На органном уровне радиочувствительность зависит не только от радиочувствительности тканей, составляющих данный орган, но и от его функций. Следует рассмотреть действие излучения на отдельные органы сначала при внешнем облучении.
Некоторые особенности радиоустойчивости органов при внешнем облучении
• Внешнее облучение - когда источник излучения находится вне организма. Внешнее облучение создается в основном гамма-излучением, рентгеновским излучением и нейтронным излучением. Его поражающая способность зависит от энергии излучения, продолжительности облучения, расстояния от источника излучения до объекта облучения, от защитных мероприятий
Рассмотрим последствия облучения основных органов и тканей организма человека.
• Семенники. В них постоянно идет размножение сперматогониев, которые обладают высокой радиочувствительностью. Напротив, сперматозоиды (зрелые клетки) являются более устойчивыми к облучению. Уже при дозах 0,15 Гр происходит клеточное опустошение семенников. При облучении в дозах 3,5-6 Гр возникает постоянная стерильность.
• Яичники. В яичниках взрослой женщины содержится популяция неза-меняемых овоцитов. Воздействие однократного облучения в дозе 1-2 Гр на оба яичника вызывает временное бесплодие и прекращение менструаций на 1-3 года. При остром облучении в диапазоне 2,5-6 Гр развивается стойкое бесплодие.
• Органы пищеварения. Наибольшей радиочувствительностью обладает тонкий кишечник. Далее по снижению радиочувствительности следуют полость рта, язык, слюнные железы, пищевод, желудок, прямая и ободочная кишки, поджелудочная железа, печень.
• Сердечно-сосудистая система. В сосудах большей радиочувствительностью обладает наружный слой сосудистой стенки, что объясняется высоким содержанием коллагена. Сердце считается радиоустойчивым органом, однако при локальном облучении в дозах 5-10 Гр можно обнаружить изменения миокарда. При дозе 20 Гр отмечается поражение эндокарда.
• Органы дыхания. Легкие взрослого человека - стабильный орган с низкой пролитеративной активностью. Последствия облучения легких проявляются не сразу. При локальном облучении может развиться радиацион
|
Таблица 2.4 Действие излучения на человека при облучении всего организма |
ный пневмонит, воспаление дыхательных путей, приводящих к фиброзу. Это часто лимитирует лучевую терапию. При однократном воздействии гамма-излучения 1_Ом для человека составляет 8-10 Гр, а при фракционировании в течение 6-8 недель - 30-50 Гр.
• Органы выделения. Почки достаточно радиоустойчивы. Однако облучение почек в дозах более 30 Гр за 5 недель может привести к развитию хронического нефрита.
• Органы зрения. Возможны два типа поражений глаз: воспалительные процессы в конъюнктиве и склере (при дозах 3-8 Гр) и катаракта (при дозах более 8 Гр). В этом случае наиболее опасно нейтронное облучение.
• Центральная нервная система. Это высокоспециализированная ткань человека радиоустойчива. Клеточная гибель наблюдается при дозах свыше 100 Гр.
• Эндокринная система. Она обладает относительной радиоустойчивостью.
• Кости, сухожилия. У взрослых они радиоустойчивы, в детском возрасте или при заживлении переломов радиочувствительность повышается. Наибольшая радиочувствительность скелетной ткани характерна для эмбрионального периода.
• Мышцы. Высокорадиоустойчивы.
Таким образом, при внешнем облучении степень поражения органов можно расположить в следующей последовательности (от большего к меньшему поражению):
- органы кроветворения, костный мозг, половые железы, селезенка, лимфатические железы;
-желудочно-кишечныйтракт, печень, органы дыхания;
- железы внутренней секреции (надпочечники, гипофиз, щитовидная железа, островки поджелудочной железы, паращитовидная железа);
- органы выделения, мышечная и соединительная ткань, хрящи, нервная ткань.
При равномерном облучении всего организма человека последствия более трагичны и демонстрируются таблицей 2.4.
Реакция организма на облучение. Радиационные синдромы
Особенности поражения организма определяются двумя факторами: 1) радиочувствительностью тканей, органов и систем, непосредственно подвергшихся облучению;
2) поглощенной дозой излучения и ее распределением во времени.
При облучении страдают все органы и ткани, но ведущим для организма является поражение одного или нескольких критических органов.
• Критические органы - это жизненно важные органы и системы, которые повреждаются первыми в данном диапазоне доз, что обуславливает гибель организма в определенные сроки после облучения.
Известны три группы критических органов:
Первая группа - все тело, гонады, красный костный мозг
Вторая группа - мышцы, щитовидная железа, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам.
Третья группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы.
В зависимости от критического органа выделяют 3 основных радиационных синдрома:
1. Костно-мозговой - развивается при облучении в диапазоне доз 1-Ю Гр, средняя продолжительность жизни не более 40 суток, на первый план выступают нарушения гемопоэза.
2. Желудочно-кишечный - развивается при облучении в диапазоне доз 10-80 Гр, средняя продолжительность жизни около 8 суток. Ведущим является поражение кишечника.
3. Церебральный - развивается при облучении в дозах более 80-100 Гр, продолжительность жизни менее 2 суток, развиваются необратимые изменения в центральной нервной системе
Некоторые особенности реакции органов и систем при внутреннем облучении
• Внутреннее облучение - если источник излучения находится внутри организма. Радионуклиды попадают в организм в виде аэрозолей, атомов, молекул вместе с продуктами питания (90%), с питьевой водой (5-8%), с вдыхаемым воздухом (2-5%). Попадая в организм человека, радионуклиды накапливаются в отдельных органах и тканях в зависимости от типа радиоактивного изотопа. Например, равномерно по всему телу распределены: тритий, углерод, железо; в костях накапливаются: кальций, стронций, барий и другие химические элементы, независимо от того, радиоактивны они или нет; в щитовидной железе накапливается йод, технеций.
• Важное свойство органов - каждый из них накапливает схожие химические элементы (по числу валентных электронов). Например: натрий, литий, калий, рубидий. При этом в каждом органе преимущество отдается определенным химическим элементам. Например, для образования костей в продуктах питания должно быть достаточное количество кальция, но если в пище его недостаточно, но имеется стронций, то костями будет усваиваться и стронций, независимо от того какой это стронций - радиоактивный или нет.
При внутреннем облучении степень поражения организма зависит не только от количества попавших в организм радионуклидов, от распределения их по органам и системам, но и от времени естественного их выведения из организма В связи с обменными процессами в организме наблюдается естественное выведение радионуклидов из организма. Скорость выведения различных радионуклидов из различных органов различна.
Для оценки скорости выведения радионуклидов из организма введено понятие - период биологического полувыведения, т.е. это время, в течение которого количество данного радионуклида в органе или организме уменьшится вдвое.
Так как действие радионуклида зависит и от периода полураспада, то введено понятие эффективного периода полувыведения, который определяется по формуле;
ТЭФ = Т- У(Т + Т6), (2.1)
где Т - период полураспада; Т6 - период биологического полувыведения.
От эффективного периода полувыведения зависит доза, которую получит орган, а от дозы зависят последствия для всего организма
Доза в данном органе может быть рассчитана по формуле:
й = 73ЕАТэф [1 - ехр(-0,6931/Тэф)], (2.2) где Е - средняя энергия бета-частиц, МэВ; А - удельная радиоактивность, мкКи/г
Известно, что выводящими системами из организма являются желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), легкие, кожа и почки. Установлено, что при внутреннем облучении косвенно противостоять радиации могут печень, почки, иммунная и кровеносная системы.
Почки
Почки играют основную роль в ускорении вывода радионуклидов из организма, являясь прекрасным пассивным фильтром, очищающим кровь от токсинов и продуктов распада. Они вырабатывают мочу для ускорения вывода ядов из организма, в том числе и радионуклидов, регулируют состав жидкостей в организме, поддерживают кислотно-щелочной баланс крови, влияющий на чувствительность к радиации. Факторами, перегружающими почки, являются стресс, повышенное содержание мяса в рационе питания, зашпако-ванность и др. В любом случае нарушение работы почек повышает нагрузку на другие органы выделения. Если шлаки, продукты распада, радионуклиды не удаляются с мочой, то они выделяются через поры кожи с потом. Нормальная работа почек способствует выведению радионуклидов из организма.
К веществам, улучшающим работу почек, относятся магний, кальций, витамин С. Самым уникальным продуктом, дающим почкам практически все необходимое, является гречиха. Зашлакованность почек удаляют по специальной методике.
Печень
Печень это активный фильтр. Она выполняет более 500 функций. Рассмотрим только те функции, которые связаны с противодействием радиации: это всасывание, расщепление жиров, углеводов, нейтрализация токсинов. Печень вырабатывает желчь, расщепляющую жиры. Печень также вместе с поджелудочной железой и другими органами регулирует количество сахара в крови.
Печень задерживает и радиоактивные вещества, пытается их «разрушить» и обеспечивает выведение из организма естественным путем
Работу печени ухудшают повышенное содержание в рационе питания жиров, углеводов, переедание и злоупотребление алкоголем, зашлакованность.
Чтобы печень выполняла свои функции, в том числе связанные и с выведением радионуклидов из организма, она должна быть здоровой. Улучшают работу печени витамины групп В, С, аминокислоты, содержащие серу, пониженное содержание жиров в рационе питания, соблюдение режима труда и отдыха, периодическое очищение печени от шлаков по специальным методикам.
Иммунная система
Иммунная система защищает человека от вирусов, бактерий, аллергенов, токсинов и от роста злокачественных клеток.
В состав иммунной системы входят: селезенка, вилочковая железа (тимус), костный мозг, кровь, лимфоциты.
Защитными действиями иммунной системы руководит вилочковая железа. Из ткани костного мозга образуются лимфоциты (разновидность белых клеток крови). Их называют В-кпетками. Проходя через вилочковую железу, часть из них превращается в Т-клетки Вместе с другими клетками Т- и В-клетки циркулируют в токе крови. В-клетки вырабатывают антитела, обеспечивающие иммунитет против инфекций, Т-клетки уничтожают инородные и раковые клетки.
• Вилочковая железа - орган, состоящий из лимфоидной ткани и служащий для разрушения старых и дефектных красных кровяных клеток.
В вилочковой железе созревает лишь часть лимфоцитов, другая часть созревает в лимфатических узлах, служащих в основном для фильтрации.
Лимфатические узлы захватывают инородные частицы и бактерии, предотвращая их циркуляцию в организме. К лимфатическим узлам относятся и миндалины. Их воспаление (ангина) свидетельствует о перегрузке иммунной системы. Лимфатические узлы сосредоточены также в подмышечных впадинах, в паху, в области шеи, селезенки и вдоль пищеварительного тракта.
Сущность защиты от инородных включений заключается в следующем. Вилочковая железа, селезенка, костный мозг, лимфоузлы могут отличать клетки «своих» от «чужих», т.е. любое инородное образование (вирус, раковая клетка, радиоактивное вещество и др.) выявляется и окружается В-клетками, затем атакуется и уничтожается Т-клетками. Хотя радиоактивные вещества не могут быть разрушены Т-клетками, но после этого инородные тела попадают в лимфу и выводятся из тела. Так наш организм защищает нас от нежелательного воздействия внешнего мира.
Ухудшают работу иммунной системы:
-дефектные белки, возникшие за счет воздействия радиации на соматические клетки;
- перегрузка лимфатических узлов (фильтров) иммунной системы продуктами распада, микробами и раковыми клетками;
- недостаток в рационе питания витаминов А, Е,С, группы В, микроэлементов селена и цинка,
- повышенная кислотность в организме, как за счет стрессов, так и за счет повышенного содержания мяса в рационе питания;
- подавленные функции почек и печени за счет их зашлакованности;
- гастрит с повышенной кислотностью;
- некачественная питьевая вода, обилие жирной пищи.
Как поддержать иммунную систему? Необходимо устранить причины, ухудшающие работу иммунной системы, улучшить работу печени и почек, принимать повышенное количество витаминов В6 и С, продуктов с микроэлементами кальция и магния.
Кровеносная система
Кровь обеспечивает работу дыхательной, пищеварительной и иммунной систем организма. Для этого она доставляет различные вещества к различным частям тела, где они необходимы. Кровь несет кислород от легких к мышцам и диоксид углерода в обратном направлении, переносит продукты распада к почкам. Питательные вещества, витамины и гормоны присутствуют в токе крови. Кроме того, кровь вырабатывает антитела, борющиеся с инфекциями во всех частях тела.
Кровь защищает нас также и от радиации за счет поддержки кислотно-щелочного равновесия. Этот баланс важен, так как обеспечивает транспортировку, как питательных веществ, так и токсинов. Кислотно-щелочной баланс крови, как основной закон жизни способствует и сопротивлению радиации. Это значит, что кровь должна быть полноценной, содержать все необходимые питательные вещества. Тогда она сможет выполнять свои функции и поддерживать работоспособность организма и при облучении. Правда, такая защита не абсолютна
Водородный показатель рН характеризует кислотность среды и определяется концентрацией ионов водорода. В нейтральной среде рН =7. В идеале кровь должна иметь рН = 7,4, т.е. небольшой избыток щелочи. Почки и дыхательная система регулируют рН крови. Кроме того, кровь и сама регулирует рН Некоторые природные белки снижают кислотность. Все эти процессы поддерживают равновесие в организме. Однако щелочность может нарушаться в результате неправильного питания и наличия токсических веществ
Ухудшают состав крови:
- облучение радиацией кроветворной системы;
- избыток мяса и яиц в рационе питания;
- не оптимальное соотношение натрия и калия в крови (должно быть от 7 до 1 - тогда условия для размножения бактерий наименее благоприятны);
- больные печень, желудок, почки, легкие;
-дефицит в крови железа, фолиевой кислоты, витаминов С, В12, микроэлемента магния, оптимального содержания животного белка. Улучшают состав крови:
- употребление нейтральных продуктов (каши);
- преимущественное употребление овощей и фруктов;
- ограничение потребления мяса, яиц, жиров, молока;
- ограничение потребления сахара, лучше употреблять мед и фрукте! вые соки.
Некоторые выводы. Существует два принципа защиты внутренней сре! ды человека от радиации и экологических загрязнений.
Первый принцип - принцип оптимального здоровья, заключающийся] в постоянном насыщении наших клеток полезными веществами с целью снижения накопления радионуклидов.
Второй принцип состоит в том, чтобы избегать вредных продуктов! питания. В круг «обвиняемых» попадают молочные продукты, пшеница, мясо и птица, сахар, жиры. Они затрудняют процесс отдачи эритроцитами кислорода и поглощению углекислого газа. Жирная пища способствует отложению в артериях вредных веществ, способствует образованию ради-' калов, что ведет к разрушению клеток, ослаблению иммунной системы и быстрому старению. Необходимые жиры можно получить от орехов и растительных масел.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:
1. Что такое радиоустойчивость и радиочувствительность?
2. Перечислить, какие органы человека более устойчивы к облучению и какие] менее устойчивы.
3. Что такое внутреннее и внешнее облучение?
4. Что такое период полувыведения радионуклидов из организма?
5. Причины, перегружающие почки, и способы восстановления работостю-собности почек.
6. Причины, перегружающие печень, и способы восстановления ее работоспособности
2.1.4. Детерминированные и стохастические эффекты. Степени лучевой болезни
Последствия облучения человека могут проявляться в двух вариантах (детерминированные и стохастические (случайные) эффекты) Детерминированные эффекты
В основе возникновения детерминированных эффектов после облучения лежит превышение количества погибших клеток над числом образованных. Если ткань жизненно важна и существенно повреждена, то конечным результатом может быть смерть организма. Детерминированные эффекты наблюдаются при дозах 100 рад и более при облучении всего тела или локального облучения тканей критических органов.
К детерминированным эффектам относят:
- опустошение красного костного мозга, проявление лучевой болезни;
- нарушение репродуктивной функции (временная стерильность мужчины наступает при однократном облучении семенников дозой около 0.15 Гр. Постоянная стерильность у мужчин наступает при дозах от 3,5 до 6 Гр или 2 Гр/год. Постоянная стерильность у женщин наблюдается при дозах 2,5-6 Гр.;
- лучевая катаракта (при дозах от 2 до 10 Гр);
- неопухолевые формы поражения кожи;
- сокращение продолжительности жизни и др.
Свойственная всему живому индивидуальная изменчивость отражается и в характере чувствительности к облучению. Это видно из рис. 2.6, где приведены типичные зависимости «доза-эффект» детерминированных эффектов для лиц с различной радиочувствительностью, а в табл. 2.5 и 2.6 -пороги для некоторых детерминированных эффектов, причем в таблице 2.6 - пороги для наиболее радиочувствительных органов.
Верхний график на рис. 2.6 показывает, как частота отдельного детерминированного эффекта возрастает в зависимости от дозы в группе лиц с различной чувствительностью.
Нижний же график представляет зависимость степени тяжести эффекта от дозы для группы лиц с разной радиочувствительностью. Для простоты кривые а, б, в представляют три уровня чувствительности. Степень тяжести эффекта наиболее заметно возрастает у тех лиц, кто наиболее чувствителен (кривая а) и достигает порога обнаружения при меньшей дозе, чем в менее чувствительных группах лиц (кривые б и в). Диапазон доз, в котором различные группы лиц пересекают один и тот же порог степени тяжести, отражен на верхнем графике. Эта частота достигает 100% при такой дозе, которая достаточна для превышения определенного порога тяжести для всех лиц.
|
Таблица 2 5 Приблизительные пороговые дозы для детерминированных эффектов в различных тканях, основанные на реакциях пациентов на стандартное |
Примечание. Степень поражения организма радиацией не может быть объяснена ионизацией или количеством поглощенной энергии. Расчеты показывают, что при полученной дозе 6 Гр, вызывающей гибель организма, относительное количество образующихся ионов невелико и составляет одна ионизированная |
Частота,% |
Рис. 2.6. Зависимость между дозой и ее воздействием для детерминированных эффектов |
Если повреждается ткань, играющая жизненно важную роль, то это может вызвать смерть человека. Смертельный исход неизбежен, если человек получает дозу на все тело около 6 Гр и выше в течение короткого периода времени. Дозы, равные приблизительно 3 Гр, могут быть смертельными для примерно половины людей из числа облученных, не получивших лечение или получивших недостаточное лечение. Для здоровых людей, получивших нормальное лечение, средняя летальная доза может составлять 5 Гр (см. таблицу 2.7). При дозах ниже 0,5-1 Гр вероятность детерминированных последствий практически равна нулю.
Замечено, что если суммарная доза фракционирована, т.е. облучение проводится многократно долями суммарной дозы, то пороговая доза возрастает. Это свидетельствует о том, что организм обладает эффективным механизмом пострадиационного восстановления, который за период между моментами новых облучений ликвидирует последствия облучения.
напекут на 10 млн молекул воды. А количество энергии эквивалентно прием»
внутрь одной чайной ложки теплой воды. у
п Таблица 2 б
|
_ Таблица 2.7 диапазон доз, связанных с отдельными радиационно индуцированными синдромами и смертью людей, подвергшихся острому лучевому воздействию с малой линейной передачей энергии равномерно по всему телу |
оценки порогов детерминированных эффектов у взрослых людей в некоторых органах при воздействии излучения с малой линейной передачей энергии
Порог | ||
Ткань и эффект | Поглощенная доза за одно кратковременное облучение, Гр | Мошность дозы, получаемой ежегодно при сильно фракционированных или протяженных облучениих в течение многих лет, Гр/гол |
Семенники | ||
Временная стерильность | 0,15 | 0,4 |
Постоянная | 3,5-6 | |
стерильность | ||
Яичники | ||
Стерильность | 2,5-6 | Более 2 |
Хрусталики | ||
Обнаруживаемые помутнения | 0,5-2 | Более 0,1 |
Катаракта | Более 0.15 | |
Красным костный мозг | ||
Угнетение кроветворения | 0,5 | Более 0,4 |
К сожалению, компенсация никогда не бывает полной, и в живом организме в результате облучения накапливаются необратимые повреждения. Эксперименты позволяют предполагать, что 80% последствий облучения являются обратимыми, а 20% относятся к стойким дефектам, снижающим жизнеспособность организма. На основании этого, всегда различают однократное (острое) и хроническое облучение.
Острая лучевая болезнь (О Л Б)
Под лучевой болезнью человека понимают комплекс проявлений поражающего действия ионизирующих излучений на организм. Многообразие проявлений зависит от того, общее это облучение или местное, внешнее или внутреннее, однократное, пролонгированное или хроническое, равномерное или неравномерное и др.
Острая лучевая болезнь при однократном внешнем равномерном облучении - типичный пример радиационного поражения человека. Данный вариант ОЛБ развивается при облучении в дозе свыше 1 Гр При дозе менее 1 Гр может возникнуть острая лучевая травма, сопровождающаяся небольшой лейкопенией и тромбоцитопенией без признаков заболевания. Выделяют четыре основные формы ОЛБ:
1. Костно-мозговая (доза 1-10 Гр);
2. Кишечная (доза 10-20 Гр);
3. Токсемическая (доза 20-80 Гр);
4. Церебральная (доза более 80 Гр)
В зависимости от поглощенной дозы костно-мозговая форма ОЛБ подразделяется по степеням тяжести:
1 (легкая) - наблюдается при дозах 1-2 Гр. Скрытый период продолжается две-три недели, после чего появляется недомогание, общая слабость, тошнота, головокружение, периодическое повышение температуры. Заметные изменения в составе крови. Как правило, в результате лечения человек выздоравливает.
2 (средней тяжести) - наблюдается при дозах 2-4 Гр. Скрытый период длится около недели. Признаки заболевания выражены более ярко. Появляется рвота, головные боли, наблюдаются кровоизлияния и потеря аппетита. Летальность может достигать 30%. Выздоровление при лечении наступает через 1,5-2 месяца
3 (тяжелая) - наблюдается при дозах 4-6 Гр. Скрытый период составляет несколько часов. Появляется сильная головная боль, рвота, понос с кровью, интенсивное выпадение волос. Летальность может составлять 30-100%. Выздоровление при лечении может наступить через 6-8 месяцев.
4 (крайне тяжелая) - наблюдается при дозах 6-10 Гр. Скрытого пери4 ода нет. Признаки заболевания проявляются сразу. Летальность достигает 100%. Причинами смерти чаще всего являются кровоизлияния или инфекционные заболевания, так как иммунная система подавляется полностью.
В течении ОЛБ выделяют три периода: 1) период формирования] 2) период восстановления; 3) период исходов и последствий.
Период формирования можно четко разделить на 4 фазы: 1 - фаза первичной острой реакции; 2 - фаза мнимого благополучия (латентная); 3 - фаза разгара болезни; 4 - фаза раннего восстановления.
1. Фаза первичной острой реакции. В первые минуты и часы после] облучения могут появиться следующие симптомы: тошнота, рвота, потеря аппетита, сухость во рту, головная боль, головокружение, слабость, сонливость (табл. 2.8). При высокой степени тяжести (3-4) возможно развитие шокоподобного состояния с падением артериального давления, кратковременная потеря сознания, температура, понос.
Таблица 2 8 давления. Начинается выпадение волос на облученных участках кожи (табл. 2.9). Поражения кожи вновь проявляются на 8-15-й день.
|
Показатели степени тяжести ОЛБ в латентной фазе |
Таблица 2.9