Ю.А. Александров
Основы радиационной экологии
Учебное пособие. – Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2007. – 268 с.

Раздел 3. Биологическое действие ионизирующих излучений

3.5. Действие ионизирующих излучений на критические системы организма

3.5.5. Действие ионизирующей радиации на желудочно-кишечный тракт

В желудочно-кишечном тракте наиболее радиочувствительной является тонкая кишка, D₀ для стволовых клеток эпителия тонкой кишки составляет около 1 Гр, тогда как в толстой кишке этот показатель достигает 2,7 Гр. Поэтому изменения в тонкой кишке являются наиболее значимыми для организма, облученного в «кишечном» диапазоне доз от 10 до 20 Гр.

Стенка тонкой кишки выстлана изнутри однослойным эпителием, покрывающим поверхность крипт – углублений слизистой оболочки в стенку кишки, и ворсинок – выпячиваний слизистой оболочки в ее просвет.

Эпителий слизистой оболочки тонкой кишки представляет собой принципиально такую же систему клеточного обновления, как и костный мозг. Но если на гистологических срезах костного мозга клетки, относящиеся к разным отделам по степени их созревания, располагаются без видимого порядка (рядом можно увидеть и проэритробласт, и мегакариоцит, и зрелый эозинофил), то в слизистой оболочке тонкой кишки имеет место четкое разграничение взаимного расположения клеток, относящихся к разным пулам.

На дне крипт находятся стволовые клетки, деление которых обеспечивает физиологическую регенерацию эпителия. Считается, что около 55-60% стволовых клеток кишечника активно участвуют в пролиферации, остальные находятся в G₀-стадии (стадии покоя) клеточного цикла. Из стволовых клеток в результате деления и созревания образуются цилиндрические клетки, составляющие около 90% от всей популяции
энтероцитов, а также бокаловидные, энтерохромаффинные клетки и клетки Панета. По мере деления потомков стволовых клеток и последующего их созревания клетки продвигаются по направлению к устью крипт, составляя пролиферативно-созревающий пул. Для созревания цилиндрических клеток требуется не менее 4 делений, бокаловидных – 2 деления и энтерохромаффинных – 1 деление. Клетки, располагающиеся в районе устьев крипт, относятся к только созревающему пулу. По стенке ворсинок по направлению к их верхушкам продвигаются уже функциональные клетки, которые постепенно стареют. Достигнув верхушки ворсинки, энтероциты погибают и слущиваются в просвет кишки. Составные части погибших клеток реутилизируются. Утрата клеток с ворсинок сбалансирована притоком в них вновь образованных клеток из крипт. Время прохождения клеток по ворсинке кишечника у человека составляет 3-4 суток.

Вот некоторые данные, характеризующие описанные процессы количественно. У человека общее число крипт составляет 6×10⁸, общее количество продуцируемых клеток за 1 сут. – 5×10⁹, время перехода энтероцита с крипты на кончик ворсинки – около 3-4 суток.

Как уже отмечалось выше, наиболее радиочувствительными являются стволовые клетки крипт тонкого кишечника: большая их часть
погибает уже при облучении в дозах 4-6 Гр. Пролиферирующий и созревающий пул крипты кишечника более устойчив к действию радиации: D₀  клеток этого пула составляет около 3,8 Гр. Зрелые эпителиоциты  кишечных ворсинок являются значительно более радиорезистентными, основная их часть (так же, как и клетки функционального пула кроветворной ткани) погибает после облучения в дозах свыше 15 Гр. Большая (по сравнению с родоначальными элементами гемопоэтической системы) радиоустойчивость стволовых клеток кишечника связана с тем, что в последних процессы постлучевой репарации и регенерации протекают значительно быстрее, чем в костном мозге. При одинаковых значениях D₀ (около 1 Гр), D₀ для стволовых клеток эпителия слизистой оболочки кишки составляет примерно 4 Гр, то есть в 4-6 раз выше, чем для стволовых кроветворных клеток. Предполагается, что определенную роль в этом играют особенности клеточного микроокружения и локализации клеточных элементов крипт слизистой оболочки кишечника, которые, в отличие от миелокариоцитов, сконцентрированы в меньшем объеме, и более тесно контактируют между собой посредством медиаторов межклеточного взаимодействия – цитокинов, стимулирующих процессы постлучевой репарации, а также дифференцировки и созревания энтероцитов.

Клинические проявления кишечного синдрома могут отмечаться уже при тяжелой и крайне тяжелой степени острой лучевой болезни (доза облучения 6-10 Гр), однако дозовый порог полного опустошения стволового пула крипт, обусловливающего декомпенсацию функции кишечника при лучевом поражении, составляет для человека 10-20 Гр. Именно эти процессы и лежат в основе развития кишечной формы острой лучевой болезни.

Кинетические параметры развития кишечного синдрома определяются временем прохождения энтероцита по поверхности ворсинки от ее основания к вершине с последующим слущиванием. Сразу после облучения в «кишечном» диапазоне доз значительная часть стволовых клеток крипт погибает по интерфазному механизму, другие (по окончании фазы митотического блока) погибают после одного или нескольких делений (репродуктивная форма клеточной гибели). В результате опустошения выстланных зародышевым эпителием крипт прерывается процесс новообразования и поступления на ворсинку эпителиоцитов и, поскольку продвижение зрелых клеток по ворсинке и их слущивание продолжается с нормальной скоростью, происходит полное оголение ворсинки и денудация слизистой оболочки кишечника. 

Рис. 12.  Влияние облучения на ворсинку слизистой оболочки тонкой кишки:

1 – нормальная ворсинка; 2 – постлучевая аплазия ворсинки (отсутствие клетки крипты;
3 – оголение ворсинки, появление клеток крипт и регенерации кишечного эпителия;
а – эпителиальная клетка,  б – бокаловидная клетка,  в – клетки крипты

Хотя для человека время перехода энтероцита с крипты на кончик ворсинки составляет 3-4 сут., клинические проявления лучевого поражения кишечника развиваются обычно на 7-8-е сутки. Этот временной сдвиг обусловлен наличием так называемых аномальных энтероцитов, возникающих в результате деления поврежденных радиацией стволовых элементов кишечника, а также «растягиванием» оставшихся эпителиоцитов по поверхности кишечной ворсинки. Когда эти компенсаторные механизмы становятся уже недостаточными для того, чтобы покрыть всю поверхность слизистой оболочки кишечника, образуются дефекты эпителиального покрытия, приводящие к нарушению его основных функций – поддержания водно-электролитного баланса организма и барьерной функции.

Наиболее важным следствием денудации тонкой кишки являются дегидратация и гипонатриемия. Обезвоживание организма при кишечном синдроме обусловлено нарушением процессов активного всасывания и реабсорбции воды и электролитов, возрастанием экскреции жидкости в просвет кишечника и усилением его моторно-эвакуаторной функции, что в конечном итоге приводит к развитию тяжелой диареи. Обусловленное денудацией слизистой оболочки кишечника и опустошением пейеровых бляшек нарушение барьерной функции кишечной стенки является причиной поступления во внутреннюю среду токсических продуктов, в частности эндотоксинов кишечной палочки, увеличивающих гибель эпителиоцитов и ускоряющих процесс оголения ворсинок.

По этой же причине во внутреннюю среду проникает кишечная микрофлора. Микробной инвазии и размножению микробов во внутренних органах способствует развивающаяся гранулоцитопения, еще более снижающая противоинфекционную резистентность организма.

Поскольку исчезновение эпителиальной выстилки тонкой кишки при гамма-облучении происходит уже в дозе 10 Гр (а именно с этим явлением связаны механизмы, приводящие к смертельному исходу после облучения в дозах 10-20 Гр), с увеличением дозы в кишечном диапазоне сроки гибели млекопитающих практически не меняются, составляя достаточно фиксированную величину: от 4 до 8 суток.