Облучение и лучевая болезнь

При общем облучении ионизирующей радиацией такого сложного организма, как человек или его ближайшие "родственники" - млекопитающие, смерть наступает от доз в 500 - 1000 р. Много это или мало? Сколько требуется энергии для того, чтобы убить облучением такое высокоорганизованное существо?

Оказывается, если перевести такое количество лучевой энергии в обычные, понятные для всех величины тепловой энергии, получится ничтожная величина. Смертельная для человека доза ядерных излучений эквивалентна всего 210 - 250 дж. С помощью этой энергии можно нагреть стакан воды на четверть градуса (по Цельсию). Однако каждый из нас за обедом принимает пищу, несущую с собой в сотни раз большие энергетические запасы, и при этом ничего кроме удовольствия не ощущает. Следовательно, дело не в величине энергии, а в способе ее воздействия на организм и в устройстве самого организма.

Если сопоставить, с одной стороны, ту ничтожную энергию, которая является причиной, с теми колоссальными последствиями, к которым приводит ее действие, становится ясно, что в живом теле существуют какие-то механизмы, с помощью которых незначительные начальные нарушения многократно усиливаются, нарастают подобно лавине и приводят в конце концов к гибели организма,

Учеными созданы различные схемы этого процесса, в которых учитывались особенности организма. Наиболее всеобъемлющей, отвечающей современному уровню развития науки, является, по нашему мнению, схема, выдвинутая нашим соотечественником членом-корреспондентом АН СССР профессором А. М. Кузиным.

Начальный этап лучевого поражения, согласно этой теории, - образование в тканях организма под влиянием облучения активных центров в результате ионизации и возбуждения молекул. Под действием облучения в каждой клетке активируется первоначально всего одна из 10 млн. молекул. Белки и нуклеиновые кислоты составляют сравнительно небольшую часть массы клетки (15 - 18%). Но их большие молекулы образуют в клетке правильную структуру, включающую в себя не менее четверти всей массы клеточной воды. Вместе с ней на долю нуклеиновых кислот и белков приходится примерно 45% массы и объема клетки. Следовательно, удельный вес прямого действия радиации на эти важнейшие биологические структуры будет близок к 45%; остальные 55% энергии излучения расходуются на активацию молекул неструктурированной воды, т. е. реализуются в виде косвенного действия радиации. Учитывая величину пробега и срок жизни активных водных радикалов, можно полагать, что от 25 до 50% их реагирует с нуклеопротеидными структурами клетки.

Итак, почти вся поглощенная клетками организма энергия излучения достигает молекул белка и нуклеиновых кислот и вызывает в них соответствующие изменения. И вот тут-то вступают в силу разнообразнейшие механизмы усиления действия радиации.

Энергия излучения, поглощенная белковыми структурами, без потерь может перемещаться по цепочке углеродных атомов, проявляя свое разрушительное действие в определенных, наиболее уязвимых пунктах структуры. В результате этого первого, физического пути усиления радиационного эффекта энергия излучения, несмотря на случайный характер возникновения первичных актов ионизации, закономерно достигает самых уязвимых мест структуры и в полной мере проявляет свое действие. Такими слабыми участками в ядерной нуклеиновой кислоте - дезоксирибонуклеиновой кислоте, или ДНК, являются азотистые основания с пиримидиновыми кольцами. В белках, быть может, легче всего повреждаются сульфгидрильные группы - SH и др. Существование в белковых структурах клетки длительно возбужденных состояний способствует накоплению таких очагов консервации энергии по мере облучения, а также значительно усиливает его эффект.

Образовавшиеся на первой стадии процесса радикальные и перекисные структуры белков, нуклеиновых кислот, липидов и полисахаридов вступают в химические реакции с молекулами воды, с растворенным в ней кислородом и соседними молекулами. При этом могут возникнуть и, по-видимому, действительно возникают цепные реакции окисления. Кинетику и закономерности этих реакций подробно изучили лауреат Нобелевской премии академик Н. Н. Семенов и его ученик академик Н. М. Эмануэль. При взаимодействии свободного радикала с нейтральной молекулой всегда образуется новый радикал и новая молекула:

В(Новь образовавшийся радикал в свою очередь может реагировать с молекулой и т. д. В ходе таких цепных реакций время от времени происходит распад молекулы с образованием двух новых радикалов, вследствие чего количество активных продуктов постепенно возрастает, а цепной процесс ускоряется. В результате процесса свободнорадикального взаимодействия количество продуктов облучения в клетке довольно быстро увеличивается, т. е. опять имеет место механизм усиления первичного эффекта, на этот раз химический.

Если поражаются даже единичные белковые молекулы, входящие в состав внутриклеточных мембран, это, как показал советский ученый А. Г. Пасынский, может также привести к освобождению дотоле связанных и строго локализованных ферментов, активация которых нарушает нормальное течение обменных процессов (о чем уже говорилось выше), способствует появлению необычных, ядовитых химических веществ и т. п. Этот механизм также усиливает разрушения, причиняемые реакцией. Под влиянием освобождающихся ферментов начинается разрушение и распад основных структур клетки - тех веществ, из которых построены внутриклеточные мембраны и основные "органы" клеток.

Нарушение обмена веществ приводит к накоплению необычных и ядовитых для организма веществ - радиотоксинов. Их образование в растительном организме очень убедительно показано А. М. Кузиным и его сотрудниками. Если облучить лист растения большой дозой (5 - 10 тыс. р) ионизирующей радиации, через несколько часов стебель растения перестает расти, деление клеток в точке роста прекращается. Но ведь сама точка роста не подвергалась облучению! Очевидно, облученный лист как-то на нее повлиял. У растений нет нервной системы. Значит, это влияние осуществилось через жидкие среды растения. Как это доказать?

Облученный лист стали удалять сразу после окончания облучения и спустя разные промежутки времени. И вот выяснилось, что лист, удаленный в течение получаса после облучения, не оказывает на ростовую точку никакого влияния. Если же лист срезали в более поздние сроки, торможение роста отчетливо наблюдалось. Эти опыты были поставлены около 10 лет назад. С тех пор многое стало ясно. Оказалось, что виновниками торможения роста растений являются вещества, образующиеся в облученном листе при окислении аминокислоты - тирозина. Окисление тирозина происходит и в нормальных условиях, но количество окисленных веществ - хинонов - невелико. Облучение усиливает процесс окисления тирозина, а накопление радикалов и перекисей, освобождение окислительных ферментов еще более усиливает этот процесс. Он имеет место, как теперь установлено, и в организме животных, где накопление хинонов также вызывает прекращение клеточного деления, нарушение процессов синтеза и других жизненных процессов и может привести клетки к гибели как в месте облучения, так и в отдаленных от него участках тела.

Исследования советских ученых Б. Н. Тарусова и его ученика Ю. Б. Кудряшова показали, что облучение нарушает не только обмен тирозина и аминокислот в целом, но и жировой обмен. При окислении жирных кислот, особенно ненасыщенных (олеиновой, линолевой, линоленовой, арахидоновой), образуются токсические вещества - радикалы и перекиси. В нормальном организме они очень быстро разрушаются, не успевая вызвать нарушений. При облучении этот процесс резко усиливается, и накопление радиотоксинов жировой или, правильнее, липидной природы вызывает остановку делений в костном мозге, селезенке и других органах, разрушение клеток крови и т. п.

Липидные радиотоксины, как и хиноидные, накапливаются вследствие нарушения обменных процессов, вызванного радиацией, и в свою очередь усиливают ее вредоносное действие. Продукты распада белков тканей и образующиеся вследствие накопления чужеродных веществ белковой природы аутоантитела действуют аналогично. Здесь мы имеем дело уже с биохимическим путем усиления. При нарушении физиологических механизмов координации функций отдельных органов развивается четвертый - физиологический, механизм усиления первичного эффекта радиации. Сочетание этих механизмов - физического, химического, биохимического, физиологического - и приводит к тому, что ничтожное по величине и энергетическому эквиваленту первоначальное воздействие ионизирующей радиации многократно и лавинообразно усиливается, реализуясь через определенный срок в виде многочисленных тяжелых повреждений, составляющих в целом картину лучевой болезни.