Кравців Р.Й., Салата В.З., Семанюк В. І., Фреюк Д.В., Ярошович І. Г. Ветеринарна радіологія

Подождите немного. Документ загружается.

Ветеринарна радіологія

120

хімічних зв’язків. Саме цей процес і відбувається частіше за все у

проміжку між утворенням іонних пар та формуванням кінцевих

хімічних продуктів. Крім цього, дія радіації на біологічні об’єкти

посилюється за рахунок кисневого ефекту, що полягає у сенсибі-

лізації дії завжди наявного у середовищі кисню. Утворений в ре-

зультаті взаємодії вільного радикала з киснем, також високореак-

ційний продукт

МО

•

приводить до утворення нових молекул в

опроміненій системі:

•

+ О

→ МО

•

Слід відмітити, що зміни в опроміненому субстраті, які ви-

никають на кожному з цих етапів, не є обов’язково кінцевими.

Як правило, вони відбуваються на молекулярному рівні з кінце-

вим результатом, якого у кожному конкретному випадку не мож-

на передбачити, оскільки разом з пошкодженням відбувається і

репарація, відновлення до вихідного стану. Слід відмітити, що ра-

діаційно-хімічний процес приводить до зміни розташування та

структури молекул, що відбувається на третьому етапі механіз-

му біологічної дії – біологічному процесі, що здійснюється на клі-

тинному рівні.

Клітини організму, навіть у межах однієї тканини, мають різ-

ну чутливість до дії радіації. Це залежить від стадії їх розвитку, ві-

ку та функціонального стану. І самі компоненти клітини по різно-

му чутливі до іонізуючої радіації.

Найбільша чутливість властива ядру.

Які зміни спостерігаються у клітині при дії радіації?

Зразу ж після опромінення дозою до 1000 Гр морфологічних

змін у клітині не спостерігається. Залежно від величини дози, во-

ни проявляються на 2-3 добу. Зокрема, у цитоплазмі спостеріга-

ється:

1. Зміна в’язкості, зокрема при низьких дозах вона понижу-

ється, а при значних – підвищується.

2. Вакуолізація цитоплазми, яка чітко спостерігається у клі-

тинах крові, червоного кісткового мозку, паренхіматозних орга-

нів, зокрема у печінці.

3. Підвищується проникність для електролітів та води, а осо-

бливо для калію і натрію. Калій виходить з клітини, в якій нагро-

121

маджується натрій. Такі зміни в електролітичному складі еритро-

цитів приводять до гемолізу.

4. Зростає заломлення променя при проходженні через тка-

нинні екстракти, що пов’язано з денатурацією білка.

В опромінених клітинах спостерігається набухання, що су-

проводжується збільшенням ядра в об’ємі. З часом змінюється і

форма ядра, з’являються ядра гігантських розмірів, а також не-

кротичні явища, такі як пікноз і рідше – лізис ядер. Рухомі клітини

після опромінення зазвичай набувають круглої форми. Дія іонізу-

ючого випромінювання може приводити до одинарних та подвій-

них розривів, розпаду молекули ДНК. Одночасно із структурни-

ми змінами, в опроміненій клітині можуть змінюватись функції

мембран внутрішньоклітинного складу, знижується енергетич-

ний обмін у мітохондріях та пригнічуються інші сторони метабо-

лізму. Зміна здатності до розмноження та росту клітин під впли-

вом іонізуючої радіації проявляється не паралельно. Ріст клітин,

їх збільшення в об’ємі змінюється менше, ніж здатність до розм-

ноження. Цим і пояснюється той факт, що тканини, в яких відбу-

вається інтенсивне утворення нових клітин, є особливо чутливи-

ми до дії реакції.

Як впливає радіація на клітинний поділ?

Дія радіації на клітинний поділ - це складний процес, а його

наслідки визначаються стадією мітозу. У мітозі клітин виділяють

дві основні фази: інтерфазу та власне мітоз. Інтерфаза – найдовша

фаза клітинного циклу й у часі складає проміжок між двома под-

ілами. Саме в цей період здійснюється ріст клітини, синтез та на-

громадження нуклеїнових кислот, білка та інших органічних ре-

човин.

Мітоз має чотири стадії: профазу (початок поділу), метафа-

зу (поділ хромосом за довжиною на дві половини з проміжком у

вигляді щілини), анафазу (розходження хромосом до полюсів клі-

тини), телофазу (поділ цитоплазми та формування дочірніх клі-

тин).

Іонізуюча радіація впливає на всі фази і стадії клітинного ци-

клу, проте радіочутливість клітин у різні стадії мітозу неоднакова.

Біологічна дія іонізуючих випромінювань

Ветеринарна радіологія

122

Наприклад, опромінення в період інтерфази приводить до втрати

здатності приступати до нового поділу. У клітинах, які вже поча-

ли ділитися, опромінення гальмує його завершення. Крім цього,

легко порушується структура хроматинової речовини і, як наслі-

док, клітина може загинути. Найбільшу чутливість до опромінен-

ня мають клітини у стадії профази.

Механізм гальмівної дії радіації на мітоз клітин досить склад-

ний і пояснити його непросто, оскільки нечітко вивчені процеси,

що викликають мітоз у здорових клітин. Однак існує ряд гіпотез,

які з різних позицій пояснюють причини порушення поділу клі-

тин при їх опроміненні, а саме:

1. Речовини, що стримують мітоз, руйнуються.

2. Порушення проникливості клітинних мембран приводить

до зміни форми клітини, внаслідок чого вона втрачає здатність до

поділу.

3. Нагромадження речовин, що гальмують поділ клітини. На-

приклад, у клітині утворюється аденозинтрифосфорна кислота

(АТФ), надлишок якої розщеплюється ферментом аденозинтри-

фосфатазою, який при дії радіації втрачає свою активність, і тим

самим втрачається контроль за утворенням АТФ, надмірне нагро-

мадження якої у свою чергу, затримує або припиняє поділ клітини.

4. Складовою частиною хромосоми є нуклеїнові кислоти.

При мітозі кількість хромосом подвоюється, а це зумовлює підви-

щену потребу у нуклеїнових кислотах.

Дія радіації пригнічує синтез дезоксирибонуклеїнової кисло-

ти (ДНК) і таким чином виникає її дефіцит, що, в свою чергу, галь-

мує мітоз.

5. Однією з причин загибелі клітин під дією випромінюван-

ня є пошкодження хромосом у вигляді їх перебудови, що виявля-

ється при гістологічних дослідженнях.

Підрахунок клітин з хромосомними абераціями у крові, кіст-

ковому мозку та інших клітинах – основний метод кількісної оцін-

ки променевого ураження організму.

123

Які фактори визначають ступінь радіобіологічного

ефекту на рівні цілісного організму?

Нанесення радіаційної травми організму не зводиться до

простого пошкодження, а представляє собою реакцію-відповідь

на нього. Ступінь пошкодження пропорційна дозі опромінення,

а реакція організму на заподіяний фізичний фактор – пропорцій-

на відхиленню органів та систем організму від нормального фізіо-

логічного стану. З цієї точки зору радіаційно стійкі організми ха-

рактеризуються здатністю швидше й повніше відновлювати свою

структуру та функцію, однак повного відновлення структури і

функції не наступає, оскільки в організмі залишаються так зва-

ні незворотні зміни, ступінь яких залежить від величини погли-

нутої дози.

Характер та вираженість променевого ураження залежить

від сукупності багатьох факторів, зокрема:

1. Особливістю біологічної дії радіації є відсутність відповід-

них рецепторів в організмі.

2. Біологічний ефект знаходиться в прямій залежності від по-

глинутої дози опромінення. Ця залежність пряма – при зростанні

дози посилюється й ефект біологічної дії.

3. Зміни на рівні організму пов’язані з просторовим розподі-

ленням енергії та залежать від часу опромінення (потужності до-

зи), оскільки процес відновлення починається зразу ж після нане-

сення радіаційної травми, та здатні хоча б частково компенсувати

порушення, які щойно виникли.

4. Ступінь та форма променевого ураження визначають-

ся розподіленням енергії випромінювання в організмі. Зокрема,

найбільший біологічний ефект обумовлює опромінення цілого

організму, тобто загальне опромінення. Менші зміни спостеріга-

ються при тій же дозі опромінення на окремі частини організму

– локальне опромінення. Найбільші наслідки залишаються після

опромінення в області живота, оскільки захоплюються внутрішні

органи, а мінімальні наслідки - від опромінення кінцівок.

5. Ураження залежить від виду випромінювання. Залежно

від значення лінійної передачі енергії, тобто енергії, яка переда-

на зарядженій частинці на одиницю довжини її пробігу в речови-

Біологічна дія іонізуючих випромінювань

Ветеринарна радіологія

124

ні, всі іонізуючі випромінювання ділять на нещільно- (рідко-) та

щільноіонізуючі. До перших відносять всі види випромінювань,

незалежно від їхньої фізичної природи, які мають лінійну переда-

чу енергії 10 кеВ/мкм (мікрон), а до щільноіонізуючих – ті, в яких

лінійна передача енергії перевищує цю величину. Лінійна пере-

дача енергії заряджених частинок зростає при зниженні їх швид-

кості, а тому в кінці пробігу віддача енергії будь-якою зарядже-

ною частинкою – максимальна. Цю особливість взаємодії важких

ядерних частинок використовують при лікуванні пухлин, оскіль-

ки вона дозволяє зосередити значну частину енергії на глиби-

ні ураженої тканини при мінімальному її розсіюванні в здорових

тканинах за ходом пучка.

Нейтрони зараховують до щільноіонізуючих випромінювань,

оскільки протони віддачі, які ними утворюються, дуже іонізують

середовище. Протони виникають на великій глибині через їх ви-

соку проникаючу здатність нейтронів. Отже, всі види іонізуючих

випромінювань самі чи опосередковано зумовлюють збудження

чи іонізацію атомів або молекул біосистеми. Проте, при опромі-

ненні об’єктів різними видами іонізуючої радіації в однакових до-

зах, виникають кількісно, а іноді й якісно різні біологічні ефекти,

тому було введено поняття про відносну біологічну ефективність

іонізуючих випромінювань. Так, наприклад, швидкі нейтрони в

дозі 1 Гр (100 рад) викликають такий же біологічний ефект, як і

10 Гр або 1000 рад гамма-випромінювання.

6. Біологічний ефект залежить від видової та індивідуальної

чутливості організму до іонізуючої радіації та його фізіологічного

стану в момент опромінення.

7. У патогенезі променевого ураження спостерігається наяв-

ність скритого періоду.

Отже, здатність клітин, тканин, органів та систем організ-

му проявляти мінімум патологічних змін при дії іонізуючого ви-

промінювання в однакових умовах характеризує ступінь їх раді-

орезистентності. Так, наприклад, в одній із лабораторій США, у

воді, що омивала атомний реактор, доза якої за 8 годин складала

2,5 нКл/кг (10 млн. Р) або 100000 Гр, виявлено бактерії, які не ли-

ше проживали, але й розмножувались у значній кількості. З дру-

гої сторони, ріст окремих грибів гальмується вже при дозі опромі-

125

нення 2,58 мкКл/кг (0,01 Р). Причин такої різної реактивності не

встановлено. Проте в цілому відомо, що радіочутливість біологіч-

них об’єктів зростає у міру ускладнення їх організації. Серед хре-

бетних найбільш чутливі ссавці, їх радіочутливість вища за радіо-

чутливість птахів, риб, земноводних і плазунів.

Як поділяються органи за морфологічними ознаками пострадіаційних

змін, що розвиваються?

Всі органи й тканини тварин чутливі до іонізуючої радіації,

але чутливі по-різному і за морфологічними ознаками пострадіа-

ційних змін, що розвиваються, поділяються на 3 групи:

1. Органи, що чутливі до радіації: лімфатичні вузли, лімфа-

тичні фолікули шлунково-кишкового тракту, червоний кістковий

мозок, вилочкова залоза, печінка, селезінка, статеві залози. У цих

органах морфологічні зміни виникають вже при опроміненні до-

зою 0,0064 Кл/кг (25 Р).

2. Органи помірно чутливі до опромінення: шкіра, кришта-

лик ока.

3. Органи, що резистентні до дії іонізуючого випромінюван-

ня: легені, нирки, мозок, серце, кістки, сухожилля, нервові стовбу-

ри тощо, морфологічні зміни в яких спостерігаються при опромі-

ненні дозою 0,026 Кл/кг (100 Р).

Через різну чутливість органів та тканин для організму важ-

ливо, чи опромінюватиметься він увесь рівномірно, чи його ча-

стина, або чи організм одержить загальне, але нерівномірне опро-

мінення. Загальне рівномірне опромінення викликає найбільший

радіобіологічний ефект. Екранування при опроміненні навіть не-

значної ділянки підвищує стійкість організму до дії радіації. При

радіочутливості тканини чи органу захисний ефект проявляєть-

ся найчастіше.

У чому причина диференційованої радіочутливості

окремих органів і тканин?

Однозначної відповіді на це запитання немає. Очевидно,

впливає цілий ряд факторів, зокрема таких, як: реакційна здат-

ність структурних елементів клітини, концентрація у них кисню

Біологічна дія іонізуючих випромінювань

Ветеринарна радіологія

126

та природних антиоксидантів, особливо біоліпідів, інтенсивність

обмінних процесів, оскільки чутливість тканин до опромінення

прямо пропорційна інтенсивності процесів поділу у них та обер-

нено пропорційна ступеню їх диференціації. Очевидно, цим по-

яснюється велика чутливість до радіації пухлин різної етіології та

організмів, що знаходяться на стадії ембріонального росту.

Під впливом опромінення іонізуючою радіацією змінюють-

ся структури біологічно важливих сполук, створюються умови для

утворення невластивих органічних сполук внаслідок дії радикалів

різного походження, а також розвиток ланцюгових із самоприско-

ренням реакцій. Все це зумовлює пошкодження всіх або деяких ла-

нок обміну речовин, порушення синтезу біологічно активних ма-

кромолекул та макроергічних зв’язків. А при цьому порушуються

властивості нервової, гуморальної та інших життєво важливих си-

стем організму. Сума цих змін, що виникають в організмі при дії ра-

діації, і викликає ту патологію, яку ми називаємо променевою.

Зменшити вплив опромінення можна захищаючи певні ор-

гани, особливо кровотворні. Виживання мишей протягом 30 діб

після опромінення рентгенівськими променями дозою 9,5 Гр в

умовах екранування різних органів показано на табл. 5.1.

Таблиця 5.1

Виживання мишей протягом 30 діб після опромінення рентгенівськими

променями дозою 9,5 Гр в умовах екранування різних органів

Екранована частина тіла Виживання до 30 діб, %

Загальне опромінення без екранування 0

Нирки 0

Задня лапа 13

Печінка 33

Голова 26

Кишечник 29

Селезінка 48

Ймовірно, що опромінений орган не може в повній мірі вико-

нувати свої функції. Проте може статись і навпаки: орган, більше

стійкий до дії радіації, виділяє стільки ж продуктів (гормонів), як

і раніше, але орган-ефектор буде уражений і недостатньо зреагує

на подразнення. Таким чином, порушується зв’язок між окреми-

ми органами, що вказує про зміни на рівні організму.

127

Мутагенні властивості радіації

Що представляють собою мутації, яка історія вивчення мутагенних

властивостей радіації?

Мутації – раптові природні або викликані штучно зміни

генетич ного апарату, які успадковуються і приводять до змін тих

чи інших ознак організму.

Умовно мутації поділяються на спонтанні, які виникають під

впливом природних факторів або внаслідок біохімічних змін у са-

мому організмі, та індуковані, які виникають під впливом спеці-

альної дії мутагенних факторів (іонізуючих випромінювань, хі-

мічних речовин). Із них негативних більше 99%, а позитивних

– менше 1%. Негативні призводять до загибелі клітин або до не-

контрольованого поділу (виникнення злоякісних пухлин).

У 1925 році Г.С.Філіпов і Г.А.Надсон вперше у світі встанови-

ли вплив рентгенівських променів на мутації дріжджових грибків.

Ця праця стала провісником радіаційної генетики. У 1927 році

американському вченому Мюллеру вдалося при рентгенівському

опроміненні дрозофіли отримати мутації різних типів, частота їх

появу зросла біль ше ніж у 150 разів порівняно з контролем.

Видові та індивідуальні різновиди радіочутливості

Які видові особливості дії радіації?

До дії іонізуючого випромінювання чутливі всі біологічні об’єк-

ти, але ступені їх чутливості різні. Одноклітинні організми гинуть

від дії радіації в результаті незворотних ушкоджень самої клітини

(денатурація білка). Високоорганізовані – від порушень функції ор-

ганів та систем. Радіочутливість (здатність реагувати на опромінен-

ня) різних біологічних об’єктів коливається в широких межах. Відо-

мо, що найменш чутливі найпростіші, а найбільш – ссавці.

Доза опромінення, яка перевищує 10 Гр, смертельна для всіх

ссавців.

Миші й пацюки, у яких дихальний коефіцієнт вищий

(к =ЧДР/ЗВ), стійкіші до іонізуючого випромінювання, ніж твари-

Біологічна дія іонізуючих випромінювань

Ветеринарна радіологія

128

ни з нормальним коефіцієнтом.

Радіочутливість різних біологічних об’єктів показана на табл. 5.2.

Таблиця 5.2

Радіочутливість різних біологічних об’єктів

Біологічний вид Доза γ-випромінювання, яка викликає смерть

50% опромінених за 50 діб – LD

50/50

(Гр)

Найпростіші 1000-3000

Рослини 10-1500

Дріжджі 300-500

Змії 80-200

Комахи 10-100

Риби і птахи 8-20

Хом’яки і кролики 9-10

Миші 6-15

Пацюки 7-9

Мавпи 2,5-6

Люди 2,5-3,5

Віслюки 2,0-3,8

Собаки 2,5-3,0

Вівці 1,5-2,5

Окрім негативних моментів дії іонізуючих випромінювань,

існу ють і позитивні її сторони. Малі дози радіації стимулюють ді-

яльність багатьох систем в організмі. Наприклад, без пліддя можна

лікувати, опромінюючи гонади мікродозами. А можна й виклика-

ти, якщо дозу збільшити. Все, як і при лікуванні звичайними лі-

карськими засобами: невелика доза є терапевтичною, а при збіль-

шенні стає отрутою.

Які індивідуальні особливості дії радіації?

Різні особи одного виду по-різному чутливі до дії іонізуючо-

го випромінювання. Блондини більше чутливі, ніж брюнети (так

само, як і до ультрафіолету).

Які тканинні особливості дії радіації?

Як вже зазначалось, найчутливішими є менш диференційо-

вані, молоді, мітотично активні клітини. Високу радіочутливість

мають яєчники, сім’яники, лімфатична тканина, кістковий мо-

129

зок та інші кровотворні тканини, нервова й ендокринна системи.

Менше чутлива епітеліальна, і найменше – сполучна та кісткова

тканини.

Які вікові особливості дії радіації?

Найбільше чутливими є ембріони і новонаро джені, а також

особи похилого віку. Менше чутливими є дорослі. Це зв’язано із

тим, що в клітинах новонароджених та ембріонів частіше здійс-

нюються поділи, вони мають високий обмін речовин, а в похило-

му віці порушені процеси репарації.

Розвиток організму до моменту народження можна поділити

на 3 головних періоди:

Передімплантаційний. Найбільше чутливі ембріони до 5-ї

доби розвитку (80% загибелі). Радіація на цій стадії діє за

принципом “все або нічого”. Опромінення ембріонів з 6-ї по

10-ту добу викликає більшу частоту вроджених вад: дефор-

мації скелета, патологію органів зору, тяжкі морфологічні і

функціональні порушення мозку (аж до його відсутності),

вади серця та ін.

Органогенез. Опромінення в цей період призводить до гру-

бих аномалій розвитку плода, затримки росту організму, не-

онатальної смертності.

Плідний період. Відомо тільки, що великі дози іонізуючого

випромінювання викликають відставання організму в роз-

витку.

Для людини існує “ПРАВИЛО 10 ДНІВ” – будь-яке досліджен-

ня з використанням іонізуючого випромінювання призначають

жінкам дітородного віку протягом перших 10 днів після початку

менструації (для виключення вагітності).

Як на чутливість до іонізуючого випромінювання впливають умови

зовнішнього середовища?

На чутливість до іонізуючого випромінювання впливає вміст

кисню в оточуючому середовищі, а від цього, у свою чергу, зале-

жить оксигенація організму. При підвищенні насиченості киснем

тканин велика вірогідність утворення перекисних сполук. Кисень

Біологічна дія іонізуючих випромінювань