Действие лучистой энергии

Организм может подвергнуться болезнетворному воздействию различных видов лучистой энергии. К ним относятся разные участки спектра электромагнитных волн, а также потоки быстро летящих элементарных частиц материи (электроны, протоны и др.).

В солнечном спектре глаз способен воспринимать лишь часть волн длиной 0,4 - 0,75 μ (видимый свет). В солнечном спектре имеются и невидимые лучи: инфракрасные с длиной волн от 0,75 до нескольких десятков микрон и ультрафиолетовые с длиной волн от 0,4 до 0,1 μ.

Действие видимой части спектра на организм незначительно. Сильные световые лучи, проходя через прозрачные среды глаза, вызывают разложение зрительного пурпура и рефлекторное раздражение диэн- цефало-гипофизарной системы с изменением вегетативных функций. Чрезмерное освещение может вызвать временное ослепление.

Красные и инфракрасные лучи обладают тепловым эффектом. От действия тепловых лучей в самом начале развивается гиперемия кожи. Интенсивное облучение инфракрасными лучами может вызвать обжигание поверхностных частей тела и прогревание более глубоких тканей, а также рефлекторно - перегревание организма.

Ультрафиолетовые лучи обладают преимущественно химическим и очень слабым ионизирующим действием. Эффект ультрафиолетовых лучей зависит от интенсивности облучения, а интенсивность облучения, в свою очередь, зависит от длины волн и длительности действия, угла падения лучей, толщины атмосферного слоя, который в той или иной степени задерживает лучи, а также от степени проницаемости тканей и реактивности всего организма. Ультрафиолетовые лучи (особенно их коротковолновая часть) могут вызывать на коже эритему (erythema solare), сопровождающуюся ощущением боли и нередко последующим развитием экссудативного воспаления. У чувствительных к свету людей эти лучи иногда вызывают экзему (eczema solare). Все эти явления бывают особенно выражены на больших высотах, при восхождении на горы, где атмосферный слой способен задерживать эти лучи меньше, чем в обычных условиях.

Общее действие ультрафиолетовых лучей на организм выражается в том, что через несколько часов (6 - 12) происходит падение кровяного давления, изменение тканевого обмена веществ, особенно белкового. В возникновении этих явлений большую роль играет нарушение сосудо-двигательной регуляции. Иногда уже с самого начала реакции возникает размножение клеток, сопровождающееся утолщением эпидермиса кожи. В ней наблюдается отложение пигмента (меланина), который, вероятнее всего, образуется из фенилаланина или тирозина благодаря усилению активности соответствующих ферментов. В экспериментах при длительном воздействии ультрафиолетовых лучей установлена возможность клеточного размножения и даже возникновения опухолевого роста.

Ультрафиолетовые лучи в известных дозах оказывают благоприятное общее действие на организм отчасти потому, что убивают бактерий и простейших, а также вызывают разрушение токсинов (например, дифтерийного).

Влияние ультрафиолетовых лучей резко усиливается в присутствии фотосенсибилизирующих веществ. К их числу относятся такие сложные органические вещества, как эозин, флуоресцеин, эритрозин и хлорофилл. Фотосенсибилизирующим свойством особенно отличается гематопорфирин (один из продуктов превращения гемоглобина).

Фотосенсибилизация, по-видимому, объясняется тем, что, вступая в соединение с молекулярным кислородом, фотосенсибилизаторы образуют перекиси и в дальнейшем отдают тканям атомный кислород. В результате этого в тканях нарастают процессы окислительного распада, в частности распад белков.

Интенсивное ультрафиолетовое облучение большой поверхности тела вызывает повышение температуры, общие расстройства кровообращения и дыхания, даже шоковую реакцию, иногда со смертельным исходом.

Особенно большое значение имеет действие на организм ионизирующего излучения. Его источником в основном являются рентгеновское и радиоактивное излучения, например при аварии на производстве, где имеются специальные установки, при радиоактивном распаде или неправильном применении лучевой терапии. Ионизирующие лучи обладают свойством при поглощении в какой-либо среде вызывать ионизацию нейтральных молекул и атомов. Радиоактивность измеряется единицами кюри (с)¹.

¹(Кюри составляет 3,7х1010 распада атомных ядер в 1 секунду. В лечебной практике применяются милликюри (mс), микрокюри (μс).)

Ионизирующая радиация состоит из различных лучей, отличающихся друг от друга по некоторым физическим свойствам и биологическому действию. Основные из этих лучей α-, β-частицы и γ-лучи. Кроме того, при быстром распаде атомных ядер образуется поток нейтральных частиц - нейтронов и поток положительных частиц - протонов.

α-Частицы, или ядра гелия, а также β-частицы, или электроны, вылетающие при превращении нейтронов в протоны, характеризуются сильно ионизирующей, но относительно небольшой проникающей способностью. Они действуют на глубоко расположенные ткани только при попадании радиоактивных веществ внутрь организма.

γ-лучи это поток нейтральных частиц - фотонов, испускаемых ядром при переходе из возбужденного состояния в невозбужденное. Они характеризуются слабой ионизирующей, но большой проникающей способностью. Их природа идентична рентгеновым лучам. Внешнее облучение проникающими видами лучистой энергии (γ-лучи, жесткие рентгеновы лучи, нейтроны) обычно вызывает поражение всего организма. Слабо проникающие α- и β-частицы, медленные нейтроны вызывают повреждение преимущественно тех участков поверхности тела, которые подверглись их воздействию.

Различное биологическое действие ионизирующего излучения существенно зависит от плотности ионизации, т. е. от количества ионов на единицу длины пробега частицы. Биологическое действие усиливается при увеличении плотности ионизации, которая больше при действии ос-частиц по сравнению с протонами и γ-лучами. Чем выше проникающая способность и больше длина пробега, тем меньше плотность ионизации.

Биологическое действие ионизирующих лучей зависит от ряда факторов: интенсивности, или дозы (мощности источника излучения, длительности воздействия и пр.), вида излучения (состава лучей), воздействия на весь организм или на ограниченный участок (в последнем случае болезнетворная доза должна быть выше), однократного или повторного облучения, индивидуальной чувствительности организма к ионизирующему излучению, которое колеблется в заметных пределах, наконец, от действия источника излучения извне или изнутри (внешнее или внутреннее облучение); в последнем случае оно обычно бывает более ограниченным.

В организме, облученном большими дозами рентгеновых лучей или часто подвергавшемся их воздействию, общие изменения в виде физиологических, биологических и иммунологических изменений обнаруживаются раньше, чем наступает местное повреждение. Особенно гибельно ионизирующие лучи действуют на молодые растущие клетки, находящиеся в состоянии митоза.

Именно поэтому наибольшую чувствительность к этим лучам проявляют клетки эмбрионального типа, например элементы миелоидной ткани в костном мозгу, половые железы и лимфатические узлы (рис. 5). В период эмбриогенеза даже одноразовое облучение оказывает вредное влияние на всю последующую постнатальную жизнь животного, в частности на функцию его нервной системы (И. А. Пионтковский). Вредное действие ионизирующих лучей на глаза проявляется атрофией ганглиозных клеток сетчатой оболочки. Действие рентгеновых лучей на кожу может вызвать воспалительные явления, выраженные в той или иной степени в зависимости от силы и продолжительности действия источника лучистой энергии. Эффект обычно проявляется после некоторого скрытого периода (1 - 2 недели).

Рис. 5. А - повреждение костного мозга бедренной кости мыши после облучения ее рентгеновыми лучами в дозе 600 г; Б - костный мозг бедренной кости контрольной мыши (по Молю)

Длительное действие на кожу рентгеновых и γ-лучей может вызывать образование хронических язв и даже ракового процесса (как это бывало ранее на коже у рентгенологов при недостаточном соблюдении техники безопасности). Общее болезнетворное действие рентгеновых и γ-лучей проявляется нарушением обмена веществ. Возникают дистрофические изменения в тканях, нарушаются ферментные системы, особенно те, которые участвуют в синтезе нуклеопротеидов. От больших доз лучей (для рентгеновых лучей выше 300 г¹) эти нарушения резко усиливаются, последствием чего является интоксикация всего организма. Доза γ-лучей, допустимая для человека, составляет 0,05 г в день. Доза 600 г считается почти абсолютно смертельной для человека.

¹(r - такое количество энергии излучения, которое создает в 1 мл облучаемого воздуха (при 0° и 760 мм рт. ст.) 2,08x109 пар ионов, что соответствует абсорбированию энергии 83,7 erg на 1 г воздуха.)

Способность ионизирующей радиации подавлять деление ядер послужила основанием для использования слабых доз рентгеновых лучей в терапии опухолей и других клеточных разрастаний, главным образом на коже и слизистых оболочках.

Механизм действия ионизирующего излучения на организм еще полностью не раскрыт. Главное значение большинство исследователей придает ионизации молекул воды в организме. При этом в первую очередь образуются так называемые свободные радикалы Н, ОН и НО₂. При отрыве электрона от молекулы воды получается ион Н₂О⁺ и на некотором расстоянии выбитый электрон, который присоединяется к другой молекуле и создает ион Н₂О^-. Оба эти иона диссоциируют, в результате чего образуются свободные радикалы НО и Н. Последние либо непосредственно, либо через цепь вторичных превращений (образование НО₂, Н₂О₂) приводят к нарушению ферментных систем, преимущественно участвующих в нуклеиновом обмене. В тканях нарушается синтез нуклеопротеидов. Наступает разрушение ядер и гибель клеток.

В последнее время в биологии и медицине стали применять искусственные радиоактивные вещества, например радиоактивные изотопы йода, фосфора, калия, натрия, железа, марганца и др. Использование радиоактивных изотопов (так называемых меченых атомов) дает возможность обнаружить их в организме даже в самых ничтожных количествах, так как, обладая способностью излучения, они легко улавливаются чувствительными методами (счетчиком Гейгера и др.).

Радиоактивные изотопы используются в эксперименте и клинике для выяснения ряда важнейших вопросов, например расположения в организме биологически активных веществ и путей их превращения, вопросов питания, межуточного обмена и секреции, а также для изучения механизма возникновения и развития ряда патологических процессов, например нарушения скорости кровотока, функционального состояния щитовидной железы.

Лучевая болезнь

Общее поражение организма от действия больших доз ионизирующих лучей носит название лучевой болезни. Она может возникнуть при наружном действии радиации, например при рентгеновском облучении, при аварии во время работы с генераторами, способными производить ионизирующее излучение, при атомном взрыве, либо при внутреннем облучении, например при отравлении радием, мезоторием, радиоактивными изотопами.

Различают острую и хроническую формы лучевой болезни. Острая лучевая болезнь возникает от действия больших доз радиации. В развитии острой лучевой болезни различают не строго отграниченные друг от друга четыре периода. Первый начальный период (от нескольких часов до 1 - 2 суток) возникает уже через несколько часов после облучения. Он характеризуется перевозбуждением нервной системы, состоянием как бы общего опьянения, сильной головной болью и головокружением, учащением пульса, одышкой. Нередко наблюдаются тошнота и рвота, повышение температуры, уменьшение в крови количества лимфоцитов (лимфопения) и увеличение количества гранулоцитов со сдвигом влево. Указанные явления обычно исчезают на 2-е или 3-й сутки. Затем болезненные явления проходят и наступает второй, скрытый период длительностью до 1 - 2 недель. Первоначальные патологические явления исчезают. Может развиться лишь лимфопения, лейкопения, тромбоцитопения, уменьшение количества ретикулоцитов. Специальные исследования обнаруживают повышенную проницаемость и ломкость капилляров.

В тяжелых случаях лучевой болезни второй период может отсутствовать и сразу наступает третий период, когда основные нарушения выражены наиболее резко. Повышается температура, наступают головные боли, тошнота и рвота, признаки расстройства кровообращения в мозгу. Слизистые оболочки поражаются воспалением с образованием изъязвлений, могут возникать некротическая ангина, пневмония, нарушается обмен веществ, страдает синтез белков и нуклеиновых кислот. Кровотворение угнетено, резко уменьшается количество лейкоцитов (лейкопения), развиваются тромбоцитопения, прогрессирующая анемия и признаки истощения костного мозга. Нарушена проницаемость сосудов, возникают кровоизлияния во внутренние органы. В них можно обнаружить явления белковой дистрофии, например в костном мозгу, эпителии желудочно-кишечного тракта. Мокрота, моча, кал и рвотные массы окрашены кровью.

Со стороны центральной нервной системы очень рано наблюдаются нарушения силы, подвижности и уравновешенности возбудительного и тормозного процессов, депрессия рефлекторной деятельности, нервно-сосудистые и нервнотрофические расстройства (особенно на коже) в виде выпадения волос и изъязвлений, нарушение функции гипофиза, надпочечников и половых желез.

В случае благополучного течения заболевания через 2 - 3 недели наступает четвертый период - постепенное восстановление нарушенных функций. Несмотря на раздражительность и утомляемость, заметны улучшения со стороны нервной системы, падает температура, дольше всего сохраняется нарушение гемопоэза. Иногда болезнь принимает затяжной характер и переходит в хроническую форму.

Хроническая лучевая болезнь может возникнуть также при длительном повторном воздействии малых доз ионизирующего излучения. Она характеризуется нарушениями функции нервной системы и особенно расстройством кровотворения. Сначала отмечается уменьшение количества лейкоцитов и тромбоцитов, а затем после временной компенсации этих явлений возникают более глубокие изменения в крови в виде лейкопении, появления мегалоцитов, мегалобластов и миелоцитов.

Отдаленным последствием действия ионизирующих излучений может быть их канцерогенное действие и нарушения в хромосомах половых клеток.

При тяжелых лучевых поражениях вследствие снижения сопротивляемости организма всегда создается опасность аутоинфекции.

При ионизирующем облучении ткани и органы поражаются различно. По степени поражаемости их можно расположить в следующем убывающем порядке: кровотворные органы, кишечные железы и эпителий, эпителий половых желез и кожи, эндотелий, брюшные паренхиматозные органы, хрящ, кости, мышцы, нервная ткань. Однако изменения в организме, наблюдаемые при облучении, являются результатом не только прямого повреждающего действия излучения на ткани. Большое значение имеет также влияние ионизирующего излучения на функцию регуляторных систем организма.

Патогенез лучевых поражений очень сложен. По данным П. Д. Горизонтова, в механизме действия ионизирующей радиации необходимо признать значение рано возникающих функциональных нарушений нервной системы в виде начального повышения возбудимости мозговой коры как следствия подавления внутреннего торможения; включается и эндокринная система, происходят изменения функциональной деятельности передней доли гипофиза и коры надпочечников; кроме того, наступают гуморальные расстройства в виде токсемии, т. е. накопления в крови токсических веществ, вредно действующих на сердечно-сосудистую систему и процессы кровотворения.