Лучевые реакции костей

Многие радионуклиды из кровяного русла избирательно депони­руются в костях и часто длительно задерживаются в них, вследствие чего костная ткань, а также ткани, заключенные в ней (костный мозг), на­ходящиеся на ее поверхности (эпителий ротовой полости, сосцевидных отростков) или в пределах пробега β-излучения (гипофиз), могут под­вергаться лучевому воздействию.

Кость - высокодифференцированная и специализированная опорная ткань, состоящая из кальцифицированного коллагенового межклеточ­ного матрикса с относительно небольшим количеством клеток. Костные клетки - остеоциты, остеобласты и остеокласты - редко делятся в зре­лой кости и все - радиорезистентны.

Наибольшая радиочувствительность скелета обнаруживается во вре­мя развития плода, так как в этот период осуществляется активная пролиферация остеобластов и хондробластов, особенно во время эмбрионального развития в возрасте 38-85 суток у человека. Относительно малые дозы излучения могут вызвать угнетение роста, изменение размеров и конфигурации головы, анормальность таза и другие изменения. В общем остеобласты более радиорезистентны, чем хондробласты, в результате этого кость может продолжать расти, в то время как разви­тие хряща прекращается. Зрелый же хрящ более радиорезистентен, чем зрелая кость.

Процесс постнатального роста кости радиочувстви­тельный, так как это время пролиферации остеобластов, хондробластов и костномозговых стволовых клеток в губчатой кости.

Многие радионуклиды после отложения в теле, особенно аналоги кальция и актиноиды, являются остеотропными. Радий и стронций распределяются во всем объеме кости, первоначально откладываясь в вы­соких концентрациях в участках новообразования кости с довольно гомогенным распределением.

Скорость накопления радионуклидов в костной ткани существенно различается. Очень быстро, хотя и в небольших количествах, из крови переходит в костную ткань цезий, с меньшей скоростью в ней накапли­ваются стронций, барий, радий, иттрий, плутоний, церий. Максимальная концентрация бария, радия, стронция в костной ткани отмечается в те­чение первых часов опыта, плутония, церия, ниобия, рутения - на 4-8-32-е сутки. Медленное накопление плутония и ниобия в костной ткани коррелирует с длительной циркуляцией этих радионуклидов в крови, а накопление церия - с перераспределением части его из печени в скелет.

Чем медленнее радионуклид проникает в скелет, тем медленнее он выделяется из него. По скорости выделения из скелета в зависимо­сти от валентности элементы располагаются в следующем порядке: Cs (I)> Ba, Ra, Sr (II)> Y, Се (III) Zr и Рu (IV). С увеличением валентно­сти понижается скорость выделения радионуклида из скелета. Исключение представляют элементы с металлоидными свойства­ми (рутений, теллур, сурьма), которые сравнительно быстро выделяют­ся из скелета.

Остеотропные радионуклиды в соответствии с их основным метаболическим поведением подразделяют на две категории: объемные и поверхностнотропные. Щелочноземельные элементы (кальций, стронций, радий) - объемные, распределяющиеся в течение длительного периода времени в минеральной фазе кости путем хими­ческого обмена. Из кровеносного русла они быстро переносятся на до­ступные костные поверхности, затем концентрируются в остеоцитах, участвующих в активной минерализации, и часто оказываются внутри вновь образованной кости. Короткоживущие нуклиды, такие, как ²²⁴Ra, могут в значительной степени распадаться и облучать поверхност­ные ткани до того, как они инкорпорируются в костную матрицу. Плу­тоний и торий - поверхностнотропные остеотропы, аккумулируются на периостальной и эндостальной поверхностях и могут быть затем резорбированы или замурованы в процессе роста или перестройки кости.

Одно из первых изменений, наблюдавшихся в 1924 г. в кости в результате инкорпорации радионуклидов, была «радиевая челюсть» у красильщиц циферблатов. Большие количества ²²⁶Ra и ²²⁸Ra поглоща­лись красильщицами циферблатов при облизывании кисточек, погру­жавшихся в люминесцентную краску, содержавшую радий и торий. У этих индивидуумов наблюдали остеонекроз верхней и нижней челю­стей, патологические переломы костей и образование костных опухолей. Первые случаи остеогенных сарком были описаны в 1925 г. среди 900 женщин-красильщиц циферблатов.

Тяжелая дисплазия кости, приводящая к переломам, особенно длин­ных костей, разрушению позвоночника и выраженные боли в костях связаны с отложением ²²⁶Ra, ²²⁸Ra. Воздействие этих изотопов нелегко распознать у человека. Отмечены следующие повреж­дения, обнаруженные при рутинных радиологических обследованиях и часто безсимптомные: огрубление трабекулярной структуры, локальные участки резорбции кости, пятнистый склероз, мелкие и обширные нару­шения кровоснабжения кости, асептический некроз.

Приблизительно через 20 лет после введения радия в организм в чере­пе обнаруживали характерные разделенные зоны разрежения, наряду с зонами повышенной плотности. Длинные труб­чатые и плоские кости приобретают вид изъеденной молью поверхно­сти. Чтобы отличить радиографические повреждения от старческих изме­нений, содержание ²²⁶Ra в организме должно быть более 0,004 МБк. Микрорадиографическая картина состояния костей у людей-носите­лей ²²⁶Ra такова: большое количество гаверсовых каналов оказывается за­битыми плотнокальцифицированным веществом, лакунарные остеоциты также могут испытывать воздействие радия. Помимо полностью забитых обнаруживается большое число каналов с сильно кальцифицированными пластинками, хотя имеются большие и причудливые полости резорбции.

Задержка роста наблюдалась у 70% детей, которым вводили ²²⁴Ra на 1-5-м году жизни, у 44% - на 6-14-м году и 12% - на 15-20-м году жизни. Аномальный рост костей отмечался у 15% из 204 юношей, скелет которых получил среднюю дозу 11 Гр при введе­нии ²²⁴Ra. В 73% случаев юноши имели наслед­ственную предрасположенность к опухолям. Наблюдалось также разрушение зубов у 15% из 59 человек, которым радио­нуклид вводили в возрасте 16-20 лет, хотя к этому времени зубы бы­ли полностью сформированы. Повреждение, зубов характеризуется погружением их в десну и разрушением коронки.

Хрящ неизбежно облучается при внутрисуставном введении радиоактивных коллоидов, используемых при радиотерапии. При радиотерапии коленного сустава часто используется ⁹⁰Y активностью 110-180 МБк, и доза, полученная оболочкой, находится в пределах 60-80 Гр. Описано два случая разрыва коленного сустава в резуль­тате некроза.

Многочисленные эпидемио­логические данные свидетельствуют о высокой бластомогенной актив­ности ²²⁶Ra и ²²⁴Ra. Опухоли костей составляют 3,2% всех злокачест­венных опухолей, с частотой в возрасте меньше 15 лет 3 на 10⁵ до 0,2 на 10^s в среднем возрасте и затем снова возрастают в пожилом возрасте до юношеской частоты.

С увеличением количества радионуклида, как правило, не только увеличивается частота опухолей, но и укорачивается «латентный» период. Чем выше Тэф, тем у большего количества подопытных животных возникают опухоли. Кроме того, при инкорпорации радионуклидов с коротким Тэф остеосаркомы возникают не только у меньшей части подопытных живот­ных, но и обнаруживаются гораздо позже. При этом и локализация их чаще всего оказывается нетипичной. Более редкое и позднее развитие остеосарком при инкорпорации ра­дионуклидов с коротким Тэф - следствие накопления в костной ткани относительно низких тканевых доз, а создание высоких при однократ­ной инъекции радионуклида невозможно из-за ранней гибели животных, обусловленной высокой мощностью дозы.

Латентный период опухолей изменяется в обратной зависимости от усредненной по времени мощности дозы. Пол и возраст оказывают существенное влияние на частоту возникновения остеосарком. У молодых животных от одной и той же дозы ^l44Ce, ⁹⁰Sr остеосар­комы возникают чаще и раньше, чем у старых и, как правило, являются мультицентрическими, т.е. возникают сразу в нескольких местах.