Действие ионизирующих излучений на «критические» системы организма

Клиническое течение, тяжесть и прогноз лучевого поражения организма определяются, с одной стороны, величиной поглощенной дозы ионизирующего излучения, ее распределением в про­странстве и времени, с другой — радиочувствительностью тканей, органов и систем, наиболее существенных для жизнедеятельности организма.

Еще в 40-х годах XX века было показано, что в определенных дозовых диапазонах сред­ние сроки гибели мышей не изменяются, несмотря на увеличение дозы облучения. Так, при облу­чении в дозах до 10 Гр продолжительность жизни животных составляет от нескольких недель до нескольких дней, далее наблюдается плато (несколько дней), несмотря на увеличение дозы от 10 до 100 Гр, а при последующем увеличении дозы облучения продолжительность жизни снова рез­ко укорачивается (от нескольких дней до несколько часов). В последующие годы такой «ступен­чатый» характер зависимости между дозой облучения и средней продолжительностью жизни был

продемонстрирован практически для всех видов млекопитающих (мыши, крысы, хомячки, мор­ские свинки, обезьяны, человек), земноводных (лягушки), насекомых, червей и даже растений, что указывает на общебиологический характер этой закономерности. Описанный выше характер кривой «доза-эффект» отражает различные формы лучевого поражения организма, зависящие от степени повреждения той или иной «критической» системы. Так, при облучении человека в дозах до 10 Гр гибель обусловлена повреждением системы кроветворения, (костномозговая форма ОЛБ), 10-80 Гр — поражением желудочно-кишечного тракта (кишечная форма ОЛБ) и, наконец, при облучении в дозах свыше 80 Гр гибель наступает в первые часы после воздействия от нару­шения функции ЦНС (церебральная форма ОЛБ).

Таблица 2.1

Клинические формы и степени тяжести лучевой болезни в зависимости от величины поглощенной дозы (по А. К. Гуськовой)

В самом общем виде патогенез костномозговой формы ОЛБ можно представить следую­щим образом.

Под влиянием облучения в гематопоэтической системе происходят легкие нарушения ди­намического равновесия между отдельными пулами, приводящие в конечном итоге к ее несо­стоятельности, панцитопении и характерным клиническим проявлениям костномозгового син­дрома, описанным ниже. В соответствии с правилом Бергонье и Трибондо наиболее радиочувст­вительными являются клетки стволового пула, а также (хотя и в меньшей степени) элементы де­лящегося — созревающего пула.

Интенсивность опустошения костного мозга обусловлена скоростью поступления клеток из делящегося созревающего пула в пул созревания, т. е. состоянием (активностью) процессов дифференцировки клеток, а глубина зависит от количества выживших стволовых клеток. Именно в период аплазии кроветворения наблюдаются наиболее драматические события клинического течения лучевого поражения, являющиеся основной причиной летальных исходов, — инфекци­онные осложнения, обусловленные агранулоцитозом, и геморрагические проявления, связанные с тромбоцитопенией. Стадия опустошения сменяется фазой восстановления кроветворной функции костного мозга. Процесс регенерации гемопоэза обеспечивается за счет стволовых клеток, сохра­нивших способность к неограниченному размножению. При этом в первую очередь активизиру­ются реакции, направленные на восстановление пула стволовых элементов и лишь во вторую очередь часть пролиферирующих клеток может быть направлена на репопуляцию следующих компартментов. Процесс регенерации гемопоэза включает несколько системных реакций:

- ускорение темпа размножения оставшихся непораженными или способными к пролифе­рации стволовых клеток;

- увеличение скорости созревания коммитированных клеточных элементов;

- вступление в процесс пролиферации стромальных клеточных элементов (прежде всего, фибробластов);

- значительное увеличение в костном мозге количества макрофагов, гистиоцитов и плаз­матических клеток.

Активация пролиферации фибробластов, предшествующая ускорению размножения ство­ловых кроветворных клеток, способствует оптимизации этого процесса, поскольку он осуществ­ляется на основе вновь создаваемой фибробластами подложке.

При кишечной форме ОЛБ гибель организма обусловлена несостоятельностью функций клеток кишечного эпителия. При этом наиболее радиочувствительными являются стволовые клетки крипт тонкого кишечника, большая их часть погибает уже при облучении в дозах 4—6 Гр. Зрелые эпителиоциты кишечных ворсинок являются значительно более радиорезистентными, ос­новная их часть (так же как клетки функционального пула кроветворной ткани) погибает после облучения в дозах свыше 15 Гр. Большая (по сравнению с родоначальными элементами гемопо­этической системы) радиоустойчивость стволовых клеток кишечника связана с тем, что в послед­них процессы постлучевой репарации и регенерации протекают значительно быстрее, чем в кост­ном мозге. Клинические проявления кишечного синдрома могут отмечаться уже при тяжелой и крайне тяжелой степени костномозговой острой лучевой болезни (доза облучения 6—10 Гр), од­нако дозовый порог полного опустошения стволового пула крипт, обусловливающего декомпен­сацию функции кишечника при лучевом поражении, составляет для человека 10—20 Гр («кишеч­ная форма ОЛБ»).

Кинетические параметры развития кишечного синдрома определяются временем прохож­дения энтероцита по поверхности ворсинки от ее основания к вершине с последующим слущива­нием. Сразу после облучения в «кишечном» диапазоне доз значительная часть стволовых клеток крипт погибает по интерфазному механизму, другие (по окончании фазы митотического блока) погибают после одного или нескольких делений. В результате опустошения выстланных зароды­шевым эпителием крипт прерывается процесс новообразования и поступления на ворсинку эпи­телиоцитов и (поскольку продвижение зрелых клеток по ворсинке и их слущивание продолжает­ся с нормальной скоростью) происходит полное оголение ворсинки и слизистой оболочки ки­шечника, приводящие, в свою очередь, к нарушению его основных функций — барьерной и под­держания водно-электролитного баланса организма.

Обезвоживание организма при кишечном синдроме обусловлено нарушением процессов активного всасывания и реабсорбции воды и электролитов, возрастанием экскреции жидкости в просвет кишечника и усилением его моторно-эвакуаторной функции, что в конечном итоге при­водит к развитию тяжелой диареи.

Нарушение целостности кишечного барьера (оголения слизистой кишечника и опустоше­ние пейеровых бляшек) способствует развитию бактериемии и генерализации инфекции. Кроме того, выделяемые кишечными бактериями токсины увеличивают гибель эпителиоцитов и уско­ряют процесс оголения ворсинок.

Помимо гибели клеток покровного эпителия кишечника, важнейшую роль в механизмах развития инфекционных проявлений кишечного синдрома играет поражение гемопоэза, способ­ствующее снижению противоинфекционной резистентности организма.

Сосудисто-токсическая форма ОЛБ, развивающаяся после облучения в диапазоне 20-80 Гр, проявляется в виде тяжелых гемодинамических расстройств, обусловленных парезом и по­вышением проницаемости сосудов, и симптомами общей интоксикации, вызванной про­никновением во внутреннюю среду организма продуктов радиационного распада тканей, первич­ных и вторичных радиотоксинов, эндотоксинов кишечной микрофлоры.

Важную роль в механизмах развития этой формы лучевого поражения играет массивный выброс в кровоток биологически активных веществ (катехоламины, серотонин, гистамин, кишеч­ные пептиды) из эндокринных клеток, локализованных, главным образом, в энтерохромаффин­ных клетках кишечника; компонентов ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (вазокрин- ные пептиды, минералокотикоиды), калликреина, простагландинов и др.

Перечисленные сдвиги приводят к повреждению синаптических образований в структурах головного мозга, нарушению функций основных нейромедиаторных систем (дофамин-, серото­нин-, ГАМК, холинэргических), дисбалансу в системе циклических нуклеотидов, что в свою оче­редь сопровождается изменениями метаболизма в самих нервных клетках, нарушениями регуля­ции биохимических и физиологических процессов в облученном головном мозге, расстройствами микроциркуляции, повышением проницаемости гематоэнцефалического барьера, развитием ост­рой гипоксии, отека и набухания головного мозга, нарушениями гемодинамики и дыхания и, в конечном итоге, приводят к гибели организма в течение 4-7 сут после облучения.

Церебральная форма ОЛБ, при которой нарушения структуры и функции ЦНС являются критическими для течения и исхода радиационного поражения организма, развивается у млеко­питающих, в том числе и у человека, после облучения в дозах свыше 80 Гр и только в том случае, если воздействию ионизирующих излучений подвергается непосредственно головной мозг. Неко­торые проявления церебрального лучевого синдрома (ЦЛС), в частности так называемая «ранняя преходящая недееспособность» (РПН), могут возникать и при облучении в дозах порядка 30-50 Гр.

Одним из пусковых механизмов развития церебрального лучевого синдрома (прежде всего его наиболее ранней фазы — РПН) является деэнергизация нейронов, обусловленная угнетением процессов окислительного фосфорилирования и продукции макроэргов. Нарушения Функций нервных центров при церебральной форме ОЛБ связаны также с расстройством гемо- и ликворо­динамики в головном мозге, повышением проницаемости гематоэнцефалического барьера, оте­ком и набуханием нервных клеток. Смерть пострадавших обычно наступает в течение 1—2 сут после облучения от паралича дыхательного центра.

2.2.