- •Глава 16. Радиобиологические эффекты
- •16.1. Классификация радиобиологических эффектов
- •16.1.1. Уровень формирования
- •16.1.2. Сроки появления
- •16.1.3. Локализация
- •16.1.4. Характер связи с дозой облучения
- •Дозовые пороги некоторых нестохастических эффектов облучения организма человека
- •16.1.5. Значение для судьбы облучённого организма
- •16.2. Начальные этапы биологической стадии в действии ионизирующих излучений
- •16.2.1. Первичные стадии в действии излучений
- •Основные стадии в действии излучений на биологические системы
- •16.2.2. Молекулярные механизмы лучевого повреждения биосистем
- •16.3. Реакции клеток на облучение
- •16.3.1. Биологическое усиление радиационного поражения
- •16.3.2. Репарация лучевых повреждений
- •16.3.3. Судьба облученной клетки
- •16.3.3.1. Формы лучевой гибели клеток
- •Репродуктивная форма гибели клеток
- •Интерфазная форма гибели клеток
- •16.3.3.2. Нелетальные повреждения генома клетки
- •16.3.4. Количественные характеристики лучевого поражения клеток
- •16.4. Действие излучений на ткани, органы и системы. Радиочувствительность тканей
- •16.4.1. Радиационное поражение системы крови
- •16.4.2. Радиационное поражение органов желудочно-кишечного тракта
- •16.4.3. Лучевое поражение центральной нервной системы
16.3.2. Репарация лучевых повреждений
Одновременно в ответ на возникшие первичные повреждения в облученной клетке активируются репарационные системы, деятельность которых направлена на устранение возникших повреждений. Наиболее важной из них является система ферментативной репарации повреждений ДНК. Повреждения биомолекул других типов чаще всего не являются фатальными для клетки: продукты их распада могут быть удалены из клетки, а функцию инактивированных соединений могут взять на себя сохранившиеся молекулы того же строения. Молекулы ДНК уникальны, и в случае повреждения их функция не может быть продублирована. При репликации нарушенных матриц будут воспроизводиться дефектные копии - будут синтезироваться аномальные продукты, например ферменты с измененными характеристиками. Поэтому возникшие в результате облучения повреждения ДНК, во избежание развития тяжелых для клетки последствий, должны быть репарированы таким образом, чтобы исходное строение этого чрезвычайно сложно устроенного биополимера было точно восстановлено. В клетке существуют системы нескольких типов, способные репарировать большинство нарушений структуры ДНК, связанных с повреждением одной из комплементарных цепей и даже значительной части повреждений, захватывающих обе нити. Однако, избыточная активность ферментов, обеспечивающих такую репарацию, может иногда привести к утяжелению повреждения генома клетки. Так, репарация повреждений ДНК представляет собой весьма энергоемкий процесс, в ходе которого расходуется значительное количество АТФ. Кроме того, в процессе репарации интенсивно потребляется АДФ, что снижает продукцию АТФ клетками. Возникающий в результате дефицит макроэргов может отрицательно сказаться на функциях особенно чувствительных к нему нервных клеток.
Существование в клетках механизмов и ферментных систем, обеспечивающих репарацию большинства начальных повреждений ДНК, эволюционно обусловлено необходимостью поддержания стабильности генома, в условиях постоянно возникающих повреждений ДНК в результате воздействия естественного радиационного фона, присутствия в среде химических мутагенов, случайно возникающих в процессе жизнедеятельности клеток нарушений и сбоев. Если бы не было таких механизмов, жизнь была бы невозможна.
16.3.3. Судьба облученной клетки
Судьба облученной клетки определяется соотношением эффективности процессов биологического усиления и репарации. Чем выше доза облучения, тем выше вероятность того, что в результате процессов биологического усиления появятся необратимые изменения, приводящие к гибели клетки, ее злокачественному перерождению, нарушению пролиферативной активности, ограничению дифференцировочных потенций, снижению функцциональных возможностей и т. п. Чем ниже доза, чем меньше повреждений возникло в клетке, тем вероятнее восстановление от возникших повреждений, сохранение жизнеспособности и основных функций клетки.
Во всех делящихся клетках сразу после облучения временно прекращается митотическая активность ("радиационный блок митозов"). Резкое снижение митотического индекса и, как следствие, прекращение увеличения количества клеток наблюдается как в культурах in vitro, так и при облучении многоклеточного организма. Длительность задержки деления тем больше, чем выше доза (обычно не дольше суток). Может наблюдаться задержка перехода из фазы G1 в S и из фазы G2 в M.
Подавление синтеза ДНК не может рассматриваться как причина торможения митотической активности: последняя снижается ранее, чем начинает обнаруживаться уменьшение включения в ДНК меченых предшественников. Блок митозов объясняют нарушением процессов, регулирующих клеточное деление. В частности, может иметь значение нарушение образования веретена, обеспечивающего расхождение хромосом в митозе.
Задержка деления в клетках активно пролиферирующих тканей (таких, например, как костный мозг) является существенной причиной их опустошения после облучения.
К функциональным нарушениям в клетках могут быть отнесены и такие проявления, как снижение фагоцитарной активности нейтрофилов после облучения, изменения активности некоторых ферментов в этих клетках. При дозах облучения, превышающих несколько десятков грей важным послелучевым эффектом является нарушение функциональной активности нервных клеток, связанное с дефицитом макроэргов, в результате расходования их предшественников в процессе репарации разрывов ДНК.