Радиационная патология животных

 

Введение

Существует несколько  путей поступления радиоактивных  веществ в организм: при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а также  при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь, поскольку во-первых, объем легочной вентиляции очень  большой, а во-вторых, значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

Излучения радиоактивных  веществ оказывает очень сильное  воздействие на все живые организмы. Даже сравнительно слабое излучение, которое  при полном поглощении повышает температуру  тела лишь на 0,001 °С, нарушает жизнедеятельность клеток.

При попадании радиоактивных  веществ в организм любым путём  они уже через несколько минут  обнаруживаются в крови. Если поступление  радиоактивных веществ было однократным, то концентрация их в крови вначале  возрастает до максимуму, а затем  в течение 15-20 суток снижается.

В основе повреждающего действия ионизирующих излучений лежит комплекс взаимосвязанных процессов. Ионизация  и возбуждение атомов и молекул  дают начало образованию высокоактивных радикалов, вступающих в последующем  в реакции с различными биологическими структурами клеток. В повреждающем действии радиации важное значение имеют  возможный разрыв связей в молекулах  за счет непосредственного действия радиации и внутри- и межмолекулярной  передачи энергии возбуждения. Физико-химические процессы, протекающие на начальных  этапах, принято считать первичными - пусковыми. В последующем развитие лучевого поражения проявляется  в нарушении обмена веществ с  изменением соответствующих функций  органов. Малодифференцированные, молодые  и растущие клетки наиболее радиочувствительны.

Животные и растительные организмы характеризуются различной  радиочувствительностью, причины которой  до сих пор полностью ещё не выяснены. Как правило, наименее чувствительны  одноклеточные растения, животные и  бактерии, а наиболее чувствительны - млекопитающие животные и человек. Различие в чувствительности к радиации имеет место у отдельных особей одного и того же вида. Она зависит  от физиологического состояния организма, условий его существования и  индивидуальных особенностей. Более  чувствительны к облучению новорожденные  и старые особи. Различного рода заболевания, воздействие других вредных факторов отрицательно сказывается на течении  радиационных повреждений.

 

 

 

Глава 1. Радиационная патология животных

 

1. Отдаленные последствия  облучения

При рассмотрении вопросов пострадиационного восстановления надо обратить внимание на неполноценность  многих восстановительных процессов, особенно ярко проявляющихся в тканях с низким уровнем физиологической  регенерации. Именно клетки этих тканей вследствие очень слабо протекающих  процессов репарации как бы запоминают имевшее место радиационное воздействие, и их функциональная неполноценность  легко проявляется при неблагоприятных для организма условиях.

Основываясь на факте, что  выжившие клетки млекопитающих остаются жизнеспособными после облучения  и затем размножаются в условиях целостного организма, можно предположить, что в большинстве своем потомки  этих облученных и выживших клеток животных также несут различные  наследственные аномалии. Эти аномалии могут не препятствовать их размножению - пострадиационной регенерации соответствующих  органов и тканей, но снижают жизнеспособность этих клеток и извращают их функциональную активность. Отсюда следует, что в  течение длительного времени  после облучения организм представляет собой как бы функционально неполноценную  систему, что в дальнейшем приводит к уменьшению жизнеспособности выжившего  после облучения организма.

Таким образом, в развитии летального действия ионизирующего  излучения решающую роль играют закономерности гибели облученных клеток, а в проявлении отдаленных последствиях лучевого поражения - клетки, выжившие после облучения.

В отдаленные сроки после  облучения (у человека -- через многие годы и десятки лет, у мышей  и крыс через несколько месяцев) в «выздоровевшем» и, казалось бы, полностью восстановившемся от лучевого поражения организме возникают  различные изменения, которые называют отдаленными последствиями облучения. Особенностью заболеваний, относящимся  к отдаленным последствиям, является то, что они возникают спустя длительное время как после местного, так  и после общего внешнего и внутреннего облучения.

Продолжительность латентного периода отдаленных последствий  зависит от характера лучевого воздействия, вида животных, их естественной продолжительности  жизни, состояния защитно-компенсаторных процессов.

 

 

 

2. Основные категории  отдаленных последствий

Принято различать два  типа отдаленных последствий -- соматические, развивающиеся у самих облученных индивидуумов, и генетические -- наследственные заболевания, развивающиеся в потомстве облученных родителей.

Детерминированные эффекты (соматические) -- это неизбежные, закономерные патологические состояния, возникающие  при облучении большими дозами, в  отношении которых предполагается существование порога. Они подразделяются на ближайшие последствия (острая, подострая  и хроническая лучевая болезнь, локальные лучевые повреждения: лучевые ожоги кожи, лучевая катаракта  и стерилизация) и отдаленные последствия (радиосклеротические процессы, радиоканцерогенез, радиокатарактогенез и прочие).

Стохастические эффекты -- это вредные биологические эффекты  излучения, не имеющие дозового порога возникновения. В соответствии с  общепринятой консервативной радиобиологической гипотезой, любой сколь угодно малый  уровень облучения обусловливает  определенный риск возникновения стохастических эффектов. Стохастические эффекты -- это  вероятностные эффекты, возникающие  при облучении, в основном, малыми дозами. Они делятся на соматико-стохастические (лейкозы и опухоли различной  локализации), генетические (доминантные  и рецессивные генные мутации  и хромосомные аберрации) и тератогенные (умственная отсталость, другие уродства развития; возможен риск возникновения  рака и генетических эффектов облучения плода).

К соматическим отдаленным последствиям облучения относят, прежде всего, сокращение продолжительности  жизни, злокачественные новообразования и катаракту.

Кроме того, отдаленные последствия  облучения отмечают в коже, соединительной ткани, кровеносных сосудах почек  и легких в виде уплотнений и атрофии  облученных участков, потери эластичности. Наблюдаются и другие морфофункциональные  нарушения, приводящих к фиброзам (т.е. избыточному развитию соединительной ткани печени без признаков регенерации) и склерозу, развивающимся вследствие комплекса процессов, включающих уменьшение числа клеток, и дисфункцию фибробластов (фибробласты - основная клеточная форма  соединительной ткани организма  позвоночных животных и человека).

Следует иметь в виду, что деление на соматические и  генетические последствия весьма условно, ибо на самом деле характер повреждения  зависит от того, какие клетки подверглись  облучению, т. е. в каких клетках  это повреждение возникло -- соматических или зародышевых. В обоих случаях  повреждается генетический аппарат, и, следовательно, возникающие повреждения  могут наследоваться. В случае соматических последствий они наследуются  в пределах тканей данного организма, объединяясь в понятие соматического  мутагенеза, в случае генетических последствий -- также в виде различных  мутаций, но в потомстве облученных особей.

Таким образом, решающее значение для облученного индивидуума  или его потомков имеет вид  мутаций и то, в каких клетках (зародышевых или соматических) они  возникают.

 

Наиболее важным является разделение всех отдаленных последствий  на две другие категории - стохастические и нестохастические эффекты.

К стохастическим (вероятностным) относятся два вида отдаленных последствий -- злокачественные новообразования  и наследственные заболевания, а  все остальные -- к нестохастическим эффектам.

С ростом дозы облучения  увеличивается как вероятность, так и степень проявления любых  нестохастических эффектов, тогда как  в отношении стохастических эффектов увеличивается лишь вероятность  их возникновения. Иными словами, нестохастические отдаленные последствия, подобно непосредственным детерминированным эффектам, возникают  при достижении определенного дозового порога и усиливаются с дальнейшим увеличением дозы. В отличие от этого стохастические последствия  возникают в полном объеме («половины  рака не бывает») теоретически при сколь  угодно малой дозе, а с ее увеличением  растет лишь вероятность их возникновения.

3. Соматические  отдаленные последствия облучения

Проблема сокращения продолжительности  жизни облученного организма  наиболее подробно изучена на мышах, особенно в экспериментах с однократным облучением.

Существует строгая зависимость  сокращения средней продолжительности  жизни от дозы излучения. Например, для мышей и крыс при однократном  облучении в сублетальных дозах  средняя продолжительность жизни  сокращается на 2,5-5% на 1 Гр (Д. Герш, 1957). Сокращение средней продолжительности  жизни у различных животных составляет 2-4% при однократном облучении  в дозах 2-5 Гр. Причем, практически, оно  не было отмечено при дозах менее 2 Гр.

Сокращение продолжительности  жизни животных наблюдалось в  экспериментах на ослах и коровах, выживших после облучения в дозах 2-5 Гр (Д. Браун; Т. Нунн), чётко зарегистрировано у мелких лабораторных животных, в первую очередь мышей.

Очень интересное явление - увеличение продолжительности жизни  мышей по сравнению с контрольными необлученными животными при  воздействии малыми дозами излучения, так называемый «стимулирующий»  эффект малых доз (для мышей «стимулирующая»  суточная доза - 0,11 сГр). Феномен стимулирующего действия малых доз радиации имеет  специальный термин «радиационный гормезис».

Сокращение продолжительности  жизни животных, содержащихся при  повышенном уровне воздействия ионизирующих излучений, наблюдалось при суточных дозах, превышавших 0,01Гр. При меньших  уровнях доз, продолжительность  жизни даже существенно повышалась. Ежедневное облучение крыс на протяжении всей жизни гамма лучами в дозе 8 мГр привело к повышению продолжительности  их жизни на 25 - 30 %. Облучение грудной  клетки обезьян в дозе 1 Гр повышало устойчивость животных к дифтерийному токсину.

Эксперименты свидетельствуют  о том, что под влиянием малых  доз ионизирующих излучений естественная продолжительность жизни животных увеличивается на 10-12% по сравнению  с адекватным контролем.

Сторонники идеи радиационного  гормезиса не без оснований считают, что атомная радиация является естественным, постоянно действующим на организм фактором, без которого нормальное существование невозможно, как невозможна жизнь без гравитации, магнитного поля или кислорода.

Эти свойства малых доз  излучения проявились и у человека при применении радоновых ванн или  при приеме внутрь радоновой воды, когда отмечалась активация иммунных механизмов, и возникало общестимулирующее  действие на организм, улучшение разных видов обмена, снижение артериального  давления и другие благоприятные эффекты.

Если гибель клетки после  облучения связана, в первую очередь, с повреждением уникальных генетических структур, то в реализации стимулирующего действия радиации большее значение имеет оживление регуляторных метаболических процессов, связанных с мембранными структурами.

В тоже время, с конца 90-х  годов множится число исследований в области молекулярной биологии, обосновывающих вывод о взаимосвязи  малых доз радиации и генетических изменений. Научные труды, опубликованные в Беларуси, Великобритании, США, Франции, Германии и Швеции указывают на то, что малые дозы радиации вызывают в генофонде изменения, не доступные для наблюдения в своих начальных стадиях. Они проявляются только в результате многократного деления клетки. Данные дефекты передаются последующим поколениям. Ученые говорят о проблеме "генной нестабильности".

В частности, исследователи  из Израиля и Украины обследовали  детей ликвидаторов, зачатых после  аварии на ЧАЭС и живущих ныне на Украине и в Израиле. Количество изменений ДНК, т.е. той молекулярной цепочки, которая несет в себе программу развития клетки и ее генетический код, у этих детей превышает аналогичный  показатель у их братьев и сестер, зачатых до Чернобыля, в 7 раз. К сходному выводу пришли ученые из Англии, Казахстана и Финляндии, исследовавшие потомство  в 40 семьях, проживающих поблизости от российских полигонов, на которых  производились испытания ядерного оружия. У каждого последующего поколения  в этих семьях доля мутаций возрастала на 50%. Остается открытым вопрос о том, какие последствия для здоровья людей влекут за собой эти мутации.

Тема малых доз облучения  занимает важное место в дискуссии  вокруг вопроса о влиянии аварии на Чернобыльской атомной электростанции на здоровье человека.

Вопрос о том, могут  ли малые дозы радиации - скажем, в  одну миллионную часть Зв - привести к генетическим изменениям и заболеваниям, остается открытым и очень важным в связи с тем, что в течение  ближайших десятков лет вследствие этой аварии миллионы людей будут  испытывать воздействие малых доз радиации.

Для оценки соматико-стохастических эффектов облучения существенное значение имеет уровень лучевого воздействия  и объем популяции (или количество людей), которые подвергаются облучению. Однако, наличие таких сведений не гарантирует правильной оценки риска  возникновения этих эффектов облучения, так как до сих пор нет ясности, существует ли доза облучения, которая  не вызывает отдаленных последствий.

Возникновение катаракты -- типичное отдаленное последствие тотального облучения организма или местного облучения хрусталика. Имеется большой  опыт изучения лучевой катаракты  у животных разных видов (мышей, крыс, морских свинок, кроликов, собак) и у человека.

Пострадиационное развитие катаракты -- явление пороговое причем величина порога увеличивается при  фракционировании дозы, а продолжительность  латентного периода увеличивается с возрастом.