10.9.2. Гибель клеток и детерминированные эффекты в тканях и органах

Как и клетки, растущие в культуре, ткани и органы тела могут повреждаться излучением в результате гибели клеток и различных нелетальных эффектов, но в неповрежденных тканях присутствуют дополнительные факторы. Размножающиеся клетки в здоровой ткани находятся в динамическом равновесии, и это равновесие нарушается излучением. Клетки различаются по способности погибнуть от излучения, задержке деления и другим изменениям развития клетки в ходе клеточного цикла. Соответственно выжившая популяция не только будет первоначально состоять главным образом из устойчивых к излучению клеток, но изменится также распределение клеток на каждой стадии клеточного цикла. В то же время пока одни клетки восстанавливаются от повреждения, другие неповрежденные клетки будут размножаться в ткани. В конечном счете, если доза не слишком велика, ткань должна была быть полностью регенерировать, сохраняя по существу неповрежденной свою функциональную целостность. Эти, изменения зависят от мощности, с которой доза была сообщена.

Ткани различаются по чувствительности к ионизирующему излучению. Одними из наиболее радиочувствительных тканей являются яичники и семенники, костный мозг и хрусталики глаз. В общем зависимость доза — частота возникновения эффекта при построении в линейном масштабе будет для этих тканей иметь сигмоидную форму, причем по мере возрастания дозы эффект проявляется чаще. Детерминированные эффекты, так же как и частота их проявления, изменяются с дозой по степени тяжести. График на рис. 3.2. показывает, как частота отдельного детерминированного эффекта, определяемого как обнаруживаемое клинически патологическое состояние, возрастает в зависимости от дозы в группе лиц с различной чувствительностью. Нижний график на рис. 3.2 представляет зависимость доза — степень тяжести эффекта для группы лиц со смешанной чувствительностью. Для простоты кривые представляют три уровня радиочувствительности. Степень тяжести патологического эффекта наиболее заметно возрастает у тех лиц в подгруппе, кто наиболее чувствителен (кривая 1), и достигает порога обнаружения при меньшей дозе, чем в менее чувствительных подгруппах (кривые 2 и 3). Диапазон доз, в котором различные подгруппы пересекают один и тот же порог степени тяжести, отражен на верхнем графике, который показывает частоту возникновения патологического состояния в группе, т.е. во всех подгруппах. Эта частота достигает 100% лишь при такой дозе, которая достаточна для превышения определенного порога тяжести у всех лиц в данной группе.

Пороговые дозы для некоторых детерминированных эффектов в более радиочувствительных тканях тела приведены в табл. 10.1. Различные характеризующие их формулировки изменяются в зависимости от распределения облучения во времени.

Таблица 10.1

Оценки порогов детерминированных эффектов у взрослых людей в семенниках, яичниках, хрусталиках глаз и красном костном мозге

^* НИ означает Не Используется, так как порог зависит скорее от мощности дозы, чем от полной дозы.

Для описания зависимости вероятности возникновения детерминированных эффектов от дозы облучения (формы сигмоидной кривой) ранее использовались кумулятивные кривые нормального или логнормального распределения. В настоящее время для описания последствий радиационных аварий используется т.н. функция Вейбулла

(10.6),

(10.7),

где — вероятность того, что часть облученной популяции обнаружит определенный детерминированный эффект; - доза, при которой ожидается, что у 50 % популяции будет наблюдаться проявление данного эффекта; — параметр, определяющий «крутизну» проявления данного эффекта.

При низких дозах необходимо введение определенного искусственного порога . В противном случае могут быть предсказаны чересчур большие величины возникновения детерминированных эффектов, когда миллионы людей (население страны) подвергнется облучению в малых дозах. Для большинства детерминированных эффектов, обусловленных воздействием излучения с низкой ЛПЭ, доза облучения, полученная при низкой мощности дозы или отдельными фракциями значительно менее эффективна, чем такая же доза, полученная за короткий интервал с высокой мощностью дозы. Учет влияния мощности дозы производится модификацией величины с изменением мощности дозы

(10.8).

Параметр соответствует величине , полученной при остром (в течение нескольких мин) облучении. Параметр описывает, как величина варьируется с изменением мощности дозы.

При рассмотрении возникновения детерминированных эффектов, создаваемых излучением с высокой ЛПЭ, величины дозы D и мощности дозы в уравнениях (3.7) и (3.8) должны быть умножены на величину ОБЭ (относительной биологической эффективности), величина которой определяется видом облучаемых органов и типом излучения. Величина ОБЭ определяется по имеющимся клиническим и лабораторным данным.

Наибольший интерес в качестве излучения с высокой ЛПЭ представляют нейтроны (аварии с нарушением критичности) и альфа-излучение (ингаляция значительных активностей альфа-излучающих радионуклидов).

Параметры, описывающие возникновение детерминированных эффектов в органах и тканях человека представлены в табл. 10.2.

Таблица 10.2.

Параметры, описывающие возникновение детерминированных эффектов в органах и тканях человека

Симптом	Орган	, Гр	, Гр2/ч	Форм-фактор	ОБЭ (альфа-изл)	Порог , Гр
Смертность
Желудочно-кишечный синдром:
Внешнее облучение	Тонк. киш.	15	-	10	-	9,8
Внутреннее облучение	Толст. киш.	35	-	10	-	23
Пневмония	Легкие	10	30	7	7	5,5
Костномозговой синдром:
Без мед. помощи	ККМ	3	0,07	6	2	1,5
С мед. помощью	ККМ	4,5	0,1	6	2	2,2
Гибель плода (зародыша)	Плод
	1-18 сут	1	0,02	2	2	0,12
	18-150 сут	1,5	0,03	3	2	0,37
	150-270 сут	3	0,07	6	2	1,5
Заболеваемость
Продромальные синдромы:
Тошнота	ЖКТ	2	0,2	3	-	0,49
Понос	ЖКТ	3	0,2	2,5	-	0,55
Фиброз легких	Легкие	5	15	5	7	2,7
Ожог кожи	Кожа	20	5	5	-	8,6
Гипотиреодизм	Щит. жел.	60	30	1,3	-	2,3
Тиреодит (выжигание)	Щит. жел.	1200	-	2	-	140
Катаракта	Хрусталик	3	0,01	5	-	1,3
Подавление половой функции:
Овуляции	Яичники	35	0,3	3	-	0,85
Сперматогенеза	Яички	0,7	-	10	-	0,46
Отставание в умственном развитии (~ 30 IQ/Гр)	Плод 8-12 нед	1,0	-	2	-	0,12

Ткани, типичным примером которых служит костный мозг, имеют быстро делящиеся клетки-предшественники (стволовые), и вред проявляется у них как ранний эффект, в то время как ткани, типичным примером которых служит печень, отличаются малой скоростью обновления клеток и вред у них выражается как поздний эффект, когда клетки делятся. По отношению к механизму детерминированного повреждения отдельных ткани классифицировали по двум основным типам: первый-это ткани, содержащие стволовые клетки, которые делятся и проходят несколько стадий деления и созревания до того, как станут в конечном счете функциональными клетками (например, кроветворная ткань); второй- это ткани, содержащие функциональные клетки, которые способны делиться по необходимости (например, паренхима печени). Радиационное повреждение развивается в этих тканях различными путями, так как они организованы по-разному.

В качестве примера специфического детерминированного эффекта можно отметить, что для кожи порог эритемы и сухого шелушения — симптомов, появляющихся спустя примерно 3 нед., составляет приблизительно 3 — 5 Гр. Влажное шелушение возникает приблизительно после 20 Гр, пузыри появляются примерно спустя 4 нед. Гибель клеток в эпидермальном и дермальном слоях, приводящая к некрозу тканей, наступает после дозы около 50 Гр, появляясь примерно спустя 3 нед.

Много новой информации о детерминированных эффектах начинает поступать в результате печального опыта, накапливаемого в результате аварии в Чернобыле. К ней относятся цитогенетические исследования доз, получаемых в наиболее сильно облученной группе людей, гематологические и кожные эффекты. Другие исследования также будут продолжаться и могут в будущем внести вклад в наши знания о значениях пороговых доз для детерминированных эффектов.