Эколого-биологические последствия Чернобыльской катастрофы 1 page

4.1. Особенности биологических эффектов радиации низкой эффективности
Установлено, что радиация в достаточно больших дозах оказывает повреждающее действие на живые системы (ЖС) различного уровня организации. Небольшие же дозы радиации, как полагали (и считают до настоящего времени некоторые исследователи), не вызывают поражений, оказывают стимулирующие биологические эффекты (БЭ), либо организмы, находясь достаточно длительное время в радиационном поле, адаптируются к новым условиям существования без проявлений каких-либо нефизиологических изменений или фатальных отдаленных последствий. Таким образом, предполагается существование порога вредного действия радиации на здоровье. В пользу этого положения говорят данные об отсутствии неблагоприятных изменений у животных и человека, обитающих в условиях постоянного повышенного фона радиации и дополнительной добавки к нему излучений от искусственных источников, а- также большая практика относительно безвредного применения рентгеновских диагностических мероприятий.
Анализ результатов многочисленных исследований показывает, что риск проявления отрицательных отдаленных последствий облучения радиации низкой интенсивности в области величины доз, находящихся ниже предполагаемого порога вредного действия и считавшихся безопасными, возрастает на несколько порядков по сравнению с ожидаемыми результатами при экстраполяции БЭ из области больших доз излучений высокого уровня.
По современным представлениям все виды радиации, независимо от природы, в конечном итоге разменивают свою энергию, взаимодействуя с электронной оболочкой.атомов, и приводят, таким образом, к их ионизации и возбуждению. Существенное отличие действия различных видов радиации заключается лишь в плотности распределения энергии в единице объема. Так, бета-частицы, или электроны, образованные R- или гамма-квантами, приводят к низкой, а альфа-частицы - к очень высокой плотности ионизации. В зависимости от этого количество взаимодействий в данной области, где возможно наличие чувствительных мишеней, БЭ имеют существенные количественные отличия.
Повреждение биологически важных структур клетки на физико-химическом этапе действия радиации может быть реализовано двумя способами. В первом способе электроны, образовавшиеся в процессе размена энергии, как правило, приводят к разрыву молекулярных связей той структуры, которая является мишенью. Благодаря этому возникают одно- и двунитевые разрывы молекул ДНК, с определенной вероятностью детерминирующие необратимые повреждения в геноме клетки. Такого рода повреждения линейно зависят от плотности ионизации, дозы излучения, типичны для средних и высоких значений доз и имеют порог действия, величина которого определяется степенью надежности данной ЖС, в первую очередь состоянием ее репаративных систем, и составляет 10 - 100 сГр.
Однако при определенных обстоятельствах более опасным по удельному вкладу может оказаться второй способ взаимодействия ионизирующей радиации с ЖС, при котором повреждение биологических структур происходит за счет очень реакционно-способных химических агентов, образующихся в местах размена энергии частицы или кванта, способных мигрировать на значительные расстояния и приводить к повреждению структур-мишеней. Одним из основных активных химических групп, количество которых значительно увеличивается при взаимодействии радиации с ЖС, являются свободные радикалы (СР) кислорода (супероксидный анион -· O₂ ^-, гидроксильный анион -· OH^-, другие радикалы - · Н^-, · Н₂О⁺, · ОН, · О) и Н₂О₂. Наиболее реакционно-способными из них являются · O₂ ^-, · OH^-и Н₂О₂. СР в небольших количествах образуются и при физиологических процессах в ходе энзиматических реакций, выступают в качестве активаторов клеточной пролиферации, митогенеза, дифференциации, участвуют в синтезе простагландинов, лейкотропинов. От содержания некоторых из них зависят физиологическая активность клеток и другие функции. В то же время благодаря высокой химической активности СР при определенных условиях легко вступают в реакции с основными биологическими соединениями, нарушая их структуру и функции.
Наибольшего внимания заслуживает радикал · O₂ ^-. Он образуется при захвате электрона молекулой растворенного в среде кислорода и может возникать при неферментативном окислении катехоламинов, тиолов, гидрохинона, ферредоксина и ферментативных процессах, катализируемых альдегидоксидазой, ксантиноксидазой, дигидрооротатоксидазой и др. · O₂ ^-возникает также в системе НАДФН - цитохром С. · O₂ ^-высокотоксичен, его химическая агрессивность выше в гидрофобной фазе, чем в водной, поэтому его повреждающее действие, как предполагается, особенно существенно в гидрофобных зонах мембранных комплексов. При участии супероксиддисмутазы (СОД) радикалы · O₂ ^--дисмутируют до Н₂О и О₂.
Гидроксильные радикалы · OH^-инициируются в живых системах при действии ионизирующей радиации в значительных количествах, они проявляют большое сродство к электрону. Полагают, что радикал · OH^-является одним из основных агентов свободнорадикальных процессов окисления липидов (СРПОЛ).
Н₂О₂образуется в значительных количествах в ходе химических реакций, инициируемых радиацией, диффундирует на значительные расстояния, принимает активное участие в окислении органических молекул. В ЖС, подвергаемой облучению, очень вероятна реакция Хабера - Вайсса с большим выходом радикалов · OH^-:
Н₂О₂+ · O₂ ^-> · OH^-+ · OH^-+ О₂
Н₂О₂и образовавшиеся СР вызывают повреждения всех биологических молекул: разрывы в ДНК, окисление SH-групп, сшивки полипептидных цепей в белках, инактивацию ферментов, полимеризацию углеводов. И, пожалуй, наиболее трагичным для судьбы клетки процессом является инициирование ими цепей СРПОЛ.
Нормально функционирующие ЖС обладают эффективными средствами защиты от СР. Первая из них - металлоферментные системы - СОД, глютатионпероксидаза и каталаза. СОД встречается в разных формах, активный центр каждой из ее субьединиц содержит атом меди, цинка или марганца, не участвующих в реакции, но стабилизирующих структуру фермента. Сu- и Zn-СОД локализованы в цитозоле и кристах митохондрий, Мn-СОД - в матриксе митохондрий. СОД в норме составляет почти 0,1 % общего белка протоплазмы, является специфическим инактиватором радикалов · O₂ ^-. Каталаза локализована в основном в пероксисомах и содержит по одной группе гема. Глютатионпероксидаза содержит в активном центре селен и при участии глютатиона ускоряет разложение Н₂O₂.
Вторым эффективным средством защиты ЖС от СР являются антиоксиданты (АО), которые, легко окисляясь, инактивируют СР. Свойствами АО обладают вещества различной химической природы:
токоферол, каротин, глютатион, аскорбиновая кислота, цистеин, белки, содержащие SH-группы, и др. Защитным от активных СР свойством обладают также фосфолипиды мембранного комплекса, в основном за счет их ненасыщенных углеводородных связей.
В настоящее время установлены детерминированные связи между различными показателями интенсивности метаболизма, содержанием СР и активностью ферментов-детоксикаторов. В частности, показано, что при интенсивном развитии некоторых процессов указанные ферментные системы не справляются с инактивацией большого количества радикалов. Установлено исключительно важное значение СРПОЛ в повреждении клеток при действии различных физических, химических факторов и их роль в развитии патологических процессов в организме. Стало известным, что интенсификация СРПОЛ связана с уменьшением активности АО ферментов из-за их инактивации, которая может быть причинно обусловлена, в частности, ацидозом на начальном этапе повреждения клеток. При снижении, например, рН с 7,5 до 6,8 активность глютатионпероксидазы снижается в 10 раз. Установлено, что · O₂ ^-- инактивирует каталазу, Н₂О₂ - СОД.
Таким образом, СР и инициируемые ими СРПОЛ - очень агрессивные агенты, которые повреждают биологически важные молекулы и структуры. При этом стабилизирующими защитными факторами выступают специализированные ферментные и АО системы. Описанные выше реакции с участием СР являются основными повреждающими факторами для клеточных мембран.
Анализ значительного количества литературных данных позволяет прийти к выводу о существенном значении непрямого механизма действия радиации низких интенсивностей. Особенности его заключаются в следующем. С уменьшением интенсивности (плотности) излучения вероятность повреждения клетки увеличивается, при этом механизме действия чувствительными мишенями являются мембраны.
Согласно этому, чем выше интенсивность излучения, тем выше плотность ионизации и тем меньше вероятность достижения образовавшимися активными СР чувствительных мишеней - мембран клетки. С одной стороны, известно, что чем выше плотность ионизации, тем больше актов рекомбинации СР. С другой стороны, плазматическая мембрана клетки обладает электрическим полем [132], притягивающим отрицательно заряженные СР. Показано, что с увеличением плотности радикалов величина электрического поля уменьшается [132].
Следовательно, при действии радиации высокой интенсивности создаются менее благоприятные условия для достижения СР чувствительных мишеней клетки, чем при радиации низкой, близкой к фоновой, интенсивности. Эффект различия наиболее ярко выражен при длительном действии радиации малой интенсивности.
Таким образом, длительное воздействие радиации низкой интенсивности при данной полной дозе До (До - величина дозы, при которой происходит удвоение средней нормы генетических дефектов - разрывов мембран или уровня других патологических процессов) представляет большую опасность для мембран, чем однократное облучение радиации большой интенсивности. Отсюда следует очень важный вывод о некорректности сравнения биологической эффективности различных по качеству видов радиации, исходя только из существования зависимости "доза-эффект", без учета интенсивности излучения. Повторяем, что речь идет о малых дозах радиации низкой интенсивности. При значительных дозах и высоком уровне радиации имеет место прямое повреждение генетических структур, а именно они преимущественно в этом случае являются чувствительными мишенями, эффект прямо пропорционален плотности ионизации.
Анализ с этой точки зрения результатов исследований показал, что чувствительность ЖС к действию радиации близких к фоновым интенсивностей резко увеличена, с дальнейшим ростом уровня излучения выходит на насыщение и, таким образом, проявляет логарифмическую зависимость. Это позволяет представить [133 - 135] объективную картину радиобиологических эффектов, имеющих место при воздействии на ЖС ионизирующей радиации широкого диапазона доз и интенсивностей.
Согласно этому, под влиянием ионизирующей радиации в любой ЖС одновременно реализуются оба механизма взаимодействия - прямой и непрямой, удельный вклад которых в суммарный БЭ зависит от дозы радиации и ее интенсивности.
В диапазоне больших доз и интенсивностей радиации превалируют линейно зависимые от дозы повреждения ДНК, До с уменьшением ее уровня возрастает, поскольку все с большей эффективностью включаются репаративные восстановительные системы. Это подтверждается многочисленными данными, в частности, о генетических мутациях, риске опухолевых заболеваний у животных и человека. С ростом уровня радиации величина дозы, при которой генетические повреждения являются причиной неопластической трансформации клеток, незначительно уменьшается. Это свидетельствует о том, что повреждение генетического материала детерминировано прямым попаданием, при котором количество нерепарируемых или ошибочно репарируемых, в основном двунитевых разрывов ДНК, может увеличиваться с ростом интенсивности излучения. В этом диапазоне уровней доз имеет место и непрямой путь взаимодействия, однако его вклад в эффект из-за описанных выше интенсивных рекомбинационных для СР процессов и значительно выраженных последствий, связанных с повреждением структур ДНК-мишеней, неощутим, и для его проявления требуются дозы Д₀~ 10³- 10⁷сГр.
В диапазоне низких интенсивностей излучений восстановительные системы "успевают" достаточно надежно защитить генетический материал от прямого действия радиации, и для проявления биологического эффекта при этом виде взаимодействия у объектов, обладающих достаточно мощной системой восстановления, требуются дозы Д₀~ 10⁴- сГр. В то же время косвенные повреждения при данных интенсивностях радиации имеют очень низкие Д₀, достигающие единиц или десятых долей сГр. При таких условиях облучения при доминирующем повреждении плазматических мембран предполагается значительное увеличение эволюционных дефектов из-за нарушения процесса размножения клеток, что может проявиться в увеличении количества рожденных с дефектами, самопроизвольных выкидышей, смертей за счет плохого развития, гормональной недостаточности и иммунодефицита. Последнее может явиться причиной снижения сопротивляемости организма к опухолевому росту [130].

4.2. Биологические эффекты у животных
4.2.1. Изменения биофизических и биохимических показателей жизненно важных систем организма
Воздействие на людей комплекса радиационных факторов, обусловленных Чернобыльской катастрофой, можно несколько условно разделить на три вида в зависимости от мощности дозы облучения и его продолжительности.
А. Острое лучевое поражение явилось следствием кратковременного (часы, сутки) эффекта комплекса радиационных воздействий большой мощности, создававшего дозу тотального, более или менее равномерного, облучения - 1 - 1,2 Гр и выше (острая лучевая болезнь I, II и III степени) либо 0,5 - 1,0 Гр (острая лучевая реакция).
Б. Подострое лучевое поражение как следствие работы в 30-километровой зоне ЧАЭС или пребывание в ней до момента эвакуации - в течение нескольких суток, недель; дозы, полученные этим контингентом за этот срок, могут быть весьма приблизительно оценены в пределах 25 - 100 сГр и более.
В. Хроническое (постоянное) облучение на протяжении месяцев и лет, обусловленное пребыванием (проживанием) на радиоактивно загрязненных территориях в 30-километровой зоне ЧАЭС и за ее пределами. Лучевые нагрузки, полученные этой категорией пострадавших, еще в меньшей степени поддаются количественной оценке как в силу несовершенства дозиметрии, так и ввиду сложности учета лучевых нагрузок, создаваемых внутренним облучением различными радионуклидами.
Объем популяции А - порядка 150 человек, популяции Б - десятки тысяч, популяции В - сотни тысяч человек. Первую популяцию образовали главным образом работники АЭС и пожарные, пострадавшие во время аварии и в первые часы и сутки после нее. В лучевом поражении у них доминировало внешнее гамма- и бета-облучение, как правило, в сочетании с ожогами. Вторую популяцию составили эвакуированные из 30-километровой зоны и непосредственные участники ликвидации аварии ("ликвидаторы") 1986 г. Третью - главным образом жители районов, для которых установлен режим "жесткого контроля", и "ликвидаторы" 1987 - 1988 гг. По мере увеличения продолжительности и уменьшения мощности дозы радиации в этих группах пострадавших возрастал удельный вес внутреннего облучения за счет поступления комплекса радионуклидов с пищей, водой, а в первые месяцы и при выполнении сельскохозяйственных работ - респираторным путем.
Экспериментальный анализ этих вариантов лучевого поражения осуществлялся путем моделирования на лабораторных животных. Экспериментальная модель острого лучевого поражения, соответствующего первому варианту, была хорошо изучена и до Чернобыльской катастрофы, в частности, костномозговой синдром. Биохимические и биофизические исследования, выполненные в 1987 - 1993 гг., позволили существенно углубить представления, сложившиеся ранее, и обосновать некоторые новые подходы к коррекции этих изменений. В частности, были изучены закономерности нарушения окислительного гомеостаза, особенности эффектов, создаваемых комбинацией внешнего и внутреннего облучения, ионизирующей и ультрафиолетовой радиацией, а также нерадиационных факторов. Наибольшую ценность представляют данные, полученные при моделировании подострого и хронического облучения в относительно низких и малых дозах, в частности, касающиеся отдаленных последствий такого лучевого воздействия.
Установлено, что по мере снижения мощности дозы и суммарной дозы радиации относительно все большее значение приобретают в расчете на единицу дозы явления угнетения иммунореактивности (снижение общего количества лейкоцитов, относительная и абсолютная лимфопения со снижением количества и. активности Т-лимфоцитов, В-лимфоцитов и клеток-киллеров), тромбоцитопения и анемия. Активация перекисного окисления липидов (ПОЛ), выражающаяся в увеличении интенсивности спонтанной хемилюминесценции (СХЛ) сыворотки крови и суспензий клеток радиочувствительных органов лабораторных животных, а также содержания ранних продуктов ПОЛ (гидроперекисей, диеновых и триеновых коньюгатов) наблюдалась непосредственно после острого лучевого поражения и в первые часы и сутки подострого и хронического облучения. В более поздние сроки возрастало содержание поздних и конечных продуктов ПОЛ - малонового диальдегида (МДА) и шиффовых оснований (ШО).
Активация ПОЛ обусловливает развитие ответной реакции со стороны физиологической антиоксидантной (АО) системы клеток и тканей, а также системной стресс-реакции. АО-потенциал крови и радиочувствительных органов реактивно возрастает за счет увеличения активности АО-ферментов супероксиддисмутазы (СОД), каталазы. глютатионпероксидазы и глутатионредуктазы клеток и церулоплазмина крови; высвобождения из внутриклеточных и тканевых депо и перераспределения жирорастворимых (токоферол, ретинол, каротиноиды) и водорастворимых (глютатион, другие низкомолекулярные тиолы, аскорбиновая кислота) АО. В результате на определенный срок (несколько суток для варианта А, недель для варианта Б и месяцев для В) наблюдается реактивное подавление ПОЛ, снижение уровня его продуктов (иногда даже ниже исходного), свидетельствующее о сохранности защитных механизмов. Однако со временем, по мере усиленного расходования АО-резервов, наблюдается снижение активности СОД, глютатионпероксвдазы, редукгазы, содержания токоферола и аскорбата и возрастание интенсивности ПОЛ. Вторичная активация ПОЛ является фактором повреждения клеток (прежде всего радиочувствительных) и их гибели, характеризует вступление лучевого поражения в период развернутых клинических проявлений.
Следует особо подчеркнуть, что относительная АО-недостаточность алиментарного происхождения, предшествующая лучевому поражению или сопутствующая ему (как было в первые месяцы и годы после Чернобыльской катастрофы из-за ограничения потребления молочных продуктов и фруктов, овощей, а также из-за сезонных вариаций питания), весьма отрицательно сказывается на радиорезистентности организма, ускоряя истощение АО-потенциала, увеличивая тяжесть лучевых изменений. Низкое потребление молока, снижая поступление биологически активного кальция, оказывает неблагоприятное влияние, увеличивая проницаемость и снижая прочность стенок сосудов (кровоточивость) и усугубляя метаболические нарушения.
Известно, что после Чернобыльской катастрофы лучевые поражения, как правило, сочетались с ожогами, высокой интенсивностью физического труда, психоэмоциональным напряжением (варианты А и Б), алиментарной АО-недостаточностью, под острым и хроническим психоэмоциональным стрессом, обусловленным страхом перед невидимой опасностью, угрозой отселения, изменением условий проживания и работы и т.п. (варианты Б и В). Экспериментальное моделирование этих условий путем комбинированного лучевого воздействия и физических нагрузок (плавание, бег на третбане), стресса (иммобилизации, гипер- и гипотермии), механической и физической травмы позволило установить интересные и практически важные закономерности. Оказалось, что предшествующий острому лучевому воздействию слабый стресс оказывает небольшое, но достоверное противолучсвое действие - очевидно, в результате предварительной мобилизации защитных систем (АО, репаративной). Одновременное воздействие более или менее длительного облучения и хронического стресса (например, ежедневной иммобилизации по 2 - 3 ч) существенно отяжеляет состояние животных, углубляя индуцированные радиацией изменения структуры и функций органов.
Важны данные о минимальных дозах ионизирующей радиации, вызывающих достоверную активацию ПОЛ. Специальные исследования в условиях тотального внешнего фракционированного облучения крыс показали, что достоверная (на 17 - 25 %) активация ПОЛ, тестируемая по содержанию в крови МДА и других продуктов, наблюдается после суммарной дозы 1 Гр. Меньшие суммарные дозы также вызывают колебательную реакцию показателей ПОЛ, но амплитуда колебаний приближается к Физиологической.
Активация ПОЛ в мембранах клеток животных, облученных малыми дозами и интенсивностями, проявляется прежде всего в повышении проницаемости мембран (главным образом пассивной) для электролитов и метаболитов; в снижении резистентности эритроцитов к гемолизу; увеличении активности в крови печеночных трансфераз и содержания метгемоглобина крови при снижении уровня трансферрина и его насыщенности железом. Очевидно, что это одна из причин увеличения частоты железодефицитных анемий у детей из контингентов радиационного риска.
Наряду с активацией неферментативного ПОЛ под влиянием низкоинтенсивного воздействия радиации возрастает содержание свободных жирных кислот в результате сопряженной с ПОЛ активации фосфолипазного гидролиза. За счет активации цикло- и липоксигеназ возрастает, но в разной степени, продукция эйкозаноидов, оказывающих различное влияние на радиорезистентность клеток. Установлено, в частности, что при нелетальных дозах радиации снижается продукция кардио- и вазопротектора простациклина и возрастает в определенные сроки содержание тромбоксанов, что может способствовать тромбообразованию и развитию атеросклероза, а в конечном счете - сокращению продолжительности жизни.
Кровеносные сосуды и их нейрогуморальный регуляторный аппарат являются одной из мишеней лучевого, в частности, низкоинтенсивного, поражения организма. Первоначальные изменения носят чисто функциональный характер (дискоординация), затем обусловливают развитие нейроциркуляторных, вегетативно-сосудистых дистоний. В основе типичных для последствий Чернобыльской катастрофы церебральных и цереброваскулярных нарушений лежат, в частности, дискоординация активностей ферментов; изменения содержания катехоламинов и их воздействия на нейроны через аденилатциклазную систему [10]. Радиация в дозах 0,6 - 1,0 Гр уже вызывает достоверные, хотя и обратимые, изменения характера спонтанной электрической активности нейронов гиппокампа и других подкорковых структур [95]. Наиболее типичны частые синхронно-билатеральные высоко-амплитудные пароксизмы в a -. Q-, реже D-диапазонах, вплоть до эпилептиформной активности, а также цереброваскулярные нарушения, от вегетососудистой дистонии до дисциркудяторной энцефалопатии [69]. При затравке крыс радионуклидами¹³⁷Cs и⁹⁰Sr в течение 1 - 3 мес (суммарная поглощенная доза 0,03 - 0,1 Гр) установлена закономерная активация ПОЛ в ткани головного мозга с нарушением структуры мембран нейронов и глиоцитов, особенно в гипоталамусе, с развитием дистрофически-деструктивных процессов по типу энцефалопатии [95]. Развитие аутоиммунных реакций к антигенам мозга усиливает гибель части клеток мозговой ткани даже при столь незначительных лучевых нагрузках [69].
В клетках иммунной системы длительное низкоинтенсивное лучевое воздействие также индуцирует комплекс биохимических и биофизических сдвигов. Усиление спонтанной и люминолзависимой хемилюминесценции нейтрофилов, макрофагов, мононуклеаров наряду с активацией ферментов цикла Кребса, гликолиза, а также щелочной фосфатазы и пероксидазы свидетельствует о первоначальном усилении функции этих клеток. Одновременно несколько возрастает продукция сывороточных Р-белков, активность церулоплазмина и других белков. С увеличением длительности радиационного воздействия начинают доминировать явления угнетения функции иммуноцитов, нарушается соотношение субпопуляций Т-лимфоцитов. Отмечается закономерный рост аутоимунных реакций.
Следует подчеркнуть преимущественно неспецифический характер развивающихся изменений, их главным образом реактивную природу как компонентов клеточного и системного стресса. Низкая интенсивность и небольшая суммарная доза лучевого воздействия как будто предопределяют обратимость возникающих нарушений. Однако продолжительность воздействия и наличие нерепарируемой компоненты, вялая мобилизация защитно-компенсаторных и репаративных механизмов способствуют формированию хронического лучевого стресса с исходом в фазу истощения и гибелью части клеточной популяции радиочувствительных органов, головного мозга, элементов сосудистой стенки, миокарда. Другой опасностью этого состояния является формирование таких отдаленных последствий лучевого поражения, как сокращение продолжительности жизни, возникновение радиогенных лейкозов и солидных опухолей, более раннее развитие атеросклероза, нефросклероза, пострадиационной энцефалопатии.
Особо следует подчеркнуть, что по мере снижения мощности дозы и суммарной дозы радиации все более важную роль приобретает комбинированное воздействие радиации и факторов нерадиационной природы. В этих комбинированных эффектах важно выявление общих патогенетических звеньев, воздействие на которые способно дать взаимное усиление эффектов. К числу таких общих звеньев наряду с активацией ПОЛ относится повреждение ДНК. Сочетание ионизирующего воздействия с факторами, способными угнетать активность ферментов репарации, способно усилить повреждение ДНК. Так влияет ультрафиолетовое (УФ) излучение. Одновременно с радиацией (радиоактивная пыль, "горячие" частицы) воздействие на слизистую оболочку дыхательных путей табачного, коптильного дыма, выхлопных газов автотранспорта, содержащих канцерогенные и коканцерогенные продукты, способно усилить ингибирование ритмической активности мерцательного эпителия, образование сшивок и других труднорепарируемых повреждений ДНК клеток эпителия и, в перспективе, способно увеличить выход опухолей (бронхогенного рака).
Таким образом, "чернобыльский синдром" не следует рассматривать как исключительно радиационный феномен; определенный вклад в него внесли также и факторы нерадиационной природы.
4.2.2. Изменения показателей функции эндокринной системы
Острый, подострый и хронический лучевой синдромы, характерные для радиационного поражения различных контингентов риска Чернобыльской катастрофы, характеризуются как общими закономерностями, так и специфическими особенностями изменений со стороны эндокринной системы. К числу наиболее общих проявлений этих радиационных синдромов следует отнести мобилизацию нейрогуморальных систем поддержания гомеостаза, прежде всего симпатоадре-номедуллярной (САМС) и гипоталамо-гипофизо-кортикоадреналовой систем (ГГКАС). Сигналом для запуска этой реакции организма на лучевой стимул, в условиях отсутствия специфической рецепции ионизирующей радиации, являются первичные продукты лучевого воздействия на ткани - свободные радикалы и перекиси. При воздействии Других экстремальных агентов аналогичная реакция (стресс-реакция) развивается в результате дистантной рецепции и возбуждения высших гипоталамических центров САМС и ГГКАС (стресс-реализующих систем) [13, 14, 15]. Увеличение содержания в циркулирующей крови продукции катехоламинов (КA) и глюкокортикоидов (ГК) - гуморальных продуктов деятельности этих систем - отмечено в многочисленных исследованиях по изучению действия низкоинтенсивного облучения и в клинических наблюдениях за участниками ликвидации аварии и жителями районов "жесткого контроля". При этом в экспериментах показано, что в случае радиационного воздействия (как и при других стрессовых ситуациях) наиболее быстро реагирует САМС как "аварийная" система: концентрация КА уже в первые секунды и минуты облучения возрастает. Однако продолжительность гиперкатехолемии в условиях острого облучения невелика. Активация ГГКАС развивается более медленно, но носит более продолжительный характер - 2 - 3 сут и более. Характерно, что в период разгара острой лучевой болезни наблюдается вторичная активация САМС и ГГКАС. Регуляторные функции обеих систем тесно переплетаются, а их гуморальные продукты обладают первичным антиоксидантным действием, что позволяет рассматривать их мобилизацию при радиационном воздействии как проявление отрицательной обратной связи.
В условиях постоянного (периодического) низкоинтенсивного облучения функция САМС и ГГКАС, как правило, носит колебательный характер, с периодическими снижениями концентрации их гуморальных продуктов. Однако реактивность обеих систем, в особенности в ответ на более мощное лучевое воздействие, полностью сохраняется [41]. При сочетаниях низкоинтенсивного облучения с эмоционально-болевым стрессом, высокими физическими нагрузками, воздействием тяжелыми металлами и т.п. активация САМС и ГГКАС сохраняется более длительно и устойчиво [10]. Клинические наблюдения за "ликвидаторами" подтвердили факт длительной, на протяжении 4-5 лет, активации САМС и ГГКАС.
В условиях воздействия спектра радионуклидов ядерного взрыва (Хиросима, Нагасаки) или ядерной аварии (Чернобыль) первостепенное значение в ранний период приобретает поражение щитовидной железы изотопами йода. Смоделировать в эксперименте развитие радиогенного рака щитовидной железы пока не удалось, однако клинические наблюдения 1992 - 1993 гг. свидетельствуют о возникновении у детей из районов "жесткого контроля" Беларуси и Украины рака щитовидной железы (чего в нерадиационных условиях не наблюдается). Функциональные изменения развиваются быстро, опережая развитие морфологических изменений. Показателями гиперфункции щитовидной железы в ранние сроки воздействия являются повышение уровня в крови тироксина (Т4) и трийодтиронина (Тз); активная резорбция фолликуллярного коллоида; повышение йодсвязывающей способности белка плазмы; гиперплазия железы. Гиперфункция и гиперплазия щитовидной железы при малых дозах радиойода выражены умеренно и сменяются состоянием столь же умеренно выраженной гипофункции и гипоплазией железы. На фоне повышения общего и свободного Т4 крови наблюдается снижение уровня тиреотропина (по механизму отрицательной обратной связи), а по мере снижения Т4 - нормализация содержания и даже, в части случаев, существенное повышение тиреотропина, характеризующего состояние "лабораторного гипотиреоза" у детей, получивших более высокие дозы радиойода [123]; отмечена также тенденция к росту уровня аутоантител к тиреоглобулпну.
При поглощенной дозе радиойода 500 - 1000 сГр наблюдаются длительные фазовые изменения тиреоидного эпителия, обратимые дегенеративно-дистрофические изменеия тиреоцитов. При дозах порядка десятков сГр отмечались менее выраженные морфологические изменения без полного восстановления функции железы. Складывается реальная опасность развития аутоиммунного тиреоидита, умеренного фиброза щитовидной железы. Гиперплазия щитовидной железы в условиях постоянного проживания в районах повышенного радиационного риска сохраняется длительно; определенный вклад в ее поддержание, по-видимому, вносит зобная эндемичность этих территорий. Зависимость регистрируемых изменений от дозы радиации невелика. С течением времени изменения в щитовидной железе в части случаев прогрессируют в направлении развития диффузных пролиферативных изменений и узелковых образований [123].
На экспериментальной модели затравки животных нуклидами⁷⁵Se и³⁷S, при поглощенной дозе на все тело 1,0 Гр, на эндокринные железы - 0,5 Гр, отмечены стойкие изменения - сначала повышение, а после набора полной дозы - снижение уровня гормонов надпочечников и щитовидной железы. Одновременно наблюдалось угнетение у животных репродуктивной функции, а у самок - развитие гормонозависимых опухолей молочной железы, матки, а также щитовидной железы и гипофиза [38].
Эндокринная функция поджелудочной железы в условиях длительного низкоинтенсивного облучения умеренно угнетена на фоне гиперсекреции антагонистов инсулина - глюкокортикоидов. Однако возможности специфической активации секреции инсулина сохранены. Вилочковая железа как лимфоидный орган существенно страдает в условиях пролонгированного облучения. Эндокринная функция тимуса, реализуемая его эпителиальными клетками, более радиорезистентна, но также угнетается глюкокортикоидами и, в условиях низкодозового облучения, понижена. Поскольку тимус является центральным регулятором созревания Т-лимфоцитов и, в целом, иммунной системы, угнетение его эндокринной функции является одной из причин формирования вторичного радиационного иммунодефицита.