Цитоплазма клеток намного менее чувствительна к радиации, чем ядро. Гибель зародыша яйца наездника индуцируется облучением ядра одной альфа-частицей, цитоплазмы – 15 млн альфа-частиц [62]. Для большинства клеток животных интерфазная гибель наступает только при дозах более 10 Гр [62].
Однако мутации могут быть не смертельными для клетки, в этом случае пораженные клетки увеличивают риск появления ракового заболевания. Наиболее частыми являются лейкозы, возникающие только спустя 2 года после облучения и позже. Через 6-7 лет вероятность заболеть лейкозом наиболее велика, а спустя 25 лет риск заболеть лейкозом практически равен нулю. Другие виды рака могут развиваться только через 10 лет после облучения [52].
Для всех клеток организма механизм воздействия радиации одинаков, он заключается в повреждении клетки прямым или косвенным образом. Прямое воздействие заключается в изменении структуры молекул, косвенное осуществляется через механизм радиолиза воды. В результате получаются ионы водорода и гидроксильные группы, которые мгновенно реагируют с веществами клетки. В присутствии кислорода образуются и другие продукты радиолиза, обладающие окислительными свойствами:
Н· + О2 = НО2·
НО2· + НО2· = Н2О2 + 2О
Следует также принимать во внимание наличие модифицирующих факторов – сенсибилизаторов (веществ, увеличивающих эффект излучения) и радиопротекторов. Повышенное содержание кислорода в клетках во время облучения усиливает действие излучения, что объясняется усилением взаимодействия кислорода со свободными радикалами клетки и делает их недоступными для репарации. Однако присутствие кислорода в среде после облучения способствует репарации повреждений [62]. Сниженное содержание кислорода во время облучения способствует уменьшению его пагубного воздействия на организм [10]. Известно много радиопротекторов, но они проявляют свое действие только в момент облучения и в ближайшие сроки после него.
1.2.2. Воздействие на организм в целом.
Радиочувствительность организма зависит от многих факторов. Чем больше степень организации животного, чем более дифференцированы его ткани, тем больше оно чувствительно к радиации. Например, среднелетальная доза (ЛД50), отражающая дозу внешнего излучения, накопленную за короткий промежуток времени, при которой погибают 50% облученных особей, для человека равна 4,5 Гр, для обезьяны – 5,2 Гр, для черепахи – 15 Гр, для дрозофилы – 800 Гр, для простейших – 1000 Гр и более [4]. Известны также некоторые виды бактерий, которые выживают при дозах более 10000 Гр (найдены в пруде-охладителе Чернобыльской АЭС). Для оценки радиочувствительности используется также величина, называемая минимальной абсолютно смертельной дозой (ЛД100): это та минимальная доза, при которой умирают все особи.
Радиация вызывает различного рода неблагоприятные изменения в организме человека. К ближайшим последствиям относят острую лучевую болезнь (ОЛБ) и хроническую лучевую болезнь (ХЛБ), к отдаленным - злокачественные опухоли, лучевую катаракту, снижение продолжительности жизни, атеросклероз и другие явления, являющиеся признаками старения организма. ОЛБ возникает при дозах более 2 Гр, полученных одномоментно или в течение нескольких дней, ХЛБ – при облучении малыми дозами 0,1 - 0,5 сГр/сут после накопления суммарной дозы 0,7 - 1 Гр, т.е. через 140 - 1000 дней [62].
Дозы до 1 Гр характеризуются отсутствием признаков лучевой болезни, отмечаются лишь преходящие реакции со стороны отдельных систем, при 1 - 2,5 Гр примерно половина людей заболевают ОЛБ. При дозах до 3 Гр выздоравливают без медицинской помощи все заболевшие, свыше 3 Гр – заболевают все, без медицинской помощи выздороветь не могут. 6 Гр – минимальная абсолютно смертельная доза [4], приводящая к смерти из-за поражений костного мозга (из 100 стволовых клеток умирают 99), хотя в литературе отмечены отдельные случаи выживания при дозах от 6 до 10 Гр, характеризующиеся выраженным повреждением кишечника [62]. При 10 - 20 Гр смерть наступает через 8-16 дней от поражения слизистой желудочно-кишечного тракта, при 20 - 80 Гр развивается сосудистая форма поражения, смерть наступает через 4-7 дней при мозговой и менингиальной симптоматике. При дозах более 80 Гр летальный исход наступает через 1-3 дня от поражений ЦНС (церебральный синдром), сопровождающихся коллапсом и судорогами [52].
Кроме трех основных точек приложения, радиация специфически действует на другие органы.
Известно пагубное влияние радиации на детородную функцию. Однократное облучение семенников в дозах 0,1 - 0,2 Гр приводит к временной стерильности с последующим полным восстановлением, дозы от 2 Гр и выше приводят к почти полной стерильности, восстановление функции наступает только через несколько лет. Семенники значительно лучше выдерживают разовое облучение, чем пролонгированное. Однократное облучение в дозе более 3 Гр приводит к необратимой стерильности яичников, меньшие дозы не вызывают никаких изменений. Большие дозы, растянутые во времени, также не влияют на детородную функцию женщины [52].
Реакции на облучение со стороны сердечно-сосудистой системы характеризуются изменениями наружного слоя сосудистой стенки за счет перерождения коллагена. Наблюдаются изменения миокарда после локального облучения в дозах 5 - 10 Гр, миокардиофиброз (от 4,5 Гр) – нарушение микроциркуляции вследствие облитерации (слипания стенок) капилляров, эритема.
Тяжелые поражения центральной нервной системы при дозах от 10 Гр проявляются в отдаленные сроки после облучения. При дозах 0,1 - 1 Гр изменяются биотоки мозга, условно-рефлекторная деятельность, облучение мозга детей приводит к слабоумию. При местном облучении участка тела в области периферического нерва возникают парезы конечностей, что связывают с повреждением окружающих нерв сосудов и нарушением его питания. Воздействии узкого пучка излучения непосредственно на нерв не вызывает изменений его структуры и функций.
Действие излучения на зрение выражается в конъюнктивитах (от 5 Гр) и катаракте, возникающей при дозах более 6 Гр. Максимально переносимая кожей доза местного рентгеновского излучения – 10 Гр, при больших интенсивностях возникают дерматиты и язвы. Облучение обеих почек в дозах более 30 Гр за 5 недель может вызвать необратимый хронический нефрит. Действие излучения на скелет выражается в замедлении заживления переломов. Малые дозы облучения (10 Гр за несколько недель) хрящевой ткани детей могут остановить рост костей [62].
На сегодняшний день существует три гипотезы насчет влияния излучения на организм в зависимости от дозы. Первая предполагает, что степень поражения находится в прямой зависимости от дозы излучения, радиация вредна в сколь угодно малых дозах. Это оправдывается тем, что один нейтрон способен вызвать генную мутацию [62]. Вторая предполагает наличие порога, ниже которого воздействие радиации бесполезно для организма.
Третья гипотеза основывается на предположении об усиливающем эффекте малых доз облучения. В пользу этой гипотезы говорят исследования некоторых авторов, обнаруживших усиливающее действие радиации на организм животных (до 25 Р) [33], ускорение прорастания семян и роста растений (до 500 Р) [39], увеличение продолжительности жизни мышей и крыс в условиях крайне низкого хронического облучения. Для тканей и органов человека эта доза приблизительно равна 2 Р [61]. Авторы рассматривают радиацию как фактор, стимулирующий защитно-приспособительные реакции организма [20,50,58,61]. Однако в отдаленном периоде постлучевого восстановления наблюдается срыв компенсаторных возможностей и ухудшение состояния организма [50,58]. По-видимому, лишь небольшое превышение доз над естественным радиоактивным фоном положительно влияет на организм.
Последствия облучения зависят не только от дозы, но и от вида облучения – общее оно или местное, внешнее или от инкорпорированных радионуклидов; от временного фактора (однократное, повторное, пролонгированное, хроническое); от равномерности облучения, величины облучаемого объема и локализации облученного участка, от соотношения радиопротекторов и сенсибилизаторов в организме. Значительное снижение воздействия излучений на организм наблюдается при экранировании участков костного мозга [28,46].
1.2.3. Изменения в системе крови.
Существуют общие закономерности в изменениях качественного и количественного состава периферической крови под воздействием радиации. Снижение количества форменных элементов наступает тем раньше и интенсивней, чем больше доза облучения.
Из-за высокой чувствительности клеток костного мозга, связанной с их интенсивным делением и дифференциацией, наблюдаются сильные изменения в периферической крови под воздействием радиации. Сравнительно небольшие дозы в 2 - 10 Гр вызывают гибель клеток костного мозга непосредственно в момент облучения или в митозах, при этом клетки теряют способность к делению. Генные перестройки в них в виде генных мутаций и хромосомных аберраций часто не мешают делению клетки. Элиминация мутантных клеток происходит медленнее, чем образование новых клеток, поэтому всегда имеется риск образования опухолей, особенно лейкозов [52].