Действие ионизирующего излучения на ткани, органы и системы организма животных.

Действие излучений на клетку. Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организма являются ядро и митохондрии. Повреждения этих структур происходят при малых дозах и проявляются в самые короткие сроки. Под действием излучений в клетке и тканях нарушается структурно-метаболический процесс. Это происходит в три этапа. Первый - образование активных неорганических и органических радикалов. На втором этапе – нарушаются структуры биологических мембран, что приводит к высвобождению ряда ферментов. В результате повреждения лизосомных мембран наблюдается увеличение активности ДНКазы (дезоксинулеаза), рнказы (рибонуклеаза), катепсинов, фосфотазы и ряда других ферментов. На третьем этапе происходит нарушение процессов обмена, обуславливающее морфологические изменения, приводящие к нарушению дифференцированию клеток, их деления, изменению наследственных свойств.

Наиболее уязвимыми являются клетки органов кроветворения (красный костный мозг, селезенка, лимфатические узлы), половых желез, эпителий кишечника и желудка, т.е. в основном клетки тех тканей, которые обладают высокой митотической активностью. Измененные свойства облученной клетки передаются по наследству. Если радиационные мутации развиваются в половых клетках (гаметические мутации), то результаты сказываются в последующих поколениях.

Действие излучений на обмен веществ. Нарушение обмена веществ, отмечающиеся в результате действия на организм ионизирующих излучений, в значительной степени связано с изменением активности ферментов.

При тяжелом радиационном поражении быстро развивается нарушение белково-азотистого обмена. В тканях возрастает содержание свободных аминокислот, а в крови увеличивается количество остаточного азота и повышается содержание тирозина. Возрастает содержание азотистых веществ (мочевины, аминокислот и даже белков) в моче. В плазме крови отмечается нарушение соотношений между альбуминовой и глобулиновой фракциями, изменяется содержание общего белка и небелкового азота, ослабляется образование антител, изменяются антигенные свойства белков. Указанные нарушения азотистого обмена обуславливают снижение веса, отравление организма продуктами неполного белкового распада и изменение барьерных функций.

Изменение углеводного обмена ведет к уменьшению содержания гликогена в печени, скелетных мышцах, миокарде, повышению содержания сахара в крови. Тормозится процесс образования лимонной кислоты, что задерживает распад глюкозы. Снижение гликогена объясняется голоданием животного вследствие плохого аппетита, а также замедлением всасывания глюкозы в результате поражения стенок тонкого кишечника.

Изменения в жировом обмене приводят к снижению содержания холестерина в крови и тканях, отмечается жировое перерождение паренхиматозных органов, изменяется синтез триглицеридов и фосфатидов органов и тканей.

Нарушение витаминного обмена проявляется уменьшением содержания витаминов С, В₁, В₂, В₆ в печени, селезенке, головном мозге, тканях тонкого кишечника и крови.

После облучения отмечается общая тенденция обезвоживания организма. Уже в первые часы после облучения уменьшается поступление воды через кишечник, что в свою очередь оказывает влияние на минеральный обмен белков, жиров, углеводов, а также синтез витаминов и гормонов. Под действием излучения происходит перераспределение микроэлементов.

В период разгара лучевых поражений развивается гипохлоремия. Уменьшается содержание в тканях фосфорных соединений и железа.

Действие радиации на кожу и ее производные. Максимально переносимая кожей доза жесткого рентгеновского излучения при однократном внешнем воздействии составляет около 1000 рад (10Гр). При больших дозах возникают дерматиты, гиперкератоз в виде плоских или бородавчатых разростов, а затем язвенные поражения.

На основании клинических признаков принято различать эпиляционную, эритемную, эритемно-буллёзную, язвеннонекротическую степени тяжести поражения.

Действие радиации на соединительную ткань. После воздействия радиации изменяются клеточный состав соединительной ткани, структура эластических и коллагеновых волокон. Изменения свойств соединительно-тканных волокон сохраняются длительное время в течение 20-30 суток, при больших дозах могут наблюдаться годами.

Действие радиации на нервную систему. Ткани центральной нервной системы по морфологическим изменениям являются малочувствительными к действию радиации, но функциональные изменения в ней отмечаются уже во время облучения. При этом нарушается условно-рефлекторная деятельность, отмечаются рефлекторные сдвиги, изменяются энцефалограмма, биохимические и обменные процессы на молекулярном и клеточном уровнях. Наибольшей чувствительностью обладают ткани больших полушарий и ствола головного мозга.

Нервно-рефлекторный аппарат реагирует на различные изменения, происходящие в тканях организма под действием радиации, что ведет к возникновению ответных реакций (порой неадекватных) со стороны нервной системы.

Функциональные нарушения коры и подкорковых областей характеризуются изменениями величины безусловных и условных рефлексов вплоть до полного их угнетения, ослаблением внутреннего торможения, нарушением уравновешенности процессов возбуждения и торможения.

Реакция спинного мозга на облучение выражается нарушением рефлекторной деятельности, а также появлением судорог и параличей.

Функциональные изменения центральной нервной системы возникают раньше, чем структурные.

Действие радиации на кровь и кроветворные органы. Кроветворные органы (лимфатические узлы, селезенка, красный костный мозг, различные лимфоидные образования) очень чувствительны к действию ионизирующих излучений. Эти органы реагируют на небольшие дозы радиации (10-25 Р).

Лимфоидная ткань является более радиопоражаемой, чем красный костный мозг. В лимфатических узлах происходят деструктивные изменения за счет гибели лимфоцитов, в них сохраняется лишь опустошенная ретикулярная сетка. В селезенке разрушаются фолликулы, их клетки погибают, а обломки фагоцитируются. Лимфоидные органы, стенки пищеварительного тракта, миндалины, а также пейеровы бляшки и солитарные фолликулы кишечника некротизируются, покрывающая их слизистая изъязвляется.

Очень резким изменениям подвергается костный мозг. Особенно чувствительны молодые клеточные формы: миелобласты, миелоциты лимфоциты. Под действием больших доз облучения в костном мозге исчезают не только молодые формы, но и зрелые лимфоциты, нейтрофилы и эритроциты. В костном мозге наблюдаются кровоизлияния и замещение клеток костного мозга жировой тканью.

В результате уменьшения количества белых кровяных телец снижаются защитные силы организма в борьбе с инфекцией, из-за недостатка эритроцитов страдает снабжение тканей кислородом. Вследствие уменьшения количества тромбоцитов уменьшается процесс свертывания крови. Происходит снижение резистентности эритроцитов, приводящее к гемолизу. Все эти процессы в конечном итоге вызывают развитие анемии и снижение сопротивляемости организма.

Действие радиации на сердечно-сосудистую систему. Следствием облучения является нарушение нервно-рефлекторной гемодинамики, проявляющееся понижением артериального и венозного давления, уменьшением скорости кровотока и объема циркулирующей крови, изменением частоты и ритма сердечных сокращений. Наряду с этим снижается проницаемость и прочность капиллярных стенок и изменяется их эндотелий. Эти изменения ведут к повышению ломкости капилляров. А так как кровь одновременно изменяется морфологически (тромбоцитопения) и биохимически (снижается свертываемость), то развивается геморрагический синдром (кровоточивость) в различных органах, появляются сначала петихиальные экстравазаты, переходящие потом в сливные, т.е. геморрагии.

Наиболее чувствительной тканью сердца является эндокард.

Действие радиации на эндокринные железы. При радиационном поражении функция органов эндокринной системы нарушается в результате патологической регуляции измененной нервной системы и действия образующихся в организме различных продуктов нарушенного обмена веществ.

В первые часы после облучения обнаруживают:

- в щитовидной железе – уменьшение размеров фолликулов и содержание коллоида, гиперемию и отёк стромы;

- в гипофизе – набухание и дегрануляцию хромаминых клеток и некоторое увеличение их количества;

- в надпочечниках – перераспределения и увеличение содержания жира в клетках коры, уменьшение количества хромафинных включений в клетках мозгового слоя. Функция всех указанных желез при этом усиливается.

В период острого лучевого поражения отмечают:

- в щитовидной железе – уменьшение ее размеров, спадение фолликулов, набухание и дистрофические изменения фолликулярных клеток с последующим слущиванием их в просвет фолликулов;

- в гипофизе – дистрофические изменения в виде дегрануляции клеток и их распада, выраженные сосудистые изменения;

- в надпочечниках – дистрофические изменения, в результате которых происходит обеднение клеток коры липидами, множественные мелкоочаговые кровоизлияния, полнокровие, отёк стромы и мелкоочаговые некрозы. Функция этих желез резко угнетена.

Действие радиации на вилочковую железу. Вилочковая железа очень чувствительна к действию радиации. Спустя одни сутки после облучения в минимальной смертельной дозе масса ее снижается на 80% за счет гибели малых лимфоцитов. Этому предшествует быстрое прекращение деления лимфоидных и ретикулярных клеток.

Действие радиации на иммунологическую реактивность животных. В результате облучения у животных наблюдается изменение иммунологических реакций. Это изменение связано прежде всего в подавлением образования антител и подавление иммунных свойств. С развитием поражений степень «беззащитности» увеличивается, поэтому органы и ткани облученного организма обсеменяются микробами аутофлоры. Интенсивное расселение бактерий аутофлоры часто служит причиной развития эндогенной инфекции, к которой очень чувствительны облученные животные. Изменения, вызванные патогенной микрофлорой, наступают в облученном организме неодновременно и степень их выраженности зависит от объекта, условий и дозы воздействия.

Действие радиации на мышцы. Мышечную ткань относят к наиболее резистентным тканям организма. Лишь при дозах в 10 Гр отмечают нерезкую деструкцию клеток, набухание митохондрий, вакуолизацию саркоплазмы, а при дозах выше 50 Гр возможен коагуляционный некроз. При этом отмечают и функциональные расстройства, прогрессирующие снижение тонуса, работоспособности мышц, увеличение времени релаксации.

Действие радиации на органы пищеварения. По степени радиочувствительности к ионизирующим излучениям органы пищеварения распределяются следующим образом: тонкий кишечник, слюнные железы, желудок, прямая и ободочная кишка, поджелудочная железа и печень. При действии ионизирующего излучения на весь организм в больших дозах наступает желудочно-кишечный синдром.

Действие радиации на органы выделения. Почки являются довольно резистентным органом, однако при облучении дозами 3-5 кР (высокие дозы) в них развиваются явления нефрита или некротического нефроза, что приводит к урелическому состоянию.

Действие радиации на органы дыхания. Степень поражения органов дыхания зависит от дозы облучения. После малых и сублетальных доз радиации визуально не регистрируются какие-либо изменении со стороны органов дыхания, но при воздействии больших доз четко появляются нарушения внешнего дыхания: изменяются частота и глубина дыхательных движений. В легких возникают застойные явления, появляется эмфизема; эти нарушения обнаруживаются при легкой и кратковременной физической нагрузке.

Действие радиации на органы чувств. Реакции на облучение слухового, вкусового, обонятельного, вестибулярного и других анализаторов в принципе проявляют общую закономерность и в начале процесса зависят от исходного состояния чувствительности. При малых дозах они повышаются, при больших – понижаются.

Действие радиации на органы зрения. При остром лучевом поражении развиваются сосудистые расстройства в любом из отделов глазного яблока как следствие общих изменений организма. Появляются сосудистые реакции, конъюнктивиты, катаракта и другие симптомы.

Действие радиации на кости и хрящи. Радиочувствительность костной и хрящевой тканей существенно зависит от возраста животного. У молодых растущих индивидов указанные ткани очень чувствительны, а у половозрелых, с законченным ростом, - относительно радиорезистентны. Хрящевые клетки более чувствительны, чем остеокласты.

Действие радиации на органы размножения. Чувствительность организма и его органов к радиации во многом определяется периодом его развития. Она изменяется в течение всей жизни животного. Общая тенденция такова, что начиная от зародыша и кончая половозрелым состоянием, радиочувствительность организма и его органов постепенно понижается, в среднем возрасте стабилизируется и к старости вновь повышается.

Действие радиации на семенники. Половые железы очень чувствительны к радиации. Наиболее радиопоражаемым является зародышевый эпителий семенных канальцев, в ядерном аппарате которого возникают мутации. Замороженная сперма не чувствительна к действию радиации.

Действие радиации на яичники. Яйцеклетка более чувствительна к радиации, чем сперма. Общее облучение большой дозой в зависимости от ее величины и мощности временно или навсегда прекращает овуляцию.

У животных раннего возраста и в период полового созревания яичники более радиочувствительны, чем у половозрелых.

Действие радиации на зародыш, эмбриональный плод и течение беременности. Зародыш в большей степени подвержен ионизирующим воздействиям, чем материнский организм, но степень этого влияния зависит от стадий эмбриогенеза. Облучение животных в первые дни беременности приводит к гибели 70-80%. Если зародыши выживают, то в дальнейшем они могут развиваться нормально.

Особи, развивающиеся из нормальной яйцеклетки, но оплодотворенной спермием, подвергшимся облучению, тоже могут гибнуть в эмбриональным периоде. Если же они родятся и достигают стадии половой зрелости, то нередко оказываются частично или полностью стерильными, в основном из-за недоразвития половых желез.

Плоды менее чувствительны к облучению, чем зародыши, поэтому внутриутробная смерть и аборты наступают реже. Однако увеличивается процент смертности после рождения или наблюдается плохое, медленное развитие молодняка. У многих регистрируют анемию, лейкопению, кровоизлияния в различных частях тела и другие признаки. Одной из главных причин гибели облученных плодов в последний период беременности и новорожденных в первое время жизни является нарушение функций органов кроветворения.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Объясните механизм действия ионизирующего излучения.

2. Характеристика действия облучения на нервную систему.

3. Характеристика действия облучения на сердечно-сосудистую систему.

4. Характеристика действия облучения на лимфоидную и костную ткани.

5. Характеристика действия облучения на органы репродукции.

6. Действие радиации на обменные процессы.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Гребенюк, А. Н., Основы радиобиологии и радиационной медицины: учебник/ А.Н. Гребенюк О. Ю. Стрелова, В. И. Легеза. – Спб.: Фолиант, 2012 - ISBN 5-93929-223-2

2. Лысенко, Н. П. Практикум по радиобиологии: Учеб. пособие/ Н.П. Лысенко, В.В. Пак, Л.В. Рогожина. - М.: КолосС, 2008 ISBN 978-5-9532-0434-7

3. Фокин, А. Д. Сельскохозяйственная радиобиология: учебник/ А. А. Лурье, С. П. Торшин. - СПб: Лань, 2011- ISBN: 978–5–8114–1123–8

Дополнительная

1. Ярмоленко, С.П. Радиобиология человека и животных: учебник для биологических спец. ВУЗов / С.П. Ярмоленко. – М.: Высшая школа, 1988. – 424 с.

2. Ильин, Л.А. Радиационная гигиена: учебник / Л.А. Ильин, В.Ф. Кириллов, И.П. Коренков. – М.: Медицина,1999. – 384 с.

3. Бударков, В.А. Краткий радиобиологический словарь./В.А Бударков, А.С. Зенкин, В.А. Киршин. Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2000 г., 256 с

 

 

Лекция 10

ОСТРАЯ ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ