Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
12
Стохастические и нестохастические эффекты
7. СТОХАСТИЧЕСКИЕ И НЕСТОХАСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ.
ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ОБЛУЧЕНИЯ В МАЛЫХ ДОЗАХ
7.1. Понятие “стохастические и нестохастические” эффекты
облучения.
Ранее подчеркивалось, что в основе всего многообразия поражений, возможных при воздействии на организм ионизирующих излучений, лежат летальные и нелетальные повреждения генома клеток.
Кривая зависимости от дозы вероятности возникновения в клетке повреждения генетического аппарата (это относится и к летальным повреждениям генома, и к передающимся дочерним клеткам по наследству мутациям) начинается из нулевой точки, т.е. при самой малой дозе возможно повреждение генетической структуры, а, следовательно, и гибели клетки или возникновения мутации. С увеличением дозы эта вероятность увеличивается.
Летальный эффект, если доза невелика, и количество погибших клеток тоже невелико, не имеет существенного значения для организма: системы физиологической регенерации способны возместить ущерб путем пролиферации сохранивших жизнеспособность клеток. Лишь если доза достаточно велика, степень клеточного опустошения становится несовместимой с нормальной жизнедеятельностью. Гибель большого количества кроветворных клеток приводит к развитию костномозговой формы острой лучевой болезни; гибель эпителиальных клеток и эндотелия сосудов в коже - к развитию лучевого дерматита и т.д.. Очевидно, что эти эффекты на уровне организма имеют дозовый порог - требуется достаточно высокая доза, чтобы количество погибших клеток превысило величину, несовместимую с нормальным функционированием ткани. Тяжесть поражения на уровне тканей и организма в целом зависит от дозы. Такие эффекты получили наименование нестохастических (другие варианты названия: детерминистских, пороговых).
Все сказанное относилось к результатам летального повреждения клеток. Иначе обстоит дело с последствиями для организма возникновения передающихся дочерним клеткам генетических повреждений, мутаций. Малигнизация клетки может произойти в результате единичного "попадания" - поглощения минимальной порции энергии излучения в структуре, ответственной за возникновение мутации. Следовательно, для возникновения такого повреждения нет дозового порога. Конечно, вероятность развития опухоли при низких дозах мала. С увеличением дозы она возрастает. Развитие после облучения злокачественных новообразований расценивается как стохастический эффект.
Итак, детерминистские (нестохастические) эффекты характеризуются следующими признаками: наличие дозового порога для возникновения, возрастание частоты эффекта с увеличением дозы и увеличение тяжести поражения с повышением дозы. Например, при общем облучении в дозе 1,5 Гр наиболее вероятно развитие ОЛБ 1-й степени, а в дозе 5 Гр - тяжелой.
Стохастические эффекты не имеют дозового порога, частота их проявления возрастает с увеличением дозы. Тяжесть эффекта от дозы не зависит. Лейкоз, возникший у облученного в дозе 2 Гр, не будет тяжелее, чем у облученного в дозе 0,02 Гр.
Основные различия между стохастическими и детерминистскими эффектами показаны на рис. 7.1.
Часто в основе детерминистского эффекта лежит стохастический. Так, гибель отдельной кроветворной клетки - явление стохастическое, но с ростом дозы увеличивается количество погибших клеток, и развивается опустошение костного мозга - эффект детерминистский.
До сих пор шла речь о лучевом поражении соматических клеток и их последствиях. Принципиально такие же повреждения могут возникнуть и в зародышевых клетках. Летальные повреждения зародышевых клеток приведут к снижению их числа и развитию стерильности (детерминистский эффект). Передающиеся по наследству мутации могут привести к гибели зародыша на разных стадиях онтогенеза, рождению плода с генетическими аномалиями. Генетические последствия относятся к стохастическим эффектам.
При воздействии высоких доз излучения, которые вероятны в условиях ведения ядерной войны, при тяжелых радиационных катастрофах мирного времени, внимание врача, безусловно, будут занимать детерминистские эффекты, лежащие в основе острых поражений.
При решении задач гигиенического нормирования, при рассмотрении радиационно-экологических проблем, пока радиационные воздействия на человека ограничиваются сравнительно невысокими дозами, наибольший интерес при оценке возможных вредных влияний на человека и, особенно, на популяции людей представляют стохастические эффекты.
7.2. Нестохастические эффекты облучения в малых дозах
На основе многолетнего опыта пороговой дозой облучения для возникновения у человека нестохастических эффектов на уровне организма считают 0,5 Гр. При исследовании на клеточном уровне описывали гибель части лимфоидных клеток, угнетение сперматогенеза после воздействия несколько меньших доз - 10-15 сГр.
Однако результаты наблюдения за населением территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению после аварии в Чернобыле, за личным составом подразделений, привлеченных к работам, связанным с ликвидацией последствий этой аварии, уже в первые месяцы и годы показали, что, хотя облучение этой категории людей никак не могло превысить пороговую для нестохастических эффектов дозу, а, как правило, оказывалось гораздо меньшим, у обследуемых выявлялись значительные нарушения состояния здоровья. Они выражались в повышении частоты и обострении течения заболеваний сердечно-сосудистой, пищеварительной систем, неврологических заболеваний. При лабораторном исследовании обнаруживали нарушения показателей иммунитета, изменения картины периферической крови.
Эти наблюдения, не укладывавшиеся в рамки сложившихся представлений, послужили основанием для проведения многочисленных исследований показателей состояния здоровья у названных контингентов, анализом ранних и отдаленных проявлений патологии у них.
В результате у обследуемых в ряде случаев были выявлены отклонения показателей функционирования некоторых физиологических систем от средних значений, полученных в контрольных группах.
В частности, в сравнительно ранние сроки после облучения в дозах, не превышающих 0,25 Гр, отмечено снижение содержания в крови фракции больших гранулярных лимфоцитов, а также ультраструктурные изменения этих клеток, признаки депрессии Т-системы иммунитета, снижение титров специфических антител к бактериальным агентам.
В более поздние сроки обнаруживали изменения ряда показателей неспецифической резистентности: показателей фагоцитоза, энзиматической активности нейтрофилов. Оценивая эти изменения, следует отметить, что они не были специфичны для радиационного воздействия. В большинстве случаев индивидуальные значения показателей не выходили за пределы физиологической нормы. Часто трудно оценить значение обнаруженных сдвигов для организма – это проявление повреждения или адаптивно- компенсаторная реакция.
В свете этих данных, значительное количество патологических проявлений, наблюдавшихся у контингентов, находившихся в сфере воздействия факторов чернобыльской аварии представляется довольно неожиданным. Особенно настораживает то обстоятельство, что аналогичные проявления приблизительно с той же частотой наблюдались у жителей соседних населенных пунктов, практически не подвергшихся радиоактивному загрязнению.
Сейчас обнаруженные изменения расцениваются как результат не только облучения, но и комплексного влияния ряда других факторов:
- эмоционального стресса, связанного с психологическим воздействием всей ситуации (тревога за свое здоровье, здоровье близких, боязнь эвакуации, утраты имущества и т.п.), усугубляющимся тем, что человек не способен ощутить органами чувств наличие излучений и не уверен в точности представляемой ему дозиметрической информации и ее оценки. Такого рода стресс может явиться причиной не только обострения или возникновения новых неонкологических заболеваний, но и появления злокачественных опухолей;
- алиментарного, т.е. неполноценного питания по причинам нарушения снабжения, исключения из рациона продуктов, зараженных сверх допустимого уровня, боязни употребления в пищу продуктов местного производства, даже если они существенно и не загрязнены РВ;
-сопутствующего химического воздействия за счет избыточного содержания в среде ядохимикатов, тяжелых металлов, нитратов, продуктов бытовой химии.
Выделить среди рассмотренных возможностей значение радиационного фактора не удается.
7.3. Стохастические эффекты облучения в малых дозах.
Одним из основных стохастических эффектов облучения на уровне организма является радиационный канцерогенез. Вероятность его проявления оценивается как один дополнительный случай на 20 чел.-Зв.
Причиной злокачественной трансформации облученной клетки являются нелетальные повреждения генетического материала. На первых порах исследования радиационного канцерогенеза господствовало представление, в соответствии с которым прямым следствием поглощения порции энергии геном является изменение последнего, проявляющееся фенотипически как мутация. И именно она оказывается причиной злокачественной трансформации клетки. Хотя в отдельных случаях такой ход событий и может иметь место, более вероятны другие возможности.
Наиболее распространена гипотеза, в соответствии с которой под влиянием облучения повышается нестабильность ядерной ДНК. В процессе репарации ее нелетальных повреждений возникают условия, способствующие включению онковируса в геном соматической клетки с последующей ее раковой трансформацией.
Вследствие повреждения мембранных структур может измениться чувствительность клеток к регулирующим воздействиям со стороны гормонов, ингибиторов и т.п.
При облучении в высоких дозах, помимо прямого действия излучений на клетки, причиной их злокачественного перерождения (или фактором, способствующим ему) бывают дисгормональные расстройства, связанные с нарушением функций желез внутренней секреции. Особенно существенно значение этого фактора при внутреннем радиоактивном заражении, когда радионуклиды длительное время воздействуют на железу, нарушая выработку ею гормонов, влияющих на функции других органов. В результате, создаются условия для возникновения гормонозависимой опухоли (напр., опухоли гипофиза у радиотиреоидэктомированных введением 131I животных). Щитовидную железу рассматривают как критический орган в формировании отдаленной патологии при поступлении в организм продуктов ядерного деления.
Способствуют развитию опухоли и вызванные облучением нарушения иммунитета, в частности, способности распознать чужеродные антигены в трансформированной клетке и уничтожить такую клетку. Вследствие этого облегчается развитие опухоли не только из трансформированных облучением клеток, но и из клеток, мутации в которых возникли спонтанно или под влиянием других факторов. Злокачественной трансформации клетки, сохранившей жизнеспособность после облучения, может способствовать ее контакт с большим количеством клеточного детрита.
Латентный период между радиационным воздействием и возникновением новообразования составляет в среднем 5 - 10 лет, но в некоторых случаях может достигать 35 лет ( рак молочной железы).
Нелетальные повреждения генетического аппарата в зародышевых клетках проявляются возникновением аномалий у потомства. Частота генетических дефектов (аномалии развития, нарушения жизнеспособности и гибель плода, наследственные аномалии) в первых двух поколениях после облучения одного из родителей в дозе 1 Зв оценивается величиной 1 случай на 80 человек.
7.4. Радиационный гормезис.
Не всегда последствия воздействия ионизирующих излучений неблагоприятны для организма. Естественный радиационный фон - не только один из важнейших факторов эволюции живого на Земле, но и необходимое условие существования биологических объектов. Имеется физиологический уровень воздействия излучений, благоприятный для жизнедеятельности. Если культуру парамеций изолировать от радиационных воздействий в свинцовом контейнере, в ней резко замедляется процесс деления клеток. После помещения в контейнер с культурой радиоактивного источника, воспроизводящего фоновый уровень радиации, митотическая активность нормализуется.
Сокращение продолжительности жизни животных, содержащихся при повышенном уровне воздействия ионизирующих излучений, наблюдалось лишь при суточных дозах, превышавших 0,01 Гр. При меньших уровнях доз, как показано в ряде работ, 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. Облучение мышей в дозах 0,05 - 2 Гр понижало их летальность после заражения вирусом инфлуенцы свиней. После облучения грызунов в дозах до 1 Гр повышалась фагоцитарная активность нейтрофилов, активировался антителогенез.
Эти свойства малых доз излучения проявились и у человека при применении радоновых ванн или при приеме внутрь радоновой воды, когда отмечалась активация иммунных механизмов, а кроме того, обнаружилось общестимулирующее действие на организм, улучшение разных видов обмена, снижение артериального давления и другие благоприятные эффекты.
Важным проявлением радиационного гормезиса является феномен так называемого адаптивного ответа, заключающийся в повышении устойчивости различных биологических объектов к воздействию поражающих доз радиации в случае предварительного облучения в малой (порядка 1 сГр) дозе. Этот эффект проявляется при облучении клеток по выходу хромосомных аберраций, по выходу мутаций, при облучении животных по критериям, характеризующим поражение критических систем, по выживаемости животных и т.д.
Стимулирующие эффекты малых доз облучения используются в хозяйственной деятельности. Это облучение куриных яиц в периоде инкубации, приводящее к повышению вылупляемости цыплят, ускорению полового созревания кур, повышению их яйценоскости, а также предпосевное облучение семян, повышающее их всхожесть и урожайность и др.
Эффекты, связанные с проявлением стимулирующего действия малых доз облучения, получили наименование радиационного гормезиса.
Проявления стимулирующих эффектов малых доз свидетельствуют о повышении при их воздействии надежности механизмов гомеостаза, в частности, за счет адаптивной ( в ответ на повреждение клеток) активации восстановительных процессов в разных системах.
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.
Одним из вероятных механизмов, по которым включается эффект гормезиса, является индукция при воздействии малых доз систем репарации ДНК. Благодаря этому могут устраняться не только индуцированные облучением, но и спонтанные повреждения ДНК, что, например, может привести к снижению вероятности развития рака, вызванного не только облучением, но и другими воздействиями.
Наличие феномена радиационного гормезиса позволяет предположить, что риск воникновения рака при малых дозах облучения может реально оказаться ниже, чем принятый сейчас по данным оценки, проведенной на основании экстраполяции с высоких доз (1 случай на 20 чел.-Зв).