Променеві ураження великих тварин
1. Променевий синдром у тварин. У ссавців тяжкість симптомів променевої xвoроби і часу її прояву залежить від інтенсивності опромінення, типу опромінення, а також від виду, віку, інтенсивності обміну речовин, фізіологічного та клінічного стану організму, від того, чи тварина одноразово одержала велику дозу чи її опромінюють багато разів невеликими дозами.
2. Дія випромінювання різного типу. Число іонів, що утворюються на 1 см сліду, називають питомою іонізації в речовині, яка поглинає іонізуюче випромінювання.
Питома іонізації, що створюється альфа-частинкою в тканинах, майже в 1000 разів більша іонізації, що створюється бета-частинкою. Але у бета-частинки проникаюча здатність значно вища, ніж у альфа- частинки, а у гама-променів - значно вище, ніж у бета-частинок.
Променеве ураження поверхневих шарів шкіри значно менше впливає на організм, ніж аналогічні ураження тих клітин глибинних тканин тіла, які відрізняються активним обміном.
3. Фактор часу при променевому ураженні. За умов багаторазового опромінення малими дозами тварина може витримати більш значне опромінення, ніж за умов разового опромінення великими дозами. Після опромінення процес відновлення йде дуже повільно. Окрім того залишкові дози опромінення накопичуються. Наприклад, при щоденному опроміненні 10%-ною летальною дозою, тварина проживе на декілька днів довше. При щоденному опроміненні 1% дозою тварина проживе ще довше.
4. Інтенсивність опромінення. При дозах опромінення не вище 25 рентген клінічні симптоми не спостерігаються. При опроміненні дозою 50 рентген спостерігається ураження крові, при 100 рентгенах спостерігається нудота, стомлюваність. При опроміненні 125 рентген та вище проявляється блювота. Тривалість життя при таких дозах опроміненнях скорочується на 1-10%. При опроміненні дозою 200 рентген смерть може наступити через 2-6 тижнів. Для більшості людей доза в 400 рентген є летальною.
Вплив іонізуючого опромінення на ембріон і плід тварин та людини. Протягом онтогенезу чутливість організму до радіації є різною. Найвищу радіочутливість мають ембріон і плід. Наприклад, для зиготи (4-11 днів після запліднення) дози поглинутої радіації 0,05-0,15 Гр можуть виявитися летальними. Для ембріонів мишей ця доза (експозиційна) дорівнює 0,0516 Кл/кг (кулон на кг маси). Опромінення в різні періоду ембріогенезу обумовлює різні форми ураження, різні аномальні збочення (табл. 7.1.). Так, після бомбардування Хіросимо і Нагасакі в одинадцяти жінок, які перебували на відстані до 1200 м від епіцентру й мали вагітність 41-90 днів після запліднення, народилися діти з мікроенцефалією, тобто анормальне зменшення розмірів черепа, головного мозку, гальмування розумового розвитку). Отже, опромінення ембріону і плоду впливає на утворення нервових клітин і формування нервової системи. У людини з третього тижня ембріогенезу формуються стволові структури – кора головного мозку й мозочок.
Опромінення ембріону в цей період навіть дозами біля 12,5 Гр негативно впливає на формування нервових клітин мозку. Опромінення в інші періоди вагітності обумовлювало появу гідроцефалії, аномалії будови серця тощо.
Опромінення на 4-11 тижня ж пренатального розвитку негативно впливає на формування внутрішніх органів. Опромінення на 11-16 тижнях вагітності – обумовлює пригнічення росту плоду, появу аномалій статевої системи. При опроміненні на 16-20 тижнях обумовлює мікроенцефалію, гальмування росту та розумового розвитку. За умови опромінення після 30 тижня вагітності спостерігається значно рідше поява морфологічних аномалій.
Тварини різних таксономічних груп, характеризуються різною радіочутливістю пренатального періоду. Так, розвиток курчат характеризується порівняно низькою радіочутливістю. Але, при цьому помічена висока їх радіочутливісь з 2 по 9 дні насиджування, потім радіочутливість знижується до 15 дня і знову зростає з 17 до 18 днів. У мишей найбільш чутлива зигота до 5 днів після запліднення.
У дослідах на собаках установлено, що внаслідок опромінення формуються морфологічні аномалії саме тих органів, які в момент дії радіації перебували в найбільш активній фазі розвитку.
Таблиця. Аномалії ембріонального розвитку під впливом радіації
| Форми аномальних збочень онтогенезу | Час опромінювання після запліднення, днів |
| Загибель зиготи | 4-11 |
| Часткова або повна відсутність черепа та головного мозку (аненцефалія, мікроенцефалія) | 9-90 |
| Розщеплення піднебіння | 20—37 |
| Аномальна будова серця | 21-29 |
| Розщеплення хребта | 16-54 |
| Відсутність яблук ока (анофтальмія) | 20-54 |
| Формування аномального скелету | 25-85 |
| Гальмування органогенезу | 54 та наступні дні |
Найбільша частина зигот та ембріонів гине у овець та свиней при опроміненні в перші 13 днів , у корів - перші 15 днів після запліднення. Важливою проблемою наслідків радіації на ембріон і плід є , по-перше, тератогенні явища (поява різноманітних потвор); по-друге, явища потенціальної небезпеки, що проявляються у майбутніх поколіннях після опромінення. Останні сучасними методами дослідження не можуть бути виявлені. Опромінення жінок у період вагітності обумовлює народження дітей схильних до захворювання лейкозом, ослабленою імунною системою й резистентністю, схильними до інфекційних захворювань.
Дослідження впливу радіації на генеративні клітини, гаметогенез, ембріогенез та розвиток плоду тварин і людини є актуальними і заслуговує особливої уваги.
Дія радіації на імунну систему тварин і людини. Радіація руйнує сакраментальні властивості імунної системи – самозберігатися, самозахищатися, самоудосконалюватися. Установлено, що опромінення обумовлює, перш за все, синдром імунодифіциту. На стан імунної системи впливають як опромінення значними дозами, так і хронічне за умови опромінення малими дозами. Імунна система значною мірою забезпечує резистентність організму до інфекційних хвороб, біологічну індивідуальність та цілісність організму. Імунна система визначає природній імунітет організму, що реалізується фізичними і хімічними факторами впливу на збудників хвороб, процесами фагоцитозу і піноцитозу тощо.
Захисна функція шкіри визначається рядом факторів. Наприклад, на поверхні фізіологічно нормальної шкіри є бактерицидні виділення – молочна кислота, жирні кислоти, в середовищі яких більшість бактерій втрачають свою вірулентність і навіть гинуть. Під впливом радіації епітеліальні клітини шкіри значно знижують секрецію таких речовин. Спостерігається зниження секреції захисних речовин і клітинами епітелію дихальних шляхів. Епітеліальні клітини відзначаються високою чутливістю до радіації. Під дією опромінення вони значно знижують інтенсивність свого самовідновлення.
Зниження імунної функції організму під впливом радіації певною мірою обумовлюється ушкодженням червоного кісткового мозку та інших кровотворних органів. У результаті знижується наявність форменних елементів крові, тому знижується її захисна, трофічна, регулююча функції. Все це впливає на стан здоров’я організму.
Під впливом радіації гальмується ферментативна і гормональна активність, мабуть, через ураження крупномолекулярних білків, які входять до складу біологічно активних речовин.
При опроміненні в організмі спостерігаються аутоімунні процеси, коли антитіла організму вступають у взаємодію зі власними антигенами, обумовлюючи аутоімунну гематолітичну анемію, ревматичні артрити тощо.
4. Системні радіобіологічні реакції
Радіація діє фізичними (іонізація, точкова температура, механічні ушкодження), хімічними (активність і напрямок хімічних реакцій), біологічними (функціонування клітин, тканин, органів, систем органів і всього організму) факторами на рівнях молекулярному, клітинному, тканинному, органному, системи органів, організменому, популяції, виду, таксономічної одиниці тощо. А радіаційний ефект одержується системний, тобто кожна біологічна система відповідає на дію радіації системно і як елементарна структурна і функціональна одиниця організму, і паралельно з цим всім комплексом феноменів життя (обмін речовин, ріст і розмноження, адаптивність, резистентність тощо). За певних умов вони можуть каталізуватися, реалізуючи ресурси самозахисту, пригнічуватися або навіть руйнуватися.
Радіоадаптація за умови опромінення малими дозами є прикладом системної відповіді організму на опромінення. Системною відповіддю на опромінення є утворення гігантських клітин, що вказує на втрату контролю над процесами росту клітин (при втраті здатності до розмноження). Також може проявлятися рецепція тварин, коли у результаті опромінення вони можуть втрачати певні умовні рефлекси (відмова від корму, збочення етології, нова реакція на певні зовнішні подразнення тощо).
Організм рослин і тварин відповідає на дію радіації як одне ціле, оскільки він є досконалою системою з комплексом взаємозв’язків, взаємозалежностей, взаємовпливів і взаємозворотностей, якби потоків інформації знизу до верху і навпаки.
5. Інтегративність радіобіологічних реакцій
Первинні радіаційні молекулярні ураження обов’язково зумовлюють вторинні. Відхилення процесів (фізичних, хімічних, біологічних) у клітині від норми збуджують прагнення живої клітини реалізувати здатність до самозахисту, прагнення відновити внутрішньоклітинний гомеостаз і мембранні системи, репарацію ДНК, прискорити поділ клітин. Отже, опромінення, дозою до певного рівня, породжуе сигнал до активізації компенсаційних процесів: регенерації, апоптозу, підвищення метаболічної активності. Все це діє як ефект первинного ушкодження.
Опромінення обумовлює загибель клітин, у результаті розпаду яких появляються токсини. Токсини здійснюють дистанційні процеси, діючи на неопромінені або меншою мірою уражені клітини. У результаті створюється напруження всієї живої системи від імунної до системи крові, серцево-судинної, нервової тощо, що формує системну відповідь організму на опромінення, починаючи від клітини до цілого організму. У цьому полягає суть інтегративності радіобіологічних реакцій.
6. Генетична нестабільність індукована опроміненням
Індукована опроміненням генетична нестабільність характеризується наступним:
- порушуються функціонування корегуючих систем клітини протягом декількох поколінь;
- підвищується мінливість спадкових ознак;
- зростає частота генних мутацій і хромосомних аберацій;
- спостерігається трансформація клітин;
- проявляється локусна специфічність (наприклад, у різних локусах різні реакції і наслідки опромінення);
- вражаються гени, які контролюють репарацію, реплікацію, рекомбінацію і транскрипцію в хромосомах;
- генетична схильність до канцерогенезу;
- пригнічується синтез РНК тощо;
- проявляється ампліфікація гена – збільшення кількості генів, локус-специфічне збільшення кількості його копій під впливом опромінення ДНК, гигантизм ДНК і хромосом;
- стохастичні ефекти – аберації хромосом, що супроводжуються патологією процесів у клітині і організмі;
- порушується клітинний гомеостаз.
7. Дистанційні ефекти опромінення
Дистанційні ефекти опромінення виражаються тим, що часто проявляється патологія тих органів, які не зазнавали опромінення. Це здійснюється у результаті того, що опромінені органи виділяють певні хімічні фактори, які ушкоджують не опромінені органи.
Дистанційна дія опромінення в межах одного організму здійснюється від системи органів опромінених до системи органів не опромінених. Дистанційні ефекти опромінення в межах двох організмів вивчають з використанням парабіонтів, коли два організми тварин штучно з’єднуються кровоносними системами. У парабіонтів, очевидно, дистанційний ефект реалізується через систему крові від опромінених органів до не опромінених.
Результатом дистанційного ефекту опромінення якби в просторі і часі є соматичний і мультигенеративний канцерогенез. Соматичний канцерогенез - це трансформація соматичних клітин, які розмножуються мітотичним поділом, а мультигенеративний - у опромінених батьків потомство має специфічні і неспецифічні пухнлини, може проявлятися ембріональна смертність, мутації, мертвонародженість, тератогенія (виродства).
Опромінення може змінити геном, наприклад, людини: він у нормі складається з 3,5 млрд. нуклеотидів, приблизно 35 тисяч генів (раніше вважали, що генів у геномі людини значно більше 100 тисяч).
Як результат дистанційного ефекту опромінення може проявлятися апоптоз – формування відповіді на певні фізіологічні сигнали або ушкодження.
Апоптоз – це якби запрограмована загибель клітин у результаті дії чисельних продуктів та факторів і підлягає складній своєрідній регуляції. Цим апоптоз відрізняється від некротичної загибелі. Апоптоз відіграє важливу роль у клітинному імунітеті, ембріогенезі, морфогенезі, регресії пухлин. Очевидно, апоптоз тісно пов’язаний з нервовою, ендокринною, імунною діяльністю організму.
Дистанційні ефекти опромінення та дії інших факторів вивчають радіоміметика, ендокринологія, біоінформатика, геноміка, телегонія та інші науки
Дати відповіді на запитання.
1. Вкажіть можливі наслідки радіаційного впливу на живі організми.
2. Охарактеризуйте біологічну дію іонізуючого опромінення.
3. Поясніть суть теорії “мішені”.
4. Обґрунтуйте теорію точкового нагріву.
5. Поясніть механіз хімічної ушкоджуючої дії радіації.
6. Охарактеризуйте явище соматичного та мультигенеративного канцерогенезу.
7. Поясніить поняття “апоптоз”.
8. Виберіть правильну відповідь Уражаюча дія радіації це:
- фізичні ушкодження живих систем;
- хімічні ушкодження живих систем;
- фізичні, хімічні і біологічні ушкодження живих систем.
Література.
- Бак З., Александер П. Основы радибиологии. - М.:Изд-во иностр. лит., 1963. - 500 с.
- Гродзинский Д.М. Радибиология растений. - К.: Наук. думка, 1990. - 326 с.
- Гродзинський Д.М. Радіобіологія: Підручник. – 2-ге вид. – К.: Либідь, 2001. – 448 с.
- Кудряшов Ю. Б., Беренфельд Б. С. Основы радиационной биофизики. - М.:Моск. Ун-та, 1982. - 304 с.