Ю.А. Александров
Основы радиационной экологии
Учебное пособие. – Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2007. – 268 с.
Раздел 3. Биологическое действие ионизирующих излучений
3.5. Действие ионизирующих излучений на критические системы организма
3.5.5. Действие ионизирующей радиации на желудочно-кишечный тракт
В желудочно-кишечном
тракте наиболее радиочувствительной является тонкая кишка, D0 для
стволовых клеток эпителия тонкой кишки составляет около 1 Гр, тогда как в
толстой кишке этот показатель достигает 2,7 Гр. Поэтому изменения в тонкой
кишке являются наиболее значимыми для организма, облученного в «кишечном»
диапазоне доз от 10 до 20 Гр.
Стенка
тонкой кишки выстлана изнутри однослойным эпителием, покрывающим поверхность
крипт – углублений слизистой оболочки в стенку кишки, и ворсинок – выпячиваний
слизистой оболочки в ее просвет.
Эпителий слизистой оболочки
тонкой кишки представляет собой принципиально такую же систему клеточного
обновления, как и костный мозг. Но если на гистологических срезах костного
мозга клетки, относящиеся к разным отделам по степени их созревания,
располагаются без видимого порядка (рядом можно увидеть и проэритробласт, и
мегакариоцит, и зрелый эозинофил), то в слизистой оболочке тонкой кишки имеет
место четкое разграничение взаимного расположения клеток, относящихся к разным
пулам.
На дне
крипт находятся стволовые клетки, деление которых обеспечивает физиологическую
регенерацию эпителия. Считается, что около 55-60% стволовых клеток кишечника активно
участвуют в пролиферации, остальные находятся в G0-стадии
(стадии покоя) клеточного цикла. Из стволовых клеток в результате деления и
созревания образуются цилиндрические клетки, составляющие около 90% от всей
популяции
энтероцитов, а также бокаловидные, энтерохромаффинные клетки и клетки Панета.
По мере деления потомков стволовых клеток и последующего их созревания клетки
продвигаются по направлению к устью крипт, составляя пролиферативно-созревающий
пул. Для созревания цилиндрических клеток требуется не менее 4 делений,
бокаловидных – 2 деления и энтерохромаффинных – 1 деление. Клетки, располагающиеся
в районе устьев крипт, относятся к только созревающему пулу. По стенке ворсинок
по направлению к их верхушкам продвигаются уже функциональные клетки, которые
постепенно стареют. Достигнув верхушки ворсинки, энтероциты погибают и
слущиваются в просвет кишки. Составные части погибших клеток реутилизируются.
Утрата клеток с ворсинок сбалансирована притоком в них вновь образованных
клеток из крипт. Время прохождения клеток по ворсинке кишечника у человека
составляет 3-4 суток.
Вот
некоторые данные, характеризующие описанные процессы количественно. У человека
общее число крипт составляет 6×108, общее количество
продуцируемых клеток за 1 сут. – 5×109, время перехода энтероцита с
крипты на кончик ворсинки – около 3-4 суток.
Как уже отмечалось выше, наиболее
радиочувствительными являются стволовые клетки крипт тонкого кишечника: большая
их часть
погибает уже при облучении в дозах 4-6 Гр. Пролиферирующий и созревающий пул
крипты кишечника более устойчив к действию радиации: D0 клеток этого пула составляет
около 3,8 Гр. Зрелые эпителиоциты кишечных ворсинок являются значительно более
радиорезистентными, основная их часть (так же, как и клетки функционального
пула кроветворной ткани) погибает после облучения в дозах свыше 15 Гр. Большая
(по сравнению с родоначальными элементами гемопоэтической системы)
радиоустойчивость стволовых клеток кишечника связана с тем, что в последних
процессы постлучевой репарации и регенерации протекают значительно быстрее, чем
в костном мозге. При одинаковых значениях D0 (около 1 Гр), D0 для стволовых клеток
эпителия слизистой оболочки кишки составляет примерно 4 Гр, то есть в 4-6 раз
выше, чем для стволовых кроветворных клеток. Предполагается, что определенную
роль в этом играют особенности клеточного микроокружения и локализации
клеточных элементов крипт слизистой оболочки кишечника, которые, в отличие от
миелокариоцитов, сконцентрированы в меньшем объеме, и более тесно контактируют
между собой посредством медиаторов межклеточного взаимодействия – цитокинов,
стимулирующих процессы постлучевой репарации, а также дифференцировки и
созревания энтероцитов.
Клинические проявления кишечного синдрома могут
отмечаться уже при тяжелой и крайне тяжелой степени острой лучевой болезни
(доза облучения 6-10 Гр), однако дозовый порог полного опустошения стволового
пула крипт, обусловливающего декомпенсацию функции кишечника при лучевом
поражении, составляет для человека 10-20 Гр. Именно эти процессы и лежат в
основе развития кишечной формы острой лучевой болезни.
Кинетические
параметры развития кишечного синдрома определяются временем прохождения
энтероцита по поверхности ворсинки от ее основания к вершине с последующим
слущиванием. Сразу после облучения в «кишечном» диапазоне доз значительная
часть стволовых клеток крипт погибает по интерфазному механизму, другие (по
окончании фазы митотического блока) погибают после одного или нескольких
делений (репродуктивная форма клеточной гибели). В результате опустошения
выстланных зародышевым эпителием крипт прерывается процесс новообразования и
поступления на ворсинку эпителиоцитов и, поскольку продвижение зрелых клеток по
ворсинке и их слущивание продолжается с нормальной скоростью, происходит полное
оголение ворсинки и денудация слизистой оболочки кишечника.
Рис. 12.
Влияние облучения на ворсинку слизистой оболочки тонкой кишки:
1 – нормальная
ворсинка; 2 – постлучевая аплазия ворсинки (отсутствие клетки крипты;
3 – оголение ворсинки, появление клеток крипт и регенерации кишечного
эпителия;
а – эпителиальная клетка, б – бокаловидная клетка, в – клетки
крипты
Хотя для человека время
перехода энтероцита с крипты на кончик ворсинки составляет 3-4 сут.,
клинические проявления лучевого поражения кишечника развиваются обычно на 7-8-е
сутки. Этот временной сдвиг обусловлен наличием так называемых аномальных
энтероцитов, возникающих в результате деления поврежденных радиацией стволовых
элементов кишечника, а также «растягиванием» оставшихся эпителиоцитов по
поверхности кишечной ворсинки. Когда эти компенсаторные механизмы становятся
уже недостаточными для того, чтобы покрыть всю поверхность слизистой оболочки
кишечника, образуются дефекты эпителиального покрытия, приводящие к нарушению
его основных функций – поддержания водно-электролитного баланса организма и
барьерной функции.
Наиболее важным следствием
денудации тонкой кишки являются дегидратация и гипонатриемия. Обезвоживание
организма при кишечном синдроме обусловлено нарушением процессов активного
всасывания и реабсорбции воды и электролитов, возрастанием экскреции жидкости в
просвет кишечника и усилением его моторно-эвакуаторной функции, что в конечном
итоге приводит к развитию тяжелой диареи. Обусловленное денудацией слизистой
оболочки кишечника и опустошением пейеровых бляшек нарушение барьерной функции
кишечной стенки является причиной поступления во внутреннюю среду токсических
продуктов, в частности эндотоксинов кишечной палочки, увеличивающих гибель
эпителиоцитов и ускоряющих процесс оголения ворсинок.
По этой
же причине во внутреннюю среду проникает кишечная микрофлора. Микробной инвазии
и размножению микробов во внутренних органах способствует развивающаяся
гранулоцитопения, еще более снижающая противоинфекционную резистентность
организма.
Поскольку исчезновение
эпителиальной выстилки тонкой кишки при гамма-облучении происходит уже в дозе
10 Гр (а именно с этим явлением связаны механизмы, приводящие к смертельному
исходу после облучения в дозах 10-20 Гр), с увеличением дозы в кишечном
диапазоне сроки гибели млекопитающих практически не меняются, составляя
достаточно фиксированную величину: от 4 до 8 суток.
|