Что происходит в организме при облучении?

Как уже говорилось выше, клетки особенно чувствительны к действию ионизирующей радиации в период деления, поэтому сильнее всего повреждаются в организме именно те органы и ткани, в которых особенно часто происходят акты деления. В них легко развивается и процесс интерфазной гибели клеток. Какие же это органы? К ним в первую очередь относятся костный мозг и селезенка, непрерывно вырабатывающие форменные элементы крови, слизистая оболочка кишечника, желудка, дыхательных путей, в которых интенсивное размножение клеток возмещает убыль слущивающихся, половые железы и некоторые другие органы.

Но организм - единое целое, а не сумма слагающих его клеток. Поэтому и лучевое поражение организма ни в коей мере не является простой суммой повреждений, нанесенных отдельным клеткам. Преимущественное поражение какого-нибудь органа тотчас же нарушает ту великолепную согласованность работы всех частей тела, которая характерна для всякого организма и отражается на деятельности всех органов. Например, поражение костного мозга приводит, в частности, к резкому уменьшению количества циркулирующих в крови лейкоцитов, которые участвуют в защите организма от проникновения микробов, возбудителей различных болезней. Это обстоятельство - одна из причин инфекционных осложнений, которые часто бывают при лучевой болезни.

Повреждение слизистой оболочки кишечника приводит к нарушению всасывания питательных веществ в кровь. Одновременно вследствие массовой гибели клеток увеличивается проницаемость слизистой оболочки для воды, минеральных солей, микроорганизмов, проживающих в просвете кишечника. Проникновение микробов способствует развитию воспалительных процессов, поносов, уносящих значительные количества воды, солей и быстро истощающих организм, особенно в сочетании с отсутствием аппетита и нарушением всасывания. Микробы и выделенные ими ядовитые вещества еще более ослабляют организм, его сопротивляемость лучевой болезни.

Гибель организма может наступить не только тогда, когда глубоко повреждены все его клетки. Гораздо чаще бывает иначе: смерть наступает, если выходит из строя один какой-то жизненно важный орган. При попадании пули в сердце и в ногу размер разрушений (количество погибших клеток) может быть одинаков. Но мгновенная смерть в первом случае обусловлена не величиной поражения как таковой, а выходом из строя сердца - органа, без которого невозможна жизнь организма как целого, хотя слагающие его клетки и ткани еще живы и могли бы жить дальше.

При облучении целого организма проникающей радиацией страдают в большей или меньшей степени все органы и ткани, но причиной гибели всегда является выход из строя какой-то одной системы органов, пораженной особенно глубоко. При облучении млекопитающих ядерными излучениями в дозах 300 - 900 р критической (определяющей исход лучевой болезни) является система органов кроветворения - костный мозг, лимфатические узлы, селезенка. Так называемая "костномозговая" гибель облученных животных наблюдается обычно на 7 - 15 сутки после воздействия радиации. При более высоких дозах гибель наступает на 3 - 5 сутки, т. е. в сроки, когда поражение костного мозга еще не успело развиться полностью. Причиной гибели в этом случае является поражение кишечника. В еще более ранние сроки ("под лучом" или в первые часы после облучения) смерть может наступить под влиянием массового разрушения нервных клеток. Но для этого необходимы дозы в 20 - 50 тыс. р и более.

Таким образом, лучевая гибель всегда наступает в результате выхода из строя одной из систем организма. Однако существенное значение имеет и нарушение нормального взаимодействия между органами. В животном организме существуют системы регуляции, назначение которых состоит в координации деятельности всех органов и систем. В нашем организме координирующую работу выполняют нервная и эндокринная системы. Рассмотрим такой пример. Олень почуял запах волка. Почувствовав опасность, олень медленно поворачивает голову в направлении, откуда доносится ненавистный ему запах, чуткие ноздри втягивают воздух, уши насторожены, мышцы тела напряжены. Все эти движения животное совершает под влиянием нервных импульсов, родившихся в обонятельных чувствительных клеточках слизистой оболочки носа и через кору головного мозга достигших соответствующих мышц. Но вот сигнал опасности повторился, и кажущаяся неподвижность животного сменяется стремительным бегом. Эндокринные железы выбрасывают в кровь гормоны: адреналин, кортикостероиды, которые улучшают питание мышц и значительно повышают их работоспособность. Через нервную систему осуществляется сложнейшая координация работы отдельных мышц и групп мышц. Сердце работает с десятикратной нагрузкой, вновь и вновь прогоняя через легкие кровь из организма и обогащая ее кислородом. В мышцах, печени и других органах мобилизуются запасы питательных веществ, необходимые для работы. И вся эта сложнейшая деятельность осуществляется слаженно, целесообразно благодаря координирующей работе нервной системы и эндокринных желез.

Рис. 3. Изменение биоэлектрической активности мозга кролика в процессе мощного лучевого воздействия а - исходное состояние, б - медленные высокоамплитудные волны с 'эпилеп-тоидными' разрядами (8 мин. облучения, доза 5800 р), в - экзальтация с переходом в угнетение (32 мин. облучения, доза 23 тыс. р), г - глубокое угнетение в терминальном периоде (42 мин. облучения, доза 300 тыс. р)

Под влиянием облучения в большей или меньшей степени страдают все органы и системы организма. Но повреждение регулирующих систем имеет особо важное значение, так как вторично отражается на работе других органов, увеличивая размеры поражения. Большие и сложно устроенные клетки нервной системы делятся редко. Благодаря этому обстоятельству массовая гибель нервных клеток происходит только при очень больших дозах радиации. Однако эти клетки выполняют настолько сложную, тонкую и многообразную работу, что даже самые незначительные нарушения в их обмене веществ и жизнедеятельности, невидимые в микроскоп, уж отражаются на функции, а через нее - на деятельности других органов животного. Исследованиями советских ученых А. В. Лебединского, М. Н. Ливанова, Н. Н. Лифшиц, П. Д. Горизонтова установлено, что при дозах радиации, даже незначительно превышающих обычный радиоактивный фон, наблюдаются функциональные изменения в деятельности нервной системы. Процесс начинается с периферии, с биохимических нарушений и сдвигов в отдельных органах и тканях. Чувствительные нервные окончания, разбросанные по телу животного, информируют центральную нервную систему о сдвигах и нарушениях, вызывая соответствующую нервно-эндокринную реакцию, которая вторично отражается по типу рефлекса на деятельности других органов.

На рис. 3 показано, как влияет облучение на биотоки коры головного мозга. В данном случае подопытные животные - кролики подвергались действию потока гамма-лучей мощностью 7,5 р/сек. Под влиянием облучения отчетливо заметно уменьшение амплитуды и резкое учащение колебаний биопотенциалов. Если учесть, что состояние центральной нервной системы, коры головного мозга немедленно отражается на работе всех внутренних органов (это хорошо известно со времен классических опытов академика И. П. Павлова и его учеников), станет ясно, что нарушение состояния системы регуляции способствует распространению и усилению повреждений, вызванных радиацией.

Все сказанное целиком относится к деятельности желез внутренней секреции, тесно связанной с работой нервной системы. Изменения, возникшие под влиянием гормонов - веществ, вырабатываемых в этих железах, в свою очередь оказывают влияние на течение обменных процессов в тканях, увеличивая и без того значительные нарушения, вызванные в этих тканях непосредственным действием радиации.

В ответ на влияние любого вредоносного агента в организме развиваются и защитные реакции, имеющие целью уменьшить наносимый ущерб и увеличить сопротивляемость организма. Простой пример: вы укололи случайно палец иголкой - палец отдергивается. Если тем же пальцем коснуться горячего предмета, может отдернуться вся рука. Если же палец оказался укушенным свирепым псом, вы обращаетесь в бегство, или. наоборот, пускаете в ход палку. Во всех этих случаях наблюдаются различные реакции на действие вредного агента, но они в одинаковой степени носят защитный характер и осуществляются при участии нервной системы.

Защитные реакции организма, вне всякого сомнения, имеют место и при облучении; они также осуществляются с помощью системы регуляции. Специальными опытами установлено, например, что если облучать ионизирующей радиацией одну половину клетки с крысами, через некоторое время все животные соберутся во второй, необлучаемой части клетки. Очевидно, Несмотря на отсутствие специальных органов чувств, способных воспринимать действие ядерных излучений, животные ощущают их вредоносное действие и пытаются защититься, переходя в необлучаемую часть клетки.

Вероятно, имеют защитный характер уменьшение дыхания и газообмена животных после облучения (это способствует уменьшению количества кислорода в тканях), торможение митозов в клетках, выделение некоторых гормонов и т. п. Однако в общей массе изменений, происходящих в облученном организме, чрезвычайно трудно разобраться и понять, что является результатом поражающего действия самой радиации, а что представляет собой, по выражению И. П. Павлова, защитную физиологическую меру против болезни. Кроме того, в условиях облучения многие реакции организма, имеющие защитный характер, настолько углубляются и усиливаются, что переходят в свою противоположность.

В теле человека и животных есть маленькие железы внутренней секреции, которые по месту своего расположения называются надпочечниками. В коре надпочечников вырабатываются гормоны, (кортикостероиды), которые повышают сопротивляемость тканей и всего организма действию всевозможных раздражителей. Действует ли на организм холод или тепло, электрический ток или сильнейшая трещотка, подвергается ли животное хирургической операции или действию ядерных излучений - в ответ всегда повышается выработка этих гормонов. Начало изучению роли надпочечников положил А. А. Богомолец. Канадец Селье подробно исследовал деятельность их гормонов в реакции на внешние раздражения. Работами многих советских и иностранных радиобиологов установлено, что выработка кортикостероидных гормонов резко усиливается в первые минуты и часы после облучения организма. Но эта защитная по своему существу реакция приобретает при больших дозах радиации настолько сильный и длительный характер, что избыточное количество гормонов начинает оказывать вредное влияние: усиливает угнетающее действие облучения на органы кровотворения (костный мозг, селезенку и лимфатические узлы), задерживает развитие процессов восстановления. Кроме того, перевозбуждение коры надпочечников довольно скоро сменяется угнетением их функции в результате истощения. Это в свою очередь отрицательно сказывается на течении лучевой болезни у облученных животных.

Защитную направленность имеют и реакции нервной системы и других эндокринных желез. Так, советские ученые Даренская и Цыпин установили, что кролики, у которых после облучения наблюдается высокая электрическая активность головного мозга, чаще выживают и меньше гибнут, чем животные, у которых эта активность выражена слабо. Но и эти защитные реакции при чрезмерном усилении могут влиять отрицательно. Поэтому при некоторых формах лучевой болезни, но данным Л. Ф. Семенова и др., полезно применение наркотических и снотворных средств, уменьшающих нервное возбуждение, а также применение средств, ослабляющих реакцию коркового вещества надпочечников. Многое здесь, разумеется, зависит от дозировки препаратов, сроков их применения и состояния организма.

В организме млекопитающих есть специальная система, назначение которой - защищать живое тело от различных вредных влияний. Клетки и волокна этой системы образуют основу всех органов тела, обеспечивают их питание, доставку кислорода и удаление отбросов. Они превращают наружные покровы организма - кожу, слизистые оболочки - в прочные барьеры, непроницаемые для большинства микроорганизмов и ядовитых веществ, оберегающие внутренние органы от ушибов, ранений и других травм. А если враг (будь то микроб, заноза или ядовитое вещество) все же проник в организм, клетки этой системы тысячью различных способов пытаются его обезвредить, удалить из организма, а вызванное им повреждение - ликвидировать. Система эта называется ретикуло-эндотелиальной. Наш соотечественник, академик А. А. Богомолец, предложил более широкое и точное название - "физиологическая система соединительной ткани". Белые тельца крови - лейкоциты - и их ближайшие родственники в тканях поедают и уничтожают проникшие в тело микроорганизмы, удаляют из легких проникшие туда с воздухом частицы пыли, шипы и занозы. Мечников первый установил эту чудесную способность клеток крови и соединительной ткани, назвав их фагоцитами - клетками-пожирателями. Гнойник, образующийся на месте занозы или инфекции,- громадное скопление фагоцитов.

Но защитная роль этой системы не ограничивается фагоцитозом, образованием барьеров между внутренней средой организма и окружающим миром. Клетки физиологической системы соединительной ткани, расположенные в лимфатических узлах, печени, селезенке, костном мозге, могут вырабатывать тысячи защитных веществ - так называемых антител. Пока организм вне опасности, эти фабрики оружия не работают; они законсервированы. Но вот в кровь проник опасный микроб или ядовитое вещество, чужеродный белок. И где-то в сокровенных глубинах организма все приходит в движение. Уже через несколько часов с невидимых конвейеров в кровь непрерывным потоком устремляются молекулы- противоядия, антитела. Это белковые молекулы, каждая разновидность которых рассчитана на уничтожение одного определенного врага. Наше тело способно вырабатывать специальные антитела против микробов брюшного тифа, крови иной группы, дифтерийного токсина и против собственных поврежденных тканей.

Все чужеродные агенты, главным образом белки, носят название антигены. Антитела склеивают, осаждают, растворяют невидимого врага и удаляют антиген из крови, из организма. Враг уничтожен, исчез. Но в крови еще долго, иногда до конца жизни, сохраняются антитела как память о перенесенном сражении и победе, как предостережение и гарантия на будущее.

Чтобы разобраться в сложных процессах, протекающих в облученном организме, совершенно необходимо оценить в них роль физиологической системы соединительной ткани. С таким врагом, как ядерные излучения, невидимые, подкрадывающиеся исподтишка, внезапно обрушивающиеся, мгновенно исчезающие, живые организмы на земле, как правило, не встречаются. В природе постоянно действуют ничтожные по интенсивности излучения, но мощные источники радиации-дело рук человека, дело немногих десятилетий. Естественно поэтому, что физиологическая защитная система организма не приспособлена к борьбе с таким врагом. Однако радиация вызывает в организме столь значительные и серьезные изменения, что ретикуло-эндотелиальная система очень рано и интенсивно вовлекается в процесс.

Под влиянием облучения замедляется и останавливается продукция лейкоцитов и других клеток - пожирателей в лимфатических узлах, селезенке и костном мозге. Количество фагоцитов в крови и тканях быстро снижается, а это делает облученный организм в значительной степени беззащитным перед инфекцией.

Еще более важное значение имеют нарушения выработки антител, устраняющих чужеродные белки. В облученном организме вследствие гибели массы клеток появляются ядовитые продукты распада белков. Это еще одна разновидность радиотоксинов, подробно изученная профессором П. Д. Горизонтовым и его сотрудниками.

Есть в облученном организме еще один внутренний источник появления чужеродных белков. Дело в том, что радиация повреждает молекулы ДНК - наследственного кода, хранящего информацию о структуре клеточных белков. Повреждение гена может полностью прекратить производство соответствующего белка. Более часто повреждение приводит к образованию измененного белка, более или менее чужеродного по отношению к организму. Против него вырабатываются соответствующие антитела, которые частично взаимодействуют и с нормальными тканями организма и тем самым также усиливают повреждающее действие радиации. По мнению профессора Н. Н. Клемпарской, реакции антиген-антитело играют важнейшую роль во всей картине лучевой болезни. Антитела против собственных тканевых белков носят название аутоантител.

Таким образом, в результате облучения в каждом живом организме и в особенности в организме млекопитающих развиваются очень сложные и многообразные, изменения, сдвиги, нарушения, являющиеся результатом поражающего действия радиации на клетки, ткани, органы и нарушения координации, слаженности, согласованности в работе всех частей организма, как следствия расстройства регуляции. Развитие защитных реакций организма вносит в сложную сумятицу явлений еще большие осложнения. Все это чрезвычайно затрудняет анализ наблюдаемых явлений и препятствует рациональному вмешательству в течение процесса с целью возвращения к норме нарушенного облучением механизма жизни.

Несмотря на большие успехи, достигнутые учеными радиобиологами в последние годы, еще далеко не все ясно в этом важнейшем вопросе. Однако общая схема последовательности процессов, происходящих в облученном организме, уже существует. Можно не сомневаться в том, что открытия и исследования ближайших лет внесут в нее существенные поправки. Однако в своих основных чертах она правильно отражает современный уровень научных знаний в области радиобиологии и может служить основой для разработки различных методов защиты от действия радиации и лечения вызванных ею повреждений.

Попытаемся же подвести итоги сказанному и разобраться в том, что же происходит в организме с момента облучения до развития лучевой болезни.