биологической организации от молекулы до целостного организма. Эти типы
радиационных поражений приведены в табл. 1.
Таблица 1. Типы радиационного поражения у млекопитающих
|Уровень биологической организации|Важнейшие радиационные эффекты |
|Молекулярный |Повреждение макромолекул |
| |ферментов, ДНК, РНК |
| |и воздействие на обменные |
| |процессы |
|Субклеточный |Повреждение клеточных мембран, |
| |ядер, хромосом, митохондрий и |
| |лизосом |
|Клеточный |Остановка деления и гибель |
| |клеток; трансформация в |
| |злокачественные клетки |
|Ткань, орган |Поражение ЦНС, костного мозга, |
| |желудочно-кишечного тракта; |
| |вероятность гибели, |
| |обусловленной злокачественным |
| |ростом |
|Целостный организм |Смерть или сокращение |
| |продолжительности жизни, |
| |вызванное радиацией |
|Популяция |Изменения генетической |
| |характеристики у отдельных |
| |индивидуумов под влиянием генных |
| |и хромосомных мутаций |
РАЗВИТИЕ РАДИАЦИОННОГО ПОРАЖЕНИЯ
Вслед за поглощением энергии ионизирующего излучения, сопровождаемым
физическими изменениями клеток, происходят процессы химического и
биологического характера, которые закономерно приводят прежде всего к
повреждению критических биомолекул в клетке. Этот процесс протекает менее
10-6 с, тогда как окончательное проявление биологического поражения может
растягиваться ца часы, дни и даже десятилетия.
Для жизненной функции клеток решающее значение имеют белки и нуклеиновые
кислоты. Белки — главный органический компонент цитоплазмы. Некоторые белки
относятся к структурным элементам клетки, другие — к имеющим важное
значение ферментам. Радиационное повреждение белков состоит в уменьшении их
молекулярной массы в результате фрагментации полипептидных цепочек, в
изменении растворимости, нарушении вторичной и третичной структуры,
агрегировании и т. п. Биохимическим критерием радиационного повреждения
ферментов является утрата ими способности осуществлять специфические
реакции. При интерпретации пострадиационных изменений ферментативной
активности in vitro наряду с радиационными нарушениями самого фермента
следует учитывать и другие повреждения клетки, прежде всего мембран и
органелл. Чтобы вызвать явные изменения ферментативной активности в
условиях in vitro, требуются значительно большие дозы, чем in vivo.
Наиболее существенные повреждения клетки возникают в ядре, основной
молекулой которого является ДНК. Ядро у млекопитающих проходит четыре фазы
деления; из них наиболее чувствителен к облучению митоз, точнее его первая
стадия — поздняя профаза. Клетки, которые в момент облучения оказываются в
этой стадии, не могут вступить в митоз, что проявляется первичным снижением
митотической активности спустя 2 ч после облучения. Клетки, облученные в
более поздних стадиях митоза, или завершают цикл деления без каких-либо
нарушений, или в результате инверсии обменных процессов возвращаются в
профазу. Речь идет о радиационной синхронизации митозов, когда клетки с
запозданием снова начинают делиться и производят чисто внешнюю компенсацию
первоначального снижения митотической активности. Нарушения ДНК могут вести
к атипическому течению клеточного деления и появлению хромосомных
аберраций. Неделящиеся клетки пребывают в длительной интерфазе, оставаясь
по большей части вне влияния тех доз излучения, которые вызывают
репродуктивный отказ делящихся клеток.
С нарушением клеточной мембраны связаны радиационные изменения
поведенческих функций ЦНС. Радиационное повреждение эндоплазматического
ретикулума приводит к уменьшению синтеза белков. Поврежденные лизосомы
высвобождают катаболические ферменты, способные вызвать изменения
нуклеиновых кислот, белков и мукополисахаридов. Нарушение структуры и
функции митохондрий снижает уровень окислительного фосфорилирования.
Перечисленные изменения субклеточных структур только намечены,
исследования в данной области ведутся.
Стволовые клетки костного мозга, зародышевого эпителия тонкого кишечника,
кожи и семенных канальцев характеризуются высокой пролиферативной
активностью. Еще в 1906 г. J. Bergonie и L. Tribondeau сформулировали
основной радиобиологический закон, согласно которому ткани с
малодифференцированными и активно делящимися клетками относятся к
радиочувствительным, а ткани с дифференцированными и слабо или вообще не
делящимися клетками — к радиорезистентным. По этой классификации
кроветворные клетки костного мозга, зародышевые клетки семенников, кишечный
и кожный эпителий являются радиочувствительными, а мозг, мышцы, печень,
почки, кости, хрящи и связки — радиорезистентными. Исключение составляют
небольшие лимфоциты, которые (хотя они дифференцированы и не делятся)
обладают высокой чувствительностью к ионизирующему излучению. Причиной,
вероятно, является их выраженная способность к функциональным изменениям.
При рассмотрении радиационного поражения радиочувствительных тканей следует
учитывать, что и чувствительные клетки, находясь в момент облучения в
разных стадиях клеточного цикла, обладают различной радиочувствительностью.
Очень большие дозы вызывают гибель клеток независимо от фазы клеточного
цикла. При меньших дозах цитолиз не происходит, но репродуктивная
способность клеток снижается в зависимости от полученной ими дозы. Часть
клеток остается неповрежденной либо может быть полностью восстановленной от
повреждений. На субклеточном уровне репарация радиационного поражения
происходит, как правило, в течение нескольких минут, на клеточном уровне —
нескольких часов, на уровне ткани — дней и недель, а в целом организме
млекопитающего — в течение месяцев. Обратимая компонента составляет
примерно 90% начального радиационного поражения. Считается, что репарация
50% обратимого поражения у человека занимает примерно 30 (25-45) дней.
Остальная часть обратимого поражения полностью репарируется через 200 ± 60
дней после окончания однократного сублетального облучения. Чем больше
относительная биологическая эффективность (ОБЭ) излучений, тем меньше у
организма возможности восстановления. Необратимая компонента нейтронного
облучения составляет более 10% начального поражения.
Пострадиационная убыль клеток вследствие их гибели в интерфазе, а также
утрата репродуктивной способности части клеток особенно серьезны для тех
непрерывно обновляющихся клеточных популяций, зрелые формы которых имеют
физиологически ограниченное время жизни, после чего они отмирают. Чем
короче цикл созревания и средний срок жизни зрелых клеток какой-либо
системы, тем выраженное и чаще бывают нарушения этой системы в период после
облучения. Те важные органы и системы, выход из строя которых приводит к
гибели организма, называются критическими. Так, к основному тканевому
поражению в диапазоне доз (на все тело) 1-10 Гр относится нарушение
кроветворной функции, получившее название костномозгового синдрома. Доза,
при которой выживает 37% стволовых кроветворных клеток (Д0) у мышей,
составляет 1 Гр. При костномозговом синдроме возникают серьезные нарушения
репродуктивной способности гемопоэза. Эти нарушения с течением времени
после облучения определяют изменения в периферической крови в зависимости
от среднего времени жизни форменных элементов крови и дозы излучения.
Для убыли форменных элементов в периферической крови характерна
определенная последовательность во времени, сопровождаемая следующими
функциональными изменениями.
1. Сокращение числа лимфоцитов отмечается сразу же после облучения и
достигает максимума на 1–3-й сутки. Оно проявляется ослаблением или
подавлением как клеточных, так и гуморальных иммунологических реакций.
2. Уменьшение количества нейтрофильных гранулоцитов (после временного 1–2-
суточного лейкоцитоза, обусловленного выбросом нейтрофилов из депо
организма) достигает нулевой отметки на 4-е и 5-е сутки в случае
летального облучения. При меньших дозах количество нейтрофилов
постепенно сокращается, его минимум приходится на 2–4-ю неделю после
экспозиции. Гранулоцитопения понижает сопротивляемость организма к
инфекциям.
3. Уменьшение числа тромбоцитов происходит параллельно с сокращением
количества нейтрофилов или на несколько суток позже. Дефицит
тромбоцитов вместе с радиационным поражением эндотелия сосудов
проявляется геморрагическим синдромом.
4. Содержание эритроцитов ежесуточно снижается примерно на 0,8%, что
усугубляется кровотечениями и явлениями гемолиза. За первый месяц после
облучения потеря эритроцитов может достигнуть 25% от исходного уровня.
Анемия замедляет процессы репарации, а дефицит кислорода в костном
мозге нарушает его способность восстанавливать гемопоэз.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
