Влияние ионизирующего излучения на иммунитет животного

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние ионизирующего излучения на иммунитет животного

Содержание

Введение

1. Виды ионизируемого излучения и основные понятия радиометрии

2. Действие внешнего ионизируемого излучения на организм животного

2.1 Варианты возможного радиационного воздействия

2.2 Влияние ионизируемой радиации на иммунитет животного

2.3 Сроки гибели животных после воздействия радиации в летальных дозах

3. Активная и пассивная иммунизация животных при радиационных авариях

Выводы

Список литературы

Введение

На иммунологическую реактивность животных оказывают влияние разнообразные экологические факторы, среди которых существенное место занимает ионизирующая радиация.

Известно, что иммунная система является высокочувствительной к изменениям окружающей среды, в том числе и к радиационному излучению, вызывающему в организме каскад патологических реакций. Причем, большинство эффектов не прямо индуцированы облучением, а опосредованы через систему регуляции, через изменение иммунного и антиоксидантного статуса организма, чувствительности к действию окружающей среды.

Негативные сдвиги иммунологических параметров у животных, содержащихся на территориях, загрязненных пост-чернобыльскими радионуклидами, отмечены многими исследователями. При этом иммунологические нарушения имеют существенное значение в развитии ближайших и отдаленных эффектов радиационного воздействия, стохастических и нестохастических - таких как повышение чувствительности к инфекционным болезням, развитие опухолей и др.

Среди иммунологических изменений, обнаруженных как в ранние сроки, так и через 10-15 лет после радиационного воздействия, отмечают: снижение барьерных свойств кожи и слизистых оболочек, угнетение гуморальной и клеточной неспецифической защиты, изменение некоторых иммунологических показателей. Это приводит к развитию вторичного иммунодефицита и проявлению ряда функциональных и морфологических изменений на клеточном и субклеточном уровнях. Все это отражается на формировании неспецифической резистентности и специфического иммунитета.

Одним из основных закономерных следствий радиационного иммунодефицита является развитие инфекций, вызванных условно-патогенной микрофлорой. Постоянное ее присутствие в репродукторных помещениях, нередко на фоне иммунологической недостаточности, вызывает массовые желудочно-кишечные, респираторные заболевания молодняка, наносящие значительный экономический ущерб.

В связи с этим, актуальным является более глубокое исследование воздействия радиационного фактора, обусловленного загрязнением местности, на иммунологическую реактивность животных и их потомства при вакцинопрофилактике заболеваний и возможность коррекции иммунных нарушений.

1. Виды ионизируемого излучения и основные понятия радиометрии

Важным свойством радиоактивности является ионизирующее излучение. Опасность этого явления для живого организма исследователи обнаружили с самого начала открытия радиоактивности. Ионизирующее излучение - любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. Энергию излучения измеряют в электрон-вольтах (эВ). За 1 эВ принята энергия, которую приобретает электрон при перемещении в ускоряющем электрическом поле с разностью потенциалов в 1 В. Различают следующие виды ионизирующих излучений: б-, в-излучение, фотонное и нейтронное излучение. Ультрафиолетовое излучение и видимую часть светового спектра не относят к ионизирующим излучениям.

Альфа-излучение (б-излучение) - ионизирующее излучение, представляющее собой поток относительно тяжелых частиц (ядер гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов), испускаемых при ядерных превращениях. Этот вид излучения характеризуется слабой проникающей способностью, задерживаясь даже листком бумаги. Например, пробег б-частиц с энергией 4 МэВ в воздухе составляет 2,5 см, а в биологической ткани лишь 31 мкм. Излучение практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому б-излучение не опасно до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма через органы дыхания, пищеварения или через открытые раны и ожоговые поверхности. Проникновение частиц внутрь организма опасно для здоровья, поскольку альфа-радионуклиды отличаются большим периодом полураспада и обладают сильной ионизацией. В случае попадания внутрь организма альфа-частицы часто могут быть даже опаснее, чем бета- и гамма-излучение.

Бета-излучение - поток в-частиц (электронов и позитронов), обладающих большей проникающей способностью в сравнении с б-излучением. Пробег в-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани нескольких сантиметров. Так, пробег электронов с энергией 4 МэВ в воздухе составляет 17,8 м, а в биологической ткани 2,6 см. Однако они легко задерживаются тонким листом металла, поэтому в качестве защиты от потока заряженных бета-частиц достаточно будет использовать обычную алюминиевую пластину толщиной 3-5 мм. Как и источники б-излучения, в-активные радионуклиды более опасны при попадании внутрь организма.

Фотонное излучение включает в себя два вида излучений: рентгеновское и гамма-излучение. Наиболее распространенным видом фотонного излучения являются обладающие очень высокой энергией при ультракороткой длине волны гамма-частицы, которые представляют собой поток высокоэнергичных, не обладающих зарядом фотонов. В отличие от альфа- и бета-лучей гамма-частицы не отклоняются магнитными и электрическими полями и обладают значительно большей проникающей способностью. В определенных количествах и при определенной продолжительности воздействия гамма-излучение может вызвать лучевую болезнь, привести к возникновению различных онкологических заболеваний. Препятствовать распространению потока гамма-частиц могут только такие тяжелые химические элементы, как, например, свинец, обедненный уран и вольфрам. В отличие от гамма-излучения рентгеновское имеет атомное происхождение, несмотря на различное происхождение этих излучений, природа их одинакова. Под действием фотонного излучения происходит облучение всего организма. Оно является основным поражающим фактором при воздействии на организм излучения от внешних источников [1].

Источником возникновения нейтронного излучения могут быть ядерные взрывы, ядерные реакторы, лабораторные и промышленные установки. Сами нейтроны представляют собой электрически нейтральные, нестабильные (период полураспада свободного нейтрона составляет около 10 минут) частицы, которые благодаря тому, что у них отсутствует заряд, отличаются большой проникающей способностью при слабой степени взаимодействия с веществом. Нейтронное излучение очень опасно, поэтому для защиты от него используют ряд специальных, в основном водородосодержащих, материалов. Лучше всего нейтронное излучение поглощается обычной водой, полиэтиленом, парафином, а также растворами гидроксидов тяжелых металлов [2]. Известно, что все виды ионизирующего излучения отличаются друг от друга количеством выделяемой энергии, длиной пробега частиц в среде, их проникающей способностью и, следовательно, характером воздействия на организм (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Сравнение различных типов ионизирующего излучения, воздействующего на организм животного

2. Действие внешнего ионизирующего излучения на организм

2.1 Варианты возможного радиационного воздействия на организм

Источники ионизирующего излучения могут находиться вне организма и (или) внутри его. Если животные подвергаются воздействию излучения извне, то говорят о внешнем облучении, а воздействие ионизирующих излучений на органы и ткани от инкорпорированных радионуклидов называют внутренним облучением. В реальных условиях чаще всего возможны различные варианты и внешнего, и внутреннего облучения. Такие варианты воздействия называются сочетанными радиационными поражениями.

Доза внешнего облучения формируется главным образом за счет воздействия г-излучения; б- и в-излучения не вносят существенного вклада в общее внешнее облучение животных, так как они в основном поглощаются воздухом или эпидермисом кожи. Радиационное поражение кожных покровов в-частицами возможно в основном при содержании скота на открытой местности в момент выпадения радиоактивных продуктов ядерного взрыва или других радиоактивных осадков.

Характер внешнего облучения животных во времени может быть различным. Возможны разные варианты однократного облучения, когда животные подвергаются радиационному воздействию в течение короткого промежутка времени. В радиобиологии принято считать однократным облучением воздействие радиации на протяжении не более 4 сут. Во всех случаях, когда животные подвергаются внешнему облучению с перерывами (они могут быть различными по продолжительности), имеет место фракционированное (прерывистое) облучение. При непрерывном длительном воздействии ионизирующего излучения на организм животных говорят о пролонгированном облучении.

Выделяют общее (тотальное) облучение, при котором радиационному воздействию подвергается все тело. Этот вид облучения имеет место, например, при обитании животных на территории, загрязненной радиоактивными веществами. Кроме того, в условиях специальных радиобиологических исследований может осуществляться местное облучение, когда радиационному воздействию подвергается та или иная часть тела. При одной и той же дозе облучения наиболее тяжелые последствия наблюдаются при общем облучении. Например, при облучении всего тела животных в дозе 1500 Р отмечается практически 100%-ная их гибель, тогда как облучение ограниченного участка тела (головы, конечностей, щитовидной железы и т. д.) каких-либо серьезных последствий не вызывает. В дальнейшем рассматриваются последствия только общего внешнего облучения животных [3].

2.2 Влияние ионизирующей радиации на иммунитет животного

Малые дозы радиации, по-видимому, не оказывают заметного влияния на иммунитет. При облучении животных сублетальными и летальными дозами происходит резкое снижение резистентности организма к инфекции, что обусловлено рядом факторов, среди которых важнейшую роль играют: резкое повышение проницаемости биологических барьеров (кожи, дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта и др.), угнетение бактерицидных свойств кожи, сыворотки крови и тканей, снижение концентрации лизоцима в слюне и крови, резкое уменьшение числа лейкоцитов в кровеносном русле, угнетение фагоцитарной системы, неблагоприятные изменения биологических свойств микробов, постоянно обитающих в организме, -- увеличение их биохимической активности, усиление патогенных свойств, повышение резистентности и др.

Облучение животных в сублетальных и летальных дозах приводит к тому, что из крупных микробных резервуаров (кишечник, дыхательные пути, кожа) в кровь и ткани поступает огромное количество бактерий. При этом условно выделяют период стерильности (его продолжительность одни сутки), в течение которого микробов в тканях практически не обнаруживается; период обсемененности регионарных лимфатических узлов (обычно совпадает с латентным периодом); бактериемический период (длительность его 4--7 дней), который характеризуется появлением микробов в крови и тканях, и, наконец, период декомпенсации защитных механизмов, в течение которого отмечается резкое возрастание количества микробов в органах, тканях и крови (этот период наступает за несколько дней до гибели животных).

Под действием больших доз радиации, вызывающих частичную или полную гибель всех облученных животных, организм оказывается безоружным как к эндогенной (сапрофитной) микрофлоре, так и к экзогенным инфекциям. Считают, что в период разгара острой лучевой болезни и естественный, и искусственный иммунитет сильно ослаблен. Однако имеются данные, указывающие на более благоприятный исход течения острой лучевой болезни у животных, подвергшихся иммунизации до воздействия ионизирующего излучения. Вместе с тем экспериментально установлено, что вакцинация облученных животных отягощает течение острой лучевой болезни, и по этой причине она противопоказана до разрешения болезни. Напротив, через несколько недель после облучения в сублетальных дозах выработка антител постепенно восстанавливается, и поэтому уже через 1--2 месяца после радиационного воздействия вакцинация вполне допустима [4].

Первичное действие радиации любого вида на любой биологический объект начинается с поглощения энергии излучения, что сопровождается возбуждением молекул и их ионизацией. При ионизации молекул воды (косвенное действие излучения) в присутствии кислорода возникают активные радикалы (ОН- и др.), гидратированные электроны, а также молекулы перекиси водорода, включающиеся затем в цепь химических реакций в клетке. При ионизации органических молекул (прямое действие излучения) возникают свободные радикалы, которые, включаясь в протекающие в организме химические реакции, нарушают течение обмена веществ и, вызывая появление несвойственных организму соединений, нарушают процессы жизнедеятельности. При облучении в дозе 1000 Р в клетке средней величины (10^-9 г) возникает около 1 млн. таких радикалов, каждый из которых в присутствии кислорода воздуха может дать начало цепным реакциям окисления, во много раз увеличивающим количество измененных молекул в клетке и вызывающим дальнейшее изменение надмолекулярных структур. Выяснение большой роли свободного кислорода в цепных реакциях, ведущих к лучевому поражению, так называемого кислородного эффекта, способствовало разработке ряда эффективных радиозащитных веществ, вызывающих искусственную гипоксию в тканях организма.

ионизируемое излучение иммунизация животное

Рис. 2.1 Схема развития лучевого повреждения (в центре) и методы воздействия на него (справа)

Большое значение имеет и миграция энергии по молекулам биополимеров, в результате которой поглощение энергии, происшедшее в любом месте макромолекулы, приводит к поражению её активного центра (например, к инактивации белка-фермента) [3]. Физические и физико-химические процессы, лежащие в основе биологического действия ионизирующего излучения, т. е. поглощение энергии и ионизация молекул, занимают доли секунд (рис. 2.1.).

2.3 Сроки гибели животных после воздействия радиации в летальных дозах

Для действия ионизирующего излучения характерен ряд общих закономерностей. 1) Глубокие нарушения жизнедеятельности вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии. Так, энергия, поглощённая телом млекопитающего животного или человека при облучении смертельной дозой, при превращении в тепловую привела бы к нагреву тела всего на 0,001°С. Попытка объяснить «несоответствие» количества энергии результатам воздействия привела к созданию теории мишени, согласно которой лучевое повреждение развивается при попадании энергии в особенно радиочувствительную часть клетки -- «мишень». 2) Действие излучения не ограничивается подвергнутым облучению организмом, но может распространяться и на последующие поколения, что объясняется действием на наследственный аппарат организма. Именно эта особенность очень остро ставит перед человечеством вопросы защиты организма от излучений. 3) Излучение характеризуется скрытым (латентным) периодом, т. е. развитие лучевого поражения наблюдается не сразу. Продолжительность латентного периода может варьировать от нескольких мин до десятков лет в зависимости от дозы облучения, радиочувствительности организма и наблюдаемой функции (рис. 2.2.). Так, при облучении в очень больших дозах (десятки тыс. рад) можно вызвать «смерть под лучом», длительное же облучение в малых дозах ведёт к изменению состояния нервной и других систем, к возникновению опухолей спустя годы после облучения.

Рис. 2.2. Влияние дозы облучения на число (%) и сроки выживания клеток костного мозга крыс.

При однократном облучении сельскохозяйственных животных в дозах, вызывающих крайне тяжелую степень острой лучевой болезни (более 1000 Р), обычно они погибают в течение первой недели после радиационного воздействия. Во всех других случаях летальные исходы острой лучевой болезни наблюдаются чаще всего на протяжении 30 дней после облучения. Причем после однократного облучения большая часть животных погибает между 15-м и 28-м днями (рис 2.3); при фракционированном облучении летальными дозами гибель животных происходит в течение двух месяцев после радиационного воздействия (рис. 2.4).

Как правило, молодняк погибает в более ранние сроки после облучения в летальных дозах: смертность животных обычно отмечается на 13--18-й день. Для всех возрастных групп животных, облученных в летальных дозах, характерна более ранняя гибель при наиболее высоких дозах радиационного воздействия (рис. 2.5). Однако это явление можно расценивать скорее как тенденцию, чем закономерность, так как имеется достаточно много экспериментальных данных о ранних сроках гибели животных при облучении их сравнительно невысокими дозами радиации [5].

Рис. 2.3. Смертность овец после внешнего г-облучения летальными дозами

Рис. 2.4. Смертность коз, подвергшихся фракционированному рентгеновскому облучению

Рис. 2.5. Смертность коров в различные сроки после г-облучения

Следует иметь в виду, что при фракционированном облучении сроки гибели животных зависят прежде всего от мощности дозы. Кроме того, на продолжительность жизни сильно влияют видовые особенности животных. При фракционированном ежедневном облучении свиней в дозе 50 Р средняя продолжительность жизни у них оказалась равной 205 дням, что в 6,4 раза превышало среднюю продолжительность жизни ослов при тех же условиях радиационного воздействия.

Большое значение имеют также возраст (рис. 2.6), физиологическое состояние, интенсивность обменных процессов организма, а также условия облучения. При этом, помимо дозы облучения организма, играют роль: мощность, ритм и характер облучения (однократное, многократное, прерывистое, хроническое, внешнее, общее или частичное, внутреннее), его физические особенности, определяющие глубину проникновения энергии в организм (рентгеновское и гамма-излучение проникает на большую глубину, альфа-частицы до 40 мкм, бета-частицы - на несколько мм), плотность вызываемой излучением ионизации (под влиянием альфа-частиц она больше, чем при действии других видов излучения). Все эти особенности воздействующего лучевого агента определяют относительную биологическую эффективность излучения [6]. Если источником излучения служат попавшие в организм радиоактивные изотопы, то огромное значение для действия излучения испускаемого этими изотопами, имеет их химическая характеристика, определяющая участие изотопа в обмене веществ, концентрацию в том или ином органе, а следовательно, и характер облучения организма.

Рис. 2.6 Выживаемость облученных мышей (ЛД 50/30) в зависимости от возраста

3. Активная и пассивная иммунизация животных при радиационных авариях

Иммунизация животных при различных радиационных авариях - предупреждение определенных инфекционных болезней, вызванных биологическим действием ионизационного излучения, путем проведения иммунизации животных для создания у них искусственного иммунитета.

Различают три вида иммунизации: активную, пассивную и пассивно-активную. Активная иммунизация - метод создания активного искусственного иммунитета путем введения в организм вакцин и (или) анатоксинов. В зависимости от вида используемых вакцин активная иммунизация подразделяется на простую (раздельную) и комплексную. Для простой иммунизации применяют только моновакцины. При комплексной активной иммунизации, когда необходимо сформировать у животных иммунитет в короткий срок, используют одновременное или последовательное введение нескольких моновакцин. Пассивная иммунизация - метод создания пассивного искусственного иммунитета посредством введения в организм определенных антител, содержащихся в иммунных сыворотках, иммуноглобулинах, иммунолактонах. Пассивная иммунизация, так же как и активная, делится на простую и комплексную. Для простой пассивной иммунизации используют моносыворотки, а для комплексной иммунизации - поливалентные сыворотки иммунных животных и (или) иммуноглобулины. Пассивную иммунизацию широко применяют как с профилактической, так и с лечебной целью для создания экстренного, немедленного иммунитета. Пассивно-активная иммунизация - комбинированный (смешанный) метод создания искусственного пассивно-активного иммунитета, основанный на введении в организм сыворотки и соответствующей вакцины одновременно (симультанно) или последовательно: вначале вводят сыворотку, а затем вакцину. Этот метод, так же как и пассивная иммунизация, применяется для создания немедленного иммунитета у животных с ослабленной иммунной системой (иммунологической недостаточностью) для предупреждения и смягчения сильной реакции на вакцины, особенно на живые ассоциированные вакцины [7].

Нарушение антимикробного иммунитета и связанные с ним инфекционные осложнения, кроме того, можно рассматривать как следствие повышения проницаемости тканевых барьеров, нарушения фагоцитарной способности клеток ретикулоэндотелиальной системы и угнетения неспецифических бактерицидных систем организма - лизоцима, бактерицидных субстанций ряда тканей, а также бактерицидности кожи. Кроме того, облучение угнетает образование новых антител, хотя почти не влияет на их продукцию, если проведено после иммунизации. Большое значение имеют также развивающиеся в облученном организме аутоиммунные процессы, составляющие самостоятельную проблему неинфекционной иммунологии. Аутоантигенами в принципе могут быть как нормальные ткани при их попадании в русло крови, где они обычно не встречаются, так и патологически измененные белки и связанные с ними вещества. После облучения создается реальная возможность столкновения организма с аутоантигенамн обоих видов вследствие быстро развивающейся тканевой деструкции, резкого повышения проницаемости биологических барьеров и изменения антигенных свойств тканей.

На рис. 3.1 представлена схема, иллюстрирующая возможные патологические сдвиги в облученном организме, связанные с изменением и циркуляцией тканевых антигенов. После облучения происходит утрата части нормальных антигенов и появление новых антигенных качеств. Кроме того, летальные повреждения клеток могут обусловить появление новых антигенных свойств белков вследствие постлетальных изменений. Потеря части нормальных антигенов, означающая утрату определенных структур, может быть причиной нарушения определенных функций клеток и органов. Это, а также клеточная деструкция и циркуляция в крови тканевых антигенов способствуют развитию токсемии. Кроме того, циркуляция в крови тканевых антигенов приводит к иммунологической перестройке организма - сенсибилизации и образованию антител двух родов - против денатурированных белков и против аутотканей. Уже в момент появления антигенной чужеродности измененные белки могут быть причиной патологической афферентной импульсации, которая в дальнейшем, воздействуя на хеморецепторы, обеспечивает патологическое влияние через нервную систему.

Таким образом, в настоящее время твердо установлены факты, характеризующие все этапы аутоиммунологических изменений в облученном организме: образование аутоантигенов, их циркуляцию, появление аутоантител и аутосенсибилизацию.

Рис. 3.1. Последовательность процессов, связанных с изменением антигенных свойств тканей и циркуляцией тканевых антигенов после облучения

Иммунологическое состояние организма изменяется под влиянием как больших, так и малых доз радиации. Большие дозы радиации приводят к отрицательным эффектам - ослабляют иммунитет, малые - повышают общую иммунологическую реактивность. Ионизирующая радиация действует на макро и микроорганизмы, притом одна и та же доза оказывает различное влияние. В первую очередь это связано с неодинаковой их радиочувствительностью. Так, доза внешнего облучения, вызывающая смерть у теплокровных животных, находится в диапазоне 400-1000 Р, а микроорганизмы и вирусы гибнут после воздействия на них дозой в несколько тысяч рентген. В жизнедеятельности микроорганизмов и вирусов заметных изменений при облучении дозами в несколько сот рентген не наступает [8]. Микроорганизмы и вирусы, находящиеся в организме животных в момент облучения, испытывают некоторое прямое действие радиации, но изменения биологических свойств зависят от условий их существования в облученном организме. Как правило, при воздействии радиации на организм животного жизнедеятельность микроорганизмов не нарушается. Состав микрофлоры в организме при снижении его резистентности под влиянием ионизирующей радиации существенно не меняется. Однако наблюдаются количественные и качественные сдвиги - увеличивается общее число микробов, иногда появляются микроорганизмы с измененными биологическими свойствами [9]. При внутреннем облучении тоже происходит увеличение микрофлоры кожи, которое проявляется уже в латентный период поражения. Так, при однократном введении курам йода-131 в дозах 3 и 25 мКи на 1 кг массы тела количество бактерий на коже начинало возрастать с первых суток и достигало максимума на пятый день. Дробное введение этих же количеств изотопа в течение 10-ти дней приводило к значительно большему бактериальному обсеменению кожи и слизистой оболочки ротовой полости с максимумом на 10-й день. При этом в основном увеличивалось число микробов с повышенной биохимической активностью. Перед гибелью птиц бактериальная обсемененность кожных покровов резко возрастала.

В случаях когда предпринимается лечение острой лучевой болезни, о его эффективности можно судить по количеству микрофлоры на коже; между эффективностью лечения и количеством микробов отмечается выраженная корреляционная связь. Микрофлора кишечника при лучевой болезни тоже претерпевает количественные и качественные изменения. Это обстоятельство может иметь неблагоприятное влияние на больной организм. Установлено, что после облучения животного увеличивается общее число микробов в кишечнике, изменяется соотношение между отдельными микроорганизмами, появляется большое количество бактерий, обладающих гемолитическими, протеолитическими, индол- и сероводородобразующими свойствами. У облученных животных развивается дисбактериоз, особенностью которого является резкое уменьшение количества лактобацилл и увеличение содержания других микробов. Раньше других на облучение реагируют лактобациллы, затем полиморфные бактерии, протеи и энтерококки. Микрофлора обычно расселяется по кишечнику, заполняя его тонкий отдел и двенадцатиперстную кишку. Кишечные бактерии появляются даже в полости рта, чего не бывает у здоровых животных. Чем тяжелее течение лучевой болезни, тем раньше и интенсивнее выражен этот процесс. Повышение проницаемости биологических барьеров способствует проникновению микробов из кишечника в ткани. В таких случаях из крови и внутренних органов облученных животных выделяют нормальную микрофлору: кишечную палочку, протей, стрептококки, стафилококки, пневмококки, энтерококки, клостридии. Развивающийся после облучения дисбактериоз играет патогенную роль.

Важная роль микробного фактора в патогенезе лучевой болезни особенно четко выявляется при использовании в опыте без микробных животных - гнотобиотов. Исследовано, что срок выживания поросят-гнотобиотов, облученных дозой 1200 Р, в 3 раза превышал срок выживания обычных животных. Наличие микрофлоры имеет большое значение для развития болезни даже тогда, когда она не проникает в ткани и органы.

Причиной быстрой гибели обычных поросят являются также резкие патологические изменения эпителия слизистой оболочки кишечника, проявляющееся обнажением кишечных ворсинок уже на второй-третий день после облучения. У гнотобиотов таких нарушений не наблюдалось даже на седьмой - девятый день после облучения. При изменении физиологического состояния безмикробного организма может измениться и его реакция на облучение. Возможности для развития эндогенной инфекции в облученном организме создаются после повреждения механизмов (бактерицидность сыворотки, фагоцитоз и антителогенез), обеспечивающих утилизацию микробов, проникнувших во внутренние среды. Бактерицидные субстанции сыворотки крови после облучения организма снижают свою активность (табл. 3.1), (примечание: тире - иммунологическая активность не снижается)

Таблица 3.1

Длительность снижения иммунологических реакций при различных видах внешнего облучения при однократном введении неразделенной смеси ПЯД за сутки

Степень воздействия различных видов внешнего облучения на иммунологические показатели можно представить в последовательности: нейтроны > коротковолновое рентгеновское излучение (75 кэВ) > электроны > длинноволновое рентгеновское излучение (14 кэВ). Инкорпорированные ПЯД действуют на систему иммунитета в целом так же, как и внешнее облучение. Ho, длительно фиксируясь в тканях и органах, радионуклиды оказывают и весьма продолжительное радиационное воздействие, следствием чего является и длительное подавление иммунологических реакций. В числе факторов неспецифической противоинфекционной защиты организма является лизоцим. Снижение его активности в слюне, сыворотке крови и других средах облученных животных установлено многими исследователями.

Для объяснения причин снижения бактерицидности сыворотки крови важное значение имеют данные о влиянии ионизирующих излучений на содержание в ней нормальных антител. Как известно, их образование не связано с перенесенным инфекционным процессом или иммунизацией. Постоянно циркулируя в крови, нормальные антитела, реагируя с микробами, проникшими во внутренние среды организма, сенсибилизируют их к литическому действию комплемента. Кроме того, нормальные противотканевые антитела нейтрализуют действие растворенных продуктов распада клеток, что имеет важное значение при обезвреживании образующихся в результате облучения аналогичных субстанций [8].

Литературные данные свидетельствуют о том, что развитие остропротекающей лучевой болезни сопровождается снижением содержания нормальных антител в сыворотке крови. Это может быть одной из причин, обусловливающих ослабление бактерицидной активности сыворотки у животных, пораженных ионизирующим излучением в летальных дозах. В период выздоровления титр нормальных антител восстанавливается до нормального уровня или даже превышает его. Имеются данные о том, что защитную роль при облучении играет также интерферон. Он обладает антимутагенным действием, что может быть объяснено стимуляцией им репарации ДНК. Интерферон участвует не только в непосредственной защите организма во время облучения, но и в последующем восстановлении повреждений.

Характер изменений бактерицидности сыворотки крови зависит от вида лучевого воздействия. При равномерном внешнем и внутреннем хроническом гамма-облучении изменения бывают выражены слабо.

Однако независимо от характера радиационного воздействия изменения иммунологических реакций имеют общие закономерности. В большинстве случаев проявляется фазность с чередованием периодов угнетения, стимуляции и нормализации. Выявляется определенная зависимость между величиной дозы и степенью изменений большинства свойств иммунитета.

Антителогенез в пораженном ионизирующей радиацией организме тоже претерпевает изменения. Облучение животного перед иммунизацией угнетает выработку антител, удлиняет латентный период и снижает их титры. Облучение после иммунизации оказывает менее выраженное действие на антителогенез. Современная иммунология считает антителогенез многоэтапным процессом, обусловленным последовательным включением клеток, различных по морфологии и функциональным особенностям. Клетки, осуществляющие иммунные реакции, называют иммунокомпетентными, или иммуноцитами. Источником образования иммуноцитов служат недифференцированные клетки костного мозга (стволовые клетки). Дифференцировка и специализация этих клеток происходит в тимусе (Т-клетки) и в органе, аналогичном фабрициевой бурсе у птиц (В-клетки). Антиген концентрируется макрофагальными А-клетками, с которыми затем контактируют В- и T-клетки. Продуцируют антитела В-клетки, но активируют этот процесс Т-клетки-хелперы. Размножение В-клеток начинается после их контакта с Т-клетками-хелперами и завершается накоплением плазматических клеток. Исключением из правила служат некоторые антигены, которые могут вызывать образование антител в отсутствие Т-клеток (Т-независимые антигены). Другие Т-клетки (киллеры) ответственны за формирование клеточного иммунитета. Процессы синтеза антител на различные антигены обладают неодинаковой радиочувствительностью. Большое значение при этом имеет принадлежность иммунизирующего агента к тому или иному типу антигенов. К Т-зависимым антигенам относят альбумины, глобулины, эритроциты барана, ортомиксовирусы, аденовирусы, герпесвирусы и паповирусы. Т_ независимыми антигенами считают желатин, коллаген, декстран, жгутиковый и соматический антигены микробов кишечной группы, полисахариды пневмококка, бруцелл, холерного вибриона, пикорнавирусы, рабдовирус везикулярного стоматита и тогавирусы.

Радиация оказывает более выраженное повреждающее действие на В-клетки, чем на Т-клетки. Способность В-клеток к миграции и рециркуляции угнетается в 1,5 раза сильнее, чем Т-клеток. При снижении миграционной активности клеток и нарушениях путей их миграции и рециркуляции становится невозможной целенаправленная клеточная кооперация, которая необходима для организации антителогенеза в организме. Пораженные ионизирующей радиацией В-клетки не могут синтезировать глобулины и антитела к чужеродным антигенам. Пороговая доза для этого эффекта составляет несколько рентген. В период продуктивной фазы антителогенеза клетки становятся резистентными к действию радиации. Несмотря па высокую радиочувствительность иммуноцитов, организм, облученный даже в летальных дозах, не становится иммунологически инертным, так как существуют В- и Т-метки, отличающиеся повышенной резистентностью. Иммунокомпетентные клетки, выжившие после облучения, контактируют с продуктами измененного метаболизма и клеточного распада, являющимися антигенами (аутоантигенами). Вследствие этого, по закону конкуренции антигенов, иммунная система организма снижает способность вырабатывать антитела на другие антигены, что приводит к угнетению общей иммунологической реактивности.

Иммунный ответ - многофакторный процесс. Изменение одного из его звеньев, уменьшение числа иммунокомпетентных клеток, сдвиги в их соотношении или биохимических и физиологических реакциях - приводит к нарушению статуса системы иммунитета. Благодаря существующим в иммунной системе взаимосвязям действие фактора, повреждающего иммунный ответ, автоматически включает и механизмы компенсации. Процесс восстановления численности иммуноцитов происходит в облученном организме с неодинаковой скоростью. Количество В-клеток восстанавливается быстрее, чем Т-клеток. Параллельно с восстановлением числа клеток происходит нормализация их функции и способности к кооперации. Устойчивым радиационным эффектом является нарушение миграции Т-лимфоцитов в лимфатические узлы. Вследствие этого медленно восстанавливается их численность и уровень тимусзависимого ответа в лимфатических узлах по сравнению с селезенкой.

Имеющиеся данные о влиянии ионизирующей радиации на иммунологические свойства лимфоцитов свидетельствуют о том, что В- и Т-лимфоциты у всех млекопитающих в принципе одинаково реагируют на облучение.

Аутоантитела и аутоиммунные реакции. В облученном организме всегда присутствуют иммунологически активные агенты - измененные продукты метаболизма веществ и клеточного распада, обладающие определенными антигенными свойствами, микробные продукты. Содержание их в различных тканях и органах животных неодинаково, большое количество их содержится в коже [10].

Нормальные антитела относятся к глобулинам сыворотки крови с различными константами седиментации и электрофоретической активности. Они принимают активное участие в метаболизме белков, транспорте электролитов и в удалении продуктов клеточного распада.

Выработка аутоантител при облучении животных является общепризнанным фактом, однако о роли аутоиммунных процессов в патогенезе лучевой болезни имеются различные мнения. Одни исследователи придерживаются взгляда, согласно которому после воздействия ионизирующей радиации наступает аутосенсибилизация организма вследствие возникающих изменений в антигенной специфичности белков. Образующиеся при этом аутоантитела обладают цитолитической активностью и являются одним из факторов токсемии [6]. Другие авторы считают, что в облученном организме возникают аутоиммунные реакции по типу аутоаллергических процессов. При этом для исхода реакции организма на продукты распада тканей решающее значение имеет скорость их возникновения и «выброса» из мест образования и депонирования. Если аутоантитела полностью обезвреживают продукты клеточной деструкции, то патологического процесса с образованием больших количеств цитотоксических аутоантител не происходит. При неполной нейтрализации продуктов развиваются клинические признаки лучевого поражения. При прогрессировании заболевания эти реакции приобретает патогенетическую роль, в результате чего к концу латентного периода появляются клинические признаки лучевой болезни. Воздействие комплексов нормальных аутоантител с тканевыми субстанциями, поступающими в кровь после облучения, - причина развития первичной токсической реакции на облучение. Аутоантитела способны проходить через плацентарный барьер, накапливаться в молоке, и в результате этого их действие проявляется у потомков облученных животных [7].

Аутоиммунная реакция в облученном организме начинается образованием аутоантигенов, которые циркулируют в крови уже через несколько минут после облучения животного дозами порядка нескольких рентген. Их содержание возрастает при увеличении дозы излучения, достигая максимума после облучения смертельными дозами. Источником аутоантигенов являются радиочувствительные органы, такие как кишечник, селезенка, костный мозг, клетки которых в первую очередь подвергаются разрушению. В ответ на стимуляцию тканевыми антигенами в крови начинают циркулировать аутоантитела. По своему биологическому действию они характеризуются широким спектром. Количество их зависит от дозы облучения. У облученных животных аутоантитела к тканям организма обнаруживаются и в молоке [8]. В восстановительный период лучевой болезни происходит снижение уровня аутоантител, выделяющихся с молоком.

Несомненно, что образование и взаимодействие аутоантител с аутоантигенами при лучевых воздействиях имеют большое защитное значение в патогенезе и исходе лучевой болезни.

Практическую важность имеет выяснение основных закономерностей изменения факторов искусственного иммунитета под влиянием ионизирующей радиации. Облучение иммунизированных животных приводит к существенному угнетению степени их невосприимчивости к возбудителям болезней в первые дни после облучения и к еще большему подавлению иммунитета в период острого течения лучевой болезни. Однако некоторая напряженность активного антитоксического иммунитета, созданная до облучения, сохраняется и после него. Поэтому он обеспечивает более высокую резистентность облученных животных к соответствующему возбудителю по сравнению с неиммунизированными облученными животными.

Эффективность иммунизации облученных животных зависит от сроков введения антигена. Особо осторожно нужно подходить к вакцинации облученных животных в начальный период и стадию разгара лучевой болезни тяжелой и крайне тяжелой степени. В этих условиях рекомендуется использовать малотоксичные иммунизирующие препараты. Исследованиями на кроликах и обезьянах установлено, что иммунизация облученных животных брюшнотифозными вакцинами, токсичность которых понизили путем обработки специфической иммунной сывороткой, приводит к образованию достаточно напряженного иммунитета и не отягощает течение лучевой болезни. Более того, введение малотоксичных вакцин в ранние сроки после облучения оказывает благоприятное влияние на течение лучевого поражения. Живые вакцины в большей степени отягощают остроту течения лучевой болезни, чем инактивированные. Выделяют две причины этого явления. Во-первых, живые вакцины обладают токсичностью, и во-вторых, возбудитель вакцинного штамма размножается в организме.

Поскольку у привитых животных иммунитет под влиянием облучения снижается, целесообразно ревакцинировать их. Вакцинация столбнячным анатоксином в скрытый к восстановительный период острого течения лучевой болезни легкой и средней степени тяжести эффективна, но введение его в разгар болезни выше средней тяжести ухудшает состояние животных. Развивается более глубокая лейкопения, сокращается продолжительность жизни животных, повышается их смертность. Ревакцинация животных, облученных дозами, вызывающими лучевую реакцию средней степени, эффективна в любые сроки после облучения. Установлено, что спустя 1-2 мес у животных, выживших после облучения, происходит относительная нормализация иммунного ответа на введение живых и убитых вакцин. Следует отметить, что прививки, проводимые до обручения, обычно повышают радиорезистентность организма. Сущность положительного действия иммунизации объяснима известной общебиологической закономерностью - малые дозы повышают общую реактивность организма.

Облучение изменяет эффективность и пассивной иммунизации. Как известно, пассивный иммунитет слагается из двух процессов: первый - гуморальный, истинно пассивный процесс, он обеспечивается взаимодействием вводимых специфических антител с антигенами; второй процесс - активный, обусловливается клеточной реакцией. Поэтому при облучении животного изменяется главным образом второй процесс, а первый нарушается мало.

Существенное воздействие на формирование специфического иммунитета оказывают радионуклиды, поступающие внутрь организма. Глубина изменений иммунных реакций зависит от количества инкорпорированных радионуклидов. В отличие от влияния внешнего облучения при инкорпорации радиоактивных изотопов особенно страдает вторичный иммунологический ответ, что может быть связано с длительностью и непрерывностью лучевого воздействия.

Отдельные наблюдения показывают, что предварительная иммунизация оказывает защитное действие против лучевого поражения.

Положительное влияние иммунизации, проведенной за 3-14 дней до инкорпорации цезия-137 и стронция-90, выражалось повышением выживаемости, сохранением работоспособности и массы животных, меньшим уровнем лейкопении. Повышение радиорезистентности объясняют стимуляцией клеточного и гуморального факторов неспецифической защиты, восстановлением лимфоидной ткани у иммунизированных животных и снижением аутосенсибилизации. Иммунизация животных различными вакцинами (тетравакциной, брюшнотифозной вакциной, столбнячным и дифтерийным анатоксинами) ускоряет выведение из организма цезия-137 и полония-210. Депонирование стронция-90 под влиянием бактериального и вирусного антигена в скелете вначале возрастает, а затем снижается. Вакцинация до введения радиоактивного иода приводит к увеличению радионуклида в щитовидной железе, надпочечниках, яичниках и не влияет на уровни поглощения его другими органами [9].

Таким образом, ионизирующие излучения и радионуклиды нарушают сложный комплекс защитных механизмов организма - резистентность барьеров, бактерицидность крови и секретов, клеточные реакции, антителогенез. У животных, облученных высокими дозами радиации, повышается чувствительность к возбудителям инфекций.

Выводы

На современном этапе взаимодействия животных и окружающей среды особенно актуальными являются вопросы воздействия источников ионизирующего излучения природного и техногенного происхождения на живые объекты и изучение механизмов биологического ответа. Исследовано, что даже одинаковые дозы различных видов ионизирующего излучения оказывают на живые организмы разное действие. Поэтому опасно недооценивать губительное действие радиации на человека и животных, но в тоже время не следует, и переоценивать опасность малых доз ионизирующего излучения, сопоставимых с естественным радиационным фоном, изменяющим свои уровни в десятки и сотни раз в зависимости от зоны и местности проживания.

В данной работе были рассмотрены физиологические механизмы влияния ионизирующего излучения на организм животного. В течение жизни все живые существа на Земле постоянно подвергаются воздействию ионизирующей радиации путём облучения. В том числе как за счёт действия естественных (космического излучения, природных радиоактивных веществ и др.), так и искусственных источников ионизирующих излучений (радиоактивные вещества образующиеся при ядерном, термоядерном взрыве, глобальные загрязнения, атомная энергетика и др.) из которых и формируется общий радиационный фон. Изучая физиологические механизмы биологического действия ионизирующих излучений на живой организм можно отметить, что его рассматривают как: внешнее облучение от источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности или от других внешних факторов и внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, с пищей или водой.

Рассмотрены виды иммунизации при радиационных авариях, нарушения антимикробного иммунитета и связанные с ним инфекционные осложнения. Установили, что следствие повышения проницаемости тканевых барьеров, нарушения фагоцитарной способности клеток ретикулоэндотелиальной системы и угнетения неспецифических бактерицидных систем организма также связаны с изменением антигенных свойств тканей.

Список литературы

1. Старков В.Д., Мигунов В.И. Радиационная экология. Тюмень: ФГУ ИПП «Тюмень», 2013.-304 с.

2. Белоус Д.А. Радиация, биосфера, технология. - СПб.: Изд-во ДЕАН, 2004. - 448с.

3. Ахметова, В.В, Дежаткина С.В., Любин Н.А., Козлов В.В. Физиологические аспекты использования в животноводстве комплексной добавки на основе природного мергеля и органических кислот //Материалы Международной научно-практической конференции: Фундаментальные и прикладные проблемы повышения продуктивности животных и конкурентноспособности продуктивности животноводства в современных экономических условиях АПК РФ. Ульяновск, 2015. - С. 74-77

4. Dezhatkina S. The concentration of mineral elements in the blod pigs using supplements of soy okara /S. Dezhatkina, A. Dosorov, N. Lubin //Nauka I studia. - 2015. - T. 11. - S. 137-146.

5. Любин Н.А. Клиническая физиология / Н.А. Любин, С.В. Дежаткина, В.В. Ахметова: учебное пособие по специальности Ветеринария. Ульяновск: УГСХА. - 2016. - 196 с.

6. Александров Ю.А. А 46 Основы радиационной экологии: Учебное пособие /Мар. гос. ун-т, 2007. - 268 с.

7. Любин Н.А., Дежаткина С.В., Ахметова В.В., Шленкина Т.М., Васина С.Б. Использование мергеля Сиуч-Юшанского месторождения в рационах животных: монография - Ульяновск: УГСХА, 2016.- 300 с.

8. Денисов В.В., Денисова И.А., Гутенев В.В., Монтвила О.И. Безопасность жизнедеятельности. Защита населения и территорий при чрезвычайных ситуациях: Учеб. пособие. - Москва: ИКЦ «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2013. - 608 с.

9. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов / Д.А. Кривошеин, Л.А. Муравей, Н.Н. Роева и др.; Под ред. Л.А. Муравья. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2010. - 447 с.

10. Анофриков В.Е., Бобок С.А., Дудко М.Н., Елистратов Г.Д. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие - М., 2017

Размещено на Allbest.ru