Ефекти на ткива. Зреле ћелије које се не деле су релативно радиорезистентне, али ћелије које се деле у ткиву су радиосензитивне и могу бити убијене у довољном броју интензивним зрачењем да изазове атрофију ткива (слика 5). Брзина такве атрофије зависи од динамике популације ћелија унутар захваћеног ткива; то јест, у органима које карактерише спор промет ћелија, као што су јетра и васкуларни ендотел, процес је типично много спорији него у органима које карактерише брзи промет ћелија, као што су коштана срж, епидермис и цревна слузокожа (ИЦРП 1984). Штавише, вреди напоменути да ако је запремина озраченог ткива довољно мала, или ако се доза акумулира довољно постепено, тежина повреде може бити знатно смањена компензаторном пролиферацијом преживелих ћелија.

Слика 5. Карактеристичан редослед догађаја у патогенези нестохастичких ефеката јонизујућег зрачења

Клиничке манифестације повреде

Врсте ефеката. Ефекти зрачења обухватају широк спектар реакција, које се значајно разликују у односу доза-одговор, клиничким манифестацијама, времену и прогнози (Меттлер и Уптон 1995). Ефекти се често деле, ради погодности, у две широке категорије: (1) наследни ефекте, који су изражени код потомака изложених појединаца, и (2) соматски ефекти, који су изражени код самих изложених појединаца. Ово последње укључује акутне ефекте, који се јављају релативно брзо након зрачења, као и касне (или хроничне) ефекте, као што је рак, који се могу појавити тек месецима, годинама или деценијама касније.

Акутни ефекти. Акутни ефекти зрачења углавном су резултат исцрпљивања прогениторних ћелија у захваћеним ткивима (слика 5) и могу се изазвати само дозама које су довољно велике да убију многе такве ћелије (на пример, табела 2). Из тог разлога, такви ефекти се посматрају као нестохастичан, Или детерминистички, у природи (ИЦРП 1984. и 1991.), за разлику од мутагених и канцерогених ефеката зрачења, који се посматрају као стохастички феномени који су резултат насумичних молекуларних промена у појединачним ћелијама које се повећавају као линеарне функције дозе без прага (НАС 1990; ИЦРП 1991).

Табела 2. Приближне граничне дозе конвенционално фракционисаног терапеутског рендгенског зрачења за клинички штетне нестохастичке ефекте у различитим ткивима

* Доза која изазива ефекат код 1-5 одсто изложених особа.

Извор: Рубин и Казарет 1972.

Акутне повреде типова које су преовлађивале код пионирских радника радијације и пацијената у раној радиотерапији су у великој мери елиминисане побољшањима безбедносних мера предострожности и метода лечења. Ипак, већина пацијената који се данас лече зрачењем и даље доживљавају неку повреду нормалног ткива које је озрачено. Поред тога, и даље се дешавају озбиљне радијацијске незгоде. На пример, око 285 несрећа нуклеарних реактора (искључујући несрећу у Чернобиљу) пријављено је у различитим земљама између 1945. и 1987. године, при чему је озрачено више од 1,350 особа, од којих 33 фатално (Лусхбаугх, Фри анд Рицкс 1987). Сама несрећа у Чернобиљу ослободила је довољно радиоактивног материјала да захтева евакуацију десетина хиљада људи и домаћих животиња из околине, а изазвала је радијациону болест и опекотине код више од 200 припадника хитне помоћи и ватрогасаца, при чему је 31 смртно повређен (УНСЦЕАР 1988. ). Дугорочни здравствени ефекти испуштеног радиоактивног материјала не могу се са сигурношћу предвидети, али процене резултирајућих ризика од канцерогених ефеката, засноване на моделима инциденције дозе без прага (о којима се говори у наставку), имплицирају да до 30,000 додатних смртних случајева од рака може доћи у становништво северне хемисфере током наредних 70 година као резултат несреће, иако је вероватно да ће додатни канцери у било којој земљи бити премали да би се могли епидемиолошки открити (УСДОЕ 1987).

Мање катастрофалне, али далеко бројније од хаварија на реакторима биле су несреће са медицинским и индустријским изворима гама зрака, које су такође проузроковале повреде и губитак живота. На пример, непрописно одлагање извора радиотерапије цезијум-137 у Гојанији, Бразил, 1987. године, резултирало је зрачењем десетина несуђених жртава, од којих четири смртно (УНСЦЕАР 1993).

Свеобухватна дискусија о повредама радијацијом је ван оквира овог прегледа, али су акутне реакције радиоосетљивијих ткива од широког интереса и стога су укратко описане у наредним одељцима.

Кожа. Ћелије у заметном слоју епидермиса су високо осетљиве на радиоактивност. Као резултат тога, брзо излагање коже дози од 6 Св или више изазива еритем (црвенило) на изложеном подручју, који се јавља у року од једног дана, обично траје неколико сати, а након две до четири недеље следи један или више таласа дубљег и дужег еритема, као и епилацијом (губитак косе). Ако доза прелази 10 до 20 Св, у року од две до четири недеље могу да настану пликови, некроза и улцерација, праћена фиброзом дермиса и васкулатуре, што може довести до атрофије и другог таласа улцерације месецима или годинама касније (ИЦРП 1984. ).

Коштана срж и лимфоидно ткиво. Лимфоцити су такође високо радиосензитивни; доза од 2 до 3 Св која се брзо испоручује целом телу може убити довољно њих да смањи број периферних лимфоцита и ослаби имуни одговор у року од неколико сати (УНСЦЕАР 1988). Хемопоетске ћелије у коштаној сржи су слично радиосензитивне и довољно су исцрпљене упоредивом дозом да изазову гранулоцитопенија и тромбоцитопенија у року од три до пет недеља. Такво смањење броја гранулоцита и тромбоцита може бити довољно озбиљно након веће дозе да доведе до крварења или фаталне инфекције (табела 3).

Табела 3. Главни облици и карактеристике акутног радијационог синдрома

Извор: УНСЦЕАР 1988.

Црева. Матичне ћелије у епителу који облаже танко црево су такође изузетно радиосензитивне, акутна изложеност 10 Св, што доводи до смањења њиховог броја у довољној мери да проузрокује да се цревне ресице које се налазе изнад њих оголе у ​​року од неколико дана (ИЦРП 1984; УНСЦЕАР 1988). Денудација велике површине слузокоже може резултирати фулминирајућим, брзо фаталним синдромом налик дизентерији (табела 3).

Гонаде. Зрели сперматозоиди могу да преживе велике дозе (100 Св), али сперматогоније су толико радиосензитивне да је само 0.15 Св достављених брзо у оба тестиса довољно да изазове олигоспермију, а доза од 2 до 4 Св може изазвати трајни стерилитет. Ооцити су, такође, радиосензитивне, доза од 1.5 до 2.0 Св се брзо испоручује у оба јајника изазивајући привремени стерилитет, а већа доза, трајни стерилитет, у зависности од старости жене у време излагања (ИЦРП 1984).

Респираторног тракта. Плућа нису високо радиосензитивна, али брзо излагање дози од 6 до 10 Св може изазвати развој акутног пнеумонитиса на изложеном подручју у року од једног до три месеца. Ако је захваћен велики волумен плућног ткива, процес може довести до респираторне инсуфицијенције у року од неколико недеља, или може довести до плућне фиброзе и цор пулмонале месецима или годинама касније (ИЦРП 1984; УНСЦЕАР 1988).

Сочиво ока. Ћелије предњег епитела сочива, које настављају да се деле током живота, релативно су радиосензитивне. Као резултат тога, брзо излагање сочива дози већој од 1 Св може у року од неколико месеци довести до стварања микроскопске постериорне поларне непрозирности; и 2 до 3 Св примљене у једном кратком излагању—или 5.5 до 14 Св акумулираних током периода од месеци—могу да доведу до катаракте која слаби вид (ИЦРП 1984).

Остала ткива. У поређењу са претходно наведеним ткивима, друга ткива тела су генерално знатно мање радиосензитивна (на пример, табела 2); међутим, ембрион представља значајан изузетак, као што је објашњено у наставку. Такође је вредна пажње чињеница да је радиосензитивност сваког ткива повећана када је оно у стању брзог раста (ИЦРП 1984).

Повреда зрачења целог тела. Брзо излагање већег дела тела дози већој од 1 Ги може изазвати акутни радијациони синдром. Овај синдром укључује: (1) почетну продромалну фазу, коју карактеришу малаксалост, анорексија, мучнина и повраћање, (2) латентни период који следи, (3) другу (главну) фазу болести и (4) коначно, или опоравак или смрт (табела 3). Главна фаза болести обично има један од следећих облика, у зависности од преовлађујућег локуса радијацијске повреде: (1) хематолошки, (2) гастро-интестинални, (3) церебрални или (4) плућни (табела 3).

Локализована радијациона повреда. За разлику од клиничких манифестација акутне радијацијске повреде целог тела, које су обично драматичне и брзе, реакција на оштро локализовано зрачење, било из спољашњег извора зрачења или из интерно депонованог радионуклида, има тенденцију да се развија споро и да производи мало симптома или знакова. осим ако су запремина озраченог ткива и/или доза релативно велики (на пример, табела 3).

Ефекти радионуклида. Неки радионуклиди - на пример, трицијум (³Х), угљеник-14 (¹⁴Ц) и цезијум-137 (¹³⁷Цс) - имају тенденцију да се системски дистрибуирају и зраче тело у целини, док се други радионуклиди карактеристично преузимају и концентришу у одређеним органима, стварајући повреде које су одговарајуће локализоване. Радијум (Ра) и стронцијум-90
(⁹⁰Ср), на пример, депонују се претежно у костима и на тај начин првенствено повређују скелетна ткива, док се радиоактивни јод концентрише у штитној жлезди, примарном месту било које настале повреде (Станнард 1988; Меттлер и Уптон 1995).

Карциногени ефекти

Опште карактеристике. Карциногеност јонизујућег зрачења, која се први пут манифестовала почетком овог века појавом карцинома коже и леукемије код пионирских радника на зрачењу (Уптон 1986), од тада је опширно документована ексцесима многих типова неоплазми у зависности од дозе код сликара са радијумским бројчаницима, подземни рудари тврдог камена, преживели од атомске бомбе, пацијенти на радиотерапији и експериментално озрачене лабораторијске животиње (Уптон 1986; НАС 1990).

За бенигне и малигне израслине изазване зрачењем карактеристично је да су потребне године или деценије да се појаве и не испољавају никакве познате карактеристике по којима се могу разликовати од оних произведених другим узроцима. Штавише, уз неколико изузетака, њихова индукција је детектована тек након релативно великих доза еквивалената (0.5 Св), и варирала је у зависности од врсте неоплазме, као и од старости и пола изложених (НАС 1990).

Механизми. Молекуларни механизми радијационе карциногенезе тек треба да се разјасне до детаља, али код лабораторијских животиња и култивисаних ћелија примећено је да канцерогени ефекти зрачења укључују иницирајуће ефекте, промотивне ефекте и ефекте на прогресију неоплазије, у зависности од експерименталних услова у питање (НАС 1990). Чини се да ефекти такође укључују активацију онкогена и/или инактивацију или губитак тумор-супресорских гена у многим, ако не и свим случајевима. Поред тога, канцерогени ефекти радијације подсећају на оне хемијских канцерогена јер се на сличан начин могу модификовати хормонима, нутритивним варијаблама и другим модификујућим факторима (НАС 1990). Штавише, вреди напоменути да ефекти зрачења могу бити адитивни, синергистички или међусобно антагонистички са ефектима хемијских канцерогена, у зависности од специфичних хемикалија и услова изложености у питању (УНСЦЕАР 1982 и 1986).

Однос дозе и ефекта. Постојећи подаци нису довољни да недвосмислено опишу однос дозе и инциденције за било коју врсту неоплазме или да дефинишу колико дуго након зрачења ризик од раста може остати повишен у изложеној популацији. Стога се сви ризици који се могу приписати ниском нивоу зрачења могу проценити само екстраполацијом, на основу модела који укључују претпоставке о таквим параметрима (НАС 1990). Од различитих модела доза-ефекат који су коришћени за процену ризика од зрачења ниског нивоа, онај за који је оцењено да најбоље одговара доступним подацима је следећег облика:

где R₀ означава позадински ризик од смрти од специфичне врсте рака, D доза зрачења, ф(Д) функција дозе која је линеарно-квадратна за леукемију и линеарна за неке друге врсте рака, и г(б) је функција ризика која зависи од других параметара, као што су пол, старост у тренутку излагања и време након излагања (НАС 1990).

Модели без прага овог типа примењени су на епидемиолошке податке од преживелих од атомске бомбе Јапана и других озрачених популација да би се извукле процене животних ризика од различитих облика рака изазваног зрачењем (на пример, табела 4). Међутим, такве процене морају се тумачити са опрезом у покушају да се предвиди ризик од рака који се може приписати малим дозама или дозама које се акумулирају недељама, месецима или годинама, пошто су експерименти са лабораторијским животињама показали канцерогену моћ рендгенских и гама зрака да се смањи чак за ред величине када се експозиција јако продужи. У ствари, као што је наглашено на другим местима (НАС 1990), доступни подаци не искључују могућност да постоји праг у распону еквивалентне дозе милисиверта (мСв), испод којег зрачење можда нема канцерогеност.

Табела 4. Процењени животни ризици од рака који се могу приписати брзом зрачењу од 0.1 Св

* Процентуално повећање „позадинског“ очекивања за неозрачену популацију.

Извор: ИЦРП 1991.

Такође је вредно приметити да су табеларне процене засноване на просецима становништва и нису нужно применљиве ни на једног појединца; то јест, осетљивост на одређене врсте карцинома (на пример, карцином штитне жлезде и дојке) је знатно већа код деце него код одраслих, а осетљивост на одређене врсте рака је такође повећана у вези са неким наследним поремећајима, као што су ретинобластом и невоидни тумор. синдром карцинома базалних ћелија (УНСЦЕАР 1988, 1994; НАС 1990). Без обзира на такве разлике у осетљивости, процене засноване на популацији су предложене за употребу у случајевима компензације као основа за процену вероватноће да је рак који се појавио код претходно озрачених особа могао бити узрокован изложеношћу у питању (НИХ 1985).

Процена ризика од ниске дозе. Епидемиолошке студије да би се утврдило да ли ризици од рака услед изложености зрачењу на ниском нивоу заиста варирају са дозом на начин предвиђен горњим проценама, до сада су биле неуверљиве. Популације које живе у областима са повишеним природним нивоима позадинског зрачења не показују дефинитивно повећање стопе рака које се може приписати (НАС 1990; УНСЦЕАР 1994); насупрот томе, неколико студија је чак сугерисало инверзну везу између нивоа позадинског зрачења и стопе рака, што су неки посматрачи протумачили као доказ за постојање корисних (или хорметичких) ефеката ниског нивоа зрачења, у складу са адаптивним одговорима одређених ћелијских система (УНСЦЕАР 1994). Инверзни однос је од сумњивог значаја, међутим, пошто није опстао након контроле ефеката збуњујућих варијабли (НАС 1990). Исто тако, код данашњих радника на радијацији – осим за одређене групе рудара подземних камених стијена (НАС 1994; Лубин, Боице и Едлинг 1994) – стопе рака осим леукемије више нису детектоване (УНСЦЕАР 1994), захваљујући напретку у заштити од зрачења; штавише, стопе леукемије код таквих радника су у складу са проценама датим изнад (ИАРЦ 1994). Укратко, стога, подаци који су тренутно доступни су у складу са проценама датим изнад (табела 4), што имплицира да се мање од 3% карцинома у општој популацији може приписати природном позадинском зрачењу (НАС 1990; ИАРЦ 1994), иако до 10% карцинома плућа може се приписати радону у затвореном простору (НАС 1990; Лубин, Боице и Едлинг 1994).

Уочено је да високи нивои радиоактивних падавина из теста термонуклеарног оружја на Бикинију 1954. узрокују повећање учесталости карцинома штитне жлезде зависно од дозе код становника Маршал Острва који су у детињству примали велике дозе штитне жлезде (Роббинс и Адамс 1989). Слично томе, пријављено је да деца која живе у областима Белорусије и Украјине загађеним радионуклидима ослобођеним од несреће у Чернобиљу показују повећану инциденцу рака штитасте жлезде (Присиазхуик, Пјатак и Бузанов 1991; Касаков, Демидцхик и Астахова 1992), али налази су у супротности са онима из Међународног пројекта Чернобил, који није пронашао вишак бенигних или малигних чворова на штитној жлезди код деце која живе у јаче контаминираним подручјима око Чернобила (Меттлер, Виллиамсон и Роиал 1992). Остаје да се утврди основ за неслагање и да ли су пријављени ексцеси можда резултат само појачаног надзора. С тим у вези, важно је напоменути да су деца из југозападне Јуте и Неваде која су била изложена последицама нуклеарних тестова у Невади током 1950-их, показала пораст учесталости било које врсте рака штитасте жлезде (Кербер ет ал. 1993), а чини се да је преваленција акутне леукемије била повишена код такве деце која су умирала између 1952. и 1957. године, периода највеће изложености падавинама (Стевенс ет ал. 1990).

Такође је сугерисана могућност да је вишак леукемије међу децом која бораве у близини нуклеарних електрана у Уједињеном Краљевству можда изазван радиоактивношћу ослобођеном из биљака. Међутим, процењује се да су испуштања повећала укупну дозу зрачења код такве деце за мање од 2%, из чега се закључује да су друга објашњења вероватнија (Долл, Еванс и Дарби 1994). Неефикасна етиологија за уочене кластере леукемије имплицира постојање упоредивих ексцеса леукемије у детињству на локацијама у Великој Британији које немају нуклеарна постројења, али иначе подсећају на нуклеарне локације јер су у последње време доживеле сличан велики прилив становништва (Кинлен 1988; Долл , Еванс и Дарби 1994). Друга хипотеза – наиме, да су леукемије у питању можда биле узроковане професионалним зрачењем очева оболеле деце – такође је сугерисана резултатима студије контроле случаја (Гарднер ет ал. 1990), али ова хипотеза је генерално снижене из разлога који су разматрани у одељку који следи.

Херитабле Еффецтс

Наследни ефекти зрачења, иако су добро документовани у другим организмима, тек треба да се уоче код људи. На пример, интензивна студија више од 76,000 деце преживелих од јапанске атомске бомбе, спроведена током четири деценије, није успела да открије било какве наследне ефекте радијације у овој популацији, мерено нежељеним исходима трудноће, неонаталним смртима, малигнитетима, уравнотеженим хромозомска преуређивања, анеуплоидија полних хромозома, промене фенотипова протеина серума или еритроцита, промене у односу полова или поремећаји у расту и развоју (Неел, Сцхулл и Ава 1990). Сходно томе, процене ризика од наследних ефеката зрачења морају се у великој мери ослањати на екстраполацију налаза код лабораторијских мишева и других експерименталних животиња (НАС 1990; УНСЦЕАР 1993).

Из доступних експерименталних и епидемиолошких података, закључује се да доза потребна за удвостручење стопе наследних мутација у људским заметним ћелијама мора бити најмање 1.0 Св (НАС 1990; УНСЦЕАР 1993). На основу тога, процењује се да се мање од 1% свих генетски условљених болести у људској популацији може приписати природном позадинском зрачењу (табела 5).

Табела 5. Процењене учесталости наследних поремећаја који се могу приписати природном позадинском јонизујућем зрачењу

¹ Еквивалентно » 1 мСв годишње, или » 30 мСв по генерацији (30 година).

² Заокружене вредности.

³ После стотина генерација, додавање неповољних мутација изазваних зрачењем на крају постаје уравнотежено њиховим губитком из популације, што резултира генетском "равнотежом".

⁴ Недостају квантитативне процене ризика због неизвесности у вези са мутационом компонентом назначене болести.

Извор: Национални истраживачки савет 1990.

Хипотеза да је вишак леукемије и нон-Ходгкиновог лимфома код младих људи који живе у селу Сеасцале резултат наследних онкогених ефеката изазваних професионалним зрачењем очева деце у нуклеарној инсталацији Селлафиелд, сугерисана је резултатима случаја- контролна студија (Гарднер ет ал. 1990), као што је горе наведено. Међутим, аргументи против ове хипотезе су:

1. недостатак било каквог упоредивог вишка у већем броју деце рођене изван Сеасцале од очева који су примили сличне, или чак веће, професионалне дозе у истој нуклеарној електрани (Вакефорд ет ал. 1994а)
2. недостатак сличних ексцеса у француској (Хилл и ЛаПланцхе 1990), канадској (МцЛаугхлин ет ал. 1993) или шкотској (Кинлен, Цларке и Балквилл 1993) деци рођеној од очева са упоредивом професионалном изложеношћу
3. недостатак ексцеса код деце преживелих од атомске бомбе (Иосхимото ет ал. 1990)
4. недостатак ексцеса у америчким окрузима који садрже нуклеарне електране (Јаблон, Хрубец и Боице 1991)
5. чињеница да је учесталост мутација изазваних зрачењем које имплицира тумачење далеко већа од утврђених стопа (Вакефорд ет ал. 1994б).

Све у свему, дакле, доступни подаци не подржавају хипотезу о зрачењу очевих гонада (Долл, Еванс и Дарби 1994; Литтле, Цхарлес и Вакефорд 1995).

Ефекти пренаталног зрачења

Радиосензитивност је релативно висока током пренаталног живота, али ефекти дате дозе значајно варирају, у зависности од развојне фазе ембриона или фетуса у време излагања (УНСЦЕАР 1986). У преимплантационом периоду, ембрион је најподложнији убијању зрачењем, док је у критичним фазама органогенезе подложан индукцији малформација и других поремећаја у развоју (табела 6). Последњи ефекти су драматично илустровани повећањем учесталости тешке менталне ретардације у зависности од дозе (слика 6) и дозно-зависним смањењем резултата ИК теста код преживелих од атомске бомбе који су били изложени између осме и петнаесте недеље (и, у мањој мери, између шеснаесте и двадесет пете недеље) (УНСЦЕАР 1986 и 1993).

Табела 6. Главне развојне абнормалности настале пренаталним зрачењем

* Ове абнормалности су примећене код људи који су били пренатално изложени великим дозама зрачења и стога се условно приписују зрачењу.

Извор: Брилл анд Форготсон 1964.

Такође се чини да је осетљивост на канцерогене ефекте зрачења релативно висока током пренаталног периода, судећи по повезаности између рака у детињству (укључујући леукемију) и пренаталног излагања дијагностичким рендгенским зрацима пријављеним у студијама контроле случајева (НАС 1990). Резултати таквих студија имплицирају да пренатално зрачење може да изазове 4,000% по Св пораст ризика од леукемије и других карцинома у детињству (УНСЦЕАР 1986; НАС 1990), што је далеко веће повећање него што се може приписати постнаталном зрачењу (УНСЦЕАР 1988; НАС 1990). Иако, парадоксално, није забележен никакав вишак рака у детињству код преживелих од атомске бомбе озрачених пренатално (Иосхимото ет ал. 1990), као што је горе наведено, било је премало таквих преживелих да би се искључио вишак ове величине.

Слика 6. Учесталост тешке менталне ретардације у односу на дозу зрачења код пренатално озрачених преживјелих од атомске бомбе    

Резиме и закључци

Штетни ефекти јонизујућег зрачења на људско здравље су веома разнолики, од брзо фаталних повреда до карцинома, урођених мана и наследних поремећаја који се појављују месецима, годинама или деценијама касније. Природа, учесталост и тежина ефеката зависе од квалитета зрачења, као и од дозе и услова излагања. Већина оваквих ефеката захтева релативно висок ниво изложености и стога се сусрећу само код жртава несрећа, пацијената на радиотерапији или других јако озрачених особа. За разлику од тога, претпоставља се да ће се генотоксични и канцерогени ефекти јонизујућег зрачења повећавати у фреквенцији као линеарне функције дозе без прага; стога, иако се постојање прагова за ове ефекте не може искључити, претпоставља се да се њихова учесталост повећава са било којим нивоом изложености. За већину ефеката зрачења, осетљивост изложених ћелија варира у зависности од њихове брзине пролиферације и обрнуто од степена диференцијације, при чему су ембрион и дете које расте посебно осетљиви на повреде.

Назад