Можно полагать, что эта реакция имеет двоякое значение для жизнедеятельности организма. С одной стороны, она как бы сосредоточивает клетки на выполнении их специфической деятельности, в той или иной степени необходимой для правильного ответа на действующий раздражитель; не отвлекаясь для митотического деления, клетки, ткани и органы, очевидно, функционируют более полноценно. С другой стороны, реакция торможения митозов как бы заблаговременно мобилизует организм на борьбу с возможной опасностью, переводит его в состояние максимальной устойчивости и сопротивляемости, причем важнейшее значение имеет создание оптимальных условий для деятельности восстановительной системы.
Помимо частоты митозов эффективность работы восстановительного механизма ограничивается еще и размером повреждения. Если в молекуле ДНК одновременно разрываются обе нити, то такой разрыв чаще всего уже не восстанавливается: отсутствует образец, по которому ферменты темновой реактивации осуществляют ресинтез поврежденной полинуклеотидной цепи. Виды излучений, отличающиеся большей величиной линейных потерь энергии, большей плотностью ионизации (нейтроны, протоны, альфа-частицы и более тяжелые многозарядные ядра), вызывают в клетках более грубые повреждения, чаще обусловливают появление двойных разрывов в молекулах ДНК, которые почти не восстанавливаются. В этом одна из причин высокой биологической эффективности подобных излучений, их опасности для живых клеток и организмов.
Итак, лучевое поражение - не мгновенный необратимый процесс, фатально определяющий судьбу облученной клетки в самый момент воздействия. Доказано, что в облученной клетке протекают сложнейшие процессы, усиливающие и ослабляющие тяжесть поражения, борются противоположные силы и влияния. Деятельность общего механизма исправления ошибок, ферментной восстановительной системы в значительной степени определяет исход борьбы, склоняя чашу весов в сторону сохранения жизнеспособности, выживания облученной клетки. Познав детали механизма восстановления, люди научатся управлять им, усиливать защиту от радиации жизненно важных органов, а в ткани опухоли искусственно повышать чувствительность к лучевому лечению. Власть над одним из важнейших механизмов живого позволит использовать его и для разработки более эффективных и быстрых способов выведения новых сортов культурных растений и пород животных, направленного изменения наследственности организмов и лечения наследственных болезней. Так сугубо научные и, казалось бы, далекие от жизни исследования рано или поздно начинают непосредственно служить людям, приносить конкретную пользу.
Глава 3. Организм после облучений
Острая лучевая болезнь
Итак, вызываемые ядерными излучениями сдвиги, нарушения в животном организме, начинаясь на уровне атомов, ионов, радикалов и молекул, постепенно нарастают, усложняются, увеличиваются под влиянием присущих живому организму механизмов усиления первичного эффекта. Конечный, видимый результат этого процесса - лучевая болезнь, острая или хроническая, либо более отдаленные последствия облучения, проявляющиеся на протяжении жизни самого облученного организма или его потомков. Впрочем, весьма нередка возможность сочетания всех указанных последствий облучения.
Попробуем разобраться в тех весьма серьезных нарушениях, которые возникают в организме, подвергшемся действию ядерных излучений.
Комплекс изменений, развивающихся вскоре после воздействия на весь организм значительных доз ионизирующей радиации, называется острой лучевой болезнью. Эта болезнь может быть вызвана при общем облучении организма дозами ионизирующей радиации в пределах примерно 100-1000 р. Меньшее количество излучения не вызывает серьезных нарушений самочувствия и состояния организма. Дозы, превышающие 1000 р., также вызывают тяжелую лучевую болезнь, но вследствие более быстрого развития процесса она называется острейшей, крайне тяжелой, а при дозах выше 10 - 20 тыс. р - молниеносной. Об этих формах лучевого поражения речь будет идти дальше.
Действие указанных доз радиации относится лишь к наиболее высокоразвитым животным организмам - млекопитающим. Вообще же в живой природе существуют чрезвычайно большие различия в чувствительности к действию лучей (так называемой радиочувствительности). Такие мельчайшие одноклеточные существа, как инфузории, почти в тысячу раз устойчивее к облучению, чем млекопитающие, а некоторые водоросли и грибы переносят, не погибая, облучение миллионом рентгенов. Это не значит, однако, что высокоорганизованные существа всегда более чувствительны к радиации, чем просто устроенные организмы. Оказывается, другие представители того же типа грибов погибают при облучении несколькими десятками рентгенов. Таким образом, радиация поражает все живые существа, но для получения одного и того же результата необходимы в разных случаях весьма различные дозы; максимальное различие - порядка миллиона рентгенов. Даже млекопитающие, достаточно близкие по уровню развития, имеют весьма различную чувствительность к радиации, которая зависит от вида животного, его возраста, пола и индивидуальных особенностей.
Каким же образом можно сравнивать чувствительность к действию радиации животных разных видов? Это можно сделать, пользуясь двумя основными показателями. Первый из них - так называемая доза половинной выживаемости, действие которой вызывает гибель половины облученных животных в течение месяца (30 суток) после действия лучей. Иначе такая доза называется полулетальной (полусмертельной) и обозначается для краткости ЛД 50/30. Уже один этот показатель - гибель половины животных, в то время как другие выживают - свидетельствует о существовании больших индивидуальных различий в чувствительности к радиации.
Второй показатель называется минимальной абсолютно летальной дозой радиации. (Это такое наименьшее количество лучей, которое вызывает гибель всех облученных животных данного вида в течение 30 суток после облучения). Обозначение дозы - ЛД 100/30. Естественно, что все дозы радиации, превышающие ЛД 100/30, также вызывают гибель всех облученных животных, но только в более короткий срок. Чем больше доза радиации, тем короче средняя длительность жизни облученных животных.
При минимальной абсолютно летальной дозе радиации средняя продолжительность жизни мышей и крыс- классических объектов экспериментального изучения действия радиации - около 12 суток. Из-за различий в чувствительности животных к излучению ученые нередко несколько увеличивают дозу, так что средняя продолжительность жизни мышей уменьшается до 6 - 10 суток. При дозе излучения примерно 1000 р. средняя продолжительность жизни укорачивается до 3 - 5 суток и сохраняется в этих пределах при дальнейшем увеличении дозы до 10 - 15 тыс. р. Лишь при более высоких дозах срок жизни животных начинает вновь укорачиваться, и при 20 - 30 тыс. р и более смерть животных наступает во время воздействия радиации - непосредственно "под лучом".
Следовательно, средняя продолжительность жизни облученных животных также может быть использована как показатель тяжести лучевого поражения. Пользуясь показателем ЛД 50/30 или чаще ЛД 100/30, можно сравнить биологическую эффективность разных видов ионизирующей радиации, радиочувствительность различные видов животных (табл. 2), возрастов, полов в рамках одного вида и оценить эффективность того или иного метода защиты, профилактики или лечения острой лучевой болезни.
Как же протекает острая лучевая болезнь у млекопитающих и в первую очередь у человека?
Наука располагает многочисленными наблюдениями над людьми, подвергшимися облучению значительными дозами радиации. Часть этих наблюдений относится к тому периоду, когда вредное действие рентгеновских лучей было еще неизвестно. Многочисленные данные получены при лучевом лечении онкологических больных. Наконец, в распоряжении ученых имеются наблюдения и данные опроса жителей Хиросимы и Нагасаки, а также подробные результаты изучения немногочисленных случаев облучения людей при авариях реакторов и т. п. Ниже приведены минимальные смертельные дозы рентгеновских лучей (в рентгенах):
