Военно-полевая медицина

Радиационные поражения возникают в результате воздействия на организм различных видов ионизирующих излучений, которые подразделяются на два класса: а) электромагнитные и б) корпускулярные.

К электромагнитным относят рентгеновские лучи, гамма-лучи радиоактивных элементов и тормозное излучение, возникающее при прохождении через вещество сильно ускоренных заряженных частиц. Электромагнитные излучения имеют ту же природу, что и видимый свет, отличаясь от него более короткой длиной волны, а соответственно и более высокой энергией и проникающей способностью.

Корпускулярные излучения представляют собой поток ядерных частиц, характеризующихся наличием определенной массы и заряда (а- и р-частицы, протоны, дейтроны и др.). К корпускулярным излучениям относят также и нейтроны — ядерные частицы, не имеющие заряда.

Проникающая способность ионизирующих излучений зависит от их природы, заряда и энергии, а также от плотности облучаемого вещества.

Рентгеновское и гамма-излучение обладают наибольшей проникающей способностью, измеряемой для живой ткани десятками сантиметров. Чем выше энергия излучения, тем выше его проникающая способность.

При взаимодействии с веществом энергия квантов рентгеновского и гамма-излучения или полностью поглощается атомом с образованием свободного электрона (фотоэлектрический эффект), или передается частично выбиваемому электрону в результате упругого столкновения между падающим фотоном и электроном. В результате образуются быстролетящие электроны, расходующие свою энергию на ионизацию молекул вещества. При высокой энергии фотонов рентгеновского и гамма-излучения их взаимодействие с веществом вызывает образование в поле ядра пары электрон — позитрон. При облучении биологических объектов электромагнитными излучениями ядерного взрыва наибольшее значение имеет поглощение энергии путем комптон-эффекта.

Бета-частицы представляют собой электроны, несущие отрицательный заряд, и позитроны, имеющие положительный заряд. Проникающая способность р-частицы в воздухе измеряется метрами, а в живых тканях — долями сантиметра (2—5 мм). Бета-частицы взаимодействуют в основном с электронами электронных оболочек атомов, вызывая при этом ионизацию последних.

Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Они вызывают ионизацию высокой плотности и обладают малой проникающей способностью. В воздухе пробег а-частиц составляет несколько сантиметров, в тканях организма — сотые доли миллиметра.

Нейтроны являются ядерными частицами, не имеющими заряда. По энергии нейтроны подразделяют на несколько групп: медленные (с энергией ниже 0,5 эВ), промежуточные (0,5 эВ — 20 КэВ), быстрые (20 КэВ — 20 МэВ), сверхбыстрые (с энергией более 20 МэВ).

Являясь нейтральными частицами, нейтроны непосредственно не вызывают ионизации атомов, а вступают во взаимодействие с их ядрами, которое протекает в форме двух процессов: рассеяния (упругого и неупругого) и поглощения (радиационного захвата). При неупругом рассеянии происходит передача ядру значительной части энергии нейтрона, что приводит к сильному возбуждению ядра и ядерным реакциям трансформации элементов с испусканием элементарных частиц (нейтронов, протонов, а-частиц). Этот вид взаимодействия наиболее характерен для сверхбыстрых и быстрых нейтронов при столкновении с ядрами относительно тяжелых элементов. При упругом соударении (по типу столкновения твердых шаров) возникают так называемые ядра отдачи, скорость которых тем больше, чем меньше их масса. Наибольшее количество энергии нейтронов передается ядрам легких элементов, в частности водороду. Упругое рассеяние является основным типом взаимодействия с веществом быстрых нейтронов. В результате этого образуются протоны и ядра отдачи, являющиеся заряженными частицами, способными вызывать сильную ионизацию среды.

Для тепловых и промежуточных нейтронов преобладающей формой взаимодействия с ядрами атомов становится радиационный захват. При этом образуются радиоактивные изотопы С, N, S, О, Nа, Р, распад которых сопровождается образованием вторичных гамма-квантов (наведенная радиоактивность). Последняя не вносит существенного вклада в поражающее действие нейтронов, но имеет диагностическое значение, характеризуя общую дозу нейтронного облучения.

Образовавшиеся в процессе взаимодействия нейтронов с ядрами заряженные частицы (протоны и ядра отдачи, электроны, а-частицы) и гамма-излучение являются непосредственной причиной ионизации атомов и молекул. Нейтронное излучение характеризуется высокой способностью вызывать молекулярные повреждения в веществе, состоящем преимущественно из легких элементов. К таким веществам относятся живые ткани, содержащие в основном легкие элементы. Из них водород по числу атомов занимает первое место.

Таким образом, ионизирующие излучения, взаимодействуя с веществом, вызывают ионизацию и возбуждение атомов и молекул, сопровождающееся нарушением химических связей и возникновением высокореакционных продуктов.

Биологический эффект ионизирующих излучений прежде всего связан с количеством поглощенной энергии, т. е. с дозой облучения. Оценка дозы производится различными физическими и химическими способами. Различают экспозиционную дозу, под которой понимают ионизирующую способность излучения в воздухе, и поглощенную дозу, представляющую энергию любого вида излучения (включая нейтроны), поглощенную в единице массы вещества. Единицей измерения экспозиционной дозы для гамма- и рентгеновского излучения служит кулон на килограмм (Кл/кг). Поглощенная доза излучения измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг). Последней единице измерения дано название «Грэй» (Гй)1 в честь английского физика Л. Грэя (1 Гй=100 рад).

Первичные механизмы биологического действия ионизирующих излучений относятся к процессам, происходящим на первом этапе физиологической интеграции. Ионизирующее излучение оказывает на биосубстрат прямое и непрямое действие. Прямое действие заключается в непосредственном воздействии ионизирующих излучений на биомолекулы, в результате чего происходит их ионизация либо возбуждение. Непрямое действие радиации на биомолекулы реализуется в основном через продукты радиолиза воды, содержание которой в клетках очень велико. Продукты радиолиза обладают чрезвычайно высокой активностью и могут окислять практически все органические вещества, входящие в состав клеток. Удельный вес прямого и непрямого действия ионизирующего излучения зависит от мощности излучения и содержания в биоструктурах воды. Полагают, что в таких структурах, как хромосомы, преобладают повреждения, обусловленные прямым действием, тогда как в растворах и высокогидра-тированных системах существенную роль играют продукты радиолиза воды. Установлена определенная зависимость между повреждающим действием радиации и содержанием кислорода в облучаемых тканях. В экспериментах установлено, что радиочувствительность клеток повышается при увеличении парциального давления кислорода и наоборот. Этот феномен получил название кислородного эффекта. Механизм его до сих пор полностью не изучен.

Прямое и непрямое действие ионизирующего излучения приводит к изменению структуры важнейших высокомолекулярных соединений: нуклеиновых кислот, белков, липопротеидов и полимерных соединений углеводов.

Нуклеиновые кислоты обладают чрезвычайно высокой радиочувствительностью. Структурные изменения в ДНК наступают как в результате непосредственного попадания в нее ионизирующих частиц, так и при воздействии радикалов воды, возникают одно- и двуспиральные разрывы ДНК, образуются сшивки между молекулами с появлением разветвленных молекул. На характере повреждения структуры нуклеиновых кислот существенным образом сказывается вид излучения и уровень парциального давления кислорода. Корпускулярные излучения вызывают преимущественно двойные разрывы молекул нуклеиновых кислот, при низком содержании кислорода изменения носят характер «сшивок».

Радиационные повреждения белка происходят прежде всего в результате усиления реакций окисления и дезами-нирования, протекающих с участием окислительных радикалов. Вследствие наступающих изменений химической и конформационной структуры белковой молекулы наблюдается инактивация биологической (в том числе ферментной и иммунной) активности белка.

Радиохимическое изменение линидов заключается в образовании свободных радикалов, перекисных соединений. Образовавшиеся радикалы могут инициировать цепные реакции окисления. Перекисные соединения распадаются с образованием ряда токсических веществ.

Первичные изменения полисахаридов под воздействием ионизирующих излучений сводятся к их окислению с последующей деполимеризацией и образованием кислот (гиалуроновые и др.) и формальдегида.

Вторичные изменения, развивающиеся в организме после облучения, характеризуются сложными биохимическими, физиологическими и морфологическими нарушениями, происходящими вначале на клеточном, а в последующем на органном и системном уровне. Нарушение функций органов и систем приводит к изменению состояния организма в целом, формированию общего заболевания—лучевой болезни.

Ведущее значение в развитии вторичных эффектов придают нарушениям обмена нуклеиновых кислот и нукле-опротеидов, которые входят в состав хромосом и регулируют передачу наследственных признаков, процессы синтеза тканевых белков и ферментов, липидов, пролифера цию клеток и др. Наступающие в последующем изменения клеточного обмена приводят к повреждению целостности клеточных и внутриклеточных мембран, способствуя развитию и углублению патологических процессов в клетке. На поврежденных биомембранах изменяются строгая упорядоченность расположения ферментов и течение сложных ферментативных реакций, характеризующееся подавлением синтетических и активацией катаболических процессов. Выход протеолитических ферментов из органелл (лизосом) через измененные мембраны является причиной аутолиза клетки. Изменения активности ферментов на фоне нарушения углеводного обмена уменьшают синтез макроэргических соединений, вследствие чего расстраивается течение окислительно-восстановительных процессов и в целом всего обмена веществ, а также репарационных процессов. В результате измененного обмена веществ в организме накапливаются различные соединения, обладающие токсическими свойствами и усиливающие обменные нарушения, возникшие на первом этапе радиационного воздействия.

Характер реакции клеток (ткани) зависит от степени чувствительности к ионизирующему излучению. Было установлено, что радиочувствительность отдельных тканей прямо пропорциональна митотической активности и обратно пропорциональна степени дифференциации клеток. Эта закономерность получила название по имени ученых, описавших ее, закона Бергонье и Трибондо. В соответствии с этим правилом все ткани в убывающем по радиочувствительности порядке могут быть расположены следующим образом: лимфоидная, миелоидная, герминативный, кишечный и покровный эпителий, секреторные клетки пищеварительных и эндокринных желез; соединительная, мышечная, хрящевая, костная и нервная ткани. Последующие исследования показали, что и так называемые радиорезистентные ткани с низкой или даже нулевой митотической активностью повреждаются ионизирующим излучением. Эти повреждения выявляются в более поздние после облучения сроки и имеют значение в формировании отдаленных последствий, существенно не сказываясь на непосредственных лучевых реакциях.

Кроветворная система в силу высокой радиочувствительности является критическим органом, поражению которого принадлежит ведущее место в патогенезе и клинике лучевой болезни. К критическим органам относятся также кишечник и ЦНС. В основе гибели клеток радиочувствительных тканей лежит нарушение обмена пуклеопротеидов, вследствие чего наблюдается массовая гибель клеток в интерфазе (интеркинетическая гибель), после нескольких делений (репродуктивная гибель), а также нарушение митотической активности. Развивающаяся вследствие этого лучевая аплазия костного мозга обуславливает появление панцитопении и других характерных для лучевой болезни проявлений поражения кроветворной системы (геморрагический синдром, инфекционно-воспалительные осложнения).

Возможность постлучевого восстановления кроветворения, как и восстановления других высокорадиочувствительных тканей, зависит от степени сохранности стволовых клеток. Показано, что для восстановления кроветворения достаточно 1—0,1% стволовых клеток. Регенераторные сдвиги при несмертельном поражении в костном мозге выявляются уже через 1,5—2 ч после поражения.