放射線基礎医学実習レポート（4）放射線障害
（Ｘ線全身照射によるマウス造血組織の障害）

実施日　平成１５年１月２４日（金）

１． 目的
全身に放射線被曝をすると身体を構成する種々の臓器・組織が損傷を受ける。損傷の程度は被爆線量、線量率に依存する。放射線感受性は組織により異なる。
実習ではマウスにＸ線全身照射を行い、１週間後のマウスの各臓器を観察することにより、Ｘ線被曝で生じる放射線障害（急性障害）を学ぶ。また臓器による放射線感受性の違いや、放射線障害の線量依存性についても理解する。

２． 序論
放射線障害

　放射線感受性は組織・臓器により異なり、一般に造血組織のような細胞増殖が盛んな組織ほど高い。
　今回の実習ではマウスに２Gy、４Gyの全身照射を行い、胸腺、脾臓、腎臓を摘出してその重量を測定、その変化から放射線障害について学ぶ。マウスはヒトよりも放射線に対して強く、ヒトの全身照射時の半致死線量は４Gyであるが、マウスでは６〜８Gyほどである。

３． 実験
　６週齢のオスマウス(ICR)を用い、１Gy/mimで２または４GyのＸ線を照射した。
　１週間後、０Gy(対照群、control)、４Gyを照射したマウスをそれぞれ１匹ずつ実験に用いた。
　まずマウスをクロロホルム入りの瓶に入れ、安楽死させた。
　次にこのマウスの体重を測定した。
　マウスを解剖し、胸腺、脾臓、腎臓を摘出してシャーレ内の生理的食塩水に浸した。
　各臓器の水分を軽く取ってから、天秤で重量を測定した。
　時間に余裕があったため、もう１匹、０Gyを照射したマウス(対照群、control)を同様の手順で解剖した。

４． 結果
　データの傾向を正確に把握するため、他の各班の結果を集計し、その平均値で各臓器の重量を示す。（単位：ｇ）
（斑ごとの詳細はレポート末に掲載）

※ 胸腺、脾臓、腎臓のデータ内の（　）内は体重に占める割合。（％）

　以上の結果を見ると、放射線に感受性の臓器と非感受性の臓器がはっきりと区別できる。体重に占める各臓器の割合で見ると、胸腺、脾臓は照射された放射線の量が多いほどその割合が減る（放射線に感受性である）のに対し、腎臓は左右とも、その質量に（胸腺、脾臓と比較して）有意な変化は認められない（放射線に非感受性である）。
　また、胸腺と脾臓との感受性に相違があるかについても考えてみたが、以下の表にも示したとおり、０、２、４Gyの３段階の実験では、相違があると考えられる結果は得られなかった。
上記データの０Gyでの体重比を100パーセントとした時の、体重比の割合（％）

５． 考察
（１）放射線の急性障害（ヒトの場合）
　被曝直後から２日ほどの間、前兆期の最も特徴的な症状である吐き気、嘔吐がみられる。
　その後、約１０日間の潜伏期（無症状）を経て、２〜１０週目にかけて骨髄減少期となる。これは白血球や血小板が減少するためにつけられた名前である。被曝後１ヶ月ほどで白血球は最低値となり、この時期は特に感染症が起こりやすい。また、血小板が最低になる時期（４週目〜１ヶ月ほど）には出血が多発する。
　マウスの実験においては、半致死量の被曝をしたマウスでも、骨髄を移植すればほとんどが生き残ることが分かっており、放射線の影響による死では、血球生産機能の障害が致命的となることが多い、ということがわかる。
（２）細胞分裂と放射線感受性
　細胞はＭ期（有糸分裂期）、Ｇ１期、Ｓ期（ＤＮＡ合成期）、Ｇ２期の４つの段階を経て分裂する。そして、この間には放射線に弱い時期と強い時期とがあることが、実験によって確かめられている。具体的には、Ｓ期の直前とＧ２末期が放射線に高感受性の時期であり、逆に分裂後、ＤＮＡ合成を開始するまでの間の細胞（Ｇ１期）は放射線に非常に強い。分裂をしない細胞はＧ１期の途中にあるため、分裂期の細胞が放射線に弱い、といえるであろう。
　放射線を照射されると、細胞内のＤＮＡに傷がつく。ある程度傷がついても、生体にはそれを修復する機構があるし、分裂をしない細胞はそのまま機能を果たすこともできる。しかし分裂期の細胞は、ＤＮＡに傷があるとそこで分裂を停止したり、傷が大きいとみなした場合は細胞にアポトーシスを起こさせたりする。また、それでも分裂が起こると、それは受けた傷が多くの細胞に広がることを意味する。
（３）組織、細胞ごとの細胞分裂頻度の違い
　増殖期の細胞が放射線に高感受性である。つまり、放射線を浴びた際に影響を受けやすいのは細胞分裂が盛んな臓器、ということになる。実質臓器の多く、肝臓や腎臓などの構成細胞は分化が進んでおり、ほとんど分裂をしない（多くの細胞がＧ１期にある）ため、放射線に対しては低感受性である。
　一方で、放射線に高感受性である細胞としては、血球細胞、精子細胞などがあげられる。
　まず血球細胞であるが、これらは、未分化な全分化能幹細胞と呼ばれる少数の細胞から、次々に分裂して、赤血球だけでも毎秒２００万個もの新血球が生産されている。１つの幹細胞は、４０００個もの赤血球になるとされ、これには１３回ほどの分裂が必要である。また、白血球の一種である顆粒球は、１つの幹細胞が１万個にもなる。
　（２）でみてきたように、分裂細胞は放射線に弱い。そのため、放射線を浴びると、白血球の分裂は様々な段階で停止してしまう。成熟白血球は分裂を停止していて放射線に強いため、血中白血球数はすぐには減少しない。しかし、成熟過程の白血球は減るため、数日後から１ヶ月ほどの間白血球の減少が見られる。止血に重要な役割を果たす血小板もほぼ同様の経過を示す。
　赤血球も同様に減少するはずであるが、赤血球の減少は白血球ほど顕著ではない。これは、赤血球の寿命が約１２０日と比較的長いためで、赤血球の前駆細胞である網赤血球では減少が見られる。
　少数の幹細胞から多くの細胞ができるものとして、血球細胞の他に精子細胞が上げられる。精子細胞の幹細胞である精原細胞は、１つの細胞が１万個以上の精子に分裂する。（分裂は１４回以上必要）さらに、精子細胞には血球細胞よりも放射線に弱い条件がある。そのひとつが減数分裂を行うことであり、もうひとつは、精子は生殖細胞であるため、少しでもＤＮＡに傷がつくと、すぐにアポトーシスの機構が働く、ということである。このため、男性の精細胞は、最も放射線に弱いと言える。
　細胞のターンオーバーが早い、という点では血球細胞と表皮細胞は似ている。表皮の最下層（真皮との境、基底細胞層）には幹細胞が存在し、これが盛んに細胞分裂して表面に押し出されていくのである。しかし、皮膚では、外界に露出する角質細胞の一定範囲を、複数の幹細胞が共同で支持している。そのため、血球や精細胞のように分化細胞数が減少する事態は発生せず、放射線にも比較的強い。分裂中の細胞は放射線以外の刺激にも弱いが、消化管の上皮も含む上皮組織は、絶えず外界からの影響を受ける。そのため、これら表皮組織では、幹細胞の比率が高くなっており、これらの細胞が少々減っても、十分に対応できるようになっているのである。
（４）脾臓と胸腺
　脾臓と胸腺は共にリンパ性器官である。
　脾臓の内部には赤血球や好中球、リンパ球などの血球が多く存在している。血液が通り抜ける過程で、老化した赤血球を主とする老廃細胞や、血中の細菌、異物を脾臓内のマクロファージが処理する、という血管系の免疫学的な濾過器として働いている。また、循環血流量の調節や、血球の生成能をも持ち合わせており、人においても白脾髄はリンパ球産生に重要である。（魚類、両生類などの下等な動物では、脾臓は終生最も重要な造血器であるが、高等動物になると造血機能の主体は骨髄へ移る。）
　胸腺はリンパ性器官の中枢的な立場にある（一次リンパ性器官）。骨髄由来のＴリンパ球前駆細胞が胸腺の皮質に侵入し、そこで活発に分裂増殖を繰り返しながら髄質に移動、成熟Ｔリンパ球となって脈管系に送り出される。そのため胸腺は、Ｔリンパ球を成熟させるための教育機関といえる。
　以上のように、いずれの臓器も、血球と密接な関わりを持ち、特にリンパ球の産生、分化に大きな役割を果たしている。これまで述べてきたように、血球細胞、特に白血球は放射線照射を受けた後の減少が顕著であり、これを考え合わせると、今回の実習で胸腺、脾臓の重量が大きく低下したのは、その内部にある、増殖、分化途上の白血球（幹細胞）が分裂を停止したり、ＤＮＡ修復の限界を超えてアポトーシスを起こしたりしたためであると考えられる。

各班のマウスのデータ
０Gy照射（未照射）マウス（コントロール、１５匹）

２Gy照射マウス（５匹）

４Gy照射マウス（５匹）

参考文献
　人は放射線になぜ弱いか　第３版　　近藤宗平著　講談社ブルーバックス（1998）
　放射線と健康　舘野之男著　　岩波新書(2001)
　入門組織学　　牛木辰男著　　南江堂(1989)

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