Материалы для подготовки к семинарским занятиям по дисциплине «радиобиология»
| Вид материала | Материалы для подготовки |
- Семинарским занятиям по дисциплине «История» подготовлены на основании следующей литературы:, 424.64kb.
- Семинарским занятиям по дисциплине «История» подготовлены на основании следующей литературы:, 2410.74kb.
- Семинарским занятиям по дисциплине «История» подготовлены на основании следующей литературы:, 1174.53kb.
- Семинарским занятиям по дисциплине «История» подготовлены на основании следующей литературы:, 569.01kb.
- Семинарским занятиям по дисциплине «История» подготовлены на основании следующей литературы:, 2952.17kb.
- Семинарским занятиям по дисциплине «История» подготовлены на основании следующей литературы:, 1616.25kb.
- Семинарским занятиям по дисциплине «История» подготовлены на основании следующей литературы:, 670.45kb.
- Семинарским занятиям по дисциплине «История» подготовлены на основании следующей литературы:, 366.53kb.
- Семинарским занятиям по дисциплине «История» подготовлены на основании следующей литературы:, 1816.67kb.
- Семинарским занятиям по дисциплине «История» подготовлены на основании следующей литературы:, 571.87kb.
Радиационное воздействие в период до имплантации
Зародыш на первых стадиях внутриутробного развития, в период до имплантации, наиболее радиочувствителен и радиопоражаем. Радиация вызывает нарушение динамики его развития и гибель. Наблюдения на крысах и мышах установили, что зародыши, подвергнутые лучевой травме в дозе 200—300Р и больше в предимплантационном периоде, в большинстве случаев гибнут внутриутробно. В случае применения менее массивных доз радиации часть зародышей все же может выжить и постнатально внешне не проявлять каких-либо отклонений, хотя они бывают ослабленными, чахлыми и меньшими по размеру.
СЛАЙД 4
Радиационные эмбриопатии
Патологические состояния, возникающие в результате воздействия ионизирующей радиации в период эмбриогенеза, когда происходит органогенез, весьма разнообразны. Клиническая картина возникающих эмбриопатий хорошо изучена у некоторых экспериментальных животных - крыс и мышей. Радиационная эмбриопатия характеризуется нарушением развития той или другой системы в зависимости от стадии эмбриогенеза, когда нанесена лучевая травма, а также и от дозы радиации. Наиболее часто встречающиеся эмбриопатии схематично можно разбить на четыре группы: 1) дефекты развития головного мозга; 2) дефекты развития периферического конца зрительного анализатора; 3) дефекты развития скелета; 4) дефекты развития внутренних органов.
Очень часто радиационные эмбриопатии не ограничиваются одной системой, а захватывают несколько. Это объясняется тем, что эмбрион представляет мозаику активно дифференцирующихся клеток, время критических периодов и наибольшей радиочувствительности для зачатков различных органов близки, поэтому радиационпое воздействие может оказать влияние на ряд зачатков одновременно. Это может привести к возникновению врожденных аномалий развития не одной, а нескольких органов и систем одновременно — мозг, глаз, скелет и т. д.
Эмбриопатии, связанные с аномалиями развития головного мозга, возникают при воздействии радиации в период нейрогенеза, т.е. роста и развития нервных клеток. Необходимо отметить, что характер лучевого нейротератогенеза (Тератогенез - формирование уродств, которые могут быть результатом как мутаций, так и ненаследственных изменений в процессе онтогенеза) зависит от возраста, в котором эмбрион подвергался воздействию.
Возникновение уродств при облучении животных в зависимости от времени антенатального развития
По слайдам
Слайд 5. Схематическая картина (по С.Хиксу, 1954) дефектов развития центральной нервной системы (эмбриопатий) у крыс представлена на слайде 5.
1. ДЕФЕКТЫ РАЗВИТИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА И ГЛАЗ
Слайд 7. При облучении на 9-ый день антенатального развития у крыс возможно возникновение анэнцефалии Анэнцефалия - полное или частичное отсутствие костей свода черепа и мозга - дефект внутриутробного развития, не совместимый с жизнью. Верхняя часть головы покрыта сосудистой мембраной. Аналогичная патология возможна и у человека.
Слайд 8. Анэнцефалия у человека является дефектом внутриутробного развития, при котором родившийся ребенок не может прожить более нескольких часов. Часто сопровождается другими дефектами развития нервной системы, такими как расщелина позвоночника. Тесты на наличие у ребенка анэнцефалии могут быть проведены женщине уже на ранних сроках беременности, если кому-либо из членов семьи уже пришлось ранее столкнуться с данным заболеванием. Определяется при УЗИ (ультразвуковом исследовании).
Слайд 9. Грыжа головного мозга (экзенцефалия) у мышей наблюдается чаще всего при облучении эмбриона в возрасте 8,5-9 дней. Мозговая грыжа - выпадение содержимого полости черепа через врожденный дефект кости. Иногда полость грыжи изолируется от содержимого черепа и их соединяет лишь пучок расширенных кровеносных сосудов, заключенных в соединительнотканный тяж, который заполняет костный дефект.
Слайд 10. При облучении на 11-12 день внутриутробного развития у крыс возникали анофтальмия (А) и гидроцефалия (Б). Анофтальмия – это врождённое отсутствие глазного яблока. Гидроцефалия (синоним водянка головного мозга) - увеличение количества спинномозговой жидкости в полости черепа из-за чрезмерной продукции или затруднения оттока. Сопровождается увеличением объема черепа, задержкой развития.
Слайд 11 – проявление анофтальмии у человека.
Слайд 12 – проявление гидроцефалии у человека.
Как уже было сказано, на самых ранних стадиях эмбрион содержит активные фагоциты (фагоциты - защитные клетки животных, способные к фагоцитозу, т.е. процессу активного захватывания и поглощения живых и неживых частиц), способные поглощать и устранять продукты клеточного распада и остатки разрушенных облучением клеток. После их удаления «организм в целом» старается по мере возможности заполнить образующийся дефицит оставшимися недифференцированными и неразрушенными первоначальными клетками, благодаря чему эмбрион в топографическом отношении формируется нормально, но уменьшается весь или уменьшаются отдельные его органы за счет разрушенных облучением клеток. Это приводит к микрофтальмии (слайд 12), микроцефалии, замедлению роста и к другим признакам потери образующихся материалов. В этих случаях эмбрион или новорожденный будет выглядеть внешне нормальным, но несколько меньшей величины. Неполная нормальность может быть обнаружена при цитологическом или гистологическом анализе, поведенческими тестами и по укороченной продолжительности жизни.
Слайд 13 - Две крысы, подвергнутые рентгеновскому облучению в дозе 100Р на 91/2 день после зачатия. А - правый глаз нормальный, левый - микрофтальмия (уменьшение размеров глазного яблока); Б - двусторонняя анофтальмия (отсутствие глазного яблока).
Уродства развития глаз, как и мозговые нарушения встречаются достаточно часто. Отсутствие глазного яблока, уменьшение его размеров, коломба (дефект ткани век или какой-либо внутренней оболочки глазного яблока) наблюдаются у крыс при облучении в возрасте от 9,5 до 13,75 дня , у мышей – 8,5-9,5 дня.
Слайд 14 – Коломба на примере глаз человека
ДЕФЕКТЫ РАЗВИТИЯ СКЕЛЕТА
Слайд 16, слайд 17. Аномалии развития скелета возникают при облучении в близкие к этим сроки антенатального развития. Они проявляются в уменьшении размеров и деформации черепа, в уменьшении или отсутствии хвоста, в деформации хвостовых позвонков, позвоночника, ребер, коротколапости, олигодактилии (слайд 16), нарушении развития зубов (слайд 17).
На слайде 16 – Облучение на 13 день антенатального развития. Олигодактилия у крысы (врожденная недостаточность пальцев). У крысы слева на передней лапке всего лишь три пальца. У нормального животного– четыре.
На слайде 17. Облучение на 13 день антенатального развития - нарушении развития зубов.
Слайд 18. У ягнят аномалии развития конечностей наступают при облучении матери на 4-ой неделе суягности. Известно, что коровы, облученные в дозе 400Р на 27 дне стельности рождают бесхвостых телят, а облученные на 31-32 дне стельности – телят с уродствами скелета конечностей.
ДЕФЕКТЫ РАЗВИТИЯ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ
Разнообразные эмбриопатии наблюдаются со стороны внутренних органов: дефекты развития мочеполовой системы, слияние почек (слайд 19). Отсутствие почки, заращивание мочеиспускательного канала, пороки сердца, заращивание заднепрходного отверстия (слайд 20) и многое другое.
Слайд 20 – рисунок атрезии прямой кишки у собаки. (Атрезия –заращивание естественных отверстий)
Возникновение эмбриопатий (заболевания и повреждения зародыша) радиационного происхождения характерно для действия радиации в период органогенеза (в предплодный период). Следует не забывать, что эмбриопатии это не специфические для воздействия ионизирующей радиации патологические состояния. Они могут возникать и под влиянием других тератогенных факторов, примененных в те же периоды антенатального развития.
ПЛОДНЫЙ ПЕРИОД
Переход радионуклидов от матери к плоду
В потомстве, получаемом от пораженных инкорпорированными радионуклидами животных, наблюдаются более глубокие изменения, чем при внешнем облучении родителей. Дело в том, что мать — носительница радиоактивных изотопов - передает их потомству в период как эмбрионального, так и с молоком в период постэмбрионального развития. При этом с молоком матери потомство получает больше изотопа, чем через плаценту. В результате этого усиливается лучевое повреждение растущего организма.
В организм плода радионуклиды проникают через плаценту. Скорость перехода через плаценту у животных разных видов определяется особенностями ее строения и связана со сроками беременности. У животных (свиньи, лошади), имеющих эпителиохориальный тип контакта, скорость проникновения радиоизотопов значительно ниже, чем у животных с десмохориальной плацентой (жвачные). Это объясняется различной степенью контакта матери и плода, а, следовательно, скоростью обмена кровью между ними.
НАПОМИНАНИЕ: Плацента — орган, осуществляющий связь и обмен веществ между организмом матери и зародышем в период внутриутробного развития. Через плаценту зародыш получает кислород, а также питательные вещества из крови матери, выделяя в неё продукты распада и двуокись углерода. Плацента выполняет и барьерную функцию, активно регулируя поступление различных веществ в зародыш. В плаценте содержатся ферменты, участвующие в обмене веществ зародыша, витамины.
Эпителиохориальные диффузные плаценты характеризуются врастанием ворсинок хориона в маточные железы. У зародышей млекопитающих и человека хорион (наружная оболочка зародышей) снаружи покрыт ворсинками, которые врастают в слизистую оболочку матки, образуя плаценту.
В десмохориальных множественных плацентах (у коров, овец) ворсинки хориона, разрушая эпителии маточных желез, врастают в подлежащую соединительную ткань эндометрия матки. Длинные разветвляющиеся ворсинки хориона расположены в виде скоплений или островков, называют котиледонами.
На различных сроках беременности скорость проникновения радионуклидов у одного и того же животного может меняться в несколько раз. Например, у коз в период с 9-й по 20-ю неделю радиоизотопы натрия проникают в организм плода через плаценту в три-четыре раза быстрее, чем в другие сроки.
Необходимо подчеркнуть, что плод, как уже указывалось, значительно менее радиочувствителен, чем эмбрион, так как большинство тканей и органов уже прошло стадию органогенеза, но все же он более радиочувствителен, чем взрослый организм, поскольку большое количество клеток находится в состоянии митотической активности. Внутриутробная смерть при облучении в плодный период происходит реже, чем в эмбриональный. Нередко у плода, облученного в плодный период, развивается лучевая болезнь, родившийся молодняк медленно растет, плохо развивается. Лучевой синдром у животных проявляется в изменении гематологических показателей, в кровоизлияниях в различных частях тела и в поражении желудочно-кишечного тракта. Врожденный острый лучевой синдром со стороны гематологических показателей характеризуется лейкопенией (лейкоцитопения, уменьшение абсолютного содержания лейкоцитов в периферической крови), а со стороны красной крови часто анемией (малокровие, снижение содержания в эритроцитах гемоглобина).
. Новорожденные животные с острым лучевым синдромом страдают расстройством функций желудочно-кишечного тракта (частые поносы, срыгивание). Отмечается более медленная прибавка в весе, чем у контрольных нормальных животных. У некоторых из них на светлой кожной поверхности можно видеть отдельные точечные геморрагии (петехии). Иногда наблюдаются кровянистые выделения из носа. Степень выраженности врожденного лучевого синдрома зависит от полученной дозы облучения и от периода внутриутробного развития, когда была нанесена лучевая травма.
Одной из основных причин гибели облученных плодов в последний период беременности и новорожденных в первое время жизни является нарушение функции органов кроветворения. При воздействии в период органогенеза врожденный острый лучевой синдром после рождения не возникает совсем или выявляется слабо.
Заболевания центральной нервной системы при облучении в плодный период являются следствием внутриутробных мозговых кровоизлияний и проявляются в нарушениях двигательных функций. Например, у кроликов и крыс часто возникают спастические парезы и параличи одной или обеих задних конечностей. Параличи развиваются постепенно и в течение жизни прогрессируют. Часть экспериментальных животных, облученных в плодный период, страдает спонтанно возникающими эпилептиформными припадками. Припадки наблюдались у крыс, но особенно характерны для щенков. У щенков они отмечены при облучении их на 20-й день внутриутробного развития. У щенков обычно припадки развиваются в возрасте около первого месяца жизни, возникают неожиданно; животное падает набок, появляются судороги, выделяется пена, язык выпадает изо рта. Очень быстро после окончания судорожного припадка животное вновь становилось подвижным и внешне не заметно каких-либо нарушений. С течением времени припадки возникают все чаще, и животные могут погибнуть во время одного из них.
У ряда животных (крыс, кроликов) отмечаются характерные изменения моторики и изменение походки. Крысы приобретают скачущую походку «кенгуру». У кроликов часто выявляются циркулярные движения (движение по кругу), состояние общего оцепенения, упорные, насильственные лизательные движения, они непрерывно лижут стенки клетки, пол и т. д.
Слайд 22. У крыс самцов часто при облучении в плодный период отмечается состояние приапизма. Приапизм – стойкая патологическая эрекция, не связанная с половым возбуждением (слайд 22). Характерно, что такой симптом у животных, облученных в период эмбриогенеза, не наблюдается. При воздействии на 16 — 18-й день внутриутробной жизни он возникает в возрасте полутора-двух месяцев постнатальной жизни. Приапизм иногда вызывает резкое беспокойство животных, они становятся в характерную позу, подогнув голову к животу, а иногда грызут область половых органов и разгрызают даже живот.
Слайды 23, 24, 25. Воздействием ионизирующего излучения в плодный период можно вызвать нарушение функций ряда желез внутренней секреции и в зависимости от этого наблюдать соответствующие врожденные заболевания: появление в помёте гипофизарных карликов. Их возникновения обусловлено тем, что воздействие ионизирующего излучения вызывает повреждение клеток передней доли гипофиза. Эти врожденные карлики, как правило, отстают в весе, который почти не прибавляется в течение 2 — 3 недель. К моменту смерти их вес близок к весу при рождении. Они обычно мало жизнеспособны и погибают от каких-либо случайных инфекций (Слайд 23 –крысёнок, слайд 24 – крольчонок, слайд 25- щенок).
Слайд 26 и 27 При облучении в плодный период у рожденных крыс (18-ый день антенатального периода), начиная с двухмесячного возраста, наблюдается значительное увеличение веса по сравнению с контрольными животными и разница в весе возрастает с увеличением возраста животного (слайд 26 – таблица, слайд 27 – крысы), что ведет к ожирению «лучевых» животных.
Слайд 28. Наблюдая параллельно «лучевых» и контрольных крыс на протяжении длительного срока их жизни, можно отметить, что «лучевые» животные уже в возрасте 1—1,5 года выявляют картину раннего старения и одряхления. Шерсть к этому времени становится редкой, крысы часто лысеют. На коже возникают дистрофические язвы.
ВЛИЯНИЕ НА ПЛОД ВНУТРЕННЕГО ОБЛУЧЕНИЯ
При внутреннем облучении, вызванном инкорпорацией радиоактивных продуктов деления тяжелых ядер, течение беременности и внутриутробное развитие плода определяются степенью лучевого поражения матери. Основной причиной патологии беременности, по-видимому, являются лучевые изменения, вызванные в системе крови матери: подавление костномозгового кроветворения, лейкопения, замедление свертывания крови и т. д., которые приводят к нарушениям материнской и детской плаценты.
При инкорпорации смеси молодых продуктов деления воспроизводительная способность животных нарушается. Глубина нарушения зависит от степени лучевой болезни матери. При острой лучевой болезни тяжелой и средней степени животные часто остаются бесплодными. Степень влияния радиоактивных изотопов йода на течение беременности и развитие зародыша зависит главным образом от стадии эмбриогенеза, ритма и дозы поступления изотопа в организм. Радиоактивные изотопы йода легко проходят через плаценту, причем до начала функционирования щитовидной железы у плода. Распределение изотопов йода в тканях происходит равномерно, но в дальнейшем радиоактивность железы резко возрастает. К моменту рождения концентрация радиоактивного йода в щитовидной железе плода превышает таковую у матери в 3 раза и более.
Радиотоксическое действие изотопов йода вызывает нарушения в эндокринной системе и самого плода, которые в основном обусловливаются повреждением тиреоидной ткани. Структурные и функциональные изменения в органах при попадании в организм радиоактивного йода в основном обусловлены нарушением эндокринной регуляции, возникающим в результате поражения щитовидной железы.
Вопрос о влиянии инкорпорированных радиоизотопов на организм потомства облученных животных имеет практический интерес в связи с загрязнением атмосферы и земной поверхности долгоживущими изотопами, например, стронция и цезия.
Из радиоактивных изотопов цезия наибольшую биологическую опасность представляет цезий-137 (бета- и гамма-излучатель). При попадании в организм с кормом он может всасываться в кровь полностью и равномерно распределяться по тканям и органам. Тип распределения цезия у разных животных практически одинаков и не зависит от пути поступления в организм. При хроническом поступлении изотопа в организм самки происходит относительное выравнивание концентрации цезия-137 в тканях матери и плода. Через молоко изотоп передается более интенсивно в первый месяц вскармливания детеныша. Клиническое проявление лучевого синдрома при поражении цезием-137 во многом сходно с признаками лучевой болезни, развивающейся при общем внешнем гамма-облучении.
Из радиоактивных изотопов стронция наиболее биологически опасным оказался стронций-90 (бета-излучатель): он относительно легко включается в биологические цепочки и, попадая в организм животных, накапливается в костной ткани.
Во время беременности стронций-90 у животных переходит через плаценту и откладывается в скелете плода, причем величина накопления в костной ткани зародыша зависит от сроков беременности. Особенностью действия стронция-90 является то, что он, депонируясь в скелете, остается там длительное время, постоянно облучая ткани, и поэтому в костной ткани и кроветворном костном мозге изменения наступают в значительно большей степени, чем в других органах и тканях организма. Однако патологические процессы во внутренних и других органах развиваются в результате не только непосредственного действия излучения, но и отраженных реакций. Характер патологического процесса и интенсивность его развития при попадании в организм радиоактивного стронция в основном зависят от дозы и продолжительности поступления изотопа.
Клинические и патоморфологические признаки острой лучевой болезни, вызванной стронцием-90, во многом различны с таковыми, наблюдаемыми при внешнем облучении. Животные постепенно слабеют, ухудшается аппетит. Рано наступает снижение массы животного, что в большинстве случаев совпадает с развитием желудочно-кишечных расстройств. Рост животных прекращается. По мере развития болезни нарушается структура кожи и кожных покровов. Шерсть становится взъерошенной, теряет блеск, затем начинает выпадать. На слизистых оболочках появляются точечные кровоизлияния, а в ротовой полости иногда развиваются язвы. При воздействии радиоактивным стронцием отмечаются нарушения функционального состояния нервной системы.
При длительном поступлении в организм стронция-90 в относительно малых дозах может развиться хроническая лучевая болезнь или же обнаруживаются радиационные поражения в виде торможения роста, укорочения продолжительности жизни животного, понижения продуктивности, и других последствий. У потомства наблюдается отставание в росте, нарушения в формировании скелета. Компенсаторные механизмы и восстановительные процессы при хроническом поражении радиоизотопом стронций-90 выражены слабо.
Слайд 30. Из-за неравномерности распределения стронция-90 в костях степень изменения скелета в разных отделах неодинакова. У растущих животных наиболее выраженные нарушения проявляются в зоне роста костей. При внутреннем облучении стронцием-90 возможно возникновение искривления позвоночника и ребер. На слайде 30 – искривление позвоночника крысы. Такие животные отстают в росте и весе, но функция воспроизводства у них сохраняется.
Слайд 31. Иногда обнаруживаются отклонение в развитии зубов, которые характеризуются изменением формы и величины резцов (на слайде 31 справа – резцы наподобие бивней в виде кольца, слева - резцы нормального животного).
При внутреннем облучении радиоизотопами наблюдаются значительные нарушения нервной деятельности в потомстве животных (на примере крыс и собак), родившихся от животных, затравленных радиоактивными веществами в дозах, вызвавших незначительные отклонения в состоянии здоровья будущих родителей Изменения высшей нервной деятельности и крыс, и собак носят в основном однотипный характер и заключаются в неуравновешенности, нарушении силы и подвижности основных нервных процессов и нарушениях замыкательной функции коры головного мозга, выражающихся в трудности упрочения условных рефлексов, особенно тормозных. Для таких животных характерна повышенная моторная агрессивность, активность, ярко выраженные специализированные безусловные реакции (умывание, чесание, отряхивание), свидетельствующие о снятии тормозных влияний коры на подкорковые центры. Например, нарушение нервной деятельности потомства облученных животных выражается в почти полном отсутствии интереса к новой обстановке, замедленным заживлением ран и резко выраженной трусливостью (слайд 32). Наиболее тяжелые расстройства нейродинамики наблюдаются при облучении в плодный период. При облучении в период органогенеза эти расстройства выражены в меньшей степени.
Развитие потомства облученных родителей замедляется, они медленнее набирают вес. Процент летальных исходов высокий, обусловлен инфекционными и инвазионными (передающимися животными-паразитами) заболеваниями. Наблюдаются признаки рахитичности, слабости связочного аппарата, затяжные диспепсии, недоразвитие мышц брюшной стенки. Задержка развития молодняка в большой степени определяется теми нарушениями, которые возникают в организме подопытной облученной самки к моменту лактации (у облученных животных укорачивается период лактации и уменьшается количество молока) - Слайд 33.
Иногда наблюдаются нарушения в развитии шерстного покрова, когда полностью шерстный покров появляется лишь к половому созреванию Слайд 34.
Итак, при изучении состояния потомства, полученного от пораженных радионуклидами животных, было выяснено, что его дальнейшая судьба зависит от вида, дозы, кратности поступления изотопа в материнский организм и исходного функционального состояния последнего. Наибольшие изменения у потомства проявляются в отдаленные сроки поражения матери, когда у нее в большей степени выражены симптомы лучевой болезни. У потомков, родившихся от таких самок, наблюдаются значительные изменения со стороны различных систем: сердечно-сосудистой системы, крови, центральной нервной системы, иммунобиологической реактивности и др. Индуцированные радиацией структурные и функциональные нарушения у потомства облученных животных могут оказаться несовместимыми с жизнью или приводить к нарушению роста и развития, понижению жизнеспособности, временной или постоянной стерильности и другим нежелательным последствиям.
Использованная литература
- Пионтковский И.А. «Функция и структура мозга животного, облученного ионизирующей радиацией в антенатальном периоде». (Раздел «Патогенное действие ионизирующей радиации в антенатальном периоде развития»). М.: Издательство «Наука», 1964 – 264с.А.В.Яблокова «Миф о безопасности малых доз радиации», «Гражданская инициатива №1(5), 2000г.
- Ярмоненко С.П. «Радиобиология человека и животных». Учебное пособие. М. «Высшая школа», 1977, - 368с.
- Ярмоненко С.П., Вайнсон А.А. «Радиобиология человека и животных». Учеьное пособие. М.: Высшая школа, 2004. – 549с..