Воздействие больших доз радиации на живые организмы.

Биологические ткани обладают природной способностью к регенерации, «залечиванию» радиационно-индуцированных повреждений, причем в достаточно большом диапазоне интенсивности воздействия, учитывая вариабельность природного радиационного фона. Более того, радиация необходима для нормальной жизни организмов, отсутствие радиационного воздействия приводит к подавлению жизненных сил и стагнации организмов. И более того, существуют научные данные, свидетельствующие о положительном эффекте облучения дозами, которые значительно выше природного уровня. Опасность возникает тогда, когда организм «не успевает» справляться с возникающими разрушениями, то есть при высокой интенсивности радиационного воздействия (как и в случае воздействия любого другого фактора - жары, холода, травмирования, патогенной микрофлоры, нерационального питания и проч.).

При облучении очень высокими дозами возможен летальный исход. При этом доза, приводящая к смерти конкретного организма, зависит, как упоминалось, от многих факторов.

Для описания последствий облучения используется также вероятностная оценка. Например, ЛД_50/30 - летальная поза, при которой в течение 30 дней вероятность летального исхода составляет 50% (ее также называют «полулетальной», эта величина используется и в токсикологии для описания воздействия химических веществ). ЛД_50/30 некоторых животных приведены в таблице.

Оценки, которые можно считать наиболее признанными мировым научным сообществом и которые, как всегда в таком случае, являются весьма консервативными (пессимистичными), таковы: гибель относительно радиорезистентных экосистем (травяные естественные биогеоценозы и сельскохозяйственные посевы) - 60-70 Гр, гибель хвойных и лиственных лесов -10-30 Гр, выпадение важных видов-доминантов в экосистемах - 5-10 Гр. Рекомендуемые МАГАТЭ и некоторыми национальными организациями уровни безопасного воздействия ионизирующих излучений на биоту в среде ее обитания - 0,4-4 Гр. На практике случаев летального облучения популяций в результате аварий или деятельности предприятий не известно. После жесточайшего облучения участки леса и луга восстанавливаются уже через несколько лет. При этом «остается открытым вопрос о возможных генетических эффектах. Явно выраженной мутации обнаружить так и не удалось, хотя вероятность их проявления в будущем продолжает рассматриваться.

Абсолютно летальную (то есть неизбежно приводящую к гибели) для человека дозу разные авторы оценивают по-разному, поскольку точной цифры не существует (что вполне понятно). При этом одни считают, что мгновенная смерть (так называемая «гибель под лучом») наступает при остром облучении 20 Зв, другие - что даже при дозах более 60 Зв вероятность летального исхода менее 100%. Скорее всего, при дозе более 20 Зв шансы выжить малы - смерть наступает, как правило, через несколько дней.

ЛД_50/30 человека разными источниками также оценивается по-разному, поскольку статистически достоверных данных нет и быть не может. Наиболее вероятной величиной можно считать 4-6 Зв (средняя доза на все тело), наиболее осторожные оценки - 3-5 Зв. При получении таких доз говорят о тяжелой форме лучевой болезни, поражающей в первую очередь красный костный мозг.

Облучение отдельных органов более высокими дозами не приводит к таким катастрофическим последствиям для организма, как облучение всего тела, хотя оценки пороговых значений несколько противоречивы. Считается, что поглощенные дозы в несколько десятков грей для кожи, легких, молочной железы, печени, почек, кишечника и других органов, получаемые при медицинских процедурах, не представляют серьезной опасности. Во всяком случае, если доза порядка 5 Зв получена всем телом, то высока вероятность летального исхода, а если та же доза получена небольшим участком кожи (несколько см²), это может вызвать ее повреждение, но организм в целом заметно не пострадает. Для получения так называемых «радиационных ожогов» (гибель клеток в эпидермальном и дермальном слоях, приводящая к некрозу тканей) требуются чрезвычайно мощные радиационные источники.

При дозе около 3 Зв, полученной за короткий промежуток времени, наблюдается слабость, угнетенное состояние, головокружение, могут наблюдаться рвота, расстройство желудка и другие достаточно многочисленные симптомы. При отсутствии лечения есть риск летального исхода, но, как правило, пострадавшие выздоравливают за несколько месяцев. При лечении выздоровление наступает у 100% пострадавших.

При дозе около 2 Зв могут проявляться такие симптомы, как ухудшение самочувствия, головная боль, тошнота. Летальный исход крайне маловероятен. Эта доза приводит к снижению уровня лейкоцитов и тромбоцитов в крови примерно на 50%. Нормальные уровни восстанавливаются в течение нескольких месяцев.

Доза 0,5-1 Зв, согласно высказываниям одних авторов, не приводит к изменению самочувствия, других - является границей, начиная с которой у некоторых людей может появляться кратковременная (прекращается в течение дня) легкая тошнота. В крови могут возникать изменения, заканчивающиеся полной нормализацией ее состава.

Среди органов и тканей наиболее радиационно чувствительными являются семенники, хрусталик глаза и красный костный мозг. При избирательном (локальном) облучении отдельных органов или тканей общее негативное воздействие на организм (эффективную дозу) определяют с помощью взвешивающих коэффициентов, характеризующих радиационную чувствительность органов.

Помимо непосредственных (наблюдаемых, клинически значимых) последствий облучения всегда рассчитывают его возможные отдаленные последствия (что практически никогда не реализуется по отношению к другим вредным факторам: химическим, микробиологическим, психологическим, хотя не вызывает сомнений, что такие последствия имеют место). Такими отдаленными последствиями могут быть онкологические и наследственные заболевания.

Изменения в соматических клетках могут способствовать возникновению рака. Раковая опухоль возникает в организме в тот момент, когда соматическая клетка, выйдя из-под контроля организма, начинает быстро делиться. Первопричиной этого являются вызванные многократными или сильным разовым облучением мутации в генах, приводящие к тому, что раковые клетки теряют способность даже в случае нарушения равновесия погибать физиологической, а точнее программированной смертью. Они становятся как бы бессмертными, постоянно делясь, увеличиваясь в количестве и погибая лишь от недостатка питательных веществ. Так происходит рост опухоли. Правда, в последнее время выяснилось, что связь между радиацией и заболеванием раком более сложная, чем предполагалось ранее. Так, в специальном докладе японско-американской ассоциации ученых сказано, что только некоторые виды рака: опухоли молочной и щитовидной желёз, а также лейкемия - развиваются в результате радиационного поражения.

Характерным для радиационных поражений является то, что лучевые травмы сопровождаются тяжелыми функциональными расстройствами, требуют сложного и длительного (более трёх месяцев) лечения. Жизнеспособность облученных тканей значительно снижается. Кроме того, через много лет и десятилетий после получения травмы возникают осложнения. Так, наблюдались случаи возникновения доброкачественных опухолей через 19 лет после облучения, а развитие лучевого рака кожи и молочной железы у женщин - через 25-27 лет. Нередко травмы обнаруживаются на фоне или после воздействия дополнительных факторов нерадиационной природы (диабет, атеросклероз, гнойная инфекция, термические или химические травмы в зоне облучения).

Необходимо также учитывать, что люди, пережившую радиационную аварию, испытывают дополнительный стресс в течение нескольких месяцев и даже лет после неё. Такой стресс может включить биологический механизм, который приводит к возникновению злокачественных заболеваний. Так, в Хиросиме и Нагасаки крупная вспышка заболеваний раком щитовидной железы наблюдалась спустя 10 лет после атомной бомбардировки.

Воздействие ионизирующих излучений на гены половых клеток может вызвать вредные мутации, которые будут передаваться из поколения в поколение, увеличивая «мутационный груз» человечества. Опасными для жизни являются условия, увеличивающие «генетическую нагрузку» вдвое. Такой удваивающей дозой является, по выводам научного комитета ООН по атомной радиации, доза в 30 рад при остром облучении и 10 рад при хроническом (в течение репродуктивного периода). С ростом дозы повышается не тяжесть, а частота возможного проявления.

И если повышение вероятности определенных онкологических заболеваний вследствие получения больших доз - величина малая, но регистрируемая, то достоверные данные о регистрации наследственных заболеваний, вызванных действием радиации, отсутствуют. Нет сомнений, что предполагаемое проявление наследственных заболеваний даже при больших дозах крайне маловероятно, их количественная оценка - задача еще более трудная, чем оценка онкологических последствий. Это связано также с трудоемкостью генетических исследований как таковых, их высокой сложностью и стоимостью, притом что необходимо проведение огромного числа наблюдений, чтобы быть уверенными именно в радиационных причинах возникновения наследственных заболеваний на фоне других причин.

Прежде всего, следует определиться с понятиями «мутация» и «наследственное заболевание».

Мутации - это внезапно возникающие естественные или индуцированные (вызываемые искусственно) изменения наследственных структур живой материи, ответственных за хранение и передачу генетической информации. У человека (животных, птиц, рыб и др. развитых организмов) мутации, возникающие в половых клетках (генеративные мутации), могут передаваться по наследству, мутации, возникающие в клетках, не участвующих в половом размножении (соматические мутации), не передаются потомству, а приводят к тому, что часть клеток организма рождается со свойствами, резко отличающимися от нормальных. Последнее может приводить к онкологическим заболеваниям человека. Другими словами, следует различать два типа мутаций: одни приводят к возникновению неполноценных клеток в организме и могут быть причиной онкологического заболевания, но не передаются потомству, другие - это нарушения в клетках, ответственных за воспроизводство потомства, которые могут приводить к наследственным заболеваниям.

И соматические, и генеративные мутации - это обычное явление, постоянно сопровождающее жизнь каждого организма. Сами по себе нарушения в генетическом аппарате клеток не являются заболеванием - они могут проявиться в виде заболевания, а могут не проявиться.

Наследственные заболевания (соответственно, нарушения наследственных структур) зависят от большого числа факторов (которые необходимо учитывать, проводя их сравнительный анализ) и являются весьма распространенным явлением - около 10% всех новорожденных имеют те или иные генетические дефекты. Существуют сотни мутагенных факторов, как антропогенного, так и естественного происхождения. Возникающие под их воздействием мутации (в том числе и радиационные) выражаются в повреждении ДНК, но это повреждение вовсе не означает рождения неполноценного потомства - существуют эволюционно созданные механизмы, которые препятствуют проявлению таких повреждений в виде заболеваний и сводятся к «ремонту» ДНК. При этом поврежденный участок ДНК удаляется в процессе рекомбинации или «вырезается» имеющимися в клетке специальными (так называемыми репарирующими) ферментами, и при дальнейшей репликации ДНК он замещается соответствующим нормальным участком. Процесс восстановления природной структуры ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе или в результате действия мутагенных факторов, называется репарацией.

Практически вся научная информация о возникновении наследственных заболеваний у потомства, обусловленных действием излучения, получена из лабораторных опытов на различных организмах (на растениях, клеточных культурах, микроорганизмах, мухах, мышах и проч.).

Исследования наследственных изменений достаточно дороги и требуют изучения очень большого числа особей. Первые масштабные опыты были проведены на мухах (дрозофилах), и эти исследования легли в основу научного, а затем и общественного представления о радиационных мутациях. Спустя несколько десятилетий были проведены подобные эксперименты на мышах (Окридж, США, 7 миллионов особей).

Как результат отсутствия прямых данных о генетических последствиях облучения человека - противоречивые оценки и суждения. Притом, что одни авторы говорят об увеличении вероятности рождения неполноценного ребенка от родителей, получивших существенную дозу, другие ссылаются на отсутствие доказательств, подтверждающих проявление радиационных мутаций у человека, более высокую защищенность его генетического аппарата и проч. В такой ситуации ничего другого не остается, как обратиться к выводам наиболее авторитетных исследований и организаций.

Лучевая болезнь.

Под лучевой болезнью человека понимают самые разнообразные проявления поражающего действия ионизирующих излучений на организм. Многообразие этих проявлений зависит от следующих факторов:

• вид облучения (общее или местное);

• временной фактор (однократное, повторное, длительное, хроническое);

• пространственный фактор (равномерное или неравномерное);

• облучаемый объем и его локализация.

Типичным случаем является острая лучевая болезнь (ОЛБ), возникающая в результате однократного общего относительно равномерного облучения.

В зависимости от дозы и времени облучения наблюдаются три степени заболевания: острая, подострая и хроническая. В очагах поражения (при получении высоких доз) возникает, как правило, острая лучевая болезнь (ОЛБ).

Различают четыре степени ОЛБ:

-лёгкая (1-2 Гр). Начальный период - первичная реакция как и при ОЛБ всех других степеней - характеризуется приступами тошноты. Появляются головная боль, рвота, общее недомогание, незначительное повышение температуры тела, в большинстве случаев - анорексия (отсутствие аппетита, вплоть до отвращения к пище), возможны инфекционные осложнения. Первичная реакция возникает через 15 - 20 минут после облучения. Её проявления постепенно исчезают через несколько часов или суток, а могут вообще отсутствовать. Затем наступает скрытый период, так называемый период мнимого благополучия, продолжительность которого обусловливается дозой облучения и общим состоянием организма (до 20 суток). За это время эритроциты исчерпывают свой срок жизни, переставая подавать кислород клеткам организма. ОЛБ лёгкой степени излечима. Возможны негативные последствия - лейкоцитоз крови, покраснения кожи, снижение работоспособности у 25% поражённых через 1,5 - 2 часа после облучения. Наблюдается высокое содержание гемоглобина в крови в течение 1 года с момента облучения. Сроки выздоровления - до трёх месяцев. Большое значение при этом имеют личностная установка и социальная мотивация пострадавшего, а также его рациональное трудоустройство;

- средняя (2-4 Гр). Короткие приступы тошноты, проходящие через 2-3 дня после облучения. Скрытый период - 10-15 суток (может отсутствовать), в течение которого лейкоциты, вырабатываемые лимфатическими узлами, погибают и прекращают отторгать попадающую в организм инфекцию. Тромбоциты перестают свёртывать кровь. Всё это - результат того, что убитые радиацией костный мозг, лимфатические узлы и селезёнка не вырабатывают новые эритроциты, лейкоциты и тромбоциты на смену отработавшим. Развиваются отёк кожи, пузыри. Такое состояние организма, получившее название «костномозговой синдром», приводит 20% поражённых к смерти, которая наступает в результате поражения тканей кроветворных органов. Лечение заключается в изоляции больных от внешней среды, введении антибиотиков и переливании крови. Молодые и пожилые мужчины более подвержены заболеванию ОЛБ средней степени, нежели мужчины среднего возраста и женщины. Потеря трудоспособности наступает у 80% поражённых через 0,5 -1 час после облучения и после выздоровления долгое время остаётся сниженной. Возможно развитие катаракты глаз и местных дефектов конечностей;

-тяжёлая (4-6 Гр). Симптомы, характерные для кишечно-желудочного расстройства: слабость, сонливость, потеря аппетита, тошнота, рвота, длительный понос. Скрытый период может длиться 1-5 суток. Через несколько дней возникают признаки обезвоживания организма: потеря массы тела, истощение и полное обессиливание. Эти явления - результат отмирания ворсинок стенок кишечника, всасывающих питательные вещества из поступающей пищи. Их клетки под воздействием радиации стерилизуются и теряют способность делиться. Возникают очаги прободения стенок желудка, и бактерии поступают из кишечника в кровоток. Появляются первичные радиационные язвы, гнойная инфекция от радиационных ожогов. Потеря трудоспособности через 0,5-1 час после облучения наблюдается у 100% пострадавших. У 70% поражённых смерть наступает через месяц от обезвоживания организма и отравления желудка (желудочно-кишечный синдром), а также от радиационных ожогов при гамма облучении;

- крайне тяжёлая (более 6 Гр). В считанные минуты после облучения возникают сильная тошнота и рвота. Понос - 4-6 раз в сутки, в первые 24 часа - нарушение сознания, отёк кожи, сильные головные боли. Данные симптомы сопровождаются дезориентацией, потерей координации движений, затруднением глотания, расстройством стула, судорожными припадками и в конечном итоге наступает смерть. Непосредственная причина смерти - увеличение количества жидкости в головном мозге вследствие её выхода из мелких сосудов, что приводит к повышению внутричерепного давления. Такое состояние получило название «синдром нарушения центральной нервной системы».

Необходимо отметить, что поглощённая доза, вызывающая поражение отдельных частей организма и смерть, превышает смертельную дозу для всего тела. Смертельные дозы для отдельных частей тела следующие: голова - 20 Гр, нижняя часть живота - 30 Гр, верхняя часть живота - 50 Гр, грудная клетка - 100 Гр, конечности - 200 Гр.

Достигнутый на сегодня уровень эффектности лечения ОЛБ считается предельным, так как основан на пассивной стратегии - надежде на самостоятельное выздоровление клеток в радиочувствительных тканях (главным образом костном мозге и лимфатических узлах), на поддержку других систем организма, переливание тромбоцитной массы для предотвращения кровоизлияния, эритроцитарной -для предотвращения кислородного голодания. После этого остаётся только ждать, когда заработают все системы клеточного обновления и ликвидируют гибельные последствия радиационного облучения. Исход болезни определяется к концу 2-3 месяца. При этом могут наступить: полное клиническое выздоровление пострадавшего; выздоровление, при котором его трудоспособность в той или иной мере будет ограниченной; неблагоприятный исход с прогрессированием заболевания или развитием осложнений, приводящих к смерти.

В течении ОЛБ различают четыре периода:

1) первичная реакция на облучение;

2) формирование болезни;

3) восстановление после болезни;

4) последствия облучения.

При ОЛБ III степени наиболее страдающей системой организма является система кроветворения. Период формирования ОЛБ III степени можно разделить на четыре фазы.

Фаза первичной общей реакции. Первичная реакция появляется в первые минуты—часы после облучения, и во всех случаях при дозах > 2 Гр. Она характеризуется тошнотой, рвотой (особенно после приема жидкости), исчезновением аппетита. Иногда ощущаются сухость и горечь во рту. Появляются чувство тяжести в голове, общая слабость, сонливость.

Фаза кажущегося клинического благополучия. Через 2—4 дня симптомы первичной реакции исчезают и самочувствие больных улучшается или даже нормализуется. Из клинических признаков этой фазы отмечаются выпадение волос (если доза превышает определенный порог) и изменения в крови. Продолжительность фазы зависит от тяжести поражения и колеблется у человека от 14 до 32 дней.

Фаза выраженных клинических проявлений. К концу латентного периода самочувствие больных вновь резко ухудшается, повышается температура, нарастает СОЭ. Возникает так называемый геморрагический синдром, выражающийся кровоизлияниями в кожу, слизистые оболочки, ЖКТ, мозг, сердце, легкие. Основную угрозу для жизни в этот период составляют кровотечения в жизненно важных органах и возникновение инфекционных осложнений вследствие уменьшения числа лейкоцитов.

Фаза непосредственного восстановления. Начало фазы характеризуется нормализацией температуры, улучшением самочувствия, появлением аппетита, восстановлением сна. Прекращается кровоточивость, быстро увеличивается масса тела. Морфологический состав крови приближается к норме (через 2—3 мес). Продолжительность фазы составляет 1—2 мес, к концу 3-го месяца самочувствие становится вполне удовлетворительным, однако облысение продолжается. Рост волос возобновляется к 4-му месяцу; через 4—6 мес нормализуется воспроизводительная способность.

При местном воздействии ионизирующей радиации в зависимости от дозы облучения возникают различные изменения, начиная от явлений преходящих расстройств кровообращения вплоть до развития радиационных ожогов и некрозов. После внешнего равномерного облучения организма в зависимости от дозы полученного воздействия возникают поражения от едва уловимых общих реакций до острых форм лучевой болезни.

Кишечная форма острой лучевой болезни возникает при облучении подопытных животных в сверхсмертельных дозах (1000—2000 Р). Смерть животных наступает на 3— 5—е сутки после облучения. На вскрытии можно видеть гибель основной массы кишечного эпителия и оголение (денудацию) ворсинок, их уплощение и даже полную деструкцию.

У человека в случае облучения в сверхсмертельных дозах смерть наступает на 7—10-е сутки. Для этой формы лучевой болезни характерны интенсивная рвота, в дальнейшем — кровавый понос, повышение температуры тела, явления сепсиса, типичные для лучевого поражения изменения крови.

Для токсемической формы характерны тяжелые гемодинамические нарушения, парез сосудов и распад тканей, общая интоксикация, олигурия, гиперазотемия. Смерть наступает на 4—7-е сутки.

Церебральная форма острой лучевой болезни возникает при облучении очень, большими дозами — выше 8000 Р. Смертельный исход при этом может произойти даже в ходе самого облучения или через несколько минут (или часов) после воздействия — так называемая «смерть под лучом».

Эта форма радиационного поражения характеризуется судорожно-паралитическим синдромом, нарушением сосудистого тонуса (понижение артериального давления) и терморегуляции, возникающим в момент облучения либо в первые часы после него. Несколько позднее появляются функциональные нарушения пищеварительной и мочевыделительной системы.

Причиной смерти при церебральной форме острой лучевой болезни является гибель клеток коры головного мозга и нейронов ядер гипоталамуса. В поражении нервной системы главное значение имеет непосредственное повреждающее действие ионизирующей радиации на ткани. По-видимому, существенную роль играют и образующиеся в тканях радиотоксины.