увеличивается.

На рис. 44 представлены результаты облучения клеточных культур тремя разными видами ионизирующей радиации, резко различающимися по ЛПЭ: рентгеновским излучением250 кэВ, нейтронами 15 МэВ и а-частицами. Их ЛПЭ увеличивается от 1,3 кэВ/мкм у рентгеновского излучения до 100 кэВ/мкм у а-частиц. По мере роста ЛПЭ

увеличивается наклон кривых и уменьшается экстраполяционное число (сокращается плечо на начальном отрезке кривых), достигая единицы при а-облучении.

Следовательно, с ростом ЛПЭ повышается поражаемость клеток 〃 снижается их способность к восстановлению. Соотношение ЛПЭ и ОБЭ имеет максимум. Ощутимый рост ОБЭ начинается с ЛПЭ, равной 10 кзВ/мкм, достигает максимального значения при ЛПЭ 一- 100 кэВ/ мкм, а с последующим увеличением ЛПЭ (рис. 45) круто падает. Причина этого явления состоит в том, что гибель клетки происходит после

поглощения достаточного количества энергии в некотором критичен ском объеме. Естественно, что с ростом ЛПЭ такая вероятность увеличивается. Но после некоторых величин ЛПЭ наступает насыщение, и каждая последуклцая частица теряет энергию уже в убитой клетке; следовательно, эффективность излучений с такой достаточно высокой ЛПЭ падает, так как энергия расходуется вхолостую L

Это явление наглядно представлено на рис. 46, где показано, что после оптимального значения ЛПЭ, когда наблюдается максимум пораженных единиц на единицу дозы (т. е. разменивается ровно столько энергии, сколько нужно для поражения всех мишеней), наступает эффект избыточного поражения (pverkill).

Такова общая картина связи ОБЭ с ЛПЭ. В действительности она, однако, оказывается более сложной. В основном это объясняется тем, что обычно в расчет принимают средние величины ЛПЭ, но расчет ОБЭ по средней величине ЛПЭ — лишь глубокое приближение, при

Подробное обсуждение рис. 45 см. в следующем разделе.

>^^ кэВ/ мкм

Рис. 45. Зависимость ОБЭ от ЛПЭ и величины дозы излучения.力—вы живаемость культуры клеток человека (по Дж. Барендсену, 1968)； выживаемость клеток хлореллы (по Л. К. Векшиной, 1975):

/, ?, 3 — результаты v-облучения в разных дозах; объяснение см* в тексте

АПЗ

Рис. 46. Эффект избыточного поражения, когда достаточно двух попаданий в мишень (по Е. Холлу. 1973)：'

/ - низкие ЛПЭ. 2 — оптимальные ЛПЭ, 3 — высокие ЛПЭ(«перепоражение>)

котором теряются детали пространственного распределения ионов. Особенно сильно это сказывается при нейтронном облучении, характеризующемся размытым спектром энергий, а следовательно, и разбросом значений ЛПЭ.

В последние годы усиленно развивается специальная область дозиметрии ——микродозиметрия, построенная на знании специального математического аппарата и учитывающая связь микрораспределения ионизаций с различными клеточными эффектами и его отражение на кривых выживания при различных условиях облучения.

ЗАВИСИМОСТЬ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ УСЛОВИИ ОБЛУЧЕНИЯИ ДРУГИХ ФАКТОРОВ

Ведшщца ОВЗ завнснт не/олько от вниз и§луч理hl竺 его 口耍,《о йот иссл^у^мЬгЬ эффекта, ^данже^рт множества111^у?и^ i^i^i^ перечислить которые, по существу, невоЗможнет-^лз'вЯПГТ!^

торые всегда следует учитывать, — ”с велм!пша-и+сшнп(;тъ дозы」до- 乳 лрстг)@ннаинонн竺 условие, режим^ракционирования, наличие, др- 恥Uht бн отсутАвне кисл而Ьда. 一

Рис. 47. Зависимость ОБЭ от регистрируемой реакции и от ЛПЭ при облучении культуры фибробластов ядрами Не, С, О и Аг с энергией 10 №В/нуклон (по Л. Скарсгарду,Рис. 47. Зависимость ОБЭ от регистрируемой реакции и от ЛПЭ при облучении культуры фибробластов ядрами Не, С, О и Аг с энергией 10 №В/нуклон (по Л. Скарсгарду,1965):/ — задержка деления, 2 выживаемостьее распределения во времени. Зависимость от дозы видна, например, на рис. 45; кривые /, 2 н 3 отражают соответственно 80, 10 и 1 % выживаемости клеток человека (Л) и 90, 50 и 1 % выживаемости клеток хлореллы (5). Видно, что абсолютная величина ОБЭ не является по1965):/ — задержка деления, 2 выживаемостьее распределения во времени. Зависимость от дозы видна, например, на рис. 45; кривые /, 2 н 3 отражают соответственно 80, 10 и 1 % выживаемости клеток человека (Л) и 90, 50 и 1 % выживаемости клеток хлореллы (5). Видно, что абсолютная величина ОБЭ не является поНа рис. 47 представлен пример зависимости ОБЭ от регистрируемой реакции (и одновременно от Л ПЭ). Наибольший летальный эффект наблюдается при Л ПЭ, равной 100—150 кэВ/мкм, тогда как задержка клеточного деления продолжает усиливаться и при дальнейшем увеличении Л ПЭ, достигая максимума при 200 — 300 кэВ/мкм. Видно, что степень различий абсолютных величин ОБЭ в зависимости от изучаемой реакции меняется при сравнении на разных уровнях ЛПЭ.

Рис. 47. Зависимость ОБЭ от регистрируемой реакции и от ЛПЭ при облучении культуры фибробластов ядрами Не, С, О и Аг с энергией 10 №В/нуклон (по Л. Скарсгарду,

Рис. 47. Зависимость ОБЭ от регистрируемой реакции и от ЛПЭ при облучении культуры фибробластов ядрами Не, С, О и Аг с энергией 10 №В/нуклон (по Л. Скарсгарду,

1965):

/ — задержка деления, 2 выживаемость

ее распределения во времени. Зависимость от дозы видна, например, на рис. 45; кривые /, 2 н 3 отражают соответственно 80, 10 и 1 % выживаемости клеток человека (Л) и 90, 50 и 1 % выживаемости клеток хлореллы (5). Видно, что абсолютная величина ОБЭ не является по

1965):

/ — задержка деления, 2 выживаемость

ее распределения во времени. Зависимость от дозы видна, например, на рис. 45; кривые /, 2 н 3 отражают соответственно 80, 10 и 1 % выживаемости клеток человека (Л) и 90, 50 и 1 % выживаемости клеток хлореллы (5). Видно, что абсолютная величина ОБЭ не является по

Весьма важна и практически значима зависимость ОБЭ от дозы и

стоянной, а зависит от степени поражения, снижаясь с ее увеличением. В данном случае при 80——90 % -ных уровнях выживаемости клеток почки человека или хлореллы ОБЭ составляет около 8, а при 10——1 % - ной выживаемости — около 3.

На рис. 48 изображены типичные кривые выживания клеток млекопитающих после рентгеновского и нейтронного облучения. Flpff однократном облучении (рис. 48, А) кривая, характеризующая действие рентгеновских лучей, имеет в начальном отрезке большое плечо, которое почти отсутствует на кривой, отражающей результат нейтронного облучения, но у последней несколько более крутой наклон конечного участка. В результате ОБЭ оказывается максимальной (3,0) при меньших дозах (в зоне плеча), уменьшаясь с ростом дозы до 1,5.

При фракционированном облучении, например четырехкратном (рис. 48, Б), ОБЭ также растет по мере увеличения числа фракций. Это происходит потому, что при дроблении дозы рентгеновского излучения каждый раз жизнеспособность клеток частично восстанавливается, что почти не наблюдается при фракционированном облучении быстрыми нейтронами. В процессе увеличения числа фракций такая утрата эффективной дозы рентгеновского излучения нарастает. В результате при фракционированном облучении нейтронами и рентгеновским излучением различия в дозах выражены в значительно большей степени, чем при однократном. Сравнение доз, вызывающих выживание 0,01 клеток (рис. 48, Л, Б), позволяет заметить, что ОБЭ нейтронов при однократном облучении составляет 1,5, а при фракционированном —$

Иными словами, один и тот же эффект может быть достигнут при фракционированном облучении нейтронами в относительно меньших суммарных дозах (по сравнению с суммарной дозой рентгеновского излучения), чем при однократном облучении. Это явление используют при терапии опухолей нейтронами и другими тяжелыми ядерными частицами, характеризующимися большой ЛПЭ (см. гл. 20).

Зависимость ОБЭ от распределения дозы во времени может быть выявлена не только при фракционированном облучении, но и при изменении мощности дозы. Так, в лаборатории Г. Ивенса в опытах на традесканции было показано, что быстрые нейтроны при пролонгированном облучении в течение нескольких минут в 10 раз эффективнее индуцировали выход хромосомных аберраций, чем у-излучение. При пролонгированном облучении» продолжавшемся 49 ч, в той же суммарной дозе ОБЭ достигала 80.

Преимуществом использования плотноионизирующих излучений в лучевой терапии является повышение их ОБЭ в условиях дефицита кислорода, характерного для опухолей, а тем более в аноксии, за счет устранения защитного действия гипоксического фактора с повышением ЛПЭ (см. рис. 40). Это было отчетливо продемонстрировано цитогенетическими экспериментами А. Конжера и Г. Ивенса, показавшими на разных объектаxt что ОБЭ быстрых нейтронов, оцененная по аберрациям хромосом в клетках асцитной карциномы Эрлиха и по образова-

Доза излучения1 [р

Рис. 48. Зависимость ОБЭ быстрых нейтронов от дозы излучения. Л — при однократном облучении; Б — при фракционированном облучении (объяснение см. в тексте) (по Е. Холлу, 1971)

нию микроядер в клетках конских бобов, составила в аэробных условиях соответственно 2,5 и 10,5, а в анаэробных — 6 и 18.

ГРАНИЦЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОНЦЕПЦИИ

ОТНОСИТЕЛЬНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Из предыдущего изложения следует, что ОБЭ зависит от многих факторов и ее абсолютная величина для того или иного вида излучения может быть различной в разных условиях воздействия, а также в зависимости от оцениваемого эффекта. ОБЭ очень сильно зависит от Л ПЭ. Поскольку ЛПЭ тесно связана с проникающей способностью ионизирующих излучений, корректная оценка ОБЭ может быть выполнена лишь с учетом особенностей распределения дозы в облучаемом объекте. Если это обязательное требование не выполняется, то неизбежна неправильная интерпретация результатов.

В качестве примера можно привести реальные данные, послужившие в свое время основанием для ошибочного заключения о наличии некоторых специфических качественных особенностей воздействия определенных видов радиации. Из данных табл. 6 можно сделать неправильный вывод об изменении радиочувствительности мышей и крыс в зависимости от вида излучения. Между тем причина такого наблюдения состоит в том, что при одностороннем рентгеновском облучении (как это происходило в данном случае) распределение энергии в теле мыши значительно более равномерно, чем у крысы, в костном мозге которой величина поглощенной дозы из-за этого относительно ниже. При у-облучении большая проникающая способность v-квантов нивелирует неоднородность распределения энергии, которую не учитывали должным образом при дозиметрии.

Наиболее точная оценка ОБЭ и ее зависимость от ЛПЭ могут быть получены лишь в случае, когда в качестве объекта изучения используют изолированные клетки или другие мелкие объекты, в которых энергия излучения распределяется равномерно по всему объему.

Результаты многочисленных экспериментов, проведенных на более крупных животных, с очевидностью показали, что вычисление коэффициентов ОБЭ в большинстве случаев вообще теряет смысл, так как не может быть обеспечена адекватность условий опытов и прежде все-

Таблица 6. ОБЭ для животных разных видов

Животные

刀以50/35 rР

рентгеновское излу-

180 кэВ

V-излучение 呪1,2 МэВ

ОБЭ

V-излучения

Мыши

6Q

7,5

0,8

Крысы

7,5

6,5

1」4

го равномерность распределения поглощенных доз в тканях для разных видов излучений.

Весьма показательны результаты исследований С. Риксфорда-Вильха, нз\- чавшего последствия локального облучения глаза обезьян протонами с энергиями 14, 40, 187 и 730 мэВ в диапазоне доз 1,25—40 Гр. Протоны с энергией J4 и 40 МэВ поглощаются соответственно в передней камере глаза и в стекловидном теле; протоны больших энергий проникают в головной мозг. Такой характер распределения поглощенной дозы обусловил и соответствующую клиническую картину поражения по ходу пучка: эритему кожи век. иридоциклит, кератит, эпиляцию, катаракту, повреждение вещества мозга.

В подобных случаях отношение доз, вызывающих одинаковое действие, правильнее называть не ОБЭ, а отношением равных эффектов независимо от механизма их образования.

• Комитет по ОБЭ Международной комиссии по радиологическим единицам и измерениям предложил оставить концепцию ОБЭ только в случаях, когда могут быть строго учтены все условия эксперимента» а различия в биологическом действии сравниваемых видов излучения определяются лишь свойствами последних.

Во всех остальных случаях знание величины поглощенной дозы еи;е недостаточно для точного предсказания ни степени тяжести, ни вероятности возникновения эффектов поражения. Поэтому, например» для целей радиационной защиты введена так называемая эквивалент' ная доза, которая лучше коррелирует с возможными неблагоприятными последствиями профессионального облучения (см. гл. 17).

必 Что такое ОБЭ и каковы методы ее оценки?

參 Как связана ОБЭ с ЛПЭ?

忘 Какие факторы, кроме ЛИЗ, влияют на величину ОБЭ?

趣 В чем состоят ограничения при оценке ОБЭ?

Что понимают под хронической лучевой болезнью?

Изложите классификацию степеней лучевой болезни в зависимости от дозы облучения и ее распределения во времени.

Чем определяется прогноз поражения?

И. 8. ГётеИ. 8. ГётеРазгадка основного радиобиологического парадокса — критерий правильной теории. Количественные и качественные подходы к проблеме. Классический формализм — теория мишени и принцип попаданий. Жизнь и лучевое поражение как вероятностные категории. Стохастический принцип. Радиотоксины. Структурно-метаболическая гипотеза. Новые явления и судьба гипотез.Разгадка основного радиобиологического парадокса — критерий правильной теории. Количественные и качественные подходы к проблеме. Классический формализм — теория мишени и принцип попаданий. Жизнь и лучевое поражение как вероятностные категории. Стохастический принцип. Радиотоксины. Структурно-метаболическая гипотеза. Новые явления и судьба гипотез.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕПРЕДСТАВЛЕНИЯО МЕХАНИЗМЕБИОЛОГИЧЕСКОГОДЕЙСТВИЯИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИЙТЕОРЕТИЧЕСКИЕПРЕДСТАВЛЕНИЯО МЕХАНИЗМЕБИОЛОГИЧЕСКОГОДЕЙСТВИЯИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИЙ

И. 8. Гёте

И. 8. Гёте

Разгадка основного радиобиологического парадокса — критерий правильной теории. Количественные и качественные подходы к проблеме. Классический формализм — теория мишени и принцип попаданий. Жизнь и лучевое поражение как вероятностные категории. Стохастический принцип. Радиотоксины. Структурно-метаболическая гипотеза. Новые явления и судьба гипотез.

Разгадка основного радиобиологического парадокса — критерий правильной теории. Количественные и качественные подходы к проблеме. Классический формализм — теория мишени и принцип попаданий. Жизнь и лучевое поражение как вероятностные категории. Стохастический принцип. Радиотоксины. Структурно-метаболическая гипотеза. Новые явления и судьба гипотез.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕПРЕДСТАВЛЕНИЯ

О МЕХАНИЗМЕБИОЛОГИЧЕСКОГОДЕЙСТВИЯИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИЙ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕПРЕДСТАВЛЕНИЯ

О МЕХАНИЗМЕБИОЛОГИЧЕСКОГОДЕЙСТВИЯИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИЙ

Глупцы довольствуются тем, что видя! смысл во всяком слове.

Если проанализировать основные вехи формирования взглядов на природу радиобиологического эффекта, то, как и для развития других научных дисциплин, здесь легко установить традиционную зависимость возникновения и судьбы гипотез от возможности интерпретации новых экспериментальных фактов.

Смена представлений в радиобиологии происходила и происходит особенно быстро, так как они в значительной степени связаны с бурным прогрессом ядерной физики и молекулярной биологии. При этом можно четко наметить два направления в развитии теорепш- ческих построений. Оцно из них выражает стремление установить общие, в основном феноменологические, но обязательно количественные закономерности, характеризующие начальные звенья лучевого поражения клетки.

Др у гое — объеди н яет представления, стремящиеся объяснить все многообразие конкретных лучевых реакций биологических объектов; отсюда п реи мущественно качественный, описательный характер гипотез этого направления. Наиболее ранние и известные представления, относящиеся к первому направлению, принято обозначать термином количественная радиобиология, хотя, конечно, в радиобиологии есть много и других количественных закономерностей.

Указанным теоретическим направлениям присущи преимущества и свои ограничения. В ряде случаев они могли бы хорошо дополнять друг друга. Между тем, к сожалению, в пылу научной полемики авторы отдельных гипотез* отстаивая свою точку зрения, отвергают другие [федставления, не имея для этого достаточных оснований, в результате даже искушенному читателю нелегко разобраться в состоянии вопроса. В настоящем учебнике кратко рассмотрены основные гипотезы и ограничен круг явлений, на объяснение которых каждая из них может претендовать.

；9.L ПРИНЦИПЫ ПОПАДАНИЯ И МИШЕНИ

Камень преткновения на пути разгадки основного радиобиологического парадокса (см. гл.1) состоит в необходимости правильного истолкования несоответствия между ничтожным количеством поглощенной клеткой энергии излучения и вызываемым экстремальным биологическим эффектом. При объяснении этого парадокса в количественной радиобиологии были сформулированы два положения, лежащие в основе так называемой теории мишени.

Первое из них — принцип попаданий —характеризует особенности действующего агента —— дискретность поглощения энергии. Второе —— принцип мишени —— учитывает особенность облучаемого объекта —клетки — ее высокую гетерогенность в морфологическом и функциональном отношениях, а следовательно» различие в ответе на одно и то же попадание.

История количественной радиобиологии восходит к началу 20-х годов, когда Ф. Дессауэр сделал весьма важное обобщение, распространив известные к тому времени физические закономерности взаимодействия излучен ня с веществом на биологические объекты. Он предположил, что большой биологический эффект при ничтожном суммарном поглощении энергии объясняется тем, что она концентрируется в малых объемах, приводя их к микролокальному разогреву; отсюда и ее название ——гипотеза точечного тепла.

Учитывая наличие в клетке более важных для жизни и менее существенных структур и микрообъемов, а также случайное распределение «точечного тепла». Ф. Дессауэр пришел к выводу о том, что исход клеточной реакции зависит от вероятности случайных попаданий диск-

ретных порций энергии именно в эти жизненно важные микрообъемы- мишени. Наблюдая за кол и чествен ными закономерностями радиобиологических реакций, он предположил, что они осуществляются лишь в том случае, если в клетке произошло определенное число «попаданий» в мишень.

Действительно, если при анализе зависимости эффекта от дозы принять в качестве регистрируемой реакции долю пораженных объектов, то легко обнаружить две специфические черты действия ионизирующих излучений.

1. Большинство клеточных реакций протекает практически при

отсутствии порога, с нарастанием эффекта при увеличении дозы, что трудно объяснить изменением индивидуальной чувствительности ,так как требует допущения ее невероятно высокой вариабельности.

Кривые выживания, как упоминалось ранее (см. гл. 6), отражают не столько степень проявления эффекта у отдельных особей (клеток) с повышением дозы, сколько увеличение количества (доли) пораженных единиц, т. е. возрастание вероятности проявления регистрируемой реакции.

Иными словами, летальный эффект ионизирующих излучений имеет вероятностный характер вследствие случайного распределения элементарных актов первичного взаимодействия частиц с чувствитель ными объемами облученных объектов. В этом и состоит принципиальное значение первоначальных взглядов, хотя само понятие «точечного гепла» потеряло значение.

Принцип попадания и принцип мишени и основанная на них тео- рня мишени получили свое развитие в трудах Д. Кроузера, Н. В. Ти- мофеева-Рессовского, К. Циммера, Д. Ли и др.

Использование основных положений теории мишени ограничивается строго определенной областью —— анализом самых первичных элементарных радиационных событий. Это становится понятным хотя бы из интерпретации самих терминов —мишень и попадание. При рассмотрении радиобиологических эффектов на молекулярном и (или) клеточном уровне термин мишень удобно использовать для формального обозначения того микрообъема, в котором должны произойти одна или несколько ионизации, приводящих к изучаемой реакции. В зависимости от числа попаданий, необходимых для поражения. различают одно-, дву- или многоударные объекты или реакции, причем учитываются попадания в одну или разные мишени, которые функционально связаны. Отсюда ясно, что попытки применения теории мишени для сМясненк^ прнрспы н 1£^11吵巾0哽^£0- вания коне^ищх^чуч^аькзс^^_клеток*"ЙГ тёМ^^более организмов неправомочннг.

тагТ^к при формулировании самих понятий ^попадания» или ^мишений^ не имеются в виду какие-то конкретные физико-химические или биохимические процессы, происходящие в мнкрообъеме.

В первую очередь это относится к количественному описанию

кривых выживания.

Весьма очевидно, что исходя из принципов классической теории мишени количество попаданий должно быть прямо пропорциональным дозе излучения. Поэтому в определенном диапазоне доз число пораженных мишеней строго пропорционально дозе, или числу попаданий, так как поражается лишь небольшая их часть из общего количества;

в связи с этим зависимость эффекта от дозы имеет вид прямой линии (рис. 49, /). С повышением дозы излучения вероятность попадания в одну и ту же мишень увеличивается, и хотя общее число попаданий ос

тается пропорциональным дозе, их эффективность уменьшается и ко

личество пораженных мишеней возрастает медленнее, асимптотически приближаясь к 100 °о (рис. 49, 5). Иначе говоря, количество жизнеспособных единиц с увеличением дозы уменьшается 8 экспоненциальной

зависимости от дозы (см. рис. 22).

Наиболее простой способ проверки экспоненциальности кривой, получаемой в эксперименте, состоит в логарифмировании числа выживающих объектов. Тогда при представлении экспериментальных дан

ных в полулогарифмическом масштабе зависимость будет выражена

Доза излученияУусл. ^Доза излученияУусл. ^Рис. 49. Зависимость изменения эффекта от дозы излуче ния. А и 5 — при малых' и больших дозах соответственно (по Д. Ли, 1963)Рис. 49. Зависимость изменения эффекта от дозы излуче ния. А и 5 — при малых' и больших дозах соответственно (по Д. Ли, 1963)прямой линией (см. рис. 22, Б).

Доза излученияУусл. ^

Доза излученияУусл. ^

Рис. 49. Зависимость изменения эффекта от дозы излуче ния. А и 5 — при малых' и больших дозах соответственно (по Д. Ли, 1963)

Рис. 49. Зависимость изменения эффекта от дозы излуче ния. А и 5 — при малых' и больших дозах соответственно (по Д. Ли, 1963)

Интерпретация основных количественных параметров кривых выживания (см. гл. 6) поначалу исходила непосредственно из теории мишени. Чтобы лучше разобраться в этом вопросе, необходимо вернуться к анализу кривых доза - - эффект и провести его с позиций теории мишени.

Рассмотрим определение основного параметра радиочувствительности 一一 величину Е>0 или %, которую в теории мишени принято называть инактиви^ рующей или среднелетальной (не путать с ЛД50!) дозой、на примере анализа одноударного поражения. В качестве такового подразумевают гибель облучаемого объекта от единичного эффективного попадания в мишень.

Тогда если ^0 ——исходное число объектов, a N — число объектов, не

пораженных излучением при дозе D, то выход из строя определенной доли объектов d^/^ при приращении дозы (ID выражается уравнением d^/^ 廿

—dDzD0, где Dn — доза, при кото-

]~I~I~I~I~1—^4G LU—I~L

123456789，DQ 1 2 3

Доза излучения у дс〃. е^.

Рис. 50. Дозовые кривые выживания для объектов с различной ударностью ми шенн. 4—в обычном масштабе (S-образные, или сигмоидные, кривые; число ударов обозначено на кривых); Б — в полулогарифмическом масштабе

\\\\\弋 gadoAzn07°ПА Q1a

、 кПт9а关方q虫弋Q

У0&хагау0 53020СГHyBN

5

4 5 6 7 8 9

рой на каждый объект в среднем приходится одно попадание (отсюда и наименование Do — среднелетальная доза).

При интегрировании данного уравнения получаем

ln(N/No) = —D/D。； N = N®-d!d.

где е ——основание натуральных логарифмов.

В природе чаще встречается другой тип кривых, характерный для большинства клеток растительного и животного происхождения; примеры таких кривых были уже приведены ранее. В линейных координатах они имеют S-образную форму (рис. 50, Л). В этих случаях говорят о многоударном процессе, имея в виду, что для инактивации объекта необходимо не одно, а два и более попаданий в единственную мишень или поражение двух мишеней и более, каждая из которых должна быть поражена.

При изображении таких кривых в полулогарифмическом масштабе (рис. 50, Б) они (см. гл. 6) приобретают плечо, переходящее в прямолинейный участок, наклон которого совпадает с наклоном соответствующей одноударной кривой. Экстраполированием прямолинейного участка кривой к нулевой дозе на оси ординат отсекаются отрезки, соответ* ствующие《ударности》мишеней (или их числу). Изображение много- ударных кривых в полулогарифмическом масштабе позволяет достаточно точно оценить выживаемость при ее малых значениях (больших до-

зах) и легко определить экстраполяционное число, характер и зующее число мишеней (ударов), поражение которых необходимо для инактивации клеток.

Нужно иметь в виду, что возможность строгого применения теории мишени уже в самом начале была ограничена ее основоположниками (Д. Ли, 1946) областью анализа одноударных эффектов. Интерпретация конкретных многоударных кривых с тех же позиций затруднительна. Прежде всего это связано с многочисленными экспериментальными фактами изменения экстраполяционного числа при применении самых различных модифицирующих агентов или изменении условий жизнедеятельности объектов, что само по себе не должно сказываться на числе мишеней. Кроме того, экстраполяционное число в ряде случаев достигает десятков и сотен единиц, что не позволяет их отождествить с числом мишеней в клетке.

По мере развития экспериментального изучения репарации потенциальных повреждений размер плеча на кривой выживания стали связывать со способностью клеток к пострадиационному восстановлению, а величиной плеча характеризовать их репарационную способность. Однако и в этом случае возникают большие трудности при попытках интерпретации, с позиций классической теории мишени, многих клеточных радиационных эффектов, обусловленных, например, изменением химизма клетки в результате радиолиза ее жидких компонентов или метаболического взаимодействия различных клеточных органелл. Эта теория не касается природы мишеней, ответственных за гибель клетки. Такими мишенями могут быть уникальные макромолекулы, определенные участки мембран и другие структуры, попадание в которые приводит к поражению. Поэтому для определения природы мишени следует привлекать данные, получаемые при использовании специальных методов исследования. Именно эти обстоятельства уже в 40-х годах сделали очевидным необходимость строгого ограничения применения теории мишени только для анализа поражения одноударных эффектов.

В частности, потребовалось расширигь само понятие попадания, так как стало известно, что первичные повреждения_эд£м.ентарных клеточных £1Р7кту?\ могут вызываться HeFjTrbko непоср^Дствёиной их ионизацией, но и опосредованно: химически активными продуктами радиолиза окружающей среды. Кроме того, вследствие обнаружения миграции энергии по макромолекулам даже при непосредственных формах взаимодействия, реализация повреждения может происходить далеко от места первоначального «попадания».~ "

Таким образом, классическая теория попаданий, плодотворная при анализе количественных закономерностей радиационного поражения отдельных мишеней, не ставит своей задачей решения вопроса о том, какими процессами связано поражение мишеней с проявлением конечного эффекта.

Все это обусловило появление в конце 60-х годов новой теории, призванной, согласно определению ее авторов О. Хуга и А. Кел- лерера, изложить теорию попаданий на основе стохастического принципа .

(/9.2. СТОХАСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

В основе теории мишени лежало предположение о том, что характерные зависимости доза—эффект могут быть отражением квантованного характера взаимодействия излучения с веществом и наличия в клетках высокочувствительных объемов ——мишеней,

В случае очень массивных повреждений конечный эффект действительно детерминирован уже на начальной стадии, но в подавляющем большинстве других ситуаций все случайные факторы затрагивают более поздние звенья причинно-следственной цепи, ведущей к конечному эффекту. При этом каждому лабильному состоянию объекта соответствует определенная повышенная вероятность наступления регистрируемой реакции, возрастающая с увеличением предварительного повреждения. Таким образом, при &рмированнн радиобиологического эффекта всегда существует суперпозиция множества случайных событий, что и учитывает стохастическое рассмотрение.

При таком подходе любой биологический объект, в частности клетку, представляют в качестве лабильной динамической системы, которая постоянно находится в стадии перехода из одного состояния в другое. Вследствие крайней сложности системы любой такой переход сопровождается и связан с множеством комплексных и элементарных сопряженных реакций отдельных клеточных органелл и макромолекул. Естественно, что в процессе жизнедеятельности, благодаря влиянию самых разнообразных, не подлежащих учету факторов и малейших сдвигов в исходном состоянии, возникает вероятность «отказов» в элементарных звеньях, а вследствие этого ——«крушения» всей системы. Поэтому любое критическое событие, например митоз или гибель клетки, можно предсказать лишь с известной вероятностью.

На биологическую стохастичность при облучении объекта накладывается стохастичность вследствие случайного характера взаимодействия излучения с веществом, что резко увеличивает вероятность «крушений» системы, происходящих со значительно меньшей частотой и в необлученном контроле.

у Стохастическая теория рассматривает различные возмущения биологической системы, возникающие в процессе жизнедеятель-

ности или под влиянием облучения, с позиций теории вероятностей, стремясь описать их моделями, максимально соответствующими представлениям динамической биохимии и молекулярной радиобиологии. В этом случае мишенями являются все компоненты живой системы, а регистрируемая реакция обусловлена суперпозицией самых разных событий.

Существенно, что стохастическая гипотеза учитывает как физиологические, так и индуцированные излучением процессы в их динамике, в то время как классическая теория мишени рассматривает эффекты, вызванные облучением, как строго детерминированные первичными актами абсорбции энергии.

Используя аппарат стохастической гипотезы, можно учесть реальное взаимодействие ряда постедовагельных попаданий, а также влияние фактора времени, репарационных процессов, роль ЛПЭ и т.д. Все это может быть выражено системой дифференциальных уравнений, описывающих переход биологического объекта под влиянием облучения из одного состояния в другое. В принципе можно учесть количественно влияние любого модифицирующего фактора на соответствующие дозовые зависимости.

Более того, этот аппарат мцжет быть использован для анализа не только кинетических процессов на молекулярном уровне, но и морфологических процессов» образования новой клетки, ее дифференцировки и др.

Таким образом, «... дискретное изображение непрерывных физиологических процессов не является приближением, которое принимают только ради удобств, а становится необходимым при изучении различного поведения отдельных единиц популяции ... Действие излучения на клетку свободно укладывается в эту общую схему, что также выражается в дискретных событиях. При этом не существенно, происходят ли соответствующие критические события в результате дискретных актов абсорбции энергии или в результате усиленной облучением лабильности, органически свойственной биологической системе... В этой схеме можно учесть даже такие сложные явления, как феномены обратной связи и механизмы регуляции, т. е. жизненные процессы, которые выявляются в результате нарушений, если экспериментальные данные указывают на необходимость и возможность такого учета» (О. Хуг, М. Келлерер, 1969).

Эффект, обусловленный попаданием в одну из уникальных структур клетки, приводящим ее к гибели, формально может быть описан как с классических позиций теории мишени, так и с позиций стохастической теории. Иными словами, выводы теории мишени являются частным случаем стохастического подхода.

Проведенные обсчеты некоторых экспериментальных результатов с помощью аппарата стохастической теории показали, что для инактивации клеток млекопитающих редкоионизирующим излучением в среднем необходимо совместное действие не менее четырех событий абсорбции.

Итак, в соответствии с основными исходными позициями стохастическая концепция предлагает как бы более «биологическую» интерпретацию кривых доза — эффект по сравнению с их объяснением с позиций теории мишени, хотя основное положение последней о том, что эти кривые определяются в основном случайной природой абсорбции энергии, остается незыблемым.

Для обозначения клеточных повреждений, которые нельзя отождествлять с локальными изменениями клеточных структур, прежде всего генетических, стохастическая теория вводит понятие ^дисперсного начального повреждениям. Природа такого повреждения весьма разнообразна: изменение клеточных мембран и других множественных структур, инактивация какой-либо жизненно важной системы и др.

Репаративные процессы, сказывающиеся на конечном эффекте, учитываются понятием компенсационной способности объекта. При анализе дозовых кривых с учетом функциональной лабильности биологических объектов стохастическая гипотеза приводит к пониманию того, что экспоненциальная кривая указывает на систему без компенсаторных механизмов, а сигмоидная ——соответствует системам, обладающим такими механизмами, эффективность которых снижается при возрастании дозы излучения. Экстраполяционное число же следует рассматривать как количественное выражение компенсационной способности облучаемого объекта, а не как «число мишеней».

Таким образом, сама по себе экспоненциальная зависимость эффекта от дозы далеко не предопределяет решение о наличии первичных одно- или многоударных реакций, а с полным основанием делает логичной другую интерпретацию.

^^П^^одя итоги изложения обеих концепций ——классической теории мишени и стохастической теории, необходимо прежде всего подчеркнуть их основное общее свойство ——строго количественный подход. Более того, стохастическая теория представляет со^ой логическое дополнение классических представлений, которые не могли объяснить многообразие радиобиологических феноменов да и не претендовали на это.

Вполне естественно, что первоначальные гипотезы исходили из упрощенных представлений о механизме первичных радиобиологических процессов на основе чисто физических, а позднее радиационнохимических закономерностей, установленных при облучении простых систем. Однако именно эти простые, общие и формальные схемы впервые перевели радиобиологию с описательных позиций на прочную количественную основу. Круг возможного применения первоначальных представлений был очерчен еще при их формировании, и в этом плане были получены наиболее значительные результаты. Дальнейшее накопление новых фактов потребовало развития более широких подходов.

Нельзя не заметить, что при этом остались незыблемыми оба определяющих фактора классической теории мишеней ——дискретность радиационного агента и функциональная негомогенность биологического объекта. Существенно, однако, что если в теории мишеней последняя определяется наличием фиксированных мишеней, поражение которых уже определяет конечный эффект, то в системе новых представлений показана несостоятельность такой точки зрения, взамен которой разви-

та идея определяющей роли стохастической природы физиологических процессов и их радиационных нарушений.

Стохастическая гипотеза учитывает современные данные о микрораспределении энергии, вариабельности радиочувствительности биологических объектов, а также роль репарационных процессов. Тем самым она значительно расширяет круг явлений, которые можно ин* терпретировать с новых позиций. Она более «биологична» по своей природе, так как устанавливает связи с конкретными морфологическими и функциональными разделами цитологии и физиологии. Однако ее математический аппарат достаточно сложен и это затрудняет ее широкое применение.

ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ РАДИАЦИОННОГОПОРАЖЕНИЯ КЛЕТКИ

Анализ количественных закономерностей различных реакций дрожжевых клеток на облучение показал, что ни классические модели, основанные на принципе попадания, ни концепция биологической сто- хастичности не способны объяснить всю совокупность полученных экспериментальных данных. Дополнив принцип попадания предположением о вероятностном характере проявления повреждений, Ю. Г. Капульцевич (1978) предложил вероятностную модель радиационного поражения клетки.

• Согласно этой модели разные клетки, подвергнутые облучению в одной и той же дозе, поражаются в разной степени в соответствии с принципом попадания, но в отличие от классических представлений и потенциальные, и реализованные повреждения проявляются с вероятностью меньше единицы. Реализованные повреждения (или индуцированные ими изменения) наследуются при делении клеток и с некоторой вероятностью, зависящей от числа этих повреждений, приводят к неосуществлению клеточного деления. При этом вероятность проявления повреждения может зависеть как от биологических (генетических) особенностей клеток, так и от условий их культивирования, увеличиваясь при ухудшении этих условий.

Вегетативное размножение облученных клеток согласно этой модели —— случайный процесс «рождения и Гибели», приводящей к появлению нежизнеспособных клеток в отдельных размножающихся клонах (т. е. к наблюдающейся в эксперименте частичной инактивации); дело случая, образует ли данная облученная клетка макроколонию или погибнет после того или иного числа делений.

Таким образом, формально вероятностная модель, являясь как бы синтезом принципа попадания и стохастической концепции, исполь-

зуя сохранившие значение основные положения первого, дополняет последнюю, расширяя диапазон явлений, которые могут быть интерпретированы с позиций биологической стохастичности. Описывая не только качественно, но и количественно (с помощью специальной системы уравнений) различные проявления нарушений репродуктивной способности клеток, вероятностная модель выгодно отличается от классических схем тем, что позволяет предсказать наблюдаемое многообразие радиобиологических эффектов на основе минимума исходных предположений.

Тем не менее вероятностная модель, в значительной степени основанная на принципе попадания, имеет много общего с классическими моделями. В тех слу чаях, когда вероятность проявления повреждения равна единице, вероятностная модель переходит в классическую одноударную мидь. При качественном анализе экспериментальных данных, который ограничивается средними характеристиками популяции облученных клеток, вероятностная модель зачастую приводит к таким же результатам, как и многоударная.

Главное отличие вероятностной модели от классических состоит в том, что согласно последним радиочувствительность клетки определяется лишь объемом мишени и критическим числом попаданий. С позиций же вероятностной модели проблема радиочувствительности представляется более сложной. /Процесс радиационного поражения клетки Ю. Г. Капульцевич формально делит на три этапа.

Первый этап радиационного поражения——осуществление событий попадания, в результате которых формируются первичные потенциальные повреждения. Вероятность образования первичного повреждения на единицу дозы излучения зависит от величины эффективного объема и от величины энергии, необходимой для образования первичного повреждения. Поскольку отнюдь не всякое выделение энергии в эффективном объеме может привести к образованию первичного повреждения, клетка, по-видимому, способна восстанавливаться еще на стадии формирования потенциальных повреждений. На этой стадии радиочувствительность определяется величиной эффективного объема (V) и вероятностью (р) образования потенциального повреждения (при локальном выделении энергии в эффективном объеме). Параметры V и р могут зависеть как от биологических особенностей объекта, так и от условий облучения, например от температуры, влажности, концентрации кислорода и др.

Второй этап радиационного поражения ——реализация потенциальных повреждений. Так как клетки способны восстанавливаться от лучевых повреждений, то реализованными оказываются не все возникшие потенциальные повреждения, а лишь часть их (г). Следовательно, радиочувствительность клетки определяется и вероятностью реализации потенциального повреждения. Все три параметра (У, риг) определяют частоту (Ь) реализованных повреждений на единицу дозы излучения (Ь = Vpr) и среднее число а реализованных повреждений при

дозе £\т・ е. а — bD. С помощью параметра b вероятностная модель учитывает зависимость радиобиологических эффектов от дозы излучения, ЛПЭ и продолжительности восстановления. '

Третий этап радиационного поражения ——различные вторичные нарушения нормального протекания внутриклеточных процессов, вызываемые реализацией повреждений. По-видимому, и на этом этапе возможно восстановление клеток от последствий реализованных повреждений или их компенсация, поэтому вероятность проявления реализованного повреждения не равна единице, а характеризуется величиной а, которая зависит от биологических особенностей клетки и от условий культивирования. Чем больше надежность системы, определяемая способностью клетки устранять всякие отклонения от нормы в работе внутриклеточных структур, тем меньше величина а. С помощью параметра а вероятностная модель позволяет анализировать пострадиационные модификации эффектов, не связанные с восстановлением.

Таким образом, радиочувствительность клетки, о которой судят по кривой выживания, определяется четырьмя параметрами: У, р, г, а. Эти параметры достаточны не только для описания формы кривой, но и всего многообразия проявления действия излучений на репродуктивную способность клеток, зависимость радиобиологических эффектов от условий культивирования клеток и физических характеристик излучения.

Таковы основные качества вероятностной модели, которую можно считать логическим звеном в развитии количественной радиобиологии.

Однако ни сама модель, ни производимый с ее помощью анализ ре! акций клеток на облучение не позволяют выявить природу поврежде^ ний, лежащих в основе этих реакций. Кроме того, нельзя забывать, что сделанные выводы справедливы только для дрожжевых клеток, что затрудняет проверку применимости вероятностной модели к описав нию лучевой реакции клеток млекопитающих.

Ниже будут рассмотрены качественные концепции, характерная черта которых заключается в попытке указать конкретные биохимические процессы, определяющие биологическое действие радиации. Основная роль при этом отводится высокореакционноспособным продуктам ——радиотоксинам, образующимся в биосубстрате вслед за поглощением энергии излучения и инициирующим множественные повреждения различных клеточных органелл.

Радиобиологический парадокс несоответствия малых количеств поглощенной энергии с разительным биологическим эффектом с позиций качественных гипотез объясняется наличием различных биологических механизмов усиления первичных поражений.

ГИПОТЕЗА ЛИПИДНЫХ РАДИОТОКСИНОВИ ЦЕПНЫХ РЕАКЦИЙ

Еще в 50-х годах А. С. Мочалиной и Ю. Б. Кудряшовым в лаборатории Б. Н. Тарусова было обнаружено, что водно-солевые вытяжки из облученной печени при введении интактным животным вызывают гемолиз. В связи с этим было высказано предположение, что под влиянием облучения в печени образуется «гемолитический фактор». В результате его идентификации была установлена липидная природа образующегося цитотоксического агента, названного липидным радиошок- сином (ЛРТ). Оказалось, что ЛРТ обнаруживается уже в первые часы после облучения не только в печени, но и в крови, тонком кишечнике, семенниках, почках, желудке и других органах животных, также этот эффект был получен на растениях и микроорганизмах.

ЛРТ представляет собой лабильный комплекс продуктов окисления ненасыщенных жирных кислот, гидропероксидов, эпоксидов, альдегидов и кетонов.- Показано, что ЛРТ вызывает не только гемолиз, но и другие реакции, характерные для лучевого поражения: торможение клеточного деления, нарушение кроветворения, повреждение хромосомного аппарата некоторых объектов и др. В связи с этим» ЛРТ был назван «.естественным ради ом к мет и ком», т. е. агентом, имитирующим биологическое действие ионизирующих излучений. Радиомиме- тическое действие токсических веществ липидной природы показано также в серии работ японских исследователей (С. Сено и др.. I960; Ямамото и др., I960; О. бкава, 1987).

На рис. 51 представлено содержание различных токсических продуктов в печени облученных крыс; видно, что в разные сроки после облучения наблюдается чаще увеличение, но иногда и уменьшение количества исследованных веществ: холина, хинонов, гистамина, продуктов автолиза, ЛРТ. Выясняя роль каждого из них, Ю. Б. Кудряшов показал, что введение ЛРТ интактным животным вызывало у них фазные изменения других «радиотоксинов», в том числе хинонов. Инъекция же хинонов нлн других «радиотоксинов» не приводила к образованию ЛРТ. На этом основании ЛРТ были отнесены к первичным радиотоксинам, а все остальные — ко вторичным.

Позднее к первичным радиотоксинам были отнесены авторами и хиноны на том основании, что и они «... способны накапливаться в клетках сразу после начала облучения как продукты первичных лучевых процессов окисления биосубстратов» (Ю. Б. Кудряшов, Е. Г. Гончаренко, 1970). .；

Гипотеза липидных радиотоксинов базируется на выдвинутой1 Б. Н. Тарусовым и Н. М. Эмануэлем концепции о решающей роли в начальных процессах лучевого поражения цепных окислительных реакций свободнорадикального типа, наиболее подходящим субстратом для которых являются липиды. Так как последние представляют собой структурные элементы клеточных мембран, их поражение приводит к нарушению регуляции химизма живой клетки вплоть до уровня, при-

Время noc/je обучения ; сутВремя noc/je обучения ; сутРис. 51. Содержание различных веществ, которым приписывают роль «радиотокс!ь нов» в печени крыс в разные сроки после общего облучения в дозе 7 Гр (по Ю. Б.Кудряшову, Е. К- Гончаренко, 1970)：/ — холин, 2 — хиноны, 3 — гистамин, 4 белок {автолиз), 5 —ЛРТРис. 51. Содержание различных веществ, которым приписывают роль «радиотокс!ь нов» в печени крыс в разные сроки после общего облучения в дозе 7 Гр (по Ю. Б.Кудряшову, Е. К- Гончаренко, 1970)：/ — холин, 2 — хиноны, 3 — гистамин, 4 белок {автолиз), 5 —ЛРТ

Время noc/je обучения ; сут

Время noc/je обучения ; сут

Рис. 51. Содержание различных веществ, которым приписывают роль «радиотокс!ь нов» в печени крыс в разные сроки после общего облучения в дозе 7 Гр (по Ю. Б.

Кудряшову, Е. К- Гончаренко, 1970)：

/ — холин, 2 — хиноны, 3 — гистамин, 4 белок {автолиз), 5 —ЛРТ

Рис. 51. Содержание различных веществ, которым приписывают роль «радиотокс!ь нов» в печени крыс в разные сроки после общего облучения в дозе 7 Гр (по Ю. Б.

Кудряшову, Е. К- Гончаренко, 1970)：

/ — холин, 2 — хиноны, 3 — гистамин, 4 белок {автолиз), 5 —ЛРТ

водящего ее к гибели. Возникновению цепных реакций^ согласно этой концепции, способствует вызываемое облучением разрушение или ингибирование природных ан- тиокислительных (антиоксидантных) систем; в клетках необлученных организмов они предохраняют липиды от са* мопроизвольного окисления.

Легко заметить, что концепция ЛРТ и цепных реакций постулирует наличие в клетке мишеней в виде определенных фракций липидов, ибо именно их первичное поражение якобы способствует развитию всех последующих событий, включая и поражение генетического аппарата.

Анализ современных экспериментальных данных не

дает, однако, оснований для признания концепции ЛРТ и цепных реакций в качестве универсальной теории летального действия ионизирующих излучений на клетку.

Во-первых, аналогия в действии ЛРТ и ионизирующих излучений ограничена лишь определенным кругом явлений, но установлены и принципиальные различия: различаются структурные повреждения хромосомного аппарата, отсутствует мутагенное действие ЛРТ. Во- вторых, цепные разветвленные реакции in vivo пока еще не зарегистрированы, а возможность их развития и длительного протекания без обрыва в живой метаболизирующей многокомпонентной структурированной системе вообще маловероятна. В-третьих, накопление ЛРТ количественно не связано с ЛПЭ, а последняя в основном определяет ОБЭ ионизирующих излучений (см. гл. 8). В-четвертых, отсутствуют четкие количественные временные характеристики зависимости эффекта поражения биосистем от интенсивности образования ЛРТ при различных дозах излучения, не говоря уже о других «радиотоксинах».

В этой связи гипотезу липидных радиотоксинов и цепных реакций <ледует рассматривать лишь как попытку объяснить одно звено в сложном патогенетическом комплексе лучевых реакций, удельную роль которого в лучевой гибели клетки еще предстоит оценить.

I 9.5. СТРУКТУРНО-МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

В основе теории, активно разрабатываемой А. М. Кузиным с 1965 г., лежит идея о том, что под действием ионизирующего излучения в клетке возникают не только чисто радиационно-химические повреждения, но благодаря биохимическим механизмам усиления в организме синтезируются и высокореакционные продукты, приводящие к дополнительному повреждению биологически важных макромолекул и образованию низкомолекулярных токсических метаболитов.

В рассматриваемой теории решающее значение отводится не только радиационному поражению ядерных макромолекул, но и нарушениям цитоплазматических структур и их нормального функционирования, осуществляемого благодаря присущей им упор ядочен ности.

Повреждение такой строго скоординированной системы в одном или нескольких звеньях приводит к нарушениям мембран и сопряжения важных метаболических процессов: инактивации ферментов, расстройству управляющих систем и другим тяжелым последствиям.

В качестве токсических метаболитов особая роль, как и в предыдущей гипотезе, придается опять же первичным радиотоксинам (ПРТ), которыми теперь《…называют вещества, образующиеся в клетках облученных организмов тотчас или в ближайшие часы после облучения и обладающие свойством вызывать основные радиобиологические эффекты при действии на клетки или организмы» (А. М. Кузин, 1970, 1986). Множество «радиотоксинов», образующихся на поздних стадиях лучевого поражения, в отличие от ПРТ имеют в рамках этой гипотезы вторичное происхождение. Хотя им и отводится важная роль в исходе поражения организма, они не существенны для понимания первичных процессов.

Полагают, что ПРТ ——комплекс веществ, которые обладают близкими свойствами, хотя и относятся к различным классам химических соединений. Одни из них всегда существуют и в нормальной клетке, но в меньшем количестве, чем после облучения.

Работами А. М. Кузина и его сотрудников показано, что в водных или спиртово-водных вытяжках из облученных растительных объектов увеличивается содержание веществ, которые идентифицированы как хиноны или ортохиноны. По данным этих авторов, введение экстрактов из облученных объектов (например, картофеля) приводит к снижению массы животных, угнетению клеточного деления и возникновению хромосомных аберраций в клетках корешков растений, подавлению роста клеточных культур, увеличению числа уродств личинок вьюна и частоты мутаций у Е. coll. Те же изменения, но значительно менее выраженные, появляются при введении экстрактов из необлученных растений.

Нарастание концентрации хинонов в клетках после облучения носит экспоненциальный характер, что в совокупности с данными токсиколо- 5 Зак. 1490

гических исследований, где также наблюдается линейная зависимость между временем воздействия яда и логарифмом выживае?лости (например, гибель микроорганизмов в растворе фенола), используется А. М. Кузиным для критики классической теории мишени., отвергающей роль ядов в радиобиологическом эффекте.

В монографии «Структурно-метаболическая теория в радиобиологии» (1986) сделана попытка анализа многочисленных фактов, накопленных радиобиологией за текущие десятилетия. В этой книге автор приходит к заключению, что «структурно-метаболическая теория является общей теорией действия радиации на биологические объекты, начиная с клеточного уровня и кончая высокоорганизованными многоклеточными организмами». Эта теория «рассматривает механизмы как поражающего действия сублетальных и летальных доз радиации, так и стимулирующего действия малых доз радиации. Она применима и при исследовании синергизма действия ионизирующей радиации с другими физическими и химическими факторами».

Объективно оценивая предпринятый гигантский труд, нельзя не отметить, что, несмотря на солидный объем монографии, в ней так и не удалось сформулировать смысл теории или хотя бы изложить ее конкретные принципы.

Автор утверждает: «Структурно-метаболическая теория исходит из дискретного характера передачи энергии ионизирующих излучений молекулам и структурам клетки, возможного неравномерного распределения поглощенной энергии в облучаемой клетке или популяции клеток и использует «принцип попадания» только в его строго физическом смысле». Опустив весьма сомнительную правомерность объединения неравномерности распределения энергии в отдельной клетке и популяциях, легко видеть, что здесь, по существу, изложено первое положение теории мишени — принцип попадания, четко сформулированное шестьюдесятью годами ранее.

Ее второе положение — принцип мишени, учитывающий высокую гетерогенность клетки в морфологическом и функциональном отношениях, «затерялось» в следующем тексте: «Структурно-метаболическая теория, исходя из гетерогенности и неоднозначности субклеточных структур и учитывая внутриклеточные связи и зависимости, отмечает ведущую роль в формировании радиобиологических эффектов — нарушений, возникающих в клеточном ядре (геноме) и биомембранах, в генерации энергии и изменении уровня низкомолекулярных биологически активных веществ (радиотоксинов)».

/^Струкпгуряо-метаболическая теория не может быть признана уни- .нереальной теорией биологического действия излучения по ряду при- 1чин. Прежде всего, не определены количественные соотношения \между накоплением ПРТ в клетке и степенью ее поражения, а сам по

себе факт экспоненциального роста содержания ПРТ с увеличением дозы и во времени, наблюдавшийся на отдельных объектах, не может претендовать на какую-либо однозначную интерпретацию.

Вряд ли в свете современных данных можно согласиться с ведущей ролью ПРТ в первичных процессах радиационного поражения клетк% если время образования токсинов, согласно определению, смещается от момента облучения к ближайшим часам и даже нескольким суткам после облучения. К сожалению, даже в упоминаемой монографии автора теории (1986), обобщающей многолетний путь формирования его представлений о механизме лучевых повреждений, стохастические теории лишь упоминаются, а классические положения теории мишени по- прежнему критикуются без достаточных оснований, не учитывая того, что они адресованы определенному и совершенно другому классу явлений.

Более того, «в вину» теории мишени ставится и концепция «потенциальных повреждений». Между тем, как было изложено в гл. 6, понятие потенциальных повреждений привело к открытию таких фундаментальных радиобиологических феноменов, как потенциальные летальные и сублетальные повреждения, а главное, к открытию наиболее важного радиобиологического явления — репарации клеток. Открытие репарации——феномена, который не был известен создателям теории мишени» наполнило конкретным молекулярно-радиобиологическим содержанием такие вынужденные формальные понятия, как «эффективный объем», что лишь продемонстрировало эвристический характер классического форма- ^изма. И всё же, подводя итог современному состоянию радиобиологической теории, следует признать, что классические представления принципа попаданий претерпели серьезную модификацию. Стала очевидной наряду с ролью повреждения и репарации ДНК важность повреждений и в других звеньях многокомпонентной строго упорядоченной в структурном и функциональном отношении системы, каковой является живая клетка. Отсюда создание единой теории радиобиологического эффекта — дело будущего, ибо оно непосредственно связано с познанием молекулярных основ жизни.

Дискуссионность и недостаточная изученность многих вопросов ни в какой степени не должны послужить причиной пессимизма. Напротив, они лишь ориентируют на необходимость и перспективность дальнейших исканий, результаты которых, а особенно время рождения принципиально новых данных, предсказать невозможно. И тем не менее имеющийся опыт св и детел ьствует о том, что прикладные, полезно используемые человеком возможности радиобиологии всегда основывались на фундаментальных научных достижениях. Следовательно, и практические перспективы радиобиологии будущего зависят прежде всего от успехов в решении ее общих вопросов.

В этом отношении не существует мелочей; количественное накопление самых незначительных, на первый взгляд, фактов в конечном итоге неизбежно приводит к качественному скачку. Разумеется, бездумное накопление фактов не дожно быть самоцелью. Эксперимент должен базироваться на определенных принципах, знание которых, как говорили древние, иногда даже компенсирует незнание некоторых фактов. Отсюда, с одной стороны, ~ роль теоретических построений, с другой, напротив,——значение кардинальных фактов, либо не укладывающихся в прокрустово ложе устоявшихся представлений, либо нх ниспровергающих, порождая тем самым новые плодотворные идеи.

8

В чем суть принципов попадания и мишени?

Как с позиций теории мишени интерпретируются основные параметры кривых доза —эффект?

Назовите границы применения теории мишени.

В чем суть стохастической теории, ее сходство и отличие от теории мишени?

Изложите смысл вероятностной гипотезы.

Как понимается механизм биологического действия ионизирующих излучений с позиций гипотезы липидных радиотоксинов и структурнометаболической теории?

В чем состоят ограничения качественных подходов к интерпретации механизма радиобиологического эффекта?

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

РАДИОБИОЛОГИЯОРГАНИЗМА

РАДИАЦИОННЫЕ СИНДРОМЫ

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНИЗМА

ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ ЧЕЛОВЕКА•

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОРГАНИЗМАПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ

•

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕИНКОРПОРИРОВАННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ•

ОПОСРЕДОВАННЫЕ ЭФФЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ

НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

ОТДАЛЕННЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ОБЛУЧЕНИЯ

ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА ЭМБРИОН И ПЛОД•

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ

ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

ТЕРАПИЯ ЛУЧЕВОЙ БОЛЕЗНИ

ПРОТИВОЛУЧЕВАЯ ЗАЩИТА ОРГАНИЗМА•

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ЛЕЧЕБНОГОПРИМЕНЕНИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ•

МОЛОДОМУ ИССЛЕДОВАТЕЛЮ

Радиобиология организма, которой посвящена вторая часть учебника, отражает многообразие тканевых и системных реакций, зависящих от условий радиационного воздействия, возраста (включая период эмбрионального развития) и физиологического состояния организма, проявляющихся не только непосредственно после облучения, но и в отдаленный период. Рассмотрение этих вопросов проводится с клеточно-кинетических позиций, учитывающих процессы, происходящие в результате облучения в основных системах клеточного обновления.

Поскольку радиобиология организма млекопитающих ——вопрос наиболее актуальный в практическом аспекте, основное внимание уде- схется прикладным сторонам предмета, в частности современным методам противолучевой защиты и терапии лучевых поражений, а также принципам гигиенического нормирования ионизирующих излучений.

С этих же позиций в учебник включена специальная глава, посвященная научным основам лечебного применения ионизирующих излучений при лучевой и комплексной терапии злокачественных новообразований ——одной из наиболее актуальных проблем медицины. Данный вопрос, кроме того, составляет непосредственные профессиональные интересы автора, который, надеясь на приток в эту трудную, но благородную область научной и практической деятельности творческой молодежи, обращается к ней в заключительной главе учебника.

Ступенчатый характер отмирания объектов как следствие лучевого поражения жизненно важных систем организма. Критические ткани и органы. Основные радиационные синдромы при общем облучении. Системы клеточного обновления. Кинетика клеточных популяций и ее нарушение под действием излучения — ключ к пониманию развития лучевого поражения организма. Особенности лучевых реакций малообноаляю- щихся тканей. Относительность понятия тканевой радиочувствительности. Радиочувствительность организма млекопитающих и графические способы ее оценки.Ступенчатый характер отмирания объектов как следствие лучевого поражения жизненно важных систем организма. Критические ткани и органы. Основные радиационные синдромы при общем облучении. Системы клеточного обновления. Кинетика клеточных популяций и ее нарушение под действием излучения — ключ к пониманию развития лучевого поражения организма. Особенности лучевых реакций малообноаляю- щихся тканей. Относительность понятия тканевой радиочувствительности. Радиочувствительность организма млекопитающих и графические способы ее оценки.^Порядок и последовательность ну*н5 великих дарований 円＜« того, чтобы х。"》 шо управлять»

Ступенчатый характер отмирания объектов как следствие лучевого поражения жизненно важных систем организма. Критические ткани и органы. Основные радиационные синдромы при общем облучении. Системы клеточного обновления. Кинетика клеточных популяций и ее нарушение под действием излучения — ключ к пониманию развития лучевого поражения организма. Особенности лучевых реакций малообноаляю- щихся тканей. Относительность понятия тканевой радиочувствительности. Радиочувствительность организма млекопитающих и графические способы ее оценки.

Ступенчатый характер отмирания объектов как следствие лучевого поражения жизненно важных систем организма. Критические ткани и органы. Основные радиационные синдромы при общем облучении. Системы клеточного обновления. Кинетика клеточных популяций и ее нарушение под действием излучения — ключ к пониманию развития лучевого поражения организма. Особенности лучевых реакций малообноаляю- щихся тканей. Относительность понятия тканевой радиочувствительности. Радиочувствительность организма млекопитающих и графические способы ее оценки.

О Мирабо

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬ-НОСТЬ ТКАНЕЙ, ОРГАНОВ,ОРГАНИЗМА.

РАДИАЦИОННЫЕСИНДРОМЫ

Все главы этой части посвящены из- ложению радиобиологии организма чело* века и животных. Предстоит разобраться в сложной картине лучевого поражения, многообразие которой определяется спа цифичностью ионизирующих излучений, не присущей ни одному другому агенту внешней среды. Речь идет об их проника- ющей способности (отсюда и название 一 проникающая радиация). В результате тотального облучения ни один участок организма не остается интактным. Это определяет одновременно и своеобразие, и многообразие 4юрм непосредственных и отдаленных последствий облучения.

Закономерности поражения целостного организма определяются двумя факторами: 1) радиочувствительностью тканей, органов и систем, существенных для выживания организма; 2) величиной поглощенной дозы излучения и ее распределением в пространстве и времени. Каждый в отдельности и в сочетании друг с другом эти факторы определяют преимущественный тип лучевых реакций

(местные или общие), специфику и время проявления (непосредственно после облучения, вскоре после облучения или в отдаленные сроки) и их значимость для организма.

Следует нмьь в виду, чго при переходе от изолированной клетки к ткани, к органу и организму все явления усложняются. Эго происходит потому, что не все клетки поражаются в равной степени, а тканевой эффект не равен сумме клеточных эффектов: ткани, а тем более органы и системы нельзя рассматривать как простую совокупность клеток. Находясь в составе ткани, клетки в значительной степени зависимы и друг от друга, и от окружающей среды. Митоти- ческая активность, степень дифференцированности, уровень и особенности метаболизма, а также другие физиологические параметры отдельных клеток не безразличны для их непосредственных «соседей», а следовательно, и для всей популяции в целом. Общеизвестно, например, что заживление раны происходит вслед* ствие временного ускорения размножения оставшихся клеток, обеспечивающего рост ткани и замещение вызванных травмой тканевых утрат, после чего тип клеточного деления нормализуется.

В механизме таких стимулирующих и ингибирующих влияний, испытываемых клетками, принимают участие не только локальные факторы, но и регулирующие системы, поддерживающие состояние гомеостаза в организме. Нет оснований сомневаться в важной роли тех же процессов в реализации тканевых и системных реакций на облучение. Кроме того, на тканевую радиочувствительность оказывают большое влияние и другие факторы: степень кровоснабжения, величина облучаемого объема и др. Таким образом, радиочувствительность ткани нельзя оассматривать только с позиций составляющих ее клеток без учета морфофизиологических факторов. Например, эритробласты изменяют свою радиочувствител ьность в зависимости от места их нахождения в организме — в селезенке или костном мозге. Разную радиочувствительность имеют также одна и та же опухоль, привитая в разные органы, и ее метастазы, в зависимости от их локализации.

Все это усложняет оценку радиочувствительности гканей, органов и целого организма, но не отвергает принципиального и ведущего значения ни то кинетических параметров, определяющих тип и выраженность лучевых реакций на всех уровнях биологической организации.

Самый типичный пример радиационного поражения организма животных и человека — острая лучевая болезнь, возникающая после тотального однократного внешнего равномерного облучения. В этом случае одновременно подвергаются радиационному воздействию все системы, органы, ткани и клетки в одинаковой дозе. Наилучшее понимание основных проявлений лучевого поражения организма может быть достигнуто сопоставлением их с поглощенной дозой в «критических органах».

Под критическими органами понимают жизненно важные органы или системы, первыми выходящие из строя в исследуемом диапазоне доз излучения, что обусловливает гибель организма в определенные сроки после облучения.

Таким образом, между величиной поглотанной дозы s организме w средней продолжительностью жизни существует строгая зависимость. определяемая различиями в радиочувствительности отдельных жизненно важных (критических) систем.

10.L РАДИАЦИОННЫЕ СИНДРОМЫ

Еще в 40-х годах исследованиями Б. Раевского и Г. Квастлера была обнаружено, что в определенных диапазонах, несмотря на увеличение 〃озн, средние сроки гибели мышей не меняются. Соответствующая кривая, описывающая зависимость средней продолжительности жизни мышей от дозы излучения, состоит из трех участков (рис. 52). Начальный участок охватывает период от нескольких недель до нескольких дней и соответствует дозам до 10 Гр. Далее следует плато, где средняя продол ж ител ьность жизни не изменяется, несмотря на увеличение дозы от 10 до 100 Гр. На третьем участке показано, что при последующем

увеличении дозы средняя продолжительность жизни снова резко у ко* рачивается от нескольких дней до нескольких часов. Рассмотренные участки кривой отражают основные клинические синдромы——костно-мозговой (кроветворный), желудочно-кишечный и церебраль

ный, развивающиеся вследствие необратимого поражения соответствующих критических систем организма — кроветворной, кишечника и ЦНС.

Ступенчатый характер отмирания, связанный с выходом из строя критических систем, к настоящему времени обнаружен для самых разнообразных живых объектов (рис. 53).

Показано (И. Б. Бычковская, 1970) наличие такой закономерности для земиоводных (лягушки), насекомых (амбарные долгоносики, бокоплавы, дрозофилы), червей и даже растений.

Таким образом. ступенчатая зависимость времени наступления гибели самых разнообразных обь- екчов ст дозы, отражающая мно- госистемность в реакиии на облучение, — общебиологическая закономерность. Разрыв между дозами. начинающими вызывать оп

Рис. 52. Зависимость средней продолжительности жизни мышей после однократного рентгеновского облучения от дозы (двой* ная логарифмическая шкала) (по Б. Раевскому, 1954)Рис. 52. Зависимость средней продолжительности жизни мышей после однократного рентгеновского облучения от дозы (двой* ная логарифмическая шкала) (по Б. Раевскому, 1954)ределенные формы гибели, указы- нает на разницу в радиочувстви- гельности ответственн ых систем tпо критерию поражения, несовместимого с жизнью).

Рис. 52. Зависимость средней продолжительности жизни мышей после однократного рентгеновского облучения от дозы (двой* ная логарифмическая шкала) (по Б. Раевскому, 1954)

Рис. 52. Зависимость средней продолжительности жизни мышей после однократного рентгеновского облучения от дозы (двой* ная логарифмическая шкала) (по Б. Раевскому, 1954)

Рис. 53. Зависимость средней продолжительности жизни млекопитающих от дозы излучения (/) и ее отклонения (2, 3), полученные разными авторами на мышах, крысах, хомячках, морских свинках и обезьянах (по В. Бонду и др„ 1971)Рис. 53. Зависимость средней продолжительности жизни млекопитающих от дозы излучения (/) и ее отклонения (2, 3), полученные разными авторами на мышах, крысах, хомячках, морских свинках и обезьянах (по В. Бонду и др„ 1971)

Рис. 53. Зависимость средней продолжительности жизни млекопитающих от дозы излучения (/) и ее отклонения (2, 3), полученные разными авторами на мышах, крысах, хомячках, морских свинках и обезьянах (по В. Бонду и др„ 1971)

Рис. 53. Зависимость средней продолжительности жизни млекопитающих от дозы излучения (/) и ее отклонения (2, 3), полученные разными авторами на мышах, крысах, хомячках, морских свинках и обезьянах (по В. Бонду и др„ 1971)

Наличие плато на кривой (рис. 53) свидетельствует о пороговости регистрируемого эффекта, поэтому несовместимое с жизнью повреждение той или иной системы наступает по достижении определенного уровня поражения, т. е. имеет пороговый характер. Области перегиба кривой соответствуют дозам, при которых возможны те или другие формы гибели вследствие индивидуальных вариаций радиочувствительности смежных систем.

Аналогичное изменение средней продолжите/iьности жнзни, определяемое дозой излучения, показано и для человека. На рис. 54 хорошо видны три области насьпцения эффекта. Основываясь на клинической картине поражения, их связывают с теми же тремя патогенетическими механизмами поражения, приводящими организм к гибели. При дозах излучения, когда средняя продолжительность жизни не превышает 40 сут, на первый план выступает нарушение гемопоэза; при больших дозах (продолжительность жизни около 8 сут) ведущими становятся проявления поражения кишечника, а при еще больших ( > 30 Гр; продолжительность жизни 〜2 сут и менее) развиваются церебральные симптомы.

Существование причинно-следственной связи между определенными синдромами и отдельными участками кривой следует из строгой воспроизводимости симптоматологии и средней продолжительности жизни в соответствующих диапазонах доз, а также из результатов специальных экспериментов по локальному облучению организма, эканиюва- нию отдельных критических систем или использованию трансплантации кроветворных тканей.

Рис. 54. Зависимость средней продолжительности жизни человека и обезьян от дозы излучения (полулогарифмичес - кая шкала) (по Р. Аллену и др., I960)Рис. 54. Зависимость средней продолжительности жизни человека и обезьян от дозы излучения (полулогарифмичес - кая шкала) (по Р. Аллену и др., I960)

Рис. 54. Зависимость средней продолжительности жизни человека и обезьян от дозы излучения (полулогарифмичес - кая шкала) (по Р. Аллену и др., I960)

Рис. 54. Зависимость средней продолжительности жизни человека и обезьян от дозы излучения (полулогарифмичес - кая шкала) (по Р. Аллену и др., I960)

Если экранировать (защитить от непосредственного воздействия излучения, например, свинцом) небольшой участок активного костного мозга (у мышей можно и выведенную наружу селезенку) или пересадить смертельно облученным животным костный мозг интактных доноров, то можно полностью предотвратить или снизить процент гибели при дозах до 10 Гр (см. гл. 18). Следовательно, гибель животных в этом диапазоне доз преимущественно вызвана поражением систем кроветворения.

О кишечном механизме смерти в следующем диапазоне доз свидетельствует гибель мышей в одни и те же сроки (3——5 сут), с одинаковой картиной поражения независимо от того, подвергались ли они общему или локальному облучению выведенного наружу кишечника (при одинаковых дозах).

Наконец, при локальном облучении головы в дозах 150 Гр и более гибель наступает в первые сутки или часы (в зависимости от дозы), сопровождаясь судорогами, что указывает на поражение ЦНС L

Для понимания причин столь четко выраженной зависимости проявлений отдельных синдромов от дозы излучения необходимо познакомиться с кинетикой клеточных популяций соответствующих критических систем.

• Состояние устойчивого динамического равновесия любой клеточной популяции в живом организме, необходимое для нормальной жизнедеятельности, поддерживается системами обновления клеток; любая потеря клеток (вследствие их гибели или миграции) в системе количествен но восполняется возникновением новых клеток, что обеспечивает неизменность функции.

Клетки каждого типа имеют свою характерную для них продолжительность жизненного цикла и соответственно различаются темпом обновления.

Таким образом, взрослый организм постоянно находится s состоянии строго сбалансирован- "оео клеточного самообновления, происходящего непрерывно в Ряде его жизненно важных систем.

При дозах 1 кГр и более смерть наступает мгновенно («смерть под лучом»> нследствие денатурационной инактивации клеток — «молекулярная гибель».

Ежеминутно в каждой из них отмирают десятки и сотни тысяч «отслуживших» клеточных элементов, заменяясь новыми, заведомо готовыми «пожертвовать» собой через строго определенный срок ——м так до конца жизни организма. Такое устойчивое равновесие в системах клеточного самообновления, являющееся необходимым условием надежности поддержания жизнеспособности организма, получило название клеточного гомеостаза.

Применительно к рассмотренным выше основным радиационным синдромам две из таких самообновляющихся систем (в основном определяющие выживание или гибель облучаемого организма) — кроветворная и желудочно-кишечная ——характеризуются большой скоростью клеточного обновления. В третьей — ЦНС — у половозрелых животных и у взрослого человека клеточного обновления практически не происходит.

10.2. КОСТНЫЙ МОЗГ - ТИПИЧНЫЙ ПРИМЕР СИСТЕМЫКЛЕТОЧНОГО ОБНОВЛЕНИЯ

Костный мозг обладает крайне высокой радиочувствительностью, в связи с чем поражение системы кроветворения всегда наблюдается в той или иной степени при общем облучении как его типичное проявление. Поэтому на примере костного мозга будут рассмотрены общие принципы функционирования самообновляющейся системы, которые в полной мере сохраняют свое значение для любой другой системы клеточного обновления.

Основное назначение костного мозга — продукция зрелых высокодифференцированных клеток крови. В нормальных условиях гибель или исчезновение каждого клеточного элемента в периферической крови или в другом участке организма компенсируется образованием в среднем одной клетки в костном мозге.

По меткому выражению В. Бонда, костный мозг представляет собой 《фабрику», производящую клетки, а периферическая кровь — «службу сбыта» организмом уже зрелых элементов.

На рис. 55 изображена упрощенная модель системы клеточного обновления применительно к миелопоэзу, состоящая, как и любая система клеточного обновления, из нескольких пулов. Прежде всего, это самоподдерживающийся фонд недифференцированных предшественников —стволовых (клоногенных) клеток, способных обеспечить постоянную скорость клеточного обновления в системе. При делении стволовых клеток часть их потомства предназначается для последующей дифференциации в специфические клеточные линии, а оставшиеся служат новыми стволовыми клетками.

Пройдя одно или несколько делений, клетка постепенно дифференцируется, затем, утратив способность делиться, входит в непролиферирующий .пул, где окончательно созревает и становится функцио-

Время, указанное в нижней части рисунка, отражает порядок величин, характерных для гранулоцитопоэза млекопитающих, в том числе и человека

нально полноценной. Ясно, что цитокинетика той или иной системы обновления предопределяется уровнем митотической активности и продолжительностью отдельных фаз клеточного цикла (см. гл. 6), • Общий принцип, обеспечивающий устойчивую работу любой си

стемы клеточного обновления (имеется в виду поддержание ее в состоянии количественного и качественного динамического равновесия), 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 самоподдёрживает <ебя из-за необходимости восполнения постоянно происходящих утрат, являющихся своеобразным стимулом к активации всех предшествующих пулов, в результате чего и осуществляется перманентное клеточное обновление.

Под действием излучения в любой клеточной системе обновления происходят резкие нарушения динамического равновесия между отдельными пулами, приводящие к тяжелым функциональным расстрой* ствам в самой системе, а в зависимости от ее значения для жизнедеятельности и к соответствующим последствиям в организме.

Качественное представление о механизме этих нарушений следует из анализа реакций облученных клеток (см* гл. 6), закономерности ко-

Сгибло-6ь忠-К此ЕМ1Сгибло-6ь忠-К此ЕМ1例“ 6 нормально^ состоянии例“ 6 нормально^ состоянии芋芋2，7Время прохождения.e^m2，7Время прохождения.e^m

Сгибло-

6ь忠-

К此ЕМ1

Сгибло-

6ь忠-

К此ЕМ1

例“ 6 нормально^ состоянии

例“ 6 нормально^ состоянии

芋

芋

2，7

Время прохождения.e^m

2，7

Время прохождения.e^m

Рис. 56. Эффекты, возникающие в системе клеточного обновления вследствие внезапного опустошения самых ранних пролиферирующих компонентов в результате облучения (поВ. Бонду и др., 1971)Рис. 56. Эффекты, возникающие в системе клеточного обновления вследствие внезапного опустошения самых ранних пролиферирующих компонентов в результате облучения (поВ. Бонду и др., 1971)HEQ EOEavx-btMhwQXHEQ EOEavx-btMhwQX

Рис. 56. Эффекты, возникающие в системе клеточного обновления вследствие внезапного опустошения самых ранних пролиферирующих компонентов в результате облучения (по

В. Бонду и др., 1971)

Рис. 56. Эффекты, возникающие в системе клеточного обновления вследствие внезапного опустошения самых ранних пролиферирующих компонентов в результате облучения (по

В. Бонду и др., 1971)

HEQ EOEavx-btMhwQX

HEQ EOEavx-btMhwQX

торых в целом сохраняются и для тканевых систем в живом организме. Это основные радиобиологические реакции клеток, определяющие типичные нарушения в любой системе обновления.

L Временное прекращение деления всех клеток независимо от того, какая из них выживет в последующем. 2. Гибель молодых, малодифференцированных и делящихся клеток. 3. Минимальные изменения продолжительности процесса клеточного созревания, а также времени жизни большинства зрелых клеток и скорости притока их в функциональный пул.

В результате три первых пула начинают опустошаться сразу и в ближайшие дни после облучения, а число соответствующих зрелых функционирующих клеток уменьшается значительно позднее, когда их естественная убыль перестает восполняться из-за опустошения пред-

шествующих пулов (рис. 56). Эта задержка определяется временем, необходимым клетке для прохождения пути от самых ранних стадий до выхода в функциональный пул. Количественные характеристики указанных нарушений определяются конкретными цитокинетическими параметрами той или иной системы обновления и дозой излучения.

Радиационные нарушения миелопоэза мыши, качественно анало

гичные изменениям, происходящим в последовательно связанных пулах любой системы клеточного обновления (для случая, если опустошены более ранние компартменты), схематически показаны на рис. 56.

С этих позиций следует несколько подробнее проанализировать радиационные изменения в системе кроветворения, так как именно с ними наиболее часто приходится встречаться на практике: при облучении в дозах до 10 Гр в организме развивается типичный костно-мозговой синдром,

Систему клеточного обновления костного мозга условно можно представить в виде двух подразделений, или компартментов: ком- партмента молодых и делящихся клеток (объединяющего три первых пула) и компартмента зрелых функциональных клеток периферической крови. Первый компартмент можно сравнить с «фабрикой» клеток, второй —— со «службой сбыта».

В соответствии с правилом Бергонье и Трибондо «фабрика» должна отличаться высокой радиочувствительностью, а «служба сбыта» —— быть несравненно более резистентной. Кривая на рис, 57 суммарно

отражает выживаемость всех кроветворных клеток, поскольку стволовые клетки являются родоначальницами миелоцитов, тромбоцитов и эритроцитов. Видно, что кривая выживаемости стволовых клеток костного мозга мыши имеет маленькое гмечо (свидетельство низких репаративных возможностей) и относительно крутой наклон (следствие высокой радиочувствительности), так что даже очень небольшие дозы излучения вдвое снижают чис- /о выживишх клеток. При дозе 门〃 50/з(/ Д^я мышей (〜6—7 Гр) пролиферативную способность сохраняют всего 2—3 стволовые клетки

Поглощенная 而jq,力Поглощенная 而jq,力Рис. 57 Кривая выживаемости сi волевых клеток костного мозга мы ши (по В. Бонду, 1974)Рис. 57 Кривая выживаемости сi волевых клеток костного мозга мы ши (по В. Бонду, 1974)'"〔％/“ нрмнхт。обозначат ь дозы, ирн которых 〃？ 一 доля животных (°0) гибнет в темен не п с у то к после обл учения. 一 一

Поглощенная 而jq,力

Поглощенная 而jq,力

Рис. 57 Кривая выживаемости сi волевых клеток костного мозга мы ши (по В. Бонду, 1974)

Рис. 57 Кривая выживаемости сi волевых клеток костного мозга мы ши (по В. Бонду, 1974)

Рис. 58. Последовательность coobiTiiii, происходящих в двух основных ком- нартментах системы обновления кроветворных клеток мышей после облучения в среднелетальных дозах.4 — в костном мозге; Б — в периферическом крови:i - - ядросодоржаЕцие клетки, ? лейкоциты (общее число). J - лимфоциты. 4 - - нейтрофилы. й - тромбоциты, h ?рнт- }ЮЦИТЫРис. 58. Последовательность coobiTiiii, происходящих в двух основных ком- нартментах системы обновления кроветворных клеток мышей после облучения в среднелетальных дозах.4 — в костном мозге; Б — в периферическом крови:i - - ядросодоржаЕцие клетки, ? лейкоциты (общее число). J - лимфоциты. 4 - - нейтрофилы. й - тромбоциты, h ?рнт- }ЮЦИТЫв§ <пз9п*/9 в^в§ <пз9п*/9 в^

Рис. 58. Последовательность coobiTiiii, происходящих в двух основных ком- нартментах системы обновления кроветворных клеток мышей после облучения в среднелетальных дозах.

4 — в костном мозге; Б — в периферическом крови:

i - - ядросодоржаЕцие клетки, ? лейкоциты (общее число). J - лимфоциты. 4 - - нейтрофилы. й - тромбоциты, h ?рнт- }ЮЦИТЫ

Рис. 58. Последовательность coobiTiiii, происходящих в двух основных ком- нартментах системы обновления кроветворных клеток мышей после облучения в среднелетальных дозах.

4 — в костном мозге; Б — в периферическом крови:

i - - ядросодоржаЕцие клетки, ? лейкоциты (общее число). J - лимфоциты. 4 - - нейтрофилы. й - тромбоциты, h ?рнт- }ЮЦИТЫ

в§ <пз9п*/9 в^

в§ <пз9п*/9 в^

на тысячу. В результате возникает серьезное повреждение «клеточной фабрики》при практически ненарушенной «службе сбыта»» что и приводит к событиям, схематически изображенным на рис. 58.

ОпустошеЕ1ие костного мозга начинается тотчас после облучения и неуклонно продолжается, достигая минимума, что соответствует началу его регенерации у выживших особей (кривая /). Характер изменений морфологического состава крови прежде всего зависит от времени жизни зрелых клеток или скорости их выбывания.. Кривая 4 для нейтрофилов отражает короткую продолжительность жизни этих клеток: она имеет относительно небольшой порог. Численность наиболее долго живущих (око- ло 100 дней) эритроцитов уменьшается значительно медленнее (кривая 6),. ибо даже при полном отсутствии продукции скорость уменьшения их численности составляет около 1 %/сут. Промежуточный случай представлен тромбоцитами (кривая 5). Отсутствие порога в случае изменения чис^ ценности лимфоцитов (кривая 3) связано с крайне высокой радиочувствительностью, в результате чего даже при небольших дозах лимфоциты погибают тотчас после облучения, причем не только в лимфоузлах, и костном мозге (местах их образования), но и в периферической крови 1.

• Основная причина катастрофического- опустошения костного мозга, происходящего в самые ранние сроки после облучения, состоит в резком торможении процессов клеточного деления при продо^жаю-

щемся с неизменной скоростью поступлении зрелых элементов на периферию.

Внешне парадоксален, но несомненен тот факт, что на кинетике этого процесса не сказывается доля летально поврежденных клеток, увеличивающаяся с дозой излучения. Определяется это тем, что скорость клеточного опустошения костного мозга в первые сутки при всех дозах излучения одинакова, вследствие чего она описывается одной экспонентой (рис. 59). Очевидно, вследствие сохранения скорости выхода клеток на периферию в общем «потоке» с жизнеспособными ^летками выходят в кровь и летально поврежденные.

Опустошение «фабрики», отражающее, по существу, нормальную скорость выхода зрелой «продукции», сохраняет экспоненциальный характер лишь до начала регенерации. Наблюдающееся затем восстановление происходит с различной скоростью, обратной величине дозы (см. рис. 79). Здесь-то и сказывается разная степень клеточной деструкции, определяющая глубину лейкопении, а следовательно, течение и исход лучевого поражения организма.

Рассмотренная схема дает лишь общее представление о цитокинетике изменений в обоих компартментах кроветворения на основе принципиальных механизмов саморегуляции, типичных для систем клеточного обновления. В зависимости от объекта и дозы излучения параметры кривых имеют свои количественные характеристики и некоторые качественные особенности.

Для примера на рис. 60 приведены изменения в наиболее ответственном звене ——гранулоцитах ——у подвергнутых тотальному облучению свиней. Кривую, отражающую наблюдения в течение 120 сут, можно

Рис. 59. Изменение общего числа клеток костного мозга крысы после облучения в дозах 3—10 Гр

Рис. 60. Число нейтрофилов периферической крови свиньи в разное время после облучения (по В, Бонду, 1974)：цифрами обозначены дозы излучения： / - 2 Гр, 2-3 Гр( 3 — 4 Гр, 4-6 Гр; следует обратить внимание на начальное «плечо» F быстрый спад, временный абортивный подъем и затем постепенное окончательное восстановлениеРис. 60. Число нейтрофилов периферической крови свиньи в разное время после облучения (по В, Бонду, 1974)：цифрами обозначены дозы излучения： / - 2 Гр, 2-3 Гр( 3 — 4 Гр, 4-6 Гр; следует обратить внимание на начальное «плечо» F быстрый спад, временный абортивный подъем и затем постепенное окончательное восстановлениеlNARMWynBDdu/QaH wghlNARMWynBDdu/QaH wgh

Рис. 60. Число нейтрофилов периферической крови свиньи в разное время после облучения (по В, Бонду, 1974)：

цифрами обозначены дозы излучения： / - 2 Гр, 2-3 Гр( 3 — 4 Гр, 4-6 Гр; следует обратить внимание на начальное «плечо» F быстрый спад, временный абортивный подъем и затем постепенное окончательное восстановление

Рис. 60. Число нейтрофилов периферической крови свиньи в разное время после облучения (по В, Бонду, 1974)：

цифрами обозначены дозы излучения： / - 2 Гр, 2-3 Гр( 3 — 4 Гр, 4-6 Гр; следует обратить внимание на начальное «плечо» F быстрый спад, временный абортивный подъем и затем постепенное окончательное восстановление

lNARMWynBDdu/QaH wgh

lNARMWynBDdu/QaH wgh

разделить на три участка: 1) фазу дегенерации, характеризующуюся небольшим порогом и быстрым спадом; 2) фазу абортивного подъема с последующим еще большим спадом; 3) фазу восстановления до исход

ного уровня.

Особенности фазы дегенерации связаны с рассмотренными выше радиобиологическими закономерностями. Протяженность «плеча» определяется временем от последнего деления в пуле делящихся (созревающих) клеток костного мозга (см. рис. 56) до выхода зрелых элементов в периферическую кровь. Отсюда следует, что созревание клеток, оставшихся жизнеспособными (по крайней мере при среднелетальных дозах), происходит с нормальной скоростью. Наклон экспоненциального участка кривой определяется временем исчезновения нормальных клеток из периферической крови, что совпадает с быстрым и почти пол

ным прекращением поступления нормальных клеток из костного мозга вследствие его глубокого опустошения.

Клетки, остающиеся в периферической крови, элиминируются с нормальной скоростью. С увеличением дозы излучения наклон этого участка кривой все более приближается к характеристикам исчезновения из крови нормальных клеток; при меньших дозах небольшое количество клеток продолжает выходить на периферию, имея различные повреждения, так как они — потомки нелетально поврежденных, делящихся и созревающих элементов. Следовательно, в фазе дегенерации в крови находятся только поврежденные клетки.

Фаза абортивного подъема

позволяет организму жить в течение более длительного времени, чем можно было бы ожидать. Механизм абортивного подъема еще неясен. Наиболее вероятно, что он связан с размножением в разной степени поврежденных радиацией клеток пролиферативного (усиливающего) пула, обладающих ограниченной способностью к самоподдержанию, и отчасти полипотентных стволовых клеток. По степени повреждения клетки этих пулов могут полностью сохранить пролиферативную способность, иметь сниженные пролиферативные потенции или ока* заться необратимо поврежденными.

Абортивный подъем вероятнее всего обеспечивается клетками со

24 6 810 /7 7« 16 18 2Qвремя после 血давни R、num24 6 810 /7 7« 16 18 2Qвремя после 血давни R、numРис. 61. Объяснение абортивного подъема числа клеток (по В. Бонду, 1971):Рис. 61. Объяснение абортивного подъема числа клеток (по В. Бонду, 1971):/ — отмирающие (сильно поврежденные) клетки, быстро исчезающие из системы; 2 — «поврежденные» клетки (некоторое время пролиферируют, но через несколько делений вымирают и они и и\ потомство); 3 — общее количество клеток; 4 — выжившие клетки, способные пролиферировать нс ограниченно долго/ — отмирающие (сильно поврежденные) клетки, быстро исчезающие из системы; 2 — «поврежденные» клетки (некоторое время пролиферируют, но через несколько делений вымирают и они и и\ потомство); 3 — общее количество клеток; 4 — выжившие клетки, способные пролиферировать нс ограниченно долго

24 6 810 /7 7« 16 18 2Q

время после 血давни R、num

24 6 810 /7 7« 16 18 2Q

время после 血давни R、num

Рис. 61. Объяснение абортивного подъема числа клеток (по В. Бонду, 1971):

Рис. 61. Объяснение абортивного подъема числа клеток (по В. Бонду, 1971):

/ — отмирающие (сильно поврежденные) клетки, быстро исчезающие из системы; 2 — «поврежденные» клетки (некоторое время пролиферируют, но через несколько делений вымирают и они и и\ потомство); 3 — общее количество клеток; 4 — выжившие клетки, способные пролиферировать нс ограниченно долго

/ — отмирающие (сильно поврежденные) клетки, быстро исчезающие из системы; 2 — «поврежденные» клетки (некоторое время пролиферируют, но через несколько делений вымирают и они и и\ потомство); 3 — общее количество клеток; 4 — выжившие клетки, способные пролиферировать нс ограниченно долго

сниженной прол иферативной способностью, продолжающими деление еще некоторое время. Лишь после того как ограниченный потенциал пролиферации этих клеток будет исчерпан (они сами и все их потомки погибнут), число зрелых элементов вновь снизится до минимального уровня. Окончательная регенерация в основном осуществляется клетками, сохранившими неизменной пролиферативную способность.

На рис. 61 схематически представлено изображение абортивного подъема, соответствующее возможному объ-

яснению этого явления. Правильное понимание его механизмов весьма важно, ибо аналогичные явления встречаются и при облучении других клеточных популяций.

В частности, такую природу имеет временно продолжающийся рост опухолей после облучения в дозах, вызывающих гибель практически всей клеточной массы.

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 репопули- рования пула костно-мозговых стволовых клеток, но и производить дифференцирующиеся клетки, предназначенные для последующего созревания и поступления в кровь. Эти требования к небольшому числу оставшихся неповрежденными стволовых клеток объясняют причину задержки поступления зрелых элементов на периферию, несмотря на то, что в период резкой нейтропении в кровь поступает очень небольшое количество нейтрофилов. 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.

Качественно аналогичная цитокинетика, отличающаяся лишь вре- менн^ми параметрами, наблюдается и в системах обновления других кроветворных ростков — эритроцитов и тромбоцитов.

• Если учесть функциональную значимость клеточных потерь в системе кроветворения, становятся понятными причины гибели и сроки отмирания животных после облучения в дозах до 10 Гр. Как было показано на рис. 52, гибель мышей в этих случаях наступает в период с 6——7 до 20——25 сут. Максимум летальности приходится на 10——12-е сут, что соответствует периоду резкой грану- лопении, а несколько позднее и тромбоцитопении (см. рис. 58, 61). Основными причинами летальных исходов в этих случаях являются инфекционные процессы и геморрагии. Животные, пережившие этот период, приобретают большие шансы на выживание, так как в соответствии со схемой, приведенной на рис. 55, функциональный пул начинает быстро пополняться за счет пролиферации выживших клеток. Развивающаяся позднее (из-за длительного периода жизни эритроцитов; см. рис. 58) анемия практически не существенна для гибели мышей..

У более крупных животных (см. рис. 60) отмеченные сроки несколько удлиняются в соответствии со свойственными им цитокинетическими параметрами. Костно-мозговой синдром у человека описан в гл. 11.

ИЗМЕНЕНИЯ В СИСТЕМЕ ОБНОВЛЕНИЯЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА

При анализе желудочно-кишечного синдрома следует иметь в виду, что у млекопитающих наиболее важные изменения после облучения происходят в тонком кишечнике. При этом наблюдается клеточное опустошение ворсинок и крипт кишечника. Протекающие здесь кинетические процессы аналогичны рассмотренным для системы обновления костного мозга, но с другими количественными характеристиками. Эти характеристики определяются параметрами, присущими нормальным клеточным популяциям кишечника того или иного вида животных.

Наиболее подробно эти вопросы изучены на мышах, у которых оказалось возможным установить, что дегенеративная и регенеративная фазы более кратковременны, чем для костного мозга, и соответствуют большим дозам. Причина этого явления состоит в более ускоренном прохождении клеток кишечных крипт по пулам до полностью дифференцированного состояния (для разных отделов тонкого кишечника мыши —42—55 ч) и в большей радиорезистентности стволовых клеток кишечника (Dq 4——6 Гр, для стволовых клеток костного мозга DQ = 1 Гр).

Кроме того, в радиационном поражении эпителия кишечника большую роль играет интерфазное поражение, вызывающее гибель к』ет-

Рис. 62. Потеря клеток из крипт (а) и ворсинок (б) у обычных (/) и выращен ных в стерильных условиях (?) мышей после общего рентгеновского облучения в дозе 30 Гр (по В. Бонду, 1971)Рис. 62. Потеря клеток из крипт (а) и ворсинок (б) у обычных (/) и выращен ных в стерильных условиях (?) мышей после общего рентгеновского облучения в дозе 30 Гр (по В. Бонду, 1971)

Рис. 62. Потеря клеток из крипт (а) и ворсинок (б) у обычных (/) и выращен ных в стерильных условиях (?) мышей после общего рентгеновского облучения в дозе 30 Гр (по В. Бонду, 1971)

Рис. 62. Потеря клеток из крипт (а) и ворсинок (б) у обычных (/) и выращен ных в стерильных условиях (?) мышей после общего рентгеновского облучения в дозе 30 Гр (по В. Бонду, 1971)

ки тотчас после облучения. В результате опустошение крипт происходит на 1—2-е сут, а нулевой показатель на ворсинках достигается через 3—3,5 сут после облучения (рис. 62), это время и есть средний срок гибели животных при выраженных проявлениях желудочно-кишечного синдрома (см. рис. 52).

Здесь уместно, вернувшись к анализу причин абортивного подъема в случае гранулоцито- поэза, отметить, что временное существование клеток с грубыми аномалиями задерживает время опустошения функцио

нальных компонент. Если бы этого не происходило, то следовало ожидать наступления тяжелой формы болезни уже через 12——24 ч и гибель в результате полного обнажения ворсинок через 2——2,5 сут. Именно наличие грубо аномальных клеток оттягивает начало болезни (понос) до 2——2,5 сут, а гибель от полного оголения ворсинок —до 3,5——4 сут. Если облучение произведено в несколько меньших дозах, то у выживших животных происходит интенсивное восстановление клеток кишечника, полностью заканчивающееся к 5-м сут.

Такая быстрая регенерация связана с относительно меньшей радиочувствительностью стволовых клеток кишечника, благодаря чему их сохраняется значительно больше, чем стволовых клеток костного мозга. Тем не менее часть животных погибает. Причиной тому служит значительное поражение гемопоэза, роль которого в исходе лучевого поражения и при желудочно-кишечном синдроме весьма существенна, если учесть значение микробного фактора. Это подтверждается замедлением клеточного опустошения крипт и ворсинок у животных, выращенных в стерильных условиях (рис. 62), погибающих на 3—-4 сут позднее, чем обычные животные, страдающие более резко выраженной нейтропенией. Кроме того, применение антибиотиков, экранирование или трансплантация костного мозга позволяют увеличивать дозу излучения, приводящую к кишечной гибели при облучении всего кишечника или какой-либо его части.

Таким образом, желудочно-кишечный синдром включает различные и определяющие летальный исход механизмы, такие, как оголение ворсинок и инфекционные процессы, а также поражения кровеносных сосудов, нарушение баланса жидкостей и электролитов* Определить, какой из этих механизмов наиболее существен, трудно.

Пример со стерильными животными (рис. 62) свидетельствует о наличии тесной взаимосвязи между отдельными критическими системами клеточного обновления % в частности, о большой роли миелопоэза в течении и исходе желудочно-кишечного синдрома.

Чем определяются закономерности лучевого поражения организма?

Что такое критический орган?

Какие основные синдромы развиваются при тотальном облучении?

'Какова роль систем клеточного обновления в поддержании гомеостаза?

Изложите существо костно-мозгового синдрома как следствия радиационных нарушений в системе клеточного обновления.

В чем основные причины гибели животных, подвергнутых тотальному облучению в дозах до 10 Гр?

Чем определяются различия между костно-мозговым и кишечным синдромами?

ХАРАКТЕР РАДИАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

Ответ ЦНС на облучение принципиально отличается от реакций костного мозга и кишечника отсутствием клеточных потерь. Это явление обусловлено тем, что зрелая нервная ткань ——непролиферирующая система, состоящая из высокодифференцированных клеток, замещение которых в течение жизни не происходит. Поэтому ЦНС можно рассматривать как крайний (стационарный) вариант системы клеточного обновления с вытекающими отсюда последствиями, которые характерны для лучевых реакций совокупности радиорезистентных неделящихся функциональных клеток.

Гибель клеток, приводящая к церебральному синдрому, происходит, как упоминалось, при огромных позах, порядка сотен грей (см. рис. 52), причем до сих пор не выяснено, является ли причиной гибели нервных клеток их непосредственное повреждение или она вызвана опосредованно повреждениями других систем, прежде всего кровеносных сосудов.

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ЛУЧЕВЫЕ РЕАКЦИИОТДЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ

Выше были рассмотрены основные радиационные синдромы и проанализирована цитокинетика поражений в критических системах клеточного обновления, из которых кроветворная система и кишечник — типичные примеры радиочувствительных тканей со сво访ственной им активностью физиологической пролиферации, а ЦНС ——яркий пример непролиферирующих высокодифференцированных клеточных систем, являющихся поэтому радиорезистентными.

Проведенный анализ позволяет следующим образом связать изме нения, происходящие на уровне клеточных популяций, с исходом острого лучевого поражения после тотального облучения. Общая реакция млекопитающих как функция дозы и времени после облучения определяется четырьмя кардинальными параметрами клеточных популяций: величиной пула стволовых клеток, радиочувствительностью клеток и способностью их к восстановлению (определяющими характер дозовых кривых), клеточной пролиферацией и длительностью функционирования зрелых элементов.

С этих позиций достаточно надежно могут быть предсказаны события, которые произойдут при облучении различных областей тела, если известны клеточно-кинетические параметры облучаемых тканей, что весьма важно для оценки эффектов локального облучения, а также при планировании курса лучевой терапии опухолей и прогнозировании ее последствий.

Кожа и ее производные. Это активно обновляющиеся клеточные системы, поэтому в целом кожа весьма радиочувствительна. Количественное определение радиочувствительности стволовых клеток эпидермиса показало, что эпидермальные клетки хорошо восстанавливают сублетальные повреждения (Од^ля этих клеток 〜5 Гр, в то время как для кроветворных клеток 〜 0,5 Гр).

Принято считать, что максимально переносимая кожей доза рентгеновского излучения при однократном внешнем воздействии составляет около 10 Гр. При больших дозах возникают дерматиты, а затем и язвенные поражения.

Семенники. Высокая радиочувствительность мужских половых желез известна очень давно. Еще в 1903 г. Г. Альберс-Шонберг показал возможность радиационной стерилизации яичек кроликов и морских свинок, а И. Бергонье и Л. Трибондо, изучая радиационные повреждения семенников, смогли сформулировать упоминавшуюся выше зависимость радиочуветвите л ьности клеток от интенсивности деления и степени дифференцировки.

Источником самообновления зародышевых клеток при спермато* генезе служит размножение сперматогониев. Одни из них (тип 5)» по аналогии со стволовыми клетками костного мозга, путем ряда последовательных актов деления и созревания служат родоначальниками функциональных клеток — сперматозоидов, другие (тип А) — источником новых («стволовых») сперматогониев.

Вследствие крайне высокой радиочувствительности половых клеток на ранних стадиях развития уже при дозах 0,5——1 Гр у большинства животных и человека происходит массивное клеточное опустошение семенников, а выше 2—4 Гр наступает стерильность. Зрелые клетки ——сперматозоиды» напротив, крайне радио- резистентны.

В опытах на мышах, крысах и кроликах показано, что число спер- матозондов, их морфология, подвижность и способность к оплодотворению после облучения при дозах до 1 кГр не меняются. Поэтому плодовитость облученных млекопитающих сохраняется до тех пор, пока не истощится запас жизнеспособных зрелых половых клеток (по аналогии с костным мозгом и кишечником). Но и после этого наступающая стерильность носит временный характер, так как происходит постепенное восстановление сперматогенеза из сохранившихся жизнеспособных сперматогониев типа А.

Рис. 63 отражает первоначальную потерю и последующее восстановление клеточного состава семенников облученных животных.

Согласно наблюдениям Т. Зандермана (1966) у 56 пациентов при лучевой терапии по поводу рака одного яичка другое получило от 0,5 до 3 Гр рассеянного излучения. От 15 из этих больных (причем 7 человек получили от 2 дб 3 Гр) родился 21 живой ребенок. У всех 56 больных наблюдалась либо аспермия, либо олигоспермия гг в соответствии с кинетикой клеточных популяций в течение 14 месяцев облучений наблюдался перерыв в оплодотворяющей способности спермы 1.

加勿£ 0网”他用cym

Рис. 63, Изменение массы семенников крыс (Л) и мышей (6) после у-облучения в дозе 2,5 Гр:

1 — необлученные (контроль), 2 — облученные

1 Здесь не рассматриваются мутагенный эффект ионизирующих излучений и генетические последствия, не имеющие практического популяционного значения, так как контингент людей, облучаемых по поводу злокачественных опухолей гонад (см. гл. 17), малочислен.

Не следует смешивать радиационную стерильность с половой потенцией, на которую, как это установлено в экспериментах на животных, облучение не оказывает видимого влияния.

Яичники. Физиологическая регенерация в половых органах самок млекопитающих проявляется в основном не в смене отдельных клеток, а в циклически повторяющихся процессах развития, регулируемых эндокринным аппаратом, и охватывающих целые клеточные комплексы. В процессе развития того или иного фолликула происходит созревание женских половых клеток от оогоний до ооцита. Наиболее радиочувствительный элемент яичника ——яйцеклетка.

Стерильность самок возникает при больших дозах, чем у самцов (у мышей — при 2—5 Гр, у крыс — 15—20 Гр), но, как правило, необратимо. Это связывают с тем, что образование женских половых клеток заканчивается в ранние сроки после рождения и во взрослом состоянии яичники не способны к активной регенерации. Поэтому если облучение вызвало гибель всех потенциальных яйцеклеток, то плодовитость утрачивается необратимо.

Органы зрения. Известны два типа поражения глаз —— воспалительные процессы 8 конъюнктиве и склере при дозах, близких к вызываю* щим поражение кожи, и катаракта при дозах излучения 3—10 Гр в зависимости от вида животных. Катарактогенная доза для человека— около 6 Гр. Особенно опасны в этом отношении нейтроны, эффективность которых в 3——9 раз выше, чем у-излучения. Причины образования катаракты полностью не выяснены. Наиболее убедительна точка зрения о ведущем значении первичного поражения клеток ростковой зоны хрусталика и относительно меньшей роли нарушения его питания.

Органы пищеварения. Наиболее радиочувствителен тонкий кишечник, поражение которого и обусловливает кишечный синдром, описанный в начале главы. Далее, по убыванию радиочувствительности следуют полость рта, язык, слюнные железы, пищевод, желудок, прямая и ободочная кишки, поджелудочная железа и печень.

Самый радиорезистентный орган ——печень; у взрослых особей печень относится к наиболее «стабильным». Непосредственных морфологических изменений в клетках интактной печени взрослых крыс не удается обнаружить при дозах однократного локального облучения до 15 Гр. Согласно результатам количественных экспериментов Д. Джексона и Г, Христенсена, позволивших оценить радиочувствительность клеток печени крыс к интерфазному поражению, Ье составила 90 Гр, п =3.

Сердечно-сосудистая система. Действие ионизирующих излучений на сосуды изучают очень давно. К настоящему времени достаточно полно изучена лучевая эритема коми, в основе которой лежат измене-

ния кровеносных сосудов, которым не свойственна физиологическая регенерация. Как показали специальные исследования, наиболее радиочувствителен наружный слой сосудистой стенки, что объясняют относительно высоким содержанием в нем коллагена, подверженного перерождению. Через 4—5 мес после облучения некоторые сосуды оказались полностью лишенными наружной стенки. Кроме того, в коме мы* шей уже при дозах 4——15 Гр снижалась последующая реваскуляризация из-за уменьшения способности эндотелия облученных участков к образованию новых капилляров.

Г. Рейнгольдом и Г. Вайсманом (1973) разработан оригинальный количественный фруоромешрический микрометод оценки состояния капилляров в ограниченном объеме подкожной клетчатки. Он основан на сравнительном изучении восстановления капиллярного русла после узколокального разрушения его воздействием низкой (— 196° С) температуры и последующего стимулирования пролиферации эндотелия инъекцией мочевой кислоты или лактата лития. В качестве критерия поражения используют так называемый индекс васкуляризации Этот метод позволил получить кривые выживаемости эндотелия капилляров. По всем параметрам радиочувствительность такого эндотелия близка к показателям эпителиальных клеток или клеток межуточной ткани: D。= 1,7 Гр;几=7; Dq = 3,4 Гр (см. рис. 85).

Сердце до недавнего времени рассматривали как радиорезистент- ный орган, основываясь главным образом на результатах гистологических исследований. Однако Е. И. Воробьевым с помощью биохимических, морфофункциональных и электронно-микроскопических методов обнаружены непосредственные и отдаленные изменения миокарда после локального облучения в дозах 5——10 Гр. Эти наблюдения позднее были подтверждены С. Таярдо и А. Стьюартом, показавшими, что в развитии радиационного миокардиофиброза после 12-кратного облучения сердца кроликов в суммарной дозе 4,5 Гр основную роль играет нарушение микроциркуляции вследствие облитерации капилляров. Кроме того, теми же авторами получены данные, свидетельствующие и о значительной радиочувствительности эндотелия эндокарда, повреждение которого приводило к образованию внутрижелудочковых тромбов, обнаруживаемых через полгода после локального облучения (20 Гр) области сердца мышей.

Органы дыхания. Легкие взрослых —— стабильный орган с крайне низкой пролиферативной активностью в капиллярной системе; последствия облучения легких проявляются не сразу. После облучения грудной клетки мышей в достаточно больших дозах они погибают от легочных пневмонитов через 100—160 сут. При этом, по данным Т. Филлипса, при однократном облучении ЛДйо/^о составила 13 Гр( а при 20-кратном фракционировании — более 45 Гр. Тщательные гистологические исследования выявили начальные изменения при дозах 20 Гр, наступающие через 3 мес после облучения. Такая задержка в проявлении повреждений связана со слабым клеточным обновлением в легочных капиллярах. Поражение легочной ткани часто лимитирует лучевую терапию.

Головной мозг, спинной мозг и периферические нервы. Выше уже отмечалась значительная радиорезистентность тканей ЦНС L Лучевые реакции нервной ткани головного мозга животных и человека количественно охарактеризованы лишь в последние годы, когда начали применять заряженные частицы высоких энергий для радиационного удаления гипофиза при лечении злокачественных опухолей молочной железы.

Согласно данным Е. И. Минаковой (1979), на 4——5-е сут после однократного облучения полушарий головного мозга крыс (стволовой части и обонятельных луковиц) 3-миллиметровым пучком протонов с энергией 200 МэВ при дозе 200 Гр развивались очаговые неврологические симптомы: парезы конечностей, нарушение чувствительности, ориентировочного рефлекса и др. Дальнейшее состояние и жизнеспособность животных определялись функциональной ролью пораженных структур в ж изнедеятельности организма. При меньших дозах (10— 150 Гр) дегенеративные изменения развивались в течение длительного времени после облучения. При незначительном расширении поля облучения (до 5 мм) морфологические изменения ткани мозга проявлялись раньше и в большей степени. Эти наблюдения свидетельствуют об опосредованном механизме радиационного поражения нервной ткани, которое определяется, в частности, поражением сосудов, что нашло подтверждение в прямых экспериментах Б. Ларсона (1971).

В опытах со строго локальным обл учением седалищного нерва крыс и спинного мозга кроликов узкими лучками протонов 185 МзВ при длительном (до 7 мес) наблюдении также отмечена четкая зависимость вероятности и времени возникновения парезов от ширины пучка и дозы излучения. Так, обл учение седалищ ного нерва 11 -миллиметровым пучком в дозах 200 и 300 Гр вызывало парезы соответственно через 15—17 и 9—12 сут после облучения; при 4-миллиметровом пучке они наблюдались только с увеличением доз до 300 и 400 Гр, а при сечении пучка в 2 мм парезы вообще не возникали.

Эндокринные железы. Железы внутренней секреции относят к ра- диорезистентным, хотя реакции эндокринной системы на общее облучение общеизвестны. Так же как в отношении нервной системы, очень трудно отдифференцировать, являются ли эти реакции результатом непосредственного повреждения эндокринных желез или отражением воздействия излучения на другие системы и весь организм. Можно предположить, что наблюдаемые после общего облучения нарушения баланса гормонов, особенно щитовидной железы, надпочечников и гонад, могут быть следствием реакции гипоталамо-гипофизарной системы, учитывая тесную взаимосвязь между тирео-, адрено- и гонадотропными факторами гипофиза.

1 Здесь не рассматриваются изменения биотоков мозга, условных рефлексов и другие функциональные реакции ЦНС на облучение, которые развиваются уже при 0,1 — 1 Гр, но не определяют исхода лучевого поражения.

Во всяком случае, с позиций систем клеточного обновления, эндокринные железы представляют собой популяции высокодифференцированных функциональных клеток, как правило, с очень низким уровнем физиологической регенерации.

Органы выделения. Почки достаточно резистентны к действию излучения. В экспериментах на животных разных видов при местном и общем облучении морфологические и функциональные нарушения наблюдались только при дозах в несколько десятков грей.

Однако повреждение почек является лимитирующим фактором при облучении опухолей брюшной полости в процессе лучевой терапии. Как отмечает М. Тюбиана, облучение обеих почек при дозе, большей 30 Гр за 5 нед, может вызвать необратимый хронический нефрит, способный привести к смертельному исходу. В специальных исследование ях Т. Филлипса показано, что после строго локального облучения области почек мышей ЛД^ через 6 мес составляет около 24 Гр, а через 16 мес ——около 13 Гр. При этом как в канальцах, так и в клубочках выявляются изменения, приводящие к почечной недостаточности.

Известно мало экспериментальных сообщений относительно радиационных поражений мочеточников, мочевого пузыря и мочеиспускательного канала, хотя радиационные циститы довольно часто осложняют лучевую терапию.

Кости и сухожилия. В период роста кости и хрящи весьма радиочувствительны, во взрослом состоянии они становятся значительно резистентнее. В качестве примера лучевого поражения костей можно указать на образование остеонекроза, а также возникновение спонтанных переломов в зоне облучения. Несмотря на отсутствие видимых радиационных повреждений кости, они отчетливо выявляются замедлением заживления переломов, вплоть до образования ложных суставов.

Мышцы. Это — высокорадиорезистентные ткани организма. В раннем обзоре работ К. Клемедсон и А. Нельсон (1950) сообщают, что слабая мышечная атрофия наблюдается лишь при дозах 60 Гр, а микроскопические и гистологические изменения возникают после применения 500—1000 Гр (через 2 4 ч — геморрагии, через 7 2 ч — некроз). Не изменили этой точки зрения и более поздние исследования. А. К. Гуськова и Г. Д. Байсоголов (1970) отмечают, что возможность изолированного радиационного повреждения мышц маловероятна, так как в мышцах клеточное обновление практически отсутствует.

ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ПОНЯТИЯ ТКАНЕВОЙРАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

Для выявления скрытых радиационных повреждений стабильных или слабо обновляющихся тканей Г. С. Стрелин сочетал облучение с последующим нанесением механической травмы. В этом случае удается выявить консервацию лучевого поражения, проявляющуюся в утрате или

угнетении способности облученной ткани к искусственно индуцируемой посттравматической регенерации. Использование этого приема на радиорезистент- ных, мало обновляющихся тканях (костной, мышечной, нервной) и сосудах позволило установить, что и для них радиационное воздействие не остается бесследным, они «запоминают» его и потому оказываются потенциально неполноценными в функциональном отношении.

Весьма важными факторами, определяющими вероятность и степень развития отдаленных последствий со стороны малообновляющихся тканей, являются величина разовых доз и общая продол- жителъность облучения в связи с наличием репарации, характерной для этих тканей наряду с консервацией поражения (см. гл. 12).

Следствием таких скрытых повреждений, возникающих в клетках любых

Рис. 64. Зависимость числа клеток с хромосомными аберрациями (%) от дозы излучения:а ~ в костном мозге мышей, б — в печени крыс; J — рентгеновское из лучение 180 кВ, 2 — у-излучение ^Со, J —• протоны 600 МэВРис. 64. Зависимость числа клеток с хромосомными аберрациями (%) от дозы излучения:а ~ в костном мозге мышей, б — в печени крыс; J — рентгеновское из лучение 180 кВ, 2 — у-излучение ^Со, J —• протоны 600 МэВмалообновляющихся тканей (в отличие, например» от костного мозга), не элиминируемых в процессе деления, являются, в частности, и различные осложнения лучевой терапии. К их числу относятся миелиты, циститы, ректиты, пульмониты, перихондриты» поражения почек, сердца, печени, а возможно и злокачественные опухоли.

Рис. 64. Зависимость числа клеток с хромосомными аберрациями (%) от дозы излучения:

а ~ в костном мозге мышей, б — в печени крыс; J — рентгеновское из лучение 180 кВ, 2 — у-излучение ^Со, J —• протоны 600 МэВ

Рис. 64. Зависимость числа клеток с хромосомными аберрациями (%) от дозы излучения:

а ~ в костном мозге мышей, б — в печени крыс; J — рентгеновское из лучение 180 кВ, 2 — у-излучение ^Со, J —• протоны 600 МэВ

• Сравнивая радиочуствительность отдельных тканей, следует применять только адекватные критерии. Например, для таких, казалось бы, разных по радиочувствительности органов, как костный мозг и печень, индукция хромосомных аберраций, возникающих под действием эквивалентных доз излучения» почти одинакова (рис. 64). Если же в качестве показателя лучевого поражения использовать не непосредственные, а отдаленные последствия, то для этих органов они будут сильно различаться. Следовательно, понятие радиочувствительности применительно к той или иной ткани, органу или системе весьма относительно (см. гл. 15).

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНИЗМА

Сравнение радиочувствительности различных тканей свидетельствует о том, что радиочувствительность организма млекопитающих можно связать с радиочувствительностью костного мозга, ибо именно его аплазии, возникающей при тотальном облучении, вполне достаточно для гибели организма.

Доза излууениЯу ГрДоза излууениЯу ГрРис. 65. Кривая смертности мышей, подвергнутых общему рентгеновскому облучению (каждая точка получена для 20 животных) (по И. Томсону, 1964)Рис. 65. Кривая смертности мышей, подвергнутых общему рентгеновскому облучению (каждая точка получена для 20 животных) (по И. Томсону, 1964)Под радиочувствительностью организма обычно понимают диапазон доз, вызывающих гибель животного при явлениях костно-мозгового синдрома.

Доза излууениЯу Гр

Доза излууениЯу Гр

Рис. 65. Кривая смертности мышей, подвергнутых общему рентгеновскому облучению (каждая точка получена для 20 животных) (по И. Томсону, 1964)

Рис. 65. Кривая смертности мышей, подвергнутых общему рентгеновскому облучению (каждая точка получена для 20 животных) (по И. Томсону, 1964)

Для количественного изучения радиочувствительности организма используют кривые выживания или смертности, при построении которых на оси абсцисс откладывают дозы излучения, а на оси ординат —процент гибели в течение определенного срока наблюдения (чаще всего за 30 сут).

Для всех видов млекопитающих такая кривая всегда имеет S-образную форму. Это объясняется тем, что при облучении в начальном диапазоне доз гибели не наблюдается (вплоть до так называемой ^минимально летальной дозы» — на рис. 65 это 4 Гр), а начиная с некоторой дозы {^минимально

абсолютно летальной дозьт —— на рис. 65 это 9 Гр) погибают все животные. Так как вся смертность регистрируется в интервале между этими дозами, на этом отрезке кривая круто поднимается вверх, приближаясь к 100 %. В качестве примера на рис. 65 приведена кривая смертности, характеризующая радиочувствительность мышей линии 叫.

По кривой выживания можно оценить дозы, вызывающие гибель любой доли животных. Неправомерно лишь согласно теории использовать термин ЛД100( ибо гибель конкретного животного зависит от вероятности многих событий, а потому в принципе выживание отдельных особей возможно и при «абсолютно летальных» дозах.

Наиболее пригодным и чаще всего употребляемым показателем радиочувствительности организма является ЛД50, которую легко определить по графику; видно (рис. 65), что в этой области данные наиболее "точны из-за большой крутизны кривой.

Как уже упоминалось, одним из наиболее распространенных методов обработки данных» используемых для сравнительной оценки радиочувствительности объектов, при изучении различных радиомодифицирующих воздействий, а также при изучении различных токсических факторов, является пробит-анализ, при котором данные представляются в координатах пробит-логарифм дозы (см. с. 59). Преимущество метода состоит в том, что он позволяет получить прямолинейную зависимость эффекта от дозы, которая затем может быть легко обработана

простыми статистическими методами, применяемыми для анализа линейной зависимости.

Из данных рис. 65 видно, что несмотря на большую статистическую нагруженность эксперимента (более 500 животных) наблюдается достаточно большой разброс значений выживаемости при одинаковых дозах излучения. Это определяется высокой вариабельностью индивидуальной радиочувствительности (даже для животных одной линии) и влиянием неконтролируемых условий эксперимента. Приведенный пример показывает, насколько весомым должен быть экспериментальный материал для того, чтобы сделать

уверенное заключение о таком интегральном показателе, как радиочувствительность организма.

Рис. 66 иллюстрирует результат сравнительной обработки данных, приведенных на рис. 65, в двух системах координат. Видно, что между установленными значениями ЛД50 разница весьма незначительна.

Из рассмотренных представлений о костном мозге как системе клеточного обновления, состояние которой определяет исход поражения в диапазоне среднелетальных доз, следовало ожидать, что общая радиочувствительность организма коррелирует с радиочувствительностью пула стволовых клеток и их способностью к репопуляции, ответственной за репопуляцию всей кроветворной системы.

%да〉Гр (арифметическая шкала)%да〉Гр (арифметическая шкала)Аозау Гр ^огарифпинская 勿@仞^Аозау Гр ^огарифпинская 勿@仞^Рис. 66. Обработка данных, приведенных на рис. 65, в координатах пробит — логарифм дозы (кривая /, кружки) и пробит - доза в арифметической шкале (кривая 2, треугольники): как и на рис. 65, данные по дозам, вызывающим гибель 50% животных, более точны，чем по дозам, вызываю щим большую или меньшую смерт ностьРис. 66. Обработка данных, приведенных на рис. 65, в координатах пробит — логарифм дозы (кривая /, кружки) и пробит - доза в арифметической шкале (кривая 2, треугольники): как и на рис. 65, данные по дозам, вызывающим гибель 50% животных, более точны，чем по дозам, вызываю щим большую или меньшую смерт ностьВ многочисленных исследованиях, проведенных разными авторами, это предположение подтвердилось. В частности, получена достовер - ная количественная корреляция

%да〉Гр (арифметическая шкала)

%да〉Гр (арифметическая шкала)

Аозау Гр ^огарифпинская 勿@仞^

Аозау Гр ^огарифпинская 勿@仞^

Рис. 66. Обработка данных, приведенных на рис. 65, в координатах пробит — логарифм дозы (кривая /, кружки) и пробит - доза в арифметической шкале (кривая 2, треугольники): как и на рис. 65, данные по дозам, вызывающим гибель 50% животных, более точны，чем по дозам, вызываю щим большую или меньшую смерт ность

Рис. 66. Обработка данных, приведенных на рис. 65, в координатах пробит — логарифм дозы (кривая /, кружки) и пробит - доза в арифметической шкале (кривая 2, треугольники): как и на рис. 65, данные по дозам, вызывающим гибель 50% животных, более точны，чем по дозам, вызываю щим большую или меньшую смерт ность

между характером восстановления пула стволовых клеток мышей и восстановлением организма, определяемым по критерию выживаемости (см. рис. 81).

Подобная корреляция является не единственным доводом в пользу представлений о том, что выжившие после общего облучения стволовые клетки критических систем являются своеобразными детерминантами выживаемости организма. Так, показано, что лечебный эффект клеток костного мозга или клеток других гемопоэтических органов при трансплантации их летально облученным животным (см. гл. 18) полностью определяется содержанием в нем стволовых клеток. Например, для достижения одинакового с костным мозгом лечебного эффекта надо брать в 10 раз больше клеток селезенки, которые содержат в своей популяции в 10 раз меньше стволовых кроветворных клеток. Клетки лимфоузлов или тимуса, среди которых практически нет стволовых кроветворных клеток, неэффективны при лечении острого лучевого поражения.

Как показали Д. Тилл и Е. МакКуллох (1961), радиочувствитель- ность элементов костного мозга, определяющих его терапевтическое действие, и р ад ио чу вств ител ьность так называемых кроветворных ко・ лониеобразующих единиц (КОЕ), обладающих всеми свойствами стволовых кроветворных клеток, одинакова. Радиозащитное действие многих препаратов (см. гл. 19) по тесту числа КОЕ и по 30-дневной выживаемости животных также довольно близко. Одинаковые изменения в выживаемости стволовых клеток и организма отмечены и при других модификациях воздействия, например при изменении мощности дозы, фракционировании (см. рис. 81), использовании излучений, различ- ных по Л ПЭ.

Таким образом, клеточным субстратом, ответственным за выживание организма, является пул стволовых клеток системы клеточного обновления, критической в данном интервале доз.

Рассматривая с этих позиций наиболее вероятные причины вариабельности индивидуальной радиочувствительности животных, можно предположить» что они связаны либо со статистической вероятностью поражения, а следовательно, и выживания большего или меньшего числа стволовых клеток, либо с различиями в их числе, либо, наконец, определяются различиями в собственной радиочувствительности стволовых клеток.

Кроме индивидуальных, существуют половые (самки, как правило, менее чувствительны к излучению) и возрастные различия в радиочувствительности организма.

На рис. 67 приведены данные о ЛД^ у мышей в течение жизни; радиочувствительность в первые 2 3 недели после рождения наиболее высока, затем снижается, выходя на плато в половозрелом состоянии, и вновь повышается в последний период жизни.

Пока еше нет достаточных данных для объяснения сложной картины изменения радиочувствительности в зависимости от возраста. Весьма заманчиво предположить, что и это явление отражает участие каких-то, пока неи- дентифицированных систем» активно функционирующих в опре- челенные периоды жизни и в это время наиболее радиочувствительных. Например, высокая радиочувствительность развивающихся мышей может быть связана с поражением ЦНС, клетки которой в этот период активно пролиферируют и дифференцируются, а потому столь же чувствительны к облучению, как и клетки любой другой пролиферирующей ткани.

возраста мышеи линии 54S/4 (по М. Кроссфилу и др., 1959)возраста мышеи линии 54S/4 (по М. Кроссфилу и др., 1959)Соответственные данные о желудочно-кишечном и ЦНС-синдро- мах получают преимущественно с помощью кривых доза ——средняя продолжительность выживания (см. рис. 52—53), что является недостаточным. В табл. 7 приведена сводка литературных данных о величинах ЛД^ для животных разных видов и человека, которая позволяет представить межвидовые различия млекопитающих во всем диапазоне доз излучения, вызывающем основные радиационные синдромы.

возраста мышеи линии 54S/4 (по М. Кроссфилу и др., 1959)

возраста мышеи линии 54S/4 (по М. Кроссфилу и др., 1959)

При воздействии плотноионизирующих излучений отмечается преимущественная гибель от кишечного синдрома. Анализ этого феномена (Коноплянников, 1984) показал, что более высокая эффективность нейтронов в поражении кишечника связана с характерной для стволовых клеток кишечника большей (по сравнению с кроветворными) способностью к восстановлению. Нейтроны, как и другие плотноионизирую- щие частицы, сильно подавляют восстановление и потому поражают кишечник в большей степени, чем органы кроветворения.

На рис. 68 показано, что при воздействии редкоионизирующего излучения (у-лучи) кривые выживаемости стволовых клеток двух критических систем смещены относительно друг друга на 4—5 Гр. Этот интервал связан со значительно большей величиной Dq стволовых клеток кишечного эпителия, чем у стволовых кроветворных клеток. Как известно (см. гл. 6), величина Dq определяет способность клеток репа- рировать радиационные сублетальные повреждения. При действии нейтронов «плечо» на кривых доза ——эффект исчезает, и они для двух видов стволовых клеток различаются мало.

Отказы системы клеточного обновления наблюдаются при уровнях выживаемости стволовых клеток порядка 10~3 ——10"1а, независимо от природы радиации. Поэтому при облучении нейтронами резко сок- 6 Зак. J490

Таблица 7. Величины среднелетальных доз при средней продолжительности жизни 30, 8, 5 и 2 дня для животных различных видов и человека (по В. Бонду и др., 1971)

Объект исследования

Вид ичлучения и энергия, кэВ

Среднелетальные 〃о*м излучения, Гр

门 口50/20 1

]лД50/Н ]

力"50/5 J

1月口50/2

Мышь

XL 200

6,4

一

12,5

180—400

Мышь (стерильная)

X, 250

7.0

20

—

Крыса

X, 250

7,1

―

8,0

200—3()(}

Морская свинка

Х,200

4,5

15

—

60

Хомяк

X, 200

6,1

10

—

200

X, 250

8,6

—

—

一

Кролик

X, 250

7,5

——

—

Козел

А, 200

2,4

—

—

у-Нейтронный источник

—

20

250

Свинья

X, 13

2,6

——

220

Осел

X, 10з

2,5

—

у-Нейтронный источник

3,7

—

—

Собака

X, 250

2,5

——

13

Масаса mulata

Y，IN

—

15

—

100

Масаса rhesus

Y，103

一

1()

—

50

Человек

у-Излучение

3,0

—

ренггеновское излучение.

ращается интервал между костно-мозговой и кишечной формами гибели животных. Так, величины ЛД5о/зо и ЛД50/4 при у-облучении мышей (6℃о) составляют, соответственно, 6,5 и 10,8 Гр, а при облучении нейтронами со средней энергией 0,85 МэВ 一 0,24 и 0,28 Гр.

Большая эффективность облучения нейтронами в отношении кишечника показана и на собаках, но так как дозы, вызывающие у них кишечный и костно-мозговой синдром, различаются по крайней мере в 5 раз, т. е. значительно больше, чем у мышей, то при облучении в среднелетальных дозах не возникает эффективного поражения кишечника и гибели от кишечного синдрома.

Наконец, ретроспективный анализ аварии в Лос-Аламосе, приведшей к смерти человека с явлениями радиационного желудочно-кишечного синдрома, показал, что в этом случае имело место облучение нейтронами, причем доза не превышала 1 Гр.

Таким образом, 6 основе различий в выраженности двух основных радиационных синдромов, вызванных редко- и плотноионизирующим излучениями, в конечном счете лежат свойственные стволовым клеткам критических систем различия в способности репарироеать радиационные повреждения.

Рис. 68. Кривые выжива1(ия стволовых клеток кишечника (/) и стволовых кроветворных клеток ⑵ мышей при у-облучении; 3 и 4 — то же, при облучении нейтронами (по А. Г. Коноплянникову. 1982)Рис. 68. Кривые выжива1(ия стволовых клеток кишечника (/) и стволовых кроветворных клеток ⑵ мышей при у-облучении; 3 и 4 — то же, при облучении нейтронами (по А. Г. Коноплянникову. 1982)

Рис. 68. Кривые выжива1(ия стволовых клеток кишечника (/) и стволовых кроветворных клеток ⑵ мышей при у-облучении; 3 и 4 — то же, при облучении нейтронами (по А. Г. Коноплянникову. 1982)

Рис. 68. Кривые выжива1(ия стволовых клеток кишечника (/) и стволовых кроветворных клеток ⑵ мышей при у-облучении; 3 и 4 — то же, при облучении нейтронами (по А. Г. Коноплянникову. 1982)

Дополнительные доказательства способности выживших стволовых клеток кишечника определять (детерминировать) вероятность выживания организма мышей в соответствующие сроки (4—5 сут после облучения) получены и в опытах, проведенных с использованием различных способов модификации лучевых реакций (варьирование мощности дозы, фракционирование, применение ряда радиопротекторов и радиосенсибилизаторов).

Функционирование соответствующих детерминантных клеточных элементов показано и в других системах клеточного обновления- коже, сперматогенном эпителии и в некоторых опухолях. Лучевая реакция этих систем, особенно на этапе восстановления популяции, во многом определяется фондом жизнеспособных стволовых клеток. Все это дает основание свести межвидовые и ин

дивидуальные различия в радиочувствительности организма млекопитающих к особенностям кинетики клеточных популяций критических систем, детерминантами поражения которых в основном являются соответствующие стволовые клетки.

На одном из недавних международных симпозиумов, специально посвященных сравнительной клеточной и видовой радиочувствительности, было подчеркнуто, что пока еще не удается установить ясные и определенные причины различий в радиочувствительности, которая даже среди млекопитающих различается в 10 раз. В заключительном слове крупнейшего специалиста в этой области В. Бонда были подчеркнуты три обстоятельства.

Необходимость тщательного изучения различий в размерах пулов клеток, кинетики и механизмов регуляции клеточной пролиферации у организмов различных видов, а также определения физиологических параметров, особенно длительности жизни зрелых функциональных клеток у облученных животных но сравнению с нормальными.

Важность изучения возможной роли изменения кровеносных сосудов, стромы пролиферирующих органов, а также других соматических тканей, повреждения которых также могут приводить организм к гибели или способствовать ее наступлению.

Важность учета пространственного распределения доз в тканях. Видимые различия в радиочувствительности могут быть просто результатом различий дозиметрических параметров облучения (т. е. ситуации, приведенной в табл. 6).

窗^ Охарактеризуйте с клеточно-кннетнческнх позиций лучевые реакции ЦНС, а также других органов н систем.

В чем состоят особенности лучевого поражения слабо обновляющихся тканей и какими методами можно выявить их поражение? Почему радиочувствительность организма оценивается практически в диапазоне доз, вызывающих костно-мозговой синдром?

Чем определяются межвидовые н индивидуальные различия в радиочувствительности организма?

〃〃Без многого человек может обойтись, но только не без человека.Без многого человек может обойтись, но только не без человека.2 Бернс2 БернсЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬЧЕЛОВЕКАЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬЧЕЛОВЕКАОстрая лучевая болезнь при однократном внешнем облучении —классическая схема лучевого поражения организма. Лучеаые поражения при неравномерном облучении. Хроническая лучевая болезнь. Классификация лучевой болезни. Отдельные кНинические и лабораторные показатели лучевого поражения организма и их прогностическое значение.Острая лучевая болезнь при однократном внешнем облучении —классическая схема лучевого поражения организма. Лучеаые поражения при неравномерном облучении. Хроническая лучевая болезнь. Классификация лучевой болезни. Отдельные кНинические и лабораторные показатели лучевого поражения организма и их прогностическое значение.

〃

〃

Без многого человек может обойтись, но только не без человека.

Без многого человек может обойтись, но только не без человека.

2 Бернс

2 Бернс

ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬЧЕЛОВЕКА

ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬЧЕЛОВЕКА

Острая лучевая болезнь при однократном внешнем облучении —классическая схема лучевого поражения организма. Лучеаые поражения при неравномерном облучении. Хроническая лучевая болезнь. Классификация лучевой болезни. Отдельные кНинические и лабораторные показатели лучевого поражения организма и их прогностическое значение.

Острая лучевая болезнь при однократном внешнем облучении —классическая схема лучевого поражения организма. Лучеаые поражения при неравномерном облучении. Хроническая лучевая болезнь. Классификация лучевой болезни. Отдельные кНинические и лабораторные показатели лучевого поражения организма и их прогностическое значение.

• Под лучевой болезнью человека понимают определенный комплекс проявлений поражающего действия ионизирующих излучений на организм. Многообразие этих проявлений зависит прежде всего от следующих факторов: вид облучения— общее или местное, внешнее или от инкорпорированных радиоактивных веществ; временной фактор — однократное, повторное, пролонгированное, хроническое облучение; пространственный фактор …равномерное или неравномерное облучение; облучаемый объем и локализация облученного участка.

В монографии «Острая лучевая болезнь человека» А. К. Гуськова и Г. Д. Байсоголов (1971) приводят описание всех основных форм лучевого поражения человека и их патогенетическую классификацию, иллюстрируя изложение типичными историями болезни пострадавших.

Обзор доступных клинических наблюдений, включая пострадавших при

аварии на Чернобыльской АЭС, представлен в указанных публикациях L

До 6 августа 1945 г., когда впервые было использовано атомное оружие, по существу, не было никаких сведений о клинической картине острой лучевой болезни человека, вызванной кратковременным общим воздействием ионизирующей радиации. В дальнейшем информация стала поступать и из других источников: результаты различных аварий (подробно описано более 50 таких наблюдений),применение общего облучения в лечебных целях, в частности при терапии лейкозов.

С учетом материалов предыдущей главы ниже будет рассмотрен типичный вариант лучевого поражения организма ——острая лучевая болезнь, возникшая в результате однократного тотального внешнего относительно равномерного облучения, а также коротко представлены другие формы лучевого поражения.

1LI. ОСТРАЯ ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ ПРИ ОТНОСИТЕЛЬНОРАВНОМЕРНОМ ОБЛУЧЕНИИ

Характерная черта острой лучевой болезни 一 волнообразность клинического течения, в чем можно усмотреть своеобразную последовательность проявления поражения отдельных систем организма. Различают три периода в течении острой лучевой болезни: период формирования, период восстановления и период исходов и последствий.

В настоящей главе будет рассмотрен первый период, а вопросам восстановления и отдаленным последствиям облучения посвящены две последующие главы.

• Период формирования острой лучевой болезни в свою очередь можно четко разделить на четыре фазы: 1) фаза первичной острой реакции; 2) фаза кажущегося клинического благополучия (скрытая, или латентная, фаза); 3) фаза выраженных клинических проявлений (фаза разгара болезни); 4) фаза раннего восстановления.

Кроме того, острую лучевую болезнь различают и по степени тяжести поражения, определяемой поглощенной дозой излучения.

Развернутый симптомокомплекс острой лучевой болезни человека возникает при облучении в дозах, превышающих 1 Гр. При меньших дозах отмечают преходящие реакции со стороны отдельных систем различной степени выраженности или клинические проявления вообще отсутствуют.

В диапазоне доз 1——6 Гр различают три степени тяжести острой лучевой болезни: острая лучевая болезнь I (легкой) степени (1 ——2 Гр); острая лучевая болезнь II (средней) степени (2——4 Гр); острая лучевая болезнь III (тяжелой) степени (4——6 Гр).

При дозах вы ше 6 Гр острую лучевую болезнь оценивают как крайне тяжелую, IV степени, выделяя переходную, кишечную, церебральную и токсическую формы.

Вероятность развития острой лучевой болезни той или иной степени тяжести четко связана с величиной и мощностью дозы, что было подтверждено при наблюдениях за пострадавшими в результате аварии на Чернобыл некой АЭС (см. упомянутые выше материалы).

При дозах 6——/0 Гр развивается переходная форма болезни, протекающая с выраженным поражением кишечника; специальное лечение может обеспечить выживание. При дозах 10—20 Гр возникает типичная форма зкитечного поражения, заканчивающаяся смертельным исходом через 8—16 сут. При дозах 20—80 Гр развивается токсическое поражение (сосудистая форма поражения). Смерть наступает на 4——7-е сут при мозговой и менингеальной симптоматике. Наконец, при дозах выше 80 Гр возникает церебральная форма поражения с коллапсом и судорогами, завершающаяся смертью на 1——3-и сут.

Критической системой, степень поражения которой определяет тяжесть и исход острой лучевой болезни при дозах до 10 Гр, является, как известно, система кроветворения и в первую очередь костный мозг. Развивается типичная форма острой лучевой болезни, при которой наиболее четко проявляются основные патогенетические закономерности клинического формирования ее отдельных фаз и периодов.

ФАЗА ПЕРВИЧНОЙ ОБЩЕЙ РЕАКЦИИ

Первичная реакция организма человека возникает в зависимости от дозы в первые минуты —— часы и проявляется во всех случаях облучения при дозах, превышающих 2 Гр.

Появляются тошнота, рвота, усиливающиеся после приема жидкости, исчезает аппетит. Иногда ощущается сухость и горечь во рту. Пострадавшие испытывают чувство тяжести в голове, головную боль, обшую слабость, сонливость. Продолжительность фазы 1—3 дня.

Наибольшее диагностическое, а в некоторых случаях и прогностическое значение имеет время появления тошноты и рвоты, а также на~ •личие и продолжительность диспептического синдрома. У лиц, наиболее тяжело пострадавших при взрыве атомной бомбы, первичная реакция возникала через 0,5——3 ч и продолжалась в течение нескольких (3—4) дней.

Неблагоприятными в прогностическом отношении признаками, предопределяющими очень тяжелое течение болезни (а следовательно^ с в и детел ьствующи м и о суммарной дозе излучения > 10 Гр)» являются:

развитие шокоподобного состояния с падением артериального давления, кратковременная потеря сознания, субфебрильная температура, понос.

На участках кожи, подвергшихся облучению в дозах 6——10 Гр, возникает преходящая гиперемия по типу загара.

Проявляются признаки нервно-рефлекторных нарушений: асимметрия сухожильных рефлексов, усиление дермографизма, лабильность кожных вазомоторных реакций. Изменяется электроэнцефалограмма, причем, как показали экспериментальные исследования Ю. Г. Григорьева, эти изменения имеют рефлекторную природу, так как возникают независимо от того, облучается голова или конечности.

В периферической крови в первые сутки после облучения наблюдается нейтрофильный лейкоцитоз со сдвигом влево, а также абсолютная и относительная лимфопения.

В костном мозге человека при обычном гематологическом анализе пунктата удается обнаружить более или менее четкие изменения, наиболее заметные только на 2—3-и сут: уменьшение общего числа мие- локариоцитов, снижение митотического индекса и исчезновение молодых форм клеток. Однако при цитологическом исследовании костного мозга человека, так же как и у животных, резкие дегенеративные изменения могут быть обнаружены уже в первые часы после облучения. Из биохимических изменений крови и мочи можно отметить при дозах > 4 Гр повышение в крови уровня сахара и билирубина и снижение содержания хлоридов, а также аминоацидурию (вследствие повышенного распада белка разрушающихся клеток) и гиперамилаземию в результате поражения слюнных желез.

Клинические проявления первой фазы острой лучевой болезни являются не только следствием прямого повреждения радиочувствительных систем (лимфопения, задержка клеточного деления, уменьшение числа или исчезновение молодых форм кроветворных клеток, а возможно, и аминоацидурия), но четко свидетельствуют о преходящих, но явных ранних нарушениях нервно-регуляторных и гуморальных взаимоотношений (диспептические, сосудистые расстройства, головокружение и т.п.). Механизм последних проявлений пока не ясен. Несомненно, однако, что в возникновении начальной фазы поражения сознание если и играет, то второстепенную роль. Об этом свидетельствует развитие первичной реакции у разных видов животных. Наиболее типичны ее проявления у собак. Кролики, кроветворная система которых более радиорезистентна, чем у мелких грызунов, часто погибают «под лучом» уже при дозах 12—15 Гр. Внешне менее выражена первичная реакция на облучение у мышей и крыс, возможно, в связи с отсутствием у них рвотного центра.

ФАЗА КАЖУЩЕГОСЯ КЛИНИЧЕСКОГОБЛАГОПОЛУЧИЯ

Через 2—4 дня симптомы первичной реакции исчезают и самочувствие больных улучшается или даже нормализуется. Болезнь вступает во вторую фазу, называемую скрытой или латентной стадией лучевого поражения из-за отсутствия клинически видимых признаков болезни.

Продолжительность латентной фазы зависит от тяжести поражения и колеблется у человека от 14 до 32 сут. При очень тяжелых формах поражения (при дозах > 10 Гр) она вообще отсутствует.

Из клинических признаков во время скрытой фазы отмечают выпадение волос (если доза превышает эпиляционную) и неврологическую симптоматику, которая также постепенно сглаживается.

Мнимость благополучия может быть легко выявлена. При исследовании крови обнаруживается лимфопения, появляется тромбоцитопения, а позднее снижение числа нейтрофилов и ретикулоцитов. В костном мозге уже в первые дни ярко выражена аплазия, а со 2——3-й нед появляются признаки регенерации. В этот же период отмечается и подавление ранних стадий сперматогенеза, может наблюдаться выпадение цикла месячных.

П.1.3. ФАЗА ВЫРАЖЕННЫХ КЛИНИЧЕСКИХ ПРОЯВЛЕНИЙ

Спустя 2—4 нед после облучения самочувствие больных вновь резко ухудшается, нарастает слабость, повышается температура, увеличивается скорость оседания эритроцитов (СОЭ). Латентный период заболевания закончился, наступила фаза разгара болезни. Возникает так называемый геморрагический синдром —— кровоизлияния в кожу, слизистые оболочки, желудочно-кишечный тракт, мозг, сердце и легкие. Опасность кровотечений, поддерживаемых тромбоцитопенией? и возникновение инфекционных осложнений из-за резкого и длительного (более двух недель) агранулоцитоза составляет основную угрозу для жизни больных в этот период.

Морфологический состав крови представлен почти одними лимфоцитами, так как все остальные элементы белой крови исчисляются единичными клетками или исчезают совсем, что приводит к относительному лимфоцитозу при абсолютной лимфопении. К концу фазы (а при больших дозах и выраженном геморрагическом синдроме раньше) выявляется и начинает прогрессировать анемия. В это время в костном мозге и лимфатических узлах отчетливо выражены признаки регенерации, за исключением крайне тяжелых степеней поражения, рано приводящих к летальному исходу при явлениях полной аплазии.

Кроме того, в системе кроветворения наблюдается гипопротеинемия и гипоальб^^минемия, повышенное содержание основного азота и снижение количества хлоридов. Отражением нарушения обмена веществ “ диспептических расстройств (потеря аппетита и поносы) является резкое снижение массы тела. У больных, подвергавшихся лечению, третья фаза заболевания продолжается от одной до трех недель, а за- гем в случаях с благоприятным исходом переходит в четвертую фазу- восстановление.

1LL4. ФАЗА РАННЕГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Начало фазы восстановления характеризуется нормализацией температуры, улучшением самочувствия, появлением аппетита, восстановлением сна. Прекращается кровоточивость, исчезают или ослабевают диспептические явления. Как правило, у боль- ных быстро нарастает масса тела. Происходит постепенное восстановление показателей крови, которое у выживающих больных начинается еще в разгаре заболевания как следствие регенерации костного мозга. Уже тогда в периферической крови появляются ранние формы клеток ——ретикулоциты и молодые лейкоци* ты, вплоть до миелобластов. и регенераторные формы тромбоцитов, однако анемия нарастает и достигает максимума к 5—-6-й нед, затем число эритроцитов начинает увеличиваться и через 2——3 мес достигает исходного уровня.

Нормализация морфологического состава крови является отражением бурных регенераторных процессов в системе кроветворения, в чем легко убедиться при пункции костного мозга и динамическом анализе мнелограмм. Нормализуются в этот период и биохимические показатели крови и мочи.

П родол ж и тел ьи ость фазы восстановления 2 — 2,5 мес. К концу 3-го мес от начала заболевания обычно самочувствие становится вполне удоплетворительным, хотя отдельные проявления поражения еще имеют место: например, продолжается облысение (рост волос возобновляется только к 4-му мес); лишь через 4——6 мес нормализуется способность к воспроизводству. Фаза раннего восстановления характеризуется завершением основных процессов непосредственного восстановления.

А. К. Гуськова и Г.Д. Байсого.юв (1971) приводят некоторые сведения о закончившейся благоприятным исходом острой лучевой болезни третье订 степени у больной 3.. находившейся под наблюдением авторов.

Не зная о наличии в соседнем помещении мощного у-нейтрон- ного источника, 3. в течение 30 мин находилась от него на расстоянии 〜6.5 м. В результате она подверглась общему неравномерному облучению в дозе 980 бэр. Бо.чьная 3. перенес.ча типичную острую лучевую болезнь третьей степени и с хорошим. 】юваи山(丿 полным клиническим

восстановлением выписана на 68-е сут. Наблюдение за пострадавшей 3. было продолжено на протяжении 20 лет, что позволило изучить также отдаленные последствия облучения (см. гл. 16).

Рис. 69 и.ътюстрируег динамику показателей крови больной 3. за весь период наблюдения: хорошо видны типичные изменения морфологическог<)состава крови в острый период болезни' начальный нейтрофильиый лейкоцитоз, абортивный подъем числа нейтрофильных лейкоцитов через две недели, ранняя и дли тельная лимфопения. типичная кинетика тромбоцитов, красного ростка и СОЗ.

Общая продолжительность периода формирования острой лучевой болезни и его отдельных фаз определяются частично индивидуальной радиочувствительностью пострадавшего и в основном дозой. Эта зависимость на примере латентного периода четко прослеживается на рис. 70: с увеличением дозы от 1 до 10 Гр скрытый период укорачивается с 30 до 2—3 сут и практически исчезает при дозах〉10 Гр.

В 1981 г. А. Е. Барановым с соавторами был описан типичный случай острой лучевой болезни, развившейся после общего равномерного у-облучения (60 Со) в дозе 〜 3 Гр. Клиническая картина, как и в только что рассмотренном случае, формировалась в основном за счет острой недостаточности костного мозга, сопровождающейся инфекционными осложнениями, а также поражением слизистой оболочки рта и глотки во время агранулоцитоза. Раннее применение средств и методов профилактики эндогенной инфекции способствовало стойкому выздоровлению пострадавшего, причем без пересадки костного мозга, так как несмотря на выраженную миелодепрессию система кроветворения репо- пулировала самостоятельно.

Знакомство с проявлениями типичной формы острой лучевой болезни человека убеждает, что хотя симптоматика заболевания сложна (это обусловлено вовлечением в процесс всех систем организма), наиболее страдающей является система кроветворения. Механизмы ее поражения, рассмотренные в предыдущей главе на экспериментальных моделах, применимы и для человека; различия во времени проявления отдельных нарушений объясняются временными параметрами соответствующих компартментов системы клеточного обновления кост* ного мозга, характеризующими кинетику клеточных популяций в системе кроветворения человека.

Ниже для примера приведена схема относительной радиочувствительности клеток крови (рис. 71), иллюстрирующая, с одной стороны, последствия радиационного поражения системы клеточного обновления костного мозга (см. гл. 10), а с другой ——хорошо объясняющая типичную картину нарушения кроветворения, в частности его проявления в периферической крови (см. рис. 69).

У человека, так же как и у животных, наблюдающаяся в первые сутки лимфопения объясняется интерфазной гибелью лимфоцитов и их п редшествен н и ков: одновременно погибают и малодифференциро-

二一 Ng Невах бсыезнь HeAQSeKa

Рис. 69. Динамика показателей крови больной 3. за весь период наблюдения

庞麻冲//776/

Z4 •

СОЗ

Лимфоциты

Ю 20 ^0 40 50 60 10 3 ^5 6 Z2

ДниМесяцы

切仞仞切资加0&三 птМqyss§au

Рис. 70. Продолжительность латентной фазы в зависимости от дозы равномерного (/) и неравномерного ⑵ общего облучения человека (по А. К. Гуськовой, Г. Д. Байсоголову, 1970)Рис. 70. Продолжительность латентной фазы в зависимости от дозы равномерного (/) и неравномерного ⑵ общего облучения человека (по А. К. Гуськовой, Г. Д. Байсоголову, 1970)

Рис. 70. Продолжительность латентной фазы в зависимости от дозы равномерного (/) и неравномерного ⑵ общего облучения человека (по А. К. Гуськовой, Г. Д. Байсоголову, 1970)

Рис. 70. Продолжительность латентной фазы в зависимости от дозы равномерного (/) и неравномерного ⑵ общего облучения человека (по А. К. Гуськовой, Г. Д. Байсоголову, 1970)

ванные клеточные предшественники всех других кроветворных ростков (показано на гемограммах костного мозга) — все они отличаются наиболее высокой р адиочувствител ьностью (рис. 71). Менее повреждаются относительно более зрелые клетки, для которых характерна и другая форма гибели ——репродуктивная, проявляющаяся позднее, в процессе деления (см. гл. 6). Разумеется, степень таких повреждений усиливается с уве-

личением дозы излучения.

Массовая гибель молодых клеток в кроветворных органах, а также временная задержка клеточного деления в начальные сроки существенно не отражаются на морфологическом составе периферической крови (кроме лимфоцитов, погибающих в крови от интерфазного поражения). Действительно, как показано на рис. 69, в первые 4——5 сут число нейтрофилов, тромбоцитов и эритроцитов практически не снижается. В дальнейшем, в результате естественного вымирания зрелых клеток крови, а также резко сниженного фонда их продукции, морфологический состав крови обедняется. Продолжительность лейкопении, а в последующем и анемии зависит от выраженности поражения кроветворных органов. Исход поражения организма, по существу, определяется балансом между производством клеточной «продукции» и ее наличием в зрелом функционирующем состоянии.

Понимание патогенетических механизмов поражения предопределяет тактику лечения острой лучевой болезни, в частности соответствующие меры компенсации поражения кроветворения (см. гл. 18).

Следует помнить, однако, что, несмотря на принципиальное сходство проявлений острого радиационного поражения у всех животных, острая лучевая болезнь человека имеет свои особенности. Попытки моделировать радиационный синдром человека на других млекопитающих с целью более полного исследования и проверки возможностей терапии (Т. Флиднер, 1974) показали, что этот синдром не удается воспроизвести с достаточной полнотой. Во-первых, дозы, достаточные для развития костно-мозгового синдрома у человека (2—3 Гр), не вызывают серьезных нарушений кроветворения у мышей, кроликов и крыс, сходный синдром у которых удается получить только после облучения соответственно в дозах 6,7 и 8 Гр. Во-вторых, у человека и животных наблюдаются большие различия между временем проявления типичных симптомов. У человека костно-мозговой синдром развивается на 4——5-й нед, а у крыс, кроликов, мышей, обезьян, морских свинок, со*

\ фильмы\ фильмыКрасней 統时"加值мозгКрасней 統时"加值мозгпонихромато' ^фильный^ эритробласт зритробластпонихромато' ^фильный^ эритробласт зритробласт—породой моноцит—породой моноцит,юооначальниии to кробяных меток,юооначальниии to кробяных метокl^f^A ^Неитро-фильный^ - ^фильныйl^f^A ^Неитро-фильный^ - ^фильныйМегакариоцитWМегакариоцитW爭爭

\ фильмы

\ фильмы

Красней 統时

"加值мозг

Красней 統时

"加值мозг

понихромато' ^фильный^ эритробласт зритробласт

понихромато' ^фильный^ эритробласт зритробласт

—породой моноцит

—породой моноцит

,юооначальниии to кробяных меток

,юооначальниии to кробяных меток

l^f^A ^Неитро-фильный^ - ^фильный

l^f^A ^Неитро-фильный^ - ^фильный

Мегакариоцит

W

Мегакариоцит

W

爭

爭

Рис 71. Относительная радиочувствительность клеток крови и их предшествен*ников (по Д. Беренсу, Дж. Кронкайту, 1951):

/ радиочувствительныс клетки (исчезают быстро), 2 — относительно радиочувствительные к-пстки (исчезают медленнее), 3 ~ относительно радноре{нстентнь】。 клетки (могут заканчи нать созревание). 4 — радиорезистентные клетки (заметно не повреждаются)

бак и свиней на 2——3-й нед после облучения. В-третьих, не совпада ют и клинические симптомы, возникающие у животных и человека в период разгара болезни. У крыс, мышей, кроликов и морских свинок, облученных в среднелетальной дозе, гранулопения отмечается очень рано после облучения и находится уже на пути к восстановлению в период» когда тромбоцитопен и я только достигает наибольшей выраженности.

Таким образом, ни у одного животного нельзя вызвать радиационный синдром, в точности совпадающий с его проявлениями у человека. Поэтому при разработке лечебных мероприятий необходимо руководствоваться реальной ситуацией, имеющей место в клинике лучевой болезни человека (см. гл. 18).

ОСТРЫЕ ЛУЧЕВЫЕ ПОРАЖЕНИЯ ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ОБЛУЧЕНИИ

Рассмотренный вариант типичной острой лучевой болезни при общем относительно равномерном внешнем облучении встречается по вольно редко. Он воспроизводится в опытах на мелких лабораторных животных, а при создании специальных условий (мощный источник, большое поле, многостороннее облучение) и на крупных животных. У человека такого рода поражения встречались лишь в результате взрывов атомных бомб и при единичных авариях. Но даже в абсолютном большинстве таких случаев, а тем более при терапевтических облучениях человека возникают те или иные типы неравномерного облучения в зависимости от радиационной ситуации, прежде всего от облучаемого объема “ проникающей способности излучения.

Два крайних случая неравномерного облучения: 1) общее неравномерное облучение; 2) местное (локальное) облучение, В первом из них неравномерность поглощенной дозы создается в результате ослаблен»，】 проникающего излучения по глубине, во втором ——вследствие экранирования (случайного или специального) остальных частей организма или в результате прицельного радиационного воздействия.

Между этими крайними примерами встречаются самые различные промежуточные варианты и их сочетания. Соответственно следует ожидать и многообразие клинических форм возникающих поражений.

Систематизация представлений об основных вариантах лучевых поражений организма, возникающих при неравномерном облучении, весьма важна д^я разработки новых методов лучевого лечения злокачественных новообразований, в частности при крупнопольном облучен и и (см. гл. 20), а также для прогностической оценки последствий аварий, возникающих в производственных условиях, или вследствие возможного облучения космонавтов при радиационных солнечных вспышках.

Единственным правильным подходом к н учению разнообразных форм острых поражений при неравномерном облучении является оправдавшая себя концепция критического органа、связывающая рассматрн- ваемый эффект с поглощенной дозой излучения в облучаемом объеме. • Критический орган — это орган, ткань или система, ответственные за исход заболевания, возникшего при данной форме лучевого поражения. Поэтому при достаточно больших дозах (S> 10 Гр) критическими могут оказаться не только органы кроветворения, как при общем обручении, но и другие органы и си стемы организма. Например, при внешнем воздействии слабо про- ницающими излуче?{иями (Р-частицьк рентгеновское излучение ма. 1ых энергий) критическим органом оказывается кожа, площадь и степень ожогов которой в первую очередь определяют исход и местного, и общего поражения организма. Значение пораже-

ния кожи от р-излучения в исходе поражения было продемонстрировано на пострадавших при аварии на Чернобыльской АЭС, подвергшихся воздействию газовой фазы выброса из поврежденного реактора.

В литературе приводится много примеров поражения человека при сильно неравномерном, преимущественно локальном облучении, в различных, иногда очень больших дозах (30 Гр — 5 кГр). При этом критическими оказывались самые различные органы и ткани: отдельные петли кишечника, мягкие ткани, нервная ткань (нервный пучок сердца), кожа и др. Летальный исход в этих случаях развивался соответственно от перитонита» сепсиса, тяжелого расстройства гемодинамики и т. д., причем гибель наступала или раньше, чем проявлялось пораже- нне кроветворения, или независимо от него. Следовательно, чем тщательнее будет проанализирована геометрия положения пострадавшего лица по отношению к источнику излучения с учетом количественных и временных характеристик проявления поражения в тех или иных органах и тканях (и их значения для исхода ожидаемого заболевания), тем правильнее может быть предсказана форма этого поражения, точнее оценен возможный прогноз и определена тактика терапии. Своеобразие диагностических и прогностических критериев в связи с особенностями пространственного распределения дозы продемонстрировано в упоминавшемся обзоре (А. В. Барабанова и др., 1986). Это также может быть проиллюстрированно и данными А. К. Гуськовой и Г.Д. Байсого- лова, когда неравномерность облучения касалась значительных сегментов тела.

Пострадавшая К・ в гечение менее 1 с подвергалась крайне неравномерному у-нейтронному облучению в средней дозе 5,8 Зв (у-лучи — 1.1 Гр. нейтроны —— 4,7 Зв), среднетканевая доза для левой половины тела достигала 10 Зв, а в поверхностном (до 5 см) слое ——16——20 Зв; для правой половины тела ——2,8 Зв.

Первичная реакция развилась в первые два часа после облучения: уже через 5—-40 мин появилось чувство «распирания» во всем теле, а затем — тошнота, частая рвота, слабость и онемение кожи левой половины туловища.

С конца первых суток и на протяжении 25 сут держалась повышенная температура (1 38° С1: одновременно проявилась и нарастала симптоматика поражения кожи лнна. слизистых полости рта, носа, а позднее желудочно-кишечного тракта и кожи конечностей. С 10-х по 20-е сут картина поражения кожных покровов и слизистых была наиболее тяжелой ——отмечались множественные пузыри» эрозии, точечные кровоизлияния, сильно болезненные воспаления век м эпиляция волос, резкая потеря массы тела ——8 кг за 24 сут.

С 24-х сут температура снизилась до нормальной, самочувствие стало быстро улучшаться, началась эпителизация эрозий в полости рта и заживление кожных поражений, на 3-м мес возобновился рост волос. Одновременно качалось формирование нндуративного отека пораженных тканей всей левой половины тела. Вскоре пострадавшая была выписана из стационара при наличии неприятных ощущений (сухости) в полости рта, стягивающих болей в левой половине грудной клетки и левых конечностях, а также чувства тяжести в левой половине головы. По мере исчезновения отека начала выявляться глубокая атрофия подкожной жировой клетчатки и мьшщ в пораженных участках, причем в левой височной области рост волос на протяжении 10 лет не возобновлялся.

В периферической крови этой больной (рис. 72) уже через 4 ч после облучения наблюдались нейтрофильный (93,5 %) лейкоцитоз (14 900/мм3) и глубокая лимфопения (2,5 %). На 4-е сут количество лейкоцитов стало уменьшаться и к 7-м сут составляло 375 клеток/мм3. Несмотря на столь раннее и быстрое снижение, число лейкоцитов в последующем не только не уменьшалось, а постепенно увеличивалось и к 20——27-м сут достигло исходного уровня — 4000/мм3 (пострадавшая до заболевания имела лейкопению ——3800/мм3). Аналогичную кинети* ку (крутое и раннее падение с последующим быстрым восстановлением) претерпели и другие показатели периферической крови.

Анализируя это наблюдение, авторы отмечают, что нетипичное течение и исход болезни были обусловлены крайней неравномерностью облучения, при котором раннее снижение всех форменных элементов крови было обусловлено быстрым опустошением облученных в дозах 10—20 Зв больших объемов костного мозга, временно выключенных из системы кроветворения. Наряду с этим наличие мало пострадавших участков кроветворения, подвергавшихся небольшому радиационному воздействию, способствовало сначала поддержанию (стабилизации) числа форменных элементов на определенном, хотя и сниженном уровне, а затем, с третьей недели, его быстрому восстановлению, так как к этому времени началась регенерация и в более пораженных участках.

Правильная клинико-радиобиологическая оценка описанной формы лучевого поражения с учетом тканево-дозиметрической геометрии позволила наметить и осуществить лечебную тактику. Основное внимание было сосредоточено на симптоматической терапии пораженных участков и предупреждении их дополнительного инфицирования, а стойкое восстановление кроветворения происходило спонтанно без применения специальных средств, за счет сохранившегося собственного клеточного фонда.

Особенности радиационной обстановки, возникшей в результате аварии на Чернобыльской АЭС, обусловили развитие своеобразной формы острой лучевой болезни, возникшей в основном от сочетания общего относительно равномерного у-облучения всего тела с р-облучением обширных участков кожного покрова и частично с ингаляционным поступлением смеси нуклидов (в основном радиоактивного йода и цезия); значимость последнего (за исключением 2 случаев) оказалась практически несущественной.

Детальный анализ всех возникших поражений и их лечения приведен в публикациях, упомянутых в начале данной главы. Здесь будут лишь кратко рассмотрены представляющие познавательный интерес типичные стороны этих поражений, а в гл. 18 ——их терапия.

Из персонала, работавшего на Чернобыльской АЭС в момент аварии 26.04.86 г., пострадало 237 человек. Они были отобраны специальной медицинской бригадой в период 12——36 ч из числа 350 осмотренных, из которых 291 был направлен в специализированные стационары Москвы и Киева с предположением о наличии острой лучевой болезни.

w

^Нейтрофилы

Лимфоциты

Зритроииты

хо£а『х ouanh

Лейкоциты

Л

Гемошдин

Ретикулоциты

MZD& qsWQs巨

Ниже приводится краткое изложение проведенного А. К. Гуськовой с соавторами анализа1 наблюдений за 115 больными, находившимися в Московском стационаре со 2-х сут после поражения.

Основными критериями при первичной диагности ке и определении очередности госпитализации бынн: наличие, срок возникновения и интенсивность тошноты и рвоты, первичной эритемы кожи и слизистых и падение числа лимфоцитов периферической крови ниже 1 • 109/л g I -е сут после облучения. О высокой специфичности приведенных показателей первичного скрининга на острую лучевую болезнь свидетельствует тот факт, что ее диагноз и последующем был подтвержден у 115 больных из 129 поступивших в стационар. Таким образом, главной диагностической задачей в первые дни была оценка степени тяжести костно-мозгового синдрома по дозе внешнего у-облучения. Оценка дозы была проведена путем подсче

2。 阻

aw2

а

5,65

0,5

2円

42

厶務

仍

恤5

勿2 "0/

0,88

。幻 优87 483 495 @96

2 4 6 6 仞

'Ь

MJ7

也45

937

7,26

**5

566

4陋

Доза излучения^ 力(〃)

Рис. 73. Кривые зависимости доза — эффект для числа лимфоцитов периферической крови в разные дни (цифры у кривых) после облучения (по А. К- Гуськовой и др., 1987):

D^a—b 1g у — аналитическое выражение; а, b — коэффициенты этой зависимости

та числа лимфоцитов периферической крови, числа аберраций хромосом в культуре этих клеток или в препаратах костного мозга. На рис. 73 приведены кривые и аналитические выражения зависимости числа лимфоцитов от дозы излучения на каждые из первых 9 сут.

Подсчет лимфоцитов (и в меньшей мере, в наиболее тяжелых случаях ——числа клеток с аберрациями хромосом) позволил разделить пострадавших на четыре группы по ожидаемой степени тяжести костно-мозгового синдрома, определявшегося в основном дозой внешнего у-облучения: I степень (0,8—2,1 Гр) —31 человек, II —(2,0—4,0 Гр)— 3 человека, III — (4.2—6,3 Гр) — 21 человек и IV — (от 6 до 16 Гр)— 20 человек. Кроме того, были отделены лица, доза облучения которых оценивалась меньшей 1 Гр.

I Острые эффекты облучения у пострадавших при аварии на ЧАЭС / А. К. Гуськова, А. Е. Баранов, А В. Барабанова и др. /Мед. радиология. 1987. № 12. С. 3—18.

Р”с. 72. Динамика показателей крови больной К. (период наблюдения — 5 лет)

Особое внимание в первые дни уделяли выявлению лиц с крайне тяжелой (необратимой) степенью миелодепрессии, требовавшей неотложного решения о трансплантации костного мозга (см. гл. 18). Принадлежность к этой группе уточняли наличием следующих признаков: рвота в первые полчаса, понос в первые 1—2 ч и увеличение околоушных желез в течение 24—36 ч после облучения.

Летальные исходы имели место только при III (7 человек) и IV (19 человек) степенях тяжести. Одна больная со II степенью тяжести умерла на 96-е сут болезни от ишемического инсульта на фоне восстановившейся картины крови. Результаты многочисленных биохимических, иммунологических и биофизических показателей оказались существенно менее информативными.

Чрезвычайно важной оказалась установленная клиницистами возможность исходя из произведенной в первые дни после облучения оценки дозы проанализировать полную динамику числа нейтрофилов и тромбоцитов при помощи разработанных ранее так называемых стандартных кривых . В качесте примера на рис. 74 приведены реальные кривые динамики нейтрофилов больного, доза облучения которого.

Рис. 74* Реальная кривая динамики числа нейтрофилов (/) и прогнозируемая (стандартная) кривая (2) для общего у-°блучения в дозе 3 Гр (по А. К. Гуськовой и др., 1987)

оцененная по среднему числу лимфоцитов с 4 по 7 сут, составила 2,4 Гр, а по числу клеток с аберрациями ——3,3 Гр, практически совпадающие с прогнозируемой стандартной кривой для дозы 3 Гр.

Клинические проявления костно-мозгового синдрома определялись в последующем глубиной и продолжительностью панцитопении (нейтрофилов —(0J—0,5)- 109/л, тромбоцитов — (1,0—2,0)- 1010/л), в основном выражаясь в лихорадке, инфекционных осложнениях и незначительных петехиальных кровоизлияниях на коже и слизистой рта. Отличительную черту поражения людей в данной аварийной ситуации, как упоминалось, составили лучевые ожоги, вызванные воздействием Р- излучения и явившиеся составной частью общего клинического синдрома острой лучевой болезни. В связи с этим данная ситуация должна рассматриваться как вариант крайне неравномерного (по глубине) распределения поглощенной дозы, когда облучение в коже в 10—20 раз превышает дозу облучения костного мозга. Радиационные ожоги охватывали у разных больных от 1 до 100% поверхности тела.

Больные, имевшие относительно ранние (с 5—6 сут) ожоги II—III степени, были обречены. При этом развивались вначале лихорадочно- токсемический синдром, сочетавшийся со «вторичной» эритемой кожи на ранее непораженных участках, а затем почечно-печеночная недостаточность и энцефалопатическая кома. При такой клинической картине погибли 19 из 56 больных с лучевыми ожогами.

Одним из наиболее грозных проявлений был кишечный синдром, который у 10 больных развился в период с 4 по 8 сут, что свидетельствовало о моментальном у-облучении в дозе не менее 10 Гр; все эти больные погибли в первые три недели после облучения.

У 7 больных с острой лучевой болезнью III——IV степени тяжести за несколько суток до смерти развился острый радиационный интерстициальный пневмонит, сочетавшийся с крайне тяжелыми поражениями кожи и кишечника.

У 80 больных имел место орофарингеальный синдром в виде острого лучевого мукозита рта и глотки. Легкие его проявления (1—11 степень тяжести) характеризовались отеком и десквамацией слизистой щек и языка и разрыхленностью десен. При III——IV степени тяжести развивались эрозии и язвы, резкая боль, выделение в большом количестве резиноподобной слизи. Первые симптомы появлялись в период с 3 по 9 сут (в зависимости от степени тяжести); заканчивался процесс в среднем к 20-му дню.

Крайняя тяжесть и сочетание разнообразных тяжелых синдромов затрудняют оценку непосредственных причин смерти в каждом отдельном случае. А. К. Гуськова и соавторы отмечают, что в 6 случаях летальный исход был следствием необратимой миелодепрессии, у 7 пострадавших самостоятельное или ведущее значение приобретал интерстициальный пневмонит, примерно в 2/3 случаев смерть наступила от поражения кожи.

ХРОНИЧЕСКАЯ ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ

До самого последнего времени бытует неправильное понимание хронической лучевой болезни, к которой часто относят и отдаленные последствия острого облучения, а у животных, кроме того,——поражения, возникающие при повторных облучениях. Примером тому может служить монография М. Тюбиана и соавторов (1969), в которой под хронической лучевой болезнью прямо понимаются развивающиеся в отдаленные сроки после облучения (в том числе и острого) лейкоз и различные злокачественные опухоли.

• Между тем хроническая лучевая болезнь ——самостоятельная нозологическая форма лучевого поражения, развивающаяся в результате продолжительного облучения организма в малых дозах— при интенсивности 0J—0,5 сГр/сут после суммарной дозы 0,7—1 Гр.”

Хроническая, как и острая лучевая болезнь, характеризуется фаз- ностью течения, особенностями проявления, связанными с неравномерностью облучения, и также имеет отдаленные последствия.

Большая заслуга в выделении, классификации и принципах диагностики этой нозологической формы лучевого поражения, имеющего чаще всего профессиональную природу, принадлежит А.К. Гуськовой, многолетние исследования которой суммированы в неоднократно упоминаемой монографии и являются, по существу, единственным обобщением данного вопроса в мировой литературе.

Хроническая лучевая болезнь при внешнем облучении представляет собой сложный клинический синдром с вовлечением большинства органов 〃 систем, характеризующийся периодичностью течения, связанной с динамикой формирования лучевой нагрузки, т. е. продолжением или прекращением облучения.

Своеобразие хронической лучевой болезни состоит в том, что в активно пролиферирующих тканях благодаря интенсивным процессам клеточного обновления длительное время сохраняется возможность морфологического восстановления тканевой организации. В то же время такие стабильные (в клеточно-кинетическом отношении) системы, как нервная, сердечно-сосудистая и эндокринная, отвечают на хроническое лучевое воздействие сложным комплексом функциональных реакций и крайне медленным нарастанием дистрофических изменений.

После прекращения облучения наступает период восстановленияг характеризующийся преобладанием репаративных процессов в наиболее радиопоражаемых тканях, а также нормализацией функциональных нарушений в других системах, иногда с той или иной степенью их недостаточности.

Другой вариант хронической лучевой болезни обусловлен длительным облучением отдельных сегментов тела при местном внешнем воздействии или, что бывает чаще, при облучении определенных систем,

вызванном радиоактивными веществами с избирательным распределением (см. гл. 13). Пороговые величины доз излучения в этом случае зависят от равномерности их распределения в органах или сегментах тела. Они, как правило, значительно выше, чем при общем облучении. Клиническая картина определяется радиочувствительностью ткани и зоной преимущественного облучения (гипо- и дисфункция щитовидной железы ——при поступлении радиойода, анемия от радиофосфора, апластическая анемия и опухоли костной ткани ——при действии радия и т. д.). При ингаляционном поступлении некоторых нуклидов и газов——332Тг, 222Rn или аппликации их на коже могут развиться отдаленные преимущественные изменения именно в этих участках: пульмонит и рак бронхов или дискератоз и рак кожи.

Профилактика хронической лучевой болезни состоит в строгом соблюдении нормативов и правил работы с радиоактивными источниками (см. гл. 17). Важным элементом в ее лечении является перевод в условия, соответствующие нормативным, или полное прекращение профессионального контакта с радиацией. Рациональное трудоустройство, как правило, позволяет сохранить трудоспособность.

КЛАССИФИКАЦИЯ, ДИАГНОЗ И ПРОГНОЗЛУЧЕВОЙ БОЛЕЗНИ

Несмотря на очевидное многообразие лучевых поражений человека, все они могут быть сгруппированы по определенным классификационным признакам. Как и во всех остальных случаях патологии, это необходимо для изучения патогенеза заболевания и разработки общих принципов терапии.

На рис. 75 представлена классификация лучевой болезни, в основу которой положена величина дозы и ее распределение во времени, что позволяет разделить все поражения на две группы: острые и хронические, в каждой из которых в свою очередь можно выделить отдельные типы заболевания, определяемые особенностями распределения дозы в облучаемом объеме, его величиной и локализацией.

При изложении отдельных фаз периода формирования острой лучевой болезни указывалось на диагностическое и прогностическое значение выраженности симптомов уже в фазе первичной реакции. К их числу относятся тошнота, рвота, гиперемия кожи, нейтрофильный лейкоцитоз и лимфопения. На основании сопоставления этих признаков с дозиметрическими характеристиками радиационного воздействия можно ориентировочно оценить тип предполагаемого заболевания и его исход.

Само собой разумеется, что наиболее надежными диагностическими и прогностическими признаками являются количественные показатели кроветворения, непосредственно обусловленные прямым поврежда* ющим действием радиации. Кроме обычных гематологических методов

оценки морфологического состава крови и костного мозга, используют цитогенетический анализ, а именно подсчет клеток с хромосомными аберрациями. Строгая зависимость между частотой аберраций и дозой излучения делает этот показатель надежным критерием тяжести поражения.

В табл. 8 приведены особенности проявления и ориентировочные исходы лучевой болезни разной степени тяжести. Однако они не дают возможности индивидуального прогнозирования заболевания.

Промежуточные синдромы и специдш^кие рермы пора тения возникающие при сочетании разлтнык 初統 облучения

Рис. 75. Классификация лучевой болезни человека

• Весьма интересные рекомендации в этом отношении дают В. Бонд и соавторы, предложившие различать четыре прогностические категории: 1) выживание невозможно; 2) выживание возможно; 3) выживание вполне вероятно; 4) выживание несомненно.

Каждая из этих категорий связана с наиболее характерными клиническими и лабораторными признаками, хотя, разумеется, неизбежно и их перекрывание. Исходя из положения о том, что любое облучение человека оказывается в той или иной степени неравномерным, а также учитывая накопленный опыт, авторы предлагают следующие диапазоны доз для каждой из упомянутых категорий и аргументируют их практическими наблюдениями.

Если доза облучения основной массы тканей тела достигает 5——6 Гр, то выживание невозможно, несмотря на медицинский уход и самую совершенную терапию L

Во всех рассмотренных авторами очень тяжелых случаях, большинство из которых осложнялось дополнительными факторами (ожоги, ударная волна и др.), летальный исход наступал в течение двух недель. У большинства пострадавших развивались желудочно-кишечные расстройства и геморрагии вследствие тяжелой лейкопении и тромбоцитопении.

Вактеремия, развивающаяся в связи с лейкопенией, является результатом инвазии не только патогенных микроорганизмов, но и собственной микрофлоры, обитающей в кишечнике. Даже при лечении от массовой инфекции пострадавшего ожидает необратимая гематопоэтическая недостаточность, что находится в полном соответствии с данными экспериментов на животных. облученных в этом диапазоне доз. Как было показано, ранняя и выраженная гранулоцитопения и тромбоцитопения, без признаков абортивного восстановления, свидетельствуют об утрате способности к регенерации гемопоэза. Отсюда и невозможность выживания, несмотря на применение лечебных средств.

При дозах 2——4,5 Гр выживание возможно, несмотря на тяжелое поражение; необходимо своевременное и квалифицированное лечение.

Анализ большого числа пострадавших, подвергшихся в самых разнообразных условиях облучению в дозах 2—4 Гр, показывает, что клиника разгара болезни в абсолютном большинстве случаев связана с реакциями кроветворной системы. Критическая стадия заболевания, наступающая на 4——5-й нед, характеризуется тяжелой гранулоцитопе- нией и тромбоцитопенией, степень и продолжительность которых определяют выраженность инфекционных осложнений, геморрагий, кровоточивости и изъязвлений. В наиболее тяжелых случаях в «поздней критической фазе» развивается и же л у дочно-кишечная симптоматика. • Возможность выживания, по-видимому, тесно связана с потенциальной способностью костного мозга к восстановлению, о чем в

1 Согласно данным советских авторов, в том числе приведенным выше результатам лечения пострадавших на Чернобыльской АЭС, при соответствующей терапии выживание возможно после облучения вплоть до 10 Гр; однако нам представляется, что здесь нет противоречий, ибо дело заключается в степени неравномерности распределения поглощенной дозы; В. Бонд это оговаривает условием «облучения основной массы тканей тела».

Доза излучения.

Гр

Степень острой лучевой болезни

Начало проявления первичной реакций после облучения

Характер первичной реакции

Jlai ентнын

период

Период разгара острой лучевой болезни

Изменение периферической крови в период разгара заболевания

Клиническая реакция в период разгара

Последствия облучения

t—2

Легкая (I)

Через 2—3 ч; первичная реакция выражена не всегда (в 30% случаев)

Несильная тошнота с одно-, двукратной рвотой, стихает в день воздействия

До 4—5 нед

На 5—7-й нед

Снижение числа лейкоцитов до

1,5—3 тыс/мм3, тромбоцитов — до 40—100 тыс/мм3, ускорение СОЭ до 10—25 мм/ч

Возможны астенические явления

Как правило, 100%-ное выздоровление и при отсутствии лечения

2-4

Средняя (И)

Через ]—2 ч; 70—80% пострадавших; длится до 1 сут

Рвота 2—3 раза, слабость, недомогание.

иногда субфебрильная температура

3—4 нед

На 4—5-й нед

Снижение числа лейкоцитов крови до 0,5—1,5 тыс/мм3, тромбоцитов —до 20— 40 тыс/мм3; развивается агранулоцитоз, ускоряется СОЭ до 25—40 мм/ч

Возможны инфекционные осложнения; кровоточивость, астенически й синдром

Выздоровление наступает у 100% при условии лечения

4—6

Тяжелая (Ш)

Через 20—40 мин; длится до 2 сут

Многократная рвота, значительное недомогание, температура тела до 38 ℃

До 10—20 сут. однако уже с первой недели возможны проявления орофарингеального синдрома;

2—5 нед

Падение гранулоцитов до 100— 500 клеток/мм3, тромбоцитов до 10—30 тыс/мм3, СОЭ — 40— 8() мм/ч

Лихорадка носит выраженным характер, наблюдаются тяжелые ин- фекцион- н ые и ге- морраги-

Выздоровление возможно у 50—80% при условии спе- циа；1изи- рованного лечения

Таблица 8. Краткая характеристика основных проявлении острой лучевой болезни человека при общем относительно равномерном облучении (по А. К. Гуськовой и др” 1985)

j/・ AgaeBaN бсхезнь £еА03ека

Доза излуче* НИЯ, Гр

Степень острой лучевой болезни

Начало проявления первичной реакции после облучения

Характер первичной реакции

Латентный

период

Период разгара острой лучевой болезни

Изменение перифе* рической крови в период разгара заболевания

Клиническая реакция в период разгара

Последствия облучения

Более 6

Крайне

Через

Эритема

поражение слизистой рта, гиперемия, эрозия слизистых рта и зева, эритема

кожи Выражен

С 8—12-х

Развивается кар

ческие осложне

ния

Могут вы*

Выздоров

(6—10)

тяжелая

20—30 мин;

кожи и

нечетко,

сут

тина тяжелого по

являться

ление у

Более

10

(IV);

переходная форма

длится до 3—4 сут

Встр

слизистых, жидкий стул, температура тела 38 ℃

и выше

»ечается чрез!

при некотором улучшении состояния, к 3—4-м сут сохраняется слабость, быстрая утомляемость; присутствуют признаки поражения слизистых

рта и глотки нячайно релк(

)；смертельн!

ражения органов кроветворения с исчезновением из крови нейтрофилов и тромбоцитов

яй исход — 100%

кишечные нарушения; одно-, двукратный жидкий стул, другие диспепти- ческие расстройства

30—50 % возможно лишь при условии раннего лечения в специализированной клинике

Продолжение табл. 8

二.4. КАасснфнксщни. Оиаеноз й проеноз лучезоИ бохезкн

187

значительной степени можно судить по наступлению временного абортивного восстановления на 6—14-е сут после облучения, причины которого были рассмотрены в предыдущей главе. Терапевтические мероприятия, способствующие восстановлению гемопоэза, повышают вероятность выживания.

При дозах /——2 Гр выживание вполне вероятно без специального лечения, ибо поражение не столь сильно, чтобы вызвать депрессию образования форменных элементов крови, число которых спонтанно восстанавливается, но в некоторых случаях восстановление может затянуться. Более того, как правило, несмотря на значительно менее выраженное поражение грануло- и тромбоцитопоэза, чем в предыдущей категории, его восстановление протекает медленнее. Причина этого феномена неизвестна.

При дозах менее / Гр своевременное восстановление кроветворения ” выживание несомненны, а клиническая симптоматика не требует медицинского вмешательства, хотя исследования крови обнаруживают вначале длительное (в течение нескольких недель) падение числа лимфоцитов» а позднее и некоторое уменьшение количества тромбоцитов.

Итак, были рассмотрены изменения , происходящие в основных критических системах, которые определяют исход острой лучевой болезни. В следующей главе будут описаны процессы восстановления, происходящие после облучения в ведущих системах клеточного обновлениях и «стабильных» органах.

а

Сколько и какие периоды различают в течении острой лучевой болезни? Опишите фазы периода формирования острой лучевой болезни при равномерном общем однократном облучении.

Как с позиций критического органа определяется специфика острых лучевых поражений при неравномерном облучении?

12

Что толку в искусной игре, когда проигры ~ ваешь?

Английская пословица

Кинетика восстановления облученного организма. Репарация основных критических систем и пострадиационное восстановление организма. Фазное изменение радиорезистентности организма в раннем пострадиационном периоде. Неполноценность восстановления некоторых функций после облучения. Особенности повреждения и репарации малообновляющихся тканей. Необратимая компонента лучевого поражения организма.Кинетика восстановления облученного организма. Репарация основных критических систем и пострадиационное восстановление организма. Фазное изменение радиорезистентности организма в раннем пострадиационном периоде. Неполноценность восстановления некоторых функций после облучения. Особенности повреждения и репарации малообновляющихся тканей. Необратимая компонента лучевого поражения организма.

Кинетика восстановления облученного организма. Репарация основных критических систем и пострадиационное восстановление организма. Фазное изменение радиорезистентности организма в раннем пострадиационном периоде. Неполноценность восстановления некоторых функций после облучения. Особенности повреждения и репарации малообновляющихся тканей. Необратимая компонента лучевого поражения организма.

Кинетика восстановления облученного организма. Репарация основных критических систем и пострадиационное восстановление организма. Фазное изменение радиорезистентности организма в раннем пострадиационном периоде. Неполноценность восстановления некоторых функций после облучения. Особенности повреждения и репарации малообновляющихся тканей. Необратимая компонента лучевого поражения организма.

ПРОЦЕССЫВОССТАНОВЛЕНИЯВ ОБЛУЧЕННОМОРГАНИЗМЕ

• Восстановление организма после острого лучевого поражения в первом приближении можно свести к пролиферации клеток, сохранивших жизнеспособность, вследствие которой восполняется убыль популяции клеток критических органов и восстанавливается их функциональная активность.

Еще недавно считали, что источником пострадиационного восстановления являются лишь непораженные клеточные элементы. Однако это не так. Резервом про- лиферации клеток критических тканей и органов, очевидно, могут быть не только непораженные клетки, но и клетки, пораженные обратимо и восстановившие жизнеспособность, точнее свою способность к неограниченному размножению. Данные, приведенные в гл. 6, свидетельствуют о большой эффективности репарационных процессов, протекающих на клеточном уровне.

В облученной популяции следует различать два шипа пострадиационного восстановления: репарацию на клеточном уровне и пролиферацию клеточных элементов. Однако такое деление (не-

обходимое и не вызывающее сомнений в принципе) трудно осуществить на целостном организме. Процессы восстановления в организме животного и человека после облучения протекают с различной скоростью: наивысшей в активно пролиферирующих тканях и минимальной в тканях с низким уровнем пролиферации.

КИНЕТИКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОРГАНИЗМАПОСЛЕ ТОТАЛЬНОГО ОБЛУЧЕНИЯ

Распространенный метод количественной оценки пострадиационного восстановления организма состоит в изучении чувствительности организма к повторному облучению, производимому в разные сроки после первоначального радиационного воздействия.

Этот метод и положенная в его основу теория восстановления органи- низма впервые были выдвинуты Г. Блэром (1955), а затем развиты Г. Дэвидсоном. В качестве меры чувствительности организма к моменту повторного облучения принимают величину ЛД50/30, сравнивая ее с дозой, вызывающей тот же эффект при одновременном облучении в суммарной (начальная 十 повторная) дозе.

• Согласно классической теории Блэра пострадиационное восстановление протекает с постоянной скоростью (пропорциональной величине поражения) по экспоненциальному закону. Это относится, однако, не ко всей величине начального поражения, а к определенной ее части, так как другая часть является необратимой (она пропорциональна величине общей накопленной дозы). Иными словами, эффективную (остаточную) дозу можно выразить следующей формулой:

”2 = “/ +(1Т)е-叫，

где D -— доза первоначального поражения, / ——необратимая часть поражения, (1 — /)——доля обратимого лучевого повреждения; § — скорость восстановления в сутки, %; t—число суток; е—основание натуральных логарифмов. На рис.76 приведена теоретическая кривая восстановления организма при ри/, соответственно равных 12,5 и 10 %.

Если повторное облучение и определение ЛД50/30 производить че- рез разные промежутки времени, то по разнице между величинами <ПД5о/зо однократного и повторного облучений можно определить изменение во времени величины остаточного радиационного поражения (его необратимую компоненту), темп восстановления радиорезистентности организма и период полувосстановления (время, необходимое для восстановления организма от лучевого поражения на 50 %).

Рис. 76. Теоретическая кривая восстановлю* ния организма с долей необратимого пора женяя (по Г. Дэвидсону, I960)Рис. 76. Теоретическая кривая восстановлю* ния организма с долей необратимого пора женяя (по Г. Дэвидсону, I960)Период п о лувосстан овле- ния (Т\/2) практически является константой, как правило, увеличивающейся с видовой продолжительностью жизни животного. По данным разных авторов, он равен для мыши 2—8 сут, для крысы 6- 9, для собаки 14—18, для осла 20―28 сут.

Рис. 76. Теоретическая кривая восстановлю* ния организма с долей необратимого пора женяя (по Г. Дэвидсону, I960)

Рис. 76. Теоретическая кривая восстановлю* ния организма с долей необратимого пора женяя (по Г. Дэвидсону, I960)

У человека 71/2, согласно расчетам, составляет 25—45 сут; в среднем его принимают

за 28 сут при скорости восстановления 〜0,1 ()6/ч.

Американскими исследователями была предложена формула 口ля вычисления эффективной (остаточной) дозы (拉仙)для человека с расчетом, что 10 °Ь поражения остаются необратимыми:

D仙二 0,10 0,90 0,97N L

где D - - доза при однократном облучен ни, / — число суток, прошедших после облучения.

Позднее была предложена упрощенная формула:

а『о(кв),

где КВ — коэффициент времени - часть поражения, которое осталось к каждому данному моменту времени, прошедшему после первого облучения. Ниже представлены значения КВ для различных сроков пос- 」е облучения человека.

Время, сут

кв

Время, сут

КВ

3

0,90

60

0,30

10

0,80

100

0,18

20

0,70

200

0.11

30

0,60

365

0,10

В последующем была подтверждена справедливость концепции Блэра - Дэвидсона в ее общем виде, особенно в области ориентировочного прогнозирования тяжести поражения и планирования мер по про- гиволучевой защите человека. В то же время сравнительно рано начали накапливаться факты, противоречившие ей и имевшие большое принципиальное научное значение, важное для экспериментальной и клинической радиобиологии.

Прежде всего ста jo известно, что для процесса изменения пострадиационной радиочувствительности организма характерна фазовая периодичность, сопровождающаяся переменой знака радиочувстви-

тельности. Вначале были получены данные о возможности уменьшения чувствительности мышей к повторному облучению, индуцируемому предварительным нелетальным облучением. Затем аналогичные результаты наблюдались на крысах, собаках и овцах.

На рис. 77 приведены результаты автора по изучению изменений радиорезистентности мышей, полученные в зависимости от интервала между первым и повторным воздействием двумя видами редкой они- зирующих излучений —— рентгеновским излучением 180 кэВ и протонами 660 МэВ. В течение первой недели после облучения происходило быстрое уменьшение остаточного повреждения, сменявшееся периодом повышенной радиорезистентности (с 10-х по 18-е сут), после которого она возвращалась к исходному уровню. Различий в кинетике процесса при действии обоих видов излучения обнаружено не было (как и следовало ожидать, исходя из их близкой ОБЭ).

Таким образом, в данном эксперименте, как и в работах других авторов, в течение 20—30-суточного наблюдения не только не удалось зарегистрировать необратимую компоненту лучевого поражения, но даже отмечался период временного повышения радиорезистентности организма.

Кроме того, выяснилось, что период полу восстановления, а следовательно, и константа восстановления в уравнении Блэра не являются величинами постоянными и зависят от дозы излучения.

В опытах на мышах, подвергнутых повторному облучению, установлено, что наибольший темп восстановления наблюдается после первоначального воздействия в дозе 4 Гр. Темп восстановления (рис. 78), по мнению автора, связан соответственно с возрастанием тяжести пора-

了力/4%济~* \，после 、^// 厶勿 обучения.了力/4%济~* \，после 、^// 厶勿 обучения.Рис. 77. Зависимость динамики остаточного повреждения от времени между первым и повторным рентгеновским (/) или протонным (2) облучениямиРис. 77. Зависимость динамики остаточного повреждения от времени между первым и повторным рентгеновским (/) или протонным (2) облучениямиРис. 78. Период полувосстановления после облучения мышей в разных дозах (по И. Г. Акоеву, 1970)Рис. 78. Период полувосстановления после облучения мышей в разных дозах (по И. Г. Акоеву, 1970)

了力/4%济~* \，после 、^// 厶勿 обучения.

了力/4%济~* \，после 、^// 厶勿 обучения.

Рис. 77. Зависимость динамики остаточного повреждения от времени между первым и повторным рентгеновским (/) или протонным (2) облучениями

Рис. 77. Зависимость динамики остаточного повреждения от времени между первым и повторным рентгеновским (/) или протонным (2) облучениями

Рис. 78. Период полувосстановления после облучения мышей в разных дозах (по И. Г. Акоеву, 1970)

Рис. 78. Период полувосстановления после облучения мышей в разных дозах (по И. Г. Акоеву, 1970)

жен и я или с недостаточной мобилизацией репарационных механизмов из-за слабой степени альтерирующего воздействия1.

Отмечено также, что чувствительность организма к повторному облучению не совпадает с клиническими признаками болезни, так как определяемое таким способом восстановление может опережать развитие разнообразных проявлений лучевого синдрома.

Все эти данные послужили основой для критики концепции Блэра. В специальных работах В. А. Резонтова, посвященных анализу этого вопроса, справедливо указывается на неправомерность такого подхода для универсальной оценки состояния облученного организма по следующим соображениям: 1) возможно несоответствие между интенсивностью временных процессов при первом и повторном облучениях; 2) не исключена несопоставимость общепринятых оценочных тестов при первом и повторном облучениях; 3) принципиально невозможно равенство биологической эффективности доз первого и второго облучений в любом их сочетании; 4) отсутствие достаточных оснований полностью распространять все выявленные закономерности на дозы, не вызывающие гибель.

Все это, однако, не снижает ценности количественных принципов Блэра, а лишь свидетельствует о необходимости внесения соответствующих коррективов при построении и анализе конкретных экспериментов с учетом постоянно накапливающейся информации. При рассмотрении клеточных аспектов пострадиационного восстановления организма необходимо (при известной ограниченности такого подхода) выделить наиболее ответственное звено в цепи развивающихся событий, поражение и восстановление которого поддается количественному учету.

Самый рациональный путь решения данного вопроса — цитокине- тическое и функциональное изучение критических органов, определяющих течение и исход лучевого поражения организма в соответствующих интервалах доз.

РЕГЕНЕРАЦИЯ КОСТНОГО МОЗГА

И ПОСТРАДИАЦИОННОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОРГАНИЗМА

Многочисленные экспериментальные данные, анализ которых проведен в гл. 10, послужили основанием для господствующего в последние годы представления о том, что восстановление организма млекопитающих после облучения в значительном диапазоне доз (при тотальном облучении вплоть до 10 Гр, а при экранировании

Нелишне напомнить об описанном в предыдущей главе медленном темпе восстановления гемопоэза при самых слабых (< 1 Гр) степенях лучевого поражения человека.

7 Зак. 1490

кишечника и до 16—18 Гр) является следствием регенерации определенного числа сохранившихся жизнеспособными кроветворных полипотентных стволовых клеток.

При этом, однако, нельзя не отметить, что несмотря на весьма активное развитие специальных исследований пока не разработаны методы, позволяющие разделить различные субпопуляции стволовых клеток, а потому все еще остается спорным вопрос о роли стволовой клетки как единой полипотентной клетки — предшественницы кроветворной и лимфоидной тканей.

Как было показано в гл. 10, опустошение костного мозга мышей и крыс начинается тотчас после облучения и в 1-е сутки (а при дозах более 7 Гр и в последующие 2—3 сут) происходит по экспоненциальному закону с одной и той же скоростью независимо от дозы (см. рис. 59). Автором и сотрудниками проведены количественные исследования костного мозга мышей, облученных в дозах до 7 Гр, с одновременным определением количества клеток, погибающих в самые ранние сроки от интерфазного поражения, анализом кинетики изменения митотического индекса, а также общего количества делящихся клеток и содержащейся в них доли нежизнеспособных клеток с хромосомными аберрациями.

Полученные результаты подтвердили заключение Т. Пака о том, что основной причиной катастрофического начального опустошения костного мозга является задержка клеточного деления при продолжающемся выходе форменных элементов в кровеносное русло с обычной ско~ ростью, на которой облучение практически не сказывается. В этом процессе почти не участвуют лим(|юциты; погибая на месте, в костном мозге, от интерфазного поражения, они не влияют на общую картину его опустошения, так как вообще составляют 20—25% общего числа клеток костного мозга, а к 5——6-му часу после облучения их остается всего % от исходного количества.

Так как облучение не сказывается на скорости поступления клеток в кровь, по кинетике начального опустошения костного мозга можно судить о средней скорости образования его пролиферативного пула в норме. На рис. 79, где представлены соответствующие экспериментальные данные для белых беспородных мышей, видно, что время полуобновления их костно-мозговой популяции составляет 17 ч.

Описанный механизм опустошения костного мозга впервые показан Т. Паком (1965), продемонстрировавшим возможность полного моделирования кинетики радиационного поражения репродукции кроветворных клеток ингибиторами митозов — колцемидом или винбластином. Те же закономерности обнаружены А. М. Кононенко в серии работ (1966—1970) по количественному кинетическому анализу радиационного поражения и восстановления слизистой кишечника. Это позволяет рассматривать данный механизм в качестве универсального, объясняющего пострадиационное опустошение органов, работающих по принципу открытых систем.

Изучение кинетики ядросодержащих клеток костного мозга (мие- локариоцитов) в пострадиационный период указывает, что уменьшение их количества, отражающее скорость выброса, сохраняет экспоненциальный характер лишь до начала регенерации. Наблюдающееся затем увеличение количества клеток (рис. 79) происходит тем раньше, чем меньше доза излучения, и определяется различиями в сроках восстановления митотической активности из-за более короткого периода ее торможения при меньших дозах (см. гл. 6). Это и обеспечивает начало регенерации с более высокого уровня. Кроме того, на величине создаваемого клеточного фонда сказывается и качество митоза, так как даже при относительно высоком митотическом индексе наличие большого числа патологических митозов практически не приводит к образованию новых клеток (табл. 9).

Строгая связь между дозой излучения, числом погибших клеток и началом регенерации позволяет использовать общее количество клеток в некотором объеме костного мозга в качестве надежного количественного критерия оценки тяжести поражения в определенные сроки после облучения.

Аналогичным образом используют определение общего числа клеток или массы других р ад иочувств и тел ь н ых органов (селезенки, тимуса, лимфатических узлов, тонкого кишечника, семенников), отражающей степень убыли этих клеток.

Обращает на себя внимание тот факт, что через 2—4 сут после облучения, когда доля клеток с аберрациями еще достаточно высока.

7*

I, 2, 3 — дозы излучения； / — 2,7 Гр, 2 — 4 Гр, 3 — 7 Гр

)ic. 80. Динамика общего числа ядро- годержащих клеток костного мозга бе- 1ых мышей, подвергнутых общему рентгеновскому облучению:1,2 — дозы излучения; / — 2,7 Гр, 2 — 4 Гр)ic. 80. Динамика общего числа ядро- годержащих клеток костного мозга бе- 1ых мышей, подвергнутых общему рентгеновскому облучению:1,2 — дозы излучения; / — 2,7 Гр, 2 — 4 Гр

)ic. 80. Динамика общего числа ядро- годержащих клеток костного мозга бе- 1ых мышей, подвергнутых общему рентгеновскому облучению:

1,2 — дозы излучения; / — 2,7 Гр, 2 — 4 Гр

)ic. 80. Динамика общего числа ядро- годержащих клеток костного мозга бе- 1ых мышей, подвергнутых общему рентгеновскому облучению:

1,2 — дозы излучения; / — 2,7 Гр, 2 — 4 Гр

Таблица 9. Изменение пролиферативного пула костного мозга мышей в течение 2—4 сут после облучения

Доза, Гр

Количество разделившихся клеток в бедренной кости ХЮ6

всего

с летальными хромосомными аберрациями

жизнеспособных1

2,7

9.60

3,10

6,50

4,0

ЗЛО

0,87

2,23

7,0

0,96

0,72

0,18

1 Предполагается, что большинство клеток с аберрациями погибает при первом митозе.

соотношение разделившихся клеток при дозах 7 и 2J Гр составляет 1:10, в то время как число жизнеспособных клеток при дозе 7 Гр в 30 раз меньше. Это объясняется тем, что с ростом дозы доля патологических митозов среди разделившихся клеток возрастает (табл. 9).

Следствием описанных процессов является связанное с дозой уменьшение скорости заполнения кровеносного русла зрелыми жизнеспособ-

ними клетками, определяющее, в свою очередь, глубину и длительность лейкопении. Активная регенерация костного мозга приводит к количественной нормализации миелокариоцитов, время наступления которой находится в обратных отношениях с дозой излучения.

На рис. 80 показано, что при дозе 2,7 Гр в период 10—20 сут после облучения общее число миелокариоцитов у мышей даже превышает исходную величину. Аналогичная гиперплазия костного мозга примерно в те же временные периоды отмечена и при нелегальном облучении крыс.

При сравнении рис. 77 и 80 видно, что период временного повышения радиорезистентности организма мышей по срокам точно совпадает с гиперплазией

костного мозга. Этот факт трактуется большинством авторов в пользу существования причинно-следственных отношений между обоими феноменами, отражающих увеличение клеточного фонда как основы последующего ускорения регенерации кроветворения, следовательно, и восстановления организма.

ДИНАМИКА РАДИОРЕЗИСТЕНТНОСТИ ОРГАНИЗМАВ РАННЕМ ПОСТРАДИАЦИОННОМ ПЕРИОДЕ

• Фазовое изменение радиочувствительности для изолированных клеток наблюдается не только в относительно отдаленные сроки, но и в первые часы после облучения. Вначале (первые 5——8 ч) происходит повышение радиорезистентности, затем (через 9—12 ч) — кратковременное ее снижение, после чего она снова монотонно повышается (см. гл. 6). Аналогичное явление обнаружено и при изучении выживаемости животных после облучения в дозах, вызывающих гибель при явлениях костно-мозгового и кишечного синдромов.

Начальный период повыюения радиорезистентности клеток связывают с восстановлением их от сублетальных повреждений, фазу повышения радиочувствительности ——с частичной синхронизацией пула на наиболее радиочувствительной стадии клеточного цикла, а последующее монотонное снижение чувствительности объясняют следствием начавшейся клеточной регенерации.

Необходимо обсудить правильность объяснения двух первых периодов, так как интерпретация третьего едва ли вызывает сомнения. Как и ранее, для получения информации о механизмах ранних изменений радиочувствительности можно воспользоваться цитологическим анализом соответствующих критических систем. На рис. 81 сопоставлены данные 30-суточных наблюдений за выживаемостью мышей, подвергнутых двукратному облучению в дозах 3 и 4,2 Гр (с интервалом 1,5; 3; 6; 9; 12; 18 и 24 ч)г и состоянием стволовых кроветворных клеток мышей. Видно, что зависимости повторяют одна другую и по форме, и по временным параметрам. Это дает основание считать, что изменение радиочувствительности организма, происходящее в первые часы после облучения в данном диапазоне доз, целиком определяется состоянием кроветворных клеток. Если это так, то снижение чувствительности, наблюдающееся через 18 и 24 ч после первой дозы (3 Гр), легко объясняется начавшейся регенерацией кроветворных клеток, которая при данном уровне радиационного воздействия уже хорошо обнаруживается (см. рис. 79). Однако для результатов, полученных в более ранние сроки, в частности через 3 и 6 ч, такое объяснение неприемлемо, так как в это время митотическая активность костного мозга почти полностью угнетена (см. гл. 6). Между тем (рис. 81) выживаемость мышей в

Рис. 81. Влияние интервала между первым и вторым облучениями на выживаемость мышей ——/ (по С. П. Ярмо- ненко, 1966) и кроветворных клеток— 2, 3 (2—по В. П. Парибоку, А. И. Переверзеву, 1967; 3—по Е. Мак-Куло- ху, Дж. Тиллу, 1964)Рис. 81. Влияние интервала между первым и вторым облучениями на выживаемость мышей ——/ (по С. П. Ярмо- ненко, 1966) и кроветворных клеток— 2, 3 (2—по В. П. Парибоку, А. И. Переверзеву, 1967; 3—по Е. Мак-Куло- ху, Дж. Тиллу, 1964)

Рис. 81. Влияние интервала между первым и вторым облучениями на выживаемость мышей ——/ (по С. П. Ярмо- ненко, 1966) и кроветворных клеток— 2, 3 (2—по В. П. Парибоку, А. И. Переверзеву, 1967; 3—по Е. Мак-Куло- ху, Дж. Тиллу, 1964)

Рис. 81. Влияние интервала между первым и вторым облучениями на выживаемость мышей ——/ (по С. П. Ярмо- ненко, 1966) и кроветворных клеток— 2, 3 (2—по В. П. Парибоку, А. И. Переверзеву, 1967; 3—по Е. Мак-Куло- ху, Дж. Тиллу, 1964)

эти сроки увеличивается на 20—50 %.

Есть все основания рассматривать наблюдаемое явление как результат восстановления жизнеспособности части клеток костного мозга, элиминировавших сублетальные повреждения, нанесенные первой дозой. Вследствие этого к моменту повторно- го облучения увеличивается пул жизнеспособных клеток. Анализ костного мозга через трое суток (период максимальной аплазии) после двукратного облучения с 3-часовым интервалом показал, что число кариоцитов действительно более чем на 30 % пре

вышает их уровень у контрольных животных, подвергнутых однократному облучению в той же суммарной дозе (рис. 82).

Анализируя рассматриваемое явление на клеточном уровне, вполне

логично предположить, что доля клеток, выживших после первого облучения, должна быть представлена наиболее радиорезистентной частью асинхронной популяции костного мозга. Поэтому увеличение интервала между повторными облучениями будет сопровождаться снижением резистентности вследствие продвижения клеток по циклу в сторону более чувствительных стадий. На самом же деле увеличение этого интервала до нескольких часов приводит к увеличению числа выживших клеток, что однозначно свидетельствует о наличии истинного восстановления жизнеспособности части клеток и подтверждено в экспериментах М. Элкинда на синхронизированных клеточных культурах.

Изменение радиочувствительности организма в первые же часы после облучения наблюдается и при более высоких дозах, вызывающих «кишечную» гибель. Как показано на рис. 83, при рентгеновском двукратном облучении мышей в суммарной дозе 12 Гр также наблюдается ■фазное изменение радиорезистентности организма, тестируемое по интенсивности «кишечной» гибели,— числу мышей, погибших к 4-м сут. В этом случае существование истинного восстановления подтверждается отсутствием различий между эффектами однократного и повторного облучения нейтронами (кривая 2 на рис. 83), вызывающими трудно репарируемые или вовсе нерепарируемые повреждения клеток (см. гл. 6 и 8).

Повышение радиорезистентности в ранние сроки после облучения наблюдалось на различных клетках (колониеобразующих клетках

5 4 J 2 /хн£ mEAmndo善a导 §^5 4 J 2 /хн£ mEAmndo善a导 §^J1IL_ I I I 夕 481216202^Время ”e吻 облутиями; vJ1IL_ I I I 夕 481216202^Время ”e吻 облутиями; vРис. 83. Четырехдневная выживаемость мышей, подвергнутых двукратному (600 бэрХ2) рентгеновскому (/) или нейтронному (2) облучению как функция времени между отдельными фракциями (по Д. Бивли, С. Хорнси, 1964)Рис. 83. Четырехдневная выживаемость мышей, подвергнутых двукратному (600 бэрХ2) рентгеновскому (/) или нейтронному (2) облучению как функция времени между отдельными фракциями (по Д. Бивли, С. Хорнси, 1964)

5 4 J 2 /хн£ mEAmndo善a导 §^

5 4 J 2 /хн£ mEAmndo善a导 §^

J1IL_ I I I 夕 481216202^

Время ”e吻 облутиями; v

J1IL_ I I I 夕 481216202^

Время ”e吻 облутиями; v

Рис. 83. Четырехдневная выживаемость мышей, подвергнутых двукратному (600 бэрХ2) рентгеновскому (/) или нейтронному (2) облучению как функция времени между отдельными фракциями (по Д. Бивли, С. Хорнси, 1964)

Рис. 83. Четырехдневная выживаемость мышей, подвергнутых двукратному (600 бэрХ2) рентгеновскому (/) или нейтронному (2) облучению как функция времени между отдельными фракциями (по Д. Бивли, С. Хорнси, 1964)

В0；爲а/пне 刃懿4.4

Рис. 82. Число миелока- риоцитов в бедренной кости мыши на третьи сутки после облучения

костного мозга, кишечника и кожи) и у животных разных видов (мышей, крыс, хомяков, баранов).

СТЕПЕНЬ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ

При изложении представлений Г. Блэра указывалось, что в предложенную им формулу, описывающую пострадиационное восстановление, включена необратимая компонента поражения, которая в последующих исследованиях не была обнаружена. Более того, у животных зарегистрировано кратковременное повышение радиорезистентности, наблюдающееся, как только что было показано, в раннем пострадиа» ционном периоде. Однако ни этот тест, ни этот срок, являясь общепринятыми и оправданными для оценки летальности при остром лучевом синдроме, не могут служить показателями функциональной полноценности различных систем организма, в том числе и системы кроветворения, Это легко продемонстрировать на примере анализа скорости роста клеточной популяции костного мозга животных в зависимости от суммарной дозы однократного и фракционированного облучения.

Как видно из данных рис. 84, после однократного облучения в сублетальных дозах (2,7 и 4 Гр) отмечается наибольший темп восстановления со средней скоростью 3- 10е клеток/сут. При минимальной абсолютно летальной дозе (7 Гр) в первые трое суток скорость регенерации

Рис. 84. Кинетика восстановления миелокариоцитов мышей при однократном и фракционированном общем облучении:Рис. 84. Кинетика восстановления миелокариоцитов мышей при однократном и фракционированном общем облучении:/—5 — дозы излучения; / -- 2,7 Гр, 2 — 4 Гр, 3 — 7 гр, 4 — при фракционированном воздействии 3 ГрХ4 с интервалом в 2 дня. 5 — 4 ГрХ4 с интервалом в 5 дней; заштрихована область нормы/—5 — дозы излучения; / -- 2,7 Гр, 2 — 4 Гр, 3 — 7 гр, 4 — при фракционированном воздействии 3 ГрХ4 с интервалом в 2 дня. 5 — 4 ГрХ4 с интервалом в 5 дней; заштрихована область нормы卓鼻口寻&苫冬工 Q3Rh卓鼻口寻&苫冬工 Q3Rh

Рис. 84. Кинетика восстановления миелокариоцитов мышей при однократном и фракционированном общем облучении:

Рис. 84. Кинетика восстановления миелокариоцитов мышей при однократном и фракционированном общем облучении:

/—5 — дозы излучения; / -- 2,7 Гр, 2 — 4 Гр, 3 — 7 гр, 4 — при фракционированном воздействии 3 ГрХ4 с интервалом в 2 дня. 5 — 4 ГрХ4 с интервалом в 5 дней; заштрихована область нормы

/—5 — дозы излучения; / -- 2,7 Гр, 2 — 4 Гр, 3 — 7 гр, 4 — при фракционированном воздействии 3 ГрХ4 с интервалом в 2 дня. 5 — 4 ГрХ4 с интервалом в 5 дней; заштрихована область нормы

卓鼻口寻&苫冬工 Q3Rh

卓鼻口寻&苫冬工 Q3Rh

та же, а затем снижается более чем в два раза (до 1,55- 10е клеток/сут). в связи с чем исходный уровень достигается значительно позднее, После фракционированного облучения скорость восстановления еще более снижена. При облучении в течение 6 сут и суммарной дозе 12 Гр восстанавливается по 0,7-106 клеток/сут, а при двухнедельном пребывании костного мозга в состоянии аплазии (4 раза по 4 Гр через 5 сут) и суммарной дозе 16 Гр после кратковременного (в течение двух суток) периода активного восстановления (2,4- Ю6 клеток/сут) скорость восстановления падает до минимального значения (0,37-106 клеток/сут).

Отсюда следует, что на темпе восстановления клеток костного мозга неблагоприятно сказываются увеличение суммарной дозы излучения и продолжительности фракционирования, в этом случае нарушение функции проявляется уже в первые недели после облучения. Аналогичные выводы были сделаны на основании экспериментов М. Вуддса (1967), наблюдавшего 5-кратное снижение пролиферативной активности колониеобразующих клеток костного мозга и включения радиоактивного железа при фракционированном ежедневном облучении, причем активность гемопоэза снижалась после каждой фракции. Об уменьшении темпов регенерации, вызванном изменением функционального состояния костного мозга в результате предварительного облучения, с в и детельствуют также данные работ, оценивающих кроветворение у животных различных видов и человека в отдаленные сроки после облучения (И. Г. Акоев, 1970; подробнее об этом см. гл. 15).

В связи с оценкой полноценности восстановительных процессов после облучения следует согласиться с точкой зрения С. Н. Александ-

рова (1964, 1965), что начальные изменения, составляющие основу отдаленной лучевой патологии, могут не иметь существенного значения в проявлениях и патогенезе острого лучевого синдрома. Среди таких нарушений большую роль играют нелетальные повреждения наследственного аппарата, а также различные эпигеномные нарушения в клетках соматических тканей, характеризующихся низкой физиологической регенерацией (печень, нервная ткань, мышцы, кости и др.), в которых эти нарушения сохраняются и могут сказаться впоследствии на физиологической активности.

Не исключено также, что нарушения функций различных систем, в том числе и кроветворной, наблюдающиеся с увеличением дозы или в отдаленные сроки после облучения, определяются не только непосредственными изменениями в клетках данных систем. Они могут быть следствием нарушений нейроэндокринной регуляции как одного из проявлений необратимой компоненты лучевого поражения, определяющего снижение ряда адаптивных возможностей организма (П. Д. Горизонтов, 1964). Например, при облучении верхней половины туловища собак, в частности головы, темп репарации патологических сдвигов оказывался более низким, а остаточная компонента лучевого поражения намного выше, чем при эквивалентном облучении остальной части тела. Это подтвердилось клинико-физиологическими данными в виде следовых нарушений деятельности ЦНС, которые можно наблюдать даже спустя 18 мес и позднее (С. Михаэльсон, 1961). Известны данные о подавлении активности ферментов печени крыс после облучения головы в дозах 10——100 Гр (Дж. Нир, 1967). У людей, подвергавшихся общему облучению в суммарных дозах 1——4 Гр с целью лечения опухолей, обнаружены прогрессирующие изменения ЦНС вплоть до формирования микросимптомов органического поражения через 5—10 лет (МП Домшлак, 1962).

Количественные аспекты восстановления в отдаленные сроки после общего и локального облучений детально изложены в монографиях Н. Г. Даренской и соавторов (1969) и И. Г. Акоева (1970). Анализ этих данных позволяет прийти к заключению о том, что восстановление самых разнообразных функций после облучения^ как правило, оказывается далеко не полноценным, причем степень неполноценности определяется прежде всего поглощенной дозой.

ОСОБЕННОСТИ ПОВРЕЖДЕНИЯ И РЕПАРАЦИИМАЛООБНОВЛЯЮЩИХСЯ ТКАНЕЙ

В многолетних исследованиях Г. С. Стрелина с сотрудниками, посвященных изучению способности облученных малообновляющихся тканей к посттравматической регенерации, варьировался интервал между облучением и нанесением механической травмы.

Объектами исследовании служили костная ткань, сухожилия, нервный ствол, соматическая мышечная ткань, кровеносные сосуды, эпителий роговицы, печень и молочная железа. Их отнесение к «типичным радиорезистентным» тканям лишь условно. Лучевое повреждение в них реально возникает и легко обнаруживается при возбуждении регенерационного процесса дополнительной травмой, способность к излечению которой оказывается резко подавленной в абсолютном большинстве случаев уже при дозах порядка 10 Гр. Из-за консервации лучевых повреждений они могут быть выявлены нанесением травмы и через значительные сроки после облучения (6 мес и более).

В огштах с фракционированным облучением удалось обнаружить, что наряду с консерватизмом поражения во многих «стабильных» тканях можно отметить и явные признаки репарации, выраженной в отдельных тканях в разной степени, но значительно менее активно, чем в пролиферирующих системах. Так, например, в костной и мышечной тканях репарация практически отсутствует, что приводит к кумуляции повреждений. В то же время фракционирование доз при локальном облучении сухожилия приводит к заметному ослаблению его

Доза из碍 иени% Q)Доза из碍 иени% Q)Рнс 85. Кривые выживания эндотелия капилляров, полученные при микрофлуорометрии после внутривенного введения красителя (по Г. Рейнгольду, Г. Байсма ну, 1973) “/ ■эксперимент с однократным облучением 〃＞产匕7 Гр, 〃k7. D产3,4 Гр), 2 — повторное облучениеРнс 85. Кривые выживания эндотелия капилляров, полученные при микрофлуорометрии после внутривенного введения красителя (по Г. Рейнгольду, Г. Байсма ну, 1973) “/ ■эксперимент с однократным облучением 〃＞产匕7 Гр, 〃k7. D产3,4 Гр), 2 — повторное облучениепосттравматической регенерации, даже есл и хроническое облучение в суммарной дозе 30 Гр продолжалось 6 мес. Более активно восстанавливается после облучения (но также через длительные сроки, 〜【70 сут) способность к репарации периферического нерва.

Доза из碍 иени% Q)

Доза из碍 иени% Q)

Рнс 85. Кривые выживания эндотелия капилляров, полученные при микрофлуорометрии после внутривенного введения красителя (по Г. Рейнгольду, Г. Байсма ну, 1973) “

/ ■эксперимент с однократным облучением 〃＞产匕7 Гр, 〃k7. D产3,4 Гр), 2 — повторное облучение

Рнс 85. Кривые выживания эндотелия капилляров, полученные при микрофлуорометрии после внутривенного введения красителя (по Г. Рейнгольду, Г. Байсма ну, 1973) “

/ ■эксперимент с однократным облучением 〃＞产匕7 Гр, 〃k7. D产3,4 Гр), 2 — повторное облучение

Различные результаты получены при оценке репаративных возможностей облученных сосудов. Изученне развития коллатералей после перерезки бедренной артерии в разные сроки после облучения позволило сделать вывод о стойкой консервации лучевого поражения сосудов. Правда, при длительном фракционированном облучении (2,5—6 мес) повреждение заметно ослабевало и образование коллатералей в облученном поле было ненамного меньшим, чем в контроле. При использовании в качестве показателя поражения эндотелия сосудов «индекса вас-

，万况45阮？ 90181npodo/UKUWbHQCfnb 喩｝岁8叫3 cgm，万况45阮？ 90181npodo/UKUWbHQCfnb 喩｝岁8叫3 cgmРис. 86. Зависимость числа клеток печени крыс с индуцированными облучением хромосомными аберрациями (/) от продолжительности у-облучения в суммарной дозе 1,5 Гр по сравнению с контрольными животными (2) соответствующего возраста： количество клеток с индуцированными об лучением аберрациями (/1) вычислено по формуле 4 = (Л1о—Л1к)/(100- Мк)*100, где Мо — число аберрантных клеток у облу ценных животных, Л1к - то же, у кон трольн ы\ крыс соответствующего воз раста

，万况45阮？ 90181

npodo/UKUWbHQCfnb 喩｝岁8叫3 cgm

，万况45阮？ 90181

npodo/UKUWbHQCfnb 喩｝岁8叫3 cgm

куляризации» в условиях повторного облучения с интервалом в 24 ч выявился четкий эффект восстановления (рис. 85). Не исключено, что эти различия связаны не только с разными критериями, но и с величинами доз и объемов облученных тканей.

До недавнего времени считали, что в печени не происходит репарации после облучения. Основанием для этого служили результаты экспериментов, в которых число клеток с хромосомными аберрациями, учитываемых при посттравматической регенерации, не снижалось, даже если между облучением и удалением доли печени (стимулирующим регенерацию) проходило несколько месяцев (М. Альберт, 1958), Не уменьшалось число аберрантных митозов и при двукратном облучении в дозах 2,5 Гр с интервалом в 7 сут по сравнению с однократным облучением в дозе 5 Гр. Однако в последующем при хроническом (X. Куртис и др., 1964; Г. Ф. Палыга и др., 1964; П. Ноуэлл, 1965) и фракционированном (О. П. Ольшевская и др., 1968) облучении в относительно малых дозах (0,007—0,1 Гр/сут) было обнаружено ослабление эффекта индуцирования хромосомных аберраций вследствие репарации хромосом.

На рис. 86 приведены оригинальные результаты экспериментов на крысах, подвергнутых хроническому у-облучению в суммарной дозе 1,5 Гр при разной мощности дозы от 〜0,0083 до 0,1 Гр/сут; соответственно продолжительность облучения варьировала от 180 до 15 сут. При этом выход хромосомных аберраций в клетках регенерирующей печени значительно снижался с уменьшением мощности дозы, и при наименьшей интенсивности облучения число аберрантных клеток не превышало их числа в контроле (у животных того же возраста). Анализ этого явления с учетом возможной элиминации поврежденных клеток в процессе естественного самообновления печени позволил сделать вывод о возможности репарации поврежденных хромосом.

Значительное ослабление цитогенетического эффекта в клетках печени наблюдалось и при фракционированном облучении. Как выяснилось, 10—100-кратное фракционирование дозы 0,1; 1 или 3 Гр приводи-

ло к значительному ослаблению повреждающего эффекта. При этом ни изменение разовой дозы (0,007—0,3 Гр), ни увеличение интервала между дозами (1 — 10 сут) не влияло на степень ослабляющего эффекта фракционирования.

Сопоставление результатов опытов с хроническим и фракционированным облучением (табл. 10) позволяет сделать вывод, что коэффициент снижения эффекта при различных режимах фракционирования изменяется в основном от 0,33 до 0,49. Примерно такая же степень ослабления эффекта наблюдалась и при хроническом облучении, когда мощность дозы составляла 1J-10~5 и 3,5 • 10~5 Гр/мин. Однако, как уже упоминалось, последующее снижение мощности дозы ослабляет повреждающий эффект радиации вплоть до полного исчезновения: при мощности дозы 0,58-10~5 Гр/мин коэффициент снижения эффекта равен 1 (рис. 87).

Эти факты можно рассматривать как подтверждение существования репарации первичных нарушений, ведущих к хромосомным перестройкам в клетках печени. Суточный интервал между двумя дозами фракционированного облучения достаточен для репарации всех обратимых повреждений: увеличение интервала до 10 сут не приводило к дальнейшему снижению числа аберрантных митозов (табл. 10).

Рассматриваемые результаты и выводы отнюдь не противоречат данным о консервации хромосомных повреждений» полученным в условиях, когда между облучением печени и первым митозом проходило более суток: возможно, что за это время репарация уже завершалась и регистрировались только необратимые повреждения хромосом.

О реальности феномена восстановления хромосом в клетках печени свидетельствует и отсутствие различий между однократным и фракционированным облучением нейтронами (X. Куртис, 1964), вызывающими нерепарируемые повреждения.

Рис. 87. Зависимость ослабления цитогенетического эффекта в клетках печени крыс от мощности дозы излученияРис. 87. Зависимость ослабления цитогенетического эффекта в клетках печени крыс от мощности дозы излученияВ рассмотренных работах исследовали восстановление при облучении покоящихся клеток печени, находящихся на стадии Go. Позднее были опубликованы данные Е. Ког- гла (1966) о восстановлении клеток печени, находящихся на стадиях S и Gi, причем более интенсивном, чем на стадии Go. Данные о восстановительных процессах в печени получены не только на хромосомном уровне.

Рис. 87. Зависимость ослабления цитогенетического эффекта в клетках печени крыс от мощности дозы излучения

Рис. 87. Зависимость ослабления цитогенетического эффекта в клетках печени крыс от мощности дозы излучения

Таблица 10. Хромосомные аберрации в клетках регенерирующей печени крыс при однократном, фракционированном и хроническом облучении (по Г. Ф. Палыге и др., 1966; О. П. Ольшевской н “р.* 1968)

Режим облучения

Суточная доза, Гр

Мощность дозы. Гр/мин

Число фракций

Интервал между отдель- ннмн фракция* мн, сут

Коэффнциен! снижения эффекта, a-炉

0

1,5

Однократ-

1,5

0.26

0

ное

ОД

7 •"5

—

—

0,37

5-Ю"2

3,5 • 10-5

—

—

0,39

1,5

Хрониче-

з.з-ю-2

2310—5

—

0,52

ское

2,5・ IO—

1710-5

—

—

0,64

1710-2

1,510-5

—

——

0,73

8,370-3

0,58 10-5

—

—

1

0,7

Однократ-'

0,7

—

—

0

ное

0,7

Фракцио

7・10-з

1,8-10-2

100

1 0,42±0,1

нированное

3,5 "О-

1,8-10-2

20

】；5

7-Ю-2

1,8.10-2

10

1: 10

1

Однократ

ное

1

1,8-10-2

—-

—

0

1

Фракционированное

0,1

1,810-2

10

10

0,33±0,05

3

Однократ

3

0,39

—

0

ное

3

Фракцио

0,1

0J8

30

[

нированное

0,25

0,39

12

1

0.49 土 0,04

0,3

0,39

10

0

0,1

0,18

30

1 С

0

0,3

0,39

10

1 С

0

1 а ——число клеток с хромосомными аберрациями при однократном облучении； b — то же, при фракционированном или хроническом облучении.

На рис. 88 приведены результаты экспериментов, выполненных в лаборатории автора с целью изучения темпа регенерации печени после частичной гепатэктомии у интактных крыс и влияния на этот процесс облучения. В первой серии опытов область печени подвергали фракционированному локальному рентгеновскому облучению в суммарной дозе 33 Гр (по 5,6 Гр 1 раз в неделю в течение 6 нед). Установлено, что восстановление массы печени в контроле заканчивается к 5-м сут после операции, тогда как к этому сроку в опыте восстанавливается лишь 60% исходной массы. Во второй серии опытов была изучена зависимость степени радиационного подавления регенерации печени от дозы излучения. Для этого четыре группы крыс были подвергнуты локально-

Рис. 88. Динамика регенерации печени крыс после фракционированного локального облучения в суммарной дозе 33 Гр (3, 4) по сравнению с необлученным контролем (/, 2) (по Н. Л. Шмаковой, 1979):/, 3 — сырая масса печени, 2, 4 ~ сухая масса печени; каждая точка — данные по 10—15 живот нымРис. 88. Динамика регенерации печени крыс после фракционированного локального облучения в суммарной дозе 33 Гр (3, 4) по сравнению с необлученным контролем (/, 2) (по Н. Л. Шмаковой, 1979):/, 3 — сырая масса печени, 2, 4 ~ сухая масса печени; каждая точка — данные по 10—15 живот ным

Рис. 88. Динамика регенерации печени крыс после фракционированного локального облучения в суммарной дозе 33 Гр (3, 4) по сравнению с необлученным контролем (/, 2) (по Н. Л. Шмаковой, 1979):

/, 3 — сырая масса печени, 2, 4 ~ сухая масса печени; каждая точка — данные по 10—15 живот ным

Рис. 88. Динамика регенерации печени крыс после фракционированного локального облучения в суммарной дозе 33 Гр (3, 4) по сравнению с необлученным контролем (/, 2) (по Н. Л. Шмаковой, 1979):

/, 3 — сырая масса печени, 2, 4 ~ сухая масса печени; каждая точка — данные по 10—15 живот ным

му рентгеновскому облучению области печени в суммарных дозах 15,7； 19,6; 23,6 и 31,4 Гр соответственно по 3J4; 3,92; 4,72 и 6,22 Гр 1 раз в неделю в течение 5 нед. Темп регенерации при различных дозах определяли по массе регенерата на 4-е сут после операции. Установлено, что степень радиационного подавления скорости посттравматической регенерации печени увеличивается с дозой излучения и в исследованном интервале доз эта зависимость приближается к линейной (рис. 89).

Приведенные данные еще раз демонстрируют, что деление тканей на радиочувствительные и радиоустойчивые весьма условно и во многом определяется избранным критерием. В частности, при использовании такого показателя, как интенсивность регенерации, печень может быть отнесена к достаточно радиочувствительным органам, хотя морфологические изменения в ней выявляются только при крайне высоких дозах излучения.

В то же время в печени можно наблюдать и явление репарации на клеточном уровне. Так, по данным И. В. Шиффер, при однократном облучении области печени крыс в дозе 10 Гр теми ее регенерации также был сильно подавлен, однако после хронического общего облучения животных в течение 30 сут при той же суммарной дозе 10 Гр скорость регенерации не отличалась от контрольной.

В приведенных примерах на ряде малообновляющихся тканевых систем продемонстрировано, что скрытое лучевое повреждение, длительное время сохраняемое 8 ткани, проявляется s подавлении посттравма-

тической регенерации, вызываемой не только сразу после облучения, но и через много месяцев после него.

С подавлением физиологической регенерации связана и способность тканей кумулировать эффект лучевого повреждения при длительном фракционированном облучении или при непрерывном облучении с малой мощностью дозы. Для обновляющихся систем суммация повреждения выраже* на гораздо меньше: при интенсивной физиологической регенерации поврежденные клетки успевают быстро элиминироваться и замещаться здоровыми.

Важно обратить внимание на то, чю консервация лучевых повреждений в слабо обновляющихся тканях не абсолютна. Некоторое ослабление эффекта облучения отмечали при длительных сроках между облучением и стимулированием регенерации механической травмой, особенно при умеренных дозах. Более отчетливо явления репарации обнаруживались в неполной суммации повреждающего действия при фракционированном облучении и при длительных облучениях с малой мощностью дозы. Эти результаты наблюдали в опытах на сухожилии, при резекции периферического нерва, образовании коллатеральных сосудов и особенi»o в опытах на регенерирующей печени.

Учитывая, что в исследованные сроки в указанных тканевых системах практически невозможно полное обновление клеток, которое могло бы объяснить восстановление регенерационной способности тканей замещением поврежденных клеток, наблюдавшиеся явлен и я восстановления следует отнести частично к репарац//и лучевого повреждения на клеточном уровне.

Рис. 89. Зависимость степени радиационного подавления регенерации печени крыс от дозы излучения:Рис. 89. Зависимость степени радиационного подавления регенерации печени крыс от дозы излучения:A's点百hXA's点百hX/ - -сырая масса, 2 - сухаямасса/ - -сырая масса, 2 - сухаямассаВосстановление после лучевого поражения путем элиминации поврежденных клеток и репарации на клеточном уровне в большинстве случаев протекает одновременно и потому значение каждого из этих способов восстановления в отдельности учесть трудно.

Рис. 89. Зависимость степени радиационного подавления регенерации печени крыс от дозы излучения:

Рис. 89. Зависимость степени радиационного подавления регенерации печени крыс от дозы излучения:

A's点百hX

A's点百hX

/ - -сырая масса, 2 - сухаямасса

/ - -сырая масса, 2 - сухаямасса

Однако восстановление на клеточном уровне все же возможно изучать изолированно, но в ограниченный период времени, позволяющий гарантировать отсутствие роли элиминации клеток или их замещения. Очевидно, в интенсивно пролиферирующих тканях этот срок короток, у стабильных систем он должен длиться неопределенно дол го, у слабо обновляющихся он относительно невелик.

• Итак, в организме млекопитающих после облучения наряду с деструктивными процессами происходит и восстановление, осуществляемое на разных уровнях организации объекта. Одним из них является пролиферация тканей критических органов за счет сохранивших ж из нес пособность клеточных элементов — стволовых клеток костного мозга и кишечника. Наряду с пролиферацией в организме может происходить и репарация на клеточном уровне.

Восстановление, отражая отдельные проявления действия радиации на организм, протекает в разных тканях с различной скоростью; некоторая доля повреждений может оставаться необратимой. Наибольшая скорость репарации характерна для активно пролиферирующих тканей. Репарация малообновляющихся тканей протекает значительно медленнее, проявлясь, в частности,

в ослаблении торможения посттравматической регенерации по мере увеличения интервала между облучением и нанесением травмы, а также при уменьшении мощности дозы или ее фракционировании.

Что понимают под восстановлением организма после облучения и чем оно в основном определяется?

Расскажите о динамике радиорезистентности организма в раннем пострадиационном периоде.

Что такое необратимая компонента поражения?

В чем состоят особенности повреждения и восстановления малообнов* ляющихся тканей?

На примере экспериментов с регенерирующей печенью расскажите о восстановлении от повреждений генетического аппарата.

Радиобиологические принципы решения проблем радиотоксикологии. Пути поступления и распределения радионуклидов в организме. Особенности поражения органов и систем отдельными радионуклидами и продуктами ядерного деления.Радиобиологические принципы решения проблем радиотоксикологии. Пути поступления и распределения радионуклидов в организме. Особенности поражения органов и систем отдельными радионуклидами и продуктами ядерного деления.

Радиобиологические принципы решения проблем радиотоксикологии. Пути поступления и распределения радионуклидов в организме. Особенности поражения органов и систем отдельными радионуклидами и продуктами ядерного деления.

Радиобиологические принципы решения проблем радиотоксикологии. Пути поступления и распределения радионуклидов в организме. Особенности поражения органов и систем отдельными радионуклидами и продуктами ядерного деления.

Нельзя потушить пламя, если лить воду только в середину огня.

Г. Putuap

БИОЛОГИЧЕСКОЕДЕЙСТВИЕИНКОРПОРИРОВАННЫХРАДИОАКТИВНЫХВЕЩЕСТВ

В атомную эру человек может подвергаться не только дополнительному внешнему облучению, но и воздействию инкорпорированных радиоактивных веществ. Этот последний вид воздействия в профессиональных условиях приобретает преимущественное значение. Количественная оценка радиобиологических эффектов, развивающихся под влиянием поступивших в организм радионуклидов, составляет самостоятельную и сложную задачу. Комплексным изучением этих вопросов специально занимаются радиационные гигиенисты, радиотоксикологи и физики-дозиметристы. Здесь будут рассмотрены лишь наиболее общие аспекты этой актуальной проблемы для того, чтобы показать, что ее решение целиком основано на радиобиологических принципах, учитывающих прежде всего связь эффекта с дозой излучения, временем воздействия и клеточно-кинетическими параметрами облучаемых органов и систем.

С детальным рассмотрением этих во-

просов можно ознакомиться в монографии Д. П. Осанова и И. А. Лихтарева (1977), которая, с любезного разрешения авторов, послужила основой данной главы.

ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВВ ОРГАНИЗМ

Радиоактивные вещества могут поступать в организм тремя путями: с пищей и водой в желудочно-кишечный тракт, через легкие и кожу. Наиболее важным и потенциально опасным является ингаляционное поступление радионуклидов. Этому способствует огромная дыхательная поверхность альвеол, площадь которой 〜100 м2 (в 50 раз больше, чем поверхность кожи).

Радиоактивность воздуха может быть обусловлена содержанием в нем радиоактивных газов или аэрозолей в виде пыли, тумана или дыма. Доля радионуклида, задержанная в дыхательном системе, зависит от размера частиц, минутного объема и частоты дыхания.

Дальнейшая судьба отложившихся в дыхательных путях радионуклидов также связана с размерами радиоактивных частиц, их физикохимическими свойствами и транспортабел ьностью в организме. Хорошо растворимые вещества в основном быстро (в несколько десятков минут) резорбируются в кровеносное русло, а затем, в процессе обмена веществ, откладываются в определенных органах и системах организма или выводятся. Нерастворимые или слаборастворимые вещества, осевшие в верхних дыхательных путях, удаляются из ннх вместе со слизью, после чего с большой вероятностью поступают в же л у дочно- к ишечный тракт, где резорбируются кишечной стенкой. Частицы, осевшие в альвеолярной части легочной ткани, либо захватываются фагоцитами и удаляются, либо мигрируют в лимфатические узлы, освобождаясь из них в течение нескольких месяцев или лет.

При вдыхании нетранспортабельных и короткоживущих радионуклидов органы дыхания по лучевой нагрузке становятся критическими. Транспортабельные радиоактивные вещества с большим периодом полураспада в основном резорбируются в самой легочной ткани, а также частично заглатываются и попадают в кровеносное русло при всасывании из кишечника.

Второй по значимости путь — поступление радионуклидов с пищей 〃 водой. Питательные вещества наряду с фоновыми концентрациями естественных радиоактивных веществ могут быть загрязнены искусственными радионуклидами, которые из внешней среды по биологическим' пищевым цепочкам попадают в сельскохозяйственные растения, организмы животных и в конце концов — в продукты питания. Дальнейшая судьба радиоактивных веществ зависит от их растворимости в жидкой среде желудочно-кишечного тракта, х а р а ктериз ующей - ся в различных его участках разными показателями pH. Так, например,

многие растворимые соединения нуклидов, редкоземельных и трансурановых элементов, в частности плутония, при щелочном pH кишечника превращаются в нерастворимые гидрооксиды. Возможно и обратное, когда относительно плохо растворимые в воде вещества в жидкой среде желудочно-кишечного тракта превращаются в растворимые компоненты, хорошо всасывающиеся в кровь через эпителий кишечника. Именно поэтому Международная комиссия по радиационной защите (см. гл. 17) рекомендует отказаться от термина «растворимость», заменив его термином «транспортабельность».

В организм поступает лишь некоторая часть попавших в кишечник радионуклидов, большая часть их проходит《транзитом》и удаляется из кишечника.

Во время нахождения радиоактивных веществ в пищеварительном тракте происходит облучение кишечника, причем короткопро- бежные а- или Р-частицы облучают только его стенку, а у-кванты достигают и других внутренних органов, расположенных в брюшной полости и грудной клетке.

Таким образом, в случае поступления радиоактивных веществ в организм с продуктами питания и водой, когда отдельные участки кишечника поглощают значительную часть энергии испускаемых частиц, желудочно-кишечный тракт становится критическим оозд^^— 一

Здесь уместно дать расширенное толкование критического органа по сравнению с определением, данным при описании радиационных синдромов, возникающих в условиях внешнего облучения (см. гл. 10). • Орган тела человека является критическим, если он: а) получает наибольшую дозу или усваивает наибольшее количество радионуклидов; б) играет наиболее важную роль (или необходим) для нормального функционирования всего организма; в) обладает наибольшей радиочувствительностью, т. е. повреждается самой низкой дозой излучения по сравнению с другими органами.

С учетом различий в радиочувствительности, наблюдающихся в пределах одного органа, а также неоднородности распределения доз в его отдельных участках, особенно сказывающемся на действии инкорпорированных радионуклидов, критическими могут оказаться отдельные участки органа или его клеточные популяции, например базальный слой эпидермиса в коже, эпителий крипт кишечника, бронхиальный эпителий и активные остеобласты скелета.

Наименее изучен путь поступления радиоактивных веществ через кожу, которая до недавнего времени считалась для них эффективным барьером, в связи с чем проникновением радионуклидов чер^з неповрежденные покровы пренебрегали. Однако в последующем было установлено, что радионуклиды, как и другие вещества, в составе жидких и газообразных соединений проникают через кожу животных и человека достаточно быстро в измеримых, а иногда и в значительных количествах. Так, скорость проникновения в организм человека паров окси-

да трития и газообразного йода через неповрежденную кожу сравнима со скоростью проникновения этих веществ через дыхательные пути, а количество плутония, проникающее в организм вследствие загрязнения кожи его водорастворимыми соединениями, не меньше, чем при поступлении в желудок. При приеме радоновой ванны в течение 20 мин в организм проникает через кожу до 4 % Rn.

Проницаемость кожи резко увеличивается при воздействии многих химически активных веществ, например обезжиривающих растворителей, особенно при повреждении рогового слоя эпидермиса, играющего главную роль в барьерной функции кожи. В проиводственных условиях из-за наличия трещин, царапин, ссадин реальная опасность поступления радионуклидов в организм через кожу возрастает.

Значительное влияние на интенсивность подкожного поглощения радионуклидов оказывают температура и влажность окружающей среды.

Радионуклиды, проникающие через кожные покровы, создают опасность облучения самой кожи н тех внутренних органов, куда они доставляются кровотоком. При оценке облучения кожи обычно ограничиваются определением дозы, получаемой базальным слоем эпидермиса, расположенным у человека на глубине 50—150 мкм, где сосредоточены стволовые и пролиферирующие клетки. Однако в последнее время становится очевидной важность учета облучения и более глубоких слоев кожи, в зоне гемо- и лимфомикроциркуляции, обеспечивающей нормальный обмен веществ в клетках эпидермиса.

Радиационные повреждения внутренних органов радионуклидами, проникшими через кожу, не отличаются по характеру от наблюдаемых при поступлении радиоактивных веществ через желудочно-кишечный тракт и через легкие и связаны прежде всего с дозой излучения и ее п ростр а нствен н ым распределением.

132 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИНКОРПОРИРОВАННЫХРАДИОНУКЛИДОВ В ОРГАНИЗМЕ

«Судьба» поступивших в организм радионуклидов зависит от их свойств и химической природы. Одни из них в виде растворов удаляются с мочой, другие могут быть задержаны в организме на различные сроки.

• Существует три основных типа распределения радионуклидов в организме ——скелетный, ретикулоэндотелиальный и диффузный. Скелетный тип характерен для нуклидов щелочно-земельной группы элементов — Са, Sr, Ba, Ra, накапливающихся в минеральной части скелета, а также некоторых соединений плутония и тория, задерживающихся в костной ткани. Ретикулоэндотелиальное распределение присуще нуклидам редкоземельных элементов — Се, Pr( Pm, а также Zn, Th, Am и трансурановым

элементам. По диффузному типу распределяются щелочные элементы ——К, Na, Cs, Rb, а также нуклиды Н, N, С, Ро и некоторых других элементов.

Известны отдельные случаи высокой избирательности распределения. Так, изотопы I накапливаются исключительно в щитовидной железе.

Очевидно, что «органотропные» радионуклиды опаснее «диффузных», так как их концентрации в тканях, а следовательно» и тканевые дозы при прочих равных условиях всегда имеют большую величину L

В процессе транспорта радионуклиды задерживаются в тех тканях, в составе которых имеются стабильные элементы, аналогичные им по химическим свойствам. Так как химический состав важнейших органов и тканей человека в настоящее время изучен достаточно хорошо, с определенной вероятностью можно предсказать, в какие ткани или органы попадет тот или иной радионуклид.

Процесс перехода радионуклидов из межклеточной жидкости в органы завершается в течение определенного отрезка времени, истинное значение которого пока неизвестно, но тем не менее экспериментальные данные свидетельствуют о том, что оно невелико. Так, плазма крови очищается от переходящих в скелет стронция и кальция за 4——10 ч. Йод обнаруживается в щитовидной железе уже через несколько минут после внутривенного введения, а полный переход его из крови в щитовидную железу заканчивается в течение 10—15 ч. Уран выводится из тока крови за 12 ч.

Кроме описанного макрораспределения радионуклидов в организме необходимо учитывать их микрораспределение в различных органах и тканях человека и животных. Методом авторадиографии было показано, что остеотропные элементы, такие, как Sr и Ra, накапливаются преимущественно в растущих участках трубчатых костей — метафизах и эпифизах, распределяясь там неравномерно и образуя так называемые горячие пятна. Аналогичные локальные неоднородности распределения отмечаются и для других радионуклидов, например для Ри и Th —— в легких, скелете, печени; I ——в щитовидной железе.

Неоднородность распределения излучателя в ткани влияет на характер распределения, величину и мощность тканевой дозы, что особенно существенно, если тканевые микроструктуры с повышенной концентрацией излучателя имеют высокую радиочувствительность, а пробеги испускаемых им частиц сравнимы с линейными размерами этих микроструктур.

Значительные неоднородности распределения тканевых доз наблю-

Здесь речь идет о поступлении в организм относительно небольших количеств радионуклидов, возможном в производственных условиях. В случае острой интоксикации, вызванной большими количествами радиоактивных веществ, диффузный тип распределения приводит к острой лучевой болезни со всеми вытекающими последствиями.

даются вокруг радиоактивных частиц в органах дыхания, в этом случае отношение f>max/Z)min оказывается порядка нескольких сотен.

Следствием больших неоднородностей микрораспределения радионуклидов в ткани являются специфически формирующиеся патологические процессы, например цирроз печени, очаги склероза в легких и изменения в костной ткани, в том числе образование остеосарком.

РАДИОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОРАЖЕНИИИНКОРПОРИРОВАННЫМИ РАДИОНУКЛИДАМИ

В радиобиологических исследованиях для количественной оценки уровня внутреннего облучения, как и в случаях внешнего воздействия, используют поглощенную дозу, выраженную в греях, учитывая коэффициенты ОБЭ. Однако следует помнить все ограничения применимости концепции ОБЭ, описанные в гл. 8. Применительно к воздействию инкорпорированных изотопов это особенно важно, ибо специфика внутреннего облучения, связанная с резко выраженной неравномерностью распределения инкорпорированных излучателей, их энергии и интенсивности, затрудняет использование ОБЭ. Исключение составляют случаи равномерного распределения радионуклидов во всех тканях организма или их накопления в органах, доступных для изолированного внешнего облучения.

При оценке малых уровней облучения, ограниченных областью радиационной защиты, используют эквивалентную дозу, рассчитываемую с помощью модифицирующих коэффициентов, учитывающих прежде всего характерные для инкорпорированных изотопов специфические концентрационные и временные условия формирования тканевых доз (см. гл. 17).

При попадании в организм больших количеств радиоактивных веществ, что чаще всего происходит в чрезвычайных условиях, развивается острое лучевое поражение, особенности которого определяются специфическими чертами инкорпорированного нуклида. Например, при инкорпорации радиоактивных изотопов Р или Na, отличающихся относительно коротким периодом полураспада, равномерным распределением и достаточно жестким излучением, возникает типичная острая лучевая болезнь, не отличающаяся от развивающейся при внешнем общем облучении. При попадании органотропных радионуклидов в организм разыгрываются различные варианты лучевого поражения с п реи мущественными проявлениями в тканях (где дозовая нагрузка максимальна), которые в этом случае становятся критическими.

Существенная особенность поражений при внутреннем облучении состоит в том, что особую опасность в таких случаях приобретают радионуклиды тяжелых элементов, испускающие не только 0・,но и а-час- тицы. Обладая высокой ОБЭ, эти излучения, несмотря на малую проникающую способность, вызывают тяжелые повреждения эндотелия

и эпителия воздухоносных путей и кишечника, в которых они теряют весь запас своей энергии.

Другая особенность биологического действия инкорпорированных излучений определяется тем, что в отличие от внешнего облучения, при котором роль организма пассивна, при внутреннем облучении организм играет активную роль в формировании тканевых доз из- за наличия транспортных и метаболических процессов, обусловливающих накопление и выведение радионуклидов из определенных органов и тканей.

Существуют трудности, связанные с дозиметрией излучения инкорпорированных изотопов, главной задачей которой является исследование пространственного и временного распределения поглощенной дозы на основе кол ичествен ного описания кинетики распределения концентрации радионуклидов по всем тканям и органам и с учетом ЛПЭ. Решение этой задачи, как справедливо указывают Д. П. Осанов и И. А. Лихтарев (1977), возможно только при условии теоретического и экспериментального определения количества радионуклидов в организме и кинетики их поведения в зависимости от анатомических и физиологических особенностей организма в целом и его отдельных тканей, органов и систем с учетом их цитокинетических характеристик.

ОСОБЕННОСТИ ПОРАЖЕНИИ ПРОДУКТАМИЯДЕРНОГО ДЕЛЕНИЯ

Наибольшее практическое значение имеет изучение различных аспектов биологического действия различных инкорпорированных радионуклидов, попадающих в организм человека в профессиональных условиях. Наряду с этим, однако, в чрезвычайных обстоятельствах военного времени, а также в аварийных случаях в результате взрыва ядерного устройства может возникнуть поражение попавшими в организм продуктами ядерного деления (ПЯД). Согласно обзору И. Я. Василенко (1981) клиника и патогенез таких поражений имеют свои особенности.

Продукты ядерного деления представляют собой смесь более чем 200 радиоактивных изотопов 36 элементов средней части (от Zn до Gd) периодической системы Менделеева. Поступая в организм, они в процессе обмена заменяют стабильные элементы и при распаде образуют нуклиды соседних групп периодической системы. Такие трансмутационные эффекты, а также возможность химических перестроек в результате радиоактивной отдачи, происходящей при эмиссии Р-час- тиц и нейтронов, определяют некоторое своеобразие биологического действия ПЯД, которое в основном зависит от дозы, поглощенной органами преимущественного распределения радионуклидов, а также времени их полураспада и скорости выведения.

По способности накапливать радионуклиды основные органы располагаются следующим образом: щитовидная железа (максимум),

печень, кишечник, почки, скелет, мышцы. Уровень радиоактивности нуклидов в организме быстро снижается в результате распада короткоживущих изотопов. Так, в опытах на собаках уже через несколько часов после введения ПЯД в «возрасте» 6——8 ч уровень радиоактивности снижался до нескольких процентов от исходного, через 1 мес ——до 1 %, а через 3 мес — до десятых долей процента; содержание радиоактивных продуктов у пострадавших жителей Маршалловых островов к 82-му дню снизилось в 57 раз.

По скорости выведения нуклидов органы располагаются несколько иначе: щитовидная железа (максимум), печень, почки, селезенка, кожа, мышцы, скелет. В результате быстро меняется и дозовая нагрузка, причем различия в поглощенных дозах в органах значительны (от 10 до 103 раз). Например, при введении ПЯД в《возрасте》36 ч собакам соотношение поглощенных доз в щитовидной железе, кишечнике, печени и скелете было соответственно 1000:100:10:1. В самих органах, как свидетельствуют данные радиоавтографии, радионуклиды накапливаются также неравномерно, поэтому с учетом микрораспределения различия увеличиваются. Наконец, в формировании дозовых нагрузок принимают участие радионуклиды, циркулирующие в кровн, что играет большую роль в период резорбции ПЯД, особенно для органов с интенсивным кровоснабжением.

Исходами острого поражения ПЯД могут быть клиническое выздоровление (через 2—3 мес), переход болезни в хроническую форму или смерть. Причиной смерти являются прежде всего повреждения желудочно-кишечного тракта и органов дыхания, приводящие к обезвоживанию организма, потере солей и интоксикации. Деструктивные изменения в других органах способствуют развитию острой сосудистой недостаточности.

Восстановительные процессы начинаются сразу же после поступления ПЯД в организм, однако они протекают в условиях продолжающегося облучения, вследствие чего их интенсивность находится в сложной зависимости от ряда факторов, характеризующих физические свойства нуклидов и состояние организма.

Естественно, что исход поражения инкорпорированными радионуклидами любой природы прежде всего зависит от эффективности выведения их из организма, на что и направлены лечебные мероприятия (см. гл. 18).

В

Каковы основные пути поступления радионуклидов в организм и типы их распределения в нем?

Чем определяются особенности поражения, вызванного инкорпориро* ванными радионуклидами?

Дайте расширенную характеристику критического органа при ннкорпо* рировании радионуклидов.

14

Половины споров не существовало бы, если бы люди договорились об определениях.

Р. Декарт

Опосредованные реакции в клетках и тканях облученного организма. Дистанционные эффекты облучения в системе кроветворения и некритических системах. Угнетение иммунитета. Изменения основных биохи* мических процессов обмена веществ не разных этапах лучевого поражения организма.Опосредованные реакции в клетках и тканях облученного организма. Дистанционные эффекты облучения в системе кроветворения и некритических системах. Угнетение иммунитета. Изменения основных биохи* мических процессов обмена веществ не разных этапах лучевого поражения организма.ОПОСРЕДОВАННЫЕЭФФЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ.НАРУШЕНИЕ ОБМЕНАВЕЩЕСТВ И ИЗМЕНЕНИЯ

Опосредованные реакции в клетках и тканях облученного организма. Дистанционные эффекты облучения в системе кроветворения и некритических системах. Угнетение иммунитета. Изменения основных биохи* мических процессов обмена веществ не разных этапах лучевого поражения организма.

Опосредованные реакции в клетках и тканях облученного организма. Дистанционные эффекты облучения в системе кроветворения и некритических системах. Угнетение иммунитета. Изменения основных биохи* мических процессов обмена веществ не разных этапах лучевого поражения организма.

В НЕКРИТИЧЕСКИХСИСТЕМАХ ОРГАНИЗМА

ОПОСРЕДОВАННЫЕ ЭФФЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ

И ИХ РОЛЬ В ИСХОДЕПОРАЖЕНИЯ ОРГАНИЗМА

При рассмотрении клеточной радиобио' логии, вопросов теории биологического действия радиации и особенно радиобиологических эффектов в организме — лучевой болезни, неоднократно были описаны проявления различных лучевых реакций, которые либо допускали другую интерпретацию, либо просто не могли быть объяснены с позиций непосредственного действия ионизирующего излучения.

Наиболее яркий пример такого рода опосредованных реакций — известное с давних пор болезненное состояние пациентов, подвергающихся локальному радиационному воздействию при лучевой терапии, которое по сходству с алкогольной интоксикацией организма получило название рентгеновского похмелья.

Независимо от конкретных механизмов первичная реакция, развивающаяся при общем облучении или при массированном облучении определенных сегментов тела, также не может быть объяснена повреждением критических систем и требует признания ее опосредованного или дистанционного характера.

Не поддаются объяснению и локальные тканевые реакции, например ранняя преходящая эритема кожи, развивающаяся совершенно независимо от повреждения эндотелия сосудов и тем более от повреждения клеток кожи, так как она появляется задолго до этих изменений. • Все это свидетельствует о том, что в облученном организме серьезные повреждения одних тканей и систем неизбежно вызывают реактивные или взаимосвязанные изменения в других, относительное значение которых в патогенезе и исходе поражения нуждается каждый раз в оценке, учитывающей его конкретные особенности.

Наличие опосредованных радиационных влияний требует учета их определенного участия в любых лучевых реакциях, включая реакции клеточных популяций, подвергающихся локальному облучению в организме и находящихся под контролем его регулирующих систем и гуморальных факторов. Отсюда возникает задача расчленения непосредственного и опосредованного компонента в реакциях организма на облучение на всех уровнях организации, решение которой усложняется по мере усложнения объекта излучения.

Далеко не просто отнести многочисленные функциональные, биохимические и даже структурные нарушения органов и тканей к той или иной категории непосредственных или опосредованных реакций в организме. Во многих случаях эти вопросы пока еще являются предметом дискуссии и дальнейшего изучения. Останавливаясь лишь на отдельных сторонах данной проблемы, прежде всего во избежание недоразумений в понимании ее сути, необходимо коротко рассмотреть вопросы терминологии.

Иногда непосредственные и опосредованные эффекты ионизирующих излучений обозначают соответственно как прямое и непрямое или первичное и вторичное действие. Использование этих терминов для обозначения непосредственных и опосредованных лучевых реакций нецелесообразно, так как в радиобиологии им придается другой, физикохимический смысл (см. гл. 5).

Кроме того, опосредованное влияние ионизирующих излучений часто называют дистанционным \ поскольку во многих случаях вызываемые ими эффекты проявляются вне облученных тканей. Однако, по мнению А. Г. Свердлова, много лет занимающегося данной проблемой,

丄 В иностранной литературе этому термину соответствует выражение abscopal effect (от лат. ah —— приставка, обозначающая удаление; scopos —— цель, мишень).

эти понятия нельзя считать синонимами. Их значения могут совпадать, если рассматривать изменения вне облученного поля, ибо в этом случае опосредованное влияние одновременно является и дистанционным. Повреждение же облученных клеток и тканей может быть не только непосредственным, но и опосредованным, совсем не будучи дистанционным или, являясь интегральной реакцией, включает дистанционное влияние в качестве одного из компонентов.

«Иными словами, дистанционное действие всегда опосредованное, но опосредованное не всегда дистанционное. Термин «опосредованное» действие радиации более выражает сущность описываемого явления и поэтому заслуживает предпочтения» (А. Г. Свердлов, 1968).

ОПОСРЕДОВАННОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИИ НА КРОВЕТВОРЕНИЕ

Одним из распространенных способов выявления опосредованных, а именно дистанционных эффектов ионизирующих излучений является локальное облучение какого-либо сегмента тела с последующим сравнительным наблюдением за состоянием системы кроветворения в об

лученном и экранированном участках.

Как показали результаты экспериментов, проведенных на животных разных видов, гибель и исчезновение клеток костного мозга происходят не только в облученных, но и в экранированных зонах, однако в последних они выражены в значительно меньшей степени.

ному (одна конечность экранирована) рентгеновскому облучению в дозе 10 Гр (поА. Л. Выгодской, 1967):ному (одна конечность экранирована) рентгеновскому облучению в дозе 10 Гр (поА. Л. Выгодской, 1967):/ ——облученный костный мозг, 2 — экранированный костный мозг, 3 — костный мозг при мнимом облучении (контроль)/ ——облученный костный мозг, 2 — экранированный костный мозг, 3 — костный мозг при мнимом облучении (контроль)На рис. 90 приведена динамика опустошения костного мозга крыс в течение первых 48 ч после облучения, изученная на 300 животных. В экранированном участке наблюдалось уменьшение общего числа клеток костного мозга уже через 1,5—3 ч после облучения; эффект достигал максимума (〜25 %) к тес

ному (одна конечность экранирована) рентгеновскому облучению в дозе 10 Гр (по

А. Л. Выгодской, 1967):

ному (одна конечность экранирована) рентгеновскому облучению в дозе 10 Гр (по

А. Л. Выгодской, 1967):

/ ——облученный костный мозг, 2 — экранированный костный мозг, 3 — костный мозг при мнимом облучении (контроль)

/ ——облученный костный мозг, 2 — экранированный костный мозг, 3 — костный мозг при мнимом облучении (контроль)

тому часу и сохранялся на этом уровне до конца наблюдения.

Не исключено, что в первые 3 ч значительная часть эффекта является результатом стресса, вызванного самой процедурой облучения, о чем свидетельствуют результаты специальных опытов, проведенных на 190 крысах, подвергнутых мнимому облучению с выполнением всех связанных с ним процедур (рис. 90, кривая 3). Однако если влияние процедурного стресса и проявляется, то лишь в первые часы после воздействия; в поздние же сроки им можно пренебречь, ибо эффект мнимого облучения снижается к шестому часу, а через 24 ч число клеток костного мозга возвращается к норме.

При анализе изменений числа клеток разных ростков в экранированном участке костного мозга установлено, что причинами его опустошения являются: перераспределение отдельных форменных элементов, подавление процессов клеточного деления при продолжающемся выходе зрелых клеток на периферию и гибель наиболее радиочувствительных элементов (эритробластов, миелобластов и лимфоцитов.

Существуют и другие данные, свидетельствующие о дистанционном влиянии облучения на кроветворение: например, об увеличении числа клеток с хромосомными аберрациями в экранированном костном мозге мышей (Н.Ф. Варакнна, М. Н. Янушевская, 1966), а также в костном мозге крыс после введения им экстракта из тканей облученных животных (Ю. М. Керкис и др., 1964). В экранированном костном мозге крыс наблюдали повышение ультрафиолетовой флуоресценции (С.Н. Александров, 1966). Весьма показательны эксперименты по обнаружению усиления нарушений в костном мозге и селезенке по различным биохимическим и морфологическим показателям при тотальном облучении по сравнению с локальным.

В настоящее время практически отсутствуют данные, свидетельствующие об опосредованном влиянии облучения на периферическую кровь. Имеющиеся суждения на этот счет основаны на неправильной интерпретации лимфопении, наблюдаемой при локальном облучении, которой без достаточных оснований приписывали дистанционную природу. На самом деле причина лимфопении б этих случаях определяется интерфазной гибелью лимфоцитов, проходящих с током крови в сосудах облучаемой зоны.

Приведенные данные о дистанционном действии ионизирующих излучений на кроветворение дают основание считать, что оно вносит какую-то долю в изменения, наблюдаемые и в облученных участках кроветворных тканей, а также при тотальном облучении. Об этом же свидетельствует усиление выраженности дистанционного влияния с увеличением объема облучаемых тканей. Следовательно, такие изменения правильнее назвать опосредованными, тем более что в их формировании принимают участие регулирующие системы организма» в первую очередь центральная нервная и эндокринная системы. Особенно это характерно для участия этих систем в формировании функциональной неполноценности кроветворения в отдаленные сроки после облучения (см. гл. 15).

Оценивая роль опосредованного компонента в общем эффекте лучевого поражения кроветворения, следует отвести ему лишь второстепенное значение. Об этом свидетел ьств у ют результаты экспериментов, показавшие резкое повышение выживаемости облученных животных при экранировании незначительных участков костного мозга или даже при ослаблении их поражения созданием аноксии, например наложением лигатуры на конечности (см. гл. 19). Следовательно, ведущую роль в лучевом поражении кроветворения играют процессы, непосредственно протекающие в молекулах и микроструктурах облучаемых клеток.

143 НАРУШЕНИЯ В НЕКРИТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХОБЛУЧЕННОГО ОРГАНИЗМА

К числу нарушений в некритических системах относятся различные проявления изменений со стороны ЦНС и органов чувств, эндокринной, иммунной, сердечно-сосудистой и пищеварительной (исключая тонкий кишечник) систем, органов выделения, системы дыхания, печени, костно-мышечной системы, органов размножения и других клеточных систем, условно называемых некритическими, так как они не ответственны за непосредственный исход лучевого поражения организма. Это не исключает, однако, их роли в процессах восстановления, а также в отдаленных последствиях облучения. Более того, во многих случаях такого рода нарушения приобретают решающее значение, в связи с чем, как было показано на многочисленных примерах (см. гл. 10—13), понятие радиоустойчивости в отношении этих систем следует понимать как достаточно условное.

Не случайно в последние годы резко повысилось внимание многих исследователей к нарушениям, возникающим в различных стабильных (в цитокинетическом отношении) высокодифференцированных тканях. Это и понятно, ибо теперь, когда большое число вопросов патогенеза острого лучевого синдрома изучено достаточно подробно, выявились «белые пятна» в результате своеобразных «находок» как в эксперименте, так и в клинике, свидетельствующих о весьма существенных для организма нарушениях, 《неожиданно» возникающих в той или другой «нерадиочувствительной» системе.

Такие «находки» в виде функциональных нарушений обнаружены практически во всех органах и системах животных и человека (речь не идет о стойких органических поражениях, обнаруживаемых в поздние сроки: нефросклерозе, пневмосклерозе и др.). Поэтому здесь будут приведены лишь примеры нарушений в сердечно-сосудистой системе (к которой привлечено особое внимание в связи с развитием радиоангиокардиологии).

В нескольких докладах на V Международном конгрессе по радиационным исследованиям было обращено внимание на возникновение ранних изменений в сердце и сосудах. В одном из докладов было показано, что при у-облученин перфузируемых препаратов сердца кроликов сокращаемость миокарда подавлялась, начиная с дозы 9 Гр, а кровоток в коронарных сосудах уменьшался уже при дозе 3 Гр; по достижении дозы 17 Гр изучаемые показатели снижались на 48 и 61 % соответственно.

В другом докладе были показаны два типа механических реакций на облучение, возникающих в сосудах. 1. Немедленный ответ (латентное время ——несколько секунд) —— тонические мышечные сокращения, обратимые через несколько минут (в аорте крыс и лягушек) и полуобратимые (в аорте кролика) при дозах 2,5——10 Гр, а при дозах 10—30 Гр —— немедленная обратимая релаксация почечной артерии ирыс и кроликов. 2. Поздние (латентное время ——несколько минут) и очень медленные (максимум после 1 ч и более) тонические сокращения с большой продолжительностью (> 3 ч) аорты и легочной артерии морских свинок, голубей и цыплят после облучения в дозе 〜30 Гр.

Было также сообщено о развитии отечности мышечной стенки аорты у кроликов (после облучения в дозах 8 и 10 Гр: perистрация с помощью световой микроскопии), предшествовавшей другим видимым изменениям; затем в основном веществе появлялись дискретные кальциевые гранулы, число и размеры которых со временем увеличивались. Электронно-микроскопически обнаруживались изменения в vasa vasorum, дегенерация мышечных клеток, кальцификация, миофибрилл.

Чрезвычайно показательны данные клинических наблюдений за больными лимфогранулематозом (81 человек), подвергавшимися ежедневному у-облучению rt℃o в области грудной клетки (средняя доза на область сердца за 22—35 сеансов 〜45 Гр).

В М% случаев через 12 мес после окончания лечения появились симптомы выпотного перикардита» причем у 24 больных выпот в перикарде был обнаружен рентгенологически. 11 больным была проведена катетеризация отделов правой половины сердца для подтверждения наличия выпота. У 14 больных выпот был преходящим, пяти больным из 11 произведено рассечение перикарда* из-за тампонады сердпа. Механизмы появления пострадиационного перикардита остались невыясненными.

Внимание к изменениям сердечно-сосудистой системы, как и других высокодифференцированных органов и систем, особенно ЦНС и эндокринной системы, впервые было привлечено советскими исследователями. Это самые ранние работы И. Ф. Тарханова и последующие широкоизвестные экспериментальные исследования Л. А. Орбелн, А. В. Лебединского, П. Д. Горизонтова, М. Н. Ливанова, Н. Н. Лифшиц, Ю. Г. Григорьева, Е. И. Воробьева, С. Н. Александрова, а также клинические наблюдения М. И. Неменова, М. П. Дом- тлака, А. К. Гуськовой и другие работы, посвященные проблеме нарушения в регулирующих системах н соматическим эффектам облучения.

УГНЕТЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ ИММУНИТЕТА

Изменениям, которые происходят в иммунной системе, занимающей промежуточное место между критическими и некритическими системами организма, принадлежит особая роль в патогенезе лучевой бо-

лезни. Частично они рассматривались, например, при анализе причин инфекционных осложнений (см. гл. 10), а такие, как временная толерантность (вследствие массовой гибели лимфоцитов, являющихся иммунокомпетентными клетками), будут рассмотрены при описании основ трансплантационной терапии лучевого синдрома (см. гл. 18).

Наиболее демонстративным проявлением радиационного повреждения иммунитета признаны имм унодефици m и повышение ч у ветвительности к возбудителям инфекционных заболеваний, сопровождающиеся количественными и качественными изменениями нормальной микрофлоры организма, в частности кишечника.

Причинами иммунодепрессии и иммунодефицита, развивающихся вскоре после облучения, являются гибель, повреждение функции и миграционных свойств лимфоцитов, а также нарушение количественного соотношения субпопуляций лимфоцитов и их функциональных взаимодействий. Как показали результаты работ А. А. Ярилина (1981), изучавшего клеточные механизмы действия радиации на иммунитет, нарушение нормальных количественных соотношений субпопуляций лимфоцитов обусловлено их различной радиочувствительностью: В-клет- ки более радиочувствительны, чем Т-клетки; Т2-лимфоциты и кортизончувствительные формы поражаются ионизирующей радиацией сильнее, чем, соответственно, Т]-лимфоциты и кортизонустойчивые. Однако численность В-клеток восстанавливается быстрее, чем численность Т-клеток. В результате создающийся сразу после облучения относительный избыток Т-клеток сменяется периодом, когда иммунный ответ лимитирует их численность. Это определяет различную эффективность введения Т -и В-клеток в разные сроки после облучения.

Основное проявление индуцируемого облучения миграционного дефекта лимфоцитов, разумеется, кроме резкого уменьшения их численности, состоит в нарушении способности выживших циркулирующих клеток проникать в лимфатические узлы. Нарушение миграции Т-лимфоцитов 8 лимфатические узлы ——очень устойчивый радиационный эффект, вследствие которого замедляется темп восстановления численности Т-клеток и уровня тимусзависимого ответа, что составляет причину позднего иммунодефицита.

Нормализация функции лейкоцитов осуществляется параллельно с восстановлением их численности и связана, вероятно, с замещением клеток, переживших облучение, вновь образованными. Параллельно с восстановлением функции Т- и В-клеток нормализуется их способность к кооперации.

Значительно менее выражены клеточные нарушения иммунитета при местном облучении, в частности при лучевой терапии. В этом случае активно циркулирующие Т-клетки поражаются в большей степени, чем слабо рециркулирующие В-клетки, что легко объяснить, ибо наблюдающаяся лимфопения при локальных облучениях является

следствием интерфазной гибели лимфоцитов, проходящих через зону облучения.

Таковы основные причины и механизмы клеточных аспектов иммунологической депрессии, возникающей после облучения.

Нарушение антимикробного иммунитета и связанные с ним инфекционные осложнения, кроме того, можно рассматривать как следствие повышения проницаемости тканевых барьеров, нарушения фагоцитарной способности клеток ретикулоэндотелиальной системы и угнетения неспецифических бактерицидных систем организма — пропердина,』н- зоцима, бактерицидных субстанций ряда тканей, а также бактерицид- ности кожи. Кроме того, облучение угнетает образование новых антител, хотя почти не влияет на их продукцию, если проведено после иммунизации.

Большое значение имеют также развивающиеся в облученном организме аутоиммунные процессы, составляющие самостоятельную проблему неинфекционной иммунологии.

Аутоантигенами в принципе могут быть как нормальные ткани при их попадании в русло крови, где они обычно не встречаются, так и патологически измененные белки и связанные с ними вещества. После облучения создается реальная возможность столкновения организма с аутоантигенами обоих видов вследствие быстро развивающейся тканевой деструкции, резкого повышения проницаемости биологических барьеров и изменения антигенных свойств тканей.

На рис. 91 представлена схема, иллюстрирующая возможные патологические сдвиги в облученном организме, связанные с изменением и циркуляцией тканевых антигенов. После облучения происходит утрата части нормальных антигенов и появление новых антигенных качеств. Кроме того, летальные повреждения клеток могут обусловить появление новых антигенных свойств белков вследствие постлетальных изменений. Потеря части нормальных антигенов, означающая утрату определенных структур, может быть причиной нарушения определенных функций клеток и органов. Это, а также клеточная деструкция и циркуляция в крови тканевых антигенов способствуют развитию токсемии. Кроме того, циркуляция в крови тканевых антигенов приводит к иммунологической перестройке организма ——сенсибилизации и образо* ванию антител двух родов ——против денатурированных белков и против аутотканей* Уже в момент появления антигенной чужеродности измененные белки могут быть причиной патологической афферентной имлульсации, которая в дальнейшем, воздействуя на хеморецепторы, обеспечивает патологическое влияние через нервную систему.

Таким образом, в настоящее время твердо установлены факты, характеризующие все этапы аутоиммунологических изменений 6 облученном организме: образование аутоантигенов, их циркуляцию, появление аутоантител и аутосенсибилизацию.

Рис. 91. Последовательность процессов, связанных с изменением антигенных свойств тканей и циркуляцией тканевых антигенов после облучения (по Р. В. Петрову, 1962)

Н.Н.Клемпарская, наиболее известный исследователь в этой области, отво- дит аутоаллергии ведущую роль в развитии лучевой болезни, которую она рассматривает как своеобразное аутоиммунное заболевание, характеризующееся выраженной направленностью реакций против распада собственных тканей в сторону сенсибилизации, что придает болезни особенно тяжелый характер и может, в частностиt быть причиной развития некротических процессов и геморрагий. В подтверждение этой точки зрения приводится обширный экспериментальный материал, в том числе данные о профилактической и терапевтической эффективности при лучевой болезни вакцинации и различных десенсибилизирующих средств. ”

Признавая несомненную роль аутоиммунных процессов в патогенезе непосредственных и отдаленных последствий облучения организма, нельзя забывать о первопричинах острого лучевого синдрома, обусловленных клеточными утратами в критических системах клеточного обновления.

НАРУШЕНИЕ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

Радиационные изменения, происходящие под влиянием облучения по существу во всех тканях, не могут не сказаться на обмене веществ.

Как и другие разделы радиобиологии, и, пожалуй, в большей сте- 8 Зак. 1490

пени, радиационная биохимия (а именно она занимается этими вопросами) является самостоятельной областью знаний, здесь лишь будут намечены основные аспекты этой проблемы.

• Обсуждая биохимические процессы в подвергнутом облучению организме, следует всегда иметь в виду их деление на две категории: биохимический этап в механизме первичного действия ионизирующих излучений и биохимические изменения, происходящие в организме при развитии лучевой болезни и ее отдаленных последствий.

О биохимическом этапе первичного действия ионизирующих излучений частично речь шла в гл. 5. Необходимо добавить, что следствием этих процессов, очевидно, следует признать такие важные цитологические события, как мутации» в частности разрывы хромосом, а также повреждения, приводящие к интерфазной гибели клеток.

О том, что разрыв хромосомы — значительно более сложное событие, чем механическое следствие прохождения ионизирующей частицы (нескольких частиц), свидетельствует хотя бы существование химического мутагенеза, биохимическая природа которого едва ли подлежит сомнению.

Свидетельством механического компонента хромосомного разрыва можно считать зависимость выхода хромосомных аберраций от ЛПЭ, хотя разрыв не обязательно происходит в месте прохождения частицы. Эти противоречия частично устраняются принятием гипотезы высвобождения ферментов вследствие радиационного нарушения внутриклеточных структур с последующей активацией 於рментов и наруше* нием их пространственной координации.

Повреждение ядерных и других внутриклеточных мембран облегчает возможность ферментативной атаки ДНК. О важности и реальности феномена раннего повреждения мембран свидетельствуют оригинальные эксперименты Р. Бринкмана, показавшие, что нарушение проницаемости синовиальной оболочки и тонких слоев эпидермиса происходят при дозе 2 Гр уже в течение первой секунды после воздействия.

Однако этих примеров явно недостаточно для принятия какой-либо гипотезы, точно соответствующей последовательности биохимических процессов, вызывающих важнейшие для судьбы клетки события на молекулярном уровне.

Начиная с работ 40-х годов и по сей день известны данные о высокой радиочувствительности процесса биосинтеза RHK. Существуют данные о нарушении самых ранних этапов синтеза предшественников ДНК ——мононуклеотидов, фосфорилирования тимидинмонофосфата до тимидинтрифосфата, а также конечных этапов синтеза — полимеризации трифосфатов дезоксинуклеотидов на матрице.

Биосинтез РНК более резистентен, чем биосинтез макромолекул ДНК. По-видимому, радиационное угнетение биосинтеза РНК определяется не недостатком предшественников или снижением активности

РНК-полимеразы, а опять же повреждением ДНК-матрицы вплоть до того, что она сама вызывает ингибирование активности этого фермента. Наиболее радиорезистентен процесс синтеза белка. Причем экспериментальный материал в этом направлении получен в основном при работе с мечеными аминокислотами, включение которых в суммарные тканевые белки изучали спустя длительное время.

Одной из самых лабильных и рано ингибируемых биохимических систем является окислительное фосфорилирование, особенно в клетках радиочувствительных органов. Его разобщение в митохондриях селезенки отмечается в ближайший пострадиационный период при дозе 1 Гр. В ядрах клеток костного мозга, слизистой кишечника и лимфатических узлах крыс через 1 ч после облучения фосфорилирование ингибируется или даже прекращается при дозах 0,25—0,5 Гр, а при дозе 1 Гр восстановление этого процесса происходит только через 5 сут. В радио- резистентных органах обратимое разобщение окислительного фосфорилирования наступает только при минимально летальных дозах.

Приведенных данных, однако, вовсе недостаточно, чтобы приписать и этому биохимическому процессу ведущую роль в определении радио- чувствительности, если учесть, что применение типичных разобщителей окислительного фосфорилирования, например динитрофенола, не оказывает радиосенсибилизирующего действия, а протекторы, например аминотиолы, угнетают этот процесс.

Перечисленные ранние нарушения основных биохимических процессов могут усиливаться в результате развития в ядре и цитоплазме вторичных процессов в ранние сроки после облучения. Например, накопление некоторых метаболитов ДНК при активации процессов катаболизма может привести к угнетению отдельных ферментативных реакций ее синтеза. Изменение проницаемости мембран, происходящее после облучения, может повлечь за собой обеднение ядра ионами металлов или некоторыми важными метаболитами. Этот же процесс может привести к выходу в цитоплазму самых разнообразных, в том числе катаболических, ферментов.

Таким образом, регуляция обменных процессов после облучения нарушается не только на молекулярном, но и на структурном уровне. Развиваясь, суммируясь и взаимно влияя друг на друга, эти процессы вызывают в разных тканях различные поражения. Это в свою очередь обусловливает возникновение межтканевых и межсистемных нарушений в организме, выражением которых и являются разнообразные нарушения обмена веществ, наиболее общие, типичные из которых осо- бённо ярко проявляются в периоды разгара лучевой болезни и непосредственного восстановления.

Значительные нарушения белкового обмена определяются прежде всего процессами массовой клеточной деструкции радиочувствительных систем, сопровождающейся уже на ранних этапах повышенным содержанием азотсодержащих веществ в крови, а также выделением тау- 8*

рина (рис. 92) и других аминокислот с мочой. Эти показатели наряду с анализом метаболитов нуклеинового обмена (например, дезоксицитидина) используют как раннюю диагностическую реакцию. О нарушении обмена белков свидетельствуют описанные выше угнетение выработки антител и других специфических иммунных белков, нарушение их антигенной структуры и т.п. Существуют данные об активации облучением многих ферментов — протеиназ, триптофаноксидазы, кар- боксипепсидазы, щелочной и кислой фосфатаз, описано резкое усиление синтеза гемина и ослабление синтеза глобина (после кратковременной активности) в ретикулоцитах. Активация протеолитических ферментов, с которой в значительной степени связывают распад тканевых белков, в свою очередь, по-видимому, является не только следствием повышения проницаемсюти мембран клеточных органелл, но и результатом нарушения регуляции со стороны гипофизадреналовой системы.

Значительно более устойчив обмен угле-

ману, 1959):ману, 1959):/ — контрольные крысы, 2 — после облучения в дозе 1 Гр, 3 — после облучения в дозе 6 Гр； вертикальной пунктирной линией отмечен момент облучения/ — контрольные крысы, 2 — после облучения в дозе 1 Гр, 3 — после облучения в дозе 6 Гр； вертикальной пунктирной линией отмечен момент облученияводов, синтез которых если и нарушается, то только в поздние стадии лучевого поражения как результат глубокого патологического изменения органа, в котором он осуществляется. Наблюдаемые сдвиги в содержании гликогена в крови и печени в значительной степени связаны с нарушениями регуляции со стороны надпочечников и частично с повреждением самих печеночных клеток (В. М. Граевская, 1976). Относительно большой радиочувствительностью обладают высокополимерные полисахариды, выполняющие специальные функции во многих тканях и жидкостях организма. В частности, деполимеризация гиалуроновой кислоты, регулирующей проницаемость соединительной ткани, наступает рано и при сравнительно небольших дозах излучения (5—10 Гр). С деполимеризацией мукополисахаридов связывают резкое усиление диффузии введенных в кожу различных красителей под влиянием облучения в дозах 1 Гр и выше.

ману, 1959):

ману, 1959):

/ — контрольные крысы, 2 — после облучения в дозе 1 Гр, 3 — после облучения в дозе 6 Гр； вертикальной пунктирной линией отмечен момент облучения

/ — контрольные крысы, 2 — после облучения в дозе 1 Гр, 3 — после облучения в дозе 6 Гр； вертикальной пунктирной линией отмечен момент облучения

Большой интерес представляет изучение радиационных нарушений обмена липидов, Благодаря их легкой окисляемости, усиливающейся под действием облучения, образующиеся пероксиды участвуют в первичных пострадиационных процессах в форме органических радикалов. Это пос-

лужило основанием для детальных исследований роли нарушений липидного обмена в радиационной патологии (Б. Н. Тарусов, Н. М. Эмануэль, Ю. Б. Кудряшов, Е. Б. Бурлакова и др.).

Н. М. Эмануэлем, в частности, постулировались представления о значении свободнорадикальных процессов и их ингибировании природными антиоксидантами (см. гл. 19). Развивая эту концепцию, Е. Б. Бурлакова с соавторами (1975) показала, что в органах облученных мышей антиокислительная активность резко снижается; например, в селезенке через 24 ч после облучения в среднелетальных дозах она падает до нуля. При меньших дозах и в радиорезистентным органах падение антиокислительной активности выражено в меньшей степени.

Интересна интерпретация данных о радиационных изменениях липидов с учетом роли клеточных мембран. В последние годы наряду с известными механизмами регуляции клеточного метаболизма (репрессия ——дерепрессия гена, аллостерическая регуляция ферментативной активности и система АМФ) большое внимание уделяется изучению регуляторной роли мембран. Структура и функция мембран, являющихся кооперативными системами, тесно связаны с составом и свойствами их основных компонентов: липидов и бел ков. Ряд авторов придает большое значение окислительным превращениям в липидах мембран как источнику изменения их функциональной активности, саморазборки и деградации. Е. Б. Бурлаковой с сотрудникмми установлено, что в норме существует определенная взаимосвязь между изменениями состава липидов и скоростью окислительных реакций. При усилении окислительных реакций липиды мембран обогащаются наиболее устойчивыми к окислению фракциями: сфингомиелином и фосфатидилхолииом, а при торможении окислительных реакций ——наиболее лабильными: фосфатидилсерином, фосфатидил инозитом и фосфатадилэтаноламн- ном. Такого рода связь может рассматриваться как система, поддерживающая уровень окислительных реакций в стационарном состоянии.

При действии излучения наблюдаются уменьшение антиокислительной активности липидов, интенсификация окислительных реакций и связанное с ними изменение состава липидов мембран. В ранние сроки после облучения связь между скоростью окислительных реакций и составом липидов не отличается от нормы, однако в последующем (например, через 3——5 сут после облучения мышей в дозах 5——6 Гр) эта взаимосвязь нарушается. Кроме того, изменение состава липидов мембран вызывает изменение ригидности мембраны, затрудняющее ее структурные перестройки и меняющее скорость ферментативных реакций, для которых эти липиды являются эффекторами. Установлено» что изменение скорости ряда ферментативных реакций после облучения можег быть объяснено характером изменения относительной концентрации фосфолипидов —— эффекторов для соответствующих ферментов. Изменение состава липидов мембран может изменять условия образования ДНК-мембранного комплекса, играющего важную роль в радиочувствительности и процессах восстановления посл« облучения (см. гл. 6). С этих молекулярно-биологических позиций находит свое объяснение связь антиокислительной активности липидов с радиочувствительностью, а также наличие корреляции между степенью изменения антиокислительной активности с помощью радиолротекторов и их защитным действием (Е. Б. Бурлакова, 1975).

Заключая раздел, нельзя не отметить, что облучение организма в летальных дозах вызывает очень незначительные изменения в общем обмене, развивающиеся в основном незадолго до гибели животного.

Несмотря на структурные повреждения кишечника, всасывание продолжается без особых нарушений, а наблюдающиеся изменения во многом объясняются диспептическими расстройствами и потерей электролитов. Важно, однако, что наиболее твердо установленные факты, например серьезные нарушения нуклеинового обмена и антиокисли* тельной активности, выражены более отчетливо в критических тканях.

В этой связи интересны обобщения, сделанные И. Н. Кендышем (1974) на основании анализа мировой литературы о биохимических механизмах радиобиологического эффекта на уровне организма. Автор справедливо критикует существующую в современной радиобиологии тенденцию рассматривать происхождение биохимических изменений с точки зрения универсальности действия радиации на процессы обмена веществ в различных системах организма и у разных объектов. И. Н. Кендыш рассматривает три категории изменений обменных процессов в облученном организме, происходящих в радиочувствительных и радиорезистентных тканях.

В радиорезистентных тканях (мышцы, головной мозг и др.) метаболические сдвиги невелики или отсутствуют, а в радиочувствительных тканях, клетки которых претерпевают интерфазную гибель уже через несколько минут после облучения, происходят существенные биохимические изменения, выражающиеся в ингибировании синтеза ДНК и активации аэробного гликолиза. Позднее нарушаются и другие метаболические процессы, которые являются следствием более грубых деструктивных изменений клеточной организации, сопутствующих предсмертному состоянию клеток; для этого периода характерны угнетение всех биосинтетических процессов и резкое усиление катаболизма с выделением различных клеточных компонентов.

В отличие от этого в печени облученных животных преобладает анаболический тип обменных сдвигов, выражающийся в усилении синтеза углеводов, липидов, белков и РНК. Анализируя результаты собственных исследований, автор считает, что активация биосинтеза основных метаболических субстратов в печени есть следствие регуляторных эффектов, вызываемых метаболитами радиочувствительных тканей, прежде всего аминокислотами.

Обобщая большой экспериментальный материал и литературные данные, И.Н. Кендыш (1974) приходит к заключению о том, что «... продукты распада радиочувствительных тканей, вступая во взаимодействие с различными структурами организма и прежде всего с печенью, опрелеляют ряд биохимических процессов, связанных единым происхождением или последовательностью метаболических реакций».

Согласно развиваемой концепции «между изменениями различных видов обмена в печени облученных животных существует взаимообусловленность» поел едо вател ьн ость которой можно представить следующим образом. Аминокислоты, освободившиеся в радиочувствительных тканях вследствие их деструкции, подвергаются в печени дезаминированию и переаминированию и превращаются путем глюконеогенеза в глюкозу и гликоген. Избыточное количество новообра* зованнод глюкозы поступает в кровь и с помощью инсулина вторично мобилизу-

ется в печени и других тканях, где вовлекается в синтез гликогена путем гликонеогенеза. Эти процессы лежат в основе гипергликемии и увеличения содержания гликогена в печени после облучения. Сопряженное с активизацией глюконеогенеза торможение гликолиза приводит к угнетению синтеза липидов из глюкозы и компенсаторному усилению липогенеза из ацетата и жирных кислот с последующим выделением синтезированных липидов в плазму крови. Временная интенсификация синтеза липидов в жировой ткани из глюкозы обусловлена усилением глюконеогенеза в печени и ассимиляцией избытка периферической глюкозы. По такому же механизму, очевидно, усиливается липогенез в жировой ткани из ацетата и жирных кислот, которые в повышенном количестве образуются в печени, а затем утилизируются в жировой ткани. Накапливаясь в печени, свободные аминокислоты индуцируют синтез белков плазмы крови и, возможно, синтез ключевых ферментов глюконеогенеза — аминотрансфераз и некоторых дру・ гих ферментов, контролирующих обмен аминокислот в печени. Развитие отрицательного азотистого баланса после облучения является следствием усиленной экскреции аминокислот, продуктов распада нуклеиновых кислот и других азотистых веществ, большое количество которых освобождается в радиочувствительных тканях, но не ассимилируется организмом».

Разумеется, приведенная концепция нуждается в экспериментальной проверке. Привлекательность изложенных положений в том, что в их рамки «... укладывается весь основной комплекс пострадиационных изменений углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот. С этой точки зрения становится объяснимой фазность этих процессов, отражающая кинетику деструкции радиочувствительных тканей, трансформацию продуктов их распада в активные метаболиты и переход их в общую циркуляцию. Таким образом, распад радиочувствительных тканей можно рассматривать в качестве первичного звена патогенетической цепи нарушений межуточного обмена веществ при острой лучевой болезни». Тем самым сложную и запутанную картину нарушений биохимических процессов удается свести в единую стройную систему, отведя каждому из них свое место на разных этапах лучевого поражения.

Весьма вероятно, что остальные, в большинстве своем мало выраженные биохимические нарушения играют определенную роль в механизме опосредованного и дистанционного действия облучения, составляя основу его токсического компонента.

Понятие токсины или радиотоксины впервые было предложено П. Д. Горизонтовым (1958) для обозначения не каких-то определенных веществ, а самых различных неидентифицированных гуморальных агентов, возникающих в тканях под действием облучения. Будучи экстрагированы из тканей или оттекающих от облученных участков крови и лимфы, такие агенты при введении интактным животным вызывали у них разнообразные опосредованные и дистанционные проявления лучевых реакций. Радиотоксинами могут быть как аномальные метаболиты, так и вещества, свойственные нормальному состоянию, но образующиеся в облученном организме в избыточном количестве, например гормоны, продукты обмена веществ и распада тканей, медиаторы и др. Речь не идет, таким образом, о каких-то специфических

идентифицированных отдельных соединениях или о шервичных радио- токсинах^, которым в рамках структурно-метаболической гипотезы приписывается роль инициаторов первичных процессов лучевого поражения (см. гл. 9).

Наиболее наглядно токсическая природа дистанционных эффектов в организме представлена при местном облучении. В этом случае выраженность их зависит как от объема, так и от локализации облученного участка, определяющих, с одной стороны, уровень и «качество» образующихся токсических метаболитов, а с другой — возможность их «разведения» в необлученных зонах организма. Кроме того, возникающие токсины воздействуют и на нейроэндокринный аппарат, что служит причиной ряда опосредованных эффектов, типичным примером которых можно считать упомянутое состояние рентгеновского «похмелья».

Часто можно встретить утверждения о том, что при общем облучении токсический компонент отсутствует или не играет никакой роли. Однако если признать роль радиотоксических факторов в развитии дистанционных и опосредованных эффектов при местном облучении (а для этого есть все основания), то нельзя отрицать, что те же факторы оказывают аналогичное влияние на организм и при общем облучении. Само собой разумеется, что относительное прогностическое значение их по сравнению с непосредственным действием излучения значительно меньше, но и его нельзя не учитывать. В частности, при лечении лучевой болезни следует помнить о необходимости мер, направленных на детоксикацию облученного организма ——ранних кровопусканий с введением кровезаменителей, а также применения детоксикаторов, антигистаминных средств и др. (см. гл. 19),

Я

Что понимают под дистанционными н опосредованными эффектами облучения?

Как выявляется опосредованное действие облучения на систему кроветворения и какова его роль в общем эффекте поражения этой системы? В чем выражается радиационное нарушение иммунитета?

К чему сводятся основные нарушения обмена веществ в организме, возникающие под влиянием облучения?

Какова возможная роль токсинов (не смешивать с «первичными радно- токсинами») в дистанционных и опосредованных эффектах облучения?

Основные отдаленнь1е последствия облучения — сокращение продолжительности жизни и возникновение злокачественных новообразований. Правомерно ли понятие «радиационное старение»? Поражение генома соматических клеток как основа отдаленной лучевой патологии, роль эпигенетических факторов и опосредованных влияний.Основные отдаленнь1е последствия облучения — сокращение продолжительности жизни и возникновение злокачественных новообразований. Правомерно ли понятие «радиационное старение»? Поражение генома соматических клеток как основа отдаленной лучевой патологии, роль эпигенетических факторов и опосредованных влияний.

Основные отдаленнь1е последствия облучения — сокращение продолжительности жизни и возникновение злокачественных новообразований. Правомерно ли понятие «радиационное старение»? Поражение генома соматических клеток как основа отдаленной лучевой патологии, роль эпигенетических факторов и опосредованных влияний.

Основные отдаленнь1е последствия облучения — сокращение продолжительности жизни и возникновение злокачественных новообразований. Правомерно ли понятие «радиационное старение»? Поражение генома соматических клеток как основа отдаленной лучевой патологии, роль эпигенетических факторов и опосредованных влияний.

—У кого ты учился мудрости?

—У слепых, которые не ставят ногу на место, пока не ощупают палкой.

Саади

ОТДАЛЕННЫЕПОСЛЕДСТВИЯ ОБЛУЧЕНИЯ

• Одна из весьма характерных особенностей лучевой болезни состоит в том, что в весьма отдаленные сроки (у мышей и крыс через несколько месяцев, у человека — через 10— 20 лет и более) после облучения в «выздоровевшем» н, казалось бы, полностью восстановившемся от лучевого поражения организме вновь возникают различные изменения, которые называют отдаленными последствиями облучения. К ним относятся, в первую очередь, сокращение продолжительности жизни, возникновение лейкозов, злокачественных опухолей и катаракты.

Отдаленные последствия облучения развиваются также в коже, соединительной ткани и легких. Они состоят в уплотнении и атрофии облученных участков, потере эластичности и других морфофункциональных нарушениях, приводящих к фиброзам, вследствие комплекса процессов, которые включают уменьшение числа клеток, повреждение сосудов и дисфункцию фибробластов. Частично эти явления были рассмотрены в гл. 10.

К отдаленным последствиям часто относят, наконец, и развивающиеся нарушения эндокринного равновесия, нефро- склероз, снижение плодовитости, стериль-

ность и нарушения эмбрионального развития. Однако действие радиации на эмбрион и плод——предмет специального изложения в следующей главе, в которой будет показано, что изменения, возникающие при облучении плода, в абсолютном большинстве случаев следует относить к непосредственным эффектам облучения, а отдаленные последствия облучения у него, отличаясь лишь некоторой спецификой, принципиально те же, что и при облучении взрослого организма. В равной степени неправомерно относить к отдаленным последствиям снижение плодовитости и стерильность, которые являются типичным примером непосредственных последствий переоблучения систем клеточного обновления воспроизводительных органов. Нефросклероз, нейроэндокринные расстройства и возможные нарушения в других органах и системах будут лишь упомянуты при анализе механизмов отдаленных последствий.

СОКРАЩЕНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ

Сокращение продолжительности жизни— универсальный эффект облучения, характерен для животных различных видов, но наиболее подробно изучен на мышах, особенно в экспериментах с однократным облучением.

Из результатов проведенных исследований следует, что существует прямая количественная зависимость между степенью сокращения продолжительности жизни и дозой излучения. Так, по данным Д. Герша (1957), продолжительность жизни мышей и крыс при однократном сублетальном облучении сокращается на 2,5—5% на 1 Гр дозы.

На рис. 93 представлены данные соответствующих исследований ряда авторов: доза излучения дана не в абсолютных величинах, а в процентах от ЛД50/30.

Близкие данные были получены позднее И. Ротблэтом и П. Линдоп на 80-недельных мышах, сокращение продолжительности жизни кото-

Доза излучения, Гр

Рис. 93. Уменьшение продолжитель-Рис. 94. Сокращение продолжимости жизни крыс и мышей после од-тельности жизни мышей как

нократного общего рентгеновскогофункция дозы излучения (по

или у-облучения (объяснение см. вДж. Ротблэту, П, Линдоп,

тексте)1961)

I工変弋gl^an工号DdxeQ

Доза. % RR 叫зо

^ ^ ^ ^ fl-，忑02 雪§Ddx&

рых составило 5,4 % или 5 нед на каждый 1 Гр (рис. 94). Исходя из того, что кривые на рис. 93 и 94 проходят через начало координат, можно предположить, что сокращение продолжительности жизни представляет собой явление «непорогового» характера. Однако для такого заключения нет достаточных оснований, особенно если учесть снижение эффекта при фракционировании дозы, его нивелировку при хроническом облучении и даже увеличение продолжительности жизни при низких уровнях радиационного воздействия. Анализируя это явление, М. Тюбиана (1963) пришел к заключению, что сокращение длительности жизни различных животных при однократном воздействии в дозах 2——5 Гр составляет 2——4 %, причем практически никогда не удается этого наблюдать при дозах менее 2 Гр.

По данным Дж. Коггла (1983), результаты изучения сокращения продолжительности жизни с использованием 27 000 мышей после их тотального у-облучения при мощности дозы 0,45 Гр/мин свидетельствуют о том, что при облучении в дозах между 1 и 0,5 Гр зависимость носит не линейный, а квадратичный, а следовательно, пороговый характер. Так как на сегодня это самый крупный эксперимент, его результаты следует иметь в виду, но в целях радиационной безопасности лучше по-прежнему, даже ошибаясь, предполагать, что любая доза излучения вызывает сокращение продолжительности жизни.

Особенно четко «пороговый» характер радиационного сокращения продолжительности жизни проявляется при пролонгированном воздействии. Как показали фундаментальные исследования Ф. Грана (1970), проведенные на животных различных видов (мыши разных линий, морские свинки, собаки и др.), которые были строго отобраны по возрасту, полу и генотипу, облучение животных при дозах 0,02— 0,15 Гр в неделю не оказывало влияния на продолжительность их жизни. По существу, те же данные были получены и в более ранних исследованиях, обобщенных Р. Г. Моулом (1957). Было показано, что реальное сокращение продолжительности жизни мышей, подвергавшихся в течение всей жизни непрерывному облучению, начинает проявляться лишь при суммарных недельных дозах 0,1 Гр у- или 0,01 Гр нейтронного воздействия (рис. 95). При большей мощности дозы сокращение продолжительности жизни изменяется не в прямой (как при однократном облучении), а, по-видимому, в логарифмической зависимости от недельной дозы, причем средняя величина ОБЭ нейтронов равна примерно 10. Это можно связать с эффектом тотального восстановления организма вследствие репарации основных систем, которая, как известно, при нейтронном облучении выражена значительно слабее.

Можно было бы ограничиться приведенными примерами, демонстрирующими пороговый характер радиационного сокращения жизни. Однако весьма интересно привести результат более ранних экспериментов Е. Лоренца, в которых эффект не только практически отсутствовал (при суточной дозе 0,11 и 0,22 сГр), но даже наблюдалось увели-

чение продолжительности жизни мышей (при суточной дозе 0,11 сГр) по сравнению с контрольными необлученными животными (рис. 96). Позднее в опытах на крысах, подвергнутых в течение всей жизни Y-облучению в дозе 0,8 сГр в день, Л. Д. Карлсон также наблюдал увеличение продолжительности их жизни при содержании в различных температурных условиях.

Температура со-держания живот-ных, ℃ (опыт)525Температура со-держания живот-ных, ℃ (опыт)525Продолжитель-ность жизни,сут305Продолжитель-ность жизни,сут305Температура со-держания живот-ных, ℃(контроль)525Температура со-держания живот-ных, ℃(контроль)525Продолжитель-ность жизни,Продолжитель-ность жизни,г ООг ОО

Температура со-держания живот-ных, ℃ (опыт)

5

25

Температура со-держания живот-ных, ℃ (опыт)

5

25

Продолжитель-ность жизни,сут

305

Продолжитель-ность жизни,сут

305

Температура со-держания живот-ных, ℃(контроль)

525

Температура со-держания живот-ных, ℃(контроль)

525

Продолжитель-ность жизни,

Продолжитель-ность жизни,

г ОО

г ОО

Существуют, наконец, результаты, демонстрирующие значительное продление жизни при однократном облучении, К их числу относятся данные И. Корка, полученные на мучном хрущаке, облучение которого в дозе 30 Гр резко увеличило продолжительность жизни (рис. 97). Б. Стреллер (1964) приводит собственные данные и результаты опытов Г. А. Саше, показавшие, что дрозофилы, облученные в дозе 45 Гр, жили дольше контрольных. Еще более удивительные результаты получены Б. Стреллером на Companularia (класс Кишечнополостные). Продолжительность жизни этих гидрантов в норме составляет 2—3 сут.

产 Излучение^「р/ни8产 Излучение^「р/ни8Рис. 95. Изменение средней продолжительности жизни мышей в зависимости от дозы у-излучения или нейтронов при непрерывном облучении животных в течение всей жизни (по Р. Моулу)Рис. 95. Изменение средней продолжительности жизни мышей в зависимости от дозы у-излучения или нейтронов при непрерывном облучении животных в течение всей жизни (по Р. Моулу)После облучения в дозе до 500 Гр она значительно увеличивается, а при дозе 2000 Гр возрастает вдвое. Убедительного объяснения этим уникальным данным не предложено, как, впрочем, и другим примерам увеличения продолжительности жизни облученных животных. Тем не менее существует несколько гипотез, предположительно объясняющих это явление. Основные из них следующие: 1) выведение из строя радиочувствительного гипотетического запрограммированного механизма отмирания; 2) неизвестное (стимулирующее) действие излучения в малых дозах; 3) подавление функции размножения.

产 Излучение^「р/ни8

产 Излучение^「р/ни8

Рис. 95. Изменение средней продолжительности жизни мышей в зависимости от дозы у-излучения или нейтронов при непрерывном облучении животных в течение всей жизни (по Р. Моулу)

Рис. 95. Изменение средней продолжительности жизни мышей в зависимости от дозы у-излучения или нейтронов при непрерывном облучении животных в течение всей жизни (по Р. Моулу)

Независимо от справедливости этих точек зрения весьма интересно соображение 3. Бака (1962) о том, что «гипотезы об исключительно вредном эффекте ионизирующего излучения, вероятно, потеряли свое значение и, быть может, оно, подобно световой и тепловой энергии, имеет свой физиологический и патологический уровень».

Многочисленные данные о так называемых «стимулирующих» эффектах облучения в малых дозах приведены в книге А. М. Кузина «Стимулирующее действие ионизирующего излучения на биологические процессы» (1977). Радиационное воздействие при малых дозах используют в сельском хозяйстве для повышения урожайности зерновых культур, в птицеводстве — в качестве метода предынкубацион- ного облучения яиц с целью увеличения вылупляемости и ряда показателей развития птиц. Вполне реальным механизмом такого стимулирующего действия малых уровней облучения может быть функционирование легко индуцибельной системы ферментативной репарации.

При осторожном подходе к оценке приведенных экспериментальных данных, а также результатов, полученных другими исследователями, Н. Г. Даренская пришла к выводу о том, что сокращение продолжительности жизни —— пороговая реакция, и в качестве порога для млекопитающих называет дозу 0,04 Гр.

Рис. 96. Кривые выживания мышей линии LAF, подвергнутых ежедневному у-облучению в течение 8 ч в разных дозах (/—5) (по А. Компфорту, 1967):

/ -0,0011 Гр, 2 — 0,011 Гр, 3 — 0,022 Гр, 4 — 0,044 Гр, 5 — 0,088 Гр, 5 - кон-троль

Отчетливое сокращение продолжительности жизни наблюдалось в экспериментах Д. Брауна на ослах и Т. Нунна на коровах, выживших после у-облучения в дозах 2—5 Гр.

Экстраполируя данные, полученные различными авторами на млекопитающих разных видов, Н. Г. Даренская сделала заключение, что у человека на каждые 0,01 Гр сокращение продолжительности жизни составит при однократном облучении 1—15 сут, а при хроническом воздействии — 0,08 сут.

Прямые данные о продолжительности жизни человека после острого облучения ограничены единичными результатами наблюдений за перенесшими аварии на атомных производствах.

Основной материал дают наблюдения за лицами, подвергшимися в 1945 г. атомной бомбардировке в городах Хиросиме и Нагасаки. Журнал японского общества радиационных исследований опубликовал обзор-сводку работ, посвященных 30-летнему изучению облученных контингентов людей и их потомства. Несмотря на то, что и этот срок нельзя считать достаточным для окончательных выводов (они будут сделаны в будущем), имеющиеся в обзоре материалы представляют собой большой интерес*

Проведенные эпидемиологические исследования, как отмечают в рецензии на данный обзор А. К. Гуськова и Э. Н. Садчикова (1977)； предоставили ученым Японии возможность проверить гипотезу об ускорении естественных инволюционных процессов при воздействии

050 100 7仞 200 250 Ж 35。400 450 500 550 600

Время t су гл

Рис. 97. Продолжительность жизни мучного хрущака после однократного рентгеновского облучения в 勺疗х дозах (/―^) (по Дж. Корку, / — 30 Гр, 2—110 Гр, 3 — 150 Гр. 4 — 200 Гр, 5 — контроль

仞兆切勿切仞绚刃関勿 Z * xnm9n芟-qgbyoy ・

ионизирующей радиации. Использование большого набора клиниколабораторных, физиологических, функциональных и морфологических тестов, считающихся информативными для процессов старения, позволило установить, что у переживших атомную бомбардировку не отмечено ускорения процессов старения по большинству индексов возрастной инволюции. Не обнаружено также усугубляющего влияния радиации на течение целого ряда заболеваний — гипертонии, ревматического артрита, коронарной болезни, капиллярных нарушений и сахарного диабета. Наконец, посредством сопоставления продолжительности жизни 82 000 облученных и 27 000 необлученных лиц были исследованы специфические причины смертности; учащения смертности от естественных причин у лиц, выживших после бомбардировки, не выявлено. Таковы на сегодня результаты анализа отдаленных последствий острого облучения человека по данному показателю.

Что касается довольно распространенных выводов о влиянии малых уровней хронического воздействия радиации на человека (в том числе и профессионального), то они далеко не всегда удовлетворяют требованиям научного анализа.

С. Уоррен (1956) сравнил материалы о заболеваемости и смертности рентгенологов и врачей других специальностей в США. Согласно этим данным, для рентгенологов характерна значительно более высокая частота лейкозов, а смерть от болезней наступает у них в более раннем возрасте. Вследствие этого продолжительность их жизни укорачивает- 5 в среднем на 5,2 года, что вдвое превышает результаты расчетов Д. Герша (1957), так как средняя доза, получаемая рентгенологами, не превышала 2 мГр в неделю. В связи с этим анализ С. Уоррена, построенный на обработке распределения смертности по возрастам, подвергся критике.

Позднее, однако, выяснилось, что критика С. Уоррена была напрасной, так как с его выводами в дальнейшем согласились. При более детальном изучении продолжительности жизни медицинского персонала США, проведенном в 1965 г., было показано, что средняя продолжительность жизни радиологов на 5 лет меньше, чем врачей, не подвергавшихся профессиональному облучению. '

Изучение смертности радиологов Великобритании не обнаружило укорочения их продолжительности жизни. Это несоответствие между данными США и Великобритании, вероятно, объясняется тем фактором, что в последней тщательно разработанные стандарты радиационной защиты начали применять еще в 1922 г., т. е. почти на 20 лет раньше, чем в США (Дж. Коггл, 1983).

Последний анализ продолжительности жизни американских радио" логов, а также жертв атомной бомбы показал, что в основном сокращение продолжительности жизни объясняется индукцией лейкоза и опухолей.

Учитывая важность рассматриваемой проблемы и крайнюю опасность преждевременных выводов и экстраполяций экспериментальных данных на человека, следует продолжить накопление экспериментальных данных, получаемых на различных млекопитающих, а также сбор клинического материала.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХНОВООБРАЗОВАНИЙ

Данные о возникновении злокачественных опухолей вследствие облучения появились спустя 10 лет после открытия рентгеновских лучей, и первыми жертвами были сами медицинские работники, не подозревавшие о столь коварных свойствах ионизирующих излучений (см. гл. 2). Вскоре после этого начали накапливаться и экспериментальные данные о лучевом канцерогенезе у животных разных видов. Выяснилось, что как и при действии других канцерогенных агентов, между облучением и возникновением злокачественных новообразований проходит длительный латентный период. При этом ионизирующие излучения сами по себе, независимо от их вида и способа воздействия ——внешнего или внутреннего, тотального или локального, однократного, фракционированного или хронического, вызывают самые разнообразные опухоли и лейкозы.

• Накопленный к настоящему времени обширный экспериментальный материал и клинические наблюдения показали, что под влиянием облучения могут возникать новообразования практически во всех органах. ОдНако наиболее частыми следует считать злокачественные опухоли кожи и костей, эндокринно-зависимые опухоли (рак молочной железы и яичников) и лейкозы. При этом кожные и костные опухоли возникают чаще всего при местном облучении, а остальные, как правило, в результате тотального воздействия.

Не следует забывать, что вопрос о дозовой зависимости возникновения злокачественных новообразований и пороговости этого явления чрезвычайно сложен и дискуссионен.

Наиболее эта проблема изучена в отношении костных опухолей в значительной степени благодаря исследованиям с использованием ос- теот|Йпных радионуклидов (Pu, Ra, Sr), откладывающихся в костной ткани. Экспериментальными исследованиями М. Финкель с сотрудниками обосновывается пороговый характер возникновения остеосарком, причем в качестве минимальной остеосаркомогенной дозы для человека называют 12 Гр. Большинство авторов придерживаются мнения о том, что канцерогенная доза местного облучения больше 10 Гр, т. е. превышает дозу, предварительно вызывающую острое местное поражение. В экспериментах с хроническим поступлением 含⑶"Ри получены сведения

(Л. А. Булдаков и др., 1969) о возникновении остеосарком у крыс при кумуляции доз > 12—14 Гр,

Частота возникновения опухолей при местном облучении возрастает с увеличением поглощенной дозы; кривая, отражающая эту зависимость, например, для остеогенных сарком, имеет сигмоидную форму.

Значительно менее изучен вопрос о существовании пороговой дозы для возникновения опухолей и лейкозов при тотальном облучении. Не получила также должного объяснения и форма кривой, характеризующей связь этого явления с поглощенной дозой.

На рис. 98 приведены типичные результаты экспериментов, демонстрирующих сложную зависимость возникновения лейкоза мышей с ростом дозы общего облучения. Кривая, характеризующая эту зависимость, имеет максимум в области 3 Гр. Уменьшение частоты лейкозов при более высоких дозах обычно трактуется как следствие гибели или стерилизации клеток, подвергающихся малигнизации. Установлено также, что частота отдельных форм лейкозов значительно варьирует у животных разных линий, что свидетельствует о влиянии на этот процесс целого ряда факторов нерадиационной природы.

Существует большое число исследований, содержащих анализ профессиональной заболеваемости лейкозами, а также частоты их возникновения у лиц, подвергавшихся облучению в разные периоды жизни по медицинским показаниям. К сожалению, весьма часто произведенная оценка не удовлетворяет статистическим требованиям и поэтому не может служить надежным основанием для количественного заключения. Согласно данным У. Курт-Брауна и Р. Долла (1957, 1958), проанализировавших заболеваемость лейкозом у 11 287 мужчин, которые подвергались терапии излучением по поводу анкилозирующего спондилита, частота различных форм лейкоза у них увеличена в 5——50 раз, причем в диапазоне доз 3——15 Гр вероятность появления лейкоза составляла 〜5・ 10~7 на 0,01 Гр, т. е. 1 случай на 2 млн. чел /год.

Вероятность возникновения солидных опухолей под влиянием общего облучения, так же как и частота лейкозов, обусловлена кроме дозы радиации целым рядом других факторов, например генетическими, конституционными особенностями, полом и др. Это отразилось в результатах опытов по индукции опухолей молочной железы, частота которых росла пропорционально дозе ионизирующего излучения (рис. 99), значительно снижалась у овариоэктомированных животных и возрастала при успешной пересадке последним яичника здорового донора. Тем не менее радиационное воздействие остается наиболее существенным фактором, ибо при экранировании животных опухоли возникают только в облученных молочных железах, а вероятность возникновения опухолей после облучения половины тела снижается вдвое по сравнению с вероятностью их возникновения после тотального облучения, т. е. снижается пропорционально уменьшению массы облученной ткани.

Рис. 98. Частота миелоидной лейкемии мышей самцов линии RF, подвергнутых общему рентгеновскому облучению (по А. Аптону, 1961)Рис. 98. Частота миелоидной лейкемии мышей самцов линии RF, подвергнутых общему рентгеновскому облучению (по А. Аптону, 1961)Z .pnHBqayo侣m DtuowzhZ .pnHBqayo侣m Dtuowzh夕 7 2 34 5^ Доза измени я}勿夕 7 2 34 5^ Доза измени я}勿Рис. 99. Частота опухолей молочной железы у крыс после однократного общего рентгеновского облучения (по К. Шеллабаргеру и др., 1957):результаты двух серий опытов, обозначенных разными символамиРис. 99. Частота опухолей молочной железы у крыс после однократного общего рентгеновского облучения (по К. Шеллабаргеру и др., 1957):результаты двух серий опытов, обозначенных разными символами

Рис. 98. Частота миелоидной лейкемии мышей самцов линии RF, подвергнутых общему рентгеновскому облучению (по А. Аптону, 1961)

Рис. 98. Частота миелоидной лейкемии мышей самцов линии RF, подвергнутых общему рентгеновскому облучению (по А. Аптону, 1961)

Z .pnHBqayo侣m Dtuowzh

Z .pnHBqayo侣m Dtuowzh

夕 7 2 34 5^ Доза измени я}勿

夕 7 2 34 5^ Доза измени я}勿

Рис. 99. Частота опухолей молочной железы у крыс после однократного общего рентгеновского облучения (по К. Шеллабаргеру и др., 1957):

результаты двух серий опытов, обозначенных разными символами

Рис. 99. Частота опухолей молочной железы у крыс после однократного общего рентгеновского облучения (по К. Шеллабаргеру и др., 1957):

результаты двух серий опытов, обозначенных разными символами

У мышей легко индуцируются опухоли яичников, но ни при тотальном, ни при местном облучении не удается выявить четкой дозовой зависимости. Пороговая доза, согласно Д. Буну (I960), составляет 0,35 Гр при однократном и 0,9 Гр при хроническом облучении. Обязательным условием образования опухолей яичника является нарушение функции обеих желез. Если облучен лишь один яичник, то ни в нем, ни в необлученном опухоли не возникают. Экстирпация второго, необ- лученного, яичника способствует появлению опухоли в оставшемся.

На рис. 100 приведены данные зависимости частоты некоторых видов злокачественных новообразований мышей и крыс от дозы излучения. Разнообразие форм кривых определяется влиянием множества факторов, имеющих место между первичным актом трансформации клетки и появлением опухоли. Такие факторы, как иммунологические, гормональные, сосудистые и связанные с этим трофические, а также пищеварительные и многие другие, в сочетании с особенностями клеточнокинетических параметров могут решающим образом влиять на частоту возникновения опухолей. В качестве примера можно указать на тот факт, что даже небольшие изменения параметров кривой выживания (Dq и DQ радикально изменяют форму кривой индукции опухолей {рис. 101).

Особенностью возникновения опухолей и лейкозов после тотального облучения является то, что для их появления требуются мень-

Рис. 100. Зависимость доза—эффект для индукции миелоидной лейкемии (/), лимфомы тимуса (2), ретикулярных опухолей (3), рака яичников (4) и рака легких (5) у мышей (Л) и рака молочной железы (/), опухолей почек (2) и опухолей кожи (3) у крыс (5) (по Дж. Ко г гл v, 1986)Рис. 100. Зависимость доза—эффект для индукции миелоидной лейкемии (/), лимфомы тимуса (2), ретикулярных опухолей (3), рака яичников (4) и рака легких (5) у мышей (Л) и рака молочной железы (/), опухолей почек (2) и опухолей кожи (3) у крыс (5) (по Дж. Ко г гл v, 1986)но1KDEOEUDhно1KDEOEUDh

Рис. 100. Зависимость доза—эффект для индукции миелоидной лейкемии (/), лимфомы тимуса (2), ретикулярных опухолей (3), рака яичников (4) и рака легких (5) у мышей (Л) и рака молочной железы (/), опухолей почек (2) и опухолей кожи (3) у крыс (5) (по Дж. Ко г гл v, 1986)

Рис. 100. Зависимость доза—эффект для индукции миелоидной лейкемии (/), лимфомы тимуса (2), ретикулярных опухолей (3), рака яичников (4) и рака легких (5) у мышей (Л) и рака молочной железы (/), опухолей почек (2) и опухолей кожи (3) у крыс (5) (по Дж. Ко г гл v, 1986)

но1KDEOEUDh

но1KDEOEUDh

〃оза излучениеГр

Рис. 101. Влияние принятых значений параметров кривой инактивации облученных клеток на ожидаемое поведение зависимости «доза—частота новообразований». А—зависимость «доза——частота преканцерогенных изменений^ носит квадра гичный характер; 6 ——линейный характер (по Р. Моулу, 1975): / — инактивация отсутствует; 2 — Dq^2D^ 3—Dq-『％y； 4—%=0； Л^у равно 2 Гр на всех кривых

шие дозы, чем при местном воздействии, что обычно связывают с увеличением вероятности образования жизнеспособных малигнизированных клеток вследствие увеличения объема облученных тканей. Кроме того, не исключено, что при тотальном облучении становится более выраженной роль опосредованных влияний.

Сравнительно недавно разработаны методы трансформации клеток zn vitro, позволяющие для отдельных типов клеток получить довольно четкую зависимость доза — эффект в большом диапазоне доз, начиная с 0,01 Гр. Оказалось при этом, что полученные кривые имеют достаточно сложную форму (Р. Миллер, 1981) и зависимость не может быть выражена одной прямой, хотя, казалось бы, в системе，相 vitro исключены многие характерные для организма усложняющие факторы.

Наконец, на форму кривых и частоту возникновения опухолей влияют ЛПЭ и мощность дозы, увеличение которых в общем усиливает канцерогенный эффект. Однако имеются данные, не всегда подтверждающие такую зависимость. Более того, для излучений с высокой ЛПЭ пролонгированное облучение оказывается даже более эффективным,

чем острое.

Наиболее полные сведения о лейкозах и опухолях, индуцированных облучением у человека, содержатся в многочисленных сводках и обзорах, посвященных отдаленным последствиям действия излучения у пострадавших при атомных бомбардировках в Японии. Однако эти сведения со временем во многом подверглись переоценке. Так, по дан-

Рис, 102. Частота лейкозов (число заболевших за 1 год из 100 000 человек японцев, пострадавших в Хиросиме) (поС. Ватанабе, 1961:Рис, 102. Частота лейкозов (число заболевших за 1 год из 100 000 человек японцев, пострадавших в Хиросиме) (поС. Ватанабе, 1961:QOEONFtvl/ 口 WQESohQOEONFtvl/ 口 WQESoh/ — в пределах 5000 от эпицент-ра, ? — необлученные, 3 — все на-селение Японии/ — в пределах 5000 от эпицент-ра, ? — необлученные, 3 — все на-селение Японииным С. Ватанабе, приведенным в отчете комиссии ООН за 1964 г., заболеваемость лейкозами в Японии с 1946 по 1960 г. выросла с 10,7 до 28 на 1 млн. человек. На рис. 102 показано, как возросло число лейкозов среди пострадавших в г. Хиросиме в разные годы после бомбардировки, причем вероятность заболевания уменьшалась с увеличением расстояния от эпицентра взрыва, т. е. со снижением дозы излучения (табл. 11).

Рис, 102. Частота лейкозов (число заболевших за 1 год из 100 000 человек японцев, пострадавших в Хиросиме) (по

С. Ватанабе, 1961:

Рис, 102. Частота лейкозов (число заболевших за 1 год из 100 000 человек японцев, пострадавших в Хиросиме) (по

С. Ватанабе, 1961:

QOEONFtvl/ 口 WQESoh

QOEONFtvl/ 口 WQESoh

/ — в пределах 5000 от эпицент-ра, ? — необлученные, 3 — все на-селение Японии

/ — в пределах 5000 от эпицент-ра, ? — необлученные, 3 — все на-селение Японии

Даже такое значительное число наблюдений не позволяет точно установить форму кривой дозовой зависимости, тем более что ретроспективная оценка лучевой нагрузки и равномерности облучения весьма ненадежна, в частности, из-за неизбежного экранирования различных участков тела, что позволило отдельным пострадавшим выжить даже

в тех случаях, когда они находились на расстоянии, близком от эпицентра

взрыва, где по оценкам поглощенная доза (при местном облучении) достигала 〜100 Гр.

Тем не менее, по данным А. К. Гуськовой и Э. Н. Садчиковой (1977). результаты наблюдения за лицами, выжившими после атомной бомбардировки в Японии, обеспечивают наилучшую систематизацию сведений по опухолевым заболеваниям человека вследствие их относи - тельно большого числа (для расчета, чел/Гр), естественного демографического состава на момент взрыва, относительной независимости радиационного агента от других факторов риска и доступности для изучения.

Согласно обобщенным данным (Т. Ишимару, М. Ишимару, 1975) в период 1950——1970 гг. риск заболевания в целом в обоих японских городах зависел от дозы излучения, однако степень учащения заболевания в г. Хиросиме была выше и при меньших дозах (V 0,5 Гр), чем в Нагасаки (V 1 Гр). С учетом различий в спектре излучений ОБЭ нейтронов, как и по острым летальным эффектам, была оценена в 5,0. Получены также важные данные о различной дозовой и возрастной зависимостях частоты острых и хронических лейкозов, показавшие, что в целом риск заболевания лейкозом у переживших бомбардировку с течением времени уменьшается, однако у тех, кто 30 лет назад подвергся сильному переоблучению, вероятность заболевания все еще превышает контрольный уровень.

Известен анализ данных о заболеваемости другими формами рака, радиационная природа которых в настоящее время может считаться установленной. Это рак щитовидной и молочной желез и рак легких. Ввиду того, что латентный период развития опухолей длится много лет и большинство заболеваний развивается к концу жизни, доля лиц с опухолями этих органов среди выживших после взрыва все еще растет. Так, в 1972 г. число летальных исходов у больных лейкозами составляло 65 по сравнению со 100 случаями смерти от других форм рака, главным образом молочной железы и легких.

По предварительным оценкам на 1 млн. человек абсолютный риск развития опухолей на каждые 0,01 Гр/год оказывается 〜1,6 для лей-

Таблица 11. Частота заболевания лейкозом в зависимости от дозы ионизирующего излучения (из отчета комиссии ООН, 1964)

Расстояние от эпицентра, м

Диапазон поглощенных доз, Гр (оценка)

Число заболевших на 1 млн. человек в год

г. Хиросима 1

1 г. Нагасаки

0—999

14-100

1S66

563

ЮОО—1499

2—14

308

530

1500—1999

0,3—2

42

68

2000—9999

0,1—0,3

28

37

коза, 〜1,2 для рака щитовидной железы, 〜2,1 для рака молочной железы и ~2,0 для рака легких.

Менее доказательна роль облучения в развитии рака слюнных желез, желудка и других органов. Возникновение у переживших атомную бомбардировку рака кожи или саркомы вряд ли обусловлено радиацией, так как дозы, индуцирующие эти опухоли при тотальном облуче* нии, несовместимы с жизнью.

В докладе Б. Ланда на 15-м ежегодном совещании национального комитета по радиационной защите США (1979) были приведены данные о наблюдении за судьбой 80 000 человек, перенесших атомную бомбардировку; для каждого из них была рассчитана индивидуальная доза облучения (для сравнения было взято 29 000 человек, не подвергавшихся облучению). За период с 1950 по 1974 г. из 80 000 человек умерло 20 000, в том числе 3842 ——от рака, и лишь в 190 случаях рак был следствием облучения. С другой стороны, рассмотрение 14 000 смертельных случаев от нераковых заболеваний показало отсутствие их связи с облучением.

Казалось бы, трагические уроки истории принесли большую пользу науке. И действительно, до 1980 г. наиболее достоверным источником информации о канцерогенной опасности для человека излучений с высокой ЛПЭ (нейтронов) и с низкой ЛПЭ (у-излучения) являлось 30-летнее наблюдение над популяцией лиц, выживших после атомной бомбардировки в Японии. Однако повторно проведенный в 1980 г. расчет поглощенных доз показал, что данные 1965 г. неточны.

На рис. 103, А приведено предварительное определение различий в кривых доза ——эффект для жителей Хиросимы и Нагасаки, которое, как упоминалось, согласно данным 1965 г., объяснили более высоким нейтронным компонентом в Хиросиме. На основании расчетов 1980 г. выяснили, что нейтронного компонента вообще не было ни в одном

Рис. 103. Зависимость доза — эффект для возникновения лейкемии у жителей Хиросимы (/) и Нагасаки (2) по данным дозиметрии 1965 r. ⑷ и 1980—1981 гг. (Б) (по Дж. Когглу, 1986)Рис. 103. Зависимость доза — эффект для возникновения лейкемии у жителей Хиросимы (/) и Нагасаки (2) по данным дозиметрии 1965 r. ⑷ и 1980—1981 гг. (Б) (по Дж. Когглу, 1986)

Рис. 103. Зависимость доза — эффект для возникновения лейкемии у жителей Хиросимы (/) и Нагасаки (2) по данным дозиметрии 1965 r. ⑷ и 1980—1981 гг. (Б) (по Дж. Когглу, 1986)

Рис. 103. Зависимость доза — эффект для возникновения лейкемии у жителей Хиросимы (/) и Нагасаки (2) по данным дозиметрии 1965 r. ⑷ и 1980—1981 гг. (Б) (по Дж. Когглу, 1986)

из городов, а доза у-излучения была занижена для Хиросимы и завышена для Нагасаки. Эти уточнения нивелировали различия в частоте возникновения лейкемии между жителями двух городов, и обе серии данных удовлетворительно описываются одной линейно-квадратичной кривой вплоть до дозы 2 Гр (рис. 103, Б).

Независимо от изложенного рис. 103 дает основание для двух важных выводов: 1) большая вариабельность данных по возникновению лейкемии делает неточной оценку канцерогенного риска; 2) линейноквадратичная зависимость означает, что использование линейной экстраполяции приведет к переоценке реальной опасности возникновения лейкемии, по крайней мере для этой серии данных.

РАДИАЦИОННАЯ КАТАРАКТА

Возникновение катаракты — типичное отдаленное последствие тотального облучения организма или местного облучения хрусталика. Известен достаточно большой опыт изучения лучевой катаракты у животных разных видов (мышей, крыс, морских свинок, кроликов, собак) и у человека.

• Пострадиационное развитие катаракты — явление пороговое, причем величина порога увеличивается при фракционировании дозы, а длительность латентного периода увеличивается с возрастом.

На рис. 104 представлены результаты экспериментов на крысах 6- и 30-недельного возраста, подвергнутых внешнему облучению (поглощенная в хрусталике доза 4——16 Гр). Видно, что длительность латентного периода у молодых животных резко сокращена, однако частота возникновения катаракт при данной дозе излучения к концу наблюдения в обеих группах становится одинаковой. Такие результаты свидетельствуют о роли процессов физиологической регенерации, более выраженной у молодых животных, что приводит к раннему проявлению дегенеративных изменений в экваториальных клетках, с которыми связывают возникновение катаракты.

Согласно наблюдениям Г. Мерриам и др. (1972) пороговая доза для возникновения катаракты после однократного рентгеновского облучения глаза человека ——2 Гр, а при дозе 5 Гр наблюдается прогрессирующее развитие катаракт. Анализируя истории болезни 233 пациентов, подвергшихся облучению головы, авторы обнаружили, что катаракта развилась у 128 человек (у 105 она отсутствовала). Согласно этим данным при фракционированном облучении в период от 3 нед до 3 мес минимальная катарактогенная доза составляет 4——5 Гр. Вообще же вероятность возникновения катаракты у человека — величина статистическая и ее зависимость от дозы радиации и продолжительности облучения схематически представлена на рис. 105.

内《EXcldDSX DLUOUJUUh内《EXcldDSX DLUOUJUUhРис. 104. Зависимость частоты катаракт от дозы и времени, прошедшего после облучения крыс разного возраста (по И. А. Миловидовой, 1975):/ — недельный контроль, 2 ~ 30-недельный контроль, 5 — 6-недельные ~ 4 Гр, 4 — 30-недельные 4 Гр, 5 — 6 недельные — 8 Гр, 6 — 30-недельные — 8 Гр, 7 — 6-недельные — 16 Гр, 8 — 30-недельные — 16 ГрРис. 104. Зависимость частоты катаракт от дозы и времени, прошедшего после облучения крыс разного возраста (по И. А. Миловидовой, 1975):/ — недельный контроль, 2 ~ 30-недельный контроль, 5 — 6-недельные ~ 4 Гр, 4 — 30-недельные 4 Гр, 5 — 6 недельные — 8 Гр, 6 — 30-недельные — 8 Гр, 7 — 6-недельные — 16 Гр, 8 — 30-недельные — 16 Гр0^RHahhMQQ 06启 HDHdcf五多0^RHahhMQQ 06启 HDHdcf五多-二二二例仞-二二二例仞Вороятжть^ ОВороятжть^ О

内《EXcldDSX DLUOUJUUh

内《EXcldDSX DLUOUJUUh

Рис. 104. Зависимость частоты катаракт от дозы и времени, прошедшего после облучения крыс разного возраста (по И. А. Миловидовой, 1975):

/ — недельный контроль, 2 ~ 30-недельный контроль, 5 — 6-недельные ~ 4 Гр, 4 — 30-недельные 4 Гр, 5 — 6 недельные — 8 Гр, 6 — 30-недельные — 8 Гр, 7 — 6-недельные — 16 Гр, 8 — 30-недельные — 16 Гр

Рис. 104. Зависимость частоты катаракт от дозы и времени, прошедшего после облучения крыс разного возраста (по И. А. Миловидовой, 1975):

/ — недельный контроль, 2 ~ 30-недельный контроль, 5 — 6-недельные ~ 4 Гр, 4 — 30-недельные 4 Гр, 5 — 6 недельные — 8 Гр, 6 — 30-недельные — 8 Гр, 7 — 6-недельные — 16 Гр, 8 — 30-недельные — 16 Гр

0^RHahhMQQ 06启 HDHdcf五多

0^RHahhMQQ 06启 HDHdcf五多

-二二二例仞

-二二二例仞

Вороятжть^ О

Вороятжть^ О

2157 JТо 53W

Суммарное бремя о^ууения. сут

Рис. 105. Зависимость катарактогенной дозы длячеловека от мощности дозы (продолжительностиоблучения), выраженная как вероятность междунулем и единицей (по Дж. Мерриаму и др.,1972):

в пределах затемненной полосы в диапазоне данных дозкатаракта может развиваться во веек случаях или неразвиваться вовсе, однако вероятность ее образованиярастет с увеличением суммарной поглощенной дозы

Ослабление катарактогенного эффекта облучения фракционированием дозы свидетельствует о роли процессов восстановления в реализации индуцируемого облучения помутнения хрусталика. Об этом же свидетельствует и большая катарактогенная эффективность излучения с высокой ЛПЭ, в частности нейтронов, ОБЭ которых по данному показателю в зависимости от их энергии оценивают от 4,5 до 9.

МЕХАНИЗМ ОТДАЛЕННЫХ ПОСЛЕДСТВИИОБЛУЧЕНИЯ

Отдаленные последствия облучения часто отождествляют с изменениями, происходящими при естественном старении. Этой точке зрения во многом способствует феноменологическое сходство проявлений многих отдаленных последствий и старения: появление злокачественных опухолей, развитие катаракт, склерозирование сосудов, поседение, ослабление эластических свойств кожи и т. д. Так как в результате облучения п родолж и тел ьность жизни сокращается и указанные изменения наступают в более раннем возрасте, говорят об ускоренном радиационном старении организма.

Наряду с внешним сходством этих явлений существуют и различия. Признание точки зрения на отдаленные последствия облучения как на ускоренное старение не обеспечивает прогресса в понимании их механизмов, ибо современная геронтология также не имеет пока надежной теории и еще далека от познания точных причин старения организма. Однако есть основания предположить, что формирование ведущих отдаленных последствий облучения (сокращение продолжительности жизни и канцерогенез) имеет если не единый механизм, то во многом является следствием каких-то о&цнх изменений.

При рассмотрении вопросов пострадиационного восстановления (см. гл. 12) отмечалась неполноценность многих восстановительных процессов, особенно ярко проявляющаяся в тканях с низким уровнем физиологической регенерации. Именно клетки этих тканей вследствие очень слабо протекающих процессов репарации как бы запоминают имевшее место радиационное воздействие, и их функциональная неполноценность легко выявляется в экспериментах, предусматривающих возможность регистрации той или иной функции. Если учесть, что организм млекопитающих состоит преимущественно из стабильных (в пн- токинетическом отношении) органов, то можно предположить, что в течение длительного времени после облучения он представляет собой функционально неполноценную систему. Ярким следствием универсального характера функциональной неполноценности организма и является формирование такой интегральной реакции, как сокращение продолжительности жизни, которое можно рассматривать как проявление необратимой компоненты лучевого поражения. ■

В этом аспекте необходимо напомнить о том, что начальные измене* ния, составляющие основу отдаленной лучевой патологии, могут не иметь существенного значения в проявлениях острого лучевого синдрома (С. Н. Александров, 1969—1979), причем не столько по характеру клеточных нарушений, сколько потому, что при остром лучевом поражении они фатальны для активно пролиферирующих систем клеточного обновления, но практически бесследны для стабильных тканей. • Иначе говоря, если для правильной интерпретации механизмов летального действия ионизирующего излучения на организм животных решающее значение имеет изучение закономерностей гибели облученных клеток, то для понимания отдаленных последствий облучения н, в частности, его влияния на продолжительность жизни — изучение тех клеток, которые выживают после облучения.

Отдаленные последствия облучения, которые проявляются у потомков выживающих облученных клеток, впервые описанные Г. А. Над* соном (1920), интенсивно изучаются. Исследования этого явления были продолжены В. И. Корогодиным и М. Н. Мясником (1979) в опытах на диплоидных дрожжевых организмах, по радиобиологическим реакциям сходных с клетками млекопитающих в культуре. В ходе этих исследований установлено, что при дозах, вызывающих гибель 50 % клеток и более, потомки большинства выживших клеток оказываются измененными в наследственном отношении. Тщательный анализ нескольких десятков семейств таких клеток показал, что облучение вызывает у них неустойчивое состояние ядерного аппарата на протяжении сотен клеточных генераций, вследствие чего в клонах этих клеток при размножении все время происходит выщепление как нежизнеспособных, отмирающих, элементов, так и клеток с различными наследуемыми нарушениями морфологических и физиологических функций. Некоторые из таких «радиорас» отличаются пониженной скоростью размножения и высокой чувствительностью к различным воздействиям (напри- мнр, температурным), нелегальным для контрольных клеток. Другие «радиорасы» характеризуются безудержным, неупорядоченным ростом, сопровождающимся появлением новых морфологических вариантов, напоминая в этом отношении злокачественный рост.

Не исключено, что аналогия между опухолевыми клетками и расами дрожжей, полученными после облучения, представляет собой больше чем внешнее сходство и основана на подобных изменениях их ядерного аппарата, т. е. изменениях, вызываемых облучением на молекулярном уровне организации живых клеток. В последнее время такого рода последствия облучения обозначают термином генетическая нестабильность.

Известно, что клетки млекопитающих, оставаясь жизнеспособными после облучения и затем размножаясь в условиях целостного организма или в культуре, дают такое же разнообразие в размерах коло-

ний, как и выживающие после облучения дрожжевые клетки. В связи с этим можно предположить, что в большинстве своем потомки выживших облученных клеток животных также несут различные наследственные аномалии, отражающие их генетическую нестабильность. Это проявляется, в частности, в снижении их функциональной активности, а следовательно, в жизнеспособности целостного организма.

Примером изменений, происходящих в клетках «стабильных» органов и не выявляемых в обычных условиях, могут служить результаты опытов, в которых проводили локальное облучение печени крыс с последующей интегральной оценкой функционального состояния ткани печени по динамике массы ее регенерата после частичной гепатэктомии (см. гл. 12). К моменту, когда в контроле восстановление массы заканчивалось, регенерация облученной печени была сильно подавлена и даже значительно позднее восстановление составляло 〜Во % (см. рис. 88).

Подобные опыты демонстрируют роль нарушения функции мутировавших генов, контролирующих процессы синтеза в неделящихся тканях взрослого организма на протяжении всей жизни. Можно представить существование определенного типа нарушений ядерного аппарата, имеющих значение для тканей с низким темпом физиологической регенерации, где клетки не погибают вскоре после облучения, а сохраняются в организме. Неполноценность пострадиационного восстановления организма облученных животных приводит их к большей подверженности различным заболеваниям» неблагоприятному влиянию физиологических перегрузок и различных внешних агентов, а в итоге к более быстрому изнашиванию организма и сокращению продолжительности жизни. Это, возможно, является следствием увеличения выхода таких нелегальных мутаций в результате облучения.

Интересны модельные опыты, проведенные М.Н. Мясником к В.И. Корогодиным на бактериях Е. coll. Выращивание облученных -бактерий при различных условиях показало» что выживаемость их будет тем ниже, чем пагубнее соответствующие условия действуют на жизнеспособность необлученных клеток. Облучение резко усиливает неблагоприятное влияние внешней среды: так, если определенные колебания температуры или солевого состава среды при культивиоо- ванни изменяют жизнеспособность необлученных клеток на 10—15 %, то у облученных клеток она может изменяться в этих условиях в 100 раз и более.

Дальнейшие исследования, проведенные на различных генетических группах бактерий, выявили, что облучение усиливает проявление тех генетически обусловленных признаков и свойств клеток, которые и без облучения приводят клетки к гибели с некоторой вероятностью. Существует множество мутаций, незначительно нарушающих различные стороны обмена веществ клеток. Такие мутации могут происходить во многих клетках, но их действие в необлученных клетках проявляется слабо, и лишь в определенных «провокационных формах», т. е： при определенных изменениях внешних условий. После облучения летальный эффект таких генов во много раз увеличивается, особенно при отклонениях условий культивирования от оптимальных для данных организмов, что и приводит к повышению чувствительности облученных клеток к колебаниям внешних условий. В результате даже незначительные изменения, мало влияющие на жизнедеятель-

л ость контрольных клеток, у облученных клеток могут вызвать различные нарушения обменных процессов и даже гибель. Не исключено, что эта закономер” ность имеет общебиологический характер.

Все сказанное о возможной роли мутационных событий в отдаленной лучевой патологии в равной степени относится и к активно пролиферирующим тканям. Дело в том, что практически все вновь возникающие мутации затрагивают лишь один из гомологичных участков парных хромосом, составляющих геном соматических клеток, т. е. эти мутации находятся в гетерозиготном состоянии. Как справедливо замечал С. Н. Александров (1980), раньше считали, что существующие в этих условиях мутации либо вызывают гибель клеток (доминантные летали, аберрации), либо не проявляются вообще (рецессивные, генные мутации). Однако в настоящее время убедительно показано, что геше^ розигошные мутации способны существенно изменять клеточный ме^ таболизм. Встречаются специфические отклонения и у людей, практически всегда гетерозиготных по генам; заболевания ——фенилкетонурия, акаталазия и серповидная анемия ——имеют в своей основе рецессивную наследственную недостаточность.

Итак, основу отдаленной лучевой патологии на клеточном уровне составляют три типа нарушенийf возникающих в результате непосредственного воздействия радиации.

Первый тип——эффекты, вызывающие клеточную гибель. Имеют значение для патогенеза последствий, заключающих в себе невосполнимую утрату камбиального резерва, например изменения в гонадах при лучевой кастрации.

Второй тип стойких нарушений —— консервирующиеся наследственные нарушения. Наибольшее значение имеют для тканей с ннзкнм уровнем физиологической регенерации, проявляясь в отдаленные сроки.

Третий тип ——нелегальные наследственные изменения. Нарушения, стойко репродуцирующиеся при размножении соматических клеток. Решающее значение они имеют в тканях с быстро обновляющимся клеточным составом, ибо, возникнув в камбиальных элементах, они могут неопределенно долго воспроизводиться.

Все это дает основание для заключения о том, что один из механизмов формирования отдаленных последствий облучения ——накопление повреждений в генетическом аппарате соматических клеток. Весьма вероятно, что такие нарушения участвуют в развитии нефросклероза, катаракты, ослабления эластичности кожных покровов и различных нейродистрофических расстройств.

В развитии отдаленной лучевой патологии нельзя не учитывать возможную роль различных эпигеномных нарушений, тем более что попытка ее объяснения только с позиций мутационной гипотезы встречает ряд трудностей. Во-первых, не совпадают мощности доз, «удваи-

1964):1964):а, б ~ доза излучения 500 Гр. в — контроль; / ——диплоидные самцы, 2, 3 ——гаплоидные самцыа, б ~ доза излучения 500 Гр. в — контроль; / ——диплоидные самцы, 2, 3 ——гаплоидные самцы

1964):

1964):

а, б ~ доза излучения 500 Гр. в — контроль; / ——диплоидные самцы, 2, 3 ——гаплоидные самцы

а, б ~ доза излучения 500 Гр. в — контроль; / ——диплоидные самцы, 2, 3 ——гаплоидные самцы

вающих» скорость старения (12,8 сГр/сут) и частоту мутаций в половых клетках (0,5 сГр/сут). Во-вторых, твердо установлены факты увеличения продолжительности жизни различных объектов при определенных режимах и дозах излучения. В-третьих, практически у всех изученных видов животных жизнеспособность самок всегда выше, чем у самцов.

тогда как сокращение продолжительности жизни, если оно вызывается соматическими мутациями, должно быть более выраженным у гетеро- гаметного пола, т. е. у самок, вследствие возможных мутаций половых

хромосом.

Кроме ядерных и эпигеномных нарушений в облученных клетках на развитие отдаленных последствий опосредованное влияние могут оказывать нарушения нейроэндокринной регуляции, определяющие снижение ряда адаптивных возможностей организма. Примеры подобных дистанционных или опосредованных влияний рассматривались в предыдущих главах. Опосредованный компонент четко выражен также и в механизме возникновения злокачественных опухолей, как это показано на ряде конкретных примеров, особенно при тотальном облучении, где он может иметь не меньшее значение (с участием физиологических, иммунных и эндокринных реакций), чем специфическое действие облучения на клетку.

Одно из весьма убедительных доказательств лишь видимого сход

ства сокращения продолжительности жизни в результате радиационного поражения с преждевременным старением приводится Б. Стрел- лером на основании работ А. Кларка и М. Рубина (1964), изучавших естественную продолжительность жизни одного вида Habrobracon. Оказалось, что хотя продолжительность жизни необлученных гаплоидных и диплоидных самцов одинакова, первые отличаются значитель-

но большей радиочувствительностью (рис. 106).

Следовательно, продолжительность жизни сама по себе не зависит от числа хромосомных наборов, а процесс естественного старения не связан с накоплением соматических мутаций, ибо в противном случае продолжительность жизни гаплоидных самцов была бы значительно меньшей, чем диплоидных, а у диплоидных самцов и самок—одинаковой. С другой стороны, продолжительность жизни диплоидных самок под влиянием облучения умень-

шается не так резко, как гаплоидных, что свидетельствует о роли генетического аппарата в механизме индуцируемого радиацией укорочения жизни, тем более что по данным других опытов того же автора оно одинаково у диплоидных самцов и самок. «По-видимому, —— заключает А. Кларк, —— снижение продолжительности жизни под влиянием облучения не тождественно нормальному процессу старения». Эти же результаты, по его мнению, свидетельствуют о том, что гены функционируют и в неделящихся клетках, и утрата или ослабление этой устойчивости, естественно, более выраженные у гаплоидных особей, обусловливают и их большую поража- емость по данному критерию.

Следующая группа данных, свидетельствующих в пользу специфических механизмов радиационного сокращения продолжительности жизни, получена при анализе кривых гибели животных. Специальные исследования показали, что уменьшение продолжительности жизни, вызываемое облучением, обусловлено не каким-либо одним заболеванием, а ускорением наступления смерти от всех причин вообще. И хотя отдаленные гистологические изменения, вызываемые облучением, в целом не отличаются от наблюдаемых при естественном старении, они могут иметь локальный характер. В связи с последним обстоятельством находится, по-видимому, и тот факт, что последовательность и частота проявления причин, вызывающих смерть при старении животных в облученных и необлученных группах, не совпадают. Это указывает на различие в механизмах, обусловливающих смертность облученных и старых животных.

Наиболее интересные и убедительные доказательства этому получены в оригинальных экспериментах Д. Сторера и Д. Юхаса при оценке радиочувствительности животных разного возраста как показателя старения. В одном из н&х показано (Д. Сторер, 1962}, что ЛД50^30 у мышей с возрастом (после определенного) линейно снижается до 60——70% от исходного уровня, причем на динамику этого показателя предварительное облучение не влияет. Иначе изменяется средняя продол жите л ьность жизни животных при ежедневном облучении в дозе 1 Гр. Наиболее резистентны по этому показателю животные в возрасте 170 дней, а затем наблюдается почти линейное снижение устойчивости, причем животные, подвергнутые предварительному облучению, более чувствительны, чем контрольные. И наконец, интенсивность репарации, определяемая методом повторного облучения, резко снижается с возрастом, причем в большей степени у предварительно облученных животных.

Разная форма и степень изменения использованных показателей с возрастом дают основание предполагать, что каждый из них отражает степень нарушений отдельных систем. Следовательно, облучение, по-видимому, ие вызывает истинного неспецифичес кого преждевременного старения, а избирательно повреждает определенные системы органов, различно функционирующие в зависимости от возраста. В последующих исследованиях (Д. Юхас и др., 1969) еще более четко продемонстрировано различие в проявлении отдаленных последствии — кинетики остаточного поражения — в зависимости от возраста. На рис. 107 показано, что средняя продолжительность жизни мышей, подвергнутых фракционированному облучению (1,4 Гр/сут, по 5 сут в неделю до гибели), имеет параболи-

ческую зависимость от возраста (от 3 до 27 мес), в то время как при таком же режиме облучения, но произведенном через 30 сут после п редва ри тел ьного однократного облучения в дозе 5 Гр, средняя продолжительность жизни с возрастом Снижается. На основании специальных экспериментов (с трансплантацией костного мозга животным разного возраста после летального облучения и последующего контроля за выживаемостью и средней продолжительностью жизни) авторы пришли к заключению, что обнаруженные возрастные различия в динамике остаточного поражения связаны не с кроветворной системой, а с особенностями лучевых реакций кишечника, который с возрастом повреждается сильнее.

Д. Юхас (1971) провел экспериментальную проверку справедливое- ти пяти гипотез, которыми пытались объяснить ослабление чувстви

тельности животных с возрастом к укорачивающему продолжительность жизни действию облучения. Оказалось, что сокращение продолжительности жизни после 10-кратного ежесуточного фракционированного облучения в суммарной дозе 14 Гр составило у 4- и 9- месячных мышей соответственно 120 и 30 сут по сравнению с

соответствующим возрастным контролем. Продолжительность жизни мышей трех групп, подвергнутых облучению в более позднем возрасте (450-, 540- и 730-суточные), не только не сок

ратилась, а даже увеличилась на 53—65 сут. Полученные результаты нельзя объяснить недостаточностью времени для выявления повреждения; они противоречат тождеству старения и лучевого поражения и не могут быть объяснены селективной выборкой в популяции, обусловленной сильным летальным эффектом или снормальным изно сом». Как предполагает автор, с возрастом снижается чувствительность к некоторым заболеваниям, а ионизирующее излучение оказывает на старых заболевших животных терапевтическое действие.

Рис. 107. Изменение продолжительности жизни самок мышей линии С57 и BII6 при облучении (по Дж.Юхасу и др., 1969):Рис. 107. Изменение продолжительности жизни самок мышей линии С57 и BII6 при облучении (по Дж.Юхасу и др., 1969):/ — фракционированное облучение в разном возрасте по 1 Гр/сут 5 раз/нед, 2 — животные тех же возрастов, облученные в том же режиме, но через 30 сут после предварительного облучения в дозе 5 Гр; различными символами помечены резулм таты разных экспериментов/ — фракционированное облучение в разном возрасте по 1 Гр/сут 5 раз/нед, 2 — животные тех же возрастов, облученные в том же режиме, но через 30 сут после предварительного облучения в дозе 5 Гр; различными символами помечены резулм таты разных экспериментовСовокупность изложенных данных, а также результаты эпидемиологических исследований в городах Хиросиме и На-, гасаки противоречат представ-

Рис. 107. Изменение продолжительности жизни самок мышей линии С57 и BII6 при облучении (по Дж.

Юхасу и др., 1969):

Рис. 107. Изменение продолжительности жизни самок мышей линии С57 и BII6 при облучении (по Дж.

Юхасу и др., 1969):

/ — фракционированное облучение в разном возрасте по 1 Гр/сут 5 раз/нед, 2 — животные тех же возрастов, облученные в том же режиме, но через 30 сут после предварительного облучения в дозе 5 Гр; различными символами помечены резулм таты разных экспериментов

/ — фракционированное облучение в разном возрасте по 1 Гр/сут 5 раз/нед, 2 — животные тех же возрастов, облученные в том же режиме, но через 30 сут после предварительного облучения в дозе 5 Гр; различными символами помечены резулм таты разных экспериментов

A —>Доза излученияA —>Доза излученияРис. 108. Теоретическая кривая доза —эффект для радиационного канцерогенеза. Л — линейная; 6 —— квадратичная; В ——линейно-квадратичная; Г — линейно-нелинейная зависимость (по Дж. Когглу, 1986)Рис. 108. Теоретическая кривая доза —эффект для радиационного канцерогенеза. Л — линейная; 6 —— квадратичная; В ——линейно-квадратичная; Г — линейно-нелинейная зависимость (по Дж. Когглу, 1986)Q апн居工*RHgg DEOEshQ апн居工*RHgg DEOEsh

A —>

Доза излучения

A —>

Доза излучения

Рис. 108. Теоретическая кривая доза —эффект для радиационного канцерогенеза. Л — линейная; 6 —— квадратичная; В ——линейно-квадратичная; Г — линейно-нелинейная зависимость (по Дж. Когглу, 1986)

Рис. 108. Теоретическая кривая доза —эффект для радиационного канцерогенеза. Л — линейная; 6 —— квадратичная; В ——линейно-квадратичная; Г — линейно-нелинейная зависимость (по Дж. Когглу, 1986)

Q апн居工*RHgg DEOEsh

Q апн居工*RHgg DEOEsh

лениям об идентичности радиогенного сокращения продолжитель

ности жизни и процессов старения.

В самые последние годы установлены факты, дающие основания полагать, что возникновение опухолей под влиянием разнообразных агентов внешней среды, в том числе и ионизирующих излучений, обусловлено одним общим звеном, а именно —— функционированием специальной генетической программы — онкогена. Последний либо всегда присутствует в клеточном геноме, но в обычных условиях не функционирует, находясь в репрессированном состоянии под контролем регуляторных генов, либо образуется из разобщенных сегментов клеточной ДНК, каждый из которых в отдельности не может вызывать опухолевую трансфор

мацию.

Открытие онкогена ——одно из замечательных достижений генетической инженерии. В настоящее время выделены и клонируются несколько десятков онкогенов, вызывающих отдельные типы опухолей.

Можно представить себе возникновение онкогена путем индуцирования генетических перестроек ДНК непосредственно под действием ионизирующего излучения. Не исключено также, что возникающие под влиянием ионизирующей радиации длительно сохраняющиеся множественные рецессивные мутации ведут к нестабильности генома, также облегчающей сборку онкогенной программы, причем не обязательно типа рассмотренного «классического» онкогена, а также и нз

разобщенных сегментов ДНК. О роли нестабильности генома в неопластической трансформации клеток и особенно в опухолевой прогрессии свидетельствует характерный для радиационного канцерогенеза длительный латентный период между облучением и появлением опухоли.

До тех пор, пока не будет достигнуто полное понимание механизма радиационного канцерогенеза, не может быть получен исчерпывающий ответ на вопрос о форме кривой зависимости частоты возникновения опухолей от дозы. Можно лишь предположить возможные формы кривых, используя основные радиобиологические концепции, а затем сравнить каждую из таких теоретических кривых с экспериментальными и эпидемио-

логическими данными, чтобы определить, какая из них наиболее согласуется с этими данными.

На рис. 108 представлены четыре формы теоретических кривых.

Наиболее ранняя гипотеза, имеющая много сторонников и по сей день, исходит из линейной зависимости частоты возникновения (/) опухолей от дозы (D), описываемой простейшим уравнением: / = С 十 + aD, где С -- частота опухолей в необлученной контрольной популяции, a ——коэффициент, определяющий наклон линейной кривой.

Квадратичная форма кривой, исходящая из предположения о том, что для трансформации нормальной клетки в опухолевую требуются два независимых события. Такая зависимость выражается функцией / = С + &D2, где частота возникновения опухолей зависит от квадрата дозы (Ь —— коэффициент, определяющий форму кривой),

Промежуточная зависимость доза —— эффект является линейно- квадратичной^ описываемой уравнением, объединяющим два первых: / = С 十 а О + bDL Эту модель сейчас рассматривают как наиболее привлекательную» поскольку в своей начальной части, т. е. в области малых доз, если исходить из беспороговой концепции, зависимость является линейной.

Л инейно-нелинейная зависимость, напротив, исходит из существования пороговой дозы, что, однако, невозможно экспериментально доказать.

Как было показано, вариабельность экспериментальных (см. рис. 100) и эпидемиологических данных (см. рис. 103) так велика, что получаемые статистическими методами кривые не позволяют приписать их к той или иной модели, особенно для области малых доз, представляющих наибольший интерес для оценки опасности возникновения рака и разработки средств радиационной защиты (см. гл. 17).

Перечислите основные отдаленные последствия облучения.

Какова связь сокращения продолжительности жизни с дозой излучения?

Чем определяется вероятность возникновения опухолей и лейкозов с повышением дозы излучения?

Как связаны отдаленные последствия облучения с пострадиационным восстановлением?

Какие типы повреждений составляют основу отдаленной лучевой патологии на клеточном уровне?

Как представляется радиационный канцерогенез с позиций онкогена? Опишите существующие формы теоретических кривых (моделей) возникновения опухолей в зависимости от дозы излучения.

16

Учение без размышления бесполезно, но и размышление без учения опасно.

Конфуций

Эмбрион — конгломерат делящихся и дифференцирующихся клеток» Внутриутробная смертность и аномалии развития при облучении эмбриона и плода — результат высокой радиочувствительности зачатков органов и их жизненного значения. Непосредственные и отдаленные последствия облучения организма в период эмбрионального развития.Эмбрион — конгломерат делящихся и дифференцирующихся клеток» Внутриутробная смертность и аномалии развития при облучении эмбриона и плода — результат высокой радиочувствительности зачатков органов и их жизненного значения. Непосредственные и отдаленные последствия облучения организма в период эмбрионального развития.ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИНА ЭМБРИОН И ПЛОД

Эмбрион — конгломерат делящихся и дифференцирующихся клеток» Внутриутробная смертность и аномалии развития при облучении эмбриона и плода — результат высокой радиочувствительности зачатков органов и их жизненного значения. Непосредственные и отдаленные последствия облучения организма в период эмбрионального развития.

Эмбрион — конгломерат делящихся и дифференцирующихся клеток» Внутриутробная смертность и аномалии развития при облучении эмбриона и плода — результат высокой радиочувствительности зачатков органов и их жизненного значения. Непосредственные и отдаленные последствия облучения организма в период эмбрионального развития.

В литературе существует сравнительно мало данных о действии ионизирующих излучений на эмбрион и плод человека. В основном эти сведения ограничиваются описанием результатов лучевой терапии (облучении области живота беременных женщин) и исследованием детей, подвергшихся внутриутробному облучению в городах Нагасаки и Хиросима. Общий вывод из этих наблюдений——радиочувствительность плода тем выше, чем。凡 моложе.

У выживших детей повреждающее действие радиации проявляется в виде различных уродств, задержки физического и умственного развития или их сочетаний. Наиболее частые уродства — микроцефалия, гидроцефалия и аномалии развития сердца.

Имеющихся данных, однако, явно недостаточно для установления предельно допустимой дозы облучения плода, поэтому в действительности приходится, как и в других случаях, прибегать к экстраполяции на человека результатов, полученных в экспериментах на животных. Радиоэмбриологические исследования на разных видах животных проводились очень широко и тщательно. Особенно известны в этом отношении работы У. Рассела, Р. Рафа и И. А. Пионтковского.

ВОЗРАСТНО-СПЕЦИФИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИНА ОБЛУЧЕНИЕ В ЭМБРИОГЕНЕЗЕ

. Крайне высокая радиочувствительность организма в антенатальном, внутриутробном периоде развития легко объяснима, так как в это время он представляет собой конгломерат из делящихся и дифференцирующихся клеток, обладающих наибольшей радиочувствительностью.

Кроме того, при оценке биологического действия ионизирующего излучения на эмбрион возникают совершенно новые проблемы, так как он крайне мозаичен и находится в постоянном развитии. Поэтому в зависимости от времени закладки, формирования и дифференцировки тех или иных тканей, органов или систем любая из них может оказаться крайне радиочувствительной независимо от ее радиочувствительности во взрослом состоянии.

Например, весьма частым последствием облучения эмбриона является микроцефалия или вообще отсутствие ЦНС, возникающие при облучении в дозах 0,5—2 Гр, хотя во взрослом организме подобного нельзя вызвать никакими дозами. Поэтому вполне справедливо считать эмбрион и плод наиболее радиочувствительными стадиями развития любого организма.

• При мозаике развивающихся центров, каждый из которых жизненно необходим для выживания эмбриона, облучение в дозах,

Рис. 109. Дие крысы, подвергнутые рентгеновскому облучению в дозе I Гр на девятый с половиной день после зачатия. Л — правый глаз нормальный и микрофтальмия левого; 6 — двусторонняя анофтальмия (по Дж. Шварцу, 1963)

летальных для любого центра, будет смертельным для всего организма в целом. В этом случае радиочувствительность эмбриона определяется наиболее чувствительной системой, находящейся в данный момент в состоянии активного развития.

В то же время эмбрион обладает важной особенностью, не обнаруживаемой на иных стадиях жизненного цикла: способностью

к восстановлению, регенерации и перестройке. Уже на самых

Рис. 110. Гипофизарные карлики: крысенок, крольчонок и щенок, облученные на 18, 23 м 45-е сутки антенатального раз* внтия в дозах 3, 4 н 2 fp (ря- дом для сравнения представлены нормальные животные того же возраста) (по И. А.Пионтковскому, 1964)Рис. 110. Гипофизарные карлики: крысенок, крольчонок и щенок, облученные на 18, 23 м 45-е сутки антенатального раз* внтия в дозах 3, 4 н 2 fp (ря- дом для сравнения представлены нормальные животные того же возраста) (по И. А.Пионтковскому, 1964)ранних стадиях эмбрион содержит активные фагоциты, способные поглощать и устранять продукты клеточного распада и остатки разрушенных облучением клеток. После их удаления «организм в целом» старается по мере возможности заполнить образующийся дефицит оставшимися недифференцированными и не- разрушенными первоначальными клетками, благодаря чему эмбрион в топографическом отношении формируется нормально, но уменьшается его масса или отдельные его органы за счет разрушенных облучением клеток. Это приводит к микрофтальмии (рис. 109), микроцефалии, замедлению роста (рис. 110) и к другим признакам потери образующихся материалов. В этих случаях эмбрион или новорожденный выглядит внешне нормальным, но отличается меньшими размерами. Отклонения от нормы могут быть также обнаружены при цитологическом или гистологическом анализе, по поведенческим тестам и укороченной продолжительности жизни.

Рис. 110. Гипофизарные карлики: крысенок, крольчонок и щенок, облученные на 18, 23 м 45-е сутки антенатального раз* внтия в дозах 3, 4 н 2 fp (ря- дом для сравнения представлены нормальные животные того же возраста) (по И. А.

Пионтковскому, 1964)

Рис. 110. Гипофизарные карлики: крысенок, крольчонок и щенок, облученные на 18, 23 м 45-е сутки антенатального раз* внтия в дозах 3, 4 н 2 fp (ря- дом для сравнения представлены нормальные животные того же возраста) (по И. А.

Пионтковскому, 1964)

При изучении развития эмбрионов рыб, лягушек, мышей, крыс или человека наряду с некоторым сходством обнаружены и очень важные различия даже между близкими видами, которые и определяют в последующем строгую специфичность вида. Они же обусловливают и возрастно-специфические реакции на облучение.

Различают три основных периода внутриутробного развития организма. в течение которых изучают повреждаю-

щее действие ионизирующих излучений: до имплантации, период основного органогенеза, плодный период. Кроме того, эмбриогенное действие радиации изучают при облучении самок непосредственно перед оплодотворением. Такое облучение вызывает гибель эмбрионов вследствие летального повреждения яйцеклетки.

Облучение на ранних стадиях (до имплантации и в начале органогенеза), как правило, заканчивается внутриутробной гибелью или гибелью новорожденного (при облучении в середине периода органогенеза). Воздействие в период основного органогенеза вызывает уродства, а облучение плода ——лучевую болезнь новорожденного.

Наиболее исчерпывающие радиоэмбриологические исследования, проведенные на мышах, представляют чрезвычайно ценный экспериментальный материал не только для определения хронологии уродств, но и для понимания нормальной эмбриологии.

ЭФФЕКТ ОБЛУЧЕНИЯ МЫШЕЙ НА РАЗНЫХСТАДИЯХ ВНУТРИУТРОБНОГО РАЗВИТИЯ

Долго дискутировавшийся вопрос о прямом или опосредованном (через организм матери) механизме повреждающего действия ионизирующей радиации на плод был решен экспериментально. Убедительно показано, что эмбриогенное действие радиации является преимущественно прямым, возможность дистанционного влияния на нарушение развития плода составляет не более 5% от общего повреждающего действия радиации (А. А. Нейфах, 1975). Ярким доказательством справедливости этого заключения могут быть, например, данные Л. Рассела о том, что заметные отклонения эмбриона от нормы могут быть легко вызваны на 7——8-е сут беременности облучением в дозах 0,1—0,25 Гр, на которое материнский организм, по существу, не реагирует. При облучении матери перед зачатием в заведомо повреждающих дозах (до 4 Гр) не обнаруживается никаких признаков поврежде* ния развивающегося плода.

По наблюдениям И. А. Пионтковского (1969), изменения, возникав кицие в нейробластах зародыша, обнаруживаются уже через 2 ч после облучения, т. е. значительно раньше, чем развивается лучевой синдром у матери. Наконец, о непосредственном травмирующем действии радиации на эмбрион свидетельствует прямая зависимость тератогенного эффекта (индуцирование пороков развития, уродств) от степени радиочувствительности эмбриона, определяемой радиочувствительностью определенных систем на разных стадиях развития. Общая картина, схематически представленная на рис. 111, будет рассмотрена ниже.

Эмбрионы до имплантации (до 5-х сут) наиболее радиочувствитель- нн к облучению — 80—40 % из них погибают до рождения, причем даже в этот период (с 1-х по 5-е сут) радиочувствительность с возрастом заметно понижается. Выжившие эмбрионы обычно не имеют заметных уродств. Затем следует период 6,5—12,5 сут, когда облучение вызывает наибольшую частоту уродств, период характеризуется минимумом внутриутробной смертности и пиком гибели новорожденных. При дозе 2 Гр гибель бывает наивысшей, если облучение происходит в период от 9,5 до 10,5 сут и не отличается от контроля при облучении до 7,5 или после 11,5 сут. Таким образом, период основного органогене- за 広5——/2,5 сут) следует рассматривать как наиболее радиочувствительный для большинства органов 〃 систем организма, облучение которых (в зависимости от их жизненной значимости) приводит к гибели плода, новорожденного или возникновению уродств (рис. 112).

Это не является чем-то неожиданным, так как еще раз подтверждает общую связь радиочувствительности клеток с такими процессами их жизни, как деление и дифференцировка. При этом самыми радиочувствительными являются дифференцирующиеся клетки; именно они определяют наиболее радиочувствительные стадии в развитии определенной ткани, органа, системы. Вот почему ионизирующие излучения являются великолепным инструментом в руках эмбриологов, с помощью которого удается со значительно большей точностью, чем посредством ранее применявшейся экстирпации, определять предполагаемые зоны

一 一 一 一一 一 一 一

一 一 一 一

一 一 一 一

RДо ~после имгташпащш

омооотдорсния иммантации Основой органогенез । ПлодВозраст и стадия разбития эмдриона 6 момент облучения^ сут~

Рис. 1 It. Внутриутробная смертность новорожденных мышей и доля животных с признаками отклонения от нормы к моменту родов после облучения самок в различные периоды до оплодотворения в дозе 4 Гр и после оплодотворения в дозе 2 Гр (по Л. Расселу, В. Рассел, 1954)

Основные отклонения от нормы,обнаруживаемые у млекопитающих(включая человека) после облученияплодаМозгОтсутствие головного мозга Порэнцефалня МикроцефалияМозговая грыжа Мон гол из мУменьшение продолговатого мозгаАтрофия головного мозгаУмственная отсталостьИдиотияНейробластомаСужение сильвиего водопровода Водянка головного мозга Розетки в нервной тканиРасширение третьего и бокового желудочков мозгаУменьшение илн отсутствие некоторых черепно-мозговых нервовОсновные отклонения от нормы,обнаруживаемые у млекопитающих(включая человека) после облученияплодаМозгОтсутствие головного мозга Порэнцефалня МикроцефалияМозговая грыжа Мон гол из мУменьшение продолговатого мозгаАтрофия головного мозгаУмственная отсталостьИдиотияНейробластомаСужение сильвиего водопровода Водянка головного мозга Розетки в нервной тканиРасширение третьего и бокового желудочков мозгаУменьшение илн отсутствие некоторых черепно-мозговых нервовГлазаПолное отсутствие — анофтальмия Микрофтальмия МикрокорнеаКолобомаДеформация радужной оболочкиОтсутствие хрусталика (отдельно или в сочетании с отсутствием сетчатки) Открытые веки Косоглазие Ретинобластома Дальнозоркость Врожденная глаукома Частичный альбинизмСкелетРавномерное уменьшение: задержка ростаУменьшение черепа Сводчатый череп Узкая голова Черепной пузырь Воронкообразная грудьГлазаПолное отсутствие — анофтальмия Микрофтальмия МикрокорнеаКолобомаДеформация радужной оболочкиОтсутствие хрусталика (отдельно или в сочетании с отсутствием сетчатки) Открытые веки Косоглазие Ретинобластома Дальнозоркость Врожденная глаукома Частичный альбинизмСкелетРавномерное уменьшение: задержка ростаУменьшение черепа Сводчатый череп Узкая голова Черепной пузырь Воронкообразная грудь

Основные отклонения от нормы,обнаруживаемые у млекопитающих(включая человека) после облученияплода

Мозг

Отсутствие головного мозга Порэнцефалня Микроцефалия

Мозговая грыжа Мон гол из м

Уменьшение продолговатого мозга

Атрофия головного мозга

Умственная отсталость

Идиотия

Нейробластома

Сужение сильвиего водопровода Водянка головного мозга Розетки в нервной ткани

Расширение третьего и бокового желудочков мозга

Уменьшение илн отсутствие некоторых черепно-мозговых нервов

Основные отклонения от нормы,обнаруживаемые у млекопитающих(включая человека) после облученияплода

Мозг

Отсутствие головного мозга Порэнцефалня Микроцефалия

Мозговая грыжа Мон гол из м

Уменьшение продолговатого мозга

Атрофия головного мозга

Умственная отсталость

Идиотия

Нейробластома

Сужение сильвиего водопровода Водянка головного мозга Розетки в нервной ткани

Расширение третьего и бокового желудочков мозга

Уменьшение илн отсутствие некоторых черепно-мозговых нервов

Глаза

Полное отсутствие — анофтальмия Микрофтальмия Микрокорнеа

Колобома

Деформация радужной оболочки

Отсутствие хрусталика (отдельно или в сочетании с отсутствием сетчатки) Открытые веки Косоглазие Ретинобластома Дальнозоркость Врожденная глаукома Частичный альбинизм

Скелет

Равномерное уменьшение: задержка роста

Уменьшение черепа Сводчатый череп Узкая голова Черепной пузырь Воронкообразная грудь

Глаза

Полное отсутствие — анофтальмия Микрофтальмия Микрокорнеа

Колобома

Деформация радужной оболочки

Отсутствие хрусталика (отдельно или в сочетании с отсутствием сетчатки) Открытые веки Косоглазие Ретинобластома Дальнозоркость Врожденная глаукома Частичный альбинизм

Скелет

Равномерное уменьшение: задержка роста

Уменьшение черепа Сводчатый череп Узкая голова Черепной пузырь Воронкообразная грудь

Рис. 112. Анэнцефалия у крысы (Л) и экзэнцефалия (мозговая грыжа) у мыши (£). Облучение на 9-е сутки эмбриогенеза (по С. Хиксу, 1954;

Р. Рафу, I960)

формирования того или иного органа в эмбрионе на ранних стадиях развития, так как известно, что дифференциация органа может предшествовать видимому появлению его зачатка. Для наглядности ниже приведены основные аномалии развития, отмеченные в литературе, посвященной действию радиации на эмбрион животных и человека.

Врожденный вывих бедерУменьшение и деформация хвоста Чрезмерное развитие и деформация ногУменьшение пальцевПяточная стопаНарушение развития конечностейСиндактилияБрахидактилияНарушение одонтогенезаЭкзостоз большеберцовой костиИзменение метафизаНарушение эмалеобразованияСклеротомный некрозДругие аномалииОбратное расположение органов Водянка почкиВрожденный вывих бедерУменьшение и деформация хвоста Чрезмерное развитие и деформация ногУменьшение пальцевПяточная стопаНарушение развития конечностейСиндактилияБрахидактилияНарушение одонтогенезаЭкзостоз большеберцовой костиИзменение метафизаНарушение эмалеобразованияСклеротомный некрозДругие аномалииОбратное расположение органов Водянка почкиВодянка мочеточникаВодянка яичкаОтсутствие почкиДегенерация гонадАтрофия нижних конечностейДепигментация и гиперпигментация кожиДвигательные расстройства конечно стейУвеличение вероятности возникновения лейкемииВрожденный порок сердцаДеформация ухаДеформация лицаНарушение функции гипофизаДерматомальный и миотомальный некрозВодянка мочеточникаВодянка яичкаОтсутствие почкиДегенерация гонадАтрофия нижних конечностейДепигментация и гиперпигментация кожиДвигательные расстройства конечно стейУвеличение вероятности возникновения лейкемииВрожденный порок сердцаДеформация ухаДеформация лицаНарушение функции гипофизаДерматомальный и миотомальный некроз35 45#8f545 %5 %5笈/我51 змориона/1ьного развития 裁 ннмешпу обучениясут35 45#8f545 %5 %5笈/我51 змориона/1ьного развития 裁 ннмешпу обучениясутРис. 113. Критические периоды облучения эмбриона мыши, обусловливающие появление отклонений от нормы, с учетом их частоты (ширина полосы) и дозы излучения (степень заштрихованности) *

Врожденный вывих бедер

Уменьшение и деформация хвоста Чрезмерное развитие и деформация ног

Уменьшение пальцев

Пяточная стопа

Нарушение развития конечностей

Синдактилия

Брахидактилия

Нарушение одонтогенеза

Экзостоз большеберцовой кости

Изменение метафиза

Нарушение эмалеобразования

Склеротомный некроз

Другие аномалии

Обратное расположение органов Водянка почки

Врожденный вывих бедер

Уменьшение и деформация хвоста Чрезмерное развитие и деформация ног

Уменьшение пальцев

Пяточная стопа

Нарушение развития конечностей

Синдактилия

Брахидактилия

Нарушение одонтогенеза

Экзостоз большеберцовой кости

Изменение метафиза

Нарушение эмалеобразования

Склеротомный некроз

Другие аномалии

Обратное расположение органов Водянка почки

Водянка мочеточника

Водянка яичка

Отсутствие почки

Дегенерация гонад

Атрофия нижних конечностей

Депигментация и гиперпигментация кожи

Двигательные расстройства конечно стей

Увеличение вероятности возникновения лейкемии

Врожденный порок сердца

Деформация уха

Деформация лица

Нарушение функции гипофиза

Дерматомальный и миотомальный некроз

Водянка мочеточника

Водянка яичка

Отсутствие почки

Дегенерация гонад

Атрофия нижних конечностей

Депигментация и гиперпигментация кожи

Двигательные расстройства конечно стей

Увеличение вероятности возникновения лейкемии

Врожденный порок сердца

Деформация уха

Деформация лица

Нарушение функции гипофиза

Дерматомальный и миотомальный некроз

35 45#8f545 %5 %5笈/我5

1 змориона/1ьного развития 裁 ннмешпу обучениясут

35 45#8f545 %5 %5笈/我5

1 змориона/1ьного развития 裁 ннмешпу обучениясут

Чем шире и сильнее заштрихована полоса, тем больше радиочувствительность; неровный конец полосы указывает на то. что за пределами этой стадии облучение не производили (по Л. Расселу, 1950): / — микрофтальмия, 2 — колобома, 3-сужение радужной оболочки, 4 ——откры* тые веки, 5 — сводчатый череп, 6 — черепной пузырь, 7 — суженная голова, 8 — аномалия морды и ноздрей, 9 ——раздвоение остистых отростков позвонков, 10 — аномалии заднего прохода, // — аномални мочеполовой системы, 12 — укорочение хвоста, 13 ™ деформация хвоста, J4— чрезмерное развитие передних лап, 15 - чрезмерное развитие задних лап, 16 — уменьшение задних лап, /7 — уменьшение передних лап, 18 — аномалии передних конечностей, 19 — аномалии задних конечностей

В результате тщательных радиоэмбриологических исследований Л. и У. Расселам удалось составить своеобразные временно-топографические карты возникновения всех описанных аномалий развития. Кроме того, оригинальные данные по морфофункциональным изменениям ЦНС у животных, облученных в антенатальном периоде, имеются в монографии И.А. Пионтковского (1964). На рис. 113 приведены критические периоды появления описанных аномалий и их частота при разных дозах излучения, что позволило уточнить сроки закладки отдельных органов и систем.

ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙНА ЭМБРИОН ЧЕЛОВЕКА

Аномалии развития плода человека, вызываемые облучением, экспериментально удается воспроизвести при облучении эмбрионов мыши и крысы на сравнимых стадиях развития. Сопоставляя стадии их эмбриональных структур в двух периодах беременности, можно построить соответствующую кривую, коррелирующую эквивалентные возрасты эмбрионов мыши и человека. И хотя скорости развития эмбриона мыши и человека различаются с возрастом, особенно после 14-х сут, однако средний коэффициент приведения между ними равен приблизительно 13. Поэтому экстраполяция результатов облучения эмбрионов мыши на эффекты у плода человека обладает большой долей вероятности, что и позволяет получать информацию о специфической чувствительности к излучению отдельных органов человека. На рис. 114 приведена такая экстраполяционная диаграмма, построенная на основе данных для мыши (при облучении в дозе 2 Гр) и известных эмбриологических фактов.

С учетом приведенного коэффициента период наибольшей радиочувствительности эмбриона человека сильно растянут во времени. Он начинается, вероятно, с зачатия и кончается приблизительно 38-ми сут после имплантации; в этот период развития у эмбриона человека начинают формироваться зачатки всех органов посредством быстрой дифференцировки из клеток первичных типов. Подобные превращения у эмбриона человека в период между 18-ми и 38-ми сут происходят почти в каждой из тканей. Так как переход любой клетки из эмбрионального состояния в состояние зрелости — наиболее радиочувствитель- ный период ее формирования и жизни (независимо от того, является ли она нейро-, мио-, остео- или эритробластом и др.), все ткани в это время оказываются высокорадиочувствительными. Мозаичность процесса дифференциации эмбриона и связанное с этим процессом измене- нение числа наиболее радиочувствительных клеток определяют степень радиочувствительности той или иной системы или органа и вероятность появления специфической аномалии в каждый момент времени. Поэтому фракционированное облучение приводит к более тяжелым повреждениям, так как воздействие захватывает разнообразные типы зародышевых клеток и их различное распределение, что вызывает по-

вреждение большого количества зачатков органов, находящихся на критических стадиях развития. В этот период максимальное поражение может быть спровоцировано очень малыми дозами ионизирующего излучения; для получения аномалий в более поздний период эмбрионального развития требуется воздействие больших доз.

Приблизительно через 40 сут после зачатия грубые уродства вызвать трудно, а после рождения ——невозможно. Однако следует помнить, что в каждый период развития эмбрион и плод человека содержат некоторое количество нейробластов, отличающихся высокой радиочувствительностью, а также отдельные зародышевые клетки, способные аккумулировать действие излучения.

Как показали результаты изучения последствий облучения беременных женщин во время атомной бомбардировки в городах Хиросима и Нагасаки, степень проявления аномалий и их особенности в основном соответствов ал и ожидаемым. Так, согласно одному из обследований у 30 женщин, находившихся в 2 км от эпицентра взрыва и имевших серьезные симптомы лучевого воздействия, примерно в половине случаев отмечена внутриутробная смертность плода, гибель новорож-

Рис. 114. Экстраполяционная кривая, демонстрирующая ожидаемые результаты облучения эмбриона человека на разных стадиях развития, построенная на основе экспериментов на животных (по Р. Рафу, 1962):

/ — мозговая грыжа, водянка мозга, микрофтальмия» 2 — изменение свода черепа, 3 — дегенерация сосудов головного мозга, уменьшение продолговатого мозга, 4 — перерождение среднего мозга и клеток коры, 5 — перерождение спинного и продолговатого мозга, 5 — нарушение развития мозолистого тела, 7 —- нарушение развития полушарий головного мозга, аммонова рога, 8 — нарушение развития полосатого тела

денных или младенцев, а у четырех из 16 выживших детей наблюдалась умственная отсталость. Согласно данным другого наблюдения, почти у половины (45 %) детей, родившихся от матерей, подвергшихся облучению при сроках беременности 7—15 нед, имелись признаки умственной отсталости. Кроме того, у потомства женщин, перенесших облучение в первой половине беременности, отмечены микроцефалия, задержка роста, монголизм и врожденные пороки сердца, частота и степень аномалий были выше в тех случаях, когда пострадавшие матери находились на расстоянии менее 2 км от эпицентра взрыва. Но и в этих случаях не наблюдалось таких резких неврологических нарушений, какие были получены при облучении мышей; вероятно, это связано с малой выживаемостью таких детей. Эти наблюдения относятся лишь к 6—7-летним детям, а в этом возрасте еще не проявляются многие нарушения, которые могут быть обнаружены только в юношеском и более позднем возрасте.

Согласно данным обзора 1975 г., ежегодное обследование в городах Хиросиме и Нагасаки 1600 жителей, подвергшихся облучению r пренатальный период, показало, что у лиц, матери которых находились на расстоянии 〜2 км от эпицентра, отмечалось некоторое, уменьшение объема головы, замедление роста и снижение массы тела. При меньших дозах заметных отклонений в физическом развитии и росте детей не отмечено. После пересмотра дозовых характеристик и уточнения индивидуальных доз было установлено, что в г. Хиросиме тератогенный эффект радиации проявлялся уже в диапазоне доз от 0,1 до 0,2 Гр. Однако значительное уменьшение объема головы выявлено только у тех детей, матери которых в ранние сроки беременности были облучены в дозе более 5 Гр. В г. Нагасаки такой же эффект наблюдался при дозах более 15 Гр. Некоторые исследователи отмечают, что уменьшенный объем головы у детей, как правило, сопутствовал наличию у них признаков умственной отсталости.

Следует иметь в виду, что облучение эмбриона в малых дозах может вызвать такие функциональные изменения в клетке, которые невозможно зарегистрировать современными методами исследования, но которые способствуют развитию болезненного процесса через много лет после облучения. Следовательно» все отдаленные последствия облучения эмбриона могут быть выражены в большей степени, нежели при облучении взрослого организма. Так, например, согласно данным статистического анализа (А. Стьюарт и др., 1956), частота лейкемий у потомства матерей, подвергавшихся рентгеновскому облучению во время беременности, приблизительно удваивается.

Заслуживают внимания сведения о последствиях облучения материй во второй половине беременности. К ним относятся данные о повышенной заболеваемости и смертности таких детей в г. Нагасаки, а также сообщения об аномалиях развития, наблюдавшихся при рентгенотерапевтических процедурах, проводимых на разных сроках бе-

ременности матерей. Так, в сводке, охватывающей 168 подобных случаев (цит. по Р. Рафу, 1962), утверждается, что облучение эмбриона человека в период первых двух месяцев ведет к 100%-ному поражению, в период от 3 до 5 мес — к 64, в период от 6 до 10 мес— к 23% поражения эмбрионов. Эти данные следует, конечно, иметь в виду, но их ценность для надежных выводов относительно облучения эмбриона и плода человека ограничена отсутствием точных дози метр и чески х параметров.

МЕХАНИЗМЫ РАДИОЭМБРИОЛОГИЧЕСКОГОЭФФЕКТА И ОЦЕНКА ЕГО ПОСЛЕДСТВИЙ

Приведенные данные позволяют сделать заключение, что уродства, индуцируемые действием ионизирующего излучения на эмбрион и плод, никогда не могут иметь место при облучении организма после рождения. Однако легко себе представить появление функциональноморфологических нарушений в отдельных тканях или системах развивающегося организма, которые на момент облучения еще не закончили своего формирования.

Типичным примером такого рода может служить мозжечок> который дифференцируется последним из отделов ЦНС и потому радио- устойчив до последней трети беременности, но становится высокорадиочувствительным в течение нескольких недель после рождения благодаря наличию нейробластов. В гл. 6 упоминалось, что в лаборатории автора наблюдали до 90% интерфазной гибели клеток коры мозжечка у крысят и мышат, облученных в дозах до 10 Гр в первую неделю после рождения. Высокой радиочувствительностью дифференцирующейся коры мозжечка объяснили и наблюдавшиеся частые случаи атаксии (нарушения двигательного равновесия) у мышей, которые в первую неделю после рождения были подвергнуты тотальному облучению в дозах 15——20 Гр в условиях острой газовой гипоксии.

Механизмы радиоэмбриологического эффекта аналогичны рассмотренным при описании основных радиобиологических реакций клеток (см. гл. 6). Исключительная особенность эмбриона определяется наличием большого числа недифференцированных первичных клеток, направленных на компенсацию клеточных утрат, благодаря чему облученный организм продолжает развиваться как целое, хотя неминуемым следствием облучения является возникновение состояния недостаточности (неполноценности), которое переносится организмом в зависимости от степени замещения пораженных клеток клетками, остававшимися недифференцированными. Исход поражения эмбриона, таким образом, выражается неким равновесием между начальным эффектом облучения и способностью «организма как целого» восстановить от поражения отдельные его части, регенерирующие посредством вновь ориентированных жизнеспособных первичных клеток.

Например, облучение в дозе 0,5 Гр может вызвать гибель практически всех клеток сетчатки глаза эмбриона мыши, но они замещаются путем такого рода регенерации и мышонок оказывается зрячим.

Эмбрионы, не выживающие после облучения, обычно погибают вследствие поражения одной или нескольких жизненно важных систем, их поражение вызывает гибель других систем, способных выжить в нормальной окружающей среде. Трансплантация органов от облученных эмбрионов интактным реципиентам давала возможность этим органам выжить и развиваться нормально.

Каков же внутренний механизм аномалий, возникающих при облучении эмбриона?

Прежде всего следует отметить, что описанные аномалии развития не являются специфической особенностью действия только ионизирующего излучения. Они наблюдаются также и при действии некоторых ферментативных ингибиторов и радиомиметических веществ — иприта и других алкилирующих соединений. Однако из-за высоко访 проникающей способности ионизирующей радиации разнообразие пострадиационных аномалий по сравнению с любым другим агентом внешней среды значительно шире.

Часто утверждают (И.А. Пионтковский, 1964)* что аномалии развития пло* да. возникающие под влиянием облучения или других агентов, являются феноко- паями. Термин《фенокопня» был предложен немецким биологом И. Гольдшмидтом (1955). Под фенокопией понимают возникающее в процессе развития под влиянием внешних факторов изменение признака, зависящего от определенного генотипа 工 и ведущее к копированию признаков, характерных для другого генотипа или его отдельных элементов. При этом возникшие фенотипические модификации не наследственны, т. е. сам генотип остается неизменным. Следователь* но, фенокопия идентична генной (хромосомной) мутации, но это далеко не во всех случаях указывает на прямую связь между действием внешнего агента и данной мутацией, так как развитие признака проходит через ряд связанных звеньев и конечный фенотипический эффект может не зависеть от того, какое из звеньев было выключено или изменено.

Радиоэмбриологический эффект вряд ли можно объяснить изменениями только генетического (хромосомного) аппарата. Тем самым, как справедливо замечает Р. Раф, явление значительно упрощ ается. ибо данная концепция не касается регуляторных или интегрирующих способностей «организма как целого》и не объясняет, почему облученные зачатки органа развиваются лучше после трансплантации необл у ценному хозяину. И хотя нельзя в принципе отрицать роль мутации ге-

Генотип——совокупность всех наследственных факторов организма, входящих в геном (или, другими словами, всех локализованных в ядре носителей наследственности); для определения генотипа необходимо изучение предков либо потомков данной особн, либо тех и других вместе. В отличие от генотипа фенотип ——совокупность всех внешних и внутренних структур, функций и признаков организма, которая проявляется и может быть изучена морфологическимит анатомическими и физиологическими методами только у данного организма.

нов в возникновении аномалий развития, в настоящее время нет достаточных оснований рассматривать последние просто как фенокопии, идентифицируя их тем самым с соматическими мутациями. Нельзя забывать, что эмбриону свойственна уже упоминавшаяся «регулирующая способность» использовать остающийся нормальный материал для развития топографически целого индивидуума. Эту интегрирующую способность трудно объяснить действием генов, если так же объясняется и дезинтегрирующее аномальное развитие.

• Независимо от деталей механизма радиоэмбриологического эффекта последствия облучения эмбриона или плода таковы, что неизбежно приводят к выводу о необходимости любой ценой предотвращать лучевые воздействия в этом периоде.

Пороговая доза излучения, вызывающая аномалию плода человека, пока не установлена, но облучение в дозе 0,05 Гр повышает частоту резорбции оплодотворенного яйца у мыши на очень ранней стадии (перед стадией дробления).

Есть основания полагать» что даже диагностические облучения беременных женщин (при дозах 0,001—0,2 Гр) могут вызвать значительные уродства, особенно если это происходит в период ранней стадии развития ЦНС (до 38-го дня после имплантации). Как полагает Д. Висли (I960), по крайней мере 96 % всех смертей, вызванных врожденными уродствами, могут обусловливаться радиационным фоном, а наблюдавшееся в США за последние 30 лет увеличение уродств на 60% явилось, по его мнению, результатом медицинского применения рентгеновского излучения.

Кроме того, очень важной проблемой, влияющей на оценку результатов облучения в период эмбриогенеза, является изучение частоты и момента возникновения отдаленных последствий облучения. Например, если развитие видимой картины рака у человека происходит через 15——30 лет после облучения, то будет ли так же продолжителен латентный период, если облучению подвергается эмбрион или плод?

Дополнительно к уже приведенным выше примерам, демонстрирующим серьезность этой проблемы, можно добавить следующее. Проведенный Р. Моулом (1974) ретроспективный анализ опубликованных материалов об опухолях у детей выявил повышенную частоту лейкемии и злокачественных опухолей у детей, рожденных от матерей, прошедших радиографические обследования, в 10% случаев это были одиночные плоды, а в 55% — близнецы. Множественность наблюдавшихся лейкемий и солидных опухолей дает основание автору для уверенного заключения о причинно-следственной связи между этими заболеваниями и облучением плода.

По данным А. Стьюарта (1973), касающимся анализа заболеваемости в первые 10 лет жизни, у наблюдавшихся 15 млн. одиночных детей и 350 тыс. близнецов относительный риск заболевания лейкемией или солидными опухолями при облучении во внутриутробном состоянии

возрастет в 1,5 раза для одиночных детей и соответственно в 2,2 и 1,6 раза *ля близнецов.

. Обличая зачатки половых органов у эмбрионов на ранней стадии развития, можно ожидать иных последствий, чем при облучении ^онад взрослого организма, хотя бы из-за различия радиочувствительности их половых клеток. Кроме того, изменения в небольшом числе таких зачаточных половых клеток эмбриона окажут гораздо больший эффект, так как они являются предшественниками огромного числа клеток эпителия половых желез взрослого человека, следовательно, любое воздействие излучения на первичную зародышевую клетку эмбриона передается всем клеткам ее последующих поколений.

В заключение полезно привести совершенно справедливые слова Р. Рафа (1962), одного из основоположн и ков радиационной эмбриологии:

«... ионизирующее излучение является и будет оставаться в дальнейшем важнейшим орудием в деле расцвета цивилизации, как это уже было показано в медицине, в других областях науки и техники. Средняя продолжительность жизни человека увеличилась в значительной степени благодаря развитию радиологии. Тем не менее задача каждого радиоэмбриолога ——подчеркивать, что эмбрион крайне радиочувствителен и что облучение его может вызвать далеко идущие последствия». Демонстрацией справедливости высказанной Р. Рафом более 20 лет назад точки зрения является доклад Научного комитета по действию атомной радиации (НКДАР) ООН на 34-й сессии (1984), в котором обсуждался вопрос о том, что радиочувствительность плода по индукции отдаленных последствий облучения в 10—300 раз больше по сравнению со взрослым организмом.

西4ем объясняется высокая радиочувствительность организма в эмбриогенезе?

Расскажите об основных последствиях облучення эмбриона мыши и человека на разных стадиях развития.

В чем состоят механизмы радиоэмбриологнческого эффекта?

Каковы особенности отдаленных последствий облучения организма в эмбриональном состоянии?

1717Наука вечна в своем стремлении, неисчерпаема 8 своем объеме и недостижима в своей цели.К. БэрНаука вечна в своем стремлении, неисчерпаема 8 своем объеме и недостижима в своей цели.К. БэрРадиационный фон в природе. Соотношение опасности и пользы ионизирующих излучений. Международная и национальная структура органов радиационной защиты. Концепция биологического риска и ее роль в оценке последствий облучения по сравнению с риском от нерадиационных агентов. Соматические и наследственные стохастические и нестохастические эффекты облучения. Регламентация радиационного воздействия в СССР.Радиационный фон в природе. Соотношение опасности и пользы ионизирующих излучений. Международная и национальная структура органов радиационной защиты. Концепция биологического риска и ее роль в оценке последствий облучения по сравнению с риском от нерадиационных агентов. Соматические и наследственные стохастические и нестохастические эффекты облучения. Регламентация радиационного воздействия в СССР.ОСНОВЫГИГИЕНИЧЕСКОГОНОРМИРОВАНИЯИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИЙ

17

17

Наука вечна в своем стремлении, неисчерпаема 8 своем объеме и недостижима в своей цели.

К. Бэр

Наука вечна в своем стремлении, неисчерпаема 8 своем объеме и недостижима в своей цели.

К. Бэр

Радиационный фон в природе. Соотношение опасности и пользы ионизирующих излучений. Международная и национальная структура органов радиационной защиты. Концепция биологического риска и ее роль в оценке последствий облучения по сравнению с риском от нерадиационных агентов. Соматические и наследственные стохастические и нестохастические эффекты облучения. Регламентация радиационного воздействия в СССР.

Радиационный фон в природе. Соотношение опасности и пользы ионизирующих излучений. Международная и национальная структура органов радиационной защиты. Концепция биологического риска и ее роль в оценке последствий облучения по сравнению с риском от нерадиационных агентов. Соматические и наследственные стохастические и нестохастические эффекты облучения. Регламентация радиационного воздействия в СССР.

Нормирование или регламентация ионизирующих излучений является одной из задач радиационной гигиены, изучающей влияние ионизирующего излучения на здоровье человека с целью выработки мер противорадиационной защиты. Правомерно ли, однако, в принципе говорить о нормировании радиационного фактора, если его вредное биологическое действие настолько общеизвестно, а об индифферентности и тем более о положительных эффектах минимальных уровней облучения пока высказываются лишь единичные соображения отдельными исследователями на основании немногочисленных экспериментальных фактов и эпидемиологических исследований, не дающих оснований для каких-либо обобщений.

На поставленный вопрос следует без всяких сомнений ответить утвердительно, даже если отбросить его вторую, гипотетическую часть и заведомо исходить

только из признания вредных последствий облучения. Отсутствие альтернативы в решении этого вопроса объясняется, во-первых, неизбежным пребыванием живого мира на всем протяжении его существования в условиях постоянного воздействия «радиационного фона》， а во-вторых, расширением радиационных контактов человека в связи с бурным техническим прогрессом.

ИСТОЧНЙКИ ОБЛУЧЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА

В настоящее время в атомной промышленности СССР, США и других развитых стран заняты многие сотни тысяч человек, что составляет, однако, небольшую часть общей численности населения, в лучевую, нагрузку которого основной вклад вносят радиологические обследования с медицинскими целями. Уже в 1961 г. от диагностического рентгеновского облучения, сопровождающегося некоторым воздействием на гонады, каждый датчанин получил в среднем дополнительно 29% дозы естественного фона, а каждый японец ——40 %. За последние годы во всех высокоразвитых странах произошел бурный рост числа медицинских рентгено-радиологических и других исследований с использованием источников ионизирующего излучения. Как отмечает Р. М. Алексахин (1982), в развитых странах, характеризующихся высоким уровнем медицинского обслуживания, использование ионизирующих излучений и радиоактивных веществ в медицине для диагностики может давать основной вклад в дополнительное облучение населения, превышающее воздействие всех других искусственных источников. В этих странах количество диагностических радиологических процедур возрастает ежегодно на 5——15%, причем предполагают дальнейшее увеличение этого показателя. Применение радиофармацевтиче- ских препаратов в последние 10 лет удваивалось каждые 3——5 лет.

В СССР ежегодное число рентгенодиагностических процедур за 1968— 1981 гг. возросло с 793 до 958 на 1000 человек, т. е. увеличилось на 21 %, что опережает темпы роста населения. Еще быстрее происходит ежегодный рост числа радиоизотопных процедур, составляющий 1О°о (Е. Н. Воробьев и др., 1984). В РСФСР в 1985 г. приходилось 1280 рентгенодиагностических исследований на 1000 человек, создающих среднюю эквивалентную дозу на человека 1,34 мЗв/год. В 1970 г. в США число рентгенодиагностических обследований составляло в среднем 55,9 на 100 человек, а в Японии в 1974 г. (без учета рентгенодиагностики зубов) — 729 на 1000 человек населения, что в три раза больше, чем в 1959 г.

Дозы излучения, получаемые различными органами и тканями человека при рентгенодиагностических процедурах, варьируют в очень широких пределах в зависимости от технических особенностей оборудования, методов, применяемых в различных медицинских учреждениях, и опыта рентгенологов. Для большинства рентгенодиагностических процедур средняя доза на кожу составляет 0,5——5 сГр за процедуру, хотя в отдельных случаях (например, обследование сердца) ра-

зовая доза может достигать 0,5 Гр. В зубоврачебной практике доза на голову и щитовидную железу достигает, соответственно, 0,2—0,5 и 0,002—0,070 сГр. Доза облучения костного мозга при различных рентгенодиагностических процедурах измеряется сотнями и тысячами микрогрей за процедуру; при использовании современной аппаратуры и сверхчувствительной пленки эта доза может быть снижена в 5 раз и более. В Швеции использование широкого набора рентгенодиагностических процедур приводит к облучению всего тела в дозе, измеряемой сотнями и тысячами микрогрей. Средняя ежегодная доза облучения всего тела, яичников, семенников, костного мозга, щитовидной железы, грудной клетки и легких в расчете на душу населения составляет в этой стране 0,55—1,00 мГр.

Оценка пользы и риска от массовой флюорографии легких в Японии показала, что в 1968 г. из 40 млн. обследованных было выявлено около 44 500 случаев туберкулеза. Подходы, рекомендуемые Международной комиссией по радиологической защите, позволили рас« считать, что такое облучение может гипотетически привести к появлению в течение 25 лет у обследованного контингента лишь 46 случаев лейкемии и 7 случаев рака, что свидетельствует о существенном поло- житеньном балансе пользы рентгеноди а гности к и относительно риска (Т. Китабатаки и др., 1973).

Согласно данным НКДАР ООН (1977), средняя ежегодная генетически значимая доза от рентгенодиагностики в развитых странах в 1974—1976 гг. колебалась в диапазоне 0,2—0,7 мГр и была значительно меньшей в развивающихся странах. В СССР максимальная средняя годовая поглощенная доза от рентгенодиагностических процедур на костный мозг, желудочно-кишечный тракт и все тело составляет, соответственно, 1,31, 0,86 и 0,72 Гр. Средняя индивидуальная доза облучения населения СССР за счет основных видов радиоизотопной диагностики на все тело составляет 0,5 сбэр/год, колеблясь для разных органов и тканей от 0,2 до 2,8 мбэр/год; исключение составляет доза облучения щитовидной железы — 108 мбэр/год.

Кроме медицинских, в процессе нормальной жизнедеятельности на человека могут влиять и другие источники ионизирующих излучений, формирующие так называемый технологически измененный радиационный фон.

В результате различных технологических процессов может изменяться и естественный радиационный фон в окружающей среде, так как вследствие антропогенного влияния происходит перераспределение радионуклидов в биосфере и интенсификация вовлечения их в круговорот веществ в природе. Такого рода возрастание естественного радиационного фона может быть связано как с атомной промышленностью (извлечение атомного сырья на горнодобывающих предприятиях, его переработка и обусловленное этим выведение естественных радионуклидов в окружающую среду), так и с неядерными отраслями про-

мышленности. В последнем случае основными источниками технологически повышенного естественного радиационного фона являются уголь, сжигаемый на электростанциях, природный и сжиженный газ, строительные материалы, минеральные удобрения, воды с повышенным содержанием радионуклидов, облучение пассажиров при полетах на большой высоте.

Сравнение дозовых нагрузок на критические органы от атомных электростанций и электростанций, работающих на ископаемом топливе, показывает, что от '''Ra они могут быть существенно выше, чем от искусственных радионуклидов, выбрасываемых атомными станциями. Как сообщили 3. Яваровски и другие на симпозиуме МАГАТЭ (1974), от выбросов электростанции «Сикирки» (Польша), работающей на органическом топливе, в 15 км от станции поглощенная доза излучения на остеоциты составляла 43 мбэр/год, а на атомных станциях «Дрезден-1» (ГДР) и «Янки» (США) на границе санитарно-защитной зоны поглощенная доза излучения от 1311 на щитовидную железу и все тело была равна, соответственно, 7• 10^5 и 0,15 мбэр/год. При нормировании дозы излучения на единицу производимой электроэнергии она составляет, соответственно, 0,11, 1 • 10-7 и 2* 10~4 (мбэр/год)-МВт (?』)•

По сравнению с перечисленными дополнительными источниками радиационного воздействия на человека за счет антропогенного повышения естественного фона облучение человека при использовании полного цикла ядерного топлива составляет весьма незначительную долю. Даже резкое увеличение производства электроэнергии на ядер- ной основе в ближайшие десятилетия, по современным прогностическим расчетам, приведет лишь к незначительному увеличению природного фона.

Приходится считаться и с тем, что испытания атомного оружия, проводившиеся до заключенного в 1963 г. международного соглашения, привели к известному повышению естественного фона радиации, которое будет сказываться еще длительное время. Содержание в атмосфере одного из опаснейших радиоактивных изотопов —— 14c увеличилось вдвое, а так как период его полураспада составляет около 5600 лет, то, как подсчитал Л. Полинг, повышенное содержание 14С в атмосфере будет сказываться на протяжении 11 000 лет, так как только к этому времени оно достигнет принятых для населения норм, и затронет 300 поколений людей. Согласно докладу комиссии экспертов специального комитета ООН (1971), проведенные ядерные испытания удерживают содержание 90Sr в атмосфере на уровне 1969 г., и в 2000 г. человечество в целом получит от всех произведенных взрывов дозу, в два раза большую среднегодовой от естественного фона.

Поэтому ионизирующее излучение, как и любые другие агенты и факторы внешней среды нерадиационной природы, окружающие человека в повседневной жизни и зачастую не только не безразличные,

но и заведомо вредные, требуют разумного нормирования и узаконенной системы регламентации. Другими словами, должны быть обеспечены необходимые меры радиационной безопасности для работающих с источниками ионизирующих излучений (профессионалов), всего населения и объектов окружающей среды.

• Под радиационной безопасностью понимают комплекс научнообоснованных мероприятий по обеспечению защиты от воздействия ионизирующего излучения, включающий: разработку критериев оценки опасности ионизирующего излучения для отдельных групп людей, а также популяции в целом и природных объектов окружающей среды; способы и методы оценки радиационной обстановки, ее контроля и прогнозирования; проектные, технические, медико-санитарные и организационные мероприятия, обеспечивающие безопасные условия использования ионизирующего излучения в сфере человеческой деятельности.

СОМАТИЧЕСКИЕ И НАСЛЕДСТВЕННЫЕ,СТОХАСТИЧЕСКИЕ И НЕСТОХАСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ

ОБЛУЧЕНИЯ

Нежелательные радиационные эффекты, от которых требуется защита, делят на соматические и наследственные (генетические). Соматические эффекты проявляются непосредственно у самого облученного лица, генетические - у его потомства. Следует помнить, однако, что такое деление в значительной степени условно, ибо исход облучения зависит от того, в каких клетках происходит нарушение ——в соматических или зародышевых. Генетический аппарат повреждается в обоих случаях, а следовательно, и возникающие повреждения всегда могут наследоваться. Наследуемые в первом случае в пределах тканей и органов данного облученного организма разнообразные повреждения генома (доминантные и рецессивные мутации, разные типы аберраций хромосом и др.) соматических клеток объединены в понятие соматического мутагенеза.

Аберрации хромосом, возникающие в клетках критических систем (костном мозге и кишечнике),——одна из ведущих непосредственных причин острого лучевого синдрома вследствие массовой гибели таких клеток и опустошения этих систем (см. гл. 10). Повреждения генома, возникающие и сохраняющиеся в клетках «стабильных» в цитокинети- ческом отношении, непролиферирующих тканей, имеют большее значение в развитии отдаленных последствий облучения (см. гл. 15). Таким образом, значение для данного (облученного) индивидуума или его потомков имеет не соматический или генетический характер эффекта, а вид мутаций и то, в каких клетках (зародышевых или соматических) они возникают. Если доминантные мутации (к числу которых отно-

сятся и многие аберрации хромосом) возникают в зародышевых клетках, то они либо приводят к уменьшению рождаемости или зачатия, либо проявляются, как правило, в первом поколении, не переходя в последующие. Возникая в соматических клетках, такие мутации наиболее сильно сказываются при делении клеток; чаще всего они приводят к гибели сами клетки или их потомство, в покоящихся клетках они могут быть причиной утраты генетического контроля за рядом функций (см. гл. 15).

Рецессивные мутации вызываются повреждениями отдельных генов в большинстве случаев в виде точковых мутаций. Если такие мутации возникают в половых клетках, то эффект облучения может проявляться очень длительно в бесконечном ряду поколений, подчиняясь общим законам расщепления признаков, вероятность проявления которых растет с числом облученных особей в популяции. В соматических клетках ：а роль менее значительна благодаря компенсаторной функции ал/ie. 1：нюго локуса, но не учитывать их нельзя, особенно в активно пролиферирующих тканях (см. гл. 15).

Несмотря на совершенно очевидную необходимость строгого разграничения понятий, к соматическим условно относят непосредственные эффекты облучения (острую или хроническую лучевую болезнь и локальные лучевые повреждения) и его отдаленные последствия (сокращение продолжительности жизни, возникновение опухолей, лейкозов и др.), а к генетическим — последствия повреждения генома зародышевых клеток, проявляющиеся в потомстве облученных особей.

Отдаленные последствия облучения иногда называют стохастическими (подчеркивая их вероятностный характер) в отличие от нестохастических, проявляющихся только после накопления дозы больше пороговой (вероятность появления и тяжесть которых быстро возрастают с накоплением дозы).

JC нестохастнческнм эффектам относят лучевую катаракту, нарушение репродуктивной функций лучевые поражения зародыша и плода, косметические дефекты кожи, склеротические и дистрофические повреждения разных тканей и др. Под стохастическими понимают такие последствия облучения, вероятность появления которых существует при сколь угодно малых дозах ионизирующего излучения и возрастает с дозой, тогда как тяжесть проявления облучения от дозы не зависит. К стохастическим относят рак и передаваемые потомству наследственные . вменения; они обнаруживаются лишь при длительном наблюдении за большими группами населения, насчитывающими десятки или сотни тысяч человек. Для получения надежных количественных данных о влиянии на наследственность облучения в малых дозах необходим анализ еще более многочисленных популяций, включающих не одно поколение потомков облученных животных. Понятно, что такие исследова-

ния требуют длительного времени, больших затрат труда и средств, даже если они осуществляются на столь быстро размножающихся и хорошо генетически изученных объектах, как дрозофила или мышь.

В качестве примера трудоемкости подобных экспериментов можно привести работу английских исследоватечей (Т. Картер и др., 1958), изучавших у мышей частоту рецессивных видимых мутаций (в семи определенных локусах), которые возникали при хроническом облучении мышей (мощность дозы 0,65-10~5 Гр/ч в течение 359 дней). Для получения достаточно многочисленного потомства потребовалось проведение опытов на протяжении 10 лет. За это время был получен, казалось бы, огромный фактический материал: 63 000 потомков облученных животных и около 183 000 потомков необлученных контрольных мышей. Сравнив полученные результаты с данными В. Рассепа о спектре мутаций в тех же семи локусах при остром облучении в дозах 3 и 6 Гр, Т. Картер с соавторами пришли к очень важному выводу о различии в спектре мутации, вызываемых хроническим облучением в малых дозах и острым —— в больших (сравнение и было основной целью опыта). Однако статистическая значимость полученных материалов оказалась весьма малой; для получения достоверных данных о мутагенном эффекте хронического облучения мышей в малых дозах необходимо получить еще не менее 105 потомков облученных таким же образом животных.

Группа американских ученых, возглавляемая Л. Расселом, обнаружила влияние мощности дозы у-излучения на частоту возникновения мутаций в зародышевых клетках примерно на миллионе потомков мышей (табл. 12). При мощности дозы 9 • 10~в Гр/мин частота мутаций была в 3—4 раза меньше, чем при мощности дозы 0,9 Гр/мин. Снижение мощности дозы еще в 9 раз (до 10~6 Гр/мин) уже не оказывало ослабляющего эффекта. Анализ этого явления на половых клетках показал, что с уменьшением мощности дозы ослабление мутагенного эффекта сильнее выражено на ооцитах, чем на сперматогониях, причем, как следует из данных, приведенных в табл. 13, снижение мощности дозы с 90 до 0,8 сГр мин уменьшает относительную частоту мутаций в четыре раза и в еще большей степени при дальнейшем снижении мощности дозы до 9 • 10~5 Гр，мин. Специальные эксперименты на сперматого- ниях выявили, что некоторое снижение частоты мутаций наблюдается уже при мощности дозы 9 сГр'мнн, а максимальное — при уменьшении ев до 0.8 сГр/мин.

На основании этих данных Л. Рассел сделал вывод, что возможным механизмом снижения частоты мутаций является восстановление пред- мутационных повреждений, отсутствующее при высокой мощности дозы, В последующих экспериментах он установил, что на частоту мутаций влияет не только мощность дозы, но и фракционирование дозы, что, по его мнению, объясняется селективной гибелью наиболее радиочувствительных, а следовательно, и наиболее мутабильных клеток при повышении дозы.

Снижение частоты мутаций в соматических клетках при уменьшении мощности дозы и фракционировании дозы на примере индукции хромосомных аберраций в клетках печени мышей и крыс и их последующий цитогенетический анализ в регенерате органа обсуждались

Таблица 12. Влияние мощности дозы у+нзлучення на частоту возникновения видимых рецессивных мутаций в семи локусах сперматогониев мышей (по Л. Расселу, 1963)

Мощность ДОЗЫ, Гр/мнн

Число потомков

Число мутаций в семи локусах

Среднее общее число мутаций на 1 локус и 108 гамет

Среднее число индуцированных мутаций на 1 локус, 0,01 Гр и 108 гамет

Контроль

0

531 500

28

750

10-5

0,8

59 810

6

1 433

7,9

ю-5

3

49569

15

4 320

11,9

ю-5

6

31 652

13

5 870

8,5

9-10-5

3

58457

10

2 440

5,6

9-10-5

5

26325

5

2710

3,6

9-10-5

8

24 281

12

7 060

7,3

0,9

3

65 548

40

8 720

26,6

0,9

6

119 326

111

13 290

20,9

в гл. 12. В этих опытах кроме экпоненциального снижения выхода аберраций при снижении мощности дозы (от 7 • 10~5 до 1,15 • 10"5 Гр/мин) была обнаружена пороговость этого явления; при мощности дозы & 0,58 • 10~5 Гр/мин доля клеток с аберрациями не отличалась от соответствующего возрастного контроля. Полученные результаты позволили высказать предположение о том, что при таком уровне радиационного воздействия разрыв хромосомы в покоящейся клетке — такая же пороговая реакция, как и многочисленные физиологические проявления лучевого поражения (С. П. Ярмоненко, 1966, 1969), примеры которых приводились при рассмотрении эффектов восстановления.

Таблица 13. Влияние мощности дозы у・нзлученмя на частоту мутаций в ооцитах мыши

Мощность дозы. Гр/мин

Доза, гр

Число

ПОТОМКОВ

Число мутаций в семи локусах

Среднее число мутаций

на 1 локус и 1 0 а гамет

на 1 ло- ку с, 0.01 Гр и 10s гамет

9.10-5

2,6

21 274

674

2.6

9,10-5

4,0

37 049

770

1,9

8J0-2

4,0

20 827

4815

12,0

0,9

4,0

Н 124

15

19 260

48,1

МЕЖДУНАРОДНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В ОБЛАСТИРАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ

Проблема защиты населения от действия ионизирующих излучений имеет глобальный характер, а потому соответствующие научно-исследовательские и организационные мероприятия разрабатываются не только в отдельных странах, но и в международном масштабе.

Первый международный акт такого рода был предпринят в 1928 г., когда на 2-м Международном радиологическом конгрессе в Стокгольме был создан специальный Комитет по защите от рентгеновских лучей и радия. В 1950 г. Комитет был реорганизован в Международную Комиссию по радиологической защите (МКРЗ). В 1956 г. МКРЗ вступила в организационные отношения со Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в качестве «неправительственной соучаствующей организации». Согласно уставу МКРЗ анализирует и обобщает все достижения в области защиты от ионизирующих излучений и периодически разрабатывает соответствующие рекомендации, исходя из основных научных принципов. В декларациях МКРЗ подчеркивается, что она предоставляет национальным комиссиям по защите от излучений отдельных государств право и ответственность за применение рекомендуемых в ее публикациях инструкций или правил соответственно внутренним условиям этих стран. Такая Национальная комиссия по радиационной защите (НКРЗ) существует и в СССР.

МКРЗ в настоящее время состоит из главной комиссии и четырех комитетов, состав которых обновляется один раз в четыре года. В число членов МКРЗ входят и представители СССР. МКРЗ тесно сотрудничает с Международной комиссией по радиационным единицам и измерениям (МКРЕ). В 1955 г. при ООН организован специальный Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР), осуществляющий сбор и анализ международной информации о различных аспектах действия ионизирующих излучений на живые организмы. НК ДАР периодически получает задания от Генеральной Ассамблеи ООН и осуществляет их выполнение, привлекая для этих целей МКРЗ, МКРЕ и другие организации в тесном сотрудничестве с ВОЗ. Среди других международных организаций и обществ, занимающихся вопросами действия ионизирующих излучений на живые организмы, следует отметить Международную ассоциацию по радиационной защите (МАРЗ).

Все перечисленные международные организации в своих публикациях и других документах предлагают лишь рекомендации по основным принципам регламентирования действия радиации, а также обосновывают проблемы, нуждающиеся в дальнейшей научной разработке. Эти рекомендации не являются, однако, обязательными для принятия в законодательные акты и документы отдельных стран.

Существует еще одна международная организация — Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), курирующая вопросы, связанные с радиационной базопасностью на всех этапах работ по мирному использованию атомной энергии. МАГАТЭ является официальной организацией ООН и все страны —— члены МАГАТЭ обязаны выполнять утвержденные ею официальные нормы и правила обращения с источниками ионизирующих излучений, если возникающие при этом вопросы касаются межгосударственных отношений.

Итак, наиболее представительной международной организацией, обобщающей и анализирующей научные данные по действию ионизирующих излучений на организм человека и человечество в целом, является НКДАР ООН; в плане подготовки конкретных рекомендаций для разработки национальных стандартов и регламентов при работе с ионизирующими излучениями такой организацией является МКРЗ, а в плане официальных международных соглашений по вопросам использования атомной энергии— МАГАТЭ.

РЕГЛАМЕНТАЦИЯ РАДИАЦИОННОГОВОЗДЕЙСТВИЯ В СССР

Вопросами гигиенического нормирования (регламентации) ионизирующих излучений в СССР занимается вышеупомянутая НКРЗ, действующая в качестве консультативного органа при Министерстве здравоохранения. Она объединяет ведущих ученых страны, работающих в области радиационной защиты, и в настоящее время возглавляется академиком АМН СССР Л. А. Ильиным. В функции НКРЗ входит инициирование, обобщение и анализ отечественных и зарубежных исследований по проблеме, решение оперативных вопросов обеспечения радиационной безопасности в различных отраслях народного хозяйства» а также систематическое совершенствование законодательных актов, регламентирующих радиационное воздействие на человека и окружающую среду.

В 1953 г. в нашей стране были опубликованы первые «Санитарные правила и нормы при работе с радиоактивными изотопами», которые с учетом достижений науки и практики постоянно дополнялись и совершенствовались. Основными документами, регламентирующими действие ионизирующих излучений, в настоящее время являются «Нормы радиационной безопасности» (НРБ-76) и «Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений» (ОСП—72/80), утвержденные Министерством здравоохранения СССР соответственно в 1976 и 1980 гг. Эти документы, разработанные в соответствии с «Основами законодательства Союза ССР и союзных республик о здравоохранении», регламентируют основные требования по обеспечению радиационной безопасности и распространяются на предприятия, учреждения, лаборатории и дру-

гие организации всех министерств и ведомств, которые производят, обрабатывают, применяют, хранят или транспортируют естественные и и искусственные радиоактивные вещества и другие источники ионизирующих излучений, а также перерабатывают или обезвреживают радиоактивные отходы.

НРБ и ОСП являются основными документами при регламентации уровней воздействия ионизирующих излучений и никакие ведомст* венные правила и инструкции не должны противоречить их положениям. ОСП, кроме того, обязательны при проектировании, строительстве, эксплуатации и реконструкции учреждений, цехов, участков, установок, предназначенных для работ с применением источников ионизирующих излучений.

В основу ОСП и НРБ положен отечественный опыт правового регулирования комплексных санитарно-гигиенических мероприятий + на- пр явленных на обеспечение радиационной безопасности населения, с учетом результатов советских и зарубежных исследований, а также рекомендаций компетентных международных организаций. Устанавливаемая этими документами система доэовых пределов регламентирует общественно полезную деятельность, связанную с использованием источников ионизирующих излучений, гарантируя предупреждение неблагоприятных эффектов у облучаемых лиц и нх потомства. При этом учитывается, что система нормирования, затрагивая интересы многих ведомств и большого числа людей, определяет необходимость осуществления организационно-технических мероприятий, имеющих большое социально-экономическое значение и требующих значительных финансовых затрат.

Советские НРБ предусматривают три следующих основных принципа радиационной безопасности: непревышение установленного основного дозового предела; исключение всякого необоснованного облучения; снижение облучения до минимально возможного уровня.

Такая система ограничений успешно действует в нашей стране более 25 лет, не встречая особых трудностей при реализации и не препятствуя широкому применению источников ионизирующих излучений в различных отраслях народного хозяйства.

КАТЕГОРИИ ОБЛУЧАЕМЫХ ЛИЦ, ДОЗОВЫЕ ПРЕДЕЛЫ, ДОПУСТИМЫЕ И КОНТРОЛЬНЫЕ УРОВНИ ОБЛУЧЕНИЯ

НРБ устанавливают следующие три категории облучаемых лиц: • Категория А — персонал (профессиональные работники), непосредственно работающий с источниками ионизирующих излучений, или лица, которые по роду своей производственной деятельности могут подвергнуться облучению.

Категория Б ——ограниченная часть населения, проживающая

на территории наблюдаемой зоны, где дозы облучения могут превысить пределы, допустимые для населения.

Категория В ——население области, края, республики, страны в целом.

Устанавливаются также три группы критических органов (определение критического органа см. гл. 10 и 13) в порядке убывания радиочувствительности: / группа — все тело, гонады и красный костный мозг; // группа ——мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, исключая относящиеся к I и III группам; III группа ——кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки и стопы..

В основу приведенной группировки критических органов положена вероятность развития в них отдаленных эффектов облучения. Для каждой категории облучаемых лиц устанавливаются два класса нормативов: основные дозовые пределы и допустимые уровни.

РЕГЛАМЕНТАЦИЯ ОБЛУЧЕНИЯ ЛИЦКАТЕГОРИЙ ДИБ

В качестве основных дозовых пределов в зависимости от группы критических органов для категории А устанавливается предельно do” пустимая доза за год (ПДД), а для категории Б ——предел дозы за год (ПД).

• Предельно допустимая доза ——наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которое при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Предел дозы ——предельная эквивалентная доза за год для ограниченной части населения; ГЩ устанавливают меньшим, чем ПДД для предотвращения необоснованного облучения этого контингента людей.

ПДД для I, II и III групп критических органов составляют, соответственно, 5, 15 и 30 бэр/год, а для ПД — 0,5, 1,5 и 3 бэра соответственно. Можно видеть, что основные дозовые пределы для лиц категории Б в десять раз меньше, чем для персонала категории А, что определяется необходимостью предотвращения необоснованного облучения гетерогенного контингента, включающего детей, беременных и лиц пожилого возраста.

Основные дозовые пределы приведены в единицах эквивалентной дозы. (бэр, Зв), используемой при радиационном нормировании и оценке опасности хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного состава. Эквивалентную дозу (") в какой-либо точке или объеме ткани определяют из уравнения Н = DQ, где D ——поглощенная доза, Q —— коэффициент качества излучения, учитывающий его относительную биологическую эффективность:

16зр=哑彳次二 и°°二^»KL=a()?p ； ! бэр = 0,01 Зв=1сЗв.

Для ионизирующих излучений (при Q = 1) 1 Зв = 1 Гр, в остальных случаях соотношения между этими единицами складываются с учетом Q.

Коэффициент качества определяет зависимость последствий облучения в малых дозах и при низкой мощности дозы от ЛПЭ каждого вида излучения, что видно из приводимых ниже соотношений этих параметров:

ЛПЭ. кзВ[мкм в воде 3,5 7,0 23 53 >175

Q 1 2 5 10 20

При определении эквивалентной дозы различных видов ионизирующих излучений с неизвестным спектральным составом используют следующие значения коэффициента качества.

Q i103202020Q i103202020Вид излучения Рентгеновское и у-излучения Электроны и позитроны, р-излучение ..

Q i103202020

Q i103202020

Протоны с энергией меньше 10 МэВ ...

Нейтроны с энергией меньше 20 кэВ ..

Нейтроны с энергией 0,1—10 МэВ . а-Излученне с энергией меньше 10 МэВ .. Тяжелые ядра отдачи

Понятия эквивалентной дозы и коэффициента качества применяют только при дозах до 10 ПДД. При больших дозах используют поглощенную дозу и соответствующие коэффициенты ОБЭ (см. гл. 8).

'При расчете эквивалентной дозы, полученной за счет инкорпорированных радионуклидов, дополнительно учитывают коэффициент распределения дозы, характеризующий влияние неоднородности распределения радионуклида в органе (ткани) и его канцерогенную эффективность по отношению к 22eRa.

Помимо перечисленных основных дозовых пределов, НРБ установлены также допустимые уровни ——нормативные значения поступления и содержания радиоактивных веществ в организме, их концентрации в воде и воздухе, мощности дозы, плотности потоков частиц и

других параметров, рассчитанных из значений основных дозовых пределов ПДД и ПД. Контрольные уровни применяют при проектировании или планировании мероприятий по радиационной безопасности, а также при осуществлении радиационного контроля. НРБ регламентирует следующие допустимые уровни.

Для категории 4Для категории 4ПДПа — предельно допустимое годовое поступление радионуклидов через органы дыханияДСа — допустимое содержание радионуклида в критическом органеДМДа — допустимая мощность дозы излученияДППд — допустимая плотность потока частицДКа — допустимая концентрация радионуклида в воздухе рабочей зоныДЗа — допустимое загрязнение поверхностиПДПа — предельно допустимое годовое поступление радионуклидов через органы дыханияДСа — допустимое содержание радионуклида в критическом органеДМДа — допустимая мощность дозы излученияДППд — допустимая плотность потока частицДКа — допустимая концентрация радионуклида в воздухе рабочей зоныДЗа — допустимое загрязнение поверхностиПГП в — предел годового поступления радиоактивных веществ через органы дыхания и пищеваренияДКб ~ допустимая концентрация радионуклида в атмосферном воздухе и водедМДв —допустимая мощность дозыДППб — допустимая плотность потока частицПГП в — предел годового поступления радиоактивных веществ через органы дыхания и пищеваренияДКб ~ допустимая концентрация радионуклида в атмосферном воздухе и водедМДв —допустимая мощность дозыДППб — допустимая плотность потока частицДля категории 5

Для категории 4

Для категории 4

ПДПа — предельно допустимое годовое поступление радионуклидов через органы дыхания

ДСа — допустимое содержание радионуклида в критическом органе

ДМДа — допустимая мощность дозы излучения

ДППд — допустимая плотность потока частиц

ДКа — допустимая концентрация радионуклида в воздухе рабочей зоны

ДЗа — допустимое загрязнение поверхности

ПДПа — предельно допустимое годовое поступление радионуклидов через органы дыхания

ДСа — допустимое содержание радионуклида в критическом органе

ДМДа — допустимая мощность дозы излучения

ДППд — допустимая плотность потока частиц

ДКа — допустимая концентрация радионуклида в воздухе рабочей зоны

ДЗа — допустимое загрязнение поверхности

ПГП в — предел годового поступления радиоактивных веществ через органы дыхания и пищеварения

ДКб ~ допустимая концентрация радионуклида в атмосферном воздухе и воде

дМДв —допустимая мощность дозы

ДППб — допустимая плотность потока частиц

ПГП в — предел годового поступления радиоактивных веществ через органы дыхания и пищеварения

ДКб ~ допустимая концентрация радионуклида в атмосферном воздухе и воде

дМДв —допустимая мощность дозы

ДППб — допустимая плотность потока частиц

Для планирования мероприятий по защите и оперативному контролю за радиационной обстановкой (с целью предотвратить превышение основных дозовых пределов и допустимых уровней в учреждениях) устанавливают контрольные уровни поступления радионуклидов, содержания их в организме, мощности дозы облучения, плотности потока частиц, концентрации в воздухе и воде, загрязнения поверхностей и т. п. При установлении контрольных уровней, согласно НРБ, следует исходить из необходимости сохранения достигнутого уровня радиационного воздействия в данном учреждении ниже допустимого уровня и его дальнейшего снижения в соответствии с одним из основных принципов радиационной безопасности ——снижении дозы облучения до возможно низкого уровня.

НРБ предусматривают, что превышение основных дозовых пределов (ПДД, ПД) и пределов поступления (ПДП, ПГП) не допускается и рассматривается как нарушение норм. Случаи превышения контрольных уровней должны расследоваться, а вызывающие их причины —— устраняться.

Регламентируемые НРБ дозовые пределы для лиц категорий А и Б не включают дозу, получаемую при медицинском обследовании и лечении, а также дозу, обусловленную естественным фоном излучения.

ОГРАНИЧЕНИЕ РАДИАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯНА НАСЕЛЕНИЕ

Согласно НРБ при регламентации радиационного воздействия на население (категория В) во всех случаях необходимо принимать меры по снижению дозы облучения отдельных лиц и ограничению их числа*

Регламентация и контроль за облучением населения осуществляются Министерством здравоохранения СССР. Специальными задачами являются регламентация медицинского облучения и разработка критериев для принятия решения в случае радиационной аварии.

Основная масса населения СССР проживает на равнинных территориях. где средняя доза, обусловленная космическим излучением, составляет около 0,3 мЗв/год. Облучение населения СССР за счет у-излучения почвы и воздуха от естественных радионуклидов составляет примерно 0,32 мЗв/год. Техногенный радиационный фон от естественных радионуклидов формируется в основном за счет применения строительных материалов минерального происхождения, минеральных удобрений, а также от естественных радионуклидов» содержащихся в выбросах тепловых электростанций в результате сжигания ископаемого топлива, в частности угля. В среднем по стране, с учетом соотношения городского и сельского населения СССР, за счет стройматериалов формируется эквивалентная доза около 1,05 мЗв/год. Средневзвешенная эквивалентная доза облучения всего тела, обусловленная использованием минеральных удобрений в сельском хозяйстве, по ориентировочным оценкам составляет около 7,5 • 10~3 мЗв. Годовая эквивалентная доза облучения за счет выбросов тепловых электростанций в 1975 г. оценивается равной 2-10~3 мЗв. Глобальные радиоактивные выпадения в результате испытательных взрывов ядерного оружия формируют эквивалентную дозу, обусловленную внутренними и внешними источниками излучения примерно (2—2,5) • 10~3 мЗв/год.

Доза облучения населения в процессе медицинских процедур складывается из получаемой при рентгенодиагностике и применении радиофармацевтических препаратов. В СССР в среднем на одного человека в год приходится одна рен тгеноди а гностическая процедура: в основном, рентгенография ——0,4, рентгеноскопия — 0,19, флюорография —— 0,37 %. В 1981——1982 гг. средняя эквивалентная доза облучения всего тела за счет этих процедур составила около 1,5 мЗв/году Радиофармацевтические препараты обусловливают существенно меньшие дозы облучения (менее 1 * 10~3 мЗв/год); препараты на базе 1311 формируют индивидуальную годовую дозу облучения щитовидной железы в среднем по стране около 1,0 мЗв, а в Москве и Ленинграде — до 8—9 мЗв.

Эксплуатация атомных электростанций обусловливает крайне низкие индивидуальные дозы облучения населения СССР, значения которых по данным 1980 г. ((0,1—1,0) • 10~3 мЗв/год) меньше флуктуации природного фона ионизирующих излучений.

В соответствии с изложенным Министерство здравоохранения СССР главное внимание уделяет ограничению облучения с медицинскими целями и от использования строительных материалов с повышенным содержанием радионуклидов. Так, согласно НРБ удельная активность естественных радионуклидов в строительных материалах, используе-

мых во всех вновь строящихся жилых и общественных зданиях, не должна превышать 1—10-8 Ки/кг для 22eRa, 7 • 10~9 для 232Th и 1,3 • 10~7 Ки/кг для 40К.

Особое внимание НКРЗ уделяет научному обоснованию регламентации облучения от медицинских источников, совершенствованию аппаратуры, внедрению новых видов диагностики с наименьшими дозами, использованию средств защиты органов, не подлежащих обследованию. В результате этих мер в 1981—1985 гг. популяционную дозу в стране за счет медицинской диагностики, несмотря на рост числа исследований, удалось стабилизировать.

Принципы регламентирования дозовых нагрузок основываются на концепции, предусматривающей сопоставление пользы от диагностической информации с вредом от облучения и величиной риска с учетом возраста пациента и характера заболевания.

Несмотря на то что предприятия ядер ной энергетики вносят незначительный вклад в суммарную дозу облучения населения, ограничению облучений от этих источников в СССР уделяется чрезвычайно большое внимание. Так, в 1979 г. Министерством здравоохранения СССР утверждены «Санитарные правила проектирования и эксплуатации атомных электростанций» (СПАЭС-79). В целях защиты населения и охраны окружающей среды и с учетом НРБ в этих правилах установлены вклады в пределы дозы для отдельных лиц из населения (категория В), обусловленные суммой газоаэрозольных выбросов и жидких радиоактивных стоков АЭС, соответственно не более 4 и 1 % (т. е. 0,2 и 0,05 мЗв/год при облучении всего тела).

Для расчета доз и производных характеристик, обусловленных радиоактивными выбросами АЭС при нормальной эксплуатации, а также в аварийной ситуации, разработана уточненная модель миграции радионуклидов в биосфере, способствующая корректному определению этих характеристик с учетом всех путей воздействия, в том числе и по пищевым биологическим цепям.

Большое внимание уделяется организационным мероприятиям и усовершенствованию регламентов для защиты населения в случае аварии на предприятиях ядер ной энергетики. Министерством здравоохранения СССР еще в 1982 г. утверждены критерии для принятия решений о мерах защиты населения в случае аварии реактора. В качестве таких критериев устанавливаются два уровня радиационного воздействия — А и Б.

Согласно этим критериям если доза внешнего ^-излучения для всего тела или облучения щитовидной железы не превышают 0,25 Гр (уровень А), то нет необходимости в экстренных мерах, связанных с временным нарушением обычной жизнедеятельности населения. Если облучение превосходит эти уровни, но не достигает по внешнему облу-

чению 0,75 Гр или доза на щитовидную железу от радиоактивного is【I не превышает 2,5 Гр (уровень Б), то решения принимаются с учетом конкретной обстановки.

Экстренные меры, обеспечивающие радиационную защиту населе- ния (укрытие в помещениях, ограничение пребывания на открытой местности, оперативная организованная эвакуация, йодная профилактика, исключение или ограничение употребления в пищу загрязненных продуктов, перевод молочно-продуктивного скота на незагрязненные пастбища или фуражные корма), рекомендуется предпринимать, если доза внешнего у-излучения всего тела достигает 0,75 Гр или облучение щитовидной железы за счет радиоактивного йода превысит 2,5 Гр. Установлены также критерии для принятия решения по концентрации 1311 в воздухе (уровень А — 2,6 • 10е — Бк • с/л; уровень В ——2,6 * 107 Бк • с/л), загрязнению им свежего молока и рациона (уровень А — 3,7 • 103 Бк /л, уровень Б ― 3,7 • 104 Бк/л), а также по начальной плотности выпадения 1311 на пастбища (уровень А — 2,6 • 103 Бк/м2; уровень Б — 2,6 * 104 Бк/м2).

В случае радиационной аварии Министерство здравоохранения СССР, исходя из масштаба и характера аварии, устанавливает временные допустимые уровни облучения и поступления радионуклидов внутрь организма.

ОГРАНИЧЕНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ ДЕТЕЙ И ЛИЦРЕПРОДУКТИВНОГО ВОЗРАСТА

Согласно НРБ-76 одним из наиболее важных критериев при нормировании воздействия ионизирующего излучения на человека является реакция гонад. Именно поэтому гонады наряду с костным мозгом отнесены к 1-й наиболее чувствительной группе критических органов и их следует рассматривать независимо от облучения остальной части гела в связи с тем, что в результате облучения гонад в половых клетках могут возникнуть не только соматические, но и генетические эффекты/ Вследствие этого плодовитость не является исчерпывающим показателем оценки последствий облучения лиц репродуктивного возраста, так как необходимо учитывать возможные генетические повреждения, а при облучении женщин, кроме того, — дефекты роста и разви- тнн плода. Нарушения плодовитости мужчин отмечены после облучения гонад в дозе 0,1 Гр, а у женщин облучение в дозе 0,25 Гр вызы- вает временную стерильность и потерю плодовитости в течение 2—6 мес.

НРБ-76 приняты следующие подходы к регламентации облучения лиц репродуктивного возраста: гонады отнесены к 1-й группе критических органов; доза, накопленная к 30 годам, не должна превышать 12 ПДД (для лиц отнесенных к категории А); для женщин репродуктивного возраста (до 40 лет) введено дополнительное ограничение:

лдоза на область таза не должна превышать 1 бэр за любые 2 мес. Ли- 牲 ца моложе 18 лет к работе с источниками ионизирующих излучений 找не допускаются.

Сформулированные положения основаны исключительно на эффек- ттах внешнего облучения гонад. В действии радионуклидов имеются осо- ^бенности, обусловленные характером распределения и формирования ^поглощенных доз не только в организме, но и в гонадах. При попадании ^в организм женщины радионуклиды способны переходить к плоду и ^■создавать постоянный источник его облучения. Эти особенности пока ；не учтены в действующих НРБ, что требует дальнейших разработок для < обоснованного обеспечения безопасности облучения гонад лиц репродуктивного возраста.

Данные исследований последних лет показывают, что существую- лщие подходы к оценке безопасных доз облучения гонад лиц репродуктивного возраста все же не гарантируют предотвращения наследственных эффектов у потомства. В частности, выявлено, что такие показатели, как гибель клеточной популяции герментативного эпителия, внутриутробная гибель плода, фертильность и плодовитость, не являются достаточно объективными показателями поражаемости половых клеток, поскольку прямой связи между снижением количества половых клеток, воспроизводительной способностью и состоянием детей не выявляется. В сообщении НКДАР СХЭН на основе экспериментальных исследований обсуждаются данные о большем увеличении частоты злокачественных новообразований у потомства облученных самок и самцов. Отмечается, что частота их возникновения значительно выше у потомства облученных самок, чем самцов. Установлено также, что частота возникновения опухолей и сокращение продолжительности жизни в потомстве самок усиливаются от первого к третьему поколению, а в потомстве облученных самцов уменьшаются.

На основании изложенного НКРЗ при дальнейшей работе по совер* шенствованию регламентации радиационного фактора рассматривает и обосновывает новые подходы к ограничению облучения детей и лиц репродуктивного возраста. В частности, учитавая особо высокую чувствительность плода в первые 2 мес жизни и трудности диагностики ранних сроков беременности (менее 8 нед), рассматривается целесообразность для лиц категории А вместо выведения беременных из условий вредности введение понятия «планируемой беременности».

ДИСКУССИОННЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ РЕГЛАМЕНТАЦИИ РАДИАЦИОННОГО ФАКТОРА

В последних публикациях МКРЗ (26, 27 и ЗО-й) совершен длительно подготавливавшийся переход к новым концепциям радиационно-гигиенического нормирования. В основу этих концепций положено пред- 1。Зак. 1490

ставление о беспороговости действия излучения. В действительности же неизвестна зависимость вреднего действия излучения от дозы в диапазоне малых доз: убывает ли оно линейно с дозой вплоть до нуля (как принимается рекомендациями МКРЗ) или изменяется по нелинейному закону; существует ли пороговая доза, ниже которой облучение не причиняет вреда,即 может быть, даже полезно. Поэтому установлено некоторое предельное значение дозы, ниже которого вред, причиняемый облучением, достаточно мал и поэтому приемлем как для общества, так и для отдельных людей. Предел дозы выбирают из опыта работы и, как известно из истории нормирования, он уменьшался несколько раз, пока не достиг нынешнего уровня, сохраняющегося практически неизменным с 1955 г., причем истекшие 30 лет мировой практики подтвердили надежность принятой величины.

В своих новых подходах МКРЗ рекомендует как бы двойную систему нормирования, различающуюся для нестохастических и стохастических эффектов. Для нестохастических эффектов оставлен прежний принцип нормирования по пределу эквивалентной дозы в критическом органе, но предложены более высокие предельно допустимые пределы, чем действующие в отечественных НРБ: 500 мЗв/год для любого критического органа.

Для нормирования дозы по стохастическим эффектам введено но』 вое понятие ——эффективная эквивалентная доза "е. Эта величина определяется по 4)ормуле

нe = e丁% "丁，

где Нт ——среднее значение эквивалентной дозы в органе или ткани 7\ а 吃 一 взвешивающий коэффициент, установленный МКРЗ. В свою очередь WT. согласно терминологии МКРЗ, характеризует отношение стохастического риска для ткани Т к общему стохастическому риску при равномерном облучении всего тела. Другими словами, взвешивающий фактор регламентирует численное значение отношения стохастического риска только для данного органа к суммарному риску при равномерном облучении всего тела.

Рекомендуемые МКРЗ значения взвешивающего фактора следующие: для всего тела (равномерное облучение) — 1; для половых желез 丁 0,25; для молочной железы — 0,15; для красного костного мозга и легких — 0,12; для щитовидной железы и костной поверхности —— 0,03; для остальных органов (в сумме не более 5 органов)——0,06 (в сумме 0,3), Взвешивающие факторы, таким образом, устанавливают больший или меньший риск (вероятность) возникновения стохастических эффектов в различных органах при облучении их в равной дозе. Для нахождения числовых значений взвешивающих факторов МКРЗ априори предлагает принять линейную (беспороговую) зависимость частоты появления стохастических эффектов от дозы.

Л Ооласть Облает44； прогноза“"?句加”Л Ооласть Облает44； прогноза“"?句加”Доза а3е忙//组 /дДоза а3е忙//组 /дРис. 115. Типичная зависимость частоты возникновения рака от дозы излучения(по И. В. Фалюшкину, 1%8)Рис. 115. Типичная зависимость частоты возникновения рака от дозы излучения(по И. В. Фалюшкину, 1%8)В области наблюдения эффект регистрируется четко, в области прогноза он требует теоретической оценки.Сплошной линией представлена математическая модель, аппроксимирующая наблюдаемый участок зависимости; пунктирной — вариант поведения математической модели, экстраполирующей наблюдения в область малых доз в зависимости от принятой априорно гипотезы (риска или порога); Dp — пороговая (?) дозаВ области наблюдения эффект регистрируется четко, в области прогноза он требует теоретической оценки.Сплошной линией представлена математическая модель, аппроксимирующая наблюдаемый участок зависимости; пунктирной — вариант поведения математической модели, экстраполирующей наблюдения в область малых доз в зависимости от принятой априорно гипотезы (риска или порога); Dp — пороговая (?) дозаСовременное состояние науки не позволяет в настоящее время с определенностью высказаться в пользу той или иной из альтернативных точек зрения относительно наличия порога в возникновении стохастических последствий облучения. Применительно к канцерогенному эффекту эта ситуация, как было показано (см. рис. 108), не позволяет отдать предпочтения существующим моделям и описывающим их теоретическим кривым.

Л Ооласть Облает44； прогноза“"?句加”

Л Ооласть Облает44； прогноза“"?句加”

Доза а3е忙//组 /д

Доза а3е忙//组 /д

Рис. 115. Типичная зависимость частоты возникновения рака от дозы излучения

(по И. В. Фалюшкину, 1%8)

Рис. 115. Типичная зависимость частоты возникновения рака от дозы излучения

(по И. В. Фалюшкину, 1%8)

В области наблюдения эффект регистрируется четко, в области прогноза он требует теоретической оценки.

Сплошной линией представлена математическая модель, аппроксимирующая наблюдаемый участок зависимости; пунктирной — вариант поведения математической модели, экстраполирующей наблюдения в область малых доз в зависимости от принятой априорно гипотезы (риска или порога); Dp — пороговая (?) доза

В области наблюдения эффект регистрируется четко, в области прогноза он требует теоретической оценки.

Сплошной линией представлена математическая модель, аппроксимирующая наблюдаемый участок зависимости; пунктирной — вариант поведения математической модели, экстраполирующей наблюдения в область малых доз в зависимости от принятой априорно гипотезы (риска или порога); Dp — пороговая (?) доза

Отмечено, что канцерогенный риск малых доз ионизирующих излучений как медико-биологическая категория является категорией теоретической. Поэтому объективный прогноз ожидаемой величины такого риска тре

бует разработки теории радиационного канцерогенеза, без которой никакой прогноз со строго научных позиций не может считаться убедительным (рис. 115).

В связи с этим следует признать далеко не безупречным наиболее распространенный и принятый МКРЗ метод прогноза действия малых доз ионизирующих излучений, основанный на линейной беспороговой концепции, так как последняя не имеет достаточного теоретического обоснования, а принимаемое на ее основе решение имеет скорее административный t а не научный характер (R. Mole, 1975).

Легко показать, что решение вопроса на эпидемиологической основе невозможно из-за необходимости оперировать данными, полученными на гигантских человеческих популяциях.

Если, согласно НКДАР, принять естественную заболеваемость раком за 1 %, а избыточную за счет облучения 1,25 • 10~2 Зв~г в соответствии с 26-й публикацией МКРЗ, тогда избыточный эффект при облучении в дозе 0,01 Зв может быть зарегистрирован, если размер облучаемой популяции будет больше 3,2 • 10е человек: при снижении дозы на порядок размер популяции увеличивается на два порядка (К. Лэнд, 1981). Вовлечение же в эпидемиологическое исследование групп такой численности, да еще достаточно однородных — невыполнимая задача. Отсюда и процедура экстраполяции к малым дозам, по существу» осуществляет переход наблюдаемой величины риска в ненаблюдаемую — теоретически необоснованную (И. В. Филюшкин, 1988).

ю*

Учитывая это обстоятельство и положительно оценивая предлагаемые МКРЗ принципы оптимизации нормирования (с применением коэффициентов взвешивания) и концепцию эффективной эквивалентной дозы, а также принимая (из соображений максимальной безопасности) беспороговую модель, советские специалисты на основе реального анализа ситуации пришли к следующему заключению. Увеличение дозового предела нестохастических эффектов до 500 мЗв/год недостаточно обосновано, так как при этом не гарантируется непревы- шение порога вредных эффектов, приведенных самой же МКРЗ для ряда критических органов.

Изучение зависимости выхода стохастических эффектов от дозы излучения интенсивно проводят во многих странах, и нельзя исключить реальность пересмотра рекомендуемых МКРЗ численных значений взвешивающих факторов. В то же время, поскольку сумма взвешивающих факторов равна единице, любое изменение численного значения хотя бы одного взвешивающего фактора влечет за собой необходимость пересмотра всех нормативов, определяемых по критерию эффективной эквивалентной дозы.

Как показал проведенный анализ, при любом неравномерном облучении дозовые пределы для стохастических эффектов соответствуют большим (в 10 и более раз) значениям максимальной эквивалентной дозы на орган, чем при равномерном облучении. Таким образом, прежнее численное значение дозового предела при использовании концепции эффективной эквивалентной дозы может привести в действительности к гораздо большему облучению, чем допускалось ранее таким же численным значением дозового предела, но при использовании концепции максимальной эквивалентной дозы на орган.

Действующие в настоящее время ПДД для критических органов в большей мере обеспечивают предотвращение нестохастических эффектов облучения и снижение теоретически ожидаемых стохастических последствий, если таковые существуют при малых дозах излучения, чем нормирование по эффективной эквивалентной дозе с применением регламентируемых МКРЗ коэффициентов взвешивания. Исключение понятия «критический орган» из терминологии в области нормирования нельзя признать оправданным с принципиальной точки зрения, ибо оно, кроме того, лишает нормативы по предельно допустимому поступлению радионуклидов в различные органы важной для практики информации.

В то же время эффективную эквивалентную дозу следует признать полезным инструментом для относительных прогностических оценок стохастического риска облучения больших контингентов профессиональных работников и населения от различных источников ионизирующего излучения. Для таких целей эффективная эквивалентная доза используется в материалах НКДАР ООН и научных исследованиях. С другой стороны, сведения о дозовых нагрузках на критические орга-

ны в единицах эквивалентной дозы необходимы также для текущего медицинского наблюдения за состоянием здоровья людей, имеющих контакт с источниками ионизирующих излучений.

ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТНЫХ ПОСЛЕДСТВИЙОБЛУЧЕНИЯ И СТЕПЕНЬ РИСКА, ОБУСЛОВЛЕННАЯНЕРАДИАЦИОННЫМИ ФАКТОРАМИ

Несмотря на имеющиеся экспериментальные факты, свидетельств зующие о зависимости проявления генетических и тем более соматических эффектов облучения от мощности и величины дозы, следует признать, что их еще явно недостаточно, чтобы стать основой изменения существующих принципов нормирования, если учесть огромную ответственность такой рекомендации перед человечеством.

Несовершенство наших знаний может быть наглядно продемонстрировано на примере трудностей, с которыми сопряжено определение так называемой удваивающей дозы' для человека. С изменением мощности дозы она варьирует в зависимости от пола, вида мутации (генная или хромосомная), стадии гаметогенеза, а также от локуса к локусу. Поэтому в настоящее время нельзя провести строго количественную оценку такой дозы. Большинство исследователей полагают, что она расположена в интервале от 0,1 до 1 Гр.

Главной комиссией МКРЗ было принято решение о создании рабочих групп, призванных разработать основные стандарты радиационной защиты на основе анализа имеющейся научной информации о влиянии на генетические и соматические реакции пролонгирования облучения во времени и их зависимости от ЛПЭ ионизирующей радиации. Пока же при оценке вероятных последствий облучения следует учитывать не только степень риска, но и биологическую важность вызываемого им нарушения, сравнивая вероятность возникновения этого нарушения с реакциями на воздействие других нежелательных факторов, с которыми человек постоянно встречается в процессе жизнедеятельности.

По-внднмому, целесообразно различать абсолютный риск ——частоту определенных патологических эффектов, вызванных воздействием изучаемого фактора, и относительный риск —— отношение частоты этих эффектов к аналогичным последствиям, вызываемым другими (известными или неизвестными) воздействиями. Использование таких оценок позволяет определить количественные критерии риска, способствуя более определенному суждению об этой проблеме.

Удваивающая доза ——доза, увеличивающая вдвое спонтанную частоту мутаций в премейотических половых клетках человека (сперматогонвях и ооцитах).

Такая точка зрения совпадает с мнением Комитета экспертов ВОЗ, определившего, что «цель эффективной программы радиационной защиты —не только снизить радиационную опасность за счет сокращения источников облучения, но также увеличить и расширить применение атомной энергии и ионизирующих излучений во всем многообразии их форм и областей использования. Решение проблемы заключается в нахождении оптимального соотношения известной опасности вредного воздействия и преимуществ использования ионизирующих излучений в интересах человека. При этом уровень неизбежного воздействия должен быть настолько низким, чтобы его можно было не принимать во внимание на фоне обычных вредностей в условиях современного цивилизованного общества».

В повседневной жизни человек подвергается воздействию различных факторов внешней среды, которые, став «привычными», могут оказаться значительно более опасными, нежели радиационные. Ю. И. Москалев и соавторы (1973) приводят убедительные примеры, иллюстрирующие это положение.

Согласно данным ВОЗ, смертность от отравления газами и ядовитыми парами за 1957——1969 гг. в ведущих цивилизованных странах на 1 млн. населения составила от 7 до 45 для мужчин и от 2,5 до 49 для женщин, при этом наивысшие показатели отмечены для Шотландии, наименьшие ——для Канады и Японии. Весьма реальна в настоящее время опасность, связанная с массовым применением пестицидов, обладающих мутагенным и тератогенным действием. Из года в год растет смертность от несчастных случаев при автодорожных катастрофах; так, данные о числе погибших и раненых в 10 крупных капиталистических странах за периоды 1950—1952 и 1964—1966 гг. свидетельствуют, что на каждый 1 млн. человек оно выросло в разных странах на 25—500%, а в Японии — на 1000 %.

Ниже приведены среднегодовые показатели смертности от некоторых нерадиационных факторов в Великобритании и ФРГ в период 1952—1963 гг.

Причина смертиПоказатель

Автокатастрофы: мужчины2,1 • 10-6

женщины8,0-10~7

Отравление газом (бытовым и на производстве): мужчины1210-4

женщины1Д-10-4

Злокачественные новообразования: мужчины2,Ы0~3

женщины1J5T0-3

Туберкулез легких1,3-10-4

Брюшной тиф1Д - Ю-s

Сосудистые пораженияЦНСlt8-10~3

Сердечно-сосудистые заболевания2J • 10-3

Не менее показательны сравнительные данные, приводимые Дж. Когглом (1983), о вероятности гибели (среднегодовой показатель) для отдельных лиц.

Степень риска

1 из 200

1 из 6000

1 из 10 000

1 из 20 000

1 из 30 000

1 из 100000

1 из 1 000 000

Фактор

Выкуривание 20 сигарет в сутки Транспортные происшествия Несчастные случаи в быту Несчастные случаи на производстве Утопление

Отравление

Каждые 20 мин для возраста после 60 лет; езда в автомобиле на расстояние 50 миль; удар молнии; 90 мин подъема в горы

Таким образом, по современным оценкам уровень риска возникновения радиационного поражения человека при принятых в настоящее время допустимых уровнях воздействия намного меньше риска от факторов нерадиационной природы.

Вероятность сокращения продолжительности жизни на каждую 6,01 Гр составляет, по-видимому, 1 • 10-4 средней продолжительности жизни. При средней продолжительности жизни, равной 70 годам, сокращение ее при общем облучении составляет 3 сут на 0,01 Гр или 1 год/Гр. Следует учесть, что данная оценка может быть завышена. Она не учитывает сведений об увеличении продолжительности жизни при малых дозах облучения (см. гл. 15), а также результатов наблюдений за лицами, перенесшими атомную бомбардировку в Японии.

В соответствии с беспороговой концепцией вероятность (R) появления злокачественного новообразования у человека, подвергшегося облучению в дозе 1 бэр, как эффекта его облучения в эквивалентной дозе (Я) выражается R 「К", где К 二丁 1,25 * 10~2 Зв~1 — коэффициент риска.

Следовательно, в связи с облучением в дозе 0,01 Зв вероятность заболеть (в дополнение к вероятности, имеющейся у любого человека и без дополнительного облучения) повышается на 0,000125. Если в такой же дозе 0,01 Зв окажется облученным большой контингент численностью, например, в 1 млн. человек, то в соответствии с соотношением R = КН можно ожидать, что среди них появится 125 больных сверх 〜10 ООО «спонтанно» заболевших. Однако никогда нельзя предсказать, какой именно человек из облученных лиц пострадает именно от воздействия излучения. Таким образом, речь идет лишь об оценке вероятности осуществления этого события, являющегося исходом случайных процессов.

В заключение необходимо указать, что независимо от всего сказанного в связи с крайне недостаточными знаниями механизмов стохастических эффектов, а также явно недостаточным опытом наблюдения за соматическими проявлениями воздействия малых доз радиации (особенно радионуклидов в разных соотношениях) на организм человека любые оценки должны иметь надежные коэффициенты запаса.

Я

Назовите основные источники облучения человека.

Что такое соматические и генетические, стохастические и нестохастические эффекты облучения? Какие отдаленные последствия относятся к каждому из них?

Что входит в понятие радиационная безопасность?

Назовите основные международные и национальные организации, per* ламентирующие радиационное воздействие на человека.

Назовите основные категории облучаемых лиц и группы критических органов.

Что такое предельно допустимая доза и предел дозы?

В каких случаях используют эквивалентную дозу и коэффициент качества излучения?

В каких единицах измеряют эквивалентную дозу?

Что такое допустимые и контрольные уровни?

В чем состоят меры ограничения радиационного воздействия на население в обычных условиях и при чрезвычайных обстоятельствах?

Каково ваше мнение о соотношении между вероятностью последствий облучения и риском, обусловленным нерадиационнымн факторами?

Где мысль сильна — там дело полно сил. В. Шекспир

1818

18

18

Замещение утраты в критических системах клеточного об- ноАления — основная задача патогенетической терапии. Предотвращение или ослабление инфекции и кровоточивости — главных причин гибели облученного организма. Функциональная и симптоматическая терапия острой лучевой болезни. Лечение поражений инкорпорированными радионуклидами.Замещение утраты в критических системах клеточного об- ноАления — основная задача патогенетической терапии. Предотвращение или ослабление инфекции и кровоточивости — главных причин гибели облученного организма. Функциональная и симптоматическая терапия острой лучевой болезни. Лечение поражений инкорпорированными радионуклидами.ТЕРАПИЯ ОСТРОЙЛУЧЕВОЙ БОЛЕЗНИ

Замещение утраты в критических системах клеточного об- ноАления — основная задача патогенетической терапии. Предотвращение или ослабление инфекции и кровоточивости — главных причин гибели облученного организма. Функциональная и симптоматическая терапия острой лучевой болезни. Лечение поражений инкорпорированными радионуклидами.

Замещение утраты в критических системах клеточного об- ноАления — основная задача патогенетической терапии. Предотвращение или ослабление инфекции и кровоточивости — главных причин гибели облученного организма. Функциональная и симптоматическая терапия острой лучевой болезни. Лечение поражений инкорпорированными радионуклидами.

• Подход к восстановлению организма после общего облучения с клеточно-кинетических позиций показывает, что в первом приближении оно представляет собой процесс замены пораженных клеток здоровыми. Применение терапевтических средств должно способствовать такому процессу, его ускорению или стимуляции.

В этом состоит первый принцип лечения лучевой болезни —— патогенетическая терапия наиболее значимых проявлений заболевания. Во всех случаях следует учитывать также нарушения, возникающие и в других некритических системах организма, воздействие на которые составляет второй принцип лечения — симптоматическую терапию.

Другими словами, ликвидация непосредственных последствий острого облучения происходит в процессе заместительной и функциональной терапии.

Критической системой клеточного обновления млекопитающих при облучении в диапазоне доз до 10 Гр является система кроветворения, восполнение ее клеточной убыли составляет первостепенную задачу заместительной терапии.

способствующей ослаблению первичных и вторичных нарушений, непосредственно угрожающих жизни. При этом под первичными нарушениями понимают аплазию костного мозга и связанное с ней обеднение периферической крови форменными элементами (в первую очередь гранулоцитами и тромбоцитами), под вторичными — инфекционные осложнения и кровоточивость.

ЗАМЕЩЕНИЕ КОСТНОГО МОЗГА

Первые попытки трансфузии костного мозга у экспериментальных животных, предпринятые еще в 30-е годы, закончились неудачно. Вторично интерес к этой проблеме возник в связи с развитием иммунологии, когда стало понятно, что причина неудачных трансфузий заключается в несовместимости костного мозга донора с организмом реципиента.

Непосредственным толчком к развитию этих исследований послужили эксперименты Л. Джекобсона, впервые продемонстрировавшего возможность выживания большинства мышей, облученных в летальной дозе при экранировании выведенной наружу селезенки (1949), или трансплантации селезенки здорового донора облученному реципиенту (1951). Результаты этих опытов позволили установить принципиальную возможность предотвращения летального исхода сохранением всего лишь небольшого числа кроветворных клеток (у мышей селезенка —кроветворный орган).

Затем появилось сообщение Е. Лоренца и др. (1951) об успешной трансфузии изологичного1 костного мозга летально облученным мышам, в результате которой 75 % животных выжило. В дальнейшем во многих лабораториях мира были проведены широкие исследования в этом направлении.

Оказалось, что эффективной может быть трансфузия не только изологичного костного мозга, но и гомологичного и даже гетерологичного, например, при пересадке от крыс или морских свинок мышам (при этом необходимо ввести значительно большее количество кроветворных клеток). При изологичных пересадках летальность снижается пропорционально количеству введенных клеток донора (рис. 116), она минимальна при введении 1—15 млн. клеток (по данным разных авторов) Для получения аналогичного уровня выживаемости при гомо- и гетерологичных трансплантациях количество вводимых клеток следует увеличить в 10 15 раз (рис. 117).

】Различают аутологичные (собственные), изологичные, или сингенные (генетически однородные, например у мышей одной линии или у однояйцовых близнецов), гомологичные, или аллогенные (от животных того же вида, но генетически не однородных) и гетерологичные (от животных другого вида) ткани (в том числе и костный мозг).

Анализ многочисленных литературных данных показал, что для выживания 10—100 % мышей (в зависимости от дозы ионизирующего излучения) необходимо сохранить жизнеспособность (заэкранировать во время облучения или ввести извне) 200——400 стволовых клеток, что составляет 0,05—0,1 % их общего числа в организме интактных животных.

Повышение выживаемости реципиентов является прежде всего непосредственным результатом ускорения регенерации костного мозга, сопровождающейся быстрым восполнением периферической крови форменными элементами.

Длительное время дискутировался вопрос о роли гуморальных влияний в ускоренной регенерации костного мозга. Однако с развитием цитогенетических методов исследования были получены неопровержимые доказательства тому, что в организме реципиента регенерирует костный мозг донора. Об этом свидетельствовали эксперименты К. Форда (1956) с использованием хромосомных маркеров. Было показано, что все делящиеся клетки регенерировавшего костного мозга летально облученных реципиентов имели характерные хромосомы донора. Аналогичные доказательства были получены и при гетерологичных трансплантациях ——костный мозг мышей заполнялся миелоидными клетками крыс, содержащими щелочную фосфатазу, отсутствующую в миелоцитах мышей (П. Ноуэлл, 1956). Таким образом была получена ис-

Рис. 117. Относительная эффективность пересадки изологичного (/), гомологичного (2) и гетерологичного (3) костного мозга (по В. Бонду и др., 1971)Рис. 117. Относительная эффективность пересадки изологичного (/), гомологичного (2) и гетерологичного (3) костного мозга (по В. Бонду и др., 1971)Рис. 116. Зависимость эффективности пересадки изологичного костного мозга от количества донорских клеток (2——6), введенных мышам сразу после общего облучения в дозе 9 Гр (по А. Арсо, К. Конгдону, 1957):

Рис. 117. Относительная эффективность пересадки изологичного (/), гомологичного (2) и гетерологичного (3) костного мозга (по В. Бонду и др., 1971)

Рис. 117. Относительная эффективность пересадки изологичного (/), гомологичного (2) и гетерологичного (3) костного мозга (по В. Бонду и др., 1971)

/ — облучение без введения костного мозга: 2 —— 0,007 млн. клеток; 3 — 0,016 млн. клеток; 4 — 0,61 млн. клеток; 5 — 0,97 млн. клеток; 6 — 12,8 млн. клеток

тинная химера，——организм, в котором живут и развиваются клетки животного другого вида.

Радиационные химеры, образованные при изологичных пересадках, живут достаточно долго, но общая продолжительность их жизни все же меньше, чем у исходного вида.

Положительный результат от трансфузии костного мозга получен на разных видах млекопитающих (крысы, кошки, собаки, обезьяны). Однако основной материал накоплен в экспериментах на мышах, для которых возможно проводить отчетливый генетический контроль, а следовательно, и оценку результатов.

При гомо- и еще лучше при гетерологичных пересадках мыши переживают ранний критический период, их достаточно хорошо защищает регенерация кроветворения. Но в последующем (через 1,5——2 мес после облучения) они погибают от вторичной болезни (рант-болезнь, или болезнь истощения). Развивающийся при этом летальный синдром имеет иммунологическую природу как следствие тканевой несовместимости. Прежде всего, вероятно, он является результатом реакции (или иммунологической атаки) клеток донора против тканей хозяина (трансплантат против хозяина). Есть множество оснований считать, что свойством вызывать реакцию трансплантата против хозяина обладают только клетки лимфоидного ряда, которые потому и получили название иммунокомпетентных. В норме эти клетки находятся не только в костном мозге и лимфатических органах, но также в периферической крови и других тканях. Показано, что даже незначительное количество иммунокомпетентных клеток способно вызвать эту реакцию. По подсчетам Д. Ван-Беккума (1974), крупного специалиста в области радиационной иммунологии, при внутривенном введении для развития вторичной болезни достаточно 107 лимфоцитов/кг массы тела.

Облучение организма временно подавляет выработку собственных антител и лимфоцитов, благодаря чему оказывается возможным приживление чужеродных клеток и их размножение до такого уровня, с которым в самый начальный период восстановления иммунитета организм сам не в состоянии справиться, и в возникающей «схватке» победителем оказывается агрессивный «спасатель» ——трансплантат, борющийся в этот период за свое собственное существование.

Рис. 118. Зависимость эффективности пересадки изологичного и гетерологичного костного мозга крыс от дозы облучения мышей-реципиентов (по Н. Генго- циану, Т. Макинодану, 1957):/ — без пересадки； 2 — l(4*10® клеток гетерологичного костного мозга. 5 ~ !,2'!07 клеток изологичного костного мозгаРис. 118. Зависимость эффективности пересадки изологичного и гетерологичного костного мозга крыс от дозы облучения мышей-реципиентов (по Н. Генго- циану, Т. Макинодану, 1957):/ — без пересадки； 2 — l(4*10® клеток гетерологичного костного мозга. 5 ~ !,2'!07 клеток изологичного костного мозга

Рис. 118. Зависимость эффективности пересадки изологичного и гетерологичного костного мозга крыс от дозы облучения мышей-реципиентов (по Н. Генго- циану, Т. Макинодану, 1957):

/ — без пересадки； 2 — l(4*10® клеток гетерологичного костного мозга. 5 ~ !,2'!07 клеток изологичного костного мозга

Рис. 118. Зависимость эффективности пересадки изологичного и гетерологичного костного мозга крыс от дозы облучения мышей-реципиентов (по Н. Генго- циану, Т. Макинодану, 1957):

/ — без пересадки； 2 — l(4*10® клеток гетерологичного костного мозга. 5 ~ !,2'!07 клеток изологичного костного мозга

Важным следствием механизма возникновения вторичной болезни должно быть парадоксальное, на первый взгляд, явление ——повышение эффективности гомо- и гетерологичной пересадки костного мозга с увеличением дозы облучения реципиента. Эта зависимость представлена на рис. 118, где показано, что при относительно малых дозах излучения трансфузия гетерологичного костного мозга даже увеличивает смертность, вероятно, также вследствие иммунологической реакции между донорскими клетками и не полностью подавленным иммунитетом реципиента.

Другая важная особенность, определяемая теми же причинами, состоит в том, что чем дальше донор и реципиент отстоят друг от друга в таксономическом и генетическом отношении, тем большая доза излучения необходима для подавления иммунологического ответа (в этом случае, вероятно, по типу хозяин против трансплантата). Минимальные дозы излучения, обусловливающие прививку (приживление) у мышей костного мозга, взятого от крыс, хомяков, морских свинок и кроликов, составляют, соответственно, 5, 9, 11,5 и 15 Гр.

Решающая роль генетического родства в эффективности гемотрансплантации была продемонстрирована в экспериментах с первым поколением мышей-гибридов, служивших облученными реципиентами, которым вводили костный мозг от таких же гибридов или от одного из их линейных родителей (рис. 119). При изологичной пересадке основ

ная масса животных погибает только в период между 12—18-м мес (что демонстрирует неэффективность введения костного мозга в отношении отдаленных по- следствн貞 и, в частности, сокращения продолжительности жизни), тогда как при введении костного мозга даже от одного генотипически наиболее близкого родителя 80 % реципиентов погибают в первые пол года, причем абсолютное большинство —в первые 2—3 мес.

Достоверные сведения об эффективности различных количеств введенных клеток получены в экспериментах на мышах, крысах и обезьянах. На животных других видов можно лишь

Рис. 119. Динамика гибели облученных мышей после введения костного мозга донора различной степени генетической близости (по В. Бонду и др., 1971):”Рис. 119. Динамика гибели облученных мышей после введения костного мозга донора различной степени генетической близости (по В. Бонду и др., 1971):”/ —9 Гр ( о d X ? 9 );2 — 9 Гр 4--I-гомологичный костный мозг 9 9). 3 — 9 Гр-h изологичный костный мозг (「Ух 9 9), 4 — необлучсн-/ —9 Гр ( о d X ? 9 );2 — 9 Гр 4--I-гомологичный костный мозг 9 9). 3 — 9 Гр-h изологичный костный мозг (「Ух 9 9), 4 — необлучсн-

Рис. 119. Динамика гибели облученных мышей после введения костного мозга донора различной степени генетической близости (по В. Бонду и др., 1971):”

Рис. 119. Динамика гибели облученных мышей после введения костного мозга донора различной степени генетической близости (по В. Бонду и др., 1971):”

/ —9 Гр ( о d X ? 9 );2 — 9 Гр 4-

-I-гомологичный костный мозг 9 9). 3 — 9 Гр-h изологичный костный мозг (「Ух 9 9), 4 — необлучсн-

/ —9 Гр ( о d X ? 9 );2 — 9 Гр 4-

-I-гомологичный костный мозг 9 9). 3 — 9 Гр-h изологичный костный мозг (「Ух 9 9), 4 — необлучсн-

примерно определить минимальные количества клеток. В табл. 14 представлены сводные данные, полученные на летально облученных реципиентах.

Как следует из данных таблицы, количество кроветворных клеток, необходимое для предотвращения гибели от костно-мозгового синдрома, хорошо совпадает у животных разных видов. В среднем число аллогенных клеток в 5——10 раз превышает необходимое число изо- или аутологичных клеток. Исключение представляют мыши, у которых чрезвычайно эффективны изо- и аутологичные пересадки, вероятно, вследствие большой подвижности стволовых клеток.

На основании обстоятельного анализа данных на животных, а также имеющихся в литературе клинических сведений Д. Ван-Беккум пришел к выводу, что для практических целей надежной дозой изогенного, или аутологичного, костного мозга для человека следует считать 2 • 10s клеток/к г массы тела, при аллогенной пересадке 〜109 клеток кг массы. В оптимальных условиях изологичная пересадка костного мозга мышам приводит к удвоению ЛД50/30. Более того, в сочетании с предварительными применением радиопроекторов и лечением антибиотиками ЛД50/Э0 повышается с 7 до 19 Гр, а при ежедневном введении стрептомицина отдельные животные переносят дозы до 25—30 Гр.

Однако трансфузии гомологичного костного мозга человеку не имеют терапевтической ценности, так как даже в тех случаях, когда обеспечивается непосредственное выживание, нельзя не считаться с практически неизбежным развитием тяжелых иммунологических расстройств, заканчивающихся летальным исходом.

Таким образом, иммунитет, по меткому выражению Р. В. Петрова (1968), охраняющий нашу индивидуальность на протяжении всей жизни, в данном случае сильно ограничивает практические возможности реализации столь высокоэффективного средства пострадиационной терапии человека, как трансплантация костного мозга.

В последние годы расшифрована главная генетическая система гистосовместимости у человека, что создало возможность типирования и подбора доноров,

Таблица 14. Число изологичных, аутологичных и аллогенных клеток костного мозга, обеспечивающее 100*/»-ную 30-дневную выживаемость или максимально достижимую защиту животных, подвергнутых общему облучению в летальных дозах (по Д . Ван-Беккуму, 1974)

Вид животного

Масса тела, кг

Число клеток/кг массы

Соотношение аллогенны е/изоло- гичные

ИЗО' или аутологичные ЛО7

аллогенные

W

Мыши

0,02

0,5

4

80

Крысы

Морские

0,20

5

5

10

свинки

0,60

5

10

Кролики

2,50

4

5

Обезьяны

3,00

4

5

Собаки

6,00

5

6

Телята

50,00

3

27

идентичных по главному антигену системы HLA. В связи с этим гомологичные пересадки костного мозга (как и других органов) приобрели практическое значение.

В настоящее время неустанно разрабатываются различные пути преодоления иммунологического барьера, или способы иммунологического сближения. Один из них, давший великолепные результаты в эксперименте и демонстрирующий принципиальную возможность такого сближения, — выработка иммуно лог и ческой толерантности в эмбриональном периоде. При введении эмбриону гомологичных клеток из-за несовершенства его иммунологической системы постепенно вырабатывается такая же иммунологическая толерантность к антигенам введенных клеток, как и к собственным клеткам. Во взрослом состоянии такая химера распознает чужое (клетки, ткани того же донора), но не реагирует на него, так как в организме уже выработана специфическая терпимость к этому чужому. За открытие явления иммунологической толерантности П. Медавару была присуждена Нобелевская премия.

Разрабатываются и другие пути иммунотогического сближения, способствующие приживлению транспланта7а.

Дополнительная фармакологическая иммунодепрессия перед облучением (если последнее производится с терапевтической целью) или в определенные сроки после пересадки в расчете на более длительное существование трансплантата и создание иммунологической толерантности донора по отношению к антигенам реципиента. Наиболее эффективным препаратом иммунодепрессивного действия является циклоспорин.

Трансплантация смешанного костного мозга от нескольких доноров для повышения вероятности селекции в организме реципиента наиболее совместимого донорского костного мозга; впоследствии только он и будет пролиферировать.

Использование в качестве доноров близких родственников реципиента, что в еще большей степени повышает вероятность такой селекции.

Интересные наблюдения были проведены Р. В. Петровым и Л. В. Ковальчуком (1974), обнаружившими в условиях изологичных пересадок у мышей высокую эффективность клеток костного мозга и селезенки, извлеченных в восстановительный период после сублетального облучения доноров. Оказалось, что защитные потенции клеток селезенки, изъятых у доноров в определенные сроки после облучения, по сравнению с клетками интактной селезенки даже увеличиваются (по 30-суточной выживаемости). Однако при наблюдении за реципиентами в течение 100 сут отмечено увеличение числа случаев отсроченной гибели, нарастающей по мере уменьшения инъецируемого количества клеток. Подобные явления авторы связывают с количественной и качественной недостаточностью лимфопоэза, а также с нарушениями процессов дифференциации в облученном организме. Эти наблюдения, кроме всего прочего, являются наглядным примером функциональной неполноценности процессов восстановления после облучения (см. гл. 12).

Очень важен вопрос об источниках получения костного мозга для трансплантации, тем более что для ее успеха требуется большое количество клеток. В этом отношении интересны работы, в которых убедительно показана возможность использования трупного костного мозга и его репопуляции (Н. В. Бутомо, 1970). Весьма существенно, что при получении костного мозга от трупов можно значительно уменьшить примесь периферической крови (а следовательно, и лимфоцитов), что позволяет надеяться на снижение опасности иммунологического конфликта.

Из всех рассмотренных способов преодоления иммунологического барьера наиболее обоснованными представляются те, которые направлены на удаление максимального количества иммунокомпетентных лимфоидных клеток донора, а также подбор доноров на основе гистосовместимости. До тех пор, пока эти методы не будут вполне надежными, трансплантация аллогенного костного мозга человеку остается проблемой, связанной с серьезным риском, степень которого в каждом отдельном случае необходимо правильно определить. Поэтому к встречающимся в литературе излишне оптимистическим рекомендациям, а также сообщениям об эффективных трансплантациях аллогенного костного мозга следует относиться критически или, во всяком случае, весьма осторожно. Чаще всего переоценка результатов обусловлена неполным учетом возможности спонтанного восстановления кроветворения, для которого достаточно сохранения менее 1 % стволовых клеток. Особенно наглядна необоснованность таких рекомендаций при неравномерных и тем более локальных облучениях. Переоценка возможностей аллогенных трансфузий костного мозга определяется и тем, что в абсолютном большинстве случаев количество жизнеспособных трансплантированных клеток бывает значительно меньше необходимого их числа даже для временного приживления трансплантата. Наиболее важно это, если для трансфузии используют к ост-

ный мозг, консервированный замораживанием, так как при существующих криогенных методах жизнеспособность значительного количества клеток теряется.

С учетом этих данных Т. Флиднер (1974) правильно предупреждает о недопустимости поспешного назначения заместительных процедур; у многих пострадавших не следует устанавливать прогноз в течение нескольких недель, и нужно быть готовым пересмотреть тактику лечения в связи с получением новых данных. Первоочередной задачей следует считать определение прогностической категории степени тяжести лучевой болезни Тем. гл. 11).

Трансплантация костного」,юзга может быть практически необ： димой только при категории «выживание возможно» и в очень редких случаях при категории «выживание вероятно», если есть основание рассчитывать на спонтанное восстановление кроветворения. Пострадавшим, отнесенным к категории «выживание несомненно», аллогенная трансплантация костного мозга по меньшей мере излишня (а может быть и вредна), а отнесенным к категориям «выживание фактически невозможно» — бесполезна.

В гл. 11 был приведен наглядный пример оправданной жизнью правильной тактики лечения пострадавшего при аварии, основанной на отказе от трансплантации костного мозга, в расчете на спонтанное восстановление собственного кроветворения.

Значительно свободнее следует использовать возможности трансплантации экзогенного костного мозга от однояйцовых близнецов, однако такие ситуации, естественно, крайне редки. Существенному расширению подлежит возможность использования аутологичного костного мозга как интактного, так и из участков, облученных в относительно небольших дозах (до 5 Гр).*

Обоснование этому методу дал Г. С. Стрелин, показавший в серии многолетних систематических исследований усиление защитного действия экранирования конечности при однократном и фракционированном облучении с помощью аутотрансплантации клеток костного мозга из экранированного участка. В сравнительных экспериментах автора и его сотрудников эта процедура оказалась менее эффективной на мышах и более эффективной на крысах, собаках и обезьянах, что, вероятно, связано с различной способностью стволовых клеток к самостоятельному расселению. У мышей она максимальна, и дополнительный эффект аутотрансплантации костного мозга из экранированного участка оказывается слабо выраженным, ибо сохранившиеся в нем стволовые клетки способны и сами достаточно быстро заселить опустошенные зоны костного мозга. У крыс и особенно у собак и обезьян (вероятно, и у человека) стволовые клетки менее мобильны и потому любые факторы, способствующие их расселению, должны ускорять процессы восстановления гемопоэза. Те же аргументы справедливы и для

проведения аутотрансплантации костного мозга из относительно слабо облученных участков.

Преимущество данного метода состоит в возможности осуществления трансфузий нативными свежими клетками без предварительного консервирования. Такой прием оправдан и в тех случаях неравномерного облучения, когда спонтанное восстановление вполне вероятно или даже несомненно. Аутомиесотрансплантамия, абсолютно безопасная в иммунологическом отношении, способна сократить срок восстановления гемопоэза, а следовательно, длительность лейко- и тромбопении, что, в свою очередь, уменьшит вероятность инфекционных и геморрагических осложнений.

Оказалось целесообразным использовать аутомиелотрансплан- тацию костного мозга как средство ускорения регенерации кроветворения при лучевой терапии лимфогранулематоза по радикальной программе, предусматривающей так называемое широкопольное облучение, при котором непосредственному радиационному воздействию подвергается до 80 % активного костного мозга (см. гл. 20).

ЗАМЕЩЕНИЕ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ КРОВИ °

Установлено, что непосредственной причиной гибели при костномозговом синдроме являются чаще всего инфекции и кровотечения (см. гл. 10 и 11). Четкая корреляция между временем развития инфекции и снижением количества гранулоцитов указывает, что нейтрофильные гранулоциты играют основную роль в защите организма от микробной инвазии и избыточного размножения бактерий. В развитии же геморрагического синдрома ведущая роль принадлежит тромбоцитопении. Так как снижение числа гранулоцитов и тромбоцитов происходит почти одновременно, инфекция и геморрагический синдром взаимно отягощают друг друга, а это затрудняет дифференциацию их роли в процессе гибели.

Возможность противолучевой защиты организма замещением форменных элементов крови можно отчетливо продемонстрировать в экспериментах с параЬиотизированными животными. Если крысу на 3——4*е сут после летального облучения соединить с помощью кожнососудистого лоскута с интактным партнером, то этого оказывается достаточно для переживания облученным парабионтом критического периода (8——12-е сут после облучения), когда наиболее выражены грану- лоцитопения и снижение числа тромбоцитов, приводящие к гибели непарабиотизированных животных. Успех этого эксперимента связан с поступлением в кровь облученного партнера клеток крови интактного животного, что дало основание использовать переливание гранулоцитов при лечении острого лучевого синдрома. *

Практическая ценность переливания гранулоцитов может оказаться ограниченной из-за небольшой продолжительности их жизни (полупериод обращения

гранулоцитов у человека 6——8 ч) или быстрой утраты ими жизнеспособности. СЙсюда ——необходимость в обильном источнике гранулоцитов для частых перетираний. Кроме того, жизнеспособность перелитых гранулоцитов с увеличением чиСла трансфузий сокращается. Однако, несмотря на эти ограничения, переливание гранулоцитов имеет первостепенное значение. В радиобиологических экспериментах на животных и в гематологической клинике было показано, что значительное повышение устойчивости к бактериальной инфекции не требует поддержания высокого уровня лейкоцитов. Реципиентам с лейкопенией (большинство из них страдало острой лейкопенией) производили трансфузию 5* 1010 гранулоцитов, взятых от больных хронической миелоидной лейкемией, у которых содержание лейкоцитов составляло (1——3)* 10б в 1 мм3 крови. Основная масса перелитых гранулоцитов исчезала из г>ериферической крови в течение нескольких часов и все же с помощью повторных ежедневных трансфузий удавалось некоторое время поддерживать уровень лейкоцитов ~ 103/мм3. Через 12 ч после трансфузии у больных наступала нормализация температуры, причем лихорадка не наблюдалась в течение двух недель.

Эффективным средством борьбы с инфекцией в период лейкопении служат антибиотики. В большинстве экспериментальных работ применение антибиотиков снижало пострадиационную смертность, хотя в отдельных исследованиях терапия антибиотиками была безуспешной, что связывают с устойчивостью к ним определенных микробных штаммов. При изменении комбинации антибиотиков в ходе лечения их эффективность повышается.

Убедительные доказательства роли тромбоцитопении в развитии геморрагического синдрома были получены еще в ранних экспериментах Д. Фабрициуса-Меллера (1922), наблюдавшего отсутствие кровоточивости и сохранение на более высоком уровне числа тромбоцитов у морских свинок, подвергнутых облучению тела при экранировании конечности. Рис. 120 иллюстрирует эффективность трансфузии тромбоцитов в качестве кровоостанавливающего средства у облученной собаки. Показателем кровоточивости в этом случае служила интенсивность выхода эритроцитов в лимфу, а трансфузия свежих тромбоцитов привела к резкому увеличению их числа в крови реципиента» сопровождавшемуся резким снижением выхода эритроцитов в лимфу.

Оба эффекта наблюдали лишь при введении свежевыделенных концентрированных тромбоцитов, они отсутствовали при использовании лиофилизованных и разрушенных ультразвуком тромбоцитов, неэффективными оказались также тромбобластин и флавоновые препараты. Эффективность гемостатического действия трансфузии свежих тромбоцитов связана с их способностью сохраняться в периферической крови (рис. 121).

Весьма интересны наблюдения, показавшие, что в случае подавления инфекции естественными механизмами или лечебными мероприятиями потребность организма в тромбоцитах уменьшается. Так была определена целесообразность сочетания трансфузий тромбоцитов с применением антибиотиков.

Возможность лечебного применения тромбоцитов осложняется их быстрым разрушением при обычном хранении. В последние годы по*

казано, что замораживание тромбоцитов до —196 ℃ в растворе глюкозы и диметилсульфоксида позволяет сохранить жизнеспособными > 50 % клеток. В настоящее время отсутствует достаточный опыт лечения геморрагического синдрома людей замещением тромбоцитами, поэтому непосредственно оценить его практическую значимость для человека пока невозможно.

При необходимости лечения анемии производят трансфузию эритроцитарной массы. Показания к ее применению возникают при резком снижении числа эритроцитов (обильные кровопотери, дополнительные травмы и ожоги), обычно же регенерация эритроцитов у переживших облучение животных и человека происходит достаточно быстро.

Последним средством» относящимся к заместительной терапии, следует назвать переливание жидкостей, солевых растворов, глюкозы н т. д., компенсирующее утрату воды и электролитов, сопутствующую поражению кишечника. Сами по себе эти средства неэффективны, однако в комбинации с антибиотиками они существенно уменьшают раннюю летальность животных.

При рассмотрении различных аспектов заместительной терапии не была упомянута трансфузия цельной крови, хотя в клинике и в эксперименте ее применяют достаточно часто. Однако ясно, что с цельной кровью может быть введено ограниченное количество форменных элементов, особенно гранулоцитов, поэтому во всех случаях предпочтительнее использовать клеточные концентраты. Кроме того, следует

Рис. 120. Гемостатическое действие тромбоцитов при кровотечении у собаки, подвергнутой облучению в дозе 55 Гр (по Д. Джексону и др,, 1959):

J — эритроциты в лимфе, 2 — тромбоциты

施 仞 7

ХП术 Q~ • Atbww 4 ^^^s^ ЗАЕУиА旨и

2468 ЮВремя поспе одлуиенияу сут2468 ЮВремя поспе одлуиенияу сутРис. 121. Влияние трансфузий тромбоцитов на количество тромбоцитов у облученных крыс (по Т, М. Флиднеру, 1958):/ — контроль. 2 — 6 Гр, 3 — 6 Гр+свежне тромбоциты, 4—6 Гр + лиофилизированные тромбоцитыРис. 121. Влияние трансфузий тромбоцитов на количество тромбоцитов у облученных крыс (по Т, М. Флиднеру, 1958):/ — контроль. 2 — 6 Гр, 3 — 6 Гр+свежне тромбоциты, 4—6 Гр + лиофилизированные тромбоциты

2468 Ю

Время поспе одлуиенияу сут

2468 Ю

Время поспе одлуиенияу сут

Рис. 121. Влияние трансфузий тромбоцитов на количество тромбоцитов у облученных крыс (по Т, М. Флиднеру, 1958):

/ — контроль. 2 — 6 Гр, 3 — 6 Гр+свежне тромбоциты, 4—6 Гр + лиофилизированные тромбоциты

Рис. 121. Влияние трансфузий тромбоцитов на количество тромбоцитов у облученных крыс (по Т, М. Флиднеру, 1958):

/ — контроль. 2 — 6 Гр, 3 — 6 Гр+свежне тромбоциты, 4—6 Гр + лиофилизированные тромбоциты

учитывать также возможность возникновения реакции типа «трансплантат против хозяина», индуцируемой иммунокомпетентными лимфоцитами, содержащимися в периферической крови. Согласно расчетам Д. Ван-Беккума минимальный риск возникновения такой реакции возможен уже при введении 107 лимфоидных клеток на 1 кг массы реципиентам с иммунологической недостаточностью (такое количество лимфоцитов содержится в 0,5 л свежей крови при введении человеку массой 70 кг).

Одним из способов уменьшения жизнеспособности лимфоцитов считают их сохранение при 4 ℃. Однако эти данные нуждаются в дополнительном специальном исследовании, так как существуют сведения об

острой иммунологической реакции организма на клетки, хранившиеся в замороженном состоянии. Поэтому при переливании цельной крови или ее отдельных компонентов рекомендуется облучать их ш vitro, что позволит элиминировать иммунокомпетентные клетки.

В последнее время Л. М. Рождественским и Е. Н. Щербовой (1987) предложен новый подход к ускорению пострадиационного восстановления кроветворной системы. Он заключается в эксплантации части костного мозга из облученного организма, инкубации его в течение 1 ч при температуре 36° С (в присутствии циклогексимида, способствующего восстановлению стволовых оеток) и последующей реимплантации его тем же животным. В опытах на мышах Fx (СВА X X С57В1) при дозе у-излучения 8,5 Гр с помощью такой процедуры (эксплантация костного мозга из двух бедренных костей сразу после облучения) выживаемость повышается с 10 до 70 % . Показано также, что менее выраженный эффект удается получить лишь с помощью одной эксфузии или трансплантации мышам- реципиентам донорских облученных клеток, инкубированных в указанных условиях. Механизм этого феномена пока не ясен.

Изложенные принципы терапии острой лучевой болезни полностью оправдали себя при лечении пострадавших при аварии на Чернобыльской АЭС. Как сообщают А. К. Гуськова и соавторы (1987), все больные лучевой болезнью II——IV степени тяжести содержались в палатах, приспособленных для максимального соблюдения асептического режима, обеспечивающего содержание микроорганизмов не более 500 колоний/м3 воздуха.

Оправдала себя тактика интенсивного противоинфекционного лечения, состоящая в одновременном внутривенном введении 2——3 антибиотиков широкого антибактериального спектра из группы аминогликозидов, цефалоспоринов и полусинтетических пенициллинов в максимальных дозировках. В случаях, когда таким путем лихорадку не удавалось купировать, применяли ^-глобулин и амфотерицин В. При лечении герпетической инфекции, которой было поражено не менее ^厶 больных лучевой болезнью III и IV степени тяжести, с успехом применяли ацикловир.

В результате практически отсутствовали летальные исходы, обусловленные инфекцией даже у больных с тяжелой и крайне тяжелой формой костно-мозгового синдрома, если он не был осложнен ожогами, лучевым энтеритом или острой вторичной болезнью после транспланта* ции костного мозга.

Большую роль сыграло использование свежих тромбоцитов для профилактики и лечения кровоточивости. Тромбомассу получали методом 4-кратного тромбоцитофореза от отдельных доноров в семи центрах Москвы. Тромбомассу (300 • 109 клеток в 200—250 мл плазмы на одну трансфузию) подвергали облучению в дозе 15 Гр для инактивации иммунокомпетентных клеток. Трансфузии начинали при снижении числа тромбоцитов < 20 • 109 клеток/л. Всего требовалось от трех до восьми трансфузий. В результате кровоточивость отсутствовала даже при длительной (> 2——4 нед) и глубокой тромбоцитопении. В части случаев успешно использовали криоконсервированную аллогенную и, что особенно важно, аутологичную тромбомассу, которую получали заранее у больных со II ——III степенью тяжести костно-мозгового синдрома в первые дни после облучения.

Лейкомассу не применяли, а потребности в эритромассе оказались значительно выше ожидаемых даже у больных с неосложненной тяжелыми радиационными ожогами острой лучевой болезнью II——Ш степени.

На рис. 122 приведена клиническая карта больного, отражающая типичный объем и продолжительность заместительной и поддерживающей терапии при острой лучевой болезни, не осложненной угрожающими жизни поражениями других тканей.

Части больных были произведены трансплантации костного мозга от доноров, гаплоидентичных по Я£Л-антигену (ТАлКМ), и 6 трансплантаций клеток эмбриональной печени человека (ТКЧЭП). Показанием к трансплантациям была доза общего у-облучения, оцененная по числу лимфоцитов крови и хромосомным аберрациям, порядка 6 Гр и более.

卞広彥官%ZW“^A20飞sigz n ahHawhnxhyM

Т℃

缈

36-

37

36

о

2

4

5

7

8

切

J2

/3

『4

15

!S

/7

Сутки после оЕлучения &

力

，g

力

21

2J24

方

"2625

0ftm

抬耘

w^w

ajdoEOM，

Эрцтромасса * Юи мл Тромдомасса ” /0" Кровоточивость:

тяжелая средняя легкая

Лейкоциты (fl\

■^е(1ку2《итн(Г)

7ром5ои,ить1(7р^

Крови Легких ~~ Кишечника Почек Рта

•/0% 57% ■

3-60

2

W

^ ^С 用"

"3口〃叫"斤瓦》*“* кишечника

1-20

18.2. 34Me£e工не периферической крови

Антиоиотики Suntumgcin ,мз

После ТКЧЭП пять больных погибли в ранние сроки (с 14 по 18 сут после облучения) от поражений кожи и кишечника. Одна больная прожила 30 сут после облучения в дозе 8—10「р, причем в день смерти (17-е сут после ТКЧЭП) на фоне глубокой панцитопенни в костном мозге впервые было обнаружено много делящихся клеток, имевших женский кариотип, что свидетельствовало о начале регенерации собственного костного мозга (ТКЧЭП была произведена от 18-недельного эмбриона мужского пола).

Аналогичным образом в сроки от 2 до 19 сут после пересадки (с 15-х по 25-е сут после облучения) погибли семь больных после ТАл КМ от острых лучевых поражений кишечника и легких.

Из шести больных, получивших ТАлКМ, но не имевших несовместимых с жизнью поражений кожи и кишечника (дозы общего облучения у ннх оценивались величинами 4,3—10,7 Гр), выжили двое, получивших 5,8 и 9,0 Гр. У обоих произошло отторжение временно функционировавшего трансплантата от гапло- идентичных доноров-сестер к 32——35 сут и с 28 сут началось восстановление собственного гемопоэза.

На основании этих наблюдений можно сделать вывод, что при общем облучении в диапазоне доз 8——12 Гр, отсутствии противопоказаний и наличии донора, идентичного или гаплоидентичного по HLA- антигену, пересадка костного мозга (10—20 млрд, клеток) обоснована.

Сложную и многостороннюю проблему составило лечение лучевых ожогов и других внекостно-мозговых синдромов. Здесь использовали комплекс местной терапии — аэрозоли и пленки бактерицидного и анелгезирующе-противовоспалительного действия, дубящие средства, а позднее ——мазевые повязки с производными гидрокортизона. Незаживающие раневые и язвенные дефекты удаляли хирургически с последующей пластикой. Кроме того, для ослабления токсикоза осуществляли ряд общих мероприятий ——гемосорбцию, плазмафорез, вливание больших объемов свежезамороженной плазмы (до 1000 мл) на фоне круглосуточной гепаринизации (1000 ед./ч) с нагрузкой жидкостью (2——6 л/сут) и форсированным диурезом, адекватным объему введенной жидкости.

Трудной и малоэффективной оказалась борьба с болевым синдромом в связи с явно недостаточным арсеналом в современной медицине местно-обезболивающих средств.

Изложенные материалы лечения большого числа пострадавших при аварии на ЧАЭС обогащают опыт патогенетической терапии острой лучевой болезни. У большинства больных с костно-мозговым синдромом I——II степени тяжести клиническое выздоровление завершалось к 3——4 мес. В более длительном лечении нуждались пострадавшие с тяжелыми лучевыми ожогами и последствиями костно-мозгового синдрома III——IV степени. У нескольких выживших с тяжелым и крайне тяжелым костно-мозговым синдромом сохраняются признаки иммунодефицитного статуса (низкое соотношение хелперы — супрессоры, определяемое в субпопуляции Т-лимфоцитов с помощью моноклональных антител). Однако и у них более года, прошедшего после облучения, не отмечается каких-либо тяжелых инфекций, угрожающих жизни.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ТЕРАПИЯ

Мероприятия по заместительной терапии могут быть отнесены и к функциональному лечению последствий облучения человека. Другие виды функционального лечения не базируются на каких-либо специфических началах, а представляют обычный арсенал симптоматических средств, направленных на поддержание и улучшение деятельности всех органов и систем организма, в той или иной степени пораженных ионизирующим излучением..

Оказание помощи начинается уже в фазе первичной реакции и сводится к назначению средств, уменьшающих выраженность диспеп* тического синдрома и детоксикации, а также способствующих нормализации деятельности нервной системы, а иногда и сердечно-сосудистой. По мере развития болезни возникает необходимость в применении самых различных средств симптоматической терапии, а также в проведении мероприятий по уходу, содержанию больных, их режиму и питанию.

При рассмотрении клинических рекомендаций следует помнить о недопустимости поспешного назначения терапевтических процедур, ибо в течение нескольких первых часов или суток может оказаться, что сложные терапевтические мероприятия вообще не нужны, так как поглощенная доза оказалась весьма низкой, или, напротив, она была столь высока, что никакая терапия не поможет. При среднем диапазоне доз, как правило, серьезная необходимость в лечении появляется по прошествии нескольких суток и даже недель. Однако следует учитывать рекомендации А. К. Гуськовой и Г. Д. Байсоголова (1970) о благоприятном влиянии на последующее течение болезни раннего назначения антибиотиков с профилактической целью, а также с учетом опасности эндогенного инфицирования, в связи с чем важно не опоздать с их применением.

Ниже перечислены разрабатываемые в эксперименте средства функциональной терапии острого лучевого синдрома, применение которых в практике человека пока не имеет опыта. Среди них следует прежде всего остановиться на бактериальных эндотоксинах тифо-паратифозной группы, представляющих собой липополисахаридные комплексы. В экспериментах на мышах показано, что однократное введение их в течение 1 сут после облучения сопровождается значительным повышением выживаемости. Механизм терапевтического действия эндотоксинов связывают со стимуляцией неспецифической резистентности, однако строгие доказательства этому отсутствуют.

Несомненный успех получен и при лечении облученных животных препаратами ДНК, причем для нуклеиновых кислот не имеет значения генетическая близость. По данным Б. Паневича, эффективными оказались препараты изологичных ДНК и РНК, а Д. Мэзен (1965) и Н. Лучник (1966) наблюдали повышение выживаемости мышей, получавших даже дрожжевую РН К. Механизм действия этих биополимеров пока не выяснен, хотя и тщательно изучается. Предположение об их заместительной роли (взамен или как компенсация ДНК, поврежденной при облучении) вряд ли обосновано, так как они эффективны не только для лечения, но и при профилактике лучевых поражений.

Противоречивые данные получены при использовании гормонов, в частности эстрогенов. Наиболее убедительные экспериментальные данные о благоприятном влиянии на процессы репарации небольших количеств глюкокортикоидов получили В. Д. Рогозкин и К- С. Чертков (1975). Эти результаты подтверждены клиническими наблюдениями А. К. Гуськовой и Г. Д. Байсоголова (1970), применявших преднизолон (по 10—15 мг) в конце фазы разгара и в начале фазы раннего восстановления. Заслуживают внимания экспериментальные данные Г. А. Чернова (1962) о благоприятном влиянии серотонина на течение геморрагического синдрома.

Лд^нвопоказано при лечении последствий облучения применение суль$^П1лг1МнТнь?5Г~7фёЛ巨рат6£1й二За их ^[Якдпеничёского^^ . Ограниченное!лрименение имёюх^яркот«ческие_средетват в частности препараты морфия, к которым замечено повышение чувствительности облученного организма. Наконец, учитывая склонность к геморрагиям, следует избегать, по возможности, любых инъекций.

Оценивая современные возможности терапии острой лучевой болезни, можно уверенно констатировать, что при правильной оценке степени поражения критических систем в условиях, когда в принципе возможно спонтанное восполнение их клеточного фонда, грамотно спланированная и тщательно осуществленная терапия позволяет получить выживание примерно половины пострадавших, которые без лечения были бы обречены на гибель.

ПРОФИЛАКТИКА И ЛЕЧЕНИЕ ПОРАЖЕНИИИНКОРПОРИРОВАННЫМИ РАДИОНУКЛИДАМИ

Поражение организма инкорпорированными радионуклидами может произойти в основном в условиях ядерного взрыва и лишь в крайне редких случаях в производственных условиях. Поэтому здесь будут коротко рассмотрены мероприятия, направленные на уменьшение поражений, вызываемых попаданием радиоактивных веществ на примере продуктов ядерного взрыва (ПЯВ).

В ближайший период после ядерного взрыва в ряде случаев возможно поступление «молодых» ПЯВ с пищей и водой, как это, например, произошло 1 марта 1954 г., когда после термоядерного взрыва на атолле Бикини в пищеварительный тракт жителей Маршалловых островов поступило около 100 МБк ПЯВ.

• При попадании ПЯВ (и любых других радионуклидов) внутрь предусматривается максимально раннее использование методов и средств, направленных на снижение их всасывания и ускорение выведения из организма нерезорбированных в желудке и кишечнике радиоизотопов. Те же меры показаны и при ингаляционном поступлении, ибо, как установлено, более половины радиоактивных веществ, попавших в органы дыхания в течение 1-го часа, ретроградным путем перемещается в полость рта, а затем заглатывается (Л. А. Ильин и др.» 1975).

К числу таких мероприятий относятся: прием препаратов, сорбирующих радионуклиды, промывание желудка, назначение солевых слабительных (касторовое масло усиливает всасывание радионуклидов), а в последующем сифонных и обычных клизм, так как ПЯВ могут длительно (до 1 сут и более) находиться в толстом кишечнике. В качестве сорбентов используют, в частности, разработанные в СССР препараты —— адсорбар, полисурьмин, высокоокисленную целлюлозу, альгинат кальция, ферроцин и др.1. Кроме того, по мнении^ Л. А. Ильина, медицинские мероприятия должны быть направлены на замену радионуклидов стабильными изотопами на всех этапах их метаболизма: в местах поступления, в процессе транспорта по кровеносной системе, в органах и тканях и на этапе выведения их из организма через почки и пищеварительный тракт. К числу таких мероприятий относится раннее, а еще лучше заблаговременное применение стабильного йода в виде KI с целью ускорения выведения и декорпорации 1311 ——одного из биологически важных компонентов ПЯВ.

Кроме того, осуществляется ряд мероприятий организационно-технического и санитарно-экологического порядка (обработка и дезактивация кожных покровов, молока и т. д.), рассмотрение которых выходит за рамки данной книги.

В заключение необходимо отметить, что лечение острого лучевого синдрома, развивающегося при облучении критических систем радионуклидами, основано на тех же принципах, что и терапия поражения после радиационного воздействия с применением дополнительных специфических мероприятий, обусловленных особенностями распределения и накопления изотопов в организме.

1 Конкретные рекомендации и детальное описание всех мероприятий по профилактике и лечению поражений радионуклидами содержатся в книге «Неотложная помощь при острых радиационных воздействиях» под редакцией Л. Л. Ильина (1976).

Какие принципы положены в основу лечения острой лучевой болезни?

Назовите виды пересадок костного мозга. Какое минимальное количе- клеток изологичного костного мозга является эффективным при 恤0 лечебной трансплантации?

В чем суть иммунологической несовместимости и каковы пути ее преодоления?

Сформулируйте показания к трансплантации костного мозга.

Какие существуют виды заместительной терапии, кроме трансплантации костного мозга?

В чем состояли особенности пораження и лечения пострадавших при аварии на Чернобыльской АЭС?

Каковы меры по профилактике и лечению поражений инкорпорированными радионуклидами?

1919Венец научной работы ——есть предсказание.Я. Л. УмовВенец научной работы ——есть предсказание.Я. Л. УмовОслабление радиационного поражения организма предварительным введением противолучевых препаратов-протекторов. Молекулярные, клеточные и системные механизмы противолучевой защиты. Защита от отдаленных последствий облучения. Возможно ли применение протекторов у человека?Ослабление радиационного поражения организма предварительным введением противолучевых препаратов-протекторов. Молекулярные, клеточные и системные механизмы противолучевой защиты. Защита от отдаленных последствий облучения. Возможно ли применение протекторов у человека?БИОЛОГИЧЕСКАЯПРОТИВОЛУЧЕВАЯЗАЩИТА ОРГАНИЗМА

19

19

Венец научной работы ——есть предсказание.

Я. Л. Умов

Венец научной работы ——есть предсказание.

Я. Л. Умов

Ослабление радиационного поражения организма предварительным введением противолучевых препаратов-протекторов. Молекулярные, клеточные и системные механизмы противолучевой защиты. Защита от отдаленных последствий облучения. Возможно ли применение протекторов у человека?

Ослабление радиационного поражения организма предварительным введением противолучевых препаратов-протекторов. Молекулярные, клеточные и системные механизмы противолучевой защиты. Защита от отдаленных последствий облучения. Возможно ли применение протекторов у человека?

Расширяющееся применение ионизирующих излучений в различных областях науки и техники выдвигает в качестве фундаментальной задачи современной радиобиологии поиск путей повышения радиоустойчивости организма. Применение ядерных частиц в онкологии (см. гл. 20) и развитие космических исследований заставляет решать эти вопросы применительно к малоизученным видам радиации, в частности к корпускулярным излучениям высоких энергий.

Одна из реальных возможностей повышения радиорезистентности организма состоит в использовании средств фармако-химической защиты •― протекторов, существенно уменьшающих поражающее действие облучения.

• Под фармакологической защитой в (строгом смысле слова) понимают введение в организм протектора перед облучением, приводящее к повышению выживаемости животных.

За период более чем трех десятилетий, прошедших со времени открытия этого явления (3. Бак, 1949), из многих тысяч изученных соединений были отобраны наиболее эффективные, способные

предотвратить гибель животных, подвергнутых облучению в смертельных дозах.

Проблема химической противолучевой защиты интенсивно разрабатывается в лабораториях всего мира, большие успехи в этой области достигнуты и в нашей стране.

Практическое применение протекторов, однако, наталкивается на ряд трудностей, связанных как с особенностями используемых соединений, так и с малочисленностью сведений об их действии в разных условиях облучения.

МЕХАНИЗМЫ ПРОТИВОЛУЧЕВОЙ ЗАЩИТЫ

При анализе противолучевой защиты целостных организмов обычно исходят из предполагаемых механизмов защиты клеток, поскольку, как уже было показано, основные синдромы острой лучевой болезни обусловлены гибелью клеток критических систем организма. В многочисленных работах, посвященных защитному эффекту разнообразных химических веществ, авторы первоначально стремились расшифровать молекулярные и биохимические механизмы защиты, специфичные для исследуемых ими протекторов. Из-за многообразия и сложности острого лучевого синдрома казалось маловероятным существование универсального механизма защиты. Однако по мере накопления экспериментальных данных все более реальным становилось представление об общгм механизме действия если не абсолютно всех, то по крайней мере широких классов защитных веществ (Э. Я. Граевский, I960). Об этом свидетельствуют многочисленные общие феноменологические признаки защитного эффекта самых разнообразных протекторов.

Прежде всего их роднит необходимость введения протекторов до облучения. ФИД наиболее эффективных протекторов и их смесей, а также гипоксии по критерию выживаемости животных и в экспериментах на клетках in vitro примерно одинаков, он составляет 〜3——4. Общим свойством всех протекторов и гипоксии является зависимость их действия от ЛПЭ — эффективность защиты с увеличением ЛПЭ постепенно уменьшается и исчезает (см. гл. 7).

Если исходя из сходства в проявлении защитного эффекта сделать вывод о существовании общего механизма защиты, то возникает мысль о непосредственном участии протекторов в акте защиты, определяемом общим для всех классов веществ свойством. С таким же основанием можно предполагать, что радиозащитный эффект обусловлен однонаправленными метаболическими изменениями, наступающими под влиянием различных противолучевых агентов независимо от их природы. Именно к этому сводятся гипотезы, постулирующие наличие единого опосредованного механизма защиты. Их различие заключается лишь в определении эндогенных факторов, осуществляющих это опосредованное влияние.

ПЕРЕХВАТ И ИНАКТИВАЦИЯ РАДИКАЛОВ

• Начиная с первых работ П. Александера и 3. Бака (1955), установивших для соединений различных классов корреляцию между их радиозащитной активностью in vivo и in vitro, широкое распространение получила точка зрения об общем механизме действия протекторов ——снижении косвенного действия радиации путем перехвата и инактивации свободных радикалов и других активных продуктов радиолиза воды.

Существуют, однако, веские возражения против признания общности такого механизма действия протекторов in vivo. Прежде всего с позиции перехвата радикалов не понятны большие различия в размере эффективных доз протекторов: при эквимолекулярном сравнении они могут различаться на несколько порядков (цианиды, резерпин — 2—4 мг/кг, цистеин — 1 г/кг). Противоречит природе такого механизма защиты и то, что незначительное изменение структуры соединения вызывает у него утрату защитных свойств, а также ярко выраженная специфичность соединений，孔 vivo в сопоставлении с данными о приблизительно одинаковой способности инактивировать радикалы в водных растворах. Так, например, триптофан, гистидин, тирозин, индол, амины индольного ряда и индолилкарбоновые кислоты —— столь же эффективные инактиваторы радикалов in vitro, как и триптамин» гистамин, тирамин, однако лишь последние обладают защитным эффектом in vivo.

Противоречит антирадикальному механизму также соображение о том, что локальное внутриклеточное содержание протекторов значительно ниже, чем их эффективные концентрации в облучаемых растворах, а способность реагировать с радикалами едва ли выше, чем у различных клеточных метаболитов. Серьезное возражение, наконец, состоит в том, что радиочувствительность ферментов, нуклеиновых кислот и других биологически важных соединений резко снижается при переходе от растворов к клетке и организму, где она приближается к радиочувствительности в сухом состоянии (см. гл. 5).

ИЗМЕНЕНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГОПОТЕНЦИАЛА

Высказано предположение о возможности связи защитного действия протекторов со сдвигом в окислительно-восстановительном потенциале (£/i) клеток. Г. В. Сумаруковым, в частности, обнаружено снижение величины £й при применении эффективных протекторов и гипоксии. В последующем, однако, в лаборатории Всесоюзного онкологического центра было показано, что связь между величиной Eh и защитным эффектом лишь качественная, и в ряде случаев она вообще отсутствует. Эксперименты показали, например, что степень снижения Е九 зависит от дозы радиозащитного препарата — гаммафоса (рис. 123), т. е. сов-

Рис. 123. Изменение окислительно-восстановительного потенциала (Eh) в подкожной клетчатке мышей при внутрибрюшинном введении гаммафоса (Л) н гути- мина(6) в различных дозах:

1—88 мг/кг, 2—175 мг/кг, 3 — 350 мг/кг. 4 — 220 мг/кг; стрелкой обозначен момент облучения

падает с данными об усилении радиозащитного эффекта при увеличении количества вводимого протектора (Д. М. Юхас, 1970; А. Л. Выгодская, 1975). Однако анализ кривых (рис. 123, А) и сопоставление их с зависимостью время ——эффект для гаммафоса привели к выводу об отсутствии корреляции между Eh и противолучевым эффектом.

Действительно, радиозащитный эффект гаммафоса при дозе 350 мг/кг, оцениваемый по выживаемости мышей, максимален через 15 мин (ФИД 二 2,7) и остается на этом уровне довольно долго (через 75 мин ФИД 一 2,5), а значение Eh за это время снижается значительно (кривая 3), что, казалось бы, должно сопровождаться усилением за、 щиты. С другой стороны, при минимальной дозе препарата (88 мг/кг) слабый защитный эффект (ФИД & 1,2) обнаруживается при 15ми- нутном интервале и отсутствует через 30 мин, тогда как в эти сроки значения Eh одинаковы (кривая /).

На рис. 123, Б представлены изменения Eh под влиянием неэффективного в радиозащитном отношении препарата — гутимина: Eh под влиянием гутимина снижается до значений, при которых радиозащитный эффект гаммафоса сильно выражен (кривая 3 на рис. 123, /).

Д. Б. Кейтером с соавторами было также показано снижение Eh даже под влиянием сенсибилизатора синкавита.

ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ ЭНДОГЕННЫХ SH-ГРУПП(«СУЛЬФГИДРИЛЬНАЯ ГИПОТЕЗА»)

лилалкиламинов или в результате газовой гипоксии. Следовательно, речь идет не о привнесенных тиоловых группах, а о повышении их эндогенного содержания, что дало основание рассматривать сульфгидрильные группы как естественные протекторы, уровень которых в значительной степени определяет различия в природной радиочувствительности.

В пользу этой точки зрения, которую в течение многих лет последовательно развивал в СССР Э. Я. Граевский, свидетельствуют многочисленные факты корреляции содержания тиолов и радиочувствительности, полученные автором с сотрудниками. Эта корреляция получена в экспериментах на изолированных клетках, на клетках критических органов (костный мозг и селезенка), на нормальных и опухолевых клетках, на клетках, находящихся на разных стадиях цикла, принадлежащих животным разных линий, и на других объектах, различающихся по степени природной радиочувствительности.

Доказательством справедливости сульфгидрильной гипотезы ее сторонники считали также возможность уменьшения устойчивости клетки к облучению при снижении содержания в ней эндогенных тиолов с помощью различных химических соединений. Уязвимостью гипотезы является малое (〜10——15 %) повышение содержания эндогенных SH-групп, что несопоставимо с эффективными концентрациями экзогенных тиолов, оказывающими защитное действие.

В последние годы в серии работ Л. Ревеса (Швеция) и М. М. Константиновой (СССР) показано, что объем реализации радиозащитны- го эффекта ряда протекторов и аноксии определяется содержанием SH-групп эндогенного глутатиона, причем не только во время, но и после облучения.

ПОВЫШЕНИЕ «БИОЛОГИЧЕСКОГО ФОНАРАДИОРЕЗИСТЕНТНОСТИ»

Введение в организм эффективных доз протекторов сопровождается довольно значительными изменениями различных биохимических процессов, на фоне которых и происходит облучение животных. По существу, образование эндогенных тиолов ——одно из проявлений таких многочисленных изменений. Ю. Б. Кудряшов и Е. Н. Гончаренко (1980) придают значение и другим эндогенным биологически активным соединениям, изменение содержания которых под влиянием средств химической защиты создает биохимический фон радиорезистентности за счет мобилизации защитных ресурсов организма.

Таким образом, с одной стороны, под влиянием протекторов увеличивается содержание эндогенных аминов, обладающих радиозащитной активностью (серотонин, дофамин и гистамин), с другой 一 снижается содержание продуктов окисления липидов, обладающих радиомиметн- ческим действием. Первые из них рассматривают как эндогенные про-

текторы, вторые ——как эндогенные радиосенсибилизаторы. Кроме того, биогенные амины, согласно развиваемой точке зрения, наряду с фармакологическим (гипоксическим) механизмом действия активируют систему циклических нуклеотидов (А. С. Соболев, 1982), контрол и р ующую, как известно, клеточное деление, синтез нуклеиновых кислот, гликолиз, проницаемость мембран и другие важные клеточные процессы, переводя нх, как это постулируется авторами гипотезы эндогенного фона радиорезистентности, в состояние «радиорезис- тентного метаболизма» (Е. Н. Гончаренко, Ю. Б. Кудряшов, 1980).

БИОХИМИЧЕСКИЙ ШОК, ВЫЗЫВАЕМЫЙ ЗАЩИТНЫМИАГЕНТАМИ

В 1964 г. 3. Бак и П. Александер попытались выявить общность механизма защитного действия для широкого круга серосодержащих протекторов. Они обратили внимание на связь защитного эффекта тиолов с изменениями, происходящими под их действием в клетках. Оказалось, что различные морфологические и функциональные сдвиги коррелируют по времени и степени выраженности с защитным эффектом. К числу таких сдвигов относятся: ингибирование метаболических реакций, исчезновение крист в митохондриях и размытие матрикса, нарушение проницаемости плазматических мембран и другие нарушения. Комплекс этих изменений, получивших название «биохимического шока》， наблюдался только для тех SH-соединений и их концентраций, которые оказывают эффективную защиту.

В дальнейшем было показано, что «биохимический шок» возникает Мб только при защите клеток SH-соединениями, но и при действии других радиозащитных агентов, что дало основание предположить, что №)связь с модификацией повреждения клеток не случайна.

Е. Ф. Романцевым (1971) также было показано, что радиопротек- ^поры способны переводить различные биохимические системы s состояние повышенной радиорезистентности. К числу таких систем, являющихся, по его мнению, наиболее радиочувствительными, относятся контрольные механизмы биосинтеза ДНК, ядерное фос({юрилирова- нне, окислительное фосфорилирование в митохондриях и др. (см. гл. 13).

|9.1.6. ЗАЩИТА КАК СЛЕДСТВИЕ РАЗВИТИЯ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОЙРЕАКЦИИ И УВЕЛИЧЕНИЯ ОБЪЕМА РЕПАРАЦИИ

Не затрагивая вопроса о механизме биохимического шока, 3. Бак приписал повышение радиорезистентности клеток увеличению длительности периода репарации в связи с общим замедлением клеточного метаболизма.

Биофизический механизм этого явления, приводящий к увеличению объема ферментативной репарации потенциальных повреждений клеток, в дальнейшем был предложен Л. X. Эйдусом (1977). Согласно его представлениям биохимический шок, наблюдавшийся при введении радиопротекторов, аноксии и других агентов,——лишь частный случай общей неспецифической реакции клеток на действие любых повреждающих агентов, подробно описанный еще в 1940 г. Д. Г. Насоновым и В. Я. Александровым. Суть такого механизма состоит в следующем.

В клетке содержится много низкомолекулярных соединений, которые неравномерно распределены в различных отсеках эндоплазматического ретикулума и органоидах. Их компартментализация поддер* живается системой внутриклеточных мембран, противодействующих диффузионному выравниванию концентрации этих веществ в клетке. В норме диффузия уравновешивается в каждой точке переносом веществ мембранами против концентрационных градиентов.

Модифицирующие агенты по-разному влияют на диффузию и активный транспорт, равновесие сдвигается, нарушается компартментализация низкомолекулярных соединений, и они распространяются по всей клетке, нивелируя различия в своих локальных концентрациях. В результате ингибируются ферментативные процессы из-за уменьшения конформационной подвижности белковых молекул вследствие повышенной адсорбции на них низкомолекулярных веществ, что и проявляется' в различных показателях н^спеби^шиеской реакннн — изменений скоростей"ферментативных реакций, проницаемости, про- крашиваемости витальными красителями и др.

Связь этой реакции с модификацией повреждения объясняется следующим образом^ _1РаДиаЦионное поражение уникальных -структур! вызывающее репродуктивную гибель клеток, возникает вначале как потенциальное, которое в дальнейшем либо реализуется, либо репарируется. Конечный исход определяется результатом конкуренции этих двух процессов, идущих одновременно. Если скорости их сопоставимы, то конечный эффект будет очень чувствителен ко всем воздействиям, по-разному влияющим opocTH^nixjnLpouecc^ развитии неспецифической реакции замедляется скоростькак реализаци}и..так^и репарации по-_

тстсйШ!3йШ!3^льнЫ2Ц2£5В^ДёЯи访，однако в разной степени, в зависимо-

тс

тс

йШ!3

йШ!3

сти от природы действующего агента и условий его применения. В случае большего торможения^процессов реализации доля ре-

парируемых повреждений увеличивается (защита). В обратном случае повреждение усиливается.

Таким образом, ослабление и усиление радиационного повреждения клеток не сводятся простым образом к физико-химическим процессам, а связаны с метаболическими изменениями, зависящими, в свою очередь, от многих генетических и биологических особенностей клеток и факторов среды.

В последние годы были получены многочисленные данные, свидетельствующие о зависимости между эффективностью противолучевой защиты и функционированием ферментативных систем пострадиационной репарации. В работах такого рода выявлена большая эффективность протекторов, как и гипоксии для клеток, способных к восстановлению по сравнению со степенью защиты клеток-мутантов, репарация у которых снижена или отсутствует. В частности, в работах советских исследователей С. Е. Бреслера, Л. А. Носкина, В. Л. Калинина и В. Г. Петина (1980) 2-меркаптоэтиламин эффективно защищает от у-излучения только те штаммы бактериальных и дрожжевых клеток, в клетках которых не повреждены системы репарации, в то время как в мутантных по репарации клетках защита ослаблена или отсутствует.

ЗАЩИТА И КИСЛОРОДНЫЙ ЭФФЕКТ

Универсальность кислородного эффекта у различных биологических объектов (см. гл.7) делает понятным стремление многих исследователей так или иначе связать с ним механизм действия большинства протекторов, тем более, что ФИД при защите эффективными протекторами и максимальная величина кислородного эффекта близки друг к дру-

Показано, что все протекторы из класса индол ил алкиламинов, а также другие, обладающие радиозащитным эффектом соединения (адреналин, гистамин, р-фенилэтиламин, морфин, героин, оксид углерода (II), нитрит натрия, уннтнол, димеркаптопропионовая кислота), вызывают отчетливое изменение напряжения кислорода в тканях, в частности в селезенке (определяемое методом полярографии), по вре* мен и соответствующее их максимальному защитному эффекту. Для перечисленных аминов это свойство коррелирует с сосудосуживающим действием; в основе гипоксии, вызываемой другими веществами, лежат иные механизмы: образование метгемоглобина (нитрит натрия, парааминопропиофенон) или карбоксигемоглобина (СО), ингибирование дыхательных ферментов (цианиды), угнетение дыхательного центра (морфин, героин) и т. д. ,

Подтверждением фармакологической природы действия указанных соединений и ее связи с кислородным эффектом служат данные о возможности ослабления или отмены защиты их антагонистами и антиметаболитами, а также повышением давления кислорода. Предпола- 11*

гают, что противолучевой эффект гипотермии у гомойотермных животных также определяется гипоксическим механизмом, так как защита при охлаждении проявляется лишь после снижения напряжения кислорода в тканях ниже 50 % от исходного (М. М. Константинова, 1970).

Существуют данные о защитном эффекте мексамина на клеточном уровне, т.е. в условиях, как будто бы исключающих его сосудосуживающее действие. Однако эти работы ни в какой степени не опровергают значения фармакологической гипоксии как основного фактора в механизме радиозащитного действия мексамина в условиях организма. Во-первых, защитный эффект мексамина，м vitro проявляется в значительно меньшей степени и при концентрациях, которые не сопоставимы с возникающими в критических системах даже при условии мгновенного попадания в них препарата. На самом деле поступление любого соединения от места введения в кровеносное русло, а затем в органы происходит за определенное время, а в случае мексамина оно увеличивается из-за сосудосуживающего эффекта. Во-вторых, как справедливо отмечают Л. X. Эйдус и Ю. Н. Корыстов (1984), и клеточный компонент действия индолилалкиламинов может иметь гипоксическую природу, если учесть данные о вызываемом этими соединениями повышении интенсивности дыхания, обусловливающем снижение тканевого напряжения кислорода.

• Таким образом, механизм защитного действия большого числа протекторов, включая все индолилалкиламины, в организме в той или иной степени связан с кислородным эффектом.

В отношении аминотиолов данные противоречивы. В большинстве они сводятся к тому, что повышение давления кислорода в среде, сопровождающееся увеличением его тканевого напряжения (измеренного с помощью полярографии), снижает (но не устраняет) защитный эффект.

Полярографические исследования, однако, не дают оснований ни для категорического отрицания связи механизма защитного действия тиоловых соединений с кислородным эффектом, ни для абсолютизации зависимости от него индол ил ал кил аминов. Существующая техника полярографического анализа отражает лишь суммарный кислородный баланс в ткани и не позволяет измерить напряжение кислорода непосредственно в клетках, а тем более получить сведения относительно мик- рооксигенотопографии в клетке, которая имеет решающее значение в модификации радиочувствительности.

Как показали в последнее время результаты экспериментально-теоретического анализа связи защитного действия меркаптоэтил амина с кислородным эффектом, проведенного Ю. Н. Корыстовым, в опытах in vitro защита обусловлена в основном аноксией, вызванной окислением SH-групп в растворе цистеамина. Однако в условиях организма этот механизм не может иметь практического значения из-за несоизмеримо

больших концентраций кислорода, в избытке подводимого с током крови, по сравнению с его ограниченным содержанием в среде in vitro. Подтверждением этому могут служить эксперименты Д. Джемисон и Г. Ван ден Бренка, которые, использовав методику флуоресцентного анализа внутриклеточных пиридиннуклеотидов, дающую представление о содержании там кислорода, получили весьма убедительные данные, которые свидетельствуют об отсутствии связи защитного действия тиоловых протекторов в организме с изменением внутриклеточного напряжения кислорода.

ОБЩИЙ МЕХАНИЗМ МОДИФИКАЦИИРЕПРОДУКТИВНОЙ ГИБЕЛИ КЛЕТОК

Одновременное существование многих теоретических представлений о механизмах реализации радиозащитного эффекта свидетельствует, с одной стороны, о том, что они отражают лишь его отдельные стороны, а с другой —— является следствием отсутствия единой теории биологического действия ионизирующих излучений (см. гл. 9).

В связи с этим на протяжении последних двух десятилетий неоднократно предпринимались попытки схематизации общего механизма противолучевой защиты вообще, в том числе и обусловленной кислородным эффектом.

Последнее обобщение такого рода было предпринято Л. X. Эйду- сом, Ю. Н. Корыстовым (1984).

Согласно их представлениям в клеточных мишенях (М) под влиянием прямого (Av) или косвенного (ОН •) действия радиации возникают два вида потенциальных повреждений: чувствительные (Мо) и нечувствительные (Мн) к кислороду. За первые из них кислород конкурирует с тиолами (SH~), находящимися около мишеней. Под действием кислорода образуется промежуточный стабильный продукт МО2. Тиолы, в принципе могут оказать на Мо двоякое действие: перевести в состояние Мн. которое репарируется ферментативно более эффективно, чем МО2 (модификация с изменением качества первичных повреждений М。), Либо полностью элиминировать это повреждение, восстановив исходное состояние мишени М (модификация с изменением количества повреждений).

Авторы рассмотрели обе возможности и сопоставили их следствия с экспериментальными данными. Оказалось, что схема, основанная на первой возможности, хотя и объясняет основные закономерности кислородного эффекта (КЗ), тем не менее противоречит некоторым данным. Так, например, из этой схемы следует, что при любом дефекте ферментативной репарации величина КЭ —— m (см. гл. 7) должна снижаться. Однако существует мутант Е colipol А, дефектной по ферменту pol /, для которого значение m выше, чем у дикого типа Е. со〃. Показано также, что радиационные выходы некоторых повреждений ДНК (одно- и двухнитевые разрывы, щелочелабильные сайты), определенные сразу (через доли секунды) после облучения, т. е. не ис-

каженные ферментативной репарацией, большие при облучении клеток в кислороде, чем в условиях аноксии. Это означает, что количество первичных повреждений ДНК в клетке может увеличиваться кислородом уже на физико-химической стадии поражения (см. приводимую ниже другую схему).

ВыживаниеГибельВыживаниеВыживаниеГибельВыживание

Выживание

Гибель

Выживание

Выживание

Гибель

Выживание

Здесь ПЛ обозначены вторичные повреждения (потенциальные летали, например двойные разрывы), образующиеся в ходе ферментативной репарации (ФР) первичных повреждений МО2 и Мн， возникших на физико-химической ста* дии поражения; а. 6 и у — вероятности репарации соответствующих повреждений.

Согласно этой схеме конечная величина КЭ обусловлена образованием в мишени не только кислородчувствительных, но и нечувствительных к кислороду повреждений. В противном случае она была бы бесконечно большой величиной, ибо в условиях аноксии вообще не происходило бы поражения. Наблюдаемая на опыте зависимость КЭ от ферментативной репарации (например, иной КЭ у мутантов, чем у клеток дикого типа) обусловлена разной эффективностью репарации в отношении кислородчувствительных и нечувствительных повреждений.

Аналитически эта зависимость выражается формулой: m 1 + 十 b, где b ——соотношение между числом возникающих в мишенях при их облучении кислородчувствительных и нечувствительных первичных повреждений. Нетрудно видеть, что дефектность каких-либо клеток по репарации, обозначенной символом а, приведет к увеличению константы m в сравнении с диким типом, в то время как снижение 6 скажется в уменьшении величины КЭ. В соответствии с экспериментальными данными КЭ зависит лишь от эффективности процессов, репарирующих повреждения, которые возникают на физико-химическом этапе поражения (МО2 и Мн), в то время как более поздние процессы репарации вторичных повреждений (ПЛ) на величине m не сказываются.

Вторая константа (К) в уравнении КЗ, приведенном на с. 100, не зависит от ферментативных процессов, поскольку она отражает конкуренцию двух физикохимических процессов взаимодействия первичных кислородчувствительных повреждений с кислородом и тиолами: К ¥ ISHI, где К? и & — соответствующие константы скорости реакции этих веществ с повреждениями Мо, a ISH]——концентрация сво-

飞 36 /е吕EBDgnxiqg飞 36 /е吕EBDgnxiqgВремя между тракциями 駆/. минВремя между тракциями 駆/. мин

飞 36 /е吕EBDgnxiqg

飞 36 /е吕EBDgnxiqg

Время между тракциями 駆/. мин

Время между тракциями 駆/. мин

бддйых тиолов, в основном глутатиона, вблизи клеточной мишени. Как видно, первоначальные представления о КЭ как чисто -физике- химическом феномене дают весьма упрощенное представление об не* тинной природе этого явления, хотя оно и включает в себя быстрые физико-химические реакции, осуществляющиеся в момент облучения. Последовательно с ними идут различные ферментативные репарационные процессы, также участвующие в определении величины КЭ.

• Приведенная схема не только объясняет всю совокупность известных к настоящему времени экспериментальных данных по КЗ, но по сути описывает феноменологию основных этапов поражения, ведущего к репродуктивной гибели клеток, а также факторы, определяющие возможности ее модификации. Иными словами, из схемы видно, как взаимосвязаны основные радиобиологические феномены — кислородный эффект, процессы восстановления и модификация радиочувствительности.

В описанном механизме два звена в явной форме связаны с химической модификацией первичного повреждения. Это их взаимодействие с тиолами эндо- или экзогенного происхождения и фармакологическая регуляция концентрации кислорода. Однако при использовании самых различных радиомодификаторов химической и физической природы затрагиваются и другие звенья этого механизма: концентрация небелковых SH-групп и кислорода вблизи клеточной мишени и эффективность ферментативной репарации. Действительно, соотношение тиолов и кислорода в клетках в опытах，九 vitro может изменяться подавлением дыхания или его активацией, усилением процессов микросомального окисления, восстановлением кислорода в среде (тиолы, нитрит натрия и др.), введением экзогенных SH-групп, тиолопривными (блокирующими тио- лойые группы) веществами и т. д.

Рис. 124. Восстановление сублетальных повреждений в зависимости от концентрации кислорода (в частях на миллион — ppm) при пострадиационной инкубации (клетки водоросли Chlatnidomo- nas, облученные в дозе 240 Гр в азоте+150 Гр на воздухе) (по К. Koch, 1979):

/—4 一 содержание кислорода в газовой смеси, продуваемой между фракциями Дозы： / — 10 ppm, 2 — 200 ppm, 3 — 500 ppm, 4 — 1000 ppm, 5 ——воздух

Доза излучения, кГрДоза излучения, кГрРис. 125. Восстановление потенциальных деталей у дрожжей, облученных на воздухе, в зависимости от пострадиационных условий (по Р. Subrahmanyam, 1979):Рис. 125. Восстановление потенциальных деталей у дрожжей, облученных на воздухе, в зависимости от пострадиационных условий (по Р. Subrahmanyam, 1979):/ ——посев сразу после облучения, 2 —анаэробная инкубация, 3 — аэробная инку-кубация/ ——посев сразу после облучения, 2 —анаэробная инкубация, 3 — аэробная инку-кубация

Доза излучения, кГр

Доза излучения, кГр

Рис. 125. Восстановление потенциальных деталей у дрожжей, облученных на воздухе, в зависимости от пострадиационных условий (по Р. Subrahmanyam, 1979):

Рис. 125. Восстановление потенциальных деталей у дрожжей, облученных на воздухе, в зависимости от пострадиационных условий (по Р. Subrahmanyam, 1979):

/ ——посев сразу после облучения, 2 —анаэробная инкубация, 3 — аэробная инку-кубация

/ ——посев сразу после облучения, 2 —анаэробная инкубация, 3 — аэробная инку-кубация

/п vivo отсутствует возможность восста новл ен и я всего кислорода тиолами из-за его поступления в организм при внешнем дыхании, однако легко осуществляется изменение напряжения кислорода при вдыхании гипо- или гипероксических смесей, применении индолилалки- ламинов и других соединений, приводящих к циркуляторной гипоксии или влияющих на интенсивность тканевого дыхания. Гипоксические клетки в организме и опухолях могут быть сенсибилизированы электронакцепторными соединениями (см. гл. 20), заменяющими кислород на физико-химическом этапе модификации. Внутриклеточная концентрация тиолов может быть также изменена в обе стороны введением меркаптоалки- ламинов или соединений, блокирующих SH-группы.

Что же касается репаративного звена схемы,то оно работает как in vitro, так и in vivo, ибо ферментативная репарация всегда существенна при действии любых химических модифицирующих агентов. Не менее важно участие

кислорода и в пострадиационной репарации потенциальных повреждений, поскольку для их восстановления также необходим кислород. В частности, показано, что ни сублетали (см. рис. 42 и 124), ни потенциальные летали (рис. 125) в аноксии не репарируются.

В рассмотренной выше схеме кислород участвует в модификации радиочувствительности на первом физ и ко- х им ическом этапе взаимодействия с первичными повреждениями клеточной мишени. При наличии же кислорода в среде после облучения репарация идет одинаково, независимо от того, облучались клетки в азоте или кислороде. Таким образом, как уже упоминалось (см. гл. 6), если кислород во время облучения усиливает поражение, то после облучения он защищаетибо необходим для ферментативной репарации.

ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИИ РАДИОЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ

За сорок лет, прошедших со времени открытия 3. Баком возможности фармакохимической противолучевой защиты, из многих тысяч изученных соединений были отобраны наиболее эффективные, способные предотвратить гибель животных, подвергнутых облучению в смертельных дозах.

Нет такого класса соединений, в котором бы не был произведен поиск радиозащитных средств. Можно привести не один десяток достаточно эффективных препаратов, найденных и изученных в эксперименте на животных.

Цианистый натрий —— одно из двух соединений, о котором в 1949 г. А. Эрв и 3. Бак сообщили как о протекторе; введение его мышам в количестве 5 мг/кг непосредственно перед облучением в летальных дозах повышало их выживаемость по сравнению с контролем.

Цистеин ——второе соединение, с которым связано открытие явления фармакологической противолучевой защиты. Г. Патт в 1949 г. сообщил о значительном повышении выживаемости мышей, получавших перед летальным облучением инъекцию цистеина 1000 мг/кг.

В последующем был обнаружен радиозащитный эффект цистеамина и цистамина (3. бак), меркаптолроп илам ина (Е. Ф. Романцев), серотонина (Г. Лангендорф), мексамина (П. Г. Жеребченко, Н. Н. Суворов), аминоэтилизотиурония (Г. Доэрти) и целого ряда других соединений ——оксида углерода (II), парааминопропиофенона, аминоалки лтиофосфатов, резерпина, гистамина и др.

• Несмотря на обилие испытанных средств, наиболее перспективные и высокоэффективные из них относятся к двум большим классам соединений: и ндолилал кил аминам и меркаптоалкиламинам. Эти соединения и будут здесь в основном предметом дальнейшего рассмотрения.

ИНДОЛИЛАЛКИЛАМИНЫ

Относящиеся к этому классу соединения можно рассматривать как производные триптамина:

Н

Триптамин,при внутрибрюшном введении мышам за 5—20 мин пе- ред рблучением повышает на 25—-30 % их выживаемость по сравнению с контролем、

Значительно более выраженным радиозащитным эффектом обладает 5'0кситриптамин, известный под названием серотонин-.

N

Как было показано исследованиями П. Г. Жеребченко и Н. Н. Суворова, введение многих радикалов в 5-е положение индольного кольца триптамина повышает защитную эффективность образующегося соединения.

Наиболее изучен из этого класса соединений, кроме серотонина, 5-метокситриптамин, хлористоводородная соль которого известна как мексамин:

CH3°QoCH2CH2NH2，нс,

Защитный эффект мексамина показан в опытах на мышах, крысах, собаках и обезьянах.

МЕРКАПТОАЛКИЛАМИНЫ

Вскоре после открытия радиозащитного действия цистеина было обнаружено (3. BiaK, 1952), что продукт декарбоксилирования этой аминокислоты —— цистеинамин (цистеамин, 2-меркаптоэтиламин —— МЗА, бекаптан, меркамин)

HS —С% —CH—NH2 二^ HS —СН2 -СН2 —N%

соон

ЦистеинМЭА

обладает более выраженным противолучевым эффектом. Внутрибрюшинное введение мышам или крысам МЭА в количестве 150 мг/кг за 5 -15 мин перед облучением их в минимальной абсолютно летальной дозе позволяет предотвратить гибель 80——100 % животных.

Обнаружение радиозащитных свойств МЭА послужило толчком к интенсивному поиску радиозащитных средств в классе серосодержащих соединений, в результате были обнаружены другие не менее эффективные протекторы» изучение которых продолжается и по сей

день. Главные из них: цистамин (дисульфид МЭА), меркаптопропила мин и его дисульфид, аминоэтилизотиуроний, меркаптоэтилгуани - дин и его дисульфид ——гуанилэтилдисульфид, меркаптопропил гуанидин и, наконец, аминоалкилтисм}юсфаты.

Все эти соединения имеют общую структуру: RN (CH2)nS/?.

Замечено, что различные замещения по азоту аминогруппы, как правило, не влияют на радиозащитные свойства вещества или усиливают их, например, при замещении на гуанидиновую группировку. Замещения водорода в тиольной группе резко ослабляют радиоза- щитный эффект (за исключением окисления с образованием дисульфидов) ,а удлинение углеводородной цепочки более чем на три метильные группы ведет к утрате защитного действия.

Предполагают, что в процессе метаболизма этих соединений в организме происходит образование меркаптоэтиламина или меркапто- пропиламина, которые и обусловливают защитный эффект:

н

N

N

н н ce н2н2 )с — сн н ce н2н2 )с — сВосстановлениеВосстановление

н н ce н2н2 )с — с

н н ce н2н2 )с — с

Восстановление

Восстановление

С®

2 I СН2

2-Меркаптоэтиламнн, МЭА2-Меркаптоэтиламнн, МЭА2N——2c——сн2н2н2N——2c——сн2н2нВосстановление >Восстановление >N —с —сN —с —сSS-SS-HSCHHSCHн3—сн3—с

2-Меркаптоэтиламнн, МЭА

2-Меркаптоэтиламнн, МЭА

2N——2c——сн2н2н

2N——2c——сн2н2н

Восстановление >

Восстановление >

N —с —с

N —с —с

S

S-

S

S-

HSCH

HSCH

н3

—с

н3

—с

Дисульфид 2-меркаптоэтиламина,цистамин

2-Меркаптопропиламян, МПА2-Меркаптопропиламян, МПА

2-Меркаптопропиламян, МПА

2-Меркаптопропиламян, МПА

Дисульфид 2-меркапт()11ропиламина

н2н2

N ic

н2н2

N —с

—с I

2

Восстановление

н2—с Iн2c !

н2

CP——-S

Дисульфид 3-меркаптопропиламина

З-Меркаптопропиламин, 3-МПА

CH2-~CH2

CH2 — CH2雷院謊；• NH SH gp*部靠嚮ы"

nh2 s「…

с

NHo NH

NH NH2

2-Меркаптоэтил-гуанидин, 2-МЭГ

Мочевина

Ам

区 NHznW 飞Ho区 NHznW 飞Ho3-МЭГ3-МЭГ

区 NHznW 飞Ho

区 NHznW 飞Ho

3-МЭГ

3-МЭГ

2-Аминоэтилизоти-уроний, АЭТ

CH2—CHlCHlCH2—CH2—CH2

NHNH Восстановление

Гуанилпропилдисульфид

Ферментативный гидролиз с 2cH 2

2NH2CONH2J

МочевинаCH?

SH

ЗМПА

сн2

(СН2)з

Дефосфорнлирование '

СН2

NH

Гидролиз

SH

СН2

Дефосфорил иро ван ие

МЭА

S-P(OH

2-Аминоэтилтио-фосфат ,цистафос2-Аминоэтилтио-фосфат ,цистафос2,3-Аминопропил, аминоэтил-фосфат, гаммафос

2-Аминоэтилтио-фосфат ,цистафос

2-Аминоэтилтио-фосфат ,цистафос

193 ОЦЕНКА РАДИОЗАЩИТНОГО ЭФФЕКТА

Независимо от молекулярных и клеточных механизмов самого акта защиты считается общепринятым, что протекторы как бы уменьшают эффективную дозу излучения. Например, если при введении какого- либо протектора перед облучением животных их ЛД50/30 снижается с 10 до 6 Гр, то фактор изменения дозы. (см. гл. 7) 一” ФИД Q 1,7. В первом приближении это означает, что подопытные животные, которым введен протектор, после облучения в дозе 10 Гр по состоянию адекватны контрольным животным, облученным в дозе 6 Гр без протектора.

Сущестзуют и другие показатели оценки защитного действия протекторов (см. гл. 7). Кроме того, каждый протектор характеризует его терапевтическая широта, или терапевтический индекс.

Общей характерной чертой индол и л ал кил ами нов и аминотиолов является выраженная зависимость их защитного действия от химической структуры; самое небольшое изменение последней приводит к ослаблению или утрате защитного эффекта.

• Различие между ними в том, что диапазон эффективных доз (концентраций) тиолов достаточно узок, причем защитный эффект нарастает с дозой препарата и достигает максимума одновременно с проявлением токсического действия, вызывающего гибель контрольных животных. У индолилалкиламинов диапазон эффективных концентраций значительно шире, причем защитный эффект достигает максимума уже при незначительных концентрациях, в результате чего кривая зависимости степени защиты от дозы препарата выходит на плато значительно быстрее, чем у тиолов.

Различия в действии индолилалкиламинов и тиоловых протекторов наглядно представлены на рис. 126, демонстр и р ующем полученные в лаборатории автора результаты изучения эффективности мексамина, АЭТ и цистафоса по двум критериям ——30-суточной выживаемости мышей и числу миелокариоцитов костного мозга после облучения животных в дозе 9 Гр. Кривые, характеризующие защитную эффективность мвксамнна, по обоим критериям уже при количестве препарата 7—10 мг/кг достигают максимума и выходят на плато.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что в расчете на эквимолярные концентрации индолилалкиламины в 10 раз и более эффективнее тиолов, что весьма важно для их практического применения;

количества вводимого в организм 力—выживаемость; Б — количесг- Н. Пугачевой, 1971):

мсксамнн, АЭТ, // - цистафос

Рис. 126 Зависимость защитило эффекта от протектора при облучении Mbiineii н дозе 9 Гр, но K/2ICK к(»стног()мезга (по Т/ менсз мн н, 2 АЭТ. [(.нстифос. /Рис. 126 Зависимость защитило эффекта от протектора при облучении Mbiineii н дозе 9 Гр, но K/2ICK к(»стног()мезга (по Т/ менсз мн н, 2 АЭТ. [(.нстифос. /Z -盲E号*3Z -盲E号*30мд耽抖叭2押0мд耽抖叭2押加 乃 20 25加 乃 20 25мышей при облучении в супралетальных дозах под влиянием раздельного и комбинированного применения протекторов:

Рис. 126 Зависимость защитило эффекта от протектора при облучении Mbiineii н дозе 9 Гр, но K/2ICK к(»стног()мезга (по Т

/ менсз мн н, 2 АЭТ. [(.нстифос. /

Рис. 126 Зависимость защитило эффекта от протектора при облучении Mbiineii н дозе 9 Гр, но K/2ICK к(»стног()мезга (по Т

/ менсз мн н, 2 АЭТ. [(.нстифос. /

Z -盲E号*3

Z -盲E号*3

0мд耽抖叭2押

0мд耽抖叭2押

加 乃 20 25

加 乃 20 25

конгроль, 2 мексамин (75 мг/кг), 3- АЭТ (150 мг/кг), 4 АЭТ+мексамин(50+25 мг/кг>

защитный эффект может быть достигнут при значительно меньших ко- .1 ичествах вводимого в организм протектора.

Различия в зависимости защитного эффекта от дозы протектора определяются различиями в механизме действия соединений этих двух классов в орган изме. Считают, что для индол ил ал килам и нов в основном характерен фармакологический, опосредованный механизм защитного действия, а для тиолов — клеточно-концентрационный механизм, реализуемый непосредственно в клетках критических систем организма.

Иными словами, защитное действие и ндол и л а л к ил а м и нов связывают с их сосудосуживающим эффектом и вызываемой ими гипоксией, а защита тиолами, как предполагают, менее связана и；1и не связана совсем с уровнем напряжения кислорода.

Существует мнение (П. Г. Жеребченко, 1971), что именно этим определяется возможность усиления защитного эффекта при совместном применении индолилал кил аминов и тиолов. Одновременное введение мышам АЭТ и мексамина повышало их выживаемость при дозах К) 12 Гр на 25——65 ‘% по сравнению с результатами раздельного применения этих протекторов (рис. 127). Однако результатам этих экспериментов, как будет показано далее, может быть дано и другое объяснение.

194 ЗАЩИТА ОРГАНИЗМА КАК СЛЕДСТВИЕ ОСЛАБЛЕНИЯПОРАЖЕНИЯ КРИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Существует другой уровень анализа противолучевой защиты феноменологическое рассмотрение состояния критических систем 冃 организме, резистентность которых повышается под влиянием любого радиозащитного агента. Так как в диапазоне доз до 10 Гр исход острого лучевого синдрома определяется системой кроветворения, понят* ны стремления исследователей оценить состояние именно этой системы при облучении организма в условиях защиты.

Наглядные доказательства взаимосвязи между повышением радиорезистентности организма и защитой кроветворения были получены П. Г. Жеребченко, С. П. Ярмоненко и И. Г. Красных (I960) в экспериментах по тотальному облучению животных, которым на время облучения накладывали на задние конечности жгут и тем самым создавали локальную аноксию в участке костного мозга.

При рентгеновском облучении мышей в абсолютно детальной дозе наложение жгута на задние конечности обусловило ко времени гибели всех контрольных животных (12-е сут) выживание 75,3 % опытных. К 30-м сут после облучения количество выживших животных снижалось, тем не менее и к этому сроку оно составляло в среднем 32,6 %. Аналогичные данные получены в опытах на крысах и собаках (табл. 15).

Таблица 15. Влияние местной аноксии костного мозга на исход лучевой болезни животных

Вид животного

込

Условия эксперимента

露

S « у ^

Количество выживших животных на

Выживаемость, %, на

1 2-е сут

30-е сут

12-е сут

30-е сут

Мыши

7

Контроль

65

4

0

6,1士

I Л Q

0

8,4

Жгут на одно

98

72

32

士 У

75,3土

32,6士

14,1

бедро

±4,4

±4,7

Стрептомицин

70

20

6

28,6土

8,6士

11,5

士5 ,3

±2,0

Жгут + стрепто

82

68

54

83±

65,8 土

12,6

мицин

土 4,0

土 5,6

Крысы

8

Контроль

90

37

6

40,7士

6,6士

11,6

±5,1

土 2,9

Жгут на одно

66

36

16

54,3土

24,6 士

9,8

бедро

±6,2

±5,3

11,9

Жгут на два бед

84

53

26

61,4 土

30,7土

ра

上5,3

土 § ,0

Собаки

4

Контроль

13

Выжило к 45 сут

1

Опыт

13

То же

5

Гибель животных в поздние сроки, очевидно, связана с инфекционными осложнениями, так как дополнительное применение стрептомицин на в течение первых 20 сут (3—5 мг/мышь) вызывало повышение выживаемости к 30-м сут в среднем на 33 %, применение только стрептомицина обусловило выживание лишь 8,6 % мышей (табл. 15).

Цитологический анализ показал, что в ишемическом участке костного мозга уменьшается число клеток, дегенерирующих в первые часы после облучения (рис. 128), ослабляется степень радиационной задержки клеточного деления (рис. 129) и уменьшается доля клеток с аберрациями хромосом (рис. 130).

Снижение числа дегенерирующих и аберрантных клеток, а также ослабление степени ингибирования митотической активности вызывают и радиол ротекторы, что может быть продемонстрировано на примере АЭТ (рис. 131 —133).

• Таким образом, под влиянием защитных агентов снижается степень проявления всех типов первичного лучевого поражения клеток, а также интенсифицируются процессы клеточного деления, что, в свою очередь, способствует увеличению у защищенных животных клеточного фонда — источника последующей регенерации.

Действительно, общее число ядросодержащих клеток костного мозга оказывается у защищенных животных значительно большим, чем в контроле (рис. 134), что обусловливает начало восстановления кле-

Рис. 128. Влияние местной аноксии на дегенерацию клеток костного мозга мышей, подвергнутых рентгеновскому облучению в дозе 7 Гр:Рис. 128. Влияние местной аноксии на дегенерацию клеток костного мозга мышей, подвергнутых рентгеновскому облучению в дозе 7 Гр:Рис. 129. Влияние местной аноксии на митотическую активное ib костного мозга мышей, подвергну - тых рентгеновскому облучению в дозе 7 Гр:/ — опыт, 2 — контрольРис. 129. Влияние местной аноксии на митотическую активное ib костного мозга мышей, подвергну - тых рентгеновскому облучению в дозе 7 Гр:/ — опыт, 2 — контроль

Рис. 128. Влияние местной аноксии на дегенерацию клеток костного мозга мышей, подвергнутых рентгеновскому облучению в дозе 7 Гр:

Рис. 128. Влияние местной аноксии на дегенерацию клеток костного мозга мышей, подвергнутых рентгеновскому облучению в дозе 7 Гр:

Рис. 129. Влияние местной аноксии на митотическую активное ib костного мозга мышей, подвергну - тых рентгеновскому облучению в дозе 7 Гр:

/ — опыт, 2 — контроль

Рис. 129. Влияние местной аноксии на митотическую активное ib костного мозга мышей, подвергну - тых рентгеновскому облучению в дозе 7 Гр:

/ — опыт, 2 — контроль

/ — опыт (перевязанная конечность), 2 — контроль

точной популяции с более высокого уровня (рис. 135). Размер образующегося фонда жизнеспособных кроветворных клеток и определяет степень защиты тем или иным защитным агентом (рис. 136).

Приведенные данные отвергают распространенные с давних пор

представления о том, что протекторы не влияют на начальное поражение, а лишь усиливают регенерацию. Такая точка зрения была выска

зана еще до освоения количественных методов цитологического анализа костного мозга на основании определения количества лейкоцитов в периферической крови, где различия обнаруживаются не только при применении протекторов, но и при разных дозах ионизирующего излучения только в период восстановления.

Рис. 130. Влияние местной аноксии на динамику клеток костного мозга с аберрациями хромосом при облучении мышей в дозе 7 Гр:7 — опыт, 2 — контрольРис. 130. Влияние местной аноксии на динамику клеток костного мозга с аберрациями хромосом при облучении мышей в дозе 7 Гр:7 — опыт, 2 — контрольМногочисленные данные о снижении начальных лучевых повреждений под действием различных протекторов получены на разных объектах: культуре клеток животных и челове-

Рис. 130. Влияние местной аноксии на динамику клеток костного мозга с аберрациями хромосом при облучении мышей в дозе 7 Гр:

7 — опыт, 2 — контроль

Рис. 130. Влияние местной аноксии на динамику клеток костного мозга с аберрациями хромосом при облучении мышей в дозе 7 Гр:

7 — опыт, 2 — контроль

ка, клеток кишечника и роговицы，几 vivo, растений и др., что свидетельствует об универсальности этого явления для всех уровней биологической организации.

Все это позволяет сделать заключение, что применение защитных агентов у животных, снижая выраженность всех типов клеточных проявлений поражения костного мозга, тем самым как бы переводит его на уровень, характерный для воздействия меньшей дозы излучения, с соответствующим повышением выживаемости животных.

Это заключение не противоречит приведенным выше взглядам на молекулярный механизм защиты, постулирующий ведущую роль репа-

疗 24 32 40 3

Вренн после оМдиенин, v

Рис. 131. Влияние АЭТ на количество дегенерирующих клеток в костном мозге мышей при разных дозах излучения:

/ — контроль, 2 — опыт

20

48

после облучения; у

Рис. 132. Влияние АЭТ на динамику клеток с хромосомными аберрациями в костном мозге облученных мышей.

7296

контроль, 2 ——опыт

время после общения, qвремя после общения, qРис. 133. Влияние АЭТ на митотическую активность в костном мозге облученных мышей: / - опыт, 2 - контроль (облучение безАЭТ)Рис. 133. Влияние АЭТ на митотическую активность в костном мозге облученных мышей: / - опыт, 2 - контроль (облучение безАЭТ)

время после общения, q

время после общения, q

Рис. 133. Влияние АЭТ на митотическую активность в костном мозге облученных мышей: / - опыт, 2 - контроль (облучение без

АЭТ)

Рис. 133. Влияние АЭТ на митотическую активность в костном мозге облученных мышей: / - опыт, 2 - контроль (облучение без

АЭТ)

рационных систем, так как следствием их эффективности и является регистрируемое морфологическими методами снижение доли клеток, несущих типичные радиационные поражения. Обсуждая роль ослабления отдельных клеточных реакций в ускорении восстановления костного мозга под влиянием защитных агентов, следует в полном соответствии с механизмами лучевого поражения кроветворения (см. гл. 10) указать на то, что оно связано со снижением как числа погибших клеток, так и степени торможения митозов. При этом в кровеносное русло защищенных животных попадает большее количество жизнеспособных клеток, что обусловливает более раннее повы

шение уровня клеточного состава крови и его интенсивное восполнение потомками жизнеспособных клеток вследствие разблокирования митозов.

С этих позиций потенцирование защитного эффекта при комбинированном применении протекторов может быть объяснено не только разным механизмом их действия, но и дифференцированной защитой отдельных критических систем.

кTOEnhgdDM anHDXs-QOO

Piic. 134. Влияние АЭТ на изменение общего числа кариоцитов в костном мозге мышей при рентгеновском облучении в разных дозах:

Л 2, J 7. 4 и 2,7 Гр со<и не ич вен ио: 4, 5, 6 — то же, но с предвярител(>-ным применением АЭТ

3 7 722448

' Времз поме обучения f у

Рис. 135. Изменение количества клеток костного мозга мышей после об-щего облучения в дозах 2,7 (/), 4 (2) и 7(3) Гр под влиянием АЭТ:темными символами обозначены опытные данные, светлыми — контрольные

И действительно, вернувшись к результатам соответствующих опытов (см. рис. 127), следует отметить, что в них изучалась эффективность протекторов на мышах, подвергнутых рентгеновскому облучению при дозах 7—12 Гр, вызывающему не только костно-мозговой, но и кишечный синдромы. Установлено, что костный мозг хорошо защищается

Рис. 136. Общее количество клеток костного мозга в бедре мыши на 3-и сутки после облучения в разных дозах под влиянием отдельных протекторов и их комплекса:

/ контроль. 2 — АЭТ, 3 —мексамнн, 4 — комплекс

Z guEmndDH АМАЗ

194 Зсицита 0^§5^р ——осАабленче поражения критических снсгем 34 一

Контроль

Протекторы

Количе- ст во подопытных мышей

Выживаемость к 30-м сут, %

Средняя продол* житель- ность жизни, %

АЭТ, 3 мг

Мексамин. 1.5мг

АЭТ, 1 мгН-мексамин , 1 .5 мг

Количество мышей в опыте

Выживаемость к 30・М сут, ?0

Средняя продолжительность жизни, сут

Количество мышей в опыте

Выживаемость к 30-м сут. %

Средняя продолжительность жизни, сут

Кол иче* ство мышей в опыте

Выживаемость к 30-м сут, %

Средняя продолжительность *нзнн*

7

40

5

14,6

40

90

40

90

8

20

0

9,9

20

90

—

20

95

—

20

100

一

9

30

0

6,4

30

50

14,9

30

73

11,5

28

96

—

10

20

0

5,3

20

60

14,6

20

10

8,1

29

85

—

11

20

0

4,7

20

25

7,1

20

0

5,2

28

59

12,6

12

20

0

4,6

20

0

8,2

20

0

4,0

20

20

6,7

Таблица 16. Влияние протекторов на выживаемость и продолжительность жизни мышеи при разных дозах рентгеновского излучения (no С. П. армоненко, 1965)

讶 8 勿 15 20 30 Доза изпуиенин》Гр讶 8 勿 15 20 30 Доза изпуиенин》ГрРис. 137. 30-дневная вы ж и вас- мость мышей, защищенных АЭТ (1); глутатионом, АЭТ и серото нином ⑵，пятикомпонентной рецептурой —глутатион. АЭТ, серотонин, цистеин н МЭА (3) и той же рецептурой с последую- шей изологичной трансплантацией костного мозга (4) ио сравнению с контролем (5)Рис. 137. 30-дневная вы ж и вас- мость мышей, защищенных АЭТ (1); глутатионом, АЭТ и серото нином ⑵，пятикомпонентной рецептурой —глутатион. АЭТ, серотонин, цистеин н МЭА (3) и той же рецептурой с последую- шей изологичной трансплантацией костного мозга (4) ио сравнению с контролем (5)

讶 8 勿 15 20 30 Доза изпуиенин》Гр

讶 8 勿 15 20 30 Доза изпуиенин》Гр

Рис. 137. 30-дневная вы ж и вас- мость мышей, защищенных АЭТ (1); глутатионом, АЭТ и серото нином ⑵，пятикомпонентной рецептурой —глутатион. АЭТ, серотонин, цистеин н МЭА (3) и той же рецептурой с последую- шей изологичной трансплантацией костного мозга (4) ио сравнению с контролем (5)

Рис. 137. 30-дневная вы ж и вас- мость мышей, защищенных АЭТ (1); глутатионом, АЭТ и серото нином ⑵，пятикомпонентной рецептурой —глутатион. АЭТ, серотонин, цистеин н МЭА (3) и той же рецептурой с последую- шей изологичной трансплантацией костного мозга (4) ио сравнению с контролем (5)

и АЭТ, и мексамином, а при поражении кишечника действие мек- самина значительно меньше (табл. 16). При анализе средней продолжительности жизни контрольных (незащищенных) животных оказалось, что доза 9 Гр — рубеж между «костно-мозговой» и «кишечной» гибелью. С последующим увеличением дозы мыши погибают от кишечного синдрома при средней продолжительности жизни около 5 сут (табл. 16). Защитный эффект АЭТ проявляется при всех испытанных дозах излучения: до 11 Гр за счет повышения выживаемости, а при 12 Гр — благодаря существенному увеличению продолжительности жизни. Эффективность применения мекса- мнна после облучения в дозе 9 Гр резко падает, а при дозах 11 Гр сроки гибели подопытных и контрольных мышей совпадают.

Комплекс ЛЭТ с мексамином повысил выживаемость при обл учении в дозах 10 и 11 Гр на 25——65 °о по сравнению с раздельным применением препаратов, хотя количество АЭТ было в 2 раза уменьшено из-за усиления токсичности при совместном применении с мексамином (ЛД50д10 для комплекса 1 1,00 Гр, а для АЭТ и мексамина —9.50 н 9,25 Гр соответственно, в контроле — 6,00 Гр). ФИД, вычисленный по ^Дбо/з» равен 1.54: 1,55 и 1.83 соответственно для мексамина. ЛЭТ и комплекса (см. рис. 35).

Таким образом, в синергизме защитного эффекта данного комплекса протекторов (АЭТ 丄 мексамин) наряду с предполагаемым разным механизмом действия определенное значение имеет и дифференцированная системная защита: АЭТ в равной степени защищает костный мозг и кишечник, а мексамин — только костный мозг. Благодаря этому многие животные, пережившие критический срок кишечной гибели (результат защиты АЭТ), переносят и поражение костного мозга.

которое в условиях комплексной защиты оказывается существенно меньшим, чем при раздельном применении протекторов (рис. 136). Реальность такого усиления защиты органов кроветворения подтверждается также экспериментами, в которых обнаружено благоприятное влияние экранирования кишечника на восстановление гемопоэза, сопровождающееся усилением митотической активности костного мозга (М. Н. Янушевская, Н. Ф. Варакина, 1965).

Эксперименты Д. Мэзена показали, что с увеличением в составе рецептуры числа ингредиентов наблюдается выраженное усиление защитного эффекта (рис. 137). Так, при использовании АЭТ, трехкомпонентной рецептуры (АЭТ, глутатион и серотонин), пятикомпонентной (АЭТ, глутатион, серотонин, цистеин и МЭА) или той же пятикомпонентной рецептуры и последующей изологичной пересадки костного мозга ФИД составляет, соответственно. 1,7; 2,3; 2,8 и 3,4.

ЗАЩИТА ОТ ОТДАЛЕННЫХ ПОСЛЕДСТВИЙОБЛУЧЕНИЯ

Ослаблению протекторами непосредственных проявлений острого радиационного поражения организма, а также его отдельных органов и систем как при тотальном, так и при местном облучении (последние здесь не р ассматр и вал ись) посвящено много исследований. Менее изучено ослабление отдаленных эффектов облучения. Эти работы содержат к тому же противоречивые результаты. В одних из них защитный эффект не обнаружен, в других — отмечено усиление канцерогенного действия ионизирующих излучений, в третьих ——описано заметное ослабление многих отдаленных последствий, и наконец, в четвертых —— получены данные об избирательности модифицирующего эффекта: разные протекторы и в разной степени ослабляли определенные виды отдаленных последствий, не оказывая влияния на другие.

Анализ соответствующей литературы позволяет сделать заключение о том, что защита от отдаленных последствий облучения выражена в меньшей степени, чем от острых эффектов, причем в первую очередь это относится к тиоловым протекторам, которые, уменьшая частоту лейкозов и лимфом, а также степень поседения волосяного покрова, заметно меньшее влияние оказывают на проявление остальных отдаленных последствий. Защитный эффект протекторов, действующих по гипоксическому типу, как будто бы более универсален, однако литературные данные по этому вопросу наиболее скудны.

В лаборатории автора было четко установлено наличие выражен* ного защитного эффекта мексамнна, введенного мышам линии 尸 1 (С57В1 х СВ А), подвергнутым однократному тотальному облучению протонами с энергией 660 МэВ в дозах 6—9 Гр по четырем показателям: общей смертности в течение 490 сут (начало гибели в биологичес-

ком контроле), сокращению продолжительности жизни и уменьшению прироста массы за этот же период, а также по степени поседения волосяного покрова. Оказалось, в частности, что к 850-м сут после облучения поседение защищенных мышей, выживших после облучения в дозе 8 Гр, выражено значительно меньше, чем у мышей, облученных в дозе 7 Гр без защиты (рис. 138). В биологическом контроле поседение шерсти не наступало до конца естественной жизни животных, что является дополнительным доказательством неидентичности процессов естественного и «радиационного» старения (см. гл. 15).

Небезынтересно оценить влияние обеих групп протекторов на повреждение хромосомного аппарата в клетках активно пролиферирующих и стабильных тканей. В табл. 17 приведены результаты экспериментов, показавших, что тиоловые протекторы слабее влияют на возникновение аберраций хромосом в покоящихся клетках печени, чем в делящихся клетках костного мозга.

На основании этих данных можно предположить, что и в других тканях и органах, характеризующихся слабо выраженной физиологической регенерацией, покоящиеся клетки также слабее защищены от повреждений хромосомного комплекса, что приводит к накоплению соматических мутаций и связанному с ними развитию отдаленных последствий.

Рис. 138. Мыши, выжившие после протонного облучения в дозе 8 Гр в условиях защиты мексамином, и контрольные, незащищенные животные, подвергнутые облучению в дозе 7 Гр (указаны стрелками): наблюдение на 850-е сутки после облучения

Таблица 17. Влияние протекторов на долю клеток с индуцированными облучением аберрациями хромосом в костном мозге мышей (7 Гр) и в печени крыс (3 Гр)

Протектор

Доля клеток с хромосомными аберрациями в первом митозе, %

КОСТНЫЙ

1мозг

печень

МЭА

62±1,7

АЭТ

61 土 3,0

44,2±3,6

Цистафос

—

37,4±2,4

Мексамин

50 士 3,0

25,6 士 2,4

Физиологический раствор (контроль)

89±1,0

49,4±2,7

Из табл. 17 видно, что величина защитного эффекта мексамина в костном мозге и печени примерно одинакова. Однако равнозначна ли для развития отдаленной лучевой патологии одинаковая степень защиты активно и слабо пролиферирующих тканей? Очевидно, нет. В активно пролиферирующих органах клетки, несущие летальные хромосомные перестройки, погибают при первых митозах и элиминируются из популяции. Можно допустить, что лишь какая-то доля камбиальных клеток содержит рецессивные повреждения и является поставщиком неполноценных потомков. Кроме того, большая часть клеток многих радиочувствительных органов погибает в интерфазе и также заменяется новыми, неповрежденными клетками. В неделящихся и дифференцированных тканях такой формы гибели не наблюдается.

Следовательно, 6 большинстве дифференцированных соматических тканей, даже 8 случае частичной защиты, сохраняется несравненно большее количество клеток с патологическим хромосомным комплексом.

Вероятно, не случайно защита от отдаленных последствий наиболее четко показана в отношении некоторых лейкозов, лимфом, эпиляции и поседения волос, т. е. также для активно пролиферирующих тканей. Менее четко выраженная защита от возникновения других опухолей и преждевременного старения может быть связана с незащищаемой и необратимой компонентой поражения в большинстве соматических тканей организма.

Обсуждая сохранение множественных соматических мутаций, следует иметь в виду еще ряд серьезных нарушений в облученном организме, от которых протекторы также не защищают или защищают слабо. Часть из них тоже является следствием рецессивных мутационных событий, другие могут иметь и эпи геномную природу (см. гл. 15). К последним нарушениям относятся отдаленные иммунологические последствия облучения (снижение естественного иммунитета и иммуногенеза), нормализация которых происходит лишь через большие проме-

жутки времени, что также может сказаться на состоянии организма в целом, в том числе и на продолжительности жизни. На основании данных о том, что при введении костного мозга, облученного in vitro в присутствии АЭТ, выживало 90—100 % облученных реципиентов без увеличения числа вторичных заболеваний (иммунологической природы), высказано предположение о преимущественной защите гемопоэтических клеток по сравнению с иммунокомпетентными. В последующем эта точка зрения нашла подтверждение в оригинальных экспериментах с успешной трансплантацией гомологичных клеток печени животных, предварительно защищенных АЭТ (Т. Кудкович, 1962). Этим данным, однако, можно дать и другую интерпретацию: возможно, поражение рассматриваемых систем наступает уже при небольших дозах, в связи с чем защита их в диапазоне среднелетальных доз не может быть обнаружена.

Кроме того, в состав необратимой компоненты лучевого поражения, определяющей, по существу, развитие отдаленных последствий, входят и другие функциональные нарушения, степень защиты от которых также трудно поддается количественной оценке.

Не исключено, например, что снижение функциональной активности кроветворения при больших суммарных дозах или в отдаленные сроки после облучения частично обусловлено аномалиями генома в клетках регулирующих систем (нервной и эндокринной), как известно, практически не делящихся и сохраняющих хромосомные повреждения. Тогда у защищенных животных такие расстройства кроветворения должны быть достаточно сильно выражены, так как даже в случае частичного ослабления хромосомных нарушений огромное число клеток регулирующих систем все же будет содержать функционально неполноценный геном.

Рассматривая связь противолучевой защиты с процессами пострадиационного восстановления, следует напомнить, что наряду с двумя его типами, характерными для непосредственных эффектов облучения (репарация на клеточном уровне и репопуляция; см. гл. 12), существует третий, обобщающий тип — пострадиационное восстановление s отдаленные сроки. Естественно, что последний усложняется в биологических объектах по мере перехода от менее организованных к более развитым в эволюционном отношении. Отсюда можно ожидать более выраженное ослабление отдаленных эффектов при использовании многокомпонентных рецептур в расчете на дифференцированную защиту отдельными ингредиентами большого числа органов и систем.

Д. Мэзен показал, что применение пятикомпонентной рецептуры (АЭТ, глутатион, цистеин, серотонин и МЭА) дает выраженный эффект в отношении сокращения продолжительности жизни при дозах до 10 Гр, близкий по величине защитному действию при 30-суточном наблюдении (рис. 139). При последующем увеличении дозы до 13,5 Гр

3050 100 奴7 200 250 Ж 350 初〃 450 500 550 6仞 Ь50 700 乃Z7 800 850 900 Время после облучения , egm

Рис. 139. Продолжительность жизни мышей, защищенных пятикомпонентной рецептурой протекторов (микстурой) перед облучением в дозах 6,5——7, 10, 13 н 20 Гр (по Д. Мэзену, 1968)

и выше причиной гибели мышей были радиационные пневмониты, на которые микстура не оказывала заметного защитного влияния.

Многокомпонентная защита способствовала также ослаблению лейкемоген- ного эффекта облучения. Средняя продолжительность жизни защищенных смесью протекторов мышей после облучения в дозе 13,5 Гр была примерно такой же, как при дозе 6,5——7 Гр в контроле, а лейкемогенный эффект значительно уменьшался: с 34 до 12,4% (табл. 18). В то же время применение одного АЭТ при меньшей дозе (10 Гр) оказалось неэффективным или даже способствовало повышению частоты лейкемий. Из данных табл. 18 следуе! r;iкже, что частота лейкемий у животных, защищенных пяти компонентной рецептурой при облучении в дозах 6,5—7 Гр, не отличается от незащищенного контроля, что связано с резким увеличением средней продолжительности жизни в опыте по сравнению с контролем. Обнаружена также слабая защита той же смесью от эпителиом и сарком.

В 1980 г. А. А. Вайнсоном и С. Н. Александровым было проведено несколько серий опытов, результаты которых должны были позволить оценить влияние общей гипоксии на развитие отдаленных последствий. Половозрелых мышей подвергали тотальному 丫-облученню или облучению передней половины тела в дозах 2,5; 4,0; 5,5 и 7,5 Гр на воздухе или в условиях дыхания смесями, содержащими 6——8 % кислорода. Усредненные данные повторных экспериментов на 780 мышах-гибридах (СВА X C57Bl}Fr показали, что перевод животных во время облучения на дыхание гипоксическими смесями существенно ослаблял отдаленные последствия облучения. Радиационное сокращение сред-

Доза излучения ГрДоза излучения ГрРис. 141. Развитие кардио- и нефро- склероза при общем облучении на воздухе (/) и в условиях гипоксии (6—6,5% СМ (2): представлены данные двух опытовРис. 141. Развитие кардио- и нефро- склероза при общем облучении на воздухе (/) и в условиях гипоксии (6—6,5% СМ (2): представлены данные двух опытов8 6 4 28 6 4 2•匸*-qTEOGn% xnmqneu н-ои•匸*-qTEOGn% xnmqneu н-ои

Доза излучения Гр

Доза излучения Гр

Рис. 141. Развитие кардио- и нефро- склероза при общем облучении на воздухе (/) и в условиях гипоксии (6—6,5% СМ (2): представлены данные двух опытов

Рис. 141. Развитие кардио- и нефро- склероза при общем облучении на воздухе (/) и в условиях гипоксии (6—6,5% СМ (2): представлены данные двух опытов

8 6 4 2

8 6 4 2

•匸*-qTEOGn% xnmqneu н-ои

•匸*-qTEOGn% xnmqneu н-ои

Таблица 18. Влияние пятикомпонентной смеси протекторов на развитие лейкемий у облученных мышей

Вариант опыта

Количество мышей

Из них с лейкемией, %

Средняя продолжительность жизни, сут

Контроль

30

27,0

763

Облучение, 6,5—7 Гр

82

34,0

291

Смесь + облучение,

46

32,5

568

6,5—7 Гр

Смесь + облучение,

107

12,4

324

]3,5 рр

АЭТ 4-облучение, 10 Гр

50

46,6

314

ней продолжительности жизни уменьшалось с ФИД = 2,2 (рис. 140), ослаблялась степень поседения (ФИД = 1,5), снижались частота и тяжесть нефро- и кардиосклероза (ФИД = 1,5; рис. 141), а также вероятность возникновения отеков плевры и перикарда, обусловленных сердечно-легочной недостаточностью (ФИД — 1,4).

Защитное действие гипоксии при облучении передней половины тела проявлялось и по такому интегральному показателю, как масса тела (рис. 142) (ФИД q 1,4).

• Заключая рассмотрение вопроса о возможностях защиты от отдаленных последствий облучения, нельзя не отметить существование трудностей ее количественной оценки в связи с неизбеж-

Рис. 140. Сокращение средней продолжительности жизни мышей после общего облучения на воздухе (/) и в условиях гипоксии (6—6,5% О2) (2):

представлены данные двух опытов

Время 〃口с#е о5лу^ения} месВремя 〃口с#е о5лу^ения} месРис. 142. Изменение массы мышей после облучения передней половины тела: / — контроль. 2—13,5 Гр в условиях гипоксии, 3—18,5 Гр в условиях гипоксии, 4 — 13,5 Гр на воздухеРис. 142. Изменение массы мышей после облучения передней половины тела: / — контроль. 2—13,5 Гр в условиях гипоксии, 3—18,5 Гр в условиях гипоксии, 4 — 13,5 Гр на воздухепериментах, из-за большой доли спонтанных опухолей у интактных животных.Тем не менее отчетливо выявленная высокая радиозащитная эффективность гипоксических смесей в отношении отдаленныхпериментах, из-за большой доли спонтанных опухолей у интактных животных.Тем не менее отчетливо выявленная высокая радиозащитная эффективность гипоксических смесей в отношении отдаленных

Время 〃口с#е о5лу^ения} мес

Время 〃口с#е о5лу^ения} мес

Рис. 142. Изменение массы мышей после облучения передней половины тела: / — контроль. 2—13,5 Гр в условиях гипоксии, 3—18,5 Гр в условиях гипоксии, 4 — 13,5 Гр на воздухе

Рис. 142. Изменение массы мышей после облучения передней половины тела: / — контроль. 2—13,5 Гр в условиях гипоксии, 3—18,5 Гр в условиях гипоксии, 4 — 13,5 Гр на воздухе

периментах, из-за большой доли спонтанных опухолей у интактных животных.

Тем не менее отчетливо выявленная высокая радиозащитная эффективность гипоксических смесей в отношении отдаленных

периментах, из-за большой доли спонтанных опухолей у интактных животных.

Тем не менее отчетливо выявленная высокая радиозащитная эффективность гипоксических смесей в отношении отдаленных

ным влиянием многочисленных внешних факторов. Это влияние не всегда можно учесть при длительном эксперименте, особенно при изучении бластомогенного эффекта, во-первых, из-за сложной дозовой зависимости «выхода» опухолей (см. гл. 14), а во-вторых, как это оказалось в описываемых экс-

последствий облучения весьма важна для их использования при лучевой терапии злокачественных опухолей (см. гл. 20).

ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОТИВОЛУЧЕВОЙЗАЩИТЫ

При использовании фармако-химических средств для противолучевой защиты человека следует иметь в виду, что они эффективны только при предварительном применении перед облучением. Это обстоятельство ограничивает их практическое применение. Поэтому в чрезвычайных обстоятельствах использование протекторов возможно только при двух ситуациях —— в случае упреждающего сигнала и при преодолении зараженных радиоактивными веществами полос и рубежей, если оно не занимает длительного времени, так как эффективность защитного эффекта с течением времени сильно падает.

В мирное время область применения средств фармако-химической защиты расширяется. Прежде всего они могут широко использоваться для изучения возможности избирательной защиты нормальных критических тканей при лучевой терапии опухолей (см. гл. 20). Кроме того, возникла необходимость защиты человека от радиационной опасности в космосе, определяемая непрогнозируемыми солнечными вспышками. Вследствие большого количества энергии, освобождающейся при каждой из них, на космическом корабле, несмотря на физическую защиту, создаваемую его стенками (и усиленную в защитном отсеке), дозы радиации могут достигать величин, опасных для здоровья космонавтов.

Рис. 143. Защитный эффект комплекса протекторов (мексамина и цистафоса), введенного в процессе облучения:Рис. 143. Защитный эффект комплекса протекторов (мексамина и цистафоса), введенного в процессе облучения:стрелкой указана ожидаемая эффективная доза (при суммировании первоначальной и повторной) с учетом ФИД« 1,9; точки и доверительные интервалы при р<0,05 — фактическая эффективная доза; / — ФИД, 2 — повторная доза, 3 — первоначальная дозастрелкой указана ожидаемая эффективная доза (при суммировании первоначальной и повторной) с учетом ФИД« 1,9; точки и доверительные интервалы при р<0,05 — фактическая эффективная доза; / — ФИД, 2 — повторная доза, 3 — первоначальная доза

Рис. 143. Защитный эффект комплекса протекторов (мексамина и цистафоса), введенного в процессе облучения:

Рис. 143. Защитный эффект комплекса протекторов (мексамина и цистафоса), введенного в процессе облучения:

стрелкой указана ожидаемая эффективная доза (при суммировании первоначальной и повторной) с учетом ФИД« 1,9; точки и доверительные интервалы при р<0,05 — фактическая эффективная доза; / — ФИД, 2 — повторная доза, 3 — первоначальная доза

стрелкой указана ожидаемая эффективная доза (при суммировании первоначальной и повторной) с учетом ФИД« 1,9; точки и доверительные интервалы при р<0,05 — фактическая эффективная доза; / — ФИД, 2 — повторная доза, 3 — первоначальная доза

В этом случае, как было показано в модельных экспериментах (С. П. Ярмоненко, 1967), использование протекторов может оказаться полезным даже при начавшейся вспышке, что позволит отсечь часть эффективной поглощенной дозы.

Результаты соответствующих модельных опытов представлены на рис. 143. При дозах 1,5; 3,0 или 4,5 Гр облучение прерывали, мышам вводили смесь протекторов (мексамин и цистафос) и через J5 мин продолжали облучение так, что с учетом ФИД, равного 1,9, ожидаемая суммарная доза во всех трех случаям должна была составить 6 「р (~ ЛД50^30). Предполагаемый защитный эффект и наблюдавшийся в опытах мало различались между собой (рис. 143). Во всех трех вариантах опытов к 30-м сут выживало около половины защищенных животных.

Таким образом, в эксперименте подтвердилась теоретически предсказанная величина ФИД для комплекса протекторов, поскольку суммарные эффективные дозы (с учетом защиты) оказались близкими к ожидаемым.

Это означает, что на эффективность протекторов, введенных в организм в процессе облучения, доза, уже полученная к моменту введения протектора, не оказывает влияния, благодаря чему степень ослабления последующей дозы оказывается соответствующей величине ФИД, которая характерна для определенного протектора или их смесей в условиях применения перед однократным облучением.

• Несмотря на значительные успехи, достигнутые в области экспериментальной профилактики лучевых поражений, реальная возможность использования химических средств для защиты человека окончательно не решена. В качестве основной причины, препятствующей практическому применению протекторов, обыч-

но указывают их высокую токсичность, определяющую малую терапевтическую широту (диапазон между токсичными и эффективными дозами) препаратов. Кроме того, в связи с тем, что реальная оценка эффективности протекторов для человека может производиться только в условиях лучевой терапии опухолей, возникает еще одно препятствие —-необходимость преимущественной защиты нормальных тканей без ослабления противоопухолевого эффекта радиации.

Анализ современного состояния этого вопроса не дает оснований для пессимизма. Прежде всего нельзя механически переносить на человека дозы фармакологически активных

соединений, определенные для животных, в расчете на килограмм массы, ибо из общей фармакологии известно, что для достижения равнозначного эффекта человеку часто требуется значительно меньшее количество препарата, чем животным. В. Г. Владимиров и Т. Г. Джаракян в монографии, посвященной этому вопросу (1983), обосновали проведение соответствующих расчетов следующим образом. Размеры клеток одних и тех же тканей у млекопитающих разных видов примерно одинаковы, а количество микросом и митохондрий и, следовательно, содержание в них ферментов и других активных биосубстратов у мелких лабораторных животных значительно выше. Например, концентрация цитохрома с у мыши 1105 мгк/г сухой массы ткани, а у человека 45. Отсюда фармакологическая активность веществ, связанная с воздействием на митохондрии, даже при равенстве внутриклеточной концентрации препарата будет различной. Равноэффективные дозы, например, мефеназина для мышей и человека различаются в 10 раз при расчете на единицу массы и только в 2 раза при расчете на единицу поверхности тела.

Как показали исследования последнего времени, оказалась возможной и избирательная защита нормальных тканей по сравнению с опухолями благодаря особенностям их гемодинамики, биохимизма, а также влияния регулирующих систем (см. гл. 20).

Что понимается под фармакологической противолучевой защитой?

В чем суть и различия теоретических представлений о механизме противолучевой защиты?

Изложите смысл общего механизма модификации репродуктивной гибели клеток.

Какие основные классы химических радиопротекторов вы знаете?

Какая связь между защитным эффектом и дозой протектора в зависимости от механизма его действия и используемого локазатедМ (на примере аминотиолов и индолилалкиламинов)?'

Приведите доказательства взаимосвязи между повышением радиоре* зистентности организма и защитой системы кроветворення.

Каковы особенности защиты от отдаленных последствий облучения? В чем трудности ее оценки?

Ограничьте область практического применения противолучевой защиты. Каковы его ограничения?

2020Радиобиологические принципы лечения злокачественных новообразований. Пути и средства избирательного усиления лучевого поражения опухолей и селективной защиты нормальных тканей. Протекторы и сенсибилизаторы. Направленное изменение тканевого напряжения кислорода. Использование особенностей метаболизма опухолей. Тяжелые ядерные частицы в онкологической радиологии.Радиобиологические принципы лечения злокачественных новообразований. Пути и средства избирательного усиления лучевого поражения опухолей и селективной защиты нормальных тканей. Протекторы и сенсибилизаторы. Направленное изменение тканевого напряжения кислорода. Использование особенностей метаболизма опухолей. Тяжелые ядерные частицы в онкологической радиологии.

20

20

Радиобиологические принципы лечения злокачественных новообразований. Пути и средства избирательного усиления лучевого поражения опухолей и селективной защиты нормальных тканей. Протекторы и сенсибилизаторы. Направленное изменение тканевого напряжения кислорода. Использование особенностей метаболизма опухолей. Тяжелые ядерные частицы в онкологической радиологии.

Радиобиологические принципы лечения злокачественных новообразований. Пути и средства избирательного усиления лучевого поражения опухолей и селективной защиты нормальных тканей. Протекторы и сенсибилизаторы. Направленное изменение тканевого напряжения кислорода. Использование особенностей метаболизма опухолей. Тяжелые ядерные частицы в онкологической радиологии.

He 8 поисках за ближними приложениями возводится здание науки, а приложения только являются крупицами, падающими с ее стола.

К. 4 Тимирязев

РАДИОБИОЛОГИЧЕСКИЕОСНОВЫЛЕЧЕБНОГО ПРИМЕНЕНИЯИОНИЗИРУЮЩИХИЗЛУЧЕНИЙ

Лучевая терапия злокачественных опухолей возникла вслед за открытием рентгеновских лучей и была только эмпирической. К сожалению, эмпирической она в основном и остается, несмотря на прогресс радиобиологии.

Трудности строгого обоснования лучевой терапии на основе данных радиобиологии объясняются все еще недоста

точным знанием принципиальных соотношений радиочувствительности ткани с ее морфофункциональными особенностями и отсутствием надежных методов количественной оценки цитокинетических параметров различных опухолей и тка・ ней, а тем более их динамики в процессе лечения. Тем не менее даже скромные успехи в лучевой терапии, полученные чисто эмпирически, могут быть объяснены лишь с радиобиологических позиций; с этих позиций следует анализировать и неудачи, постигающие лучевого терапевта в повседневной практике.

Задача данной главы, адресованной преимущественно молодым специалистам, решившим посвятить себя пробле-

ме лечебного применения ионизирующих излучений,——изложить некоторые принципы использования общерадиобиологических данных применительно к онкологической клинике.

СТЕРИЛИЗАЦИЯ ОПУХОЛИ ИЛИ ПОДАВЛЕНИЕОПУХОЛЕВОГО РОСТА

В общем виде непосредственная задача лучевой терапии опухолей сводится к максимально быстрому подавлению роста опухоли. С позиций радиобиологии она может быть оптимально решена путем стерилизации раковой ткани, производимой без угрожающих жизни пациента повреждений окружающих нормальных тканей.

Лучевая терапия балансирует между двумя наиболее опасными последствиями: возможностью рецидива опухоли при недостаточной дозе излучения и тяжелым повреждением нормальных тканей при превышении этой дозы. Под стерилизацией опухоли понимают подавление способности составляющих ее клеток к неограниченному размножению.

Естественно, что величина стерилизующей дозы определяется размером опухоли и радиочувствительностью ее клеток, легко и точно определяемой in vitro. Соответствующие расчеты 6ы”"и проведены известным французским радиологом М. Тюбиана для опухоли диаметром 2 см, состоящей из 10е жизнеспособных злокачественных клеток, в предположении, что рост ее будет подавлен, если доля выживших клеток составит не более 10-11. В качестве примера был взят рак нижней губы, радиобиологические параметры клеток которого составили: О» 二 2,7 Гр,九 = 2. Была построена ожидаемая кривая доза —— эффект, которую сравнивали с частотой излечения, имеющей место в реальной действительности.

На рис. 144 приведены данные такого сравнения; несмотря на близкое совпадение теоретических расчетов и клинических наблюдений, анализ показал, что клеточными эффектами можно лишь отчасти объяснить кривую доза — эффект в зависимости от размера опухолей, вследствие чего показатели, основанные на таких расчетах, и клинические данные часто не совпадают.

В частности, в области больших доз излучения частота излечения оказывается меньше предсказанной (кривая / расположена ниже кривой 2, рис. 144), что свидетельствует о существовании фракции клеток, отличающихся высокой радиорезистентностью. В первую очередь, ато гипоксические клетки, количество которых растет с увеличением размера опухолей. Так как расхождение этих кривых происходит при больших дозах, легко представить, что в данном случае имеют место 12 Зак 1490

более крупные опухоли. Суть следующего отсюда вывода ——необходимость учета влияния на эффект излечения кроме клеточных факторов морфофункциональных особенностей опухоли, в частности ее кровоснабжения. Второй вывод основан на расхождении кривых дозах —— эффект в обратном направлении, имеющем место в диапазоне малых доз, где излечений гораздо больше ожидавшихся, что свидетельствует о существовании других, кроме непосредственно клеточного, механизмов, способствующих стерилизации опухоли. Все это дает основание для весьма важного в практическом отношении предположения об отсутствии необходимости уничтожения всех опухолевых клеток, что часто и невозможно из-за одновременного необратимого повреждения нормальных тканей.

Опосредованные факторы, способствующие противоопухолевому радиационному эффекту, делят на общие и местные, или локальные. Первые составляют иммунные механизмы, объединяемые в последние годы термином естественная резистентность организма. Вторые —— определяются морфофункциональными изменениями опухолевого ложа, или стромой опухоли. К их числу относятся: снижение доставки питательных веществ из-за нарушения васкуляризации и наличия отека; лейкоцитарная инфильтрация и фагоцитоз дегенерирующих опухолевых клеток; прорастание соединительной ткани, разделяющей опухоль на лишенные питания островки, и другие факторы, приводящие к дезорганизации тканевой структуры опухолевой паренхимы.

Последовательность и выраженность опосредованных явлений варьируют в различных опухолях, а также определяются величиной дозы и ее фракционированием. Однако именно совокупность последних факторов определяет усиление эффекта при малых дозах излучения по сравнению с ожидаемым, учитывающим лишь клеточный компонент летального действия ионизирующих излучений.

Отличие эффекта от рассчитанного при больших дозах, свидетельствующее о существовании фракции радиорезистентных клеток, определяется наличием гипоксических зон, образующихся в результате недостаточного кровоснабжения опухоли. Как правило, это происходит с увеличением размеров опухоли, а в некоторых типах опухолей фракция гипоксических клеток образуется и на ранних этапах опухолевого роста. Именно опухолевая гипоксия прежде всего определяет различия в радиочувствительности одних и тех же клеток в зависимости от условий облучения: in vitro или in vivo. Доказательства этому были получены в пос- следнее время благодаря методике реадаптации изолированных клеток культуры к росту in vivo.

Путем многократной последовательной перевивки клеток из культуры в организм животного и обратно, а также клонирования А. А. Вайнсону (1973 —— 1981) удалось получить линию опухолевых клеток ELD, способных образовы-

вать колонии tn vitro после посева на питательную среду одиночных клеток, выделенных из солидной или асцитной опухоли животного. Предложенный метод позволил оценивать радиочувствительность одних и тех же клеток при их облучении i" vitro и tn vivo на основе количественного критерия —— сохранения способности клеток к размножению (образованию колоний; см. гл. 6)1.

Результаты сравнительных опытов показали, что хорошо оксигенированные клетки обладают наибольшей радиочувствительностью, примерно одинаковой для культуральной взвеси и для изъятой из брюшной полости и оксигенированной на воздухе асцитной жидкости (рис. 145). При замене воздуха на аргон радиорезистентность взвеси культуральных клеток возрастает до величины, характерной для клеток, облученных in vivo в составе солидной опухоли или 10-дневного асцита (рис. 145). Анализ дозовых кривых показал, что гипоксия меняет их характер, уменьшаются наклон (D()возрастает с 1,15 до 4 Гр) и экстраполяционное число (с 7 до 1,4). Характер изменения кривых при дозах до 2 Гр свидетельствует, что гипоксия здесь меньше сказывается на количестве погибающих клеток, а с возрастанием дозы число

^ ^ ^ ^ ^Z、身号undaE^ ^ ^ ^ ^Z、身号undaEДоза излучения, ГрДоза излучения, ГрXxoulaqx Sm9n*_qa *707Xxoulaqx Sm9n*_qa *707W 5020川52W 5020川5242 «/42 «/

^ ^ ^ ^ ^Z、身号undaE

^ ^ ^ ^ ^Z、身号undaE

Доза излучения, Гр

Доза излучения, Гр

Xxoulaqx Sm9n*_qa *707

Xxoulaqx Sm9n*_qa *707

W 50

20川5

2

W 50

20川5

2

42 «/

42 «/

Рис. 144. Соотношение между дозой излучения и частотой излечения от рака губы (по М. Тюбиана, 1969): 『一клинические данные при лечении радием в течение 8 дней, 2 — теоретическа я кривая, рассчитанная на основании радиобиологических параметров клеток;объяснение см. в текстеРис. 144. Соотношение между дозой излучения и частотой излечения от рака губы (по М. Тюбиана, 1969): 『一клинические данные при лечении радием в течение 8 дней, 2 — теоретическа я кривая, рассчитанная на основании радиобиологических параметров клеток;объяснение см. в текстеРис. 145. Выживаемость опухолевых клеток линии ELD при「облуиенннв разных условиях:а —- облучение in vitro на воздухе (/ клетки в культуре, 3 — клетки асцитной опухоли; Dq=1」$ Гр,门=7)： 6 — облучение in vitro в аргоне <5 — клетки культуры) и in vivo в составе солидной опухоли (4> или в виде 10-дневного асцита (.5);/>^=4 Гр, п= 1,4； объяснение см. в текстеРис. 145. Выживаемость опухолевых клеток линии ELD при「облуиенннв разных условиях:а —- облучение in vitro на воздухе (/ клетки в культуре, 3 — клетки асцитной опухоли; Dq=1」$ Гр,门=7)： 6 — облучение in vitro в аргоне <5 — клетки культуры) и in vivo в составе солидной опухоли (4> или в виде 10-дневного асцита (.5);/>^=4 Гр, п= 1,4； объяснение см. в тексте

Рис. 144. Соотношение между дозой излучения и частотой излечения от рака губы (по М. Тюбиана, 1969): 『一клинические данные при лечении радием в течение 8 дней, 2 — теоретическа я кривая, рассчитанная на основании радиобиологических параметров клеток;

объяснение см. в тексте

Рис. 144. Соотношение между дозой излучения и частотой излечения от рака губы (по М. Тюбиана, 1969): 『一клинические данные при лечении радием в течение 8 дней, 2 — теоретическа я кривая, рассчитанная на основании радиобиологических параметров клеток;

объяснение см. в тексте

Рис. 145. Выживаемость опухолевых клеток линии ELD при「облуиеннн

в разных условиях:

а —- облучение in vitro на воздухе (/ клетки в культуре, 3 — клетки асцитной опухоли; Dq=1」$ Гр,门=7)： 6 — облучение in vitro в аргоне <5 — клетки культуры) и in vivo в составе солидной опухоли (4> или в виде 10-дневного асцита (.5);/>^

=4 Гр, п= 1,4； объяснение см. в тексте

Рис. 145. Выживаемость опухолевых клеток линии ELD при「облуиеннн

в разных условиях:

а —- облучение in vitro на воздухе (/ клетки в культуре, 3 — клетки асцитной опухоли; Dq=1」$ Гр,门=7)： 6 — облучение in vitro в аргоне <5 — клетки культуры) и in vivo в составе солидной опухоли (4> или в виде 10-дневного асцита (.5);/>^

=4 Гр, п= 1,4； объяснение см. в тексте

В последние годы разработаны новые методы клонирования клеток при посеве их в культуру непосредственно из оп у холей человека.

12*

их непропорционально уменьшается. Так, при облучении в дозе 8 Гр в опухоли осталось в 50 раз больше клеток, чем было бы в условиях хорошей оксигенации.

• Преодоление радиорезистентности гипоксических клеток опухоли — одна из основных задач лучевой терапии» пути и способы решения которой будут рассмотрены.

ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯНА ОПУХОЛИ И НОРМАЛЬНЫЕ ТКАНИ

Еще по сей день бытует послужившая основанием началу лучевой терапии наивная точка зрения о том, что опухоли более радиочувствительны, чем здоровые ткани. В действительности, никакой особой радиочувствительностью опухолевые клетки не обладают; как и для нормальных клеток, она варьирует в довольно широких пределах н, как правило, оказывается одинаковой, иногда большей, а в составе опухолей часто и меньшей (из-за наличия гипоксических зон), чем у клеток здоровых тканей.

К настоящему времени количественно оценена радиочувствительность нескольких десятков типов нормальных тканей и опухолей животных и человека (в опытах in vitro и in vivo). Показано, что D() клеток исследованных здоровых тканей, а также клеток хорошо оксигенированных опухолей находится в диапазоне 1—2,5 Гр. Таким образом, в среднем радиочувствительность опухолевых и нормальных клеток одинакова. Р^сключение составляют опухоли лимфоидного пропс- хождения, характеризующиеся D。около 0,5 Гр, т. е. опять же близкой к О0 нормальных лимфоцитов, высокая радиочувствительность которых известна (см. гл. 6).

Благодаря уже упомянутым новым методам клонирования клеток опухоли человека удалось показать, что радиочувствительность клеток разных опухолей варьирует более чем вдвое: Ъо составляет от 1,07 до 2,35 Гр (Р. Вексельбаум, 1986). Еще в большей степени выражены различия в способности клеток к восстановлению: величины D^ и и отличаются вдзое, втрое и больше.

При этом обнаружено существенное варьирование радиочувствительности индивидуальных опухолей одного и того же вида. Так, согласно данным Л Петерса с соавторами (1986), выживаемость клеток двух меланом человека после облучения в дозе 4 Гр составила в одном случае 70 %, а в другом 15 %.

Таким образом, данные последних лет свидетельствуют о довольно часто наблюдаемой более высокой радиорезистентности опухолевых клеток по сравнению с их нормальными гомологами и соединительнотканными элементами. Происходящее излечение опухоли без сильно выраженного поражения нормальных тканей в существенной степе-

ни связано с факторами, часть которых остается неизученной. При облучении небольших объемов здоровых тканей пораженные клетки могут замещаться жизнеспособными клеточными элементами, мигрирующими из ближайших необлученных участков. Кроме того, жизнедеятельность, в том числе пролиферативная активность здоровых тканей, находится под влиянием нейрогуморальной гомеостатической регуляции, в то время как злокачественные ткани подвержены этим влияниям в значительно меньшей степени. Тем не менее отсутствуют четкие представления о том, каким образом происходит замещение дефекта соединительной тканью, несмотря на продолжающееся облучение.」

Однако даже в самой лучшей ситуации диапазон безопасности облучения окружающих здоровых тканей весьма мал. Поэтому актуальной задачей клинической радиобиологии является поиск условий, пр〃 которых поражение здоровых тканей будет минимальным, q опухоли —— максимальным, а также выбор средств а способов увеличения этой разницы.

• Существует три независимых направления оптимизации лучевых методов лечения злокачественных опухолей на радиобиологической основе.

Использование новой техники и новых видов ионизирующих излучений, рассчитанных на особенности их биологического действия и п ре и м уществен н ую локализацию энергии в опухолевом очаге (в частности, это касается заряженных ядерных частиц).

Разработка режимов облучения, учитывающих различия в цитокинетических параметрах злокачественных и нормальных тканей, а также в механизмах развития непосредственных и отдаленных эффектов облучения.

Разработка способов искусственного управления радиочувствительностью здоровых и опухолевых тканей с помощью различных модифицирующих агентов избирательного действия.

ТЯЖЕЛЫЕ ЯДЕРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

К тяжелым ядерным частицам, используемым для лечения опухолей, относятся протоны, тяжелые ионы, отрицательные л-мезоны и нейтроны. За исключением последних, перечисленные тяжелые ядер- ные частицы являются заряженными и их применение рассчитано на повышение эффективности лучевой терапии за счет улучшения пространственного распределения излучения и его концентрации в опухоли. О значении этого фактора наглядно свидетельствуют результаты лечения, улучшившиеся в период 50——60-х годов, когда килоэлект- ронвольтные излучения были заменены мегаэлектронвольтными, отличающимися лучшим объемным распределением дозы. Данные табл. 19 12в Зак. 1 490

иллюстрируют тот факт, что широкое применение этих излучений привело к 2——4-кратному возрастанию 5-летней выживаемости больных, прошедших курс лечения различных опухолей.

В настоящее время большое внимание уделяется использованию с той же целью новых видов излучений, в частности потоков тяжелых ядерных частиц, обладающих выгодными для лучевой терапии особенностями взаимодействия с облучаемым веществом.

Заряженные ядерные частицы, ускоренные до больших скоростей в современных ускорителях, равно как и получаемые при ядерных взаимодействиях л~-мезоны, после определенного (зависящего от их энергии) пробега в тканях тормозятся и теряют максимум своей энергии в конце пробега, образуя так называемый пик Брэгга.

На рис. 146 представлена кривая Брэгга, полученная для протонов с энергией 100 МэВ, генерируемых на синхрофазотроне Института экспериментальной и теоретической физики. Локализуя этот пик в зоне опухоли, можно резко снизить лучевую нагрузку на окружающие ткани по ходу пучка и почти полностью исключить облучение тканей, находящихся позади облучаемой мишени. Кроме того, при торможении тяжелых заряженных частиц возрастает их ЛПЭ, что приводит к дополнительному увеличению эффективности в зоне пика Брэгга вследствие возрастания ОБЭ (см. гл. 8), снижения кислородного эффекта (см. рис. 40). возникновения трудно репарируемых повреждений клеток (см. рис. 44) и нивелирования различий в радиочувствительности отдельных стадий клеточного цикла. Совокупность этих свойств позволяет рассчитывать на дополнительное повышение терапевтической эффективности тяжелых заряженных частиц.

Таблица 19. Сравнительные результаты лечениянекоторых видов опухолей килоэлектронвольтнымии мегаэлектронвольтными ионизирующимиизлучениями (по Д. Буну и др., 1971)

Выживаемость при5-летнем наблюдении, %

Вид опухолиВид опухоликилоэлект-ронвольтныеизлучениякилоэлект-ронвольтныеизлучениямегаэлект-ронвольтныеизлучениямегаэлект-ронвольтныеизлучения

Вид опухоли

Вид опухоли

килоэлект-ронвольтныеизлучения

килоэлект-ронвольтныеизлучения

мегаэлект-ронвольтныеизлучения

мегаэлект-ронвольтныеизлучения

35—45 5—1520—250,515—2065—7520—2535—45 5—1520—250,515—2065—7520—2555—65 55—6045—50 25-35 50—60 75-9055—7055—65 55—6045—50 25-35 50—60 75-9055—70

35—45 5—15

20—250,5

15—20

65—75

20—25

35—45 5—15

20—250,5

15—20

65—75

20—25

55—65 55—60

45—50 25-35 50—60 75-90

55—70

55—65 55—60

45—50 25-35 50—60 75-90

55—70

Рак тела матки

Рак предстательной железы

Рак носоглотки

Рак мочевого пузыря

Рак яичников

Семинома

Эмбриональный рак яичек

Рнс. 146. Увеличение поглощенной дозы в конце пробега протонов с энергией 100 МэВ (пик Брэгга) в оргстеклеРнс. 146. Увеличение поглощенной дозы в конце пробега протонов с энергией 100 МэВ (пик Брэгга) в оргстеклеТеми же свойствами обладают и нейтроны (см. рис. 39 и 48), однако они не имеют пика Брэгга и дозовое распределение их близко к фотонному излучению, что не позволяет сосредоточить энерговыделение в опухоли.

Рнс. 146. Увеличение поглощенной дозы в конце пробега протонов с энергией 100 МэВ (пик Брэгга) в оргстекле

Рнс. 146. Увеличение поглощенной дозы в конце пробега протонов с энергией 100 МэВ (пик Брэгга) в оргстекле

На рис. 147 приведены результаты оценки глубинного распределения дозы, создаваемого разными видами радиации при облучении опухоли диаметром 4 см, располагающейся на глубине 8——12 см. Все кривые проведены так, что относительная доза, равная еди-

ннцв, приходится на середину

опухоли, на глубине 10 см. При нейтронном и у-излучениях доза на входе пучка (в нормальных тканях) вдвое превышает дозы в центре опухоли. В нормальной ткани за опухолью она также в несколько

раз выше, чем при использовании тяжелых заряженных частиц ——

ускоренных протонов и отрицательных л-мезонов.

Отсюда понятно, что клиническое применение быстрых протонов и л~-мезонов основано на хорошем (для целей лучевой терапии) распределении доз излучения между опухолью и нормальными тканями; по ОБЭ быстрые протоны практически не отличаются, а л-мезоны лишь в малой степени превосходят у-излучение, ибо сравнимы с ним по ЛПЭ. Дистанционная терапия быстрыми нейтронами (получаемыми на ускорителях или генераторах), а также аппликационная дерапия (с помощью испускающего нейтроны 252Cf) основаны только на высокой ЛПЭ, ибо, как видно из рис. 147, распределение дозы, создаваемой нейтронами в нормальных тканях, такое же, как и у-излучения. Несмотря на это последнее неблагоприятное обстоятельство использование быстрых нейтронов по данным, полученным в США, Англии, Японии, ФРГ и ГДР, позволило улучшить непосредственные результаты лечения прежде всего радиорезистентных опухолей и снизить число рецидивов. Тем не менее это не сказалось на продолжительности жизни, что, по мнению авторов, связано с поздними стадиями заболевания у леченых больных. Нельзя не отметить и большее число осложнений, возникающих главным образом в отдаленные сроки. В СССР опыт дистанционной терапии быстрыми нейтронами невелик, а непосредственные результаты использования источников 252Cf вполне удовлетворительны.

Протонная лучевая терапия ряда опухолей проводится в настоящее время в трех странах ——СССР, США и Японии. Ее преимущества перед фотонной терапией очевидны. Они состоят в незначительном рас- 12в*

сеянии излучения, что дает возможность формировать поля с четкими контурами; благодаря одинаковой энергии частиц они обладают одинаковым пробегом, а применение дополнительных поглотителей позволяет остановить их на заданной глубине. Аналогичные свойства обнаруживают ускоренные ядра гелия (а-частица). Например, спад от 90 %-ной к 10 %-ной изодозе гелиевого пучка, используемого для облучения опухолей сетчатки глаза, происходит на расстоянии всего в 1,3 мм.

Эти преимущества особенно ярко проявляются при лечении четко ограниченных мишеней, располагающихся вблизи критических структур, например опухолей сетчатки и меланомы глаза, опухолей поджелудочной и предстательной желез, гипофиза (для подавления его функции при лечении диссеминированных опухолей молочной железы), парааортальных лимфоузлов. В этих случаях удавалось повысить эффективность терапии, увеличив дозу излучения, но не повреждая нормальные ткани. По данным лаборатории Лоуренса, излечить меланому сетчатки не удалось только у 8 из 190 больных, причем благодаря небольшому объему облучения доза 70——90 Гр была подведена в виде нескольких крупных фракций.

Использование л_-мезонов в клинике началось в США (Лос-Аламос) в 1978 г., а в последние годы ——в Канаде и Швейцарии. В СССР завершены радиобиологические исследования (оценка ОБЭ и КЭ) пучков л~-мезонов малой интенсивности, а после реконструкции ускори-

2,5 -

Рис. 147. Пространственное распределение поглощенной дозы излучений разных видов (по К. Тобайсу, 1971).Уплощение и расширение пика Брэгга достигается специальными фильтрами; объяснение см. в текстеРис. 147. Пространственное распределение поглощенной дозы излучений разных видов (по К. Тобайсу, 1971).Уплощение и расширение пика Брэгга достигается специальными фильтрами; объяснение см. в тексте0 5 0 5 4 4 лц EtuHEQ -342吿大*2注勺弋2点0 5 0 5 4 4 лц EtuHEQ -342吿大*2注勺弋2点

Рис. 147. Пространственное распределение поглощенной дозы излучений разных видов (по К. Тобайсу, 1971).

Уплощение и расширение пика Брэгга достигается специальными фильтрами; объяснение см. в тексте

Рис. 147. Пространственное распределение поглощенной дозы излучений разных видов (по К. Тобайсу, 1971).

Уплощение и расширение пика Брэгга достигается специальными фильтрами; объяснение см. в тексте

0 5 0 5 4 4 лц EtuHEQ -342吿大*2注勺弋2点

0 5 0 5 4 4 лц EtuHEQ -342吿大*2注勺弋2点

теля в Дубне планируется их клиническое применение. На л--мезонной фабрике Лос-Аламосской лаборатории с 1974 по 1982 г. проведено облучение более 200 больных, имевших опухоли головного мозга, головы и шеи, предстательной и поджелудочной желез. Наилучшие результаты получены при раке предстательной железы ——у 87 % пациентов рост опухоли в течение года отсутствовал.

Особый интерес представляет опыт Швейцарского института ядерных исследований. Здесь пучок л-мезонов с помощью системы сверхпроводящих магнитов концентрируют в опухоли с 60 направлений, обеспечивая распределение дозы в максимальном соответствии с зоной опухолевого роста. За период с 1982 по 1987 г. лечение прошли 135 больных с опухолями мочевого пузыря, матки, глиомами мозга, саркомами мягких тканей. Получены хорошие непосредственные результаты в виде длительных ремиссий.

В СССР, США и во Франции получены данные об основных радиобиологических параметрах действия тяжелых ионов ядер (N, С, В, Ne, Аг), свидетельствующие о перспективности использования этих ионов для лучевой терапии, так как они также позволяют концентрировать дозу в конце пробега и нивелируют кислородный эффект.

В лаборатории Лоуренса пролечено пучками ионов Ne более 300 больных с опухолями головы и шеи, местное излечение получено у 40 % больных. Лечение опухолей мозга оказалось неудовлетворительным.

Весьма интересные данные были получены М. Раджу (1980) при изучении смешанных пучков редко- и плотноионизирующих излучений. Так, при добавлении к рентгеновскому излучению 10 % а-час- тиц плутония КЭ снижался до 40 %. Эти данные создают дополнительные перспективы новым видам ионизирующего излучения.

• Однако при всех очевидных преимуществах использования пучков тяжелых ядерных частиц нельзя не учитывать, что их применение в широкой медицинской практике сдерживается большими техническими трудностями и требует значительных экономических затрат. Кроме того, эффективность их использования значительно осложняется трудностью определения точных границ опухолевого очага из-за характерного для опухоли прорастания в окружающие ткани, а это предопределяет необходимость увеличения объема облучения. Отсюда ясно, что дальнейший прогресс, основанный исключительно на физико-техническом усовершенствовании методов лучевой терапии, достигает предела.

РЕЖИМЫ ОБЛУЧЕНИЯ И ЦИТОКИНЕТИЧЕСКИЕПАРАМЕТРЫ

Основные клеточные параметры. В связи с невозможностью однократного подведения нужной для девитализации опухоли дозы (из-за неизбежности необратимого поражения нормальных тканей) лучевую

терапию проводят путем многократного (фракционированного) облучения в расчете на то, что в интервалах между отдельными сеансами облучения репопуляция в нормальных тканях выражена в большей степени, чем в опухолях, благодаря уже упоминавшимся организменным факторам, условно объединяемым в систему гомеостатического регулирования восстановления и регенерации.

Оптимальная ситуация схематически представлена на рис. 148, где верхняя кривая, имитирующая реакцию нормальных тканей, отражает участие механизма, который способствует репопуляции благодаря укорочению клеточного цикла. В этом случае несмотря на продолжающееся облучение число жизнеспособных клеток уменьшается менее интенсивно. Нижняя кривая отражает реакцию опухолевой популяции, на длительность цикла которой облучение не оказывает влияния, что приводит к неуклонному уменьшению числа жизнеспособных клеток. Представленная на рис. 148 схема демонстрирует идеальный случай. На практике дело обстоит значительно сложнее. Во-первых, объем и темп восстановления определяются несколькими факторами: величинами разовой и суммарной доз, ритмом и длительностью облучения, а также размером облучаемого поля.

Как показано на примере кожи, ее толерантность при одной и той же суммарной дозе тем выше, чем меньше размер поля и продолжительнее весь период облучения, чем больше число сеансов (рис. 149).

Кроме того, длительность клеточного цикла — лишь один из кинетических параметров, причем, как показано в последние годы, сам по себе не определяющий возможность достижения желаемого различия в убыли опухолевых и нормальных клеточных популяций, тем более, что для клеток многих тканей укорочения цикла вообще не происходит.

Время

Рис. 148. Эффект реакции клеточной популяции на облучение (объяснение см. в тексте)

Рис. 149. Максимально переносимые кожей дозы излучения в зависимости от размера облученного поля (цифры у кривых, смХсм) и режима фракционирования

Весьма важными являются два других параметра: так называемая фракция роста, или пролиферативный пул, т. е. доля клеток, постоянно находящихся в цикле (в отличие от пула покоящихся клеток), и фактор спонтанной гибели или утери клеток, величина которых в конкретных опухолях и определяет реакцию опухоли на облучение.

Фактор спонтанной утери клеток отражает судьбу одной из двух клеток, образующихся при делении (вторая при этом рассматривается как исходная «материнская» клетка). Величина фактора утери в разных опухолях сильно варьирует — от 0,3 до 0,99; в последнем случае это означает, что жизнеспособное «потомство» в опухоли дает не более 1 % клеток. Естественно, что от размера фактора утери зависит и общее количество клеток, убывающих после облучения в результате летального повреждения жизнеспособной части опухолевой популяции.

Столь же сильно варьирует и фракция роста, причем не только для разных видов опухолей, но и для одной и той же опухоли у разных индивидуумов. Например, по данным И. И. Пелевиной и соавторов (1983——1985) фракция роста, т. е. доля пролиферирующих клеток перевивной опухоли мышей NKLylLL, варьирует в диапазоне 25—80 %. Аналогичные индивидуальные различия этих цитокинетических параметров наблюдаются и в опухолях человека.

Не менее важны данные об изменении этих параметров под влиянием облучения. Одно из первых и весьма полных исследований, вскрывших механизмы, определяющие репопуляцию опухоли после облучения, было выполнено Г. Барендсеном (1969) при локальном облучении рабдомиосаркомы крыс. Оказалось, что сразу после однократного облучения в дозе 20 Гр погибает 99 % клоногенных клеток, являющихся источником репопуляции (рис. 150, 6), тем не менее объем опухоли в первые четверо суток не только не уменьшается, но даже несколько возрастает и лишь в период 6—14 дней становится на 30 % меньше исходного (кривая 2, ср. с кривой / ——рост опухоли в контроле, без облучения).

Такое несоответствие количества погибших клоногенных клеток со степенью уменьшения объема опухоли связано в первую очередь с продолжающимся делением клеток, хотя и летально пораженных, но временно сохраняющих способность к пролиферации; оии погибают в процессе последующих 2——5 актов деления (см. гл. 6). Наблюдающееся уже сразу после облучения некоторое замедление роста опухоли связано не столько с гибелью и распадом клеток, сколько с задержкой деления, которая в данном случае составляет около 30 ч (1,5 ч на 1 Гр). Отсутствие резкого уменьшения объема опухоли связано и с медленным удалением погибших клеток, продолжающимся иногда в течение нескольких суток. Определенную роль во временном сохранении объема, наконец, играет отек в зоне облучения.

После 4——6-х сут от момента облучения опухоль начинает уменьшаться, хотя к этому времени становится интенсивным размножение опухолевых клеток, что видно из сопоставления роста фракции клоногенных клеток (рис. 150, Б) и размеров опухоли (рис. 150, А). Именно на этот период приходится гибель и удаление пораженных клеток. Авторадиографические исследования показали, что к этому периоду фактор утраты клеток возрос с 0,62 в контрольной необлученной опухоли до 1,37, т. е. гибель клеток превышает их новообразование. К 8-м сут гибель клеток заканчивается, и далее рост опухоли определяется только скоростью размножения жизнеспособных клеток. Размеры опухоли полностью восстанавливаются к 12-м сут после облучения, за это время происходит 100-кратное увеличение числа клоногенных кле-

Рис. 150. Регрессия рабдомиосаркомы крыс (Л) и изменение фракции клоногенных опухолевых клеток (Б) после однократного облучения в дозе 20 Гр (по Г. Барендсену, 1969): стрелкой обозначен момент облучения; объяснение см. в текстеРис. 150. Регрессия рабдомиосаркомы крыс (Л) и изменение фракции клоногенных опухолевых клеток (Б) после однократного облучения в дозе 20 Гр (по Г. Барендсену, 1969): стрелкой обозначен момент облучения; объяснение см. в тексте唄Иgяg 02 ss rxxfng xs§ /唄Иgяg 02 ss rxxfng xs§ /SBS x_q書sHon-nsDd学SBS x_q書sHon-nsDd学

Рис. 150. Регрессия рабдомиосаркомы крыс (Л) и изменение фракции клоногенных опухолевых клеток (Б) после однократного облучения в дозе 20 Гр (по Г. Барендсену, 1969): стрелкой обозначен момент облучения; объяснение см. в тексте

Рис. 150. Регрессия рабдомиосаркомы крыс (Л) и изменение фракции клоногенных опухолевых клеток (Б) после однократного облучения в дозе 20 Гр (по Г. Барендсену, 1969): стрелкой обозначен момент облучения; объяснение см. в тексте

唄Иgяg 02 ss rxxfng xs§ /

唄Иgяg 02 ss rxxfng xs§ /

SBS x_q書sHon-nsDd学

SBS x_q書sHon-nsDd学

ток. Такая скорость размножения (пунктирная кривая 2') примерно соответствует скорости размножения клеток у опухолей значительно меньшего размера (кривая /, до облучения). Пролиферативный пул достигает в этот период 100 %. Ускорение роста в период «дорастания» после облучения наблюдается и на опухолях человека.

Ускорение роста опухолей после облучения определяется двумя моментами: увеличением количества размножающихся клеток (пролиферативный пул) до 100 %, а в ряде случаев ——уменьшением длительности клеточного цикла. По данным Г. Ван Пеперзеель (1970), изучавшей популяционную кинетику подкожных трансплантантов у мышей до и после облучения в дозах 2——3 Гр, через 2 сут после воздействия пролиферативный пул возрастал с 87 до 100 %, фактор утраты клеток уменьшался с 0,33 до 0,1, а клеточный цикл укорачивался с 14,5 до 11 ч. При облучении рабдомиосаркомы ускорение роста связано в первую очередь с уменьшением цикла с 18—25 ч в контроле до 11—12 ч на 4-е сут после воздействия. Сокращение длительности цикла наблюдается не во всех случаях, оно не обнаружено, в частности, у фибросаркомы NCTC.

При фракционированном облучении принципиально важно знать скорость репопуляции опухолей, так как в случае сильного дробления дозы незначительное увеличение интервала между фракциями может привести к возникновению динамического равновесия, при котором степень подавления роста опухоли на единицу дозы будет падать. Г. Барендсен и Д. Броэрс (1970) установили, что при ежедневном облучении крыс с рабдомиосаркомой в течение 1 мес с разовой дозой 4 Гр опухоль размером 1 см3 удавалось излечить, в то время как двухмесячный курс облучения по 2 Гр/сут не дал эффекта; динамическое равновесие между гибелью и размножением клеток наступало уже после 10 фракций.

В настоящее время данные о рассмотренных цитокинетических параметрах, включая клоногенную способность клеток, получены для многих опухолей человека, однако их практическое использование для прогнозирования эффективности лучевой терапии, как будет показано далее, сопряжено с большими трудностями.

Реоксигенация опухоли. Одним из важных процессов, протекающих в опухоли во время курса лучевой терапии и в значительной степени определяющих ее исход, является реоксигенация. Так как гипоксические клетки как более радиорезистентные погибают в меньшей степени, чем хорошо оксигенированные, доля первых в опухолевой популяции сразу после облучения становится большей. Последствия этого процесса могли бы оказать самое неблагоприятное влияние на исход лучевой терапии, если бы одновременно в опухоли не шел противоположный процесс —— реоксигенация, т. е. увеличение доступа кислорода к ранее гипоксическим клеткам, что вновь повышает их чувствительность к излучению.

Реоксигенация ——комплексный процесс, связанный с гибелью части опухолевой популяции и включающий такие факторы, как увеличение кровотока вследствие уменьшения давления ткани на вены и лимфатические протоки, повышение давления плазмы между капиллярами и возрастание плотности капиллярной сети. Кроме того, гибель оксигенированных клеток уменьшает потребление кислорода этой частью популяции, увеличивая поступление кислорода к гипоксическим клеткам, далеко отстоящим от сосудов.

Для изучения динамики реоксигенации используют прямое определение аноксической фракции по выживаемости клеток после облучения опухоли и косвенные методы ее оценки.

Анализ динамики реоксигенации, проведенный Р. Томлинсоном для трех видов опухолей, выявил у них существенные различия как во времени наступления реоксигенации, так и в ее объеме (рис. 151). Остеосаркома мышей в норме содержит 3—60 % гипоксических клеток. Облучение в дозе 10 Гр вызывает гибель оксигенированных клеток. Среди клеток, сохранивших жизнеспособность, гипоксические составляют более 90 %; их оксигенация (кривая /) идет очень медленно, даже спустя двое суток более 80 % таких клеток остается в состоянии гипоксии. Медленная реоксигенация этой опухоли может быть объяснена тем, что гибель клеток наступает только через несколько дней после облучения, а в течение этого времени подрастают новые клетки, и давление на сосуды опухоли не меняется. На примере остеосаркомы можно наглядно показать, как темп реоксигенации определяет действие фракционированного облучения. При ежедневном облучении (поЗ Гр) число гипоксических клеток непрерывно увеличивается, и после 4-й фракции дальнейшее облучение становится неэффективным: объем опухоли перестает уменьшаться.

Рис. 151. Динамика реоксигенации экспериментальных опухолей (по Р. Томплннсону, 1970): j_остеогенная саркома мы* шей, 2—фибросаркома крыс, 3 — карционома молочной железы мышей； фракция гипоксических клеток в каждой опухоли сразу после облучения принята за 100%Рис. 151. Динамика реоксигенации экспериментальных опухолей (по Р. Томплннсону, 1970): j_остеогенная саркома мы* шей, 2—фибросаркома крыс, 3 — карционома молочной железы мышей； фракция гипоксических клеток в каждой опухоли сразу после облучения принята за 100%К gE号 xnM3hn-XQUn2 наК gE号 xnM3hn-XQUn2 на

Рис. 151. Динамика реоксигенации экспериментальных опухолей (по Р. Томплннсону, 1970): j_остеогенная саркома мы* шей, 2—фибросаркома крыс, 3 — карционома молочной железы мышей； фракция гипоксических клеток в каждой опухоли сразу после облучения принята за 100%

Рис. 151. Динамика реоксигенации экспериментальных опухолей (по Р. Томплннсону, 1970): j_остеогенная саркома мы* шей, 2—фибросаркома крыс, 3 — карционома молочной железы мышей； фракция гипоксических клеток в каждой опухоли сразу после облучения принята за 100%

К gE号 xnM3hn-XQUn2 на

К gE号 xnM3hn-XQUn2 на

Иная картина наблюдается при облучении карциономы молочной железы мышей (кривая 3). В этом случае на 3-и сут после облучения в дозе 15 Гр наступает гиперреоксигенация, т. е. гипоксическая фракция становится меньше, чем в контроле.

После однократного облучения фибросаркомы мышей в дозе 15 Гр (кривая 2) число гипоксических клеток за 18 ч снижается до исходного уровня, но затем возрастает до максимума на 2-е сут и далее вновь падает до контрольных значений на 3——4-е сут. В специальных опытах установлено, что первый спад связан со снижением потребления кислорода быстро погибающими клетками, подъем вызван нарушением кровообращения, описанным и для других опухолей, облученных в больших дозах, а восстановление кровотока вновь уменьшает гипоксию опухоли.

Представленные кривые реоксигенации имеют довольно логичное объяснение, однако далеко не все экспериментальные данные укладываются в общую схему. Р. Каллман (1975) наблюдал моментальную оксигенацию гипоксических клеток сразу после облучения, механизм ее еще не получил объяснения.

Несмотря на сложность интерпретации, накопленный материал убедительно свидетельствует о главном —— реоксигенация способна значительно влиять на результат фракционированного облучения, а ее характер может быть различен у разных опухолей.

Если темп реоксигенации известен, то интервал между фракциями может быть подобран таким образом, чтобы каждая последующая доза приходилась на период повышенной радиочувствительности. Так, Ю.И. Рампаном в лаборатории автора было обнаружено усиление регрессии солидной опухоли Эрлиха линии ELD у мышей при увеличении интервала между разовыми фракциями облучения (доза —— 10 Гр) с 9 до 32 ч, когда в опухоли наблюдалось максимальное повышение кислородного напряжения.

Использование феномена реоксигенации в практической радиотерапии ставит перед исследователями ряд важных вопросов. Можно ли предсказать время и темп реоксигенации по какому-либо легко определяемому свойству опухоли, например гистологическому строению? Как зависит скорость реоксигенации от дозы излучения? Не происходит ли уменьшения реоксигенации к концу облучения из-за поражения кровеносных сосудов? На эти и другие вопросы еще предстоит получить ответ. В клинических исследованиях вряд ли можно контролировать величину гипоксической фракции, в связи с чем внимание многих исследователей привлечено к разработке методов дистанционного контроля общей насыщенности опухоли кислородом в процессе лучевой терапии.

Помимо полярографического метода, который не может быть использован при глубоко расположенных опухолях и позволяет производить измерения лишь в небольшом количестве точек, разрабатываются косвенные методы. Одним из них является метод исследования скорости опухолевого кровотока, например по времени удаления из опухоли какого-либо у-излучателя, небольшое количество которого вводят не-

посредственно в опухоль. Чаще всего для этой цели используют ксенон-133 либо криптон-85, быстро выводящиеся из организма с выдыхаемым воздухом.

Использование японскими специалистами этого метода в эксперименте и клинических исследованиях при лечении опухолей головы и шеи, подкожных метастазов и карциномы шейки матки показало, что в быстро регрессирующих опухолях скорость кровотока постоянно увеличивается в процессе облучения, а в резистентных, не уменьшающихся, остается постоянной или падает. Эти данные показывают, что хорошая реоксигенация свойственна только некоторым опухолям человека и не снижает остроты вопроса о роли гипоксии в повышении резистентности опухолей у отдельных пациентов. Не исключено, что для лечения опухолей, характеризующихся высокой реоксигенацией, возможно применение отработанных методик, а для остальных случаев следует использовать модифицирующие приемы.

S

4to понимают под стеризацией опухоли?

Существуют ли различия в радиочувствительности нормальных и злокачественных клеток?

Какие факторы определяют раалмчие в поражаемости нормальных тканей и опухолей в организме?

Назовите препятствия на пути лучевой терапии опухолей. В чем пути ее оптимизации?

На каких особенностях взаимодействия с веществом основано приме* некие в онкорадиологии тяжелых заряженных ядерных частиц и нейтронов?

В чем состоят преимущества и ограничения применения тяжелых ядерных частиц в онкологии?

Перечислите основные клеточно-кинетические параметры опухоли, определяющие ее реакцию на облучение.

Чем объясняется продолжающийся рост опухоли в начальной период после облучения?

Что такое реоксигенация опухоли и чем она обусловлена?

Режимы фракционирования

подводимых 5 раз/нед (как правило, до суммарной дозы 60 Гр). Применяли режимы и более крупного фракционирования в разовых дозах 4—6 Гр с 3—4-суточными интервалами. Использовали также так называемые сплит-курсы (с длительными перерывами на 2——3 нед в середине курса), а также смешанные (динамические) схемы, включающие на отдельных этапах лечения различные режимы фракционирования. Детальное рассмотрение этих вопросов — область специальных интересов. Здесь необходимо обсудить привлекшие внимание исследователей в последние годы режимы множественного фракционирования суточной дозы, связанные с особенностями цитокинетических параметров.

Различают два режима облучения такого рода — ускоренное и гиперфракционированное. При ускоренном фракционировании сокращается продолжительность облучения благодаря тому, что 2—— 3-кратное облучение в течение одних суток производят в тех же дозах за фракцию, что и при обычном (конвенциональном) фракционировании; суммарная доза несколько уменьшается.

При гиперфракционировании производят дробление суточной дозы на две-три фракции и более, существенно уменьшая при этом дозу за фракцию по сравнению с обычным режимом; продолжительность курса не изменяется, а суммарная доза, как правило, повышается.

Детальное радиобиологическое обоснование различных режимов фракционирования приведено в ряде обзоров последних лет. Существо вопроса сводится к следующему. Ускоренное фракционирование применяют при лучевой терапии опухолей, характеризующихся высокой пролиферативной активностью, в расчете на максимальное пов- вреждение быстро делящихся клоногенных опухолевых клеток. Отдаленные реакции слабопролиферирующих нормальных тканей при этом усиливаются в меньшей степени благодаря лучшей репарации радиационных повреждений в клетках этих тканей, проходящей в перерывах между фракциями.

Предпосылки гиперфракционирования первоначально были связаны с данными об отсутствии радиозащитного действия опухолевой гипоксии в области малых (1—1,5 Гр) доз. На основе этих данных (Л. Ре- вез и др., 1979), были предложены и в ряде случаев успешно апробированы режимы гиперфракционирования в расчете на отсутствие ре-

Козлов А, /7., Акимов А. А. Фракционирование дозы при дистанционной лучевой терапии злокачественных новообразований //Вопр. онкологии. 1983.

Разовая 8оз% Гр

Рис. 152. Соотношение суммарных и разовых доз излуче-ния для разных изоэффектов, проявляющихся в быстро(пунктирные линии) и медленно (сплошные линии) проли-ферирующих тканях (по Г. Визерсу, 1984):

/ — потеря массы семенников, 2—3 — гемопоэтические колонии, 4 — рост позвоночника, 5 — микрометастазы фибросаркомы, 6 — функция почек, 7, 12 — колонии кишечных крнпт, 8, 9, /5—легочная 力口50, 10 ——гистологические изменения почек, // — сперматогенные колонии, 13 ——почечная ЛД5о, 14 一 поздние изменения кожи, /6 — контрактура кожи, /7, 20 — нарушение функции спинного мозгаг 18 — нарушение функции поясничного нерва, /9, 2/, 22 — десквама- цня кожи, 23 — некроз кожи

парации в гипоксических клетках опухолей и, напротив, наиболее полное восстановление (при малых дозах) хорошо оксигенированных нормальных тканей. Несмотря на то что как сами экспериментальные данные, так и основанные на них предпосылки изменения режима фракционирования не получили широкого признания, результаты гиперфракционирования в ряде случаев оказались весьма успешными. Это послужило импульсом к широкой апробации таких режимов в радиологической клинике.

В последнее время выявились основные преимущества гиперфракционирования, состоящие в существенном ослаблении отдаленных последствий облучения (по сравнению с наблюдающимися при режимах обычного и особенно крупного фракционирования). Эго хорошо объясняется дозовой зависимостью в развитии непосредственных эффектов облучения в активно пролиферирующих тканях и отдаленных последствий в тканях, характеризующихся низким уровнем физиологической регенерации.

Как видно из рис. 152, суммарные дозы излучения, при которых проявляются те или иные непосредственные эффекты, наблюдающиеся в активно пролиферирующих тканях, а следовательно, и в опухолях, в значительном диапазоне слабо зависят от дозы за фракцию — наклон пунктирных кривых увеличивает* ся и то незначительно лишь после доз 3——4 Гр. В то же время крутой наклон сплошных кривых, отражающих отдаленные эффекты в медленно пролиферирующих и «стационарных» тканях, демонстрирует сильную зависимость вероятности их возникновения от дозы за фракцию.

Многочисленные попытки теоретического объяснения приведенных на рис. 152 и других (Г. Тэймс и др., 1986) данных пока нельзя признать удовлетворительными, что в значительной степени связано с недостаточной изученностью механизмов отдаленных последствий облучения. Это определяет актуальность дальнейших исследований.

Результаты клинического применения режимов множественного фракционирования суточной дозы оказались либо лучшими, либо такими же, но ни в одном случае не худшими, чем при обычном фракционировании.

Оценка толерантной дозы при различных режимахфракционирования

Понятие толерантных доз в онкорадиологии предполагает ограничение подводимой к опухоли дозы, определяемое вероятностью неоправданного лучевого поражения нормальных тканей. Как уже упоминалось, в принципе толерантность возрастает с увеличением числа фракций.

В 1967 г. Ф. Эллисом с учетом работ А. Козна, Дж. Фаулера и других была предпринята попытка поиска универсальной связи между суммарной дозой излучения, количеством фракций и об-

щим временем курса лучевой терапии. В рамках этой концепции, получившей название номинальной стандартной дозы (НСД), впервые была показана возможность количественно выразить взаимосвязь между параметрами, определяющими необходимую дозу облучения опухолей, и определенным уровнем толерантной реакции нормальных тканей. В качестве универсальной поражаемой структуры приняли соединительную ткань, а мерой ее полного толерантного уровня ——НСД. Соотношение между величиной суммарной дозы за один курс (в сантигреях) по критерию достижения толерантной реакции нормальной соединительной ткани (D), количеством фракций (^) и общим временем курса (Т) можно представить в виде зависимости

Д=-НСДЛ/о,24 7o.li.

Таким образом, НСД является как бы аналогом «однократной» дозы, приводящей к заданному уровню лучевого поражения, а предложенные Ф. Эллисом коэффициенты 0,24 и 0,11 показывают, насколько эта доза должна быть увеличена при ее разделении на ^ фракций и их распределении во времени за Т дней.

За прошедшие 20 лет расширились представления об уровне толерантности различных тканей (т. е. величине НСД) и о зависимости конечного эффекта от режима фракционирования. Соответственно была усовершенствована концепция НСД в расчете на применение при разных режимах облучения с возможностью оценки биологического эффекта любой фракции.

Прежде всего было введено понятие частичной толерантности. соответствующей степени поражения ткани после подведения некоторого количества фракции (几)из N фракций, если ^ — число фракций, при котором толерантность полностью исчерпывается. Иными словами, частичная толерантность равна (n!N) НСД.

В 1973 г. Ф. Эллис и С. Ортон предложили так называемую концепцию ВДФ (время, доза, фракционирование). Согласно этой концепции

ВД4)= N#，538 (Т/乂产 169,

где d ——разовая доза, N ——число фракций, Т ——общая длительность курса. Отношение TIN в первом приближении отражает величину интервала времени между фракциями при конкретном режиме фракционирования, что позволяет сравнивать биологическое действие различных режимов.

В последующем были внесены поправки к ВДФ, учитывающие размер и объем поля (И. Кирк, 1975; А. С. Павлов и ар,, 1986), что существенно улучшило возможность определения толерантных доз облучения для разных тканей с учетом экспериментальных и клинических

данных о коэффициентах клеточного восстановления и репопуляции (соответственно показатели степени у N нТ). В тоже время было выяснено, что ход кривых исчерпания толерантности тканей при фракционированном облучении все же недостаточно хорошо отображается моделью Ф. Эллиса, в связи с чем продолжается поиск более адекватных моделей и методов описания, основанных на данных самого последнего времени о точной форме кривой выживания клеток при однократном облучении.

На что рассчитано фракционирование дозы при лучевой терапии?

襲Что такое ускоренное фракционирование и гиперфракционирование? На каких радиобиологических принципах основаны эти режимы и в чем их преимущества?

Расскажите о связи между суммарной дозой излучения, количеством фракций и продолжительностью курса лучевой терапии в рамках концепций НСД и ВДФ.

0.2.3. ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТКАНЕВОЙРАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ

Отмечая несомненную важность разработки режимов облучения, нельзя не отметить, что, как и в отношении применения тяжелых ядер- ных частиц, перспективы лучевой терапии на этом пути весьма ограничены. Показательны результаты анализа причин смертности от рака, проведенного в США в 1968 и 1975 гг. (табл. 20, 21).

Как видно из данных табл. 20, несмотря на использование вполне современных методов лучевой терапии, около V3 больных погибает от рецидива первичной опухоли. Положение существенно не изменилось и через 7 лет, когда при более детальном анализе, охватывающем в три раза большее число наблюдений и учитывающем не только рецидив, но и его сочетание с диссеминацией, основной вывод остается тем же (табл. 21).

Сопоставление данных, приведенных в табл. 20 и 21, и сравнение их с данными табл. 19 позволяет сделать два важных заключения. Во-первых, несмотря на несомненное совершенствование методов и техники лучевой терапии, особенно в последние годы, включая ее планировав ние с использованием ЭВМ, дозиметрическое и топометрическое обеспечение, разработку и применение новых режимов фракционирования, а также оснащение ускорителями электронов и протонов высоких энергий, а также нейтронными генераторами, эффективность лечения основных видов опухолей существенно не повысилась, как это имело место в предыдущие I0-—15 лет, при переходе к мегаэлектронвольтным излучениям (см. табл. 19).

Во-вторых, и это самое важное, необходимость дальнейшего улучшения локальных результатов лечения остается крайне актуальной, ибо, как показал анализ, по крайней мере в 25——30 % случаев летальность связана не с метастазированием, а с невозможностью радикального излечения первичной опухоли. По отдельным локализациям доля летальных исходов достигает 40—50 % (опухоли мочевого пузыря, головы и шеи). Если учесть, что часть метастазов возникает в период рецидивирования первичной опухоли, то усовершенствование методов лечения основного очага должно дополнительно привести к спасению и тех больных, у которых рост первичной опухоли сопровождался развитием метастазов.

Г. Сьют (1982——1986), обсуждая потенциальные возможности улучшения выживания онкологических больных при повышении эффективности лечения первичного очага, пришел к заключению о том, что -если бы с помощью усовер шенствов а н и я методов терапии удалось достигнуть стопроцентного локального контроля, то для популяции больных США это означало бы прибавку выживания в 25 000 человек только по четырем локализациям: раку матки, полости рта и ротоглотки, яичников и толстой кишки.

В этой связи особую ценность приобретает разработка путей повышения эффективности лучевой терапии на биологической основе, и прежде всего на пути дифференцированного разнонаправленного изменения лучевых реакций опухолей и нормальных тканей при использо-

Таблица 20. Смертность онкологических больных в США за 1968 г. и доля умерших от рецидива первичной опухоли (по Г. Сьюту, 1970)

Локализация опухоли

Общее число умерших

Умершие от рецидива

количество умерших

%

цнс

7 500

7 000

93

Яичники

9 500

8 000

84

Кожа

5 000

3 500

70

Шейка матки

10 000

6 000

60

Предстательная железа

16 500

10 000

60

Тело матки

3 500

2 000

57

Пищевод

5 700

3 000

53

Мочевой пузырь

8 000

4 000

50

Голова и шея

10 000

4 000

40

Молочная железа

28 350

4 000

14

Лимфатические узлы

16 600

2 000

12

Легкие

55 000

5 000

9

Всего

175 000

58 500

33

Таблица 21. Причины смерти от наиболее часто встречающихся опухолей (по С. Перезу, 1977)

Локализация

Опухоли

Число первичных случаев

Число умерших больных

Причина смерти, %

рост первичной опухоли (рецидив)

рост первичной

опухали + + диссе- минация

диссеми- нация

Толстый кишечник

99 000

49 000

35

35

39

Молочная железа

89 000

33 000

10

25

65

Легкие

91 000

81 000

15

25

60

Предстательная

56 000

19 000

15

65

20

железа

Матка

46 000

11 000

10

50

40

Голова и шея

35 000

13 900

40

45

15

Мочевой пузырь

28 500

9 500

50

25

25

Всего

444 500

215 500

50 000 1

60 000

80 000

вании как традиционных, так и новых видов ионизирующих излучений. Эта проблема в современных терминах может быть названа ум・ равлением тканевой радиочувствительностью.

Управление радиочувствительностью при лучевой терапии сводится к разработке способов использования химических и физических агентов, модифицирующих действие ионизирующих излучений (см. гл. 7 и 19) с целью усиления лучевого поражения опухолей. Достигнуть этого можно двумя путями — применением сенсибилизаторов в расчете на их избирательное или, точнее, преимущественное действие на опухолевые популяции или с помощью протекторов в расчете на преимущественное действие в отношении здоровых тканей, что позволит увеличить дозы облучения опухолей.

Принципиальная возможность такого рода направленного радиомодифицирующего воздействия основана на различиях в клеточно-кинетических параметрах, кровоснабжении, уровне метаболизма, а также кислородного режима опухолей и нормальных тканей. При этом могут быть использованы средства, влияющие как на исходную радиочувствительность, так и на репарацию.

Регуляция кислородного режима

Одним из распространенных подходов к избирательному поражению опухоли является воздействие на ее гипоксические клетки, уничтожение которых, как было показано, требует применения больших доз излучения, превышающих толерантность хорошо оксигенированных нормальных тканей.

Для решения этого вопроса могут быть использованы альтернативные аспекты кислородного эффекта; избирательное повышение радиочувствительности аноксических и гипоксических клеток опухоли путем их искусственной оксигенации и преимущественное снижение радиочувствительности нормальных критических тканей созданием в них гипоксии.

Метод оксигенации опухоли во время облучения с использованием дыхания чистым кислородом при обычном давлении —— оксигенорадио- терапия, или под давлением до 3 • 106 Па (〜3 атм) в специальной барокамере —— оксибарорадиотерапия, предложены в 50-х годах крупным английским радиобиологом Л. Греем.

Радиобиологическими предпосылками к разработке и применению методов оксигенации опухолей послужили экспериментальные данные о характере зависимости радиочувствительности клеток млекопитающих от напряжения (парциального давления) кислорода—— рО2. Согласно этим данным (см. гл. 7) близкая к максимальной радиочувствительность, обусловленная КЗ, наблюдается уже при рО2, значительно более низком, чем тканевое рО2 при дыхании воздухом. Практически заметное понижение радиочувствительности за счет КЭ происходит при уровнях рО2 ниже 20 мм рт. ст. (см. рис. 38). На основании этих данных, полученных in vitro, можно было бы полагать, что хорошо оксигенированные ткани в норме при дыхании воздухом уже обладают максимальной радиочувствительностью, которая при дополнительной оксигенации заметно не усилится, в то время как плохо оксигенированные участки опухоли в этих условиях станут более радиочувствительными в результате повышения в них рО2.

Имеющийся к настоящему времени двадцати летний мировой опыт применения оксибарорадиотерапии подтвердил возможность усиления регрессии некоторых опухолей. Наиболее ощутимыми оказались результаты лечения опухолей головы и шеи. По данным С. А. Дарьяло- вой, имеющей наибольший опыт оксибарорадиотерапии в нашей стране, эффективность метода более всего проявляется на недифференцированных формах опухолей различных локализаций. При развитии таких опухолей существует наибольший дисбаланс между ростом паренхимы и стромы опухоли, что приводит к неадекватному кровоснабжению и нарастанию гипоксии. Нельзя не отметить, что успехи оксибарорадиотерапии оказались значительно скромнее, чем того ожидали. В значительной степени это связано с тем, что первоначальные радиобиологические предпосылки оксибарорадиотерапии, по-видимому, были недостаточно корректными. Прежде всего, вопреки ожиданиям как в эксперименте, так и в клинике гипербарическая оксигенация приводит к существенному повышению радиочувствительности нормальных тканей, в частности кожи, особенно при больших дозах излучения. Существуют клинические данные о повышении радиочувствительности хряща, легочной ткани и слюнных желез, что привело к необходимости

снижения доз при облучении опухолей в условиях гипербарической оксигенации. Объяснить это можно наличием в нормальных тканях гипоксических участков, несмотря на высокие средние (30——40 мм рт. ст.) величины рО2; последнее особенно выражено у онкологических больных, для которых характерно развитие общей кислородной недостаточности в тканях.

Кроме того, зачастую даже при дыхании кислородом под давлением в 4 • 105 Па (〜 4 атм) до 30 % опухолевых клеток обнаруживают показатели рО2 ниже необходимых для существенного повышения радиочувствительности: кислород не доходит до участков, наиболее отдаленных от капилляров, так как активно расходуется по пути.

Определены и другие причины невысокой эффективности гипербарической оксигенации. Выяснилась необходимость использования динамических режимов фракционирования, варьирующих дозы и интервалы между отдельными сеансами облучения с учетом реоксигенации опухоли и процессов восстановления в нормальных тканях. Усовершенствование методов оксигенорадиотерапии в этом направлении, согласно данным последних лет, дает обн адеж и в ающие результаты, свидетельствующие о том, что сам принцип повышения радиочувствительности опухоли путем ее искусственной оксигенации правилен и нуждается лишь в рациональной реализации с учетом новых сведений о радиобиологических параметрах различных опухолей.

Альтернативным рассмотренному является путь повышения эффективности лучевой терапии, связанный с использованием КЗ,——создание гипоксии или даже аноксии в области опухоли с целью преимущественной защиты нормальных тканей. Радиобиологические предпосылки этого метода таковы. В опухолях рО2 заметно ниже, чем в нормальных тканях, главным образом вследствие худшего кровоснабжения, поэтому при наложении на сосуд лигатуры или кровоостанавливающего жгута рО2 в нормальных тканях будет снижаться в относительно большой степени, чем в опухоли. Эти предположения подтверждены экспериментально.

В опытах советских и зарубежных авторов показано, что при наложении жгута рО2 в первые минуты в нормальных тканях падает почти до нуля, в то время как в опухоли оно еще некоторое время остается значительным. Соответственно ФИД для нормальных тканей (кожа и костный мозг) оказался в диапазоне 1,9——2,2, а для опухолей 〜1,5, пто позволило увеличить разовую дозу облучения опухоли почти вдвое при равной степени лучевых реакций со стороны нормальных тканей.

На основе этих данных разработан метод регионарной турникетной аноксии для лечения больных с опухолями конечностей (главным образом остеогенными саркомами) с помощью пневматического жгута, создающего давление до 600 мм рт. ст; облучение в этих условиях поз-

волило увеличить в 2——3 раза разовые дозы и достичь резкого подавления опухолевого роста, а в части случаев и полной стерилизации опухоли при весьма незначительных кожных реакциях.

Несмотря на наличие осложняющих моментов (которые, вероятно, можно преодолеть), метод регионарной турникетной аноксии полностью оправдал надежды достигнуть таким путем усиления поражения опухоли при одновременной защите нормальных тканей. Однако широкому клиническому применению этого метода препятствуют неутешительные отдаленные результаты, так как опухоли, расположенные на конечностях (только эти опухоли можно облучать под жгутом),——саркомы костной или мягких тканей имеют очень плохой прогноз (частое и раннее метастазирование). Поэтому улучшение местных результатов — снижение частоты рецидивирования — дает основание рассчитывать на общее повышение эффективности лечения лишь в тех редких случаях, когда оно начато до начала метастазирования. Подтверждение этому требует большого числа наблюдений и может быть получено лишь с накоплением опыта.

Возможность дифференцированного радиомодифицирующего действия острой гипоксии на нормальные и опухолевые ткани обусловила поиск способов использования этого явления при лечении опухолей внутренних органов. Весьма интересны данные о возможности использования общей гипоксии, вызванной кратковременным вдыханием обедненных кислородом газовых смесей.

О радиозащитном действии общей газовой гипоксии известно уже около 40 лет. Впервые это было отмечено в опытах Ф. Дэвика (1949), Г. Лимпероза и др. (1950), показавших резкое повышение выживаемости мышей и крыс, подвергнутых тотальному облучению в среде с низким содержанием кислорода. Данные о дифференцированном действии локальной гипоксии при облучении опухолей подвели к изучению возможности защиты нормальных тканей в условиях общей газовой гипоксии.

Проведенный в лаборатории автора цикл экспериментальных исследований дал вполне обнадеживающие результаты применения экспериментальной гипоксирадиотерапии (С. П. Ярмоненко, 1973—— 1981).

Общий характер модификации радиочувствительности организма экзогенной гипоксией в виде кривых 30-суточной гибели мышей при тотальном облучении на воздухе и в газовых смесях, содержащих 10, 8, 6 и 5 % кислорода, прослеживается на рис. 153. По данным А. А. Вайнсона и В. М. Кримкера, ФИД исследованных газовых смесей составляет, соответственно,〜1,2; 1,4—1,6; 1,8—2,0 и 2,5 (при облучении с высокой мощностью дозы). ФИД смесей, содержащих 5— 6 % О2, при оценке защиты клеток костного мозга составлял 1,8—2,0, при защите кожи — 1,4—1,5.

В то же время при локальном облучении нескольких штаммов перевивных опухолей мышей в условиях общей газовой гипоксии, вызванной смесями, содержащими 6 % О2, защита опухолей отсутствовала, а в части опытов, напротив, наблюдалась их усиленная регрессия.

М 以％ По2 6%% ”

ооооV△V△в心乃/2出nJв心乃/2出nJ88LAi 1 二二二 ~L二 £ 6加勿Jz?纺切彩%犯勿g%纱LAi 1 二二二 ~L二 £ 6加勿Jz?纺切彩%犯勿g%纱

о

о

о

о

V

△

V

△

в心乃/2出nJ

в心乃/2出nJ

8

8

LAi 1 二二二 ~L二 £ 6加勿Jz?纺切彩%犯勿g%纱

LAi 1 二二二 ~L二 £ 6加勿Jz?纺切彩%犯勿g%纱

Моза излучения, Гр

Рис. 153. Кривые 30-дневной гибели мышей при облучении навоздухе (К — контроль) и в гипоксических газовых смесях:刀口 5о/зо при облучении на воздухе составляет 7,6±1,0 Гр; в смесях,содержащих 10, 8, 6 и 5%, — соответственно 9,1±0(2, 10,4±0,2, 13,4±0,5и 17,5±0,5 Гр

Данные одного из таких экспериментов показали, что при локальном фракционированном рентгеновском облучении (мощность дозы 10 Гр/мин) саркомы-37 мышей, вдыхавших в течение 2——3 мин до и в процессе облучения газовую смесь, опухоли регрессировали раньше, а рецидивы возникали позднее и с меньшей частотой, чем при облучении на воздухе (рис. 154).

Механизм этого парадоксального явления — усиления лучевого поражения опухоли в условиях гипоксии по сравнению с облучением ее на воздухе — пока не определен. По-видимому, гипоксические клетки опухолей, адаптированные к недостатку кислорода, слабее реагируют на модифицирующее действие дополнительной острой гипоксии по сравнению с хорошо оксигенированными нормальными тканями. Ослабление защитного действия острой гипоксии на самые разнообразные биологические объекты (изолированные клетки, ткани, организм), адаптированные к условиям длительной кислородной недостаточности, изучено в многочисленных работах сотрудников лаборатории автора данной книги —— Н. Л. Шмаковой, В. В. Мещериковой, А. А. Выгодской, Н. П. Винской, Е. А. Волошиной и Б. В. Иве. Полученные данные объясняют преимущественное радиозащитное действие газовой гипоксии на нормальные хорошо оксигенированные ткани. В результате создаются условия, благоприятствующие проявлению влияния ряда организменных факторов, опосредованно способствующих дезактивации опухоли и ее усиленной регрессии.

Рис. 154. Регрессия саркомы-37 у мышей после трехкратного облучения в разовых дозах: /—12,5 Гр( 〃一 15,0 Гр, 〃/— 17,5 Гр (в каждой группе по 10 животных) :

I - рост опухолей в контроле, без облучения, 2 — облучение на воздухе, 3 — облучение в условиях гипоксии； цифрами над абсциссой указано число животных с пальпируемой опухо* лью в день измерения после облучения: В — на воздухе, Г ——в условиях гипоксии, по оси ординат отложено отношение объема опухоли в день измерения (V() к исходному в начале опыта (Vo)

Феномен избирательной защиты нормальных тканей при облучении опухолей в условиях газовой гипоксии, наблюдавшийся также в работах Р. Б. Стрелкова, обусловил целесообразность разработки метода гипоксирадиотерапиц опухолей человека, в настоящее время применяемого в нескольких клиниках СССР. Показано, что использование смеси, содержащей 10 % О2( благодаря избирательной защите нормальных тканей позволяет увеличить разовую и суммарную дозу на 20 %. Во Всесоюзном онкологическом центре было показано, что человек, находящийся в состоянии физического и эмоционального покоя, удов летворител ьн о переносит 15—20'Минутное дыхание смесью, содержащей 8 % О2. Проводимые в последние 2—3 года клинические испытания гипоксирадиотерапии с такой «жесткой» смесью, в частности при предоперационной лучевой терапии рака желудка, позволили увеличить дозу излучения на 40 % и резко ослабить побочные реакции.

В настоящее время метод гипоксирадиотерапии осваивается в радиологических клиниках ГДР и ЧССР.

Химические средства управлениярадиочувствительностью

Огромное число исследований проведено с целью избирательного усиления поражения опухолей или преимущественной защиты нормальных тканей с помощью химических агентов — сенсибилизаторов и протекторов. В этом направлении существуют определенные успехи в эксперименте, а в последнее время получены и практически важные результаты. Общие трудности применения протекторов и сенсибилизаторов в радиоонкологической клинике состоят в значительной токсичности большинства изученных и оказавшихся эффективными в эксперименте препаратов, а также в необходимости избирательности их действия на нормальные или опухолевые ткани.

• Сенсибилизаторы. Предпосылками возможности дифференцированного действия радиосенсибилизаторов являются:

разница во времени и степени накопления веществ, определяемая различиями длительности циклов и их стадий у нормальных и опухолевых клеток; 2) использование биохимических особенностей опухолевых клеток; 3) изыскание средств, преимущественно сенсибилизирующих аноксические клетки.

Все существующие радиосенсибилизаторы можно условно разделить на две большие группы в соответствии со спецификой их влияния на основные параметры, определяющие клеточную радиочувствительность (см. гл. 6): усиливающие первичное радиационное повреждение и влияющие на пострадиационное восстановление.

Деление это, однако, весьма условное, так как агенты, относящиеся ко 2-й группе, одновременно усиливают первичное поражение.

В последние годы наиболее активно изучают радиосенсибилизаторы, действующие на основе КЗ. Это соединения с электроноакцептор- ними свойствами. Имитируя действие кислорода (его сродство к электрону), такие соединения избирательно сенсибилизируют клетки в гипоксических условиях. Первые данные о радиомодифицирующем действии таких соединений были получены для метронидазола (рис. 155). Препарат не влиял на летальное действие ионизирующего излучения на воздухе и резко снижал выживаемость клеток, облученных в атмосфере азота. Сенсибилизаторы представляют большой практический интерес для преодоления радиорезистентности гипоксических клеток опухоли, так как в отличие от кислорода медленно метаболизируют и потому проникают в более отдаленные аноксичныё зоны.

К настоящему времени показана значительная эффективность метронидазола, мизонидазола и других электроноакцепторных соединений, являющихся производными нитроимидазолов, в отношении большого числа первичных опухолей мышей и крыс. При этом для достижения одного и того же эффекта требуются дозы излучения, почти в два

доза из碍иениК] Гр

Рис. 155. Выживаемость клеток китайского хомячка, облученных на воздухе и в аноксии в присутствии метронидазола (МН) и без него (по

И. Чепмену, 1979):

/ — азот, 2 — азот + МН, 5 — воздух, 4 — воздух + МН; объяснение см. в тексте

Рис. 156. Влияние мизонидазола на эффективность излечения мышей при однократном рентгеновском облучении перевивной опухоли молочной железы (по П. Шелдону и др., 1974): / ~ облучение, 2 — облучение через 30 мин после внутривенного введения мизонидазола (1 мг/г)

раза меньшие, чем при облучении без сенсибилизаторов. Для примера на рис. 156 приведены данные о влиянии мизонидазола. В качестве критерия эффективности принято отсутствие рецидивов в течение 150 сут. Видно, что мизонидазол снижает дозу, необходимую для такого «излечения» 50 % животных с 44 до 24 Гр.

Следует отметить, что электроноакцепторные сенсибилизаторы эффективны и при действии плотноионизирующих излучений ——нейтронов, л*~-мезонов и ионов Аг, Не и С.

В настоящее время получены положительные результаты при клиническом использовании мизонидазола Р. Томлинсоном, С. Дишем и метронидазола И. И. Пелевиной и Ф. М. Ляссом у больных с опухолями различных локализаций. Ограничения в использовании этих препаратов определяются ослаблением эффекта при фракционированном облучении и их побочным действием ——нейротоксичностью. Однако преимущества использования электроноакцепторных соединений столь очевидны, что не оставляют сомнений в перспективности интенсивных работ, направленных на преодоление этих ограничений.

Известны другие возможности сенсибилизации опухолей с помощью химических соединений. Изучают соединения разных классов, снижающие уровень эндогенных сульфгидрильных групп. Это снижение в соответствии с гипотезой о роли SH-групп в природной и модифици-

руемой радиочувствительности (см. гл. 19) лежит в основе сенсибилизирующего действия. К числу таких соединений относятся йодацетамид, метилгидразин и др.

Интенсивные исследования проводят с целью изучения возможности усиления первичных повреждений ДНК. Для этого используются, например, антиметаболиты предшественников ее синтеза — 5-фтору- рацил и галоидированные аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований.

Было показано, что 5-фторурацил ингибирует тимидилат-синтетазу, превращен ие дезокси уридинфосфата в дезокси цитидинфосфат и образование тимина. блокируя метилирование, что приводит к нестабильности ДНК и усиливает ее чувствительность к излучению. Галогены (хлор, бром и йод), замещая метильную группу в 5-м положении молекулы тимидина, образуют соответствующие галоидированные дезоксиуридины (хлорУДР, бромУДР, йодУДР). Включаясь в молекулу ДНК во время синтеза вместо нормального тимидина, они изменяют ее молекулярную структуру, повышая при этом чувствительность клеток к ультрафиолетовому и ионизирующему излучениям.

Степень радиосенсибилизации определяется интенсивностью включения галоидированных аналогов и их концентрацией; включение их в ДНК происходит только в период ее синтеза, следовательно, максимальный эффект может быть достигнут при длительном введении препарата, т. е. в условиях, когда наибольшая часть клеток в популяции пройдет по крайней мере через одну стадию S. Экспериментальные данные о радиосенсибилизирующем эффекте йоддезоксиуридина, наглядно демонстрируя действие соединений этой группы, показаны на рис. 36.

В качестве сенсибилизатора используют обладающий противоопухолевой активностью ингибитор синтеза ДНК ——оксимочевину. Специфически подавляя синтез ДНК, она вызывает значительный цитотоксический эффект. Механизм подавления синтеза ДНК оксимочевиной изучен пока не полностью, по-видимому, в значительной мере он состоит в ингибировании восстановления р ибон у к леотидов до дезоксирибонуклеотидов.

Из соединений, усиливающих лучевое поражение клеток за счет ослабления пострадиационного восстановления, следует назвать специфические ингибиторы синтеза белка, в частности актиномицин D. Механизм его действия сводится к образованию комплекса с гуанином ДНК и ингибированию синтеза РНК вследствие подавления активности ряда ферментов: РНК-полимеразы, ДНК-полимеразы и тимидинки- назы. Вступая в комплекс с ДНК, актиномицин D мешает ей выполнять функции матрицы для синтеза РНК, препятствует образованию по- линуклеотидных цепей и белка, угнетая тем самым пролиферацию растущих клеток. Тот же механизм, вероятно, лежит в основе торможения актиномицином D восстановления от сублетальных повреждений, репаративного синтеза и восстановления структуры ДНК при

одиночных разрывах (см. гл. 6), что обусловливает усиление летального эффекта облучения.

С этих же позиций могут быть оценены и ингибиторы синтеза ДНК, например оксимочевина, так как при применении после облучения они также приводят к уменьшению выживаемости клеток, что связывают с их вмешательством в процессы репарации. Таким образом, вещества, усиливающие первичное повреждение клетки, в той или иной степени влияют и на восстановление от повревдений. Наконец, ингибиторы синтеза ДНК могут быть использованы для временной синхронизации опухолевых клеток с целью последующего облучения их на наиболее радиочувствительной стадии.

В отношении некоторых препаратов в клинике получены обнадеживающие результаты. В первую очередь это относится к галоидированным аналогам пиримидиновых оснований, особенно при лучевом лечении опухолей стабильных в цитокинетическом отношении тканей, например опухолей мозга, клетки которого не синтезируют ДНК, а потому и не включают препарат.

Протекторы. Известна альтернативная возможность усиления противоопухолевого действия ионизирующих излучений путем повышения дозы излучения за счет преимущественной защиты критических органов и тканей с помощью протекторов.

Прежде всего следует иметь в виду, что критическими, а следовательно, подлежащими защите могут быть разные органы и ткани, в зависимости от метода лечения и локализации опухоли.

При наиболее часто осуществляемой лучевой терапии непосредственному облучению подвергаются относительно малые объемы тканей, в этом случае критическими чаще всего оказываются кожа, подкожная клетка и тканевые элементы стромы опухоли.

При широкопольном и многопольном облучении больших сегментов тела кроме повышения резистентности окружающих тканей необходима системная защита чаще всего костного мозга, а иногда и кишечника.

Общие предпосылки к использованию протекторов при всех видах терапии опухолей в значительной степени определяются необходимостью избирательного действия протекторов на нормальные ткани, в частности вследствие лучшего поступления и накопления в них препаратов.

Существуют многочисленные экспериментальные данные о неравномерном распределении ряда SH-содержащих протекторов в связи с замедленным их поступлением в опухоль по сравнению с нормальными тканями. В лаборатории автора получены данные о сравнительном распределении 358-аминоэтилтио(}юсфата натрия ^З-цистафос) в спонтанной аденокарциноме молочной железы мышей, в саркоме М-1 крыс и в некоторых нормальных тканях этих животных. На рис. 157, 5 раз-

мытый максимум концентрации метки расположен между 1-м и 2-м часом после инъекции, причем концентрации метки мало различаются в отдельных органах и резко (в 2,5—3 раза) превышают соответствующие значения для опухолевой ткани в течение 5-часового периода наблюдения. Поступление 355-цистафоса в ткани мышей происходит значительно быстрее. В этом случае резко выраженный максимум концентрации метки наступает уже через 30 мин после инъекции и имеет примерно удвоенный размер (рис. 157, 4).

Большая скорость поступления цистафоса в ткани мышей коррелирует с ускоренным кровотоком. У мышей концентрация метки в опухоли тоже ниже, чем в нормальных тканях, хотя различия менее выражены, а к 90-й мин они нивелируются. Вероятно, это связано с лучшим, чем в саркоме М-1, кровообращением в аденокарциноме мышей. О существенной роли гемодинамического фактора в определении различий поступления протектора в нормальные ткани и опухоли свидетельствует также и меньшая радиоактивность центральных участков опухоли по сравнению с периферическими.

Рис. 157. Изменение радиоактивности органов и опухолей после подкожной инъекции ^З-цистафоса мышам (Л) и крысам (5):

/ — печень, 2 — кишечник, 3 — селезенка, 4 — кровь, 5 — костный мозг, 6 — периферические участки опухоли, 7 ——центр -опухоли

В последние годы проведен большой цикл исследований, показавший возможность преимущественного ослабления лучевого поражения нормальных тканей с помощью производных алкиламинотиофосфатов, в частности 2^аминопропиламиноэтилтиофосфата, известного в СССР как гаммафос, а в США — получившего шифр WR-2721, Д. Юхас и Д. Сторер сообщили о том, что этот препарат, оказывая выраженный защитный эффект на мышах (ФИД по выживаемости 〜 2,6), почти не влияет на лучевое поражение перевивной карциномы молочных желез мышей (ФИД =1,15). Позднее в экспериментах на мышах с индуцированными уретаном опухолями легких было установлено, что введение WR-2721 непосредственно перед облучением не дает защиты опухолевой ткани, повышая в то же время радиорезистентность кожи, костного мозга и кишечного эпителия в 2——3 раза. При введении препарата за 90 мин до облучения наблюдалась существенная защита опухоли. Это, по мнению Д. Юхаса, свидетельствует о том, что селективное действие препарата связано с различной динамикой его поступления в клетки соответствующих нормальных и опухолевых тканей.

Избирательная защита нормальных тканей с помощью гаммафоса была показана в лаборатории радиобиологии ВОНЦ А. Л. Выгодской при локальном облучении солидной карциномы Эрлиха мышей. При внутрибрюшинном введении гаммафоса из расчета 264 мг/кг (1 мМ/кг) за 15 мин до облучения регрессия опухоли, как правило, не ослаблялась, а в некоторых опытах даже усиливалась, как это имело место при гипоксирадиотерапии (см. рис. 152). С учетом данных о распределении ^З-цистафоса (аналог гаммафоса) полагают, что при таком небольшом интервале времени между введением препарата и облучением гаммафос еще не успевает накопиться в клетках опухоли в необходимой концентрации.

Как уже упоминалось, кроме необходимости избирательной защиты нормальных тканей существуют две другие причины, ограничивающие применение протекторов при лучевой терапии, — токсичность большинства из них, а также ослабление эффекта при фракционированном облучении. В связи с этим А. Л. Выгодской была изучена зависимость эффективности действия гаммафоса при фракционированном облучении (моделирующем условия лучевой терапии) от величины дозы излучения и количества препарата.

Материалы, приведенные в табл. 22, свидетельствуют, что препарат в концентрациях 34 и 175 мг/кг эффективен и при фракционированном облучении.

Данные экспериментальных исследований подтверждают точку зрения о необоснованности пессимизма по поводу принципиальной возможности применения протекторов у человека вообще и при лучевой терапии злокачественных опухолей в частности (см. гл. 19).

Таблица 22. Влияние гаммафоса на выживаемость мышей при ежедневном тотальном фракционированном облучении

Концентрация препарата, мг/кг

5X3 Гр

4X3 Гр

число мышей

выжило, %

коэффициент защиты

число мышей

ВЫЖИЛО, %

коэффициент защиты

0

60

54±14

89

26±6

21

—

二

40

45±9

0,26

43

—

—

80

78±4

0,71

85

70

90±9

0,78

80

93±5

0,91

175

50

98±4

0,96

70

100

1.0

В настоящее время WR-2721 проходит клинические испытания в радиологических клиниках США и Японии. В результате проведенной работы удалось показать существенно большее накопление препарата в коже по сравнению с опухолью, а в ряде случаев получить выраженную защиту нормальных тканей, в частности слизистой полости рта.

В Советском Союзе практическое применение гаммафоса задерживается» так как в опытах на собаках обнаружена хроническая токсичность препарата при многократном применении.

Аутотрансплантация костного мозга

В последние годы усиленно разрабатывают методы крупнопольного облучения при терапии распространенных форм опухолей и системных заболеваний, что привело, в частности, к резкому повышению эффективности лечения лимфогрануломатоза, однако и к увеличению побочных реакций в первую очередь со стороны кроветворной системы. Разработка способов ослабления поражения системы кроветворения — одна из важных предпосылок дальнейшего развития метода крупнопольного облучения.

В этом отношении заслуживает внимания аутотрансплантация костного мозга по методу Г. С. Стрелина (см. гл. 18).

Результаты однократной аутотрансплантации костного мозга 20 больным лимфогрануломатозом, произведенной после окончания первого этапа лечения, приведены в табл. 23.

Из табл. 23 видно, что на двух этапах лечения доля пациентов, страдающих лейкопенией, среди лиц, получивших аутомиелотранс- плантацию, была меньшей, чем в контроле. Особенно наглядно положительный эффект аутотрансплантации сказался на длительности лейкопении, что свидетельтствует об ускорении регенерации системы кроветворения. Ограниченное число наблюдений не дает пока основа-

Таблица 23. Влияние аутомиелотрансплантации на лейкопенический эффект, обусловленный лучевой терапией лимфогранулематоза по радикальной программе

Группы исследуемых больных

На 2-м этапе

На 3-м этапе

ЧИСЛО больных

из них с лейкопенией

длительность лейкопении, сут

ЧИСЛО больных

нз них с лейкопенией

длительность лейкопении, сут

Без трансплантации (контроль)

18

6

13,0±3,6

8

5

14,0±3,0

С трансплантацией

20

4

6,5±1,1

5

2

3,5±i,2

ний для окончательных выводов, однако при подтверждении этих данных аутотрансплантация несомненно окажется полезным средством развития методов крупнопольного облучения злокачественных новообразований.

Гипертермия и гипергликемия

Попытки применения местного и общего перегрева опухолей предпринимались неоднократно, но всякий раз эти начинания либо разочаровывали полученными результатами, либо не получали признания и поддержки.

Началом современного этапа интенсивного развития методов гипертермии и их использования при лечении злокачественных опухолей следует считать конец 60-х ——начало 70-х годов. К настоящему времени проведено пять международных симпозиумов (1975 и 1980 гг.- в США; 1977 г. — в ФРГ; 1984 г. — в Дании; 1988 г. — в Японии).

Становление и развитие отечественных работ по гипертермии связано с именем Н. Н. Александрова, впервые начавшего эти исследования в 1969 г.

К настоящему времени целесообразность применения гипертермии наряду с лучевыми и лекарственным методами лечения рака не вызывает сомнения, что отражено на эмблеме, приведенной на рис. 158 и в вошедшем в международный лексикон термине «г«л ер терм w ческая онкология»,

К 1988 г. гипертермическим воздействиям во всем мире подверглось около 20 000 человек. Наибольшим клиническим опытом здесь располагают СССР и США, далее следуют Япония, страны Западной Европы и КНР. В подавляющем большинстве случаев используют локальный нагрев с помощью генераторов электромагнитных излучений дециметрового диапазона, существенно в меньшей степени ——региональную и общую гипертермию.

Технические вопросы нагрева и термометрии, проблемы термобиологии и клиники детально рассмотрены в специальной литературе. Здесь же будут представлены принципиальные аспекты гипертермии

как средства избирательного усиления лучевого поражения опухолей.Прежде всего следует иметь в виду ошибочность точки зрения о большей (по сравнению с нормальными клетками) термочувствительности злокачественных клеток.• Тем не менее использование гипертермии в онкологии действительно основывается на большей термоповреждаемости опухолей по сравнению с нормальными тканями. Такая избира- тел ьность п роти воопухолевого действия гипертермии определяется прежде всего редуцированным (несовершенным) кровотоком, характерным для большинства опухолей, что способствует их перегреванию, акак средства избирательного усиления лучевого поражения опухолей.Прежде всего следует иметь в виду ошибочность точки зрения о большей (по сравнению с нормальными клетками) термочувствительности злокачественных клеток.• Тем не менее использование гипертермии в онкологии действительно основывается на большей термоповреждаемости опухолей по сравнению с нормальными тканями. Такая избира- тел ьность п роти воопухолевого действия гипертермии определяется прежде всего редуцированным (несовершенным) кровотоком, характерным для большинства опухолей, что способствует их перегреванию, аРис. 158. Эмблема, отражающая признание гипертермии как одного из методов комплексной тераРис. 158. Эмблема, отражающая признание гипертермии как одного из методов комплексной тера

как средства избирательного усиления лучевого поражения опухолей.

Прежде всего следует иметь в виду ошибочность точки зрения о большей (по сравнению с нормальными клетками) термочувствительности злокачественных клеток.

• Тем не менее использование гипертермии в онкологии действительно основывается на большей термоповреждаемости опухолей по сравнению с нормальными тканями. Такая избира- тел ьность п роти воопухолевого действия гипертермии определяется прежде всего редуцированным (несовершенным) кровотоком, характерным для большинства опухолей, что способствует их перегреванию, а

как средства избирательного усиления лучевого поражения опухолей.

Прежде всего следует иметь в виду ошибочность точки зрения о большей (по сравнению с нормальными клетками) термочувствительности злокачественных клеток.

• Тем не менее использование гипертермии в онкологии действительно основывается на большей термоповреждаемости опухолей по сравнению с нормальными тканями. Такая избира- тел ьность п роти воопухолевого действия гипертермии определяется прежде всего редуцированным (несовершенным) кровотоком, характерным для большинства опухолей, что способствует их перегреванию, а

Рис. 158. Эмблема, отражающая признание гипертермии как одного из методов комплексной тера

Рис. 158. Эмблема, отражающая признание гипертермии как одного из методов комплексной тера

пии рака.

Принята на 3-м Международном симпозиуме в Фост-Коллинзе {Колорадо.

США) в 1980 г.

следовательно, и повреждению из-за замедленного отвода тепла. Температурный градиент между нормальными и опухолевыми тканями варьирует от 2 до 4—5 градусов и более. Так как

температуру в нормальных тканях поддерживают на уровне их термотолерантности (41—42 ℃), опухоли при этом нагреваются до 43—46 С н выше.

Весьма важно также, что повышенной термочу ветвите j ьностью обладают гипоксические клетки (из-за характерных для них низких величин pH и недостатка питательных веществ), а также клетки на стадии синтеза ДНК- Обе эти клеточные популяции, как известно, являются наиболее радиорезистентными, что делает гипертермию идеальным адъювантом лучевой терапии, способствуя повышению избирательности ее противоопухолевого дей

ствия.

[1еречисленные предпосылки использования гипертермии проверены в большом числе экспериментальных исследований, а также в клинической практике. Установлены количественные зависимости клеточ- ннх повреждений, определяемые уровнем и продолжительностью нагревания, Повышение температуры на 1 ℃ эквивалентно двукратному увеличению длительности нагревания при прежней температуре, а в сочетании с облучением — трехкратному.

Коэффициент теплового усиления (КТУ) радиационного поражения нагреванием в течение 1 ч различных тканей грызунов изменяется от 1,0 при 40 ℃ до 1,8 при 43 ℃. Для лучевой терапии, разумеется, важно достижение максимальных значений КТУ в опухолях. В

качестве показателя определяют фактор терапевтического выигрыша (ФТВ)——отношение КТУ опухоли к КТУ нормальной

ткани.

Основная цель совершенствования методов терморадиотерапии —— получение максимальных величин ФТВ. На этом пути также существуют свои трудности, обусловленные как биологическими, так и чисто техническими причинами. Предстоит еще изучить зависимость эффекта от последовательности радиационного и термического воздействий интервала времени между ними, найти температурные оптимумы для разных видов опухолей, получить изотермические параметры нагрева в разных объемах тканей и опухолях внутренних органов, овладеть регистрацией этих параметров, разработать способы создания термотолерантности для нормальных тканей и ее преодоления для опухолей. Это вполне решаемые проблемы и по линии технологических усовершенствований, и на биологической основе.

Обсуждая радиобиологические перспективы применения гипертермии, необходимо остановиться на метаболических подходах к повышению эффективности комбинированного применения гипертермии и лучевых методов лечения — тсрморадиотерапиw.

На рис. 159 представлены данные Л. Гервика (1977), четко демонстрирующие связь цитотоксического действия нагревания с pH. Отсюда становится очевидной целесообразность и необходимость разработки методов снижения pH опухолевых

клеток.клеток.го хомячка от pHго хомячка от pH7” ХЕО L/E00EaJcf9n)£Jiaa7” ХЕО L/E00EaJcf9n)£JiaaОдну из реальных возможностей избирательного снижения внутриклеточного pH представляет гипергликемия. Применение гипергликемии связано с исключительно высокой способностью опухолей потреблять глюкозу. В обычных условиях эта потенциальная способность удовлетворяется не более чем на 10 %, что объясняет крайне низкий в Отличие от нормальных тканей уровень глюкозы, который поддерживается в опухоли в обычных условиях жизнедеятельности организма. При искусственном введении большого количества глюкозы в организм опухоль, используя свои резервные возможности, т. е. действуя, по выражению В. С. Ша пота, как

клеток.

клеток.

го хомячка от pH

го хомячка от pH

7” ХЕО L/E00EaJcf9n)£Jiaa

7” ХЕО L/E00EaJcf9n)£Jiaa

ловушка глюкозы, жадно всасывает ее и, расщепляя до молочной кислоты, подкисляется. Кроме того, в условиях гипергликемии происходит временное нарушение микроциркуляции в опухоли, что способствует удержанию в ней молочной кислоты, а следовательно, и избирательному снижению pH в опухолевых тканях до 6 и даже 5,5 (при очень незначительном снижении этого показателя в большинстве нормальных тканей).

Как показали ранние работы М. фон Арденне и Н. Н. Александрова с сотрудниками (1968——1975), в условиях длительной (до суток и более) гипергликемии содержание сахара в крови увеличивается в 3— 4 раза выше нормы, происходит значительное усиление противоопухолевого действия гипертермии, что вполне понятно, если учесть роль низких величин pH в клеточной термочувствительности.

Весьма важные результаты были получены автором и сотрудниками (1981, 1983) при изучении возможности использовать гипергликемию тотчас после облучения. При этом полагали, что вследствие вызываемого гипергликемией нарушения микроциркуляции, усиливающего гипоксию и снижение pH, должно происходить ослабление процессов пострадиационного восстановления опухолевых клеток. В этом случае могло оказаться достаточным создание значительно более кратковременной гипергликемии. Результаты соответствующих экспериментов на мышах с карциномой Эрлиха и крысах с саркомой-45 подтвердил и такую возможность. При создании кратковременной (2 ч) гипергликемии (20—25 ммоль) до и особенно после облучения удается существенно повысить эффективность излечения животных.

В цикле исследований, проведенных в лаборатории автора, были изучены некоторые механизмы цитотоксического действия глюкозной нагрузки и условия, способствующие ее максимальному проявлению в сочетании с облучением.

Как показали В. В. Мещерикова и Е. А. Волошина (1983), в основе обусловленного гипергликемией усиления противоопухолевого эффекта лежит резкое снижение жизнеспособности облученных клеток, проявляющееся в виде массовой интерфазной гибели в гипоксических зонах опухоли. Эти данные нашли объяснение в модельных экспериментах Н. Л. Шмаковой и соавторов (1984), изучавших зависимость усиления радиационного поражения клеток асцитного рака Эрлиха (при их инкубации с глюкозой) от степени оксигенации. Показано, что как цитотоксическое, так и радиомодифицирующее действие глюкозной нагрузки наиболее сильно выражено в аноксии (ФИД достигает 3,5 и более). Установлено, что решающая роль в летальном действии глюкозной нагрузки на опухолевые клетки принадлежит снижению внутриклеточного pH, которое в гипоксических условиях происходит значительно интенсивнее, чем в условиях хорошей оксигенации. В опытах на перевивных опухолях мышей, подвергнутых локальной гипертермии на фоне пострадиационной гипергликемии, С. В. Козину с со-

авторами (1984) удалось в 3——4 раза снизить дозы излучения, необходимые для получения аналогичного эффекта при самостоятельном облучении. Данные о массовой дегенерации опухолевой ткани, происходящей в условиях гипергликемии прежде всего в плохо снабжаемых кровью, а следовательно, гипоксических зонах опухолей животных и человека, получены Ю. П. Истоминым и В. А. Фурманчуком (1980) при морфологических исследованиях, проводимых в Белорусском НИИ онкологии и радиологии, имеющем наибольший опыт изучения гипертермии.

Полирадиомодификация

• Перспективы управления радиочувствительностью состоят в комбинированном (одновременном или поеледовательном) применении одно- и разнонаправленных радиомодифицирующих агентов (полирадиомодификаций), использующем морфофункциональные особенности опухолей, отличающие их от окружающих нормальных тканей по весьма важным и взаимосвязанным физиологическим параметрам —несостоятельности кровоснабжения, неудовлетворительной оксигенации, повышенной способности к гликолизу и сниженным величинам pH.

Экспериментальные исследования последних лет подтвердили правильность разработанных схем полирадиомодификации (С. П. Ярмоненко, 1981——1987). Иллюстрацией к вышеизложенному могут служить следующие примеры успешного комбинированного применения радио- диомодифицирующих агентов.

Фармакогипоксическая защита. Попытки усиления радиозащитного действия химических протекторов путем комбинированного их применения с гипоксией предпринимались неоднократно. Однако при этом применяли так называемые оптимальные радиозащитные, близкие к токсическим дозы препаратов. Между тем токсичность протекторов, как было показано выше, является одним из основных факторов» лимитирующих их практическое применение. Идея полирадиомодификации, учитывающая представления о едином молекулярном механизме противолучевой защиты (см. схему Л. X. Эйдуса и Ю. Н. Корысто- ват разд. 19.L8), с одной стороны, и различие в фармакокинетике отдельных протективных агентов, с другой, дает основание рассчитывать на возможность достижения существенного радиозащитного эффекта при их комбинированном применении в малых дозах.

В табл. 24 приведены усредненные данные экспериментов, выполненных на 1150 мышах, которым за 10 мин до облучения на воздухе или в гипоксии (7,5% Огт-92,5% N2) внутрибрюшинно вводили цистамин и мексамин (порознь или одновременно) в дозах, составляющих !/3 от наиболее часто применяемых в большинстве экспериментальных исследований. Видно, что как при раздельном, так и при комбинированном применении наблюдается четкая аддитивность противолучевого действия протекторов и гипоксии, позволяющая достичь значений ФИД более 2,5.

Препараты

Воздух

Гипоксия

』口50/30，「Р

ФИД

/n50/35 Гp

ФИД

7,7

1,00

12,8

1,66

Цистамин

0,7

1,26

15,0

1,95

Мекса мин

10,3

1 ,34

14,1

1,83

Цистамин + мек-

13,2

1,71

19,7

2,56

самин

Таблица 24. Раднозащитный эффект комбинированного применения цистамина (50 мг/кг), мексамнна (25 мг/кг) н гипоксии (7,5% О2) при тотальном облучении мышей

Аналогичные данные получены с гаммафосом, а также при других способах применения препаратов (например, перорально) и меньшей степени гипоксии (8——10 % О2). Показано также, что наблюдаемая защита не снижает противоопухолевое действие облучения, если последнее производится в первые 5——10 мин после введения препаратов. Получен

ные данные св и детел ьствуют о перспективности применения переносимых человеком газовых гипоксических смесей и фармакопейных препаратов в нетоксических дозах в целях противолучевой

защиты.

Полирадиомоднфикация при экспериментальной лучевой терапии. Результаты описанных выше экспериментов, вскрывших некоторые стороны механизма действия гипергликемии, а также данные литера

туры послужили основой для радиотерапии. Логика построения соответствующей схемы представлена на рис. 160 и состоит в следующем.

Согласно Дж. Овергаарду, гипертермию (ГТ) целесообразно проводить через 3—4 ч после облучения (1-я строка, рис. 160) в расчете на ослабление суммарного повреждения нормальных тканей при репарации основной доли радиационных повреждений. Как было показано, противоопухолевая эффективность облучения усиливается созданием кратковременной ги-

разработки рациональной схемы термо-

I緻 I3" з I

№6吁、

Гипергликемия

Гипергликемия

Гипергликемии

13 Зак. |490

Рис. 160. Рациональная схема последовательности облучения, гипергликемии и гипертермии (объяснение см. в тексте)

пергликемии (КГ) тотчас после радиационного воздействия (2-я строка). М. фон Арденне впервые продемонстрировал усиление действия ГТ в том случае, если она проводится на фоне КГ (3-я строка). В последней строке показано логически оправданное и экспериментально подтвержденное оптимальное сочетание и последовательность всех трех факторов.

В табл. 25 приведены результаты использования данной схемы полирадиомодификации при локальном облучении на воздухе нлн в условиях газовой гипоксии (6,5 % О2) мышей с солидным раком Эрлиха. В последнем случае представилась возможность оценки результатов совмещения применяемых до облучения средств защиты нормальных тканей со средствами усиления противоопухолевого действия облучения, используемых после него.

Из табл. 25 видно, что комбинированное применение КГ и ГТ резко усиливает противоопухолевое действие ионизирующих излучений; при дозе 30 Гр это приводило к излечению 80 % животных, в то время как само по себе облучение в этой дозе было неэффективным. Вероятность излечения в условиях полирадиомодификации существенно повышалась и при меньших дозах — 20 и 10 Гр. При облучении в условиях гипоксии примерно вдвое снижались кожные реакции, благодаря чему коэффициент терапевтического выигрыша был не менее 3.

Таблица 25. Эффективность полнрадиомодификации при однократном локальном облучении мышей с солидным раком Эрлиха линии ELD на воздухе и в условиях гипоксии (6,5% О2)

Условия опыта

Выжило без опухо* ли* (при 120-суточном наблюдении)

Кожные реакции, баллы2

Число

%

на воз* духе

в условиях гипоксии

20 Гр

0

30 Гр

0

—

—

40 Гр

9/20

45

2,45

1,25

30 Гр + кг

1/20

5

1,67

0,63

30 Гр + ГТ

3/18

17

1,83

0,86

30 Гр -ь кг + гт

31/38

82

2,11

1,05

20 Гр 4- КГ 4- ГТ

12/20

60

t,46

—

10 Гр + кг + ГТ

29/88

33

—

—

10 Гр + кг + м + ГТ3

10/12

83

—

—

1 Так как гипоксия не сказывалась на вероятности излечения, животные, облученные на воздухе и в условиях гипоксии, объединены в одну группу.

2 Кожные реакции оценивали по шкале, разработанной в лаборатории автора.

з М — мексамкк.

25402050 ，勿

BpeMft (农),м&*

Рис. 161. Зависимость продолжительности задержки роста опухолей от степени ингибирования в них кровотока под влиянием гипергликемии или ее сочетания с мекса мином после однократного облучения в дозе 20 Гр

По оси абсцисс — интенсивность кровотока в пострадиационный период, оцениваемая по клиренсу 133Хе (7*1 /2> индивидуально для каждой опухоли; по оси ординат — продолжительность задержки роста солидной формы карциномы Эрлиха ELD (сут); каждая точка — данные по опухолям отдельных животных, подвергнутых одному из следующих воздействий: облучение (/), оолучение+гипергликемия (2), облученне+гипергликемия+мексамин (3)

Учитывая, что в механизме действия КГ большая роль принадлежит ослаблению процессов пострадиационного восстановления вследствие нарушения микроциркуляции, в схему полирадиомодификации был включен мексамин, обладающий вазоконстрикторным действием (в расчете на дополнительное ингибирование кровотока). В этом случае, как видно из табл. 25, излечивалось > 80 % животных при дозе всего 10 Гр.

Значимость пострадиационного ингибирования кровотока для результатов комбинированной терапии сделала возможной разработку подходов к индивидуальному прогнозированию ее эффективности путем прижизненной оценки изменений показателей кровотока под влиянием используемых радиомодифицирующих агентов.

На рис. 161 приведены данные о зависимости между эффективностью лечения опухолей отдельных животных и интенсивностью кровотока в этих же опухолях, оцениваемой по клиренсу 133Хе* Видно, что наряду со значительной вариабельностью индивидуальных значений четко прослеживается тенденция к увеличению периода задержки роста опухолей при усилении степени ингибирования кровотока. Существенное усиление противоопухолевого действия радиации с помощью кратковременной гипергликемии и мексамина наблюдали лишь в тех случаях, когда 7\汽 возрастал в 5—10 раз и более. Аналогичные данные получены и для индивидуальной прогностической оценки эффективности терморадиотерапии, проводимой в условиях гипергликемии. 13*

В настоящее время методы динамической оценки скорости кровотока находятся на стадии экспериментально-клинической разработки.

Рассмотренные аспекты радиобиологических основ лечебного применения ионизирующих излучений в онкологической клинике демонстрируют большие возможности, открываемые фундаментальной радиобиологией для практической медицины. Эти исследования находятся лишь в начале развития, однако, судя по предварительным данным, полученным в эксперименте и клинике, они сулят весьма обнадеживающие перспективы.

梦 Какова связь между результатами лечения первичного очага и выжн- ванием онкологических больных?

В чем смысл управления радиочувствительностью при лучевой терапии? Назовите теоретические и экспериментальные предпосылки оксигено- радиотерапии н гипоксирадиотерапии.

На чем основано применение злектроноакцепторных и других химических радиосенсибилизаторов, а также химических радиопротекторов при лучевой терапик?

В чем состоит основные предпосылки использования гипертермии в качестве адъюванта лучевой терапин?

На что рассчитано создание гипергликемических состояний пр? комбинированном применении ионизирующих излучений и гипертермии?

По каким физиологическим параметрам опухоли отличаются от окружающих нормальных тканей?

На чем основана идея полнрадиомодифнкации?

Приведите примеры эффективных схем пол крадком однф икаци и и дайте их обоснование.

2727.„удобный случай скоропреходящ, опыт обманчив, суждение трудно.Гиппократ.„удобный случай скоропреходящ, опыт обманчив, суждение трудно.ГиппократМОЛОДОМУИССЛЕДОВАТЕЛЮМОЛОДОМУИССЛЕДОВАТЕЛЮДомыслы, гипотезы, факты. Ошибки, подстерегающие экспериментатора, и методы их избежания. Желаемое и действительное. Один опыт — не опыт. Воспроизведение результатов —залог уверенности при выводах.Домыслы, гипотезы, факты. Ошибки, подстерегающие экспериментатора, и методы их избежания. Желаемое и действительное. Один опыт — не опыт. Воспроизведение результатов —залог уверенности при выводах.

27

27

.„удобный случай скоропреходящ, опыт обманчив, суждение трудно.

Гиппократ

.„удобный случай скоропреходящ, опыт обманчив, суждение трудно.

Гиппократ

МОЛОДОМУИССЛЕДОВАТЕЛЮ

МОЛОДОМУИССЛЕДОВАТЕЛЮ

Домыслы, гипотезы, факты. Ошибки, подстерегающие экспериментатора, и методы их избежания. Желаемое и действительное. Один опыт — не опыт. Воспроизведение результатов —залог уверенности при выводах.

Домыслы, гипотезы, факты. Ошибки, подстерегающие экспериментатора, и методы их избежания. Желаемое и действительное. Один опыт — не опыт. Воспроизведение результатов —залог уверенности при выводах.

Радиобиология — дисциплина строго экспериментальная, не терпящая деклараций. Ничто в ней серьезно не принимается на веру без экспериментальной проверки и количественной оценки.

На протяжении всех предыдущих глав автор стремился показать, что и до сих пор, к сожалению, во многих случаях получение такого рода информации затруднено, и потому многие принятые на сегодня постулаты следует рассматривать лишь как временные, способствующие ценой своей «жизни» познанию истины.

Несмотря на эти, казалось бы, непреложные истины, даже в специальной литературе приходится встречаться с «открытиями» и «фактами», которые ——лишь результаты либо неудов летвор ител ьного эксперимента, либо неправильной, а порой и произвольной интерпретации полученных данных. Приводя некоторые наиболее общие причины ошибок, часто встречающихся при анализе результатов радиобиологических экспериментов, и используя длительный опыт (также не свободный от ошибок), автор считает возможным дать некоторые советы в первую очередь молодому исследователю.

ПРОБЛЕМЫ ОЦЕНКИ ВЫЖИВАЕМОСТИ КЛЕТОК

Если вспрмнить зависимость лучевых реакций клеток от стадии клеточного цикла, состояния или мощности репарационных систем, а также от линейных потерь энергии (см. гл. 8), то станет понятным влияние этих биологических и физических факторов на точную оценку кривых выживания. К тому же следует всегда иметь в виду статистическую неопределенность, связанную с неодинаковой эффективностью высева клеток на питательную среду. Все это особенно сказывается на характере начальных участков кривых в области относительно малых доз излучения, тем более, что здесь играет роль и вариабельность выделения энергии на единицу массы на микроскопическом уровне. Уточнение начального участка кривой выживаемости по этим причинам, как образно заметил крупный американский радиобиолог Е. Холл, «... напоминает поиск горшка с золотом, который, как поется в популярной песенке, лежит у дальнего конца радуги; известно, что добраться до него невозможно». Это критическое замечание, высказанное Холлом еще в 1974 г. на 6-й Мемориальной конференции памяти Л. Грея, не потеряло смысл, однако, и по сей день. Конференция была специально посвящена важности определения формы кривых выживания клеток млекопитающих при облучении в диапазоне доз, наиболее часто применяемых в радиобиологических исследованиях и особенно в клинической практике.

Выступивший на конференции английский радиобиолог Дж. Боуг обратил внимание на тот факт, что точность получения точек на кривой выживания определяется и чисто техническими условиями проведения эксперимента с изолированными клетками (рис. 162). Здесь экспериментатора ожидают по крайней мере три вида ошибок:

ошибки 8 разведении суспензии, связанные с неточностью при взятии нужного объема пробы;

ошибки выборки, связанные с ограниченным количеством клеток в пробе при разведении или посеве (частично на это уже было указано);

гремлиновские ошибки — ошибки, обусловленные любыми, недостаточно контролируемыми условиями эксперимента, например температурой, pH, качеством сыворотки или всей питательной среды, концентрацией кислорода, неравномерным перемешиванием суспезии, загрязнением токсическими примесями и др.

Для предсказания вклада гремлиновских ошибок никаких статистических методов не существует. Они обусловливают ошибку, остающуюся после учета всех ошибок, происхождение которых известно.

Рис. 162. Последовательность операций, выполняемых для получения одной точки на кривой выживаемости (гремлиновские ошибки наиболее вероятны на этапе облучения и инкубации)

Тем не менее любая гремлиновская ошибка, связанная с неконтролируемыми переменными, будет уменьшена, если несколько опытов ставить одновременно или в частой последовательности друг за другом. Поэтому следует планировать опыты попарно (опыт и контроль) и повторять их достаточно часто.

Воспроизводимость результатов в повторных опытах — непреклонное условие любого эксперимента (независимо от гремлинов- ских ошибок), проводимого на всех уровнях. Один опыт— вообще не опыт; бытует афоризм: «хочешь получить однозначные данные, поставь только один опыт, — результаты второго будут заведомо другими».

Необходимость повторных опытов, причем каждый раз с контролем, с целью выяснения степени воспроизводимости результатов диктуется свойственной биологическим объектам индивидуальной вариабельностью реакций на действие любых агентов, в том числе и ионизирующих излучений. Представление о варьировании показателей радиочувствительности клеток весьма наглядно демонстрирует приведенный в гл. 20 рис. 145, кривая а которого построена на основании усреднения в каждой точке результатов нескольких опытов, а на кривой б для наглядности представлены данные отдельных опытов. Как видно из разброса экспериментальных точек, на кривой 6, с одной стороны, при одной и той же дозе излучения, например при дозе 20 Гр, выживаемость клеток в разных опытах различается примерно в 5 раз, а с дру-

гой — дозы, вызывающие 50 % гибели клеток в разных опытах, различаются почти в 2 раза. Не менее наглядно вариабельность индивидуальной радиочувствительности организма показана на рис. 65, в этом случае для построения всей кривой выживания использовано в опыте более 500 животных.

По этой же причине не рекомендуется ограничиваться небольшим числом доз, а уж тем более одной дозой излучения, что при недостаточном числе опытов может исказить результат даже качественно, не говоря о невозможности количественной оценки.

Егце одно весьма существенное ограничение к использованию единичных доз излучения связано с правильностью интерпретации или оценки результатов даже в повторных опытах. Довольно часто при изучении какого-то радиомодифицирующего агента его эффективность характеризуют тем, что он в несколько раз повысил выживаемость клеток, что, на первый взгляд, производит определенное впечатление. Однако на самом деле такой результат при количественной оценке оказывается неубедительным. На рис. 163 показано, что при попытке построения дозовых кривых на основании данных, полученных при одной дозе (обозначено точками), повышение выживаемости в 2 и даже в 5 раз

изменению дозы, ФИД равен 1,1—изменению дозы, ФИД равен 1,1—соответствует всего 10—40 %-ному 14

изменению дозы, ФИД равен 1,1—

изменению дозы, ФИД равен 1,1—

Доза излучения 3 ГрДоза излучения 3 ГрРис. 163. Гипотетические кривые выживания клеток» построенные по данным, полученным при изучении некоего протектора в одной дозе излучения (8,6 Гр).

Доза излучения 3 Гр

Доза излучения 3 Гр

В зависимости от условий эксперимента, например концентрации препарата, выживаемость повышается в 2 раза (кривая /) н в 5 раз (кривая 2) по сравнению с контролем (К). При попытке построения кривых в расчете, что они выходят из одной точки (т. е. имеют одинаковое я>, ФИД оказывается соответственно равным только I」 и 1,4

Существуют и другие «подводные камни», предостерегающие исследователя от принятия желаемого за действительное, связанные с вероятностными оценками результатов.

ЭКСТРАПОЛЯЦИИ — возможностиИ ОГРАНИЧЕНИЯ

Общие условия проведения экспериментов на клеточном уровне, соблюдение которых способствует получению достоверных данных, остаются в силе и даже в большей степени значимы при проведении радиобиологических экспериментов на животных, многофакторность организма которых лишь усложняет ситуацию. Необходимость повторных экспериментов, имеющих каждый раз собственные контрол и в этом случае, обусловливается еще и тем, что если in vitro стандартизация условий эксперимента (температура, давление, состав среды и др.) в значительной степени находится в руках исследователя, то в опытах на животных, как правило длительных, в реальной ситуации стандартизировать условия практически невозможно. Между тем все эти факторы и многие другие (питание, время года, половые циклы и др.) существенно влияют на радиочувствительность животных, и без того подверженную значительным индивидуальным колебаниям.

• Из практики радиобиологии известны печальные примеры «открытий», имевших одну причину — пренебрежение необходимостью иметь собственные контрол и в каждой серии опытов. Так, неоднократно «открывали» (разумеется, на очень короткое время) «эффективные» протекторы, которым посвящены статьи и даже книги.

Эксперименты на животных, как правило, лишь ступени, облегчающие экстраполяцию обнаруженных радиобиологических закономерностей на человека. Именно таким путем были получены основные данные о механизмах развития различных форм лучевых поражений, позволившие разработать принципы их патогенетической профилактики и лечения, а также научно обоснованного использования разных видов ионизирующих излучений в онкологии. Всегда следует помнить, что попытка непосредственного экстраполирования результатов экспериментов, проводимых на объектах одного уровня биологической организации, часто имеет серьезные ограничения при переходе на объекты другого уровня организации.

Многие асцекты этой проблемы в большей или меньшей степени были рассмотрены в предыдущих главах; приведем лишь несколько наиболее демонстративных примеров.

Как было показано, радиочувствительность опухолевых клеток при их облучении в культуре ткани может сильно (в 2——3 раза) отличаться от тех же показателей при изучении в составе опухоли, что связано, например, с условиями кровосн абжени я, а следовательно, питания и

снабжения кислородом, не говоря о многих факторах влияния самого организма. Ясно поэтому, сколь неосмотрительными могут оказаться прямые экстраполяции данных, получаемых на клеточном уровне, если основные модифицирующие факторы, свойственные организму, не могут быть учтены.

Существование феномена пострадиационного восстановления и связанного с ним ослабления поражения со снижением мощности дозы излучения, регистрируемого по самым различным показателям (см. гл. 6, 12, 15), следует признать серьезным аргументом против экстраполяции кривых зависимости стохастических эффектов от дозы в область минимальных доз (для которых экспериментальные данные не получены) на основании линейной зависимости, имеющей место в области значимых доз. Между тем именно на такой экстраполяции основана концепция «риска» при радиационно-гигиеническом нормировании (см. гл. 17), исходящая из беспорогового характера биологического действия ионизирующих излучений.

При обсуждении этого вопроса в Национальном комитете США по радиационной защите в марте 1979 г. было высказано мнение о том, что с позиций концепции беспороговой зависимости между дозой излучения и канцерогенным эффектом не представляется возможным разработать действенную систему мер по снижению канцерогенного риска при контактах человека с ионизирующим излучением. Эволюция этих представлений в последующем привела к тому, что в сентябре 1980 г. на очередной сессии Научного комитета по действию радиации при ООН в Вене были высказаны и одобрены в дискуссии справедливые положения о том, что оценка риска с позиций линейной концепции является максимальной для индукции рака на уровне клетки (точнее для клеточной трансформации). Фактически, однако, и в этих условиях может быть выявлен так называемый квазипорог, который можно опре- дилить из анализа кривых доза — эффект, имеющих сигмоидную форму. Еще более вероятно получение подобных кривых в случае 4юрмирования и клинического выявления опухоли в организме животных и человека. В этих терминах радиационное индуцирование опухоли приобретает черты обычных соматических реакций, но в отличие от последних оно возникает при значительно меньших дозах.

Непосредственно к этому примыкает третий пример оправданной сдержанности в экстраполяционных обобщениях при переносе на крупных животных (не говоря о человеке) результатов, полученных в опытах на грызунах. Речь идет о существенных количественных различиях между частотой и спектром возникновения опухолей и долей укорочения продолжительности жизни на единицу дозы излучения у мышей и отмеченными в результате продолжающихся широких эпидемиологических исследований у лиц, переживших атомную бомбардировку.

Наконец, нельзя не предостеречь и от опасности любых экстраполяций при попытках выяснения клеточных, а тем более молекулярных ме-

ханизмов радиобиологических явлений на основании результатов опытов на животных, ибо недооценка многофакторных влияний, имеющих место в организме, чревата искажением истинных причинно-следст* венных отношений, объясняющих наблюдаемые факты.

МАТЕМАТИКА И РАДИОБИОЛОГИЯ

Надежным способом, позволяющим исключить различные ошибки, является проведение повторных экспериментов. Однако не менее важен правильный анализ результатов экспериментов, осуществляемый либо путем их статистической обработки, либо с помощью моделирования. И вот тут, к сожалению, нередко переоценивают, а точнее неправильно понимают роль, а главное, место используемых для этих целей математических методов.

Прежде всего следует помнить, что статистическое заключение об изучаемом процессе или явлении может быть достаточно точным лишь при знании природы распределения анализируемой выборки. Если это распределение нормальное, то для его обработки пригодны достаточно простые параметрические методы вариационной статистики. Однако, чтобы получить нормальное распределение, как правило, требуется использование в экспериментах большого числа исследуемых объектов. Между тем чаще всего, особенно в последнее время, возникает необходимость оценки результатов в малых выборках, когда распределение оказывается лог-нормальным. В этих случаях оперируют логарифмами величин или используют непараметрические методы статистического анализа, являющиеся более трудоемкими. При несоблюдении этих условий заключение о значимости полученных данных, которое, помимо всего прочего, помогает предсказать пути дальнейшего развития, не будет иметь достаточных оснований. Введение в исследовательскую практику компьютерной техники, в том числе персональных компьютеров, облегчает применение непараметрических методов.

Не менее важно соблюдение ряда условий и для получения правильной информации с помощью математического моделирования. Рассматривая возможности математических моделей в различных областях биологии, Н. Н. Плохинский дает следующее определение: «Математическая модель ——это описание математическим способом состояния или процесса, которое помогает извлечь дополнительную информацию о сущности явления, о его основной закономерности».

Основными критериями выбора модели являются: 1) надежная научно-теоретическая основа; при этом модель должна представлять собой результат формализации определенных теоретических предпосылок о характере изучаемого процесса; 2) возможность аппроксимации экспериментальных данных с учетом точности эксперимента; 3) простейшая форма и минимальное число параметров, совместимое с ра-

зумной ошибкой, ибо при малых выборках с увеличением числа параметров снижается точность оценки.

Последнее особенно важно, ибо путем увеличения числа неизвестных параметров той или иной модели можно легко добиться аппроксимации экспериментальных данных, однако это отнюдь не будет свидетельствовать о правильности избранной модели. Никогда не следует забывать замечания Г. Росси:《…с тремя переменными я могу описать слона, а при че!ырех — он пойдет у меня гулять».

К сожалению, этим важным условием часто пренебрегают, а между тем самые совершенные ЭВМ не могут компенсировать недостатки первоначальной обработки. «... мы зачастую втискиваем экспериментальную кривую в смирительную рубашку —— избранную модель (делая это обычно в укрытом от чужих глаз месте, каковым является компьютер), и если данные при этом не стонут слишком громко, мы говорим, что модель подходит» (Дж. Боуг).

Этот пример ярко иллюстрирует ошибочность бытующего представления о первенствующей роли математических (не путать с количественными) методов в биологии вообще, в том числе и в радиобиологии. «Попытки описания биологических явлений с помощью математических категорий по существу являются применением метода аналогии в научном исследовании, в рамках которого математика выступает в роли модели биологии. Но модель должна быть аналогична явлению. Следовательно, доверие к результатам, полученным с помощью математического описания, может быть основано на том, что математическая модель и биологическое явление соответствуют друг другу в ясно определенных отношениях соответствующих сторон» (А. И. Умов).

• В любой отрасли знаний определяющим является высокий профессионализм, в наше время сочетающийся с достаточной эрудицией (не путать с дилетантством) в смежных вопросах. Именно высококвалифицированный специалист, сам владеющий математическими знаниями или в содружестве с математиком, должен решать вопрос о несбходимости математической обработки результатов экспериментов и оптимальном способе ее осуществления. Сказанное в полной мере относится и к привлечению математических подходов при планировании экспериментов, которое само по себе также должно осуществляться специалистом в данной конкретной области науки.

Все это, однако, ни в коей степени не влияет на основной тезис о крайней несбходимости математического языка при описании радиобиологических процессов, особенно для правильного установления причинно-следственных отношений между изучаемыми явлениями. Часто применяемые в этих случаях качественные приемы и, что еще опаснее, аналогии ведут к неправильной интерпретации полученных фактов, а следовательно» к искажению реальной действительности. Отсюда неправомочность, к сожалению, еще бытующей крайней

позиции, согласно которой «писание математических формул в биологии объявляется, как минимум, занятием второго сорта».

Здесь совсем не рассматривалось абсолютно обязательное для любого эксперимента требование —— использование методик, адекватных задаче. Наглядный пример этого был приведен при описании опытов М. Элкинда, в которых неучтенная диффузия кислорода через пластмассовую посуду привела к неправильному заключению о механизме пострадиационной репарации (см. разд. 7.3).

Многолетний личный опыт и научные контакты автора позволяют заверить молодого специалиста, что учет даже проанализированных аспектов методологии научного исследования окажется полезным на всех этапах, начиная от постановки задачи и заканчивая успешным, правильным и быстрым ее решением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

РАДИАЦИЯ, ПРОГРЕСС И ЧЕЛОВЕЧЕСТВО

Начиная книгу историческими словами Пьера Кюри, мы выразили надежду, что в конечном итоге восторжествует мирная часть пророчества великого ученого. Современные стремительные темпы технического прогресса неразрывно связаны с ядерной энергетикой.

Человечество уже сегодня поставлено перед проблемой несоответствия потребности в энергии и производимым ее количеством» а также истощающимися запасами природного топлива. Ядерная энергия является мощнейшим фактором покрытия этого дефицита. В настоящее время в некоторых европейских странах до 30 % электроэнергии производится за счет энергии деления ядра. По прогнозам, ^считывающим рост населения и потребности в электроэнергии, в ближайшие 10 лет вклад атомных электростанций в ее производство возрастет в 10 раз, а через 50 лет — в 1000 раз. Однако мировые запасы урановой руды при таком темпе развития атомной энергетики истощатся за несколько десятилетий. Это выдвигает проблему строительства реакторов на быстрых нейтронах, способных использовать не только уран, но и плутоний.

Существуют, например, предположения о том, что к 2030 году только в Великобритании будет построено несколько сотен реакторов на быстрых нейтронах общей мощностью 370 ГВт, а в США уже к 2020 году запланировано 2000 таких реакторов и 60 заводов по изготовлению ядерного топлива.

Наконец, все более реальной становится возможность использования энергии термоядерного синтеза,——по существу, неистощимого и, что самое главное, чистого источника энергии.

В этой ситуации следует иметь в виду аргументы, приводимые оппонентами развития атомной энергетики. Основные аргументы состоят в неизбежном нарастании а огромных количествах радиоактивных отходов, выдвигающем проблему их изоляции и хранения в течение тысячелетий, которая сама по себе и в сочетании с необходимостью переработки использованного топлива, а также демонтажа отработанных реакторов становится сомннте/ьно酉 в экономическом отношении. Человечество обеспокоено также увеличением потенциальной возмож-

ности использования плутония в военных целях, особенно по мере вовлечения в строительство атомных электростанций все новых стран, не говоря об опасности радиоактивного загрязнения окружающей среды в результате аварий, вероятность которых со стремительным развитием атомной энергетики повышается.

Разумеется, эти вполне естественные опасения людей учитывались и сторонниками использования энергии ядра в обеспечении жизни и прогресса. Еще в 1975 г. Комитетом по ядерному регулированию США был предпринят анализ вероятности всех возможных последствий аварий на ядерных реакторах. Это мероприятие заняло два года и обошлось в 2 млн. долларов. Комитет пришел к выводу о том, что вероятность крупной аварии, могущей привести к гибели 1000 человек, очень мала ——приблизительно 1 случай на 108 лет, т. е. значительно меньше, чем любые стихийные бедствия (землетрясение, наводнение, извержение вулкана) или различные крупные происшествия (прорыв плотины, авиакатастрофы, незапланированный выброс хлора).

В последующем эти оценки подверглись обоснованной критике. Так, например, Дж. Боуг (1987) считает в принципе невозможной оценку вероятности аварий, так как они могут быть следствием не столько технологических просчетов, сколько результатом непредсказуемых ошибок или прямой оплошности обслуживающего персонала. Примером тому могут служить аварии на атомных станциях в Три Майл Айленде и в Чернобыле.

Сопоставляя даже приведенные доводы «за» и «против», становится совершенно очевидной целесообразность принятия реальной точки зрения о неотвратимом развитии ядерной энергии как естественного спутника научно-технического прогресса. Уже сейчас энергия атома верно служит человеку в различных областях науки и техники. А если хоть немного пофантазировать, то можно представить себе самые невероятные пути ее использования в будущем, вплоть до управления наследственностью, а следовательно, жизнью.

Грядущие успехи в этом направлении в большой степени связаны с развитием радиобиологии, ряда смежных дисциплин и новых областей знания, становление которых также будет следствием прогресса. Предвидеть все это сейчас невозможно. И все-таки, даже с позиций сегодняшнего дня, совершенно очевидны увлекательные горизонты радиобиологии. Они определяются прежде всего нерешенными вопросами действия ионизирующего излучения на биологические объекты и особенно на организм человека, ответы на которые даст молодое поколение исследователей.

Как было показано в большинстве глав книги, таких нерешенных вопросов еще очень много. И это совершенно естественно, так как радиобиология ——наука молодая, наука XX века. В процессе своего бурного развития радиобиология, неоднократно претерпев ломку старых и возникновение новых представлений, все еще находится на стадии фор-

мирования. Наиболее ярко это проявляется в отсутствии единой теории биологического действия ионизирующих излучений, удовлетворительно и непротиворечиво отражающей основные экспериментальные явления и позволяющей предсказать результаты последующих исканий.

Широкий спектр рассматриваемых вопросов, неизбежный при попытке изложения радиобиологии организма млекопитающих, лишил возможности изложения многих аспектов этой проблемы, хотя основные из них, как нам кажется, были подвергнуты достаточно подробному обсуждению. При этом читатель мог легко убедиться в обилии внешне противоречивых фактов, а отсюда и различных точек зрения, также противоречивых или дополняющих друг друга, если они объясняют лишь часть того или иного явления. Наиболее наглядно это проявляется при анализе лучевых реакций организма, зависящих от бес конеч* ного множества трудно контролируемых факторов, что значительно осложняет вычленение решающих звеньев, ответственных за лучевое поражение и его исход.

Один из реальных способов решения этой задачи — использование средств модификации лучевого воздействия в качестве инструмента, с помощью которого можно рассчитывать на проникновение в тайны радиобиологического эффекта. Вот почему изучение механизмов природной радиочувствительности, а также средств управления тканевыми и системными реакциями организма человека ——центральная и перспективная проблема радиобиологии.

Острота и актуальность этой проблемы будут постоянно увеличиваться, если иметь в виду неминуемое расширение сферы контактов всего живого с ионизирующей радиацией, причем не только на нашей планете, но и за ее пределами вследствие бурного развития космических исследований. Поэтому разработка и усовершенствование доступных массовых способов повышения устойчивости организма к действию радиации всегда будет занимать внимание радиобиологов.

При решении данной проблемы в настоящее время и в ближайшем будущем, пока мы не приблизимся к пониманию и надежной оценке непосредственных и отдаленных соматических и генетических последствий действия небольших доз острого и хронического облучения, необходимо максимально ограничить возможность облучения человечества 6 целом. Речь идет о строгом контроле за медицинскими радиорент- генологическими процедурами, особенно при обследовании беременных женщин, которое должно проводиться только в случае крайней необходимости. Кроме того, не меньшее внимание должно быть уделено проблеме загрязнения окружающей среды радиоактивными отходами производств атомной промышленности и радиоактивными веществами, используемыми в научно-исследовательской практике.

Наряду с этим, однако, предстоит решение чрезвычайно важного, принципиального вопроса о пороговости радиобиологических реакций, чтобы обосновать величины и мощности доз различных видов радиации

М условия облучения, которые с учетом всех положительных последствий широкого и массового использования ядерной энергии могут быть разумно приняты человечеством в качестве допустимых, разумеется, наряду с максимальным использованием мер защиты.

Мы полагаем весьма важной, и прежде всего из самых гуманных соображений, усиленную разработку и своевременное решение этого вопроса. К нему, а следовательно, и ко всей проблеме повышения радиоустойчивости организма непосредственно примыкает крайне актуальная задача —— изучение возможности усиления репарации лучевых повреждений, в том числе и генетических повреждений.

Эта задача должна решаться не только на клеточном уровне. Следует учитывать возможность участия в репарации клеточного лучевого повреждения регулирующих систем организма, имея в виду безусловно существующие, хотя и мало изученные, неразрывные связи физиологических и генетических форм существования живой материи.

С этими же вопросами непосредственно связаны перспективы двух медицинских аспектов радиобиологии, также имеющих огромное прак* тическое значение.

Первый из них состоит в разработке радионуклидных методов исследования различных функций организма и диагностики многих заболеваний. чему препятствует недостаточная разрешающая способность этих методов, ограниченная, в свою очередь, традиционным соблюдением определенных доз излучения {независимо от интенсивности) из-за опасности самостоятельного радиационного воздействия на изучаемые функции. И здесь необходимо трезвое сопоставление несомненной пользы для здоровья и сомнительных последствий «переоблучения», что может потребовать пересмотра сегодняшних представлений.

Другой медицинский аспект ——усовершенствование существующих */； создание новых способов лечения опухолей не только собственно лучевым методом, но при сочетании с лекарственными препаратами и другими методами воз действ и я.

Огромные перспективы имеют иммунологические аспекты радиобиологии. ибо нет оснований сомневаться, что они всегда будут играть большую роль в терапии опухолей, в преодолении тканевого барьера на пути трансплантации органов, а также при решении других проблем.

Заканчивая книгу, уместно рассказать о том, что крупнейший биолог современности Макс Перутц, размышляя вскоре после получения Нобелевской премии о перспективах молекулярной биологии в ближайшие десятилетия, составил шутливый экзаменационный билет для студентов, которые будут сдавать экзамен по этому предмету в 2000 году.

Заимствуя эт\ идею, представим себе вопросы экзаменационного билета 2000 года но радиобиологии:

——Расскажите о радиационно-генетических принципах получения новых ценных пород животных и сельскохозяйственных культур.

——Что вы зиаете о способах прогнозирования индивидуальной радиочувствительности?

—Изложите наиболее эффективные методы управления лучевыми реакциями организма.

——Какие способы профилактики радиационных поражений предусмотрены для использования экипажем космического корабля во время длительного межпланетного полета?

— Приведите примеры саморегулирующихся программ лечения опухолей, учитывающих динамику радиобиологических параметров.

Пусть что-то окажется плодом мечтаний и фантазии. Но ведь «... без мечты, — говорил В. И. Ленин, — человек превращается в животное. Мечты двигают прогресс»1.

В то же время в большом числе случаев сейчас невозможно предсказать непосредственно практически значимые результаты, ибо «... не в поисках за ближайшими приложениями возводится здание науки, а приложения только являются крупицами, падающими с ее стола». Памятуя эти слова нашего выдающегося соотечествен н и к а К- А. Тимирязева, становится совершенно очевидным, что исследователя, который посвятит свою жизнь радиобиологии» ждет трудная, с неизбежными периодами разочарования, но в целом увлекательная и полезная творческая деятельность и работа.

• Каждый биолог и врач должен знать коварные повадки радиационного агента — основного фактора внешней среды, именем которого назван наш век, с тем чтобы заставить его верно служить человечеству с минимальным риском для здоровья.

Цитировано по В. Анучину. «Встреча и переписка с В. И. Лениным». //Сибирские огни. 1947. № 2.

МКРЗ НКДАРМКРЗ НКДАР^当 hГПД喘^当 hГПД喘СБССБС

МКРЗ НКДАР

МКРЗ НКДАР

^当 hГПД喘

^当 hГПД喘

СБС

СБС

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АЭТ— аминоэтилизотиуронии

ВДФ— время, доза, фракционирование

ВОЗ— Всемирная организация здравоохранения

КВ— коэффициент времени

ККУ— коэффициент кислородного усиления

КОЕ— кроветворные колониеобразующие единицы

КТ У— коэффициент теплового усиления

КЭ— кислородный эффект

ЛД ——летальная доза

ЛПЭ— линейная передача энергии

ЛРТ— липидные радиотоксины

МАГАТЭ — Международное агенство по атомной энергии

МАРЗ ——Международная ассоциация по радиационной защите

МКРЕ ——Международная комиссия по радиационным единицам и изме-

рениям

——Международная комиссия по радиологической защите

—Научный комитет по действию атомной радиации

——Национальная комиссия по радиационной защите

—нормы радиационной безопасности

—номинальная стандартная доза

——относительная биологическая эффективность

—основные санитарные правила работы с радиоактивными веще- вами и другими источниками ионизирующих излучений

— предельно годовое поступление

—предел дозы

——предельно допустимая доза

——предельно допустимое поступление

—первичные радиотоксины

—2-мер каптоэтиламин

—продукты ядерного взрыва

—продукты ядерного деления

— фактор изменения дозы

—фактор терапевтического выигрыша

—эффективность восстановления

/С главе/С главе12151715111910, 11, 1818191711, 1819201921495, 8, 17141015, 176, 106, 106, 1012151715111910, 11, 1818191711, 1819201921495, 8, 17141015, 176, 106, 106, 10

/С главе

/С главе

12

15

17

15

11

19

10, 11, 18

18

19

17

11, 18

19

20

19

21

4

9

5, 8, 17

14

10

15, 17

6, 10

6, 10

6, 10

12

15

17

15

11

19

10, 11, 18

18

19

17

11, 18

19

20

19

21

4

9

5, 8, 17

14

10

15, 17

6, 10

6, 10

6, 10

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Название

Акоев И. Г. Проблемы постлучевого восстановления. М., 1970.

Александров С. Н, Патогенез сокращения продолжительности жизни // Современные проблемы радиобиологии. Проблемы современной геронтологии. М., 1978. С. 192—204.

Алексахин Р. М. Ядерная энергетика и атмосфера. М., 1982.

Бак 3., Александер П. Основы радиобиологии. М., 1963.

Биологические эффекты неравномерных лучевых воздействий / Под ред. Н. Г. Да ренской. М., 1974.

Биохимические основы действия радиопротекторов / Е. Ф. Романцев, В. Д. Блохина, 3. И. Жуланова и др. М., 1980.

Бонд В., Флиднер Т., Аршамбо Д. Радиационная гибель млекопитающих. М., 1971.

Бутомо Я. Ф. Трансплантация костного мозга при лучевых поражениях. Л., 1970.

Владимиров В. F., Джаракян 7. К. Радиозащитные эффекты у животных и человека. М., 1983.

Воробьев Е. 〃.，Ставицкий Р. В., Книжников В. Л. Облучение населения СССР в 1981——1982 гг. в результате применения источников ионизирующих излучений в медицинских диагностических целях. М., 1984.

Гуськова Л. К・，Байсоголов Г. Д. Лучевая болезнь человека. М„ 1970.

Гончаренко Е. H.t Кудряшов Ю. 6. Гипотеза эндогенного фона радиорезистентности. М., 1980.

Жаврид Я. 4., Осинский С. 〃.，Фрадкин 3. С. Гипертермия и гипергликемия в онкологии. Киев, 1987.

Жеребченко 〃. Г. Противолучевые свойства иидолилалкил- аминов. М., 1971.

Жизнеспособность клеток, облученных в малых дозах / Под ред, Т. Альпер. М., 1980.

Иванов В. И., Лысцов В. М., Губин 4. Т. Справочное руководство по микродозиметрии. М., 1986.

Капулъцевич Ю. Г. Количественные закономерности лучевого поражения клеток и радиочувствительность. М., 1978.

Кеирим-Маркус Я. Б. Эквидозиметрия. М., 1980.

Кендыш И. Н. Биохимические механизмы радиобиологическо- го эффекта на уровне организма // Итоги науки и техники. Радиационная биология. Т. 2. М., 1974.

Кинетические аспекты гемопоэза / Под ред. Г. И. Козинца и Е. Д. Гольдберга. Томск, 1982.

Коггл Дж. Биологические эффекты радиации. М” 1986.

Комар В. Е, Хансон /С П. Информационные макромолекулы при лучевом поражении клеток. М., 1980.

КояопАЯкников Л. Г. Радиобиология стволовых клеток. М., 1984.

Корогодин В. И, Проблемы пострадиационного восстановления. М., 1964.

Кузин А. М. Стимулирующее действие ионизирующего излучения на биологические процессы. М., 1977.

922204. 5, 6, 91713, 18171311, 18922204. 5, 6, 91713, 18171311, 1820141817161818146, 10995191419, 212020141817161818146, 10995191419, 2120

9

2

2

20

4. 5, 6, 9

17

13, 18

17

13

11, 18

9

2

2

20

4. 5, 6, 9

17

13, 18

17

13

11, 18

20

14

18

17

16

18

18

14

6, 10

9

9

5

19

14

19, 21

20

20

14

18

17

16

18

18

14

6, 10

9

9

5

19

14

19, 21

20

Кузин А. М. Структурно-метаболическая теория в радиобиологии. М., 1986.

Кюри М. Пьер Кюри. М., 1968.

Кюри Е Мария Кюри. М., 1968.

Локальная гипертермия в терапии злокачественных опухолей / А. Г. Коноплянников, А. Н. Деденков, О. К. Курпешев и др. М., 1983.

Ли 〃. 3. Действие радиации на живые клетки. М., 1962.

Моисеев А. 4, Иванов В. И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. М., 1984.

Неотложная помощь при острых радиационных воздействиях / Под ред. Л. А. Ильина. М., 1976.

Нормы радиационной безопасности (НРБ-76). М., 1978.

Осанов Д. П., Лихтарев И. Л. Дозиметрия излучения инкорпорированных радиоактивных веществ. М., 1977.

Острые эффекты облучения у пострадавших при аварии на ЧАЭС / А. К. Гуськова, А. Е. Баранов, А. В. Барабанова и др. // Мед. радиология. 1987. № 12. С. 3—18.

Относительная биологическая эффективность излучений. Фактор времени облучения / Н. Г. Даренская, Л. Б. Козлова, И. Г. Акоев и др. М., 1969.

Пелевина И. И., Афанасьев Г. Г., Готлиб А Я. Клеточные факторы реакции опухоли на облучение и химиотерапевтические воздействия. М., 1978.

Петров 尸.В. Иммунология острого лучевого поражения. М., 1962.

Петров 尸.В. Иммунология. М., 1987.

Радиационная защита. Рекомендации МКРЗ / Публикация 26. М., 1978.

Раф Р. Действие излучения на половые клетки, развивающийся плод и клеточную дифференциацию. Механизмы радиобиологического эффекта. М., 1962.

Руководство по организации медицинской помощи при радиационных авариях / А. К. Гуськова, А. В. Баранова, Р. Д. Друтман и др. 1985.

Руководство по радиационной гематологии / Под ред. С. П. Ярмоненко. М., 1974.

Свердлов А. Г. Опосредованное действие ионизирующего излучения. М., 1968.

Сравнительная клеточная и видовая радиочувствительность. М., 1974.

Гимофеев-Рессовский Н. А, Иванов В. И., Корогодин В. Н. Применение принципа попадания в радиобиологии. М., 1968.

Хуа О., Келлерер А. Стохастическая радиобиология. М.( 1969.

Эйдус Л. X. Физико-химические основы радиобиологических процессов и защиты от излучений. М., 1979.

Эйдус Л. X, Корыстов Ю. К Кислород в радиобиологии. М., 1984.

Я рилин 4. А. Клеточные основы действия радиации на иммунитет // Современные проблемы радиобиологии. М., 1980.

Ярмоненко С. П, Управляемые кванты. М., 1983.

Ярмоненко С. 〃.，Вайнсон 4 4, Магдон 3. Кислородный эффект и лучевая терапия опухолей. М., 1980.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ i

Аддитивность 94, 95*

Актиномицин D 383

Альфа (а)-частицы 33, 38

Аминотиолы См. Меркаптоалкилами- ны

Аминоэтилизотиуроний (АЭТ) 329, 332*, 334t 338

Аноксня 324

—костного мозга 335, 336*

——регионарная турникетная 377

Атомных электростанций санитарные правила проектирования и эксплуатации 287

Беккерель 4244*

Белкового обмена ранняя диагностика 228

Бергонье и Трибон до правило 24, 63» 66, 143, 151

Бета (Р)-частицы 33

Биохимический шок 321

Брэгга кривая 37, 38*, 358—360*

Бэр 41, 43*, 44*

Восстановление в отдаленные сроки 346

—ДНК, молекулярные механизмы 85, 86

—истинное пострадиационное 80, 81*

—клетки 79, 80, 88, 120, 189, 207

быстрое 82

влияние кислорода 103

медленное 82

——мера способности 71

от потенциальных повреждений 88

от сублетальных повреждений 83

—костного мозга 193

—кроветворной системы 309

—малообновляющихся тканей 201, 202*, 204*

—метод количественной оценки 190

—организма 189, 199

Блэра теория 190, 191*

—хромосом 203

Восстановления фактор 85

一 эффективность 85

Время, доза, фракционирование (ВДФ), концепция 372

Галоидированные аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований 383

Гаммафос 318, 319* 332*, 386, 387*

Гемостаз клеточный 140

Генотип 269

Гипергликемия 390

Гипертермическая онкология 388, 389

Гипертермия 388

Гипоксирадиотерапия 378—380

Гипоксия 323

—влияние на развитие отдаленных последствий 347—349

— радиозащитное действие 378

Горячие пятна 213

Гранулоцитов выживание после облучения 145, 146*

Грей 31, 42—44*

Гремлиновские ошибки 398, 399*

Дейтрон 33

Делеции 65

Дессауэра теория 24

ДНК биосинтеза высокая радиочувствительность 226

Доза излучения инактивирующая 118

интегральная 41, 44*

летальная (ЛДм) 31

минимально абсолютно летальная 158

минимально летальная 158

номинальная стандартная

(НСД) 372

1 Звездочкой отмечены страницы, на

которых помещены рисунки или таблицы.

поглощенная 40, 44* мощность 42, 44*, 46*

предельно допустимая (ПДД) 283

среднелетальная 118, 162*

толерантная 371

удваивающая 283

эквивалентная 41, 44*, 114, 214

индивидуальная 283

средневзвешенная 286

эффективная 290

экспозиционная 41, 44*, 46*

Доза — эффект, кривые 24

Дозы малые, канцерогенный риск 291

—предел (ПД) 283

Желудочно-кишечный синдром 149, 162, 181

закономерности поражения организма 135

корпускулярные 36

косвенное действие 49, 50*, 52, 53

лечебное применение 352, 357, 358*

опосредованное действие на кроветворение 219

первичное действие 218

биохимический этап 226

плотноионизирующие 37, 39

прямое действие 49, 50*, 53

редкоионизирующие 37

специфика действия 117

электромагнитные 33, 34

Истощения болезнь 300

Иодацетамид 383

Защита от нейтронного излучения 38

отдаленных последствий облучения 343

—противолучевая 95, 325

биологическая 316

механизмы 317

единый молекулярный механизм 392

фармакогипоксическая 392, 393*

фармакологическая 316

химическая 93

Зиверт 41, 43*, 44*

Иммунитета роль в патогенезе - лучевой болезни 222, 224, 225*

Иммунодефицит поздний 223

Иммунологическая депрессия 224

Индолилалкиламины 329, 333

—защитный эффект 323

Инцизия 86

Ионизации потенциал 33

Ионизация 33

Ионизирующее излучение 32

беспороговость действия 290

виды 284

вторичное действие 218

гигиеническое нормирование 272

действие на генетический аппарат клетки 25

эмбриогенез 24

дистанционное влияние 218

Катаракта радиационная 247, 248*

Кислородный эффект (КЭ) 93, 97, 101*, 323

Клетки выживаемость после облучения 63, 67, 68*( 77, 143, 144*, 398

—гибель 63, 73

интерфазная 65, 66*, 148

разрывы ДНК 77

репродуктивная (митотичес

кая) 63, 65

——гигантские 64

——желудочно-кишечного тракта, радиационные изменения 148

—задержка деления 58, 62

—иммунокомпетентные 300

——кривые выживания 69, 70*

—повреждения 332

радиационные 79

поражения летального критерии 72

радиационные 124, 125

—стволовые (клоногенные) 140, 194

—ЦНС, радиационные изменения 150

Клеточного обновления система 140— 142*, 298

Клеточный цикл, современные представления 56, 57*

——длительность 362

Клонообразование 63

Компенсационная способность объекта 123

Комптон-эффект 34, 35*

Костного мозга аутотрансплантация 305, 387, 388*

замещение 298, 299第，303*, 304

защита 384

опустошение 144, 194, 195*

Костно-мозговой синдром 143, 162, 181, 306, 311*

Коэффициент кислородного усиления (ККУ) 98

—поглощения линейный 36

一 распределения дозы 284

—теплового усиления (КТУ) 389

Кривые выживания 158, 163*

Критические органы (системы) 136,

211, 283, 292, 335, 384

-концепция 175

——основные клинические сииндромы поражения 137—139*

Кроветворения опосредованные изменения после облучения 220, 221

Кроветворные колониеобразующие единицы (КОЕ) 160

Кумулятивные (физиологические) эффекты облучения 57

Кюри 42—44*

Кюритерапия 23

Летали доминантные 76

Лучевая болезнь 165, 172*

классификация 183—185

——острая 136

периоды 166, 173, 186*

своеобразие формы после аварии на ЧАЭС 177, 179*, 180*

терапия 298, 309

хроническая 182

—эритема кожи 153

Лучевое поражение клетки, химический этап 49

Лучевого поражения консервация 156

Х-лучн 17

Лейкемии и лейкозы, частота заболеваний после бомбардировки Хиросимы и Нагасаки 244—246*

Линейная передача энергии (ЛПЭ) 37

Линейно-квадратичная модель Чедвика и Линхауста 77

Липидный радиотоксин (ЛРТ) 127

Липиды, радиационное нарушение обмена 228

МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) 281

Мекса мин 324, 329, 333, 334*, 343, 345*

Меркаптоалкила мины 324, 330, 333

Меркаптопропиламин (МПА) 331* Меркаптоэтиламин (МЭА) 330, 331*, 345*

Мета- и анафазный анализ 64

Метилгндразин 383

Метокситриптамин 330

Метронидазол 381, 382*

Мизонидазол 381, 382*

Микродозиметрня 110

Митоза полное подавление 62

—радиационное блокирование 58, 61*, 62

Митотический цикл 57*

Мишени принцип (теория) 116, 120, 122, 125

Многоударные поражения 119

Молекулярная гибель 139

Мутации доминантные 276

一 зависимость от дозы излучения 279*

—рецессивные 277

Натрий цианистый 329

Нейтроны 33, 38

—быстрые 39, 40*

--дистанционная терапия опухолей 359

--медленные 39

—промежуточные 39

тепловые 39

Некритические органы (системы) организма 221

Нёстохастические эффекты облучения 290

Новообразования злокачественные после облучения 240—243*, 256*

Нормы радиационной безопасности (НРБ) 281

Нуклид, активность в радиоактивном источнике 44*, 46*

Облучения (е) вероятностные последствия 293

—влияние на эмбриогенез 261, 265, 266*

—дозовые пределы 282

—интенсивность 42

—источники 273

— конвенциональный режим 368

—крупнопольное 387

—летальный эффект 63

—лиц репродуктивного возраста, регламентации 288

—локальное 219

—многократное (фракционированное) 42

— многопольное 384

—непосредственные эффекты 218

—неравномерное 175, 178*

—однократное 42

—опосредованные эффекты 217, 218

—острое 42

—отдаленные последствия 233, 249

генетическая нестабильность 250, 253*

типы 252

—плода, основные отклонения от нормы 263*, 264*

—последствия нестохастические 277

一 一стохастические 277

——продление жизни 236——238*

—пролонгированное 42

—равномерное 166

—сокращение продолжительности жизни 234, 238

пороговый характер 235, 236*

—сплит-курсы 369

—функциональная терапия 313

—широкопольное 384

—эмбриона человека, отдаленные последствия 267

Обмен веществ, нарушение при облучении 225

Относительная биологическая активность (ОБЭ) 40, 106, 107*, 111*, 113*

зависимость от дозы излучения 112*

ограничения применения концепции 214

*связь с Л ПЭ !07—109*

Одноударное поражение 118, 120

Оксибарорадиотерапня 376

Оксигенорадиотерапия 376

Оксимрчевина 383, 384

Окситриптамин 330

Онкоген 256

Опухоли стерилизация 353

Орофарингеальный синдром 181, 188

Отношение равных эффектов 114

Периферической крови замещение 306

Пикноз ядра 66*

Пи (л)-мезоны 33, 39, 357

—терапия опухолей 360

Пневмонит радиационный интерсти

циальный острый 181

Повреждение дисперсное начальное 123

一 малообновляющихся тканей 201, 203*

—потенциальные 80

——летальные 80

скрытые 98

— сублетальные 80

Позитрон 35

Полирадиомодификация 392, 394*

Попаданий принцип (теория) 25, 116

Потенцирование 94, 95*

Пробит-эффект 59

Продукты ядерного взрыва (ИЯВ) 314

деления (ПЯД) 215

Протекторы 93, 97*, 333, 316—328, 341*, 384

——пятикомпонентная рецептура 342*, 346. 348*

Протоны 33, 38

— сильноионизирующие 38

一 терапия опухолей 359, 360*

Рад 43*, 44*

Радиационная защита 280, 333

Радиационное старение 249, 344

Радиационных величин единицы 46*, 47*

—синдромы 137

—эффекты наследственные (генетические) 276, 277

-——-соматические 276, 277

Радиационного фактора регламента ция 289-

Радиационный фон 274

Радиация проникающая 135

Радикалы свободные 50

Радиоактивности единица 42

Радиоактивность 20

Радиоактивных веществ допустимые уровни 284

Радиобиологии предмет 12

—структура 14*

Радио биологический парадокс 11

Радиобиологической безопасности принципы 282

—теории современное состояние 130

Радиобиологии этапы развития 21

Радиобиология количественная 116

—медицинская 14*, ]5, 409

——неионизирующих излучений 15

Радиолиз воды 49, 50*

Радиомнметик естественный 127

Радиомодифицирующего эффекта критерии 94, 96

Радионуклидов контрольные уровни поступления 285

—микрораспределение в организме 213

—пути поступления в организм 210

—типы распределения в организме 212

Радионуклиды инкорпорированные 209, 314

—тяжелых элементов 214

Радиопоражаемость 29

Радиорезистентность 29, 197

—повышенная 321

Радиосенсибилизация 95, 383

Радиотоксинов липидных гипотеза 127

Радиотоксины 231

—первичные (ПРТ) 127—129

Радиочувствительность 28, 29

—видовая 163

—головного мозга 155

—индивидуальная 28, 159

—клетки Вб, 163

мера 71

на разных стадиях цикла 90*, 91*

кожи и ее производных 68, 15!

гемопоэтической ткани 67

—клеточного ядра 24

——костей и сухожилий 156

— костного мозга 140

—мышц 156

—нормальных тканей и опухолей 356

—организма 157

—органов выделения 156

дыхания 154

зрения 153

пищеварения 153

— периферических нервов 155

—плода 258—260*

—семенников 151, 152*

— сердечно-сосудистой системы 153

—спинного мозга 155

—тканевая 156

управление 373, 375, 381

—тонкого кишечника 68

—эндокринных желез 155

—яичников 153

Радиочувствительности основные параметры 118

Радиоэмбрнологического эффекта ме* ханизмы 268

Ра нт-болезнь 300

Рассеяние упругое и иеупругое 37

Резистентность организма естественная 354

«Рентгеновское похмелье* 217

Реоксигенация опухоли 365

Репарации фактор 85

Репарация См, Восстановление

—пострепликативная 87

—репликативная 87

Риск абсолютный 293

—обусловленный нерадиационными факторами 293

——относительный 293

Сенсибилизаторы 94, 381

Серотонин 330

Синергизм 94, 95*

Сннхронизацня 90

Смертности кривые 158*

Смерть от наиболее часто встречающихся опухолей, причины 375*

«Смерть под лучом» 139

Стохастические эффекты 290

Стохастического принципа теория 121

Структурно-метаболическая теория

130

Терапевтический (ая) индекс (широта) 333, 350

Терапии ранней средства 95

Терморадиотерапия 390

—рациональная схема 393*

Токсемия 224

Токсины 231

Толерантность иммунологическая 303

—частичная 372

Точечного тепла гипотеза 116

Тяжелые ядерные частицы 33, 357

Фактор изменения дозы (ФИД) 96, 333

—теплового выигрыша (ФТВ) 390

Фенокопии 269

Фенотип 269

Ферментов высвобождения при облучении гипотеза 226

Физические величины, используемые в радиационной биологии 44*

Фотоны 33, 35*, 38

——терапия опухолей 359

Фотоэлектрический эффект 34, 35*

Фторурацил 383

Химера 300

Химических соединений радиозащит- ное действие 329

Хромосом структурные аберрации 64.

65*, 72, 205*, 276

303缺:ОР1НК:ИН303缺:ОР1НК:ИНЧастицы заряженные 36

303缺

:ОР1НК:ИН

303缺

:ОР1НК:ИН

Экзоколои на льи ы и тест 68

Экстраполяционное число 120

Эксцизионный репарации система 86

Электронвольт (эВ) 33

Электронно'позитронная пара 35

Электроны 35, 51

Эндомитоз 63

Эффект избыточного поражения 108, НО*

Ядерные реакции 88

Ядра отдачи 38, 39*

ВведениеВведениеГлава 1.Глава 2.Глава 3*Глава 4.Глава 1.Глава 2.Глава 3*Глава 4.Глава 尻Глава 尻Глава 6.Глава 6.1116172228323233343641495253565663676767697273808083858811161722283232333436414952535656636767676972738080838588

Введение

Введение

Глава 1.

Глава 2.

Глава 3*

Глава 4.

Глава 1.

Глава 2.

Глава 3*

Глава 4.

Глава 尻

Глава 尻

Глава 6.

Глава 6.

11161722283232333436414952535656636767676972738080838588

11161722283232333436414952535656636767676972738080838588

ОГЛАВЛБНН£

Предисловие к третьему изданию'

Предисловие к первому изданию

Часть первая

Вопросы общей радиобиологии

Радиобиология как предмет Немного истории

Открытие рентгеновских лучей и радиоактивности .

Три этапа развитня радиобиологии Радночувствительность Физические основы действия ионизирующих излучений на биологические объекты

Типы ионизирующих излучений

Проникающая способность ионизирующих излучений и особенности их взаимодействия с веществом 4.2.1. Электромагнитные излучения ，4.2*2. Корпускулярные излучения

Единицы дозы излучения и радиоактивности Прямое н косвенное действие мониэирующнх излучений 5.1. Доказательства существования косвенного действия излучений 5.2. Соотношение прямого и косвенного действия ионизирующего излучения при радиационной инактивации клеток Реакции клеток на облучение. Клеточная радночувстянтель- ность 6.1. Преходящие лучевые реакции клеток. Задержка клеточного деления '6.2. Летальные реакции клеток. Формы клеточной гибели 6.3. Критерий клеточной радиочувствительности. Кривые выживания и их интерпретация

*1. Определение выживаемости клеток in vitro 6*3.2* Определение выживаемости клеток in vivo 6.3*3* Кривые выживания

.4. Аберрации хромосом—критерий летального поражения клеток

Природа радиационной гибели клеток

Пострадиационное восстановление (репарация) клетки

Восстановление от потенциально летальных повреждений 6.5*2* Восстановление от сублетальных повреждений . 653. Молекулярные механизмы репарации

Зависимость репарации потенциальных повреждений от уровня клеточного метаболизма

Глава 7.Глава 7.Глава 8.Глава 8.Глава £Глава £Глава 10.Глава 10.^^ ^ ^ ^ ^ ^s ^ss s^и J 1 и tl и и 1i 1 I tl 1 fl 1* n 11 tl^^ ^ ^ ^ ^ ^s ^ss s^и J 1 и tl и и 1i 1 I tl 1 fl 1* n 11 tl

Глава 7.

Глава 7.

Глава 8.

Глава 8.

Глава £

Глава £

Глава 10.

Глава 10.

^^ ^ ^ ^ ^ ^s ^ss s^и J 1 и tl и и 1i 1 I tl 1 fl 1* n 11 tl

^^ ^ ^ ^ ^ ^s ^ss s^и J 1 и tl и и 1i 1 I tl 1 fl 1* n 11 tl

Радиочувствительность клетки на разных стадиях жизненного цикла89

Модификация радиочувствительности. Кислородный эффект93

Вопросы терминологии и количественные критерии радиомодифицирующего эффекта94

Кислородный эффект ——универсальное явление радиобиологии 97

Влияние кислорода на пострадиационное восстановление 103

/Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) иони- знрующих излучений106

8.1. Методы оценки относительной биологической эффективности и ее связь с линейной передачей энергии . . . 106

8.2. Зависимость относительной биологической эффективности от условий облучения и других факторов110

8.3. Границы применения концепции относительной биологической эффективности113

Теоретические представления о механизме биологического действия ионизирующихизлучений115

L Принципы попадания имишени116

. Стохастическая теория121

. Вероятностная модель радиационного поражения клетки124

Гипотеза липидных радиотоксинов и цепных реакций127

Структурно-метаболическаятеория129

Часть вторая

Радиобиология организма Рад ко чувствительность тканей, органов^ организма. Радиацмомные синдромы

ЮЛ. Радиационные синдромы

Костный мозг ——типичный пример системы клеточного обновления

Изменения в системе обновления желудочно-кишечного тракта

Характер радиационных изменений центральной нервной системы

Радиочувствительность и лучевые реакции отдельных органов и тканей

Относительность понятия тканевой радиочувстви

тельности

Радиочувствительность организма

Лучевая болеэн ь человека

Острая лучевая болезнь при относительно равномерном облучении

Фаза первичной общей реакции

Фаза кажущегося клинического благополучия

Фаза выраженных клинических проявлений .

Фаза раннего восстановления

Острые лучевые поражения при неравномерном облу

чении

Хроническая лучевая болезнь

Классйфикация, диагноз и прогноз лучевой болезни

Глава 12. , Процессы восстановления в облученном организме. ... 189

Кинетика восстановления организма после тотального облучения190

Регенерация костного мозга и пострадиационное восстановление организма193

Динамика радиорезистентности организма в раннем пострадиационном периоде197

Степень восстановления некоторых функций организма после облучения199

Особенности повреждения и репарации малообнов- ляющихся тканей201

Тлава 13. Биологическое действие инкорпорированных радиоактивных веществ209

Пути поступления радионуклидов в организм . . . 210 /13.2. Распределение инкорпорированных радионуклидов в организме212

13*3* Радиобиологическая оценка поражении инкорпорированными радионуклидами 214

13.4. Особенности поражений продуктами ядерного деления 215

Глава 14. Опосредованные эффекты облучения. Нарушен не обмена аекцеств и иэменеиия в некритических системах организма 217

Опосредованные эффекты облучения и их роль в исходе поражения организма217

Опосредованное действие ионизирующих излучений на кроветворение219

Нарушения в некритических системах облученного организма221

-144 Угнетение механизмов иммунитета222

44,5. Нарушение обмена веществ225

Глава 15.Отдаленные последствия облучення233

Сокращение продолжительности жизни234

Возникновение злокачественных новообразований . 240 15.3. Радиационная катаракта247

Механизм отдаленных последствий облучения . . 249

Глава 16.Действие радиации на эмбрион н плод258

16. L Возрастно-специфические реакции на облучение в эмбриогенезе 259

Эффект облучения мышеи на разных стадиях внутриутробного развития261

Действие ионизирующих излучений на эмбрион человека 265

Механизмы радиоэмбриологического эффекта и оценка его последствий268

Гл&яа 17, Основы гигмеиического нормирования ионкэнрующих излучений272

J7.1. Источники облучениячеловека273

Соматические и наследственные, стохастические и нестохастические эффекты облучения276

Международная деятельность в области радиационной защиты280

Регламентация радиационного воздействия в СССР 281

Категории облучаемых лиц. дозовые пределы, допустимые и контрольные уровни облучення282

Регламентация облучения лиц категорий А и Б 283

Ограничение радиационного воздействия на население 285

Ограничение облучения детей и лнц репродуктивного возраста288

Дискуссионные вопросы теории и практики регламентации радиационного фактора289

Оценка вероятностных последствий облучения и степень риска, обусловленная нерадиацмоннымн факторами к. 293

Глава 18. Терапия острой лучевой болезни 297

18」. Замещение костного мозга298

Замещение периферической крови306

Функциональная терапия•,. . . 313

Профилактика и лечение поражений инкорпорированными радионуклидами 314

Глава 19. Биологическая противолучевая защита организма . . . 316 19.L Механизмы противолучевой защиты317

/19.1.1. Перехват и инактивация радикалов 318

Изменение окислительно-восстановительного потенциала 318

Повышение уровня эндогенных SH-rpynn («сульфгидрильная гипотеза»)319

Повышение «биологического фона радиорезистентности» 320

/9.1.5. Биохимический шок, вызываемый защитными . агентами321

Защита как следствие развития неспецнфической реакции и увеличенияобъемарепарации 322

Защита икислородныйэффект323

19J .8. Общий механизм модификации репродуктивной гибели клеток 325

^Т9?27Д5сновные классы химических соединений радкоэа- щитного действия329

/ 19.2.1. Индолилалкиламииы329

L 19.2.2. Меркаптоалкнламины330

Оценка радиозащитного эффекта333

Защита организма как следствие ослабления поражения критических систем335

Защита от отдаленных последствий облучения . . 343 196 Практические аспекты противолучевой защиты . . 349

Г«а・а 20. Радиобиологические основы лечебного применения нони- знрующмх излучений352

Стерилизация опухоли или подавление опухолевого роста . . . , 353

Дифференцированное воздействие излучения на опухоли и нормальные ткани 356

Тяжелые ядерные частицы357

Режимы облучения и цитокииетическне параметры 361

Режимы фракционирования368

Оценка толерантной дозы при различных режимах фракционирования 371

20.2*3. Проблема управления тканевой радмочувствитель- ностью373

33818788929798010306111214333333444444818788929798010306111214333333444444Регуляция кислородного режима ^Химические средства управления радиочувствительно- стью:

3

3

818788929798010306111214333333444444

818788929798010306111214333333444444

^Аутотрансплантация костного мозга Тнпертермия и гипергликемия

,ГПолирадиомодификация

「#а・а 21. Молодому исследователю

21.L Проблемы оценки выживаемости клеток 212 Экстраполяции — возможности и ограничения ..

213 Математика и радиобиология ..........

Заключение. Радиация, прогресс и человечество Список сокращений Рекомендуемая литература Предметный указатель

Учебное издание

ЯРМОНЕНКО Самуил Петрович

Радиобиология человека и животных

Научный редактор JL X. Эйдус. Редактор А. С. Орлова. Младшие редакторы Е. В. Бурова, Е. Н. Попова. Художник В. Н. Хомяков. Художественный редактор Т. А. Коленхова. Технический редактор Т. Д. Гарина. Корректор С, К. Завьялова

ИБ № 7882

Изд. № Е-571. Сдано в набор 13.07.88. Подп. в печать 1342.88.Т-21853.

Формат 60X88V16- Бум. офс. № I. Гарнитура литературная. Печать офсетная.

Объем 25,97 усл. печ. л. 25,97 усл. кр.-отт. 27,33 уч,-изд. л.

Тираж 10 000 зкз. Зак. № 1490. Цена 1 р. 20 к.

Издательство ^Выста 月 школа», 101430, Москва, ГСП-4, Негли иная ул., д* 29/14.

Московская типография № 4 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфия и книжной торговли* 129041, Москва. Б. Переяславская ¥几，*6

3 Значения ц для биологических тканей близки к его величине для воды.

• Кривые, имеющие плечо (см. рис. 21,23), кроме величины D®, определяющей наклон ее линейного участка, характеризуются еще и так называемым экстраполяционным числом и. Оно определяется в месте пересечения ординаты экстраполированным прямолинейным участком кривой выживания. Здесь величина D。 определяется как инкремент (приращение) дозы, снижающей выживаемость в е раз на прямолинейном участке кривой выжи* вания.

Мерой способности клеток к репарации является величина плеча, оцениваемая квазипороговой дозой Dq. Она измеряется длиной отрезка прямой, параллельной оси абсцисс, проведенной на уровне 100%-ной выживаемости от оси ординат до точки пересечения с экстраполированным участком кривой выживания (см. рис. 23).

Заканчивая краткое знакомство с кривыми, количественно описывающими летальные реакции клеток, необходимо отметить специфиче* скую особенность этих реакций, отличающую их от рассмотренных выше обратимых преходящих клеточных эффектов.

• Эта особенность состоит в том, что с увеличением дозы излучения увеличивается не только (и даже не столько) степень поражения всех облученных клеток, как это имеет место, например, в отношении задержки деления, сколько доля пораженных, т. е. погибших, клеток. Иными словами, с одной стороны, даже при самых

***

Итак, рассмотрены основные вопросы общей радиобиологии, включая ее физические основы, содержание предмета и метода его изучения, а также теории действия ионизир^^ющих излучений на клетку. Полученная читателем информация о многогранности проявлений радиобиологического эффекта окажется необходимой при изучении любого частного раздела радиобиологии, в том числе и радиобиологии организма, которой посвящена вторая часть учебника. 5*

1 Acute Radiation Effects in MarVA. В. Барабанова, A. E. Баранов, А. К. Гуськова и др. // ЦНИИ Атомннформ, ОН-3, ГКАЭ и НКРЗ М3 СССР, 1986. Острые эффекты облучения у пострадавших при аварии на ЧАЭС / А. К. Гуськова. А. Е. Баранов, А. В. Барабанова и др. // Мед. радиология. 1987. №12. С. 3—18.

1 Заимствованные из мифологии термины — химеризм, химера — введены нобелевским лауреатом П. Медаваром для определения главного смысла данного явления, казавшегося с иммунологических позиций невероятным.

1 Эмбриональная печень содержит стволовые кроветворные клетки при минимуме иммунокомпетентных элементов, что резко снижает риск развития вторичной болезни.

•• Изыскание наиболее рационального режима распределения дозы ионизирующих излучений во времени составляет традиционное направление лучевой терапии с первых лет ее существования. Основной расчет различных режимов фракционирования производили с целью максимального сохранения толерантности нормальных тканей, восстанавливающихся в интервалах между отдельными фракциями облучения в большей степени, чем опухоли.

Наиболее часто использовали конвенциональный (от. лат. convert- tionalis ——соответствующий условию) режим облучения (с радиобиологических позиций обоснованный М. Элкиндом): 30 фракций по 2 Гр,

ББК 28.071

Я 75

УДК 615.849

Рецензенты:

кафедра молекулярной фармакологии и радиобиологии медико-биологического факультета 2-го Московского государственного медицинского института имени Н. И. Пирогова (зав. кафедрой чл.-кор. АМН СССР, проф.

”П. В. Сергеев);

чл.-кор. АМН СССР, проф. А. Ф. Цыб (НИИ медицинской радиологии АМН СССР)

Ярмоненко С. П.

Я75 Радиобиология человека и животных: Учеб, для биол. спец, вузов.—3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш, шк., 1988.— 424 с.: ил.

ISBN 5—06—000469—4

В книге изложены вопросы общей радиобиологии и радиобиологии организма. Рассмотрены физические основы биологического действия ионизирующих излучекий. теория н механизмы радиобиологического эффекта, основные радиационные синдро мы, противолучевая защита, отдаленные последствия облучения, научные основы лечебного примениния ионизирующих излучений и принципы их гигиенического нор мировання. В 3 и издании (2-е1984 г.) переработаны главы, касающиеся лучевых поражений, противолучевой защиты и научного нормирования ионизирующих излучений.

ББК 28.07157,04ББК 28.07157,04@ 1903010000(4309000000) — 102§

ББК 28.071

57,04

ББК 28.071

57,04

ISBN 5—06 -0004 69—4ISBN 5—06 -0004 69—4001(01)—88一

ISBN 5—06 -0004 69—4

ISBN 5—06 -0004 69—4

«Издательство «Высшая iukogc», 1977 Издательство «Высшая школа», 1988, с изменениями.

'Учебник профессора С. П. Ярмоненко

П Р ЕД И СЛ ОВИЕ «Радиобиология человека и животных» К ТРЕТЬЕМУ ИЗДАНИЮ за короткий срок выдержал два издания. Актуальность книги определяется необходимостью для студентов биологических и медицинских факультетов вузов усвоить основы биологического действия ионизирующих излучений.

В учебнике удачно сочетается рассмотрение фундаментальных и прикладных аспектов специальности с привлечением большого количества экспериментальных данных, включая оригинальные материалы исследований автора и его сотрудников. Широкий охват проблемы расширяет значение книги далеко за пределы учебника: он может служить справочным руководством молодь^! специалистам 一 радиобиологам, а также представителям смежных специальностей ——радиационным физикам, врачам-радиологам, биохимикам и патофизиологам, интересующимся вопросами биологического действия ионизирующих излучений.

В процессе подготовки книги для переиздания автором существенно переработаны и дополнены новыми данными многие ее разделы. Особенно это касается радиационной безопасности на атомных производствах, научных основ регламентации радиационного фактора, отечественных принципов гигиенического нормирования, оправдывающих себя в практической деятельности.

Учебник сохранил увлекательный и часто полемический стиль изложения достаточно сложных и неустоявшихся вопросов радиобиологии» что обеспечило успех и популярность прежних изданий книги в широкой читательской среде.

Академик АМН СССР Л, А, Ильин

Предлагаемое читателю руководство по

ПРЕДИСЛОВИЕ радиобиологии человека и животных под- К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ готовлено с учетом 10-летнего преподава- ния этого предмета во 2-м МОЛГМИ им.

Н. И. Пирогова.

Обобщая опыт новаторской работы в этом направлении (до сих пор в других вузах не существует специального курса радиобиологии), следует с полным основанием считать не только оправданным, но и

необходимым изучение действия ионизирующих излучений на организм. Не говоря о большом числе специальностей, где эти вопросы непосредственно связаны с основной профессией и родом деятельности (радиология, лучевая терапия, радио- и рентгенодиагностика, радиационная гигиена), с ними в той или иной степени приходится сталкиваться во многих областях медицины — иммунологии, генетике, трансплантационной хирургии, онкологии, патофизиологии и др.

Овладение энергией атомного ядра уже вовлекло огромные контингенты людей в сферу контактов с ионизирующим излучением, а грандиозные перспективы ядер ной энергетики как одного из ведущих рьь чагов технического прогресса еще и еще расширят эти контакты.

Предусмотренное XXV съездом КПСС усиление исследований в области молекулярных и физиолого-биохимических основ жизнедеятельности с целью ускорения решения важнейших медико-биологических проблем в полной мере относится и к радиобиологии» изучающей лучевые реакции организма и способы изменять их в нужном направлении.

Поэтому современному врачу, независимо от его узкой специализации, необходимо уметь ориентироваться в реакциях организма на различные условия радиационного воздействия. В равной степени это относится и к биологам, особенно медицинского профиля.

Между тем ни в программах подготовки студентов в большинстве университетов и медицинских вузов, ни в институтах усовершенствования врачей до сих пор не предусмотрено преподавание специального курса радиобиологии, а отдельные, часто поверхностные и далекие от современного уровня знаний сведения сообщаются на разных кафедрах.

Вследствие этого основная масса выпускаемых врачей и биологов имеет лишь самые отдаленные и часто ошибочные представления о действии рациационного фактора на организм со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Специальное преподавание радиобиологии на медико-биологическом факультете нашего института выявило большой интерес студентов и к теоретической части курса, и к практикуму. Сравнительно легко осваивая весь многоплановый материал (включая приобретение практических навыков в области дозиметрии ионизирующих излучений и радиометрии), они овладевают рядом цитологических методов исследования радиационных поражений, а также анализом возможностей искусственного варьирования радиочувствительностью клеток и организма.

Подготовка специалистов в области радиобиологии затруднена также отсутствием руководства, объединяющего теоретические и прикладные проблемы.

Предлагаемая книга восполняет этот пробел, так как наряду с фундаментальными вопросами общей радиобиологии, изложенными в

первой части, во второй рассмотрены основные прикладные аспекты проблемы действия ионизирующих излучений на организм.

Несмотря на то что в руководстве затрагиваются самые разнообразные непосредственные и отдаленные эффекты облучения организма, все они так или иначе обсуждаются с позиций центральной проблемы радиобиологии ——радиочувствительности и современных способов управления ею на всех уровнях биологической организации 一 от клетки до организма.

Изложение весьма разнообразного материала иод таким углом зрения в значительной степени определилось и научными интересами автора, много лет работающего в этой проблеме, что, в свою очередь, придало индивидуальную окраску руководству в целом, однако не сказалось на объективности изложения.

Следуя этому принципу, автор показывает, сколь несовершенны пока представления о механизмах многих радиобиологических явлений, которые иногда интерпретируют даже с противоположных позиций. Однако молодость самого предмета радиобиологии, все еще переживающего период становления, и заинтересованность в книге не только студентов, но и молодых специалистов если не полностью оправдывают, то делают понятным избранный автором прием подачи материала, а хорошая иллюстрация его облегчает усвоение.

Остается пожелать книге успеха у огромного числа читателей, заинтересованных в расширении и совершенствовании горизонта радиобиологического мышления.

Академик АМН СССР Ю. М. Лопухин

〃.Вор〃.ВорФактологическая непогрешимость не составляет науку, но является непременной ее основой.

〃.Вор

〃.Вор

ВВЕДЕНИЕВВЕДЕНИЕ6 июня 1905 г., выступая с Нобелевской речью в Стокгольме, Пьер Кюри произнес воистину пророческие слова: «Можно себе представить, что в преступных руках радий способен быть очень опасным,