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.