5 Ионизирующее излучение и химические агенты. Комбинированное воздействие

Ионизирующее излучение – это любое излучение, вызывающее ионизацию среды, т.е. протекание электрических токов в этой среде, в том числе и в организме человека, что часто приводит к разрушению клеток, изменению состава крови, ожогам и другим тяжелым последствиям. Источниками ионизирующих излучений являются радиоактивных элементы и их изотопы, ядерные реакторы, ускорители заряженными частиц и др. рентгеновские установки и высоковольтные источники постоянного тока относятся к источникам рентгеновского излучения [11].

Ионизирующие излучения разделяются на два вида: электромагнитное (гамма-излучение и рентгеновское излучение) и корпускулярное, представляющее собой α- и - частицы, нейтроны и др. По своим свойствам α-частицы обладают малой проникающей способностью и не представляют опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие α- частицы, не попадут внутрь организма через рану, с пищей или вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными. -частицы могут проникать в ткани организма на глубину один – два сантиметра. Большой проникающей способностью обладает - излучение, которое распространяется со скоростью света; его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита [11].

Многочисленные химические вещества, загрязняющие почву, водоемы и воздух, сами являются токсическими агентами или канцерогенами, вызывающими патологические изменения в организме человека или приводящими к возникновению злокачественных опухолей [2], среди которых особенно опасны 200 наименований [4].

Комбинированное действие химических веществ с ионизирующим излучением часто усугубляет патологию, уменьшает латентный период опухолеобразования. В реальной жизни на фоне химических канцерогенов может происходить воздействие ионизирующих излучений. Процесс носит вероятностный характер. Повреждение в ДНК может приводить к различным патологиям, включая неконтролируемое размножение клеток, т.е. их злокачественную трансформацию. Многие загрязнители окружающей среды могут частично нарушать процессы пострадиационного восстановления, тем самым усугубляя действие ионизирующего излучения [2, 4].

Функция воспроизводства, одна из самых важных и наиболее подверженных воздействию вредных факторов среды, была детально изучена Машневой Н.И. (1991) в экспериментах на мышах, которые вместе с облучением подвергались воздействию солей свинца или ртути [13]. Животные ежедневно, начиная с 2–3-месячного возраста, получали с питьевой водой радионуклиды, свинец и ртуть в концентрациях 10^-5 – 10^-2 от ЛД50/30. Суточное поступление на одну мышь составляло для ⁹⁰Sr от 0,1 до 11,7 кБк, для ²¹⁰Ро – от 0,05 до 5,2 кБк. Свинец в виде азотнокислой соли вводили в количестве от 0,03 до 2,8 мг/кг, ртуть в виде двухлористой соли – от 0,0023 до 0,2 мг/кг. Через 1, 3, 6, 9 и 12 месяцев от начала затравки самок спаривали с самцами тех опытных групп, которых подвергали аналогичным воздействиям. Оценку репродуктивной способности осуществляли по способности животных к зачатию, плодовитости, величине и структуре помета, выживаемости и развитию потомства. Полученные результаты [13] указывают на то, что повреждающее действие изученных вредных веществ и их сочетаний на показатели воспроизводства находятся в прямой зависимости от характера и уровня воздействия. Модифицирующий эффект свинца и ртути на радиационные эффекты ⁹⁰Sr и ²¹⁰Po при их сочетанном поступлении в организм обнаружен при добавлении химических агентов на уровне 10^-2 и 10^-3 от ЛД 50/30. Если при изолированном действии ²¹⁰Po или ртути способность к зачатию составляла соответственно 30 и 45% (при 40% в контроле), а плодовитость 2,0 и 3,5 мышат соответственно, то при комбинированном действии факторов эти величины были равны 20% и 1,0±0,2 мышат. Аналогичные закономерности выявлены в опытах со ⁹⁰Sr и свинцом.

Комбинированное воздействие ионизирующего излучения и тяжелых металлов влияет на репродуктивную функцию не только самок, но и самцов, как следует из работы Н.Ф. Иваницкой (1991), в которой проведено комплексное изучение суммарного биологического действия γ-облучения и дихлорида ртути на крыс-самцов [7]. В этой работе тотальное γ-облучение (⁶⁰Со) в дозе 0,06 Гр/сут проводили ежедневно при мощности дозы 0,62 сГр/с, соль ртути с водой вводили в желудок животных также ежедневно в течение месяца в концентрации 10^-2 от ЛД 50/30. Кроме данной группы животных в эксперименте участвовали еще две группы крыс-самцов, на которых проводили отдельные воздействия (облучение и введение соли ртути), а также контрольная группа (введение в желудок воды). Полученные результаты показали, что сочетанное действие на организм малых доз ионизирующего излучения и ртути снижает количество РНК в семенниках, нарушает соотношение ДНК в семенниках и крови, вызывая эффект, по величине превышающий аддитивный.

Комбинированное действие пестицидов и ⁹⁰Sr на лимфоидную ткань лабораторных животных исследовано в работе [8]. Препараты хлорофос и линдан поступали в организм белых крыс-самцов в составе рациона в дозе 10 мг/крысу/сутки (0,1 от ЛД50) и 0,2 мг/крысу/сутки (0,01 от ЛД50) соответственно. Одновременно с пестицидами в организм с крупой вводили ⁹⁰Sr в концентрации 37 мкКи/крысу/сутки. В эксперименте исследовали группы крыс, подвергавшиеся как сочетанному, так и раздельному действию ⁹⁰Sr и пестицидов. Было показано, что во всех исследованных органах при комбинированном воздействии проявляется большая интенсивность снижения количества лимфоцитов, чем при раздельном действии. Если через 3 месяца от начала опыта в тимусе крыс, получивших ⁹⁰Sr или линдан, содержание лимфоцитов было соответственно 83% и 95%, то в условиях одновременного применения этих препаратов – 69% от контроля. Эти результаты указывают на синергическое взаимодействие. Количественный анализ эффектов отдельного действия 90Sr и хлорофоса, а также их комбинации на количество лимфоцитов в селезенке крыс через 12 месяцев после начала эксперимента показывает, что происходит простое суммирование поражающего действия факторов при их совместном применении.

К числу наиболее распространенных промышленных и бытовых ядов относится окись углерода (СО). Некоторые исследования [17] свидетельствуют о том, что отравление СО ослабляет поражающее действие ионизирующего излучения, уменьшает смертность облученных животных. Например, выживаемость белых мышей, дышавших несколько минут чистой СО непосредственно перед рентгеновским облучением в дозе 8 Гр, повышалась на 40-70% . Интересно, что защитное действие СО проявляется в определенной концентрации и при определенной дозе ионизирующего излучения. В зависимости от концентрации СО и дозы ионизирующего излучения были получены антагонистическое, аддитивное и синергическое взаимодействие повреждений, индуцированных обоими агентами. Конечный эффект определялся соотношением доз радиации, концентрации яда и продолжительности его действия [17].

Широкое применение в промышленности находит ацетон в качестве растворителя исходного сырья для химического синтеза, для производства синтетических материалов. В опытах на мышах ацетон вводили ингаляционно [17]. В диапазоне доз 2 – 6 Гр и концентраций ацетона 0 – 68 мг/л отмечается усиление поражающего действия изучаемых факторов, степень которого зависит от конкретных сочетаний агентов. Так, при комбинированном действии ацетона в концентрации 56 мг/л и рентгеновского облучения в дозе 6 Гр регистрировали 1,5-кратное синергическое усиление эффекта по сравнению с ожидаемым при независимом сложении эффектов от каждого агента [9]. Продемонстрировано наличие максимального синергического взаимодействия при определенном соотношении воздействующих агентов. Любое отклонение «доз» применяемых агентов от оптимального приводило к уменьшению синергизма [9].

Радиомиметики – большая группа химических соединений, объединяемых способностью при воздействии на живые объекты проявлять те или иные признаки радиационного поражения. Представителями радиомиметиков являются органические перекиси, озон, формальдегид и др. В опытах на белых мышах и крысах перекись метилэтилкетона при концентрациях 160–250 мг/кг оказывала выраженное радиосенсибилизирующее действие: при комбинированном воздействии смертность животных возрастала на 30–50%, сокращалась продолжительность жизни выживших животных [12, 17]. Синергическое взаимодействие этой перекиси (70 мг/кг за 24 ч до первого облучения) с рентгеновским излучением (180 кВ, ежедневная доза 5 Гр до суммарной дозы 40 Гр) было продемонстрировано в опытах с лимфосаркомой Плисса на крысах. Хорошо изученным радиомиметиком является формальдегид, который находит широкое применение в химической промышленности, являясь компонентом формальдегидных смол, применяется для получения красок каучука и взрывных веществ. Показано, что радиочувствительность мышей сразу и на протяжении 5 суток после воздействия формальдегида заметно повышается [17].

Яды, вырабатываемые животными, характеризуются разносторонним биологическим действием. Многие авторы [12, 17] отмечали отчетливо выраженное (при введении за 24 ч до облучения) радиозащитное действие пчелиного яда, которое исчезает, если он вводится мышам за 30 мин или непосредственно перед облучением. Интересно, что для реализации радиозащитного эффекта яда важное значение имеет доза облучения. Было изучено [17] радиомодифицирующее действие яда змей (гюрза, эфа и кобра). Весьма сложной оказалась зависимость выживаемости мышей после комбинированного воздействия ионизирующего излучения (⁶⁰Со) и змеиных ядов, введенных мышам за 30 мин до облучения. В зависимости от соотношения доз и типа используемого яда были получены как радиозащитный, так и радиосенсибилизирующий эффект [17]. Интересно отметить, что в определенном диапазоне доз ионизирующего излучения вероятность гибели мышей имела четко выраженный минимум после которого некоторое дальнейшее повышение дозы γ-излучения приводило к увеличению выживаемости мышей. Это означает наличие оптимального соотношения действующих ядов змей и ионизирующего излучения для достижения в этих экспериментах максимального синергизма.

Известно, что некоторые распространенные болезни требуют для своего лечения длительного применения гормонов. Кроме того, гормоны содержатся в косметических средствах, последнее время большая часть женского населения репродуктивного возраста использует гормоны для противозачаточных целей. Это послужило основанием для детальных экспериментальных и эпидемиологических исследований эффектов комбинированного воздействия гормонов и ионизирующего излучения. В одной из работ [23] облучали нейтронами крыс, которым был введен эстроген диэтилстилбестрол (ДЭС). Канцерогенный эффект только облучения был незначителен (3 аденокарциномы у 33 крыс), отдельно ДЭС вызывал существенный канцерогенный эффект (182 опухоли у 25 крыс). Сочетанное воздействие привело к более раннему появлению и значительно большему количеству опухолей (842 на 32 крысы), которое авторы оценивают как синергическое с коэффициентом взаимодействия около 3,6. Более того, даже в случае неодновременного действия факторов (введение гормона за 2 дня до облучения, либо через 50, 100 и 200 дней после него) наблюдался эффект синергизма. При анализе комбинированного действия излучения и эстрогена на крыс эффект синергизма изменялся в зависимости от дозы облучения: коэффициент взаимодействия равнялся 0,4 , 2,0 и 1,6 при дозах, соответственно равных 0,5, 1,5 и 4,5 Гр, что свидетельствует о наличии максимума синергизма в определенном интервале доз.

Испытали эстроген полиэстрадиолфосфат в комбинации с внутренним облучением на мышах [22]. Максимальный выход гипофизарных опухолей при облучении 90Sr, удельная активность которого равнялась 0,925, 1,85 и 7,4 кБк/г, составил 2%, отдельно полиэстрадиол вызывал 10% опухолей. Комбинированное действие обоих факторов приводило к появлению опухоли в 44 и 37% случаев для первой и второй удельной активности соответственно, что дает величину коэффициента синергического взаимодействия 3,7 и 3,1. Эти данные также указывают на существование максимального синергического взаимодействия эстрогена и ионизирующего излучения. Следует также отметить, что при сочетанном взаимодействии уменьшалось время индукции опухоли по сравнению с действием только облучения.

Известно, что предварительное или одновременное с ионизирующим излучением острое воздействие химических веществ, вызывающих в организме развитие той или иной формы гипоксии, приводит к ослаблению тяжести радиационного поражения [1]. При этом регистрируется антагонизм в действии химического и физического факторов. В обширных исследованиях, проведенных в условиях высокогорья, показано, что пониженное парциальное давление кислорода способствует повышению радиорезистентности организма. На основании подобных экспериментов в радиобиологической литературе распространилось убеждение, что гипоксия является одним из способов защиты от лучевого повреждения [1]. Однако это мнение представляется неприемлемым для нервной ткани, поскольку длительная гипоксия оказывает губительное действие на нервную ткань [14]. Тогда следовало ожидать, что действие радиации на фоне хронической гипоксии может только усилить степень поражения. Действительно, было показано [1], что при хроническом действие гипоксии (до 22 суток) и последующем γ-облучении крыс (60Со, 62,5 Гр) регистрировали синергическое взаимодействие этих факторов. Интегральный показатель устойчивости учитывал частоту проявления и продолжительность общего тремора, манежных движений, гиперкинезов и судорог. При этом продемонстрировано, что снижение радиационной устойчивости возрастало с длительностью действия гипоксии, достигая максимальной величины после 15-суточного воздействия гипоксии. Дальнейшее увеличение продолжительности действия гипоксии до 22 суток приводило к некоторому повышению радиоустойчивости, т.е. снижению эффективности синергического взаимодействия этих агентов. Следовательно, взаимодействие хронической гипоксии и последующего облучения носило синергический характер, причем максимальную величину синергизма регистрировали при определенном оптимальном соотношении воздействующих факторов.

Таким образом, проведенный анализ литературных данных по синергическому взаимодействию ионизирующего излучения и химических агентов показывает, что в определенных ситуациях существует максимальное синергическое взаимодействие.