Особенности биологического действия ионизирующего излучения на клетки обусловлены его способностью ионизировать любые атомы. Если при облучении живых клеток ионизируются атомы, входящие в небольшие молекулы (например, воды, сахара, аминокислот, витаминов и др.), то эти молекулы могут распадаться с образованием вторичных продуктов – свободных радикалов (ОН–), обладающих большой реакционной способностью. Этот процесс называют радиолизом. Радикалы являются чрезвычайно химически агрессивными соединениями (самые агрессивные в природе). При ионизации атомов макромолекул (белков, ферментов, нуклеиновых кислот) они теряют свои биологические функции. Различают два вида воздействия на клетки ионизирующего излучения: прямой, при котором энергия поглощается непосредственно в самих молекулах, и косвенный, при котором энергия излучения поглощается водой и другими низкомолекулярными соединениями клетки, а макромолекулы повреждаются продуктами радиолиза. К сведению! Напомним кратко о составе клетки. Живая клетка состоит из ядра, клеточной жидкости (протоплазмы или цитоплазмы) и мембран, которые отделяют клетку от внешней среды и ее внутренние органы или структуры (органоиды или органеллы) друг от друга. В состав клетки, кроме неорганических соединений – воды и минеральных солей – входят органические соединения: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, ферменты. Молекулы белков, ферментов, нуклеиновых кислот состоят из тысяч атомов, поэтому их называют макромолекулами. В ядре, цитоплазме и мембранах содержится много макромолекул каждого вида соединений. При облучении доля повреждаемых макромолекул зависит от дозы ионизирующего излучения и даже при дозах в несколько десятков грей очень мала из–за многослоенности молекул каждого вида. Но при любой поглощенной дозе – даже в 0,01 грей (1 рад) – в каждой клетке осуществляются тысячи актов ионизации во всех клеточных структурах, что приводит к нарушению многих свойств и функций клеток – проницаемости мембран, ионного состава и др. Однако, большинство изменений являются временными и не вызывают гибели клетки. И только ионизация гигантской молекулы ДНК, несущей в себе всю генетическую информацию, может привести к потере клеткой способности к неограниченному делению (репродуктивная гибель). Это происходит в результате разрыва одной или обеих нитей молекулы ДНК, что препятствует дальнейшему воспроизводству нормальных клеток. К сведению! Хромосомы – нитевидные образования в ядре. Они являются носителями наследственных задатков организма. Одной из основных молекул хромосом является молекула дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК), одной из нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты образуются в ядре (нуклеус – латинское название ядра). ДНК играют основную роль в построении характерных для данной клетки белков и передаче наследственных задатков от родителей к потомству. То есть молекулы ДНК являются носителями генетической информации. Молекулы ДНК состоят из нуклеотидов, состоящих из пятиуглеродного сахара, азотистого основания и фосфорной кислоты. Нуклеотиды составляют длинные молекулы, которые закручены в две нити, свитые вместе и образующие спираль. Идентичное воспроизводство ДНК и равное распределение хромосом являются необходимыми предпосылками для нормального развития организма. Радиочувствительность делящихся клеток зависит от многих факторов и может быть искусственно увеличена или уменьшена. Например, при отсутствии кислорода поражение самых различных клеток ослабляется и радиочувствительность снижается приблизительно в 3 раза (кислородный эффект). Повреждения ДНК, которые приводят к потере клеткой способности к неограниченному делению, могут восстанавливаться благодаря существованию мощных систем репарации (восстановления). Основным восстановителем является аминокислота (глутатион), которая в момент облучения конкурирует с внутриклеточным кислородом, препятствуя ему перевести первичные повреждения ДНК в необратимое состояние. Повреждения, сохранившиеся после этого физико–химического этапа восстановления, эффективно устраняются различными ферментными системами, специфически восстанавливая различные повреждения ДНК. Конечный поражающий эффект облучения определяется невосстановленной частью этих повреждений. Гибель в результате воздействия ионизирующего излучения целостного организма млекопитающих обусловлена резким сокращением количества делящихся клеток тканей, необходимых для жизнедеятельности организма. Критическими системами у млекопитающих являются системы кроветворения и пищеварения. В костном мозге, селезенке и тонком кишечнике имеются активно делящиеся клетки (стволовые), которые являются родоначальниками всех функционирующих клеток крови и тонкого кишечника. Они ответственны за всасывание питательных веществ. В результате потери способности стволовых клеток к неограниченному делению, их численность падает ниже совместимого с жизнью критического уровня, что приводит к гибели организма. Клетки большинства других тканей организма – почек, печени, сердца, мышц, нервных клеток и др. – делятся очень редко или вообще не делятся. Под действием ионизирующего излучения они гибнут (так называемая интерфазная гибель). Для всех делящихся и большинства неделящихся клеток организма интерфазная гибель наступает при дозах в сотни Грей, поэтому, при опасных для жизни человека дозах 4–10 Грей (400–1000 бэр), эти клетки не гибнут. Исключение составляют клетки белой крови и половые клетки на некоторых стадиях развития. Интерфазная гибель этих клеток наступает уже при дозах в сотые доли грея. Механизм интерфазной гибели клеток и причина резкого различия в радиочувствительности лимфоцитов и других видов клеток не ясны. Предполагается, что интерфазная гибель клеток обусловлена не повреждением ДНК, а повреждением мембран и других структур клетки. Таким образом, самой общей реакцией клеток на облучение оказалось клеточное деление. Чувствительность клеток к воздействию ионизирующего излучения тем выше, чем чаще они делятся (то есть, чем выше их способность к размножению) и чем менее они дифференцированы. Ионизирующее излучение не только повреждает наследственный механизм клетки, но и вызывает в нем необратимые изменения – мутации, проявляющиеся в появлении стойких и передающихся по наследству новых признаков. (Yeaon, 1996).
(more…)
Обновление...
