Заболевание, обусловленное воздействием ионизирующего излучения, называется лучевой болезнью. Как у людей, так и у животных она может поражать практически все органы и системы: кожу, костный мозг, нервную систему, органы пищеварения, эндокринные железы и так далее. Следствием лучевой болезни нередко бывают различные виды онкологии.
С мощными источниками ионизирующих излучений соприкасаются люди при рентгеновских обследованиях или при лечении с использованием радиоактивных препаратов, а также побывавшие в зонах повышенной радиоактивности (аварийные атомные электростанции, либо местность, где применяли или испытывали атомное оружие).
Ионизирующими являются потоки альфа-частиц, бета-частиц или нейтронов, а также электромагнитные излучения очень высокой частоты: рентгеновские лучи и гамма-лучи.
Особенности болезни
Вследствие лучевой болезни прекращается нормальное функционирование организма на клеточном и молекулярном уровнях. Нарушаются белковые структуры и клеточный метаболизм, происходят мутации генома, блокируются каталитические пути.
Болезнь приводит к быстрому накоплению во всех системах организма «мусорных», неработающих компонентов на внутриклеточном и межклеточном уровнях, что вызывает лучевую токсемию, то есть отравление. Начинается массовое отмирание групп клеток, органы плохо функционируют, нарушается работа лимфоузлов, всасывающего слоя кишечника, костномозговых клеток и так далее.
Неоднократно отмечалось, что ионизирующее излучение — это невидимый убийца. У человека нет органов чувств, воспринимающих такие излучения. Находясь под действием смертельно опасного радиационного фона, люди не чувствуют ни боли, ни жжения, вообще никаких особых ощущений.
Степени болезни
Кратковременное и не слишком сильное облучение, или лучевая травма, вызывает обратимые повреждения организма. Степени болезни подразделяются в соответствии с мощностью и продолжительностью облучения, иначе говоря, в зависимости от полученной дозы облучения.
При первой (лёгкой) степени возникают тошнота, рвота, дрожание рук и ног, сердцебиение. Всё проходит после восстановительного лечения.
При второй (средней) степени появляются кожные высыпания, нарушаются движения и рефлексы, выпадают волосы, снижается давление крови. При отсутствии лечения — переход в третью степень.
При третьей (тяжёлой) степени усиливаются симптомы характерные для второй степени, снижается иммунитет, обостряется течение хронических и инфекционных болезней, наступает тяжёлая интоксикация, сопровождаемая кровотечениями.
При четвёртой (крайне тяжёлой) степени повышается температура, сильно падает давление крови, появляются некротические язвы, развивается отёк головного мозга с наступлением смерти через два-три дня.
Лечение
Людей, пострадавших от лучевой болезни госпитализируют в стерильные условиях. Незамедлительно обрабатывают кожу с применением антисептиков, промывают желудок.
В первый же день вводят солевые растворы и плазмозамещающие для выведения токсинов. В дальнейшем лечат в зависимости от выявленных повреждений и инфекций. В тяжёлых случаях производят пересадку костного мозга, без которой риск наступления смерти очень высок.
После лучевой болезни пациент считается нетрудоспособным около полугода, в лёгких случаях этот срок может быть сокращён до трёх месяцев. В дальнейшем возможны обострения течения хронических и инфекционных заболеваний, развитие малокровия, лейкозов, различных дистрофических изменений, онкологических заболеваний, генетических изменений.
Профилактика
Лучевая болезнь незаразна, то есть не передаётся от человека к человеку, если не считать случаев, когда пациент стал источником ионизирующего излучения вследствие попадания в его организм радиоактивных веществ (пыль, осевшая на одежде, на коже и в лёгких, пища, содержащая радиоактивные компоненты и так далее).
При работе с радиоактивными веществами и предметами, а также в зонах с повышенным уровнем ионизирующих излучений следует использовать экранирующие приспособления, а также приборы, контролирующие полученную дозу облучения. Попадающим в зоны риска рекомендуют принимать витамины В6, С, Р, а также и гормональные средства анаболического типа.
Как радиация вредит мозгу
Терапевтические дозы излучения активируют в мозге вспомогательные клетки, которые не дают нейронам формировать контакты друг с другом.
Исследователи из Рочестерского университета экспериментировали с мышами, которых облучали радиоактивным излучением в дозах, которыми у больных подавляют рост раковых клеток (естественно, дозы радиации масштабировали под мышей). В статье в Scientific Reports говорится, что после облучения у мышей в мозге слишком сильно активировалась микроглия, которая подавляла способность нервных клеток образовывать новые межнейронные контакты.
Микроглией называют особые вспомогательные клетки, которые представляют что-то вроде департамента иммунной системы в мозге: они убирают разный молекулярно-клеточный мусор и следят, чтобы в мозг не проникала инфекция. Притом у клеток микроглии есть ещё одна важная роль – они снимают с нейронов так называемые дендритные шипики, выросты на дендритных отростках, которые обозначают место будущего межнейронного соединения – синапса. В дендритном шипике появляются белки, необходимые для налаживания синапса, меняется структура мембраны и т. д., но если нужда в соединении отпадает, микроглия «состригает» шипик с нейронного отростка. Не все синапсы одинаково нужны, и если нейрон сформирует слишком много контактов, если он окажется вовлечён в слишком большое число нейронных цепей, он просто утонет в информационном шуме.
С другой стороны, если микрголия будет удалять шипики слишком активно, это тоже плохо скажется на когнитивных функциях: ведь для того, чтобы мозг что-то запомнил, переработал какую-то информацию, в нём должны появиться межнейронные контакты – а тут микроглия не даёт им формироваться. У пациентов после радиотерапии на мозге действительно часто проявляются проблемы с памятью, и, по мнению исследователей, причиной тому могут быть клетки микроглии, которые из-за радиации становятся слишком активными.
Очевидно, что если как-то усмирить микроглию, то можно избежать, по крайней мере, некоторых побочных эффектов от радиотерапии в мозге. Здесь есть разные способы, в частности, сами авторы работы сумели защитить синапсы, отключив один из рецепторов на микроглиальных клетках, и нужно только проверить, насколько эти способы подходят человеку.
Биологическое действие ионизирующего излучения.
Тема: Биологическое действие ионизирующего излучения.
Ионизирующее излучение было открыто в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном в Германии, который зафиксировал неизвестные ранее лучи, которые проникали сквозь тело человека. Эти лучи, однако, не были связаны с естественной радиоактивностью. Рентген получил их в электронной лампе, разгоняя поток электронов от одного электрода к другому. Это открытие вдохновило других учёных искать таинственные лучи, и в 1896 году было сделано следующее открытие: французский физик Анри Беккерель изучал минеральный образец урана и обнаружил, что он испускал лучи того же самого типа, что и лучи Рентгена. Беккерель обнаружил явление естественной радиоактивности.
Теперь поиск химических элементов, испускающих радиацию, стал более целенаправленным. В 1898 году учёные Мария и Пьер Кюри выделили два радиоактивных элемента: полоний и радий. Радий, который является высоко радиоактивным химическим элементом, скоро оказался полезным в медицине. А в то время об опасности вредного воздействия излучения на организм не было известно.
Многие из первопроходцев в области медицины и научных исследований были облучены, и в течение первых десятилетий прошлого столетия некоторые из них погибли от лучевой болезни.
В 1928 году на Международном Конгрессе по радиологии в Стокгольме была основана международная организация – сегодня известная, как Международная Комиссия по Радиационной Защите (МКРЗ). МКРЗ собирает информацию о воздействии радиации на здоровье и выпускает рекомендации по радиационной защите.
Воздействие ионизирующего излучения на вещество.
Любое вещество, поглощая энергию солнечного излучения, нагревается. Воздействие солнечного излучения на биологическую ткань приводит к биологическим эффектам (например, загар на теле человека). Так же и ионизирующее излучение воздействует различным образом на живую и неживую материю.
Тело человека поглощает энергию и находится под биологическим воздействием ионизирующего излучения. Чтобы понять, как ионизирующее излучение воздействует на нашу биологическую ткань, исследуем процесс на уровне элементов, составляющих ткань, то есть на уровне клетки.
Клетка и молекула ДНК живого организма.
Генетический материал человека состоит из 46 хромосом, составляющих 23 пары. Внутри хромосом находится молекула ДНК, которая является сложнейшей макро-молекулой. Молекула ДНК состоит их двух цепочек в форме двойной спирали, растянув которые можно получить нить длинной около 1,5 метра
Четыре базы, названные А, С, G, Т, связывают обе спирали вместе очень оригинальным способом. А в одной спирали всегда соединяется с Т в другой спирали, С всегда соединяется с G. В случае, если одна спираль повреждена, другая служит моделью для восстановления.
Деление клетки в организме.
Клетки могут разрушиться или быть повреждены вследствие каких-либо причин. Чтобы позволить тканям тела и органам поддерживать свои функции, клетка делится с образованием двух нормальных, здоровых дочерних клеток, идентичной материнской клетке, которые заменяют повреждённую клетку.
Когда клетка делится, обе цепочки каждой молекулы ДНК разделяются, каждая затем становится частью новой спирали ДНК и в результате – мы имеем две новые клетки.
Полный процесс деления занимает от двух минут до двух часов – это очень чувствительный период в жизни клетки. Повреждение ДНК во время этого процесса может привести к различным последствиям. Однако, способность клетки к восстановлению исправит большинство дефектов прежде, чем закончится образование новой клетки.
Повреждение ДНК происходит случайно, или в результате воздействия на неё ядовитых веществ, вирусов, ультрафиолетового или ионизирующего излучения.
Воздействии ионизирующего излучения на ДНК.
Некоторые клетки являются наиболее чувствительными к ионизирующему излучению, но все они чувствительны в период деления. Это означает, что растущая ткань или ткань, которая имеет высокую скорость деления клеток, более чувствительна к ионизирующему излучению, чем другие ткани. Вот почему дети, а особенно плод беременной женщины более чувствительны к излучению, чем взрослые. По той же причине клетки раковой опухоли более чувствительны к излучению, чем здоровая ткань, так как раковая опухоль растёт очень быстро за счёт частого деления раковых клеток. Эта особенность опухоли используется для лечения рака при помощи облучения раковых клеток.
Прямые и косвенные эффекты облучения.
Ионизирующее излучение может воздействовать на ДНК непосредственно или косвенно. Наши клетки состоят на 65-75% из воды. Поэтому, наиболее вероятная молекула, которая подвергается воздействию ионизирующего излучения молекула воды. Излучение ионизирует молекулы воды, приводя к образованию различных химических активных веществ. Эти вещества, которые называются свободными радикалами, могут воздействовать на молекулу ДНК. Прямое воздействие имеет менее важное значение, поскольку оно менее вероятно. Чтобы вызвать прямой эффект, ионизирующее излучение должно разрушить молекулу ДНК.
Бета- и гамма-излучения вызывают низкую плотность ионизации, поэтому вероятность повреждения обеих цепочек спирали ДНК относительно небольшая. Обычно ущерб наносится только одной цепочке или одной базе, и это повреждение может быть восстановлено относительно эффективными функциями восстановления организма. Альфа-излучение вызывает высокую плотность ионизации. При этом возникает большая вероятность разрушения обеих цепочек ДНК. Поскольку генетическая модель клетки, таким образом, разрушается, вероятна ошибка в процессе восстановления клетки, что может даже привести к гибели клетки.
Действие радиации на организм человека.
Существуют различия между последствиями радиационного воздействия, которые возникают вскоре после облучения – острые последствия – и последствиями, которые будут наблюдаться намного позже – хронические последствия.
Острые последствия облучения.
Острые последствия обусловлены большой дозой облучения тела или органа человека за короткий срок, и в большинстве случаев приводят к гибели клеток организма. При превышении порогового значения повреждения неизбежны, и они увеличиваются с увеличением дозы. Индивидуальное пороговое значение может быть разным, и это может изменить степень повреждения каждого индивидуума. Острая лучевая болезнь и повреждение плода у беременных – примеры острых повреждений организма в результате воздействия ионизирующего излучения.
Острая лучевая болезнь.
Клетки, которые являются наиболее чувствительными к воздействию радиации – клетки с высокой частотой деления. Поэтому в первую очередь ионизирующее излучение будет воздействовать на кроветворные органы (красный костный мозг), особенно чувствительные к ионизирующему излучению. Кратковременная доза облучения на всё тело более, чем 1000 мЗв (100 бэр) приведёт к острой лучевой болезни. Множество клеток и, следовательно, большие части живой ткани будут повреждены или погибнут. Функции облучённого органа будут нарушены. Последствия интенсивного облучения организма в дозах, превышающих пороговое значение, иногда проявляются уже через час или два: человек начнёт чувствовать слабость и начнётся рвота. Эти признаки обычно уменьшаются после двух дней, и в течение двух-трёх недель – самочувствие человека улучшается. Однако, за это время число белых кровяных клеток существенно уменьшится, уменьшится и сопротивление организма заразным болезням. Это может привести к воспалительным болезням с высокой температурой, диарее и кровотечениям. Если человек поправляется от острого облучения, то останется риск хронических последствий облучения.
Незамедлительное и целенаправленное квалифицированное лечение увеличивает процент выживания.
Генетические нарушения в организме.
Различают следующие виды воздействия на клетки организма вследствие облучения в зависимости от поглощённой дозы облучения и радиоустойчивости клетки:
— Без изменений – облучение не влияет на клетку
— Клетка восстанавливает молекулу ДНК
Молекула ДНК получает ложную информацию, ведущую к мутации клетки. Мутации не обязательно отрицательные, но они могут также привести к генетическим нарушениям и раковым заболеваниям.
Хронические последствия облучения.
Рак и наследственные болезни расцениваются как хронические последствия действия радиационного облучения.
Пороговое значение дозы облучения для хронических последствий отсутствует. Чем больше доза облучения, тем выше вероятность заболевания.
Клетка, у которой генетический код был изменён, может развиться в раковую клетку. Рак – болезнь, вызванная бесконтрольным делением мутирующих клеток. Примерно 20% всех смертных случаев в мире – от раковых болезней. Признаки лейкемии, вызванной ионизирующим излучением, обнаруживаются через 3-7 лет после облучения. Другие виды раковых болезней развиваются более длительное время.
Наследственные изменения в потомстве.
ДНК в половых клетках, также могут быть повреждены ионизирующим излучением. Эти повреждения могут быть переданы следующему поколению. Но для того, чтобы это случилось, дефект клеток должен быть унаследован от обоих родителей. Необходимые условия передачи генетических изменений следующему поколению:
— Хромосома в половой клетке повреждена.
— Повреждены одинаковые хромосомы в клетках отца и матери.
— Эмбрион должен развиться. Шансы эмбриона выжить уменьшаются, если клетки повреждены.
Эти условия объясняют, почему наследственные последствия нанесения вреда организму настолько трудно оценить. Вероятность каждого условия мала. Вероятность того, что все три условия выполняются одновременно – чрезвычайно мала.
Радиационные поражения нервной системы
Радиационные поражения нервной системы – это группа патологий ЦНС, обусловленных воздействием различных форм ионизирующего излучения. Симптомы во многом зависят от поглощенной дозы и объема облученных тканей. В клинике могут превалировать астеновегетативный, менингеальный и интоксикационный синдромы, очаговая симптоматика, моторные и чувствительные расстройства, их комбинации. Диагностика основывается на анамнезе, результатах физикального, лабораторных, реже – аппаратных методов исследования. В ходе лечения применяются противорвотные, сосудистые, анальгетические, метаболические и гемостатические средства, плазмозаменители и препараты крови.
МКБ-10
Общие сведения
Радиационные поражения нервной системы – сравнительно редкая форма лучевой болезни (ЛБ). Низкий показатель заболеваемости обусловлен малой распространенностью потенциально опасных этиологических факторов и тем обстоятельством, что ярко выраженное поражение нервной системы возникает исключительно при сублетальных и летальных дозах облучения. На данный момент на территории бывшего СССР наиболее значимыми инцидентами, связанными с этими патологиями, являются аварии на ЧАЭС и атомных подводных лодках, непредвиденные обстоятельства при работе с радиоизотопными установками, во время которых, согласно статистическим данным, пострадало более 300 человек. Общемировой показатель находится в пределах от 20 до 200 случаев.
Причины
В основе этиологии радиационного поражения нервной системы лежит острое или хроническое воздействие ионизирующего излучения. Излучение может быть как внешним, так и внутренним – при попадании радиоактивных веществ внутрь с водой, продуктами питания или вдыхаемым воздухом, редко – путем всасывания через кожные покровы. К возможным причинам лучевого поражения ЦНС относятся:
Механизм развития
Первичные изменения при радиационном поражении ЦНС в дозе до 50 Гр наблюдаются в синапсах, представлены «слипанием» медиаторных пузырьков, находящихся в терминальных отделах пресинаптической мембраны или в синаптической щели. Затем происходит набухание клеток нервной системы, пикноз мозжечковых зернистых клеток. В отдельных случаях эти изменения сочетаются с васкулитами, менингитами, воспалением сосудистого сплетения желудочков мозга и инфильтрацией гранулоцитами. Облучение головного мозга в дозе от 10 до 30 Гр ведет к ингибированию процессов окислительного фосфорилирования. Вероятно, это обусловлено острым недостатком АТФ, который при ЛБ расходуется на процессы репарации поврежденных ДНК.
Одномоментное облучение нервной системы в дозе, превышающей 50 Гр, оказывает прямое разрушающее воздействие на нейроны. Такая доза вызывает большое количество повреждений ядерного хроматина и избыточную активацию ферментов, отвечающих за репарацию ДНК. ДНК-лигазные реакции, протекающие в подобных условиях, характеризуются распадом АТФ до АДФ, который, в свою очередь, вместе с ферментом АДФ-трансферазой приводит к быстрому использованию всего внутриклеточного запаса НАД+. Последний в норме играет роль кофермента в процессе клеточного дыхания, распада глюкозы и обратного синтеза АТФ.
После радиационного поражения в структурах центральной нервной системы появляются признаки общего геморрагического синдрома. Морфологические характеристики процесса включают венозные застои и перерастяжения артериальных сосудов, провоцирующие выход плазмы за пределы кровеносного русла, лакунарные или обширные кровоизлияния в головной мозг. В паренхиматозных тканях ЦНС возникают воспалительные и дистрофически-некробиотические процессы. По мнению некоторых ученых, одну из ведущих ролей в развитии поражения нервной системы играет дисфункция гематоэнцефалического барьера вследствие отмирания эндотелиоцитов мозговых кровеносных сосудов.
Симптомы поражения НС
Признаки дисфункции нервной системы занимают существенную долю в симптоматике лучевой болезни только при условии одномоментного получения дозы ионизирующего излучения более 50 Гр или локального облучения области головы. В иных ситуациях они сочетаются с другими соматическими проявлениями, зависят от дозы и времени, прошедшего с момента воздействия. При ЛБ легкой и средней степени (доза – до 4 Гр) в клинической картине превалируют астенические и нервно-висцеральные симптомы. При тяжелой форме ЛБ (от 4-6 Гр и выше) в неврологическом статусе определяются общемозговые симптомы, менингеальный синдром, реже – очаговая симптоматика, нарушение координации.
Стадии
Радиационная астения
Может превалировать одна из типичных форм болезни. Радиационная астения имитирует симптомы невроза, проявляется слабостью, чрезмерной раздражительностью, утратой аппетита, тошнотой, реже – головокружением, эйфорией. В периоде разгара к ним может присоединяться гиперрефлексия, мышечная гипотония, тремор век, языка и верхних конечностей. Менингеальный синдром наблюдается у больных с тяжелыми формами лучевой болезни. При нем отмечаются нестабильные специфические симптомы Кернига и Брудзинского, гипотония скелетных мышц. Коматозная форма развивается при вовлечении в патологический процесс жизненно важных структур, отличается внезапным появлением чувства «горения» всего тела с последующей утратой сознания, сердечно-сосудистой и дыхательной недостаточностью.
Радиационная энцефалопатия
Радиационная энцефаломиелопатия может носить острый или хронический характер. В первом случае патология дебютирует атактическим синдромом, из-за чего возникает спутанность сознания, ярко выраженные менингеальные знаки. Характерная особенность – наличие очаговой симптоматики, определяющейся локализацией деструкции в ЦНС. Возможны внезапные потери сознания, многократная рвота, парезы и параличи, сочетающиеся с геморрагическим синдромом и гастроэнтероколитом. Хронический вариант этой энцефаломиелопатии может сопровождаться аналогичными симптомами, формирующимися на протяжении длительного времени.
Синдром радиационно-токсической энцефалопатии
Данная форма зачастую отмечается в период разгара и может иметь различные клинические формы. Ликвородинамическая отличается непостоянной общемозговой симптоматикой, очаговыми симптомами и когнитивными расстройствами. Гипертензионный вариант проявляется нарастающей цефалгией (в некоторых случаях – вплоть до рвоты), оболочечным синдромом, снижением рефлексов, психомоторным возбуждением. При эпилептической форме возникают приступы тонико-клонических или клонических судорог, опистотонус. Психотическая радиационная энцефалопатия характеризуется нарушением ориентации во времени и пространстве, зрительными и слуховыми галлюцинациями, кататоническим ступором.
Лучевая невралгия
Лучевая невралгия развивается при локальном поражении отдельных периферических нервов. Зачастую она комбинируется с эритематозным или буллезным дерматозом. Типичные проявления – парестезии по типу зуда, онемения, жжения и боли, носящие реактивный или спонтанный характер. Наблюдаются гипестезии, сухость кожи, локальный гипергидроз, алопеция, редко – отеки. Радиационная полиневропатия является результатом облучения нервных сплетений и сочетается с некрозом кожи, подкожной жировой клетчатки, мышц и фасций. Неврологически эта форма сопровождается трудно купируемым локальным болевым синдромом, гипестезией или анестезией, мышечными атрофиями, гипорефлексиями или арефлексиями, вегетативной дисфункцией в области иннервации пораженных нервов.
Осложнения
Через 1-2 месяца после фокального облучения головы может возникать ранняя радиационная энцефалопатия. Клинически она имитирует развитие новообразований головного мозга, после чего спонтанно регрессирует. Спустя 1-2 года после прохождения лучевой терапии может наблюдаться формирование позднего лучевого некроза. Его симптомы зачастую повторяют клинику заболевания, в связи с которым проводилась рентгенотерапия. Через 6 месяцев – 1 год вероятно появление симптомов церебральной атрофии, сопровождающейся когнитивными расстройствами, нарушением функций тазовых органов, ходьбы и другими проявлениями нормотензивной гидроцефалии.
При облучении области шеи выявляются миелопатии, проявляющиеся симптомом Лермитта, синдромом Броун-Секара. Поражение пояснично-крестцового отдела позвоночника характеризуется синдромом двигательного нейрона: фасцикуляциями, мышечными атрофиями, вялыми параличами иннервируемых областей. Отдаленными осложнениями, наблюдающимися спустя годы или десятилетия, являются дисфункции щитовидной и половых желез, гипоталамуса, новообразования ЦНС (глиомы, саркомы, шванномы, менингиомы), окклюзии артерий головного мозга. Последние становятся причинами транзиторных ишемических атак, инсультов.
Диагностика и обследование
Постановка диагноза поражения нервной системы при ЛБ проводится преимущественно на основе данных анамнеза и объективного обследования. К использованию рентгенологических методик прибегают только по жизненным показаниям, поскольку они способны усугубить течение радиационного поражения. Важнейшим аспектом является установление факта воздействия радиационного излучения на организм. Полная программа обследования включает в себя следующие пункты:
Лечение радиационного поражения НС
Базовыми принципами лечения данной патологии являются раннее купирование неврологической симптоматики, профилактика вторичных осложнений, комплексность лечения с учетом стадии развития патологии. Рекомендуется использование различных терапевтических подходов в зависимости от места и времени, начиная с момента облучения. Таким образом, принято выделять следующие этапы оказания медицинской помощи:
Прогноз и профилактика
Прогноз при ЛБ зависит от уровня полученной дозы, эффективности проведенного лечения и наличия у больного отягощающих факторов: артериальной гипертонии, сахарного диабета, других эндокринопатий. В тяжелых случаях при получении сверхвысоких доз развивается так называемая «смерть под лучом». Профилактика патологии основывается на полном исключении или нормализации условий облучения: соблюдении рекомендованной продолжительности рабочего дня и правил защиты (экранирование, индивидуальные дозиметры), ежегодное прохождение медицинской комиссии с оценкой пригодности к соответствующей профессиональной деятельности. В аварийных ситуациях применяется экстренная химиопрофилактика.