Тема4. Радиочувствительность. Радиационные поражения человека.

МОТИВАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕМЫ

Знание механизмов радиочувствительности на различных уровнях организации живой материи и особенностей формирования лучевых поражений человека в разных возрастных группах необходимо для дальнейшей практической деятельности врача с целью проведения адекватных лечебно-профилактических мероприятий по снижению повреждающего эффекта ионизирующего излучения.

ОБЩЕЕ ВРЕМЯ ЗАНЯТИЙ: 4 часа

Цель занятия: усвоить особенности формирования лучевых повреждений организма человека.

Задачи занятия:

1. усвоить факторы, определяющие радиочувствительность на разных уровнях организации живой материи;

2. усвоить возможные последствия облучения человека;

3. усвоить связь дозы облучения со степенью выраженности клинических синдромов;

4. усвоить алгоритм измерения мощности экспозиционной дозы и оценки полученных результатов;

5. закрепить навыки работы с научной литературой.

ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНОМУ УРОВНЮ ЗНАНИЙ

Для освоения темы занятия необходимо знание основ физики, общей химии, биологии, биохимии, нормальной физиологии, общей гигиены. Полноценное усвоение материала практического занятия возможно при наличии у студентов адекватных представлений о строении клетки, уровнях организации генома, о критических периодах органогенеза, нормальных показателях содержания форменных элементов периферической крови и длительности их жизни, этапах кроветворения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ИЗ СМЕЖНЫХ ДИСЦИПЛИН

1. Строение клетки.

2. Понятия «органогенез», «критический период органогенеза».

3. Нормальные показатели содержания форменных элементов в периферической крови.

4. Длительность жизни форменных элементов периферической крови.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ

1. Проблема радиочувствительности – центральная проблема радиобиологии и радиационной медицины.

2. Молекулярные основы радиочувствительности. Факторы, определяющие радиочувствительность на клеточном уровне.

3. Факторы, определяющие радиочувствительность на тканевом уровне. Правило Бергонье-Трибондо. Факторы, определяющие радиочувствительность на органном, организменном и популяционном уровнях.

4. Индивидуальные и возрастные различия в радиочувствительности. Действие радиации на эмбрион и плод.

5. Модификация радиочувствительности.

6. Факторы, определяющие поражение организма. Понятие «критический орган».

7. Радиационные синдромы: костномозговой, желудочно-кишечный, церебральный, зависимость от дозы.

8. Характеристика костномозгового синдрома: патогенез, фазы, причины гибели организма.

9. Характеристика желудочно-кишечного синдрома: патогенез, причины гибели организма.

10. Характеристика церебрального синдрома: патогенез, причины гибели организма.

Учебный материал

Радиочувствительность — это чувствительность биологических объектов к действию ионизирующих излучений. Синонимом данного понятия служит радиопоражаемость. Альтернативные понятия — радиоустойчивость или радиорезистентность.

Проблема радиочувствительности является центральной проблемой радиобиологии. Например, летальная доза ИИ для человека 6 Гр соответствует поглощённой энергии в 1 Дж на кг массы тела, что может вызвать нагрев тела на 0,01 градуса или соответствует энергии, заключённой в стакане тёплого чая. Этот эффект, называемый основным парадоксом радиобиологии, может быть обусловлен потерями малых порций энергии в свехмалых объёмах, что приводит к значительному локальному разогреву и повреждению чувствительных биологических структур. Можно предложить ещё одно трактование: взаимодействие происходит на атомном и молекулярном уровнях, результатом его является ионизация или возбуждение атомов или молекул биологических структур, которые затем вступают в различные химические реакции, вызывая повреждения.

В настоящее время не существует единой теории, дающей полное и всеобъемлющее объяснение биологических эффектов ИИ. Определим основные научные теории и гипотезы, объясняющие в настоящее время биологические эффекты ИИ.

1. Теория мишеней и принцип попаданий предложена Дессауэром в 1922 г. Это классическое представление, основанное на переносе механизмов взаимодействия ИИ с веществом на биологические структуры. Клетка имеет чувствительные структуры- «мишени», например, молекулу ДНК, попадание в которые приводит к фатальному поражению. Теория хорошо объясняет результаты, полученные в экспериментах на культурах клеток и простых организмах.

2. Стохастическая гипотеза, возникшая и успешно развиваемая с внедрением математических методов в радиобиологию. Заключается в математическом моделировании клеточного цикла и распределения его стадий по радиочувствительности. Гипотеза способна описать более сложные и тонкие радиобиологические эффекты.

3.Структурно-метаболическая гипотеза получила распространение в середине 20-го века после экспериментального получения специфических веществ- продуктов облучения, т.н. радиотоксинов. Введение радиотоксинов в необлучённую здоровую клетку вызывало реакции, аналогичные облучённой клетке. В основу гипотезы положена определённаяструктура клетки, её дифференцированность и тот факт, что клетка является элементарным объектом обмена веществ (метаболизма). Согласно гипотезе, припогощении энергии ИИ происходят метаболические сдвиги, вызывающие синтез низкомолекулярных соединений- токсинов, которые приводят к отравлению клетки. Достоинством гипотезы является объяснение эффектов поражения липидов (клеточных мембран) и продолжительности проявления биологических эффектов.

Наиболее часто в качестве меры радиочувствительности используется ЛД₅₀ — доза облучения, вызывающая гибель 50 % облученных организмов за различное время после облучения (в зависимости от вида живых организмов).

На клеточном уровне радиочувствительность зависит от ряда факторов:

• организация генома (в т.ч. кариопикнотический индекс);

• состояние системы репарации ДНК;

• содержание в клетке антиоксидантов;

• активность ферментов, утилизирующих продукты радиолиза воды (например, каталаза, разрушающая перекись водорода, или супероксиддисмутаза, инактивирующая супероксидный радикал);

• интенсивность окислительно-восстановительных процессов.

На тканевомуровне выполняетсяправило Бергонье-Трибондо: радиочувствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки составляющих ее клеток.

На органномуровне радиочувствительность зависит не только от радиочувствительности тканей, составляющих данный орган, но и от его функций.

Особенности поражения организма в целом определяются двумя факторами:

• радиочувствительностью тканей, органов и систем, непосредственно подвергающихся облучению;

• 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 обусловливает гибель организма в определенные сроки после облучения.

В зависимости от критического органа выделяют 3 основных радиационных синдрома:

1. Костномозговой — развивается при облучении в диапазоне доз 1-10 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 тонкого кишечника.

3. Церебральный — развивается при облучении в дозах более 80-100 Гр, продолжительность жизни менее 2 суток, развиваются необратимые изменения в ЦНС.

На популяционном уровне радиочувствительность зависит от следующих факторов:

- особенности генотипа (10-12% людей обладает повышенной радиочувствительностью);

- физиологическое (сон, бодрость, усталость, беременность) или патофизиологическое состояние организма (хронические заболевания, ожоги, травмы);

- пол (мужчины обладают большей радиочувствительностью);

- возраст (наименее чувствительны люди среднего возраста.)

Особенности радиочувствительности во внутриутробном периоде развития заключаются в высокой радиочувствительности малодифференцированных тканей плода. При облучении беременных женщин выделяют четыре классических эффекта у потомства:

- эмбриональная, неонатальная и постнатальная гибель плода;

- врождённые пороки развития;

- нарушение роста и физического развития;

- нарушение функции центральной нервной системы.