Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
- Ограждения кровельные: переходные мостики и кровельные ограждения volna-spb.com.
-

Ю.А. Александров
Основы радиационной экологии

Учебное пособие. – Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2007. – 268 с.

Предыдущая

Раздел 3. Биологическое действие ионизирующих излучений

3.5. Действие ионизирующих излучений на критические системы организма

3.5.6. Действие ионизирующей радиации на эмбрион, плод

Данные о действии ионизирующих излучений на эмбрион и плод человека получены в результате изучения последствий лучевой терапии (при облучении области живота беременных женщин) и исследований детей, подвергшихся внутриутробному облучению в Хиросиме и Нагасаки. Общий вывод из этих наблюдений однозначен – радиочувствительность плода высокая и она тем больше, чем он моложе.

У выживших детей повреждающее действие радиации проявляется в виде различных уродств, задержки физического и умственного развития или их сочетаний. Наиболее частые уродства – микроцефалия, гидроцефалия и аномалии развития сердца.

Пороки развития и уродства, возникающие вследствие облучения in utero, объединяются термином тератогешые эффекты.

Крайне высокая радиочувствительность организма в антенатальном, внутриутробном периоде развития легко объяснима, так как в это время он представляет собой конгломерат из делящихся и дифференцирующихся клеток, обладающих наибольшей радиочувствительностью.

В зависимости от времени закладки, формирования и дифференцировки тех или иных тканей, органов или систем любая из них может оказаться крайне радиочувствительной, независимо от ее радиочувствительности во взрослом состоянии.

Например, весьма частым последствием облучения эмбриона является микроцефалия или вообще отсутствие ЦНС, возникающие при облучении уже в дозах 0,5-2 Гр, хотя во взрослом организме подобное не наблюдается и при самых высоких дозах. Поэтому вполне справедливо считать эмбрион и плод самыми радиочувствительными стадиями развития любого организма.

При мозаике развивающихся центров, каждый из которых жизненно необходим для выживания эмбриона, облучение в дозах, летальных для любого центра, будет смертельным для всего организма в целом. В этом случае радиочувствительность эмбриона определяется наиболее чувствительной системой, находящейся в данный момент в состоянии активного развития.

В то же время эмбрион обладает важной особенностью, не обнаруживаемой на иных стадиях жизненного цикла – выраженной способностью к восстановлению, регенерации и перестройке. Уже на самых ранних стадиях эмбрион содержит активные фагоциты, способные поглощать и устранять продукты клеточного распада и остатки разрушенных облучением клеток.

Различают три основных периода внутриутробного развития организма – предимплантационный (до внедрения зародыша в толщу слизистой оболочки матки), период основного органогенеза, плодный период.

Облучение на ранних стадиях (до имплантации и в начале органогенеза) как правило, заканчивается внутриутробной гибелью или гибелью новорожденного (при облучении в середине периода органогенеза). Воздействие в период основного органогенеза вызывает уродства, а облучение плода – лучевую болезнь новорожденного.

Описание: Рис

Рис. 13. Внутриутробная смертность новорожденных мышей и количество животных с признаками отклонения от нормы к моменту родов после облучения самок в различные периоды до оплодотворения в дозе 4 Гр  и  после оплодотворения в дозе 2 Гр

(по Л. Рассел, У. Расселу, 1954)

После их удаления «организм в целом» старается по мере возможности заполнить образующийся дефицит оставшимися недифференцированными и неразрушенными первоначальными клетками.

Убедительно показано, что эмбриогенное действие радиации является преимущественно прямым, возможность дистанционного влияния на нарушение развития плода составляет не более 5% от общего повреждающего действия радиации (Нейфах А.А., 1975). Ярким доказательством справедливости этого заключения могут быть, например, данные Л. Рассел о том, что заметные отклонения эмбриона от нормы могут быть легко вызваны на 7-8-е сут. беременности облучением в дозах 0,1-0,25 Гр, на которое материнский организм, по существу, не реагирует. В то же время при облучении матери перед зачатием в заведомо повреждающих дозах (до 4 Гр) не обнаруживается никаких признаков повреждения развивающегося плода.

По наблюдениям И.А. Пионтковского (1969), изменения, возникающие в нейробластах зародыша, обнаруживаются уже через 2 ч после облучения, т.е. значительно раньше, чем развивается лучевой синдром у матери. Наконец, о непосредственном травмирующем действии радиации на эмбрион свидетельствует прямая зависимость тератогенного (индуцирование пороков развития, уродств) эффекта от степени радиочувствительности эмбриона, определяемая радиочувствительностью конкретных систем на разных стадиях развития. Общая картина, схематически представленная на рисунке 13, подробнее будет рассмотрена ниже.

Эмбрионы до имплантации (до 5-х сут.) наиболее радиочувствительны к облучению – от 80 до 40% из них погибают до рождения, причем даже в этот период (с 1-х по 5-е сут.) радиочувствительность с возрастом заметно понижается. Выжившие эмбрионы обычно не имеют заметных уродств. Затем следует период 6,5-12,5 сут., когда облучение вызывает наибольшую частоту уродств при минимальной внутриутробной смертности и наибольшей гибели новорожденных. При дозе 2 Гр гибель бывает наивысшей, если облучение происходит в период от 9,5 до 10,5 сут. и не отличается от контроля при облучении до 7,5 или после 11,5 суток. Таким образом, период основного органогенеза
(6,5-12,5 сут.) следует рассматривать как наиболее радиочувствительный для большинства органов и систем организма, облучение которых (в зависимости от их жизненной значимости) приводит к гибели плода, новорожденного или возникновению уродств.

Это не является чем-то неожиданным, так как еще раз подтверждает общую связь радиочувствительности клеток с такими процессами их жизни, как деление и дифференцировка. При этом самыми радиочувствительными являются дифференцирующиеся клетки; именно они определяют наиболее радиочувствительные стадии в развитии определенной ткани, органа, системы. Вот почему ионизирующее излучение является великолепным инструментом в руках эмбриологов, с помощью которого удается со значительно большей точностью, чем посредством ранее применявшейся экстирпации, определять предполагаемые зоны формирования того или иного органа в эмбрионе на ранних стадиях развития, так как известно, что дифференциация органа может предшествовать видимому появлению его зачатка. Для наглядности ниже приведены основные аномалии развития, отмеченные в литературе, посвященной действию радиации на эмбрион животных и человека.

Таблица 38 – Основные отклонения от нормы, обнаруживаемые у млекопитающих
(включая человека) после облучения плода

Мозг                         

Глаза 

Скелет 

Другие аномалии

Отсутствие головного мозга

Парэнцефалия

Микроцефалия

Мозговая грыжа

Монголизм

Уменьшение продолговатого мозга

Атрофия головного мозга

Умственная отсталость

Идиотия

Нейробластома

Сужение сильвиего водопровода

Водянка головного мозга

Розетки в нервной ткани

Расширение третьего и бокового желудочков мозга

Уменьшение или отсутствие некоторых черепно-мозговых
нервов

Полное отсутстствие анофтальмия    

Микроофтальмия

Микрокорнеа

Колобома

Деформация радужной оболочки

Отсутствие хрусталика (отдельно или в сочетании с отсутствием сетчатки)

Открытые веки

Косоглазие

Ретинобластома

Дальнозоркость

Врожденная глаукома

Частичный альбинизм

Равномерное уменьшение: задержка роста

Уменьшение черепа

Сводчатый череп

Узкая голова

Черепной пузырь

Воронкообразная грудь

Врожденный вывих
бедер

Уменьшение и деформация хвоста

Чрезмерное развитие и деформация ног

Уменьшение пальцев

Пяточная стопа

Нарушение развития конечностей

Синдактиллия

Брахидактилия

Нарушение онтогенеза

Экзостоз большеберцовой кости

Изменение метафиза

Нарушение эмалеобразования

Склеротомный некроз

Обратное расположение органов

Водянка почки

Водянка мочеточника

Водянка яичка

Отсутствие почки

Дегенерация гонад

Атрофия нижних конечностей

Депигментация и гиперпигментация кожи

Двигательные расстройства конечностей

Увеличение вероятности возникновения лейкоза

Врожденный порок сердца

Деформация уха

Деформация лица

Нарушение функции гипофиза

Дерматомальный миотомальный некроз

Описание: Рис

Рис. 14. Экстраполяционная кривая, демонстрирующая ожидаемые результаты облучения эмбриона человека на разных стадиях развития,  построенная на основе экспериментов на животных (по Р. Рафу, 1962):

1 – мозговая грыжа, водянка мозга, микрофтальмия; 2 – изменение свода черепа; 3 – дегенерация сосудов головного мозга, уменьшение продолговатого мозга; 4 – перерождение среднего мозга и клеток коры; 5 – перерождение спинного и продолговатого мозга; 6 – нарушение развития мозолистого тела;  7 – нарушение развития полушарий головного мозга,

аммонова рога; 8 – нарушение развития полосатого тела

Период наибольшей радиочувствительности эмбриона человека сильно растянут по времени. Он начинается, вероятно, с зачатия и кончается приблизительно 38-ми суткам после имплантации; в этот период развития у эмбриона человека начинают формироваться зачатки всех органов посредством быстрой дифференцировки из клеток первичных типов. Подобные превращения у эмбриона человека в период между
18-ми и 38-ми сутками происходят почти в каждой из тканей. Так как переход любой клетки из эмбрионального состояния в состояние зрелости – наиболее радиочувствительный период ее формирования и жизни (независимо от того, является ли она нейро-, мио-, остео- или эритробластом и др.), все ткани в это время оказываются высоко радиочувствительными.

Мозаичность процесса дифференциации эмбриона и связанное с этим процессом измененение числа наиболее радиочувствительных клеток определяют степень радиочувствительности той или иной системы или органа и вероятность появления специфической аномалии в каждый момент времени. Поэтому фракционированное облучение плода приводит к более тяжелым повреждениям, так как воздействие захватывает разнообразные типы зародышевых клеток и их различное распределение, что вызывает повреждение большого количества зачатков органов, находящихся на критических стадиях развития. В этот период максимальное поражение может быть спровоцировано очень малыми дозами ионизирующего излучения; для получения аномалий в более поздний период эмбрионального развития требуется воздействие больших доз.

Приблизительно через 40 суток  после зачатия грубые уродства вызвать трудно, а после рождения – невозможно. Однако следует помнить, что в каждый период развития эмбрион и плод человека содержат некоторое количество нейробластов, отличающихся высокой радиочувствительностью, а также отдельные зародышевые клетки, способные аккумулировать действие излучения.

Как показали результаты изучения последствий облучения беременных женщин во время атомной бомбардировки в Хиросиме и Нагасаки, степень проявления аномалий и их особенности в основном соответствовали ожидаемым. Так, согласно одному из обследований, у 30 женщин, находившихся в 2 км от эпицентра взрыва и имевших серьезные симптомы лучевого воздействия, примерно в половине случаев отмечена внутриутробная смертность плода, гибель новорожденных или младенцев, а у четырех из 16 выживших детей наблюдалась умственная отсталость. Согласно данным другого наблюдения, почти у половины (45%) детей, родившихся от матерей, подвергшихся облучению при сроках беременности 7-15 нед., имелись признаки умственной отсталости.

Кроме того, у потомства женщин, перенесших облучение в первой половине беременности, отмечены микроцефалия, задержка роста, монголизм и врожденные пороки сердца, частота и степень аномалий были выше в тех случаях, когда пострадавшие матери находились на расстоянии менее 2 км от эпицентра взрыва. Но и в этих случаях не наблюдалось таких резких неврологических нарушений, какие были получены при облучении мышей, что, вероятно, связано с малой выживаемостью таких детей. Эти наблюдения относятся лишь к 6-7-летним детям, а в этом возрасте еще не проявляются многие нарушения, которые могут быть обнаружены только в юношеском и более позднем возрасте.

Согласно данным обзора 1975 г., ежегодное обследование в Хиросиме и Нагасаки 1600 жителей, подвергшихся облучению в пренатальный период, показало, что у лиц, матери которых находились на расстоянии ~2 км от эпицентра, отмечалось некоторое уменьшение объема головы, замедление роста и снижение массы тела. При меньших дозах заметных отклонений в физическом развитии и росте детей не отмечено.

После уточнения индивидуальных доз было установлено, что в Хиросиме тератогенный эффект радиации проявлялся уже в диапазоне доз от 0,1 до 0,2 Гр.

Наибольший риск развития умственных расстройств наблюдается при облучении плода в период от 8 до 15 недель после зачатия.

Следует иметь в виду, что облучение эмбриона в малых дозах может вызвать такие функциональные изменения в клетке, которые невозможно зарегистрировать современными методами исследования, но которые способствуют развитию болезненного процесса через много лет после облучения. Следовательно, все отдаленные последствия облучения эмбриона могут быть выражены в большей степени, нежели при облучении взрослого организма. Так, например, согласно данным статистического анализа (Стьюарт А. и др., 1956), частота лейкемий у потомства матерей, подвергавшихся рентгеновскому облучению во время беременности, приблизительно удваивается.

Облучение эмбриона в первые 26 недель  при дозе > 0,1 Гр чревато рождением неполноценных детей, в связи с чем подобная ситуация может служить основанием для аборта по медицинским показаниям.

Заслуживают внимания сведения о последствиях облучения матерей во второй половине беременности. К ним относятся данные о повышенной заболеваемости и смертности таких детей в Нагасаки, а также сообщения об аномалиях развития, наблюдавшихся при рентгенотерапевтических процедурах, проводимых на разных сроках беременности матерей. Так, в сводке, охватывающей 168 подобных случаев (Раф Р., 1962), утверждается, что облучение эмбриона человека в период первых двух месяцев ведет к 100%-му поражению, в период от 3 до 5 месяцев – к 64, в период от 6 до 10 месяцев – к 23% поражения эмбрионов. Эти данные следует, конечно, иметь в виду, но их ценность для надежных выводов относительно облучения эмбриона и плода человека ограничена отсутствием точных дозиметрических параметров.

Исключительная особенность эмбриона определяется наличием большого числа недифференцированных первичных клеток, направленных на компенсацию клеточных утрат, благодаря чему облученный организм продолжает развиваться как целое, хотя неминуемым следствием облучения является возникновение состояния недостаточности (неполноценности), переносимость которой организмом зависит от степени замещения пораженных клеток клетками, остававшимися недифференцированными.

Исход поражения эмбриона, таким образом, выражается неким равновесием между начальным эффектом облучения и способностью «организма как целого» восстановить от поражения отдельные его части, регенерирующие посредством вновь ориентированных жизнеспособных первичных клеток.

Независимо от деталей механизма радиоэмбриологического эффекта последствия облучения эмбриона или плода таковы, что неизбежно приводят к выводу о необходимости любой ценой предотвращать лучевые воздействия в этом периоде. Пороговая доза излучения, вызывающая аномалию плода человека, пока не установлена, но облучение в дозе 0,05 Гр повышает частоту резорбции оплодотворенного яйца у мыши на очень ранней стадии (перед стадией дробления).

Есть основания полагать, что даже диагностические облучения беременных женщин (при дозах 0,001-0,2 Гр) могут вызвать значительные уродства, особенно если это происходит в период раннего онтогенеза.

Как полагает Д. Висли (1960), по крайней мере 96% всех смертей, вызванных врожденными уродствами, могут обусловливаться радиационным фоном, а наблюдавшееся в США с 30-х по 60-е годы прошлого века увеличение уродств на 60% явилось, по его мнению, результатом непродуманного медицинского применения рентгеновского излучения.

Кроме того, очень важной проблемой, влияющей на оценку результатов облучения в период эмбриогенеза, является изучение частоты и момента возникновения отдаленных последствий облучения. Например, если развитие видимой картины рака у человека происходит через 15-30 лет после облучения, то будет ли так же продолжителен латентный период, если облучению подвергается эмбрион или плод? Дополнительно к уже приведенным выше примерам, демонстрирующим серьезность этой проблемы, можно добавить следующее. Проведенный  Р. Моулом (1974) ретроспективный анализ опубликованных материалов об опухолях у детей выявил повышенную частоту лейкемии и злокачественных опухолей у детей, рожденных от матерей, прошедших радиографические обследования, в 10% случаев это были одиночные плоды, а в
55% – близнецы. Множественность наблюдавшихся лейкемий и солидных опухолей дает основание автору для уверенного заключения о причинно-следственной связи между этими заболеваниями и облучением плода.

По данным А. Стьюарта (1973), в первые 10 лет жизни у 15 млн одиночных детей и 350 тыс. близнецов, подвергшихся облучению во внутриутробном состоянии, относительный риск заболевания лейкемией или солидными опухолями возрастает в 1,5 раза для одиночных детей и соответственно в 2,2 и 1,6 раза для близнецов.

Суммируя все имеющиеся данные, в последнем обзоре 1997 г. Долл и Векфорд пришли к следующему заключению. Облучение in utero в малых дозах, особенно в последний триместр, увеличивает риск детского рака (регистрируемого в первые 10-15 лет жизни). Уже при дозе около 0,01 Гр (1 рад) риск детского рака увеличивается на 40% выше спонтанного уровня. Увеличение абсолютного риска при этом составляет около 6% на 1 Гр, что не сильно отличается от риска выживших после бомбардировки взрослых японцев.

При облучении зачатков половых органов у эмбрионов на ранней стадии развития можно ожидать иных последствий, чем при облучении гонад взрослого организма, хотя бы из-за различия радиочувствительности их половых клеток. Кроме того, изменения в небольшом числе таких зачаточных половых клеток эмбриона окажут гораздо больший эффект, так как они являются предшественниками огромного числа клеток эпителия половых желез взрослого человека, следовательно, любое воздействие излучения на первичную зародышевую клетку эмбриона передается всем клеткам ее последующих поколений.

Все изложенное дает основание для подтверждения справедливости раннего (1962) высказывания одного из основоположников радиационной эмбриологии Р. Рафа: «...ионизирующее излучение является и будет оставаться в будущем важнейшим орудием в деле расцвета цивилизации, как это уже было показано в медицине, в других областях науки и техники. Средняя продолжительность жизни человека увеличилась в значительной степени благодаря развитию радиологии. Тем не менее задача каждого радиоэмбриолога – подчеркивать, что эмбрион крайне радиочувствителен и что облучение его может вызвать далеко идущие последствия». Демонстрацией справедливости, высказанной Р. Рафом 40 лет назад точки зрения, является остающееся без изменений заключение НКДАР-84 о том, что радиочувствительность плода по индукции отдаленных последствий облучения в 10-300 раз больше по сравнению с взрослым организмом.

Таким образом, можно сделать заключение, что:

–  организм эмбриона и плода обладает крайне высокой радиочувствительностью. Облучение в этот период даже в незначительных дозах (> 0,1 Гр) вызывает тератогенные эффекты в виде различных пороков развития, задержки умственного развития и уродств;

–  вероятность появления конкретных тератогенных эффектов зависит от того, на какой стадии эмбрионального развития произошло облучение, а число и тяжесть эффектов – от дозы;

–  наиболее чувствительным периодом является период от 8 до 15 нед. после зачатия;

–  эмбриогенные эффекты облучения в основном являются следствием прямого воздействия, на опосредованное действие радиации через организм матери приходится не более 5%;

–  облучение эмбриона даже в малых дозах в 1,5-2 раза увеличивает спонтанный уровень детского (в первые 10-15 лет жизни) рака;

–  диагностическое применение ионизирующих излучений в период беременности должно производиться только в исключительных случаях по строгим медицинским показаниям, учитывающим вероятность развития тератогенных эффектов.

Предыдущая