Индивидуальная радиочувствительность отдельных организмов способы ее модификации

Лекция 11. Модификация радиочувствительности. Радиопротекторы, радиосенсибилизаторы. Кислородный эффект при облучении организмов.

Под модификацией радиочувствительности понимают усиление или ослабление чувствительности живого объекта к действию ионизирующей радиации. Вещества, которые усиливают или ослабляют радиобиологический эффект, называются радиомодификаторами. Химические соединения, которые ослабляют эффект воздействия ионизирующих излучений, являются радиопротекторами. Радиопротекторы повышают устойчивость живых организмов к действию радиации, говоря иначе, эти вещества усиливают радиорезистентность организмов. Радиосенсибилизаторы, наоборот, повышают чувствительность живых систем к действию радиации, соответственно, снижают ее радиоустойчивость. Для оценки эффективности действия радиомодификатора используют показатель, который называется фактор изменения дозы (ФИД). Коэффициент ФИД – это отношение равноэффективных доз в опыте (с модификатором) и в контроле (без модификатора). Например, LD₅₀ для контрольной группы мышей составила 8 Гр, в опытной группе (мышам до облучения был введено модифицирующее вещество) LD₅₀ повысилась до 16 Гр. Коэффициент ФИД в этом случае составляет 2, т.е. вещество является радипротектором и повышает устойчивость животных. Если же в этом опыте после введения модификатора значение LD₅₀ снизилась бы до 4 Гр, то коэффициент ФИД составлял бы 0,5. В данном случае вещество является радиосенсибилизатором и снижает устойчивость животных к радиационному облучению. Как видно, у радипротекторов ФИД  1, у радисенсибилизаторов ФИД  1.

Таким образом, радиомодифицирующие агенты – это химические соединения умеьшающие или усиливающие биологический эффект ионизирующей радиации.

Радипротекторы. Химческая защита от лучевого поражения.

Впервые радиозащитные свойства хиимческих веществ были обнаружены в 1940 году американским радибиологом В. Дейлом. Он показал, что присутствие в растворе фермента тиомочевины, муравьиной кислоты, коллоидной серы, снижает степень радиолиза облучаемых ферментов. В 1948 году в опытах с облучением бактериофагов было обнаружено протекторное действие цистеина, триптофана, глютатиона. В 1949 году защитный эффект цистеина был обнаружени и при облучении крыс. В это же время появились сообщения о радиозащитном эффекте цианистого натрия в опытах с мышами. После этих опытов во всем мире начались активные поиски соединений, обладающих радипротекторными свойствами. К настоящему времени, на проявление радиозащитного эффекта испытано десятки тысяч различных веществ. Однако, не все химические соединения, повышающие радиоустойчивость организмов, могут быть использованы на практике в качестве радипропротекторов. “Истинные” радипротекторы, которые применяются для защиты человека, должны удовлетворять следующим условиям. Во-первых, эти протекторы должны обладать высокой эффективностью ( ФИД  2). Во-вторых, при введении в организм, они не должны вызывать побочных эффектов. Лишь несколько десятков веществ удовлетворяют этим требованиям. Большинство из известных радиопротекторов относятся к двум классам химических соединений: индолилалкиламинам и меркаптоэтаноламинам.

Источник

Способы модификации радиочувствительности

Для повышения эффективности ЛТ применяются различные способы модификации радиочувствительности тканей. В настоящее время применяются следующие методики увеличения радиочувствительности опухолей:

Оксигенотерапия (использование кислородной маски во время сеанса облучения)

Оксигенорадиотерапия (облучение в барокамере)

Гипоксирадиотерапия (вдыхание гипоксической газовой смеси)

Терморадиотерапия (применение СВЧ или введение пирогенала)

Гипергликемия (введение больших доз глюкозы)

Полирадиомодификация (сочетание различных методик).

V. Лучевая терапия опухолевых заболеваний Виды лучевого лечения

Радикальное — излечение (ИИ действует на первичную опухоль и на предполагаемые зоны лимфогенного метастазирования).

Паллиативное — продление жизни (приостановить рост опухоли, уменьшить ее размеры).

Симптоматическое — устранение отдельных симптомов, отягощающих состояние больного (боль, синдром сдавления верхней полой вены и др.).

ЛТ злокачественных опухолей может применяться как самостоятельный метод лечения или являться одним из этапов комбинированного воздействия. Возможна комбинация облучения с операцией, химио- и гормонотерапией. Сочетанная ЛТ — сочетание двух и более методов ЛТ (дистанционная -терапия + внутриполостная терапия и т. п.).

Лучевую терапию в комбинации с хирургическим вмешательством используют в трех различных вариантах:

Предоперационная ЛТ, т. е. осуществляемая до операции.

разрушение наиболее радиочувствительных клеток и понижение жизнеспособности оставшихся опухолевых элементов;

устранение воспалительных явлений в опухоли и вокруг нее;

облитерация мелких сосудов, ведущая к понижению васкуляризации стромы и, следовательно, к уменьшению опасности метастазирования;

перевод опухолей, находящихся на грани операбельности, в операбельное состояние.

Применяют дистанционное облучение (дистанционную -терапию или тормозное излучение высоких энергий), внутриполостную -терапию и сочетанное облучение.

стандартное фракционирование. Разовая очаговая доза — 2 Гр, 5 фракций в неделю, СОД — 45-50 Гр. Через 2-3 недели (после стихания лучевых реакций) — оперативное лечение;

крупное фракционирование. Разовая очаговая доза — 4-10 Гр, количество фракций — от 1 до 5, СОД — 20-30 Гр.Показание — уверенность в операбельности опухоли (если нет — обычное фракционирование). Проведение операции должно планироваться не позднее, чем через 72 часа после окончания ЛТ (так как эффект на опухолевые клетки — сублетальный);

использование крупных дневных фракций в режиме мульти-фракционирования. Разовая очаговая доза — 2 Гр 2 раза в день, СОД — 20-24 Гр.

Интраоперационное облучение (облучение в ране). Применяется, в частности, при лечении опухолей поджелудочной железы. В процессе операции на ложе опухоли одномоментно подводится доза порядка 15-20 Гр (предпочтительнее использование быстрых электронов). Затем — послеоперационная дистанционная ЛТ до необходимой СОД. Возможно использование интраоперационной внутритканевой ЛТ.

Послеоперационная ЛТ. Имеет целью закрепить эффект хирургического лечения, уменьшить риск возникновения локального, регионарного рецидива, отдаленных метастазов. Обычно используется дистанционное облучение (-терапия, тормозное излучение высоких энергий, быстрые электроны).

стандартного фракционирования. Разовая очаговая доза -2 Гр, СОД — 50 Гр;

режим мультифракционирования. Разовая очаговая доза -1,2 Гр 2 раза в день (интервал 4 часа).

Источник

Радиочувствительность — центральная проблема радиобиологии. Межвидовые, внутривидовые, индивидуальные, возрастные, сезонные различия радиочувствительности.

Проблема радиочувствительности занимает центральное место в радиобиологии и радиационной медицине. Познание природы радиочувствительности и механизмов ее регуляции имеет как теоретическое, так и практическое значение, т. к. позволяет разрабатывать методы управления лучевыми реакциями тканей.

Радиочувствительность — это чувствительность биологических объектов к действию ионизирующих излучений. Синонимом данного понятия служит радиопоражаемость.

При сравнении радиочувствительности различных биосистем необходимо использовать адекватные критерии, в качестве которых могут выступать либо непосредственное изменение выживаемости изучаемых объектов в результате облучения в определенных дозах, либо количественные показатели поражения, которые в данном диапазоне доз связаны с выживаемостью. Наиболее часто в качестве меры радиочувствительности используется ЛД₅₀ — доза облучения, вызывающая гибель 50 % облученных организмов за различное время после облучения (в зависимости от вида живых организмов).

По мере усложнения организации объектов их устойчивость к радиации падает.

Например, у разных млекопитающих после облучения в высоких дозах наблюдаются примерно одинаковые скорости исчезновения клеток крови. Межвидовые различия этой реакции зависят от резерва стволовых клеток красного костного мозга, количество которых связано с общей массой тела.

Радиочувствительность варьируется в пределах одного вида в зависимости от возраста. Так, наиболее радиочувствительными являются молодые и старые экспериментальные животные, наиболее радиорезистентными — половозрелые и новорожденные. Радиочувствительность организма особенно высока в период роста и дифференцировки его систем.

Для индивидуальной радиочувствительности имеют значение особенности генотипа (эффективность репарации системы ДНК), физиологическое состояние организма, пол, возраст. Так, наличие какого-либо заболевания (острого или хронического) будет повышать восприимчивость организма к радиации.

Менее изучены сезонные и суточные колебания радиочувствительности. Рассмотрим на примере исследования сезонных колебаний радиочувствительности у мышей.

Для каждого месяца года были получены зависимости доза—эффект и определены величины ЛД50. Радиопоражаемость мышей значительно возрастала зимой, особенно в феврале и в начале лета — май—июнь, и существенно снижалась в начале весны и летом. Изменения радиочувствительности мышей коррелировали с сезонными колебаниями функциональной активности различных систем.

Индивидуальная внутривидовая радиочувствительность биологических объектов также значительно колеблется. Неодинаковой чувствительностью к ИИ обладают различные органы и ткани, подчиняясь правилу Бергонье-Трибондо.

Радиочувствительность органов, тканей и клеток животных. Правило Бергонье и Трибондо. Радиочувствительность ядра и цитоплазмы.

На организменном уровне критерием рад-ти является гибель организма и степень тяжести лучевой болезни. Мерой рад-ти является ЛД_50/30 (для человека 3 Гр) и ЛД_100/30 (6 Гр). Органная рад-ть обусловлена рад-тью тканей каждого органа. Критерием органной рад-ти является опустошение органа клеточными элементами, снижение массы органа. Классификация органов по рад-ти:

1. Радиочувствительные – лимфоидные органы, костный мозг, гонады, тонкий кишечник.

2. Со сред. рад-тью – кожа, эндокринные железы.

3. Радиорезистентные – печень, почки, головной мозг, костно-мышечные образования.

Правило Б и Т: «Рентгеновские лучи действуют на клетки тем интенсивнее, че выше воспроизводящая активность клеток, чем длиннее период их кариокинеза и чем менее предопределены их морфология и функции». Группы клеток по рад-ти:

1. Высокорадиочувствительные – лимфоциты, кроветворные клетки, клетки гонад (порог дозы – 1-2 Гр).

2. Среднерадиочувствительные – кл. кожи, сальные железы, кл. хрусталика глаза (порог дозы – 2-4 Гр).

3. Радиорезистентные – эпителий почек, кл. печени, эпителий альвеол, нервные кл., миоциты (порог дозы – 10 Гр).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник

3.1. Радиочувствительность. Радиационные поражения человека

Проблема радиочувствительности занимает центральное место в радиобиологии и радиационной медицине. Познание природы радиочувствительности и механизмов ее регуляции имеет как теоретическое, так и практическое значение, т. к. позволяет разрабатывать методы управления лучевыми реакциями тканей.

Радиочувствительность — это чувствительность биологических объектов к действию ионизирующих излучений. Синонимом данного понятия служит радиопоражаемость. Альтернативные понятия — радиоустойчивость или радиорезистентность.

При сравнении радиочувствительности различных биосистем необходимо использовать адекватные критерии, в качестве которых могут выступать либо непосредственное изменение выживаемости изучаемых объектов в результате облучения в определенных дозах, либо количественные показатели поражения, которые в данном диапазоне доз связаны с выживаемостью. Наиболее часто в качестве меры радиочувствительности используется ЛД₅₀— доза облучения, вызывающая гибель 50 % облученных организмов за различное время после облучения (в зависимости от вида живых организмов).

Различные виды живых организмов существенно различаются по своей радиочувствительности, о чем можно судить, сравнив величины ЛД₅₀ (табл. 3–1). Степень радиочувствительности существенно варьирует в пределах одного вида (индивидуальная радиочувствительность), в пределах одного организма клетки и ткани также значительно различаются по своей радиочувствительности.

Следовательно, чтобы правильно оценить последствия облучения организма человека, необходимо оценить радиочувствительность на различных уровнях — клеточном, тканевом, органном, организменном.

На клеточном уровне радиочувствительность зависит от ряда факторов:

организация генома (в т.ч. кариопикнотический индекс);

состояние системы репарации ДНК;

содержание в клетке антиоксидантов;

активность ферментов, утилизирующих продукты радиолиза воды (например, каталаза, разрушающая перекись водорода, или супероксиддисмутаза, инактивирующая супероксидный радикал);

интенсивность окислительно-восстановительных процессов.

Диапазоны радиочувствительности различных организмов

Разновидность живых организмов

На тканевом уровне выполняется правило Бергонье-Трибондо: радиочувствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки составляющих ее клеток.

Следовательно, наиболее радиочувствительными в организме будут ткани, имеющие резерв активно размножающихся малодифференцированных клеток, например, кроветворная ткань, гонады, эпителий тонкого кишечника. Наименее радиочувствительными (наиболее радиорезистентными) будут высокоспециализированные мало обновляющиеся ткани, например, мышечная, костная, нервная. Исключением из правила Бергонье-Трибондо являются лимфоциты. Эти высоко специализированные клетки отличаются высокой радиочувствительностью.

На органном уровне радиочувствительность зависит не только от радиочувствительности тканей, составляющих данный орган, но и от его функций. Следует рассмотреть действие излучения на отдельные органы и системы при внешнем облучении.

Семенники. Клетки семенников находятся на разных стадиях развития. Наиболее радиочувствительные клетки — сперматогонии, наиболее радиорезистентные — сперматозоиды. После однократного облучения в дозе 0,15 Гр количество спермы может уменьшиться. После облучения в дозе 3,5–6 Гр наступает постоянная стерильность. При этом не следует смешивать радиационную стерильность с половой потенцией, на которую (как установлено в экспериментах на животных) облучение не оказывает видимого влияния.

Яичники. В яичниках взрослой женщины содержится популяция первичных и вторичных овоцитов, находящихся на разных стадиях развития (их образование заканчивается в ранние сроки после рождения). Эта особенность женских половых клеток определяет их высокую радиочувствительность и неспособность к регенерации. Воздействие однократного облучения в дозе 1–2 Гр на оба яичника вызывает временное бесплодие и прекращение менструаций на 1–3 года. При остром облучении в диапазоне доз 2,5–6 Гр развивается стойкое бесплодие.

Желудочно-кишечный тракт. Наибольшей радиочувствительностью обладает тонкий кишечник. Далее по снижению радиочувствительности следуют полость рта, язык, слюнные железы, пищевод, желудок, прямая и ободочная кишки, поджелудочная железа, печень.

Сердечно-сосудистая система. В сосудах большей радиочувствительностью обладает наружный слой сосудистой стенки, что объясняется высоким содержанием коллагена. Сердце считается радиорезистентным органом, однако при локальном облучении в дозах 5–10 Гр можно обнаружить изменения миокарда. При дозе 20 Гр отмечается поражение эндокарда.

Органы дыхания. Легкие взрослого человека — стабильный орган с низкой пролиферативной активностью, поэтому последствия облучения легких проявляются не сразу. При локальном облучении может развиться радиационный пневмонит, сопровождающийся гибелью эпителиальных клеток, воспалением дыхательных путей и легочных альвеол и приводящий к фиброзу, что часто лимитирует проведение лучевой терапии. При однократном воздействии гамма-излучения LD₅₀ для человека составляет 8–10 Гр, а при фракционировании в течение 6–8 недель — 30–30 Гр.

Мочевыделительная система. В обычных условиях почки характеризуются незначительной пролиферацией клеток и, следовательно, достаточно радиорезистентны. Влияние облучения на почки, за исключением высоких доз, проявляется поздно. Облучение в дозах более 30 Гр за 5 недель может привести к развитию хронического нефрита (это может быть лимитирующим фактором при проведении лучевой терапии опухолей органов брюшной полости).

Орган зрения. Возможны два типа поражений глаз: воспалительные процессы в конъюнктиве и склере (при дозах облучения 3–8 Гр) и катаракта (при дозах облучения 3–10 Гр). Наиболее опасным в плане развития катаракты является нейтронное облучение.

Нервная система. Нервная ткань высоко специализирована и, следовательно, радиорезистентна. Гибель нервных клеток наблюдается при дозах облучения свыше 100 Гр.

Эндокринная система. Эндокринные железы характеризуются низкой скоростью обновления клеток и у взрослых в норме являются относительно радиорезистентными, однако в растущем или пролиферативном состоянии они значительно более радиочувствительны.

Костно-мышечная система. У взрослых костная, хрящевая и мышечная ткани радиорезистентны. Однако в пролиферативном состоянии (в детском возрасте или при заживлении переломов) радиочувствительность этих тканей повышается. Наибольшая радиочувствительность скелетной ткани характерна для эмбрионального периода, так как особенно интенсивная пролиферация остеобластов и хондробластов у человека происходит на 38–85 сутки эмбрионального развития.

На популяционном уровне радиочувствительность зависит от следующих факторов:

особенности генотипа (в человеческой популяции 10–12 % людей отличаются повышенной радиочувствительностью, что связано с наследственно сниженной способностью к ликвидации разрывов ДНК либо со сниженной точностью процесса репарации; повышенная радиочувствительность сопровождает такие наследственные заболевания как атаксия–телеангиэктазия, пигментная ксеродерма);

физиологическое (например, сон, бодрость, усталость, беременность) или патофизиологическое состояние организма (например, хронические заболевания, ожоги, механические травмы);

пол (мужчины обладают большей радиочувствительностью);

возраст (наименее чувствительны люди зрелого возраста).

Следует обратить внимание на особенности радиочувствительности во внутриутробном периоде развития. Опасность внутриутробного облучения обусловлена высокой радиочувствительностью малодифференцированных тканей плода, что проявляется врожденными пороками развития, цитогенетическими и сомато–стохастическими эффектами, нарушением физического и умственного развития, снижением адаптационных возможностей организма. Эти эффекты могут выявиться либо сразу после рождения (неонатальная и постнатальная смерть, пороки развития, нарушение роста), либо в отдаленные сроки после облучения (онкологические заболевания, нарушения гомеостаза, умственная отсталость).

Из наиболее вероятных эффектов внутриутробного облучения следует отметить пренатальную гибель, задержку психического и физического развития, микроцефалию, микроофтальмию, тератогенный и мутагенный эффекты.

Характер развивающихся отдаленных эффектов будет зависеть от физических характеристик ионизирующего излучения (мощность, вид энергии, характер облучения, пролонгированность во времени) и от возраста плода на момент облучения. Особенно важна стадия внутриутробного развития, на которую пришлось облучение, т. к. дифференцировка систем и органов происходит в определенные сроки развития, что и определяет тип повреждения.

При облучении беременных женщин выделяют четыре классических эффекта у потомства:

Эмбриональная, неонатальная и постнатальная гибель плода.

Врожденные пороки развития.

Нарушения роста и физического развития.

Нарушение функции центральной нервной системы.

Источник