Лучевые реакции легких

Лучевые реакции тканей и органов

Легкие являются одной из главных тканей-мишеней, ответственных за развитие лучевой патологии при вды­хании радионуклидов, особенно тех из них, которые, обладая плохой растворимостью, длительно задерживаются в легочной ткани. Ингаляция - один из основных путей поступления радионуклидов внутрь организма. Отложение ингалированных радионуклидов в дыхательных путях зависит от физических и химических свойств веществ, в том числе эффективного аэродинамического диаметра частиц, растворимости газов, аэрозолей и частиц.

Аэрозоли оседают в различных участках дыхательного тракта. Эффективность осаждения их на каждом участке зависит от аэродинамических свойств частиц, анатомии дыхательных путей, геометрических и временных характеристик потока в воздушных путях.

Область осаждения, время удержания частиц на участках осаждения и продолжительность пребывания на путях удаления, физические и хими­ческие свойства частиц и их биологические эффекты определяют эффек­тивную тканевую дозу от ингалированных аэрозолей.

Компактные частицы диаметром более 5 мкм обычно осаждаются в крупных дыхательных путях. Ингалированный воздух, следуя по извилистому пути через нос или рот и далее по разветвляющимся дыхательным путям легких, в каждый момент времени изменяет направление, а инерция частиц стремится удержать их на первоначальном направлении, которое может привести к поверхности дыхательного канала. Наибольшая плотность осаждения ча­стиц обнаруживается в местах раздвоения дыхательных путей или около них.

Гравитационное осаждение (седиментация) - важный механизм осаждения частиц в мелких бронхах, бронхиолах и в альвеолярном пространстве, где воздушные каналы малы и скорость движения воздуха низка. Субмикронные частицы в воздухе подвергаются случайному движе­нию, обусловленному ударами газовых молекул. Это броуновское дви­жение возрастает с уменьшением размера частицы и становится весьма эффективной причиной осаждения частиц. Диффузионное осаждение частиц диаметром меньше 0,5 мкм весьма важно в малых дыхательных путях и альвеолах, а также при раздвоении воздушных каналов.

Важными параметрами дыхания, влияющими на осаждение частиц, являются скорость движения воздуха и его обмениваемый объем. Воз­растание скорости движения воздуха увеличивает инерционное осажде­ние частиц, но вследствие уменьшения общего времени пребывания снижает седиментационное и диффузионное. Чем глубже воздух прохо­дит в легкие и чем дольше там остается, тем сильнее он очищается от ингалированных частиц.

Нос является более эффективным фильтром, чем рот, особенно при низкой и средней скорости потока воздуха. Поэтому у тех людей, которые обычно дышат ртом, в легкие по­ступает больше частиц, чем у тех, кто все время дышит носом. Очень большое количество частиц осаждается внутри носовых дыхательных путей до участка ноздрей, покрытых волосами, здесь частицы удержи­ваются до тех пор, пока не удалятся механически - при сморкании, чихании и пр.

Ингалированные частицы радионуклидов, депонированные в трахеобронхеальной области, быстро удаляются из легких и заглатываются. Частицы, депонированные в альвеолах или в глубоких пространствах легких, могут фагоцитироваться макрофагами и более медленно уда­ляться из легких.

Растворимые радионуклиды абсорбируются в кровь, перемещаются в экстрапульмональные ткани и экскретируются с мочой, или с калом через желчь из печени. По скорости удаления из легких радионуклиды подразделяют на три класса: дневники (класс D), недельники (класс W) и годовики (класс Y). Химическая форма и растовримость радионуклида играют важнцю роль в определении класса ингалируемого радионуклида. Например, высокопрокаленные части­цы РuО₃ относятся к классу Y, а нитрат и хлорид плутония - к клас­су D и W соответственно.

После ингаляции растворимые ра­дионуклиды выводятся из легких в течение нескольких суток вслед­ствие всасывания в кровь. Затем радионуклиды распределяются по органам и тканям, где могут оставаться в течение длительного времени. Нерастворимые радионуклиды могут оставаться в легких в течение многих лет, их выведение происходит с помощью локального растворения или перемещения (возможно, в виде неизмен­ных частиц) в бронхиальные и трахеобронхиальные лимфатические узлы. Концентрация радионуклида в региональных лимфатических узлах может быть во много раз выше, чем в легких. Там частицы радионукли­дов могут образовывать участки с очень высокой локальной мощностью дозы.

Подобно другим видам эпителия, эпителий верхних дыхательных пу­тей легких и альвеол относительно радиорезистентен. Каждый альвеоляр­ный мешочек ограничивается капиллярной сетью и эпителием, который также относительно радиорезистентен. Большинство типов клеток, составляющих легкое, относительно радиорезистентно. Тем не менее легкое как орган обладает радиочувствительностью вследствие его деликатной структуры на уровне обмена газов.

Лучевой пневмонит – это воспалительная реакция лег­ких на действие ионизирующего излучения. Пневмонит влияет на дыхательную функцию, увеличивая барьер для диффузии газов. Выраженность пневмонита зависит от дозы облучения и обнаруживает­ся на протяжении 40-60-200 суток.

После 200 сут острый пневмонит либо излечивается, либо медленно прогрессирует до хронического воспалительного состояния, сопровождающегося развитием фиброза. Конечная стадия лучевого пневмонита или фиброза характеризует­ся увеличенной скоростью дыхания, пониженным потреблением СО₂ и диффузией СО. Пневмонит - реакция воспалительная, в то время как фиброз представляет собой прогрессивное повреждение альвеолярных ка­пилляров с замещением их соединительной тканью.

В публикации 31 МКРЗ перечислены радиационные эффекты, вызванные радиоактивными частицами, осевшими в легких экспериментальных животных. К ним относятся: неопухолевые легочные заболевания, вызванные высокими концентрациями радионуклида; прогрессирующий фиброз легких, возникающий при меньших концентрациях и приводящий к гибели животного из-за развивающейся легочной недостаточности; повреждения легочных лимфатических узлов.

Рак легких или бронхиальный рак - первый рак внутренних органов, который был оценен как последствие воздействия ионизирующего излучения. Канцерогенные эффекты исследованы при ингаля­ции многих радионуклидов.

Результат экспериментальных исследований на животных показали, что опухоли дыхательного тракта развиваются у облученных животных в местах наиболее высоких локальных доз; при облучении радоном и продуктами его распада возникают опухоли назальных синусов и бронхов; чувствительность дыхательного тракта животных к индукции рака может увеличиваться при раздражении органов дыхания.

На основе данных, полученных при исследовании лиц, переживших атом­ную бомбардировку установлено, что латентный период лучевого рака легких человека равен примерно 15 годам. Значительное увеличение опухолей легких наблюдалось у лиц, переживших атомную бомбарди­ровку, при дозах выше 0,15 Гр и при дозах 0,77 - 11,1 Гр у людей, об­лучавшихся по медицинским показаниям.

Модифицирующим фактором индукции рака легких является суммарная доза. При пониже­нии суммарной дозы от 20 до 1 Гр риск рака легких при ингаляции возрастает более чем в 50 раз. Второй модифицирующий фактор - вид излучения. У собак риск ра­ка легких примерно в 10 раз выше при ингаляции α-излучателей, чем при ингаляции β-излучающих радионуклидов. Третий модифицирующий фактор - равномерность распределения дозы на легочную ткань. Важными модифицирующими факторами являются мощность дозы и возраст облучаемого. Риск лучевой индукции рака легких возрастает с увеличением возраста во время облуче­ния. Риск рака легких у переживших атомную бомбардировку лиц, облученных в возрасте 50 лет, в 5 раз выше, чем у людей, облученных в возрасте 20-35 лет. Риск рака легких у шахтеров на единицу дозы так­же растет с увеличением возраста. У шахтеров после 65-летнего возра­ста риск рака на единицу лучевого воздействия примерно в 5 раз выше, чем у шахтеров 35-50-летнего возраста. Дополнительным модифицирующим фактором является курение сигарет.