BZhD_Metodichka_1

РАДИОЛИЗ ВОДЫ В ЖИВОЙ КЛЕТКЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ

ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И ОБРАЗОВАНИЕ РАДИКАЛА

КИСЛОРОДА ИЗ ЕГО МОЛЕКУЛЫ.

Под действием ИИ происходят разрывы, сшивки, изменения по­ следовательности мономеров в молекулах биополимеров, потерю ими фрагментов, окислительную модификацию, образование аномальных химических связей с другими молекулами. Доля поврежденных биомо­ лекул положительно связана с их молекулярной массой. Например, по­ сле облучения в дозе 10 Гр в клетке оказываются поврежденными 0,015% молекул олигосахаридов, 0,36% — аминокислот, 1% — белков и 100% — нуклеиновых кислот. С уязвимостью ДНК и ее уникальной ро­ лью генетической матрицы связана ведущая роль повреждений ДНК как основы радиобиологических эффектов, формирующихся на более высо­ ких иерархических уровнях биосистемы. Во время митоза повреждения ДНК в клетке проявляются хромосомными аберрациями, основными ви­ дами которых являются фрагментация хромосом, формирование хромо­ сомных мостов, дицентриков, кольцевых хромосом, внутри- и межхромосомных обменов и т. п. Однако многие клетки погибают после облу­ чения еще до митоза, а следовательно, и до появления хромосомных аберраций.

Относительное количество молекул малого размера, повреждае­ мых в течение первичных стадий действия излучений, невелико. При до­ зе облучения -10 Гр (абсолютно летальная доза для млекопитающих) из числа молекул, находящихся в клетке, доля поврежденных составляет для углеводов 0,015%, для нуклеотидов — 0,023%, для аминокислот — 0,36%. Такое незначительное число поломок молекул, из числа содер­ жащихся в клетке, не может существенно сказаться на жизнедеятельно­ сти клетки. Если эти малые молекулы являются компонентами полимер­

31

ных соединений, их относительная поражаемость оказывается сип меньшей. Однако, в расчете на одну макромолекулу, в полимера\ > большой молекулярной массой число повреждений может быть дек и точно большим. В растворах белков при облучении их в той же динвозникает 1 повреждение на 100 молекул, а в молекулах ДНК — 220 на I молекулу. В каждой молекуле ДНК оказываются пораженными околи In нуклеотидов.

Наиболее биологически значимыми в облученной клетке являюп ч изменения ДНК. Это повреждения, лежащие в основе одиночных и двойных разрывов цепочек ДНК: химическая модификация пуриноныч п пиримидиновых оснований, их отрыв от цепи ДНК, разрушение фоефп эфирных связей в макромолекуле, распад дезоксирибозы. Кроме пни наблюдаются повреждения ДНК-мембранного комплекса, разрушение связей ДНК—белок, повышающее уязвимость ДНК при атаке вторим ными радикалами и ферментами, сшивки ДНК-ДНК и ДНК-белок, на рушения вторичной, третичной и четвертичной структур этого биопо лимера.

В липидйой фракции в присутствии кислорода вследствие актин ции свободнорадикальных процессов накапливаются продукты переми ного окисления, в первую очередь перекиси и гидроперекиси ненаеы щенных жирных кислот. В раде случаев окислительные процессы и ш пидах могут принять цепной характер. Липиды являются структурными компонентами внутриклеточных мембран, и их повреждение приводи i к существенному нарушению метаболических процессов в клетке, вноет значимый вклад в патогенез лучевого поражения. Некоторые продумы перекисного окисления липидов (гидроперекиси, перекиси, эпоксиды, альдегиды, кетоны) обладают выраженными радиомиметическими сноп ствами: под их влиянием в клетках возникают повреждения, во многом сходные с теми, которые вызываются самим облучением. Такие продуь-

32

ты получили наименование первичных радиотоксинов. Липидные ра­ диотоксины, в частности, изменяют свойства внутриклеточных мембран, их проницаемость, способствуют высвобождению ферментов. Они на­ рушают регуляцию биохимических процессов, вызывают глубокие на­ рушения ультраструктуры клеток.

Активации процессов перекисного окисления липидов способст­ вует снижение активности собственных антиокислительных систем клетки. Это обусловлено как радиационным разрушением естественных антиокислителей в клетке, которыми являются в первую очередь фосфо­ липиды, так и разрушением фосфолипидов в результате активации цеп­ ной окислительной реакции.

К первичным радиотоксинам относят также образующиеся в облу­ ченных клетках продукты окисления фенолов — хиноны и семихиноны.

Одновременно в ответ на возникшие первичные повреждения в облученной клетке активируются репарационные системы, деятельность которых направлена на устранение возникших повреждений. Наиболее важной из них является система ферментативной репарации поврежде­ ний ДНК. Повреждения биомолекул других типов чаще всего не явля­ ются фатальными для клетки: продукты их распада могут быть удалены из клетки, а функцию инактивированных соединений могут взять на се­ бя сохранившиеся молекулы того же строения. Молекулы ДНК уни­ кальны, и в случае повреждения их функция не может быть продублиро­ вана. При репликации нарушенных матриц будут воспроизводиться де­ фектные копии — будут синтезироваться аномальные продукты, напри­ мер ферменты с измененными характеристиками. Поэтому возникшие в результате облучения повреждения ДНК, во избежание развития тяже­ лых для клетки последствий, должны быть репарированы таким обра­ зом, чтобы исходное строение этого чрезвычайно сложно устроенного биополимера было точно восстановлено. В клетке существуют различ-

зз

ные системы, способные репарировать большинство нарушений струк туры ДНК, связанных с повреждением одной из комплементарных цс пей, и даже значительную часть повреждений, захватывающих обе нити Однако избыточная активность ферментов, обеспечивающих такую ре­ парацию, может иногда привести к утяжелению повреждения генома клетки. Так, репарация повреждений ДНК представляет собой весьма энергоемкий процесс, в ходе которого расходуется значительное коли чество АТФ. Кроме того, в процессе репарации интенсивно потребляв i ся АДФ, что снижает продукцию АТФ клетками. Возникающий и ре­ зультате дефицит макроэргов может отрицательно сказаться на функпп ях особенно чувствительных к нему нервных клеток.

Существование в клетках механизмов и ферментных систем, оГчч печивающих репарацию большинства начальных повреждений ДИК эволюционно обусловлено необходимостью поддержания стабильное ш генома в условиях постоянно возникающих повреждений ДНК в pesvni. тате воздействия естественного радиационного фона, присутствия в сpiде химических мутагенов, случайно возникающих в процессе жизнок-я тельности клеток нарушений и сбоев. Если бы не было таких мехами i мов, жизнь была бы невозможна.

34

ОСТРАЯ ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ

Все эти изменения приводят к острой лучевой реакции и ост­ рой лучевой болезни (ОЛБ) табл. 6.

Таблица 6.

Патогенетическая классификация острой лучевой болезни от внеш­ него облучения

Клиническая форма	Степень тяжести Доза, Гр (+ 30%)
Костномозговая	1 (легкая)	1-2
Костномозговая	2 (средняя)	2-4
Костномозговая	3 (тяжелая)	4-6
Костномозговая (пере-	4 (крайне тяже-	6-10
Кишечная	-	10-20
Токсемическая (сосуди-	-	20-50
Церебральная	-	Более 50

Наиболее важным для военного врача вариантом лучевого пора­ жения является так называемая острая лучевая болезнь (ОЛБ). Патогене­ тическую основу ОЛБ составляет несовместимое с нормальной жизне­ деятельностью поражение одной из систем, называемых «критически­ ми»: кроветворной, эпителия тонкой кишки, центральной нервной сис­ темы.

Острая лучевая болезнь (ОЛБ) — симптомокомплекс, развиваю­ щийся в результате общего однократного равномерного или относитель­ но равномерного внешнего рентгеновского, у- и (или) нейтронного об­ лучения в дозе не менее 1 Гр. Каждое из перечисленных условий являет­ ся необходимым для формирования ОЛБ. Так, если доза облучения меньше 1 Гр, лучевое поражение проявляется, преимущественно, гема­ тологическими изменениями («острая лучевая реакция») без существен­ ного ухудшения функционального состояния организма. Возможны лишь легкие транзиторные клинические проявления в виде тошноты и

35

чувства слабости. Если большая часть дозы получена в результате про­ лонгированного облучения, заболевание приобретает подострое течение, а если необходимая доза накапливается несколько месяцев, формируется хроническая лучевая болезнь. При экранировании во время облучения значительных по объему частей тела (т. е. несоблюдении условия рав­ номерности пространственного распределения дозы) клиническая кар­ тина также не соответствует ОЛБ, определяясь преимущественно мест­ ным лучевым поражением.

Вклинической картине ОЛБ преобладают проявления поражения той тканевой системы, дисфункция которой лимитирует продолжитель­ ность жизни организма при данной дозе облучения. Такая тканевая сис­ тема называется критической. В зависимости от дозы, в качестве крити­ ческой тканевой системы при внешнем облучении могут выступать кро­ ветворная, пищеварительная или центральная нервная система. В соот­ ветствии с этим выделяют четыре клинические формы ОЛБ (см. табл. 6).

Костномозговая форма острой лучевой болезни.

Вслучае общего облучения в дозах 1— 10 Гр судьба организма оп­ ределяется поражением преимущественно кроветворной ткани. Костно­ мозговую форму иногда называют типичной, поскольку при ней наибо­ лее четко проявляется присущий ОЛБ периодизм. В течении ОЛБ выде­ ляют:

1.период общей первичной реакции на облучение;

2.скрытый период (период мнимого благополучия);

3.период разгара;

4.период восстановления.

Период общей первичной реакции на облучение.

Свободные радикалы, образовавшиеся в результате взаимодейс т­

вия продуктов радиолиза воды между собой и с кислородом, поврежда­

ют биомолекулы, вызывая образование их перекисных соединений и

36

веществ хиноидного ряда, именуемых радиотоксинами. В пролифери­ рующих тканях отмечаются задержка митозов, репродуктивная и интер­ фазная гибель клеток. Продукты их распада (в том числе такие биологи­ чески активные вещества, как гистамин, серотонин) совместно с радио­ токсинами циркулируют в крови. Обусловленные этим повышение про­ ницаемости сосудистой стенки, нарушение регуляции сосудистого тону­ са, мощная афферентная импульсация и гиперстимуляция триггер-зоны рвотного центра составляют патогенетическую основу симптомокомплекса общей первичной реакции на облучение. Он включает в себя диспептический (тошнота, рвота, диарея) и астеновегетативный (голов­ ная боль, слабость, гиподинамия, артериальная гипотензия) синдромы.

В периферической крови в это время прогрессирует дозозависимое снижение числа лимфоцитов. В течение первых суток отмечается пере­ распределительный нейтрофильный лейкоцитоз.

Выраженность и продолжительность общей первичной реакции на облучение тем больше, чем выше доза облучения. Время начала прояв­ лений этого симптомокомплекса, напротив, отрицательно связано с до­ зой.

Возникновение распространенной лучевой эритемы развивается после общего облучения в дозах более 6 Гр.

Скрытый период.

К концу периода общей первичной реакции на облучение цирку­ лирующие в крови токсичные соединения в основном выводятся, уро­ вень патологической импульсации в нервную систему снижается. Высо­ кие компенсаторные возможности нервной системы обеспечивают вос­ становление ее функций, благодаря чему исчезают клинические прояв­ ления первичной реакции.

Изменения же в критической системе организма — кроветворной

— еще не успевают отразиться на численности ее зрелых клеток. При-

37

чипа этого заключается в том, что облучение вызывает гибель лишь am собных к делению клеток кроветворной системы. Сами же форменные элементы крови, как и их непосредственные предшественники, состлн ляющие пул созревающих клеток, радиорезистентны (исключение си станляют лишь лимфоциты). Поэтому, несмотря на облучение, созре нающие клетки завершают программу дифференцировки, на что, как и и норме, требуется 5 сут. В течение этого времени физиологическая убыш. форменных элементов компенсируется притоком созревших клеток m костного мозга, благодаря чему уровень гранулоцитов и тромбоцитои и периферической крови не снижается. На 5-е сут после облучения урн нош, большинства форменных элементов в крови начинает падать — на ступает фаза первичного опустошения. Клинически это проявляйся лишь после того, как содержание клеток опускается до критически ни i кого уровня, составляющего для нейтрофильных гранулоцитов 15 20%, а для тромбоцитов — 10— 15% от исходного. Время, требуемое дни достижения этого уровня, и определяет продолжительность скрытою периода.

Жалобы на состояние здоровья в скрытом периоде отсутствую: или несущественны; работоспособность сохранена.

На 7—9-й день после облучения содержание лейкоцитов кражи временно стабилизируется (благодаря феномену абортивного подъема) па уровне, хорошо коррелирующем с дозой.

Может иметь место лучевая алопеция, наблюдаемая в конце скры того периода при облучении в дозах, превышающих 3 Гр.

11родолжительность скрытого периода тем меньше, чем выше ли м облучения. При легкой форме ОЛБ скрытый период может закончи : м и лишь через 30 и более суток после облучения, при средней — через I > 30 су г, при тяжелой — через 5—20 сут, а при крайне тяжелой — скры I i.ni иериод может отсутствовать.

38

Период разгара Его наступление при типичной форме ОЛБ обусловлено падением

числа функциональных клеток крови ниже критического уровня. Гранулоцитопения и тромбоцитопения являются ведущими причинами разви­ тия аутоинфекционных осложнений и геморрагического синдрома — потенциально смертельных клинических проявлений ОЛБ в период раз­ гара.

Наряду с симптомами, прямо проистекающими из нарушения кро­ ветворения, при костномозговой форме ОЛБ наблюдаются проявления и других дисфункций: токсемия, астения, преобладание катаболизма над анаболизмом, вегетативная дистония, аутоиммунные поражения.

Глубина и продолжительность цитопении и, соответственно, тя­ жесть клинических проявлений ОЛБ, зависят прежде всего от дозы об­ лучения. Существенное значение имеют и различия в индивидуальной радиочувствительности организма. Продолжительность аутоинфекцион­ ных и геморрагических проявлений приблизительно соответствует вре­ мени, в течение которого в периферической крови регистрируются субкритические значения содержания лейкоцитов и тромбоцитов.

Непосредственной причиной смерти при ОЛБ чаще всего служат тяжелые инфекционные процессы и кровоизлияния в жизненно важные органы.

Период восстановления.

Если в периоде разгара не наступит смерть, регенераторные про­ цессы в кроветворной системе обеспечивают через определенный срок увеличение числа зрелых клеток крови, а с ним и ликвидацию симпто­ матики периода разгара. Начинается период восстановления, в течение которого происходит полная или частичная нормализация функций кри­ тических систем организма.

39

Прогноз для жизни.

Прогноз для жизни при ОЛБ легкой степени — благоприятным При ОЛБ средней степени — благоприятный при проведении надлеж;| щего лечения. При ОЛБ тяжелой степени прогноз сомнительный: даже интенсивная комплексная терапия не всегда оказывается успешной. Ьс i лечения среднесмертельная доза у- или рентгеновского излучения для человека составляет ориентировочно 3,5—4,0 Гр. Продолжительное п. жизни в случаях, заканчивающихся летально, составляет при типичном форме ОЛБ 3— 5 нед.

Трудоспособность при ОЛБ легкой степени во все периоды сохра няется. В течение 2-го месяца болезни требуется ограничение тяжелого физического труда. При ОЛБ средней степени к началу 3-го месяца бо­ лезни возможно возвращение к легкому труду, а через год — к обычной деятельности. После перенесенной ОЛБ тяжелой степени работоспособ­ ность полностью не восстанавливается. Легкий труд возможен с 4-го ме­ сяца болезни.

Кишечная форма острой лучевой болезни.

После общего облучения в дозах 10—20 Гр развивается кишечная форма ОЛБ, основу проявлений которой составляет кишечный синдром Этот симптомокомплекс развивается в течение недели после облучения Он связан с повреждением и гибелью клеток эпителия тонкой кишки Основная роль в механизмах оголения подслизистого слоя отводится прямому радиационному поражению стволовых клеток эпителия. Имеем значение также нарушение трофики кишечной стенки, обусловленное снижением порога возбудимости нейронов интрамуральных парасимпа­ тических ганглиев и развитием спазма гладкой мускулатуры кишки.

Наиболее важным следствием оголения подслизистого слоя гои кой кишки является прекращение резорбции из ее просвета воды и элек тролитов. Развивается дегидратация, которая сама по себе угрожаем

40