Радиочувствительность тканей и органов организма Радиационные синдромы: действие ионизирующего излучения на систему кроветворения, пищеварения и центральную. Радиочувствительность тканей органов и систем организма вопросы Смотреть что такое "Радиочувствит

В активно обновляющихся тканях (эпителий ворсинок кишечника, костный мозг, кожа и др.), а также в быстрорастущих опухолях и клеточных культурах продолжительность цикла составляет от 10 до 48 ч. Наиболее продолжительны периоды G 1 и S, а самый кратковременный период -- митоз -- завершается в большинстве случаев в течение 30 -- 60 мин.

В малообновляющихся тканях большинство клеток находится в G 1 -периоде, длительность которого измеряется неделями, а иногда месяцами и даже годами (например, в ЦНС), что в последнее время обусловило выделение еще одной стадии -- G 0 ; клетки, находящиеся на этой стадии, принято считать вне цикла, или покоящимися. Такие клетки составляют резерв репопуляции в случае гибели части клеточного пула от различных причин. Таков, например, механизм посттравматической регенерации тканей или возобновления роста опухоли после ее облучения.

Многие из лучевых реакций клетки легко переносятся клеткой, так как являются следствием повреждения множественных структур, утрата которых очень быстро восполняется или просто остается незамеченной. Такие преходящие клеточные реакции называют физиологическими или кумулятивными эффектами облучения. К ним относятся различные нарушения метаболизма, в том числе ингибирование нуклеинового обмена или окислительного фосфорилирования, слипание хромосом и др.

Как правило, подобные реакции проявляются в ближайшие сроки после облучения и с течением времени исчезают. Наиболее универсальная из них -- временная задержка (угнетение) клеточного деления, часто называемая в литературе радиационным блокированием митозов. Снижение числа делящихся клеток после облучения было замечено уже вскоре после открытия рентгеновских лучей, что и послужило одним из оснований к применению этих лучей для подавления опухолевого роста. Эта реакция к настоящему времени наиболее хорошо изучена в количественном отношении на самых разнообразных объектах в экспериментах in vivo и in vitro для большого числа нормальных клеток и тканей, а также для опухолей человека и животных.

Рис. III.5. Динамика размножения клеток после облучения в разных дозах. А и А" -- икра вьюна; Б и Б" -- яйца морского ежа; В и В" -- почкование дрожжей (по В. И. Корогоднну, 1964): A, А", 1 -- необлученные зиготы. 2, 3, 4, 5--облученные (300 Гр) сперматозоиды, яйцеклетки, сперматозоиды и яйцеклетки до оплодотворения, зигота тотчас после оплодотворения соответственно: Б, Б".1 -- необлученные, 2, 3, 4--сперматозоиды, облученные непосредственно перед оплодотворением (1, 2, 10 Гр соответственно); В, В",1 -- необлученные. 2, 3 -- облученные 160 н 180 Гр соответственно

Проведенные эксперименты показали, что длительность задержки деления зависит от дозы ионизирующего облучения и проявляется у всех клеток облученной популяции, независимо от дальнейшей судьбы той или иной клетки -- выживет она или погибнет. Однако продолжительность этого эффекта различна у разных объектов, что наглядно представлено на рис. III.5, где сведены и проанализированы результаты экспериментов ряда исследователей. Во всех случаях после облучения деление клеток дрожжей прекращалось и возобновлялось спустя некоторое время, различное у разных объектов, но всегда растущее с дозой облучения. У каждого из объектов кривые первого пострадиационного деления имеют почти такую же форму, как и кривые соответствующих контрольных (необлученных) клеток, и лишь сдвинуты по оси абсцисс вправо. Это особенно хорошо видно при представлении данных в координатах "пробит-эффект -- логарифм времени".

(Термин "пробит" происходит от англ. probability unit -- вероятностная единица. Пробит-анализ -- количественная оценка экспериментальных данных, основанная на изучении зависимости между логарифмами доз и пробитами, соответствующими наблюдавшимся эффектам. В этих координатах S-образные или, как их называют, сигмоидные кривые выпрямляются.)

Рис. III.6 Сдвиг максимума митотической активности клеток почки человека при облучении в S-периоде (по И. Скайф v, 1969); стрелками показан сдвиг волны деления при соответствующей дозе облучения, Гр.

Многочисленные исследования показали, что для большинства изученных культур клеток задержка деления соответствует примерно 1 ч на каждый 1 Гр, т. е. около 0,6 мин на каждый сГр. Следовательно, эта реакция на облучение идентична у всех особей однородной популяции не только качественно, но и по величине, причем с увеличением дозы возрастает не доля реагирующих особей, а продолжительность задержки деления каждой облученной клетки. В этом состоит принципиальное отличие такого рода клеточных эффектов облучения от летальных поражений, анализ которых будет проведен ниже.

Время задержки деления клеток зависит и от стадии клеточного цикла, в которой находятся клетки при облучении; наиболее длительно оно в тех случаях, когда воздействию подвергаются клетки в стадии синтеза ДНК или в постсинтетической стадии, и самое короткое - при облучении в митозе, когда абсолютное большинство клеток, начав митоз, заканчивает его без задержки.

Из-за различий в длительности задержки деления, наблюдающейся на отдельных стадиях клеточного цикла, восстановление митотической активности при облучении активно пролиферирующих тканей происходит волнообразно, так как эти ткани представляют собой асинхронную клеточную популяцию, т. е. состоящую из клеток, находящихся на разных стадиях жизненного цикла.

Из рис. III.7 видно, что через 4 ч после облучения клеточное деление еще сильно подавлено, степень угнетения пропорциональна дозе. Восстановление митотической активности клетки происходит волнообразно, причем картина при всех использованных видах ионизирующих излучений однотипна.

Вскоре после первоначального падения митотический индекс достаточно резко повышается, иногда даже достигая исходного уровня, а затем вновь снижается. Это начальное повышение еще не является истинным увеличением количества митозов. Объяснением этому служит тот факт, что под влиянием облучения некоторые клетки запаздывают со вступлением в деление, что отражается в снижении митотического индекса сразу после облучения. Вероятно, эти клетки в момент облучения находились на наиболее чувствительной к излучению (по данному критерию) стадии интерфазы. Затем они начинают делиться, причем одновременно с клетками, которые к моменту облучения находились на менее чувствительной стадии, и потому вступили в митоз в обычное время. Так образуется компенсаторная волна увеличения митотического индекса, которая иногда может превышать исходные показатели. С увеличением дозы облучения и компенсаторная волна, и новое значение митотического индекса еще долго оказываются меньшими по сравнению с исходными, что объясняется подавлением способностей клеток к делению.

Рис. III.7 Динамика митотической активности костного мозга мышей после общего облучения. Цифрами у начала кривых обозначены дозы облучения

Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о роли радиационного повреждения ядра (большей, чем цитоплазмы) в механизме угнетения клеточного деления; в то же время установлено, что оно не связано с повреждением хромосом.

Можно рассматривать задержку деления как проявление неспецифического компонента реакции клеток на облучение (тем более что она наблюдается в ответ на действие многих внешних факторов), имеющее защитно-приспособительный характер.

(Американский цитолог Д. Мэзия в предисловии к монографии, посвященной физиологии клеточного деления, справедливо заметил, что "...обобщения дают возможность улавливать доказательства существования некоего общего плана (иными словами, осмысленности явления), которые может поставить нам природа".)

Суждение о защитном характере задержки митозов основано на том, что продолжительность задержки отражает меру восстановления клеток от вызванных излучением поражений, например, путем разрушения гипотетических токсинов или ресинтеза метаболитов, необходимых для деления. В этом случае следовало бы ожидать, что чем больше времени есть у клетки для восстановления, тем вероятнее, что она успешно разделится и даст жизнеспособное потомство. Однако прямые наблюдения показали, что степень задержки митозов одинакова как для гибнущих, так и для сохранивших жизнеспособность клеток. Отсутствие связи между задержкой деления и гибелью клетки подтверждается и данными о разной величине ОБЭ для этих феноменов (И. Скайф, 1969), и разнонаправленным изменением радиочувствительности и задержки деления по стадиям цикла.

До сих пор нет достаточных данных для того, чтобы однозначно отнести задержку деления к проявлениям радиационного повреждения множественных внутриклеточных структур или оценить ее как защитную реакцию клеток на их повреждение;

Все сказанное относится к временной задержке первого пострадиационного деления, наблюдаемой после облучения в определенном, хоти и достаточно большом диапазоне доз (для большинства клеток млекопитающих в пределах 10 Гр). Еще менее изучен механизм задержки деления при повторных облучениях, а потому и более затруднена интерпретация.

Описываемую реакцию задержки деления следует отличать от полного подавления митоза, наступающего после воздействия больших доз, когда клетка значительное время продолжает жизнь, но необратимо утрачивает способность к делению. В результате такой необратимой реакции на облучение часто образуются патологические формы гигантских клеток, иногда даже содержащие несколько наборов хромосом вследствие их редупликации в пределах одной и той же не разделившейся клетки (эндомитоз).

Среди многих проявлений действия излучения на жизнедеятельность клетки подавление способности к делению является наиболее важным. В связи с этим под клеточной гибелью, или летальным эффектом облучения, в радиобиологии понимают утрату клеткой способности к пролиферации. Наоборот, выжившими клетками считают те, которые сохранили способность к неограниченному размножению, т. е. к клонообразованию. Таким образом, речь идет здесь о репродуктивной гибели клеток. Репродуктивная форма лучевой инактивации клеток наиболее распространена в природе, Она же и лучше изучена методами количественной радиобиологии в связи с тем, что ее можно наблюдать при культивировании клеток вне организма.

При наблюдении за облученными клетками линии L (мышиных фибробластов) было установлено, что их гибель происходит как в процессе 1-го пострадиационного деления, так и во 2-м, 3-м и 4-м митозах. На рис. 17 схематически показана судьба потомков одной клетки, облученной в дозе 2 Гр. Их гибель (фрагментация) наблюдалась только через 70 и 140 ч после облучения исходной клетки, т.е. соответственно после 2-го и 3-го деления. После облучения в дозе 4 Гр клетки линии L более чем в 80% случаев успешно заканчивали 1-е пострадиационное деление, но зато вероятность деления дочерних клеток (1-я генерация) и "внучек" (2-я генерация) составляла около 30%; остальные 70 % клеток, начав деление, погибали.

Другая разновидность репродуктивной гибели потомков облученных клеток -- формирование так называемых гигантских клеток возникающих в результате слияния двух соседних, чаще "сестринских" клеток. Такие клетки способны не более чем к 2--3 делениям, после чего они погибают. Гигантские клетки могут возникнуть без слияния при длительной задержке истинного деления (эндомитоз) облученных клеток или их потомков. Такие клетки также нежизнеспособны.

Какие же реакции приводят делящиеся и малодифференцированные клетки к гибели? Основной причиной репродуктивной гибели клеток являются структурные повреждения ДНК, возникающие под влиянием облучения. Они легко обнаруживаются, в частности, цитологическими методами в виде так называемых хромосомных перестроек или аберраций хромосом. При этом разорванные хромосомы могут соединяться неправильно, а очень часто отдельные фрагменты их просто теряются при делении. Возникающие хромосомные перестройки весьма разнообразны. Отметим лишь основные виды аберраций: фрагментация хромосом, формирование хромосомных мостов, дицентриков, кольцевых хромосом, появление внутри- и меж хромосомных обменов и т.п. Часть аберраций, как, например, мосты, механически препятствует делению клетки; появление обменов и ацентрических фрагментов приводит к неравномерному разделению хромосом и утрате генетического материала, вызывающей гибель клетки из-за нехватки метаболитов, синтез которых кодировался ДНК утраченной части хромосомы.

Рис. III.8. Результаты наблюдения за потомками клетки линии L, облученной на 5-стадии (по К. tpottv, 1969): 1 -- гибель клетки. 2 -- слияние двух клеток с образованием гигантской клетки

Долю клеток с хромосомными перестройками часто используют в качестве количественного показателя радиочувствительности, так как, с одной стороны, число таких перестроек четко зависит от дозы облучения, а с другой -- они, отражая летальное действие излучений, хорошо коррелируют с выживаемостью клеток.

Итак, рассмотренные виды лучевой инактивации клеток, наступающей после первого пострадиационного митоза и ведущей к прекращению клонобразования, называют репродуктивной или митотической формой гибели. Другая форма радиационной инактивации клеток -- интерфазная гибель -- наступает до вступления клетки в митоз. При очень больших дозах облучения это происходит непосредственно "под лучом" или вскоре после облучения. В диапазоне умеренных доз (до 10 Гр) гибель наступает в первые часы после облучения и может быть зарегистрирована в виде различных дегенеративных изменений клетки; чаще всего под микроскопом через 2--6 ч можно наблюдать клетки с резким пикнозом ядра и фрагментацией хроматина. Для размножающихся клеток в культуре ткани, а также для большинства клеток соматических тканей взрослых животных и человека интерфазная гибель регистрируется только после облучения при дозах в десятки и сотни грей. При меньших дозах наблюдается репродуктивная форма гибели, причиной которой, как упоминалось, в большинстве случаев являются структурные хромосомные повреждения. Количественный метод определения выживаемости клеток, млекопитающих после облучения впервые был разработан в 1956 г. Т. Паком и П. Маркусом для культуры клеток HeLa. Так как и по сей день он является основным методом, применяемым в количественной радиобиологии, будет подробно рассмотрен его первоначальный вариант, а также описаны некоторые дальнейшие его усовершенствования. Клетки снимают со стенок культурального сосуда раствором трипсина или версена (рис. III.9), пипетируют до получения взвеси из строго одиночных клеток и рассеивают по чашкам Петри так, чтобы в каждую чашку попало заданное количество клеток. На каждую дозу облучения и контроль берут по 5--8 чашек. После посева чашки с клетками облучают при нескольких дозах вплоть до 10-- 20 Гр и выращивают в термостате 7--14 дней до получения видимых невооруженным глазом колоний, содержащих не менее 50 клеток. Следовательно, облученная, но сохранившая жизнеспособность клетка и ее потомки должны совершить не менее шести последовательных делений. Выживаемость клеток при каждой дозе облучения определяют как отношение числа колоний, выросших в облученных чашках, к числу колоний, выросших в контроле (рис. III.9).

Рис. III.9. Техника клонирования клеток для определения их выживаемости после облучения (по методу Т. Пака, Р. Маркуса): / -- в две серии чашек Петри высевают одинаковое число клеток; // опытные чашки облучают, контрольные -- нет; /// через 10--14 дней выжившие клетки делятся и образуют видимые колонии (клоны)

Полученная по такому методу кривая выживания растущих в культуре клеток опухоли Эрлиха (линии EL.D) приведена на рис. III.10.

Рис. III.10. Выживаемость клеток ELD при действии г-излучения (""Cs) в культуре: точками показаны результаты отдельных экспериментов

В настоящее время радиобиологи имеют возможность в эксперименте количественно оценивать радиочувствительность многих тканей и опухолей, сравнивая кривые выживания клеток после облучения (в том числе in vivo).

Существуют и другие критерии радиочувствительности, хорошо коррелирующие с выживаемостью, но прежде чем они будут описаны, необходимо остановиться на общем анализе кривых выживания.

Кривые выживания самых различных клеток при действии рентгеновского, гамма- или любого другого редко ионизирующего излучения имеют форму, аналогичную приведенной на рис. III.10.

Рис. III.11. Кривые выживания клеток (кривые доза--эффект) при действии плотно ионизирующего излучения. А -- линейные координаты; Б -- полулогарифмические координаты: пунктиром обозначена 37%-ная выживаемость

Рис. III.12 Основные параметры кривой выживания (объяснение см. в тексте)

В системе полулогарифмических координат (дозу облучения откладывают по шкале абсцисс в нелинейном масштабе, а выживаемость на оси ординат в логарифмическом) кривая состоит из так называемого плеча и линейного участка, начинающегося обычно после доз 3--5 Гр.

Для упрощения последующих рассуждений необходимо отметить, что при облучении клеток плотно ионизирующими частицами кривые их выживания не имеют плеча и в полулогарифмических координатах прямолинейны на всем своем протяжении (рис. III.11).

Такая зависимость хорошо описывается уравнением вида

где N -- число выживших клеток из общего их числа, D -- любая доза облучения, D 0 -- доза, при которой доля живых клеток уменьшается в сравнении с исходной в е раз: N/N 0 = е -1 = 1/2,71 = 0,367. Таким образом, при дозе облучения, равной D 0 , выживает ~37%, а погибает ~63 % клеток.

Величина D 0 служит мерой радиочувствительности клеток и определяется по кривой выживания как доза, при которой выживает ~37 % клеток от исходного количества. Иногда поэтому ее называют D 37 , что в случае экспоненциальных кривых одно и то же, но для кривых, имеющих плечо, величины D 0 и D 37 , различны (рис. III.10).

Графическое представление данных (см. рис. III.8 - III.10) определяет бытующее иногда представление о существовании некоей "критической дозы", при которой якобы погибают все клетки, так как экстраполяция кривой выживания в полулогарифмическом масштабе приводит к пересечению с осью абсцисс. На самом деле при возрастании дозы облучения фракция выживших клеток (или вероятность выживания) лишь асимптотически стремится к нулю.

Представление о критической дозе, однако, не лишено смысла: при облучении ткани, где клетки находятся в близком контакте друг с другом, те из них, которые пережили облучение, могут погибнуть за счет автолиза и выхода ферментов из соседних клеток. Есть основания полагать, что снижение фракции выживших клеток до Ю -6 -- Ю -7 (при этом в 1 см 3 остается от 100 до 1000 живых клеток) приводит к полной гибели всех клеток под действием других (не связанных с облучением) процессов, и соответствующая доза облучения может рассматриваться как критическая. Для клеток, не контактирующих друг с другом, например находящихся в асцитной жидкости лейкозных клеток, представление о критической дозе неприменимо.

Кривые, имеющие плечо (см. рис. III.8, III.10), кроме величины D 0 , определяющей наклон ее линейного участка, характеризуются еще и так называемым экстраполяционным числом п. Оно определяется в месте пересечения ординаты экстраполированным прямолинейным участком кривой выживания. Здесь величина D 0 определяется как инкремент (приращение) дозы, снижающей выживаемость в е раз на прямолинейном участке кривой выживания.

Мерой способности клеток к репарации является величина плеча, оцениваемая квазипороговой дозой D q . Она измеряется длиной отрезка прямой, параллельной оси абсцисс, проведенной на уровне 100%-ной выживаемости от оси ординат до точки пересечения с экстраполированным участком кривой выживания (см. рис. III.10).

Летальные реакции клеток имеют специфическую особенность, отличающую их от рассмотренных выше обратимых преходящих клеточных эффектов.

Эта особенность состоит в том, что с увеличением дозы облучения увеличивается не только (и даже не столько) степень поражения всех облученных клеток, как это имеет место, например, в отношении задержки деления, сколько доля пораженных, т. е. погибших, клеток. Иными словами, с одной стороны, даже при самых малых дозах может быть зарегистрирован экстремальный эффект - гибель клетки (разумеется, с малой вероятностью), с другой - и при очень больших дозах (опять же с малой вероятностью) могут сохраниться отдельные жизнеспособные клетки.

Одним из часто используемых количественных методов оценки летального поражения пролиферирующих клеток служит подсчет числа клеток с аберрациями хромосом.

Согласно данным метафазного анализа (табл. III.1) существует полный параллелизм в изменении выживаемости клеток и долей безаберрантных клеток при облучении клеточной культуры, синхронизированной на отдельных периодах интерфазы, а также в условиях защиты или сенсибилизации. Из табл. III.1 видно, что при дозах облучения, различающихся даже в 9 раз, но вызывающих одно и то же подавление жизнеспособности клеток, одинаковой оказывается и доля безаберрантных клеток.

Из табл. III.1 также следует, что доля клеток без хромосомных аберраций несколько меньше доли выживших клеток, способных к образованию колоний. Это может быть объяснено тем, что некоторые аберрации обусловливают гибель только одного из потомков облученной клетки, вызывая образование неполноценных абортивных колоний. Близкое соответствие кривых гибели и снижения числа клеток аберраций хромосом наблюдается и при учете аберраций не в метафазе, а в анафазе (см. также рис. III.11).

Таблица III.1. Корреляция между аберрациями хромосом и выживаемостью клеток китайского хомячка при разных условиях облучения

Рис. III.11. Выживаемость (A) и доля клеток без аберраций хромосом (Б) при облучении культуры клеток китайского хомячка: 1 -- г-нзлучение 137 Cs, 2 -- протоны 200 МэВ

На рис. III.11 в отличие от данных, представленных в табл. III.1, число клеток без аберраций здесь несколько больше числа выживших клеток. Это определяется тем, что анафазный метод выявляет не все аберрации (по некоторым данным, в два раза меньше, чем метафазный), например, потому, что фрагменты увлекаются расходящимися хромосомами в анафазные "шапки", где их нельзя обнаружить. Но и в этом случае существует соответствие характера кривых, а одинаковое снижение эффекта облучения при переходе от г-излучения к протонам высоких энергий, выявляемое по обоим критериям, также свидетельствует о связи аберраций хромосом с клеточной гибелью. Отсутствие полного соответствия между выживаемостью клеток и возникновением аберраций (во многих работах отмечено 20 -- 30%-ное расхождение между уровнем погибших и аберрантных клеток) не умаляет роли аберраций хромосом в качестве пригодного количественного критерия клеточной радиочувствительности.

При анализе причин летального радиационного поражения клетки следует, прежде всего, рассмотреть вопрос об относительной радиочувствительности двух основных ее компонентов -- ядра и цитоплазмы.

Можно утверждать, что результаты абсолютного большинства многочисленных исследований дали весьма убедительные доказательства о несравненно большей радиочувствительности ядра и решающей роли его поражения в исходе облучения клети. Поскольку и сейчас приходится встречаться с противниками этой точки зрения, ниже будут приведены наиболее убедительные примеры доказательства ее справедливости. Рассмотренная выше корреляция между долей клеток с хромосомными аберрациями и летальным эффектом свидетельствует в пользу определяющей роли ядерного материала в исходе лучевого поражения клетки. Однако этот факт сам по себе еще нельзя однозначно интерпретировать как следствие большей радиочувствительности ядра, ибо можно предположить, что повреждения хромосом могут происходить и в результате опосредованных цитоплазматических влияний.

Рис. III.12. Схема опытов Б. Л. Астаурова (объяснение см. в тексте)

Прямые доказательства большей радиочувствительности ядра по сравнению с цитоплазмой были получены позже и другими исследователями в опытах с прицельным облучением ядра на объектах, в клетках которых оно строго фиксировано. Оказалось, например, что попадание уже одной б-частицы в ядро оплодотворенного яйца насекомого (наездника) вызывает гибель зародыша, которая в случае облучения цитоплазмы яйца регистрируется лишь после прохождения 15 млн. б-частиц.

Особый интерес представляют также эксперименты, в которых с помощью микропучка протонов (90% частиц находилось в поле диаметром 5 мкм) было показано, что структурные повреждения хромосом в клетках наступают уже после непосредственного их облучения 15--20 протонами, в то время как при облучении различных участков цитоплазмы сотнями тысяч частиц его влияния не обнаружено.

Приведенные примеры наглядно демонстрируют значительно большую радиочувствительность ядра по сравнению с цитоплазмой, однако они не отвергают роль последней в радиационном поражении ядерного аппарата. Более того, существует достаточно много экспериментальных данных о зависимости проявления и размера ядерных нарушений от степени облучения цитоплазмы, что является следствием сложных и пока малоизученных ядерно-цитоплазматических отношений. Важно, что для разных объектов удельный вес прямого поражения ядра и опосредованных влияний может сильно различаться, отражая особенности жизнедеятельности целых клеток и функционирования их основных органелл.

Итак, подводя итог современному состоянию этого вопроса, следует подтвердить правильность точки зрения о решающей роли поражения ядра как первопричины лучевой гибели клетки и его несравненно большей по сравнению с цитоплазмой радиочувствительности. Однако в реализации летального клеточного эффекта несомненна и роль цитоплазмы, которая выражена неодинаково у разных объектов и зависит от их функционального состояния и внешних условий.

Какие же внутриядерные структуры ответственны за жизнеспособность клетки? Естественно, что при этом важны события и поражения, возникающие и определяемые при дозах до 10 Гр, существенных для гибели млекопитающих, ибо в принципе не существует структур, не поражаемых при облучении: все зависит от использованной дозы.

В клетке содержится несколько десятков молекул ДНК, имеющих очень большую длину. (У млекопитающих на клетку приходится 3·10 9 -- 6·10 9 пар нуклеотидов, общая длина молекул ДНК при этом составляет от 1 до 2 м.). ДНК постоянно связана с белками, которые участвуют в поддержании структуры интерфазного хроматина, формировании хромосом и переносе генетической информации.

Облучение вызывает различные повреждения ДНК и ее комплексов. К их числу относят разрывы молекулы ДНК, образование щелочно-лабильных связей, потерю оснований и изменения их состава, изменения нуклеотидных последовательностей, сшивки ДНК--ДНК и ДНК--белок, нарушения комплексов ДНК с другими молекулами.

Различают одиночные разрывы, когда связь между отдельными атомными группировками нарушается в одной из нитей двунитчатой молекулы ДНК, и двойные, когда разрыв происходит сразу в близких участках двух цепей, что приводит к распаду молекулы. При любом разрыве нарушаются считывание информации с молекулы ДНК и пространственная структура хроматина.

Одиночные разрывы не приводят к поломкам молекулы ДНК, так как разорванная нить прочно удерживается на месте водородными, гидрофобными и другими видами взаимодействий с противоположной нитью ДНК и, кроме того, структура довольно хорошо восстанавливается мощной системой репарации. Многие авторы поэтому склонны думать, что одиночные разрывы сами по себе (если они не переходят в двойные) не являются причиной гибели клеток.

При дозах до 20 Гр двойные разрывы являются следствием одновременного повреждения обеих нитей ДНК. С увеличением дозы облучения, более того, возрастает вероятность перехода одиночных разрывов в двойные, так как увеличивается возможность того, что независимые разрывы в противоположных цепях возникают друг против друга, При действии излучений с небольшой плотностью ионизации (г- и рентгеновское излучение, быстрые электроны) 20--100 одиночных разрывов вызывают один двойной.

Плотно ионизирующие излучения вызывают значительно большее число двойных разрывов. Такие виды лучевого поражения макромолекул удается регистрировать непосредственно после облучения в виде аберраций хромосом.

Расчеты показывают, что уже при дозе 1 Гр в каждой клетке человека повреждается 5000 оснований молекул ДНК, возникает 1000 одиночных и 10 - 100 двойных разрывов, каждый из которых может стать причиной возникновения аберрации.

Исходя из этих представлений, выживаемость клеток во многих случаях может быть описана с помощью, так называемой линейно-квадратичной модели Чедвика и Линхаутса. Разрабатывая модель, авторы исходили из того, что при облучении клеток летальными являются двойные разрывы ДНК, которые появляются либо в результате односменного разрыва обеих спиралей ДНК одной ионизирующей частицей, либо в результате совпадений двух независимо образовавшихся одиночных разрывов комплементарных спиралей, оказавшихся напротив друг друга.

Согласно этой модели выживаемость клеток S выражается формулой

где D - поглощенная доза, а б и в -- параметры, характеризующие вероятность индукции и репарации разрывов ДНК в облученных клетках. (Данная модель позволяет во многих случаях более точно аппроксимировать экспериментальные данные о выживаемости клеток, чем при использовании формулы с параметрами D 0 и n. Однако наглядность последних и удобство их оценки определяет более широкое использование параметров D 0 и n, чем б и в.)

Кроме образования разрывов в облученной ДНК нарушается структура оснований, прежде всего тимина, что увеличивает число генных мутаций. Отмечается образование сшивок между ДНК и белком нуклеопротеинового комплекса.

Разработанные к настоящему времени методы позволяют в ряде случаев обнаружить радиационные нарушения в структуре интерфазного хроматина уже при облучении клетки дозой в несколько грей. Так, вязкость интерфазного хроматина в клетках тимуса уменьшается после облучения в дозе 1--2 Гр, а при дозе 1 Гр отмечается подавление синтеза РНК, вызванное нарушениями дезоксирибонуклеопротеинового комплекса.

В последние годы интенсивно исследуется ДНК-мембранный комплекс -- сложное структурное образование в области соединения нитей ДНК с ядерной мембраной, в состав которого помимо ДНК входят белок и липиды (рис. III.13). Как показывают данные М. Элкинда и соавторов (1972), распад комплекса и деградацию молекул ДНК можно зафиксировать после облучения клеток китайского хомячка при дозе всего 2 Гр.

Помимо структурных нарушений ДНК в облученной клетке наблюдается нарушение регуляции, прежде всего выдачи в цитоплазму информации от ДНК, а также нарушение функционирования многочисленных внутриклеточных мембран. В этом проявляется роль внеядерных органелл, а также сложных взаимоопределяющих влияний ядра и цитоплазмы.

Многие сложные процессы клеточного метаболизма протекают именно на мембранах, так как последние позволяют обеспечить нужное пространственное разделение реагирующих молекул. Не удивительно, что радиочувствительными оказываются именно те биохимические процессы, для которых необходима пространственная организация участвующих групп ферментов. Снижение энергетического обмена клетки, вызванное поражением митохондрий, в отдельных случаях удается наблюдать после облучения в дозах, равных нескольким Греям. Кроме того, нарушение целостности мембран может приводить к сдвигу ионного баланса клетки из-за выравнивания концентраций калия и натрия (в норме клетка накачивает внутрь калий и высвобождает в окружающую среду натрий), что также неблагоприятно отражается на ходе метаболических процессов.

Рис. III.13. Основные виды структурных радиационных повреждений:

1 - однонитчатые (одиночные) разрывы в молекуле ДНК, 2 - двунитчатые (двойные) разрывы ДНК, 3 - нарушение связи ДНК с белком, 4 - повреждение структуры ДНК мембранного комплекса, 5 - разрушение ядерной мембраны, 6 - повреждение мнтохондриальной мембраны

Наконец, важным последствием облучения является изменение эпигеномной (не связанной с ядерным материалом) наследственности клетки, носителем которой служат различные цитоплазматические органеллы. При этом снижается функциональная активность потомков облученных клеток, в чем может состоять одна из причин отдаленных последствий облучения. Однако главной причиной репродуктивной формы гибели клеток при облучении является повреждение ее генетического аппарата.

Многие радиационные повреждения репарируются. Здесь это явление будет рассмотрено на клеточном уровне. Феномен пострадиационного восстановления обусловлен тем, что при облучении в клетках, среди прочих, возникают и такие повреждения, которые обычно приводят клетку к гибели, но при определенных условиях могут быть устранены системами ферментативной репарации. Такие повреждения принято называть потенциальными. Их дальнейшая судьба после возникновения двоякая: либо они репарируются, и тогда клетка выживает, либо реализуются, и тогда она гибнет. Термин потенциальное повреждение -- чисто формальное, феноменологическое понятие, так как не определяет какое-либо конкретное молекулярное повреждение, а потому может применяться к любому виду радиационных поражений. В отношении репродуктивной гибели клеток наиболее изучены два вида потенциальных повреждений - сублетальные и потенциально летальные, различающиеся по способу их выявления.

Сублетальные повреждения выявляют методом фракционированного облучения, а потенциально летальные -- по изменению выживаемости клеток под влиянием изменения условий, в которых они находятся в первые часы после облучения. Например, не исключено, что часть двойных разрывов ДНК, образовавшихся при облучении клеток в предсинтетический период, может быть восстановлена за время, оставшееся до репликации ДНК, а те из них, что клетка не успела "залечить" до момента синтеза ДНК, становятся летальными и вызывают ее гибель, образуя аберрации хромосом. Очевидно, что эффективность репарации, т. е. долю выживших клеток, можно увеличить, если искусственно удлинить период G 1 .

Влияние условий пострадиационного культивирования на последующую судьбу клеток показано многими авторами на различных объектах и в разные годы. Ф. Шерман и Г. Чейз еще в 1949 г. обнаружили увеличение выживаемости облученных дрожжей в том случае, если помещать их на питательную среду не сразу после облучения, а выдержав некоторое время в буферном растворе. Только в 1959 г. В. И. Корогодину в четко поставленном эксперименте удалось воспроизвести тот же феномен, а главное, правильно объяснить его, доказав реальность существования истинного пострадиационного восстановления, что было зарегистрировано в качестве открытия. Соответствующие опыты столь изящны по своей простоте и убедительности, что могут служить примером экспериментального мастерства. После г-облучения дрожжей штамма Мегри-139-В в дозе 1.2 кГр суспензию клеток разводили 1:10 000 и делили на две части. Из одной производили посев на питательную среду в чашки Петри сразу после облучения и оценивали выживаемость, подсчитывая колонии через 96 ч инкубации при температуре 30? С. Другую половину суспензии выдерживали после облучения в течение 48 ч в голодной среде при той же температуре, а затем рассеивали по чашкам. Оказалось, что в первом случае выживало лишь около 0,2 % облученных клеток, во втором - выживаемость наблюдалась почти у 40 %, причем во всех изученных пробах. Результаты этих опытов, схема которых приведена на рис. III.14, можно рассматривать как прямое доказательство реальности пострадиационного восстановления дрожжевых клеток, способность к которому "внутренне присуща" облученным клеткам, и не зависит от наличия в популяции нелетально пораженных особей.

Рис. III.14. Схема опыта В. И. Корогоднна, доказывающая реальность существования пострадиационного восстановления дрожжевых клеток

Влияние условий пострадиационного культивирования клеток млекопитающих на их последующую судьбу продемонстрировано С. Н. Александровым (1959) на клетках рака молочной железы, выращиваемых в разных температурных условиях, а позднее И. М. Пархоменко (1963), которая помещала облученные клетки в фосфатный буфер или ингибировала синтез белка.

Во всех этих примерах речь идет о длительно (в течение нескольких часов) протекающих процессах -- медленное восстановление. Hapяду с ними в клетке возникает и другой тип потенциально летальных повреждений, которые реализуются в летальные в течение нескольких минут после облучения. Как показали опыты У. Деви (1972), реализация такого типа поражений в клетках китайского хомячка происходит в условиях нормального метаболизма; снижение температуры среды до 20°С во время или сразу после облучения затормаживает процессы реализации, но не влияет на одновременно идущие восстановительные реакции, в результате чего поражение клеток уменьшается.

В 1981 г. А. В. Глазуновым и Ю. Г. Капульцевичем у дрожжей обнаружено и быстрое восстановление. Оказалось, что выживаемость диплоидных дрожжей при высеве их после облучения на питательную среду, содержащую 8 или 10% NaCl, зависит от температуры во время облучения: понижение температуры с 20 до 3 - 0°С приводит к существенному снижению выживаемости. Выдерживание клеток, облученных при 0°С, в воде при 28°С уже через 30--40 мин приводит к быстрому повышению выживаемости.

Эффект быстрого восстановления жизнеспособности нельзя обнаружить, облучая клетки при комнатной температуре или высевая их на стандартную питательную среду, так как в этих условиях восстановление успевает завершиться. Этот тип пострадиационного восстановления у дрожжей вносит большой вклад в регистрируемую выживаемость этих клеток в стандартных условиях (при высеве облученных клеток на стандартную питательную среду) в отличие от медленного пострадиационного восстановления.

Рис. III.15. Быстрое (1) и медленное (2) восстановление жизнеспособности диплоидных дрожжей Saccharomyces cerevisiae после г-облучения в дозе 40 Гр

Для примера на рис. III.15 показана выживаемость дрожжей на солевой (10 % NaCl) (кривая 1) и стандартной (кривая 2) питательных средах в зависимости от времени выдерживания клеток в воде при 28? C. В первые 30--40 мин происходит быстрое увеличение выживаемости клеток на солевой среде до постоянного значения, которое сохраняется в течение последующих одного - двух часов, что соответствует завершению быстрого пострадиационного восстановления; дальнейший рост выживаемости обусловлен медленным восстановлением, заканчивающимся через 40 - 50 ч. При высеве облученных клеток на стандартную питательную среду (без NaCI) можно наблюдать лишь медленное восстановление жизнеспособности.

Быстрое восстановление наблюдали как после г-облучения, так и после облучения б-частицами 238 Pu. Рассматриваемый тип восстановления, как и медленное, отсутствует у гаплоидных дрожжей, с чем авторы связывают повышенную радиочувствительность гаплоидных дрожжей по сравнению с диплоидными.

Придавая большое научное и принципиальное значение рассмотренному феномену репарации потенциально летальных повреждений дрожжевых клеток, где он так сильно выражен, следует иметь в виду, что вклад такого типа репарации в повышение выживаемости клеток млекопитающих оказывается несоизмеримо меньшим. В экспериментах in vitro показано, что выживаемость многих видов клеток млекопитающих за счет восстановления от потенциально летальных повреждений может быть повышена не более чем в 2--3 раза (в зависимости от дозы).

В настоящее время еще не разработаны методы количественной оценки репарации потенциально летальных повреждений непосредственно in vivo, однако в косвенных экспериментах получены убедительные данные о реальности этого процесса и в организме. На многих перевивных опухолях экспериментальных животных показано, что выживаемость опухолевых клеток, оцениваемая in vitro, зависит от времени их рассева после облучения самих опухолей in vivo. Так, например, выживаемость клеток асцитной или солидной опухоли Эрлиха при посеве клеток не сразу, а через 2 ч после облучения в дозе 10 Гр возрастает вдвое, а при посеве клеток некоторых фибросарком через 6 ч после облучения последних она увеличивается в 2--5 раз. Наблюдаемое в этих экспериментах возрастание выживаемости происходит благодаря репарации части потенциально летальных повреждений, что свидетельствует о существовании аналогичного процесса и в организме, количественное выражение которого, по-видимому, может различаться у разных тканей.

Восстановление клеток китайского хомячка от сублетальных повреждений полностью проходит за 2 - 3 ч. У других клеток этот интервал может быть несколько большим; например, у клеток костного мозга мышей он равен 5 - 6 ч.

Характер кривых выживаемости клеток при фракционированном воздействии.

Рис. III.16. Восстановление плеча на кривой выживания клеток лимфомы мышей при повторном облучении (по Дж. Толмачу, 1970}: 1 - однократное облучение, 2 - повторное облучение через 4 ч после первого

На рис. III.16 представлены результаты соответствующих экспериментов, свидетельствующие, что при повторном облучении клеток, сохранивших жизнеспособность после первого облучения, форма кривой их выживаемости (2) повторяет соответствующую кривую при однократном облучении (1). На ней вновь возникает плечо (величина которого при полном восстановлении не отличается от регистрируемого при первом облучении), а наклон (т. е. D 0) не изменяется. Аналогичным образом величины указанных параметров не изменяются и при многократном облучении, что проверено на разнообразных клетках в культуре ткани.

Иными словами, радиочувствительность выживающих после облучения клеток не отличается от контрольных, так как степень их восстановления (по данному критерию) не уменьшается при повторных экспозициях.

Эффективность восстановления (ЭВ) от сублетальных повреждений оценивают по величине так называемого фактора восстановления -- отношения выживаемости клеток при фракционированном облучении к выживаемости при однократном облучении, или по величине разности доз двукратного (D 2) и однократного (D 1) облучения, требуемых для достижения одинакового эффекта (ЭВ = D 2 - D 1). В случае дробления дозы на N фракций формула имеет вид: ЭВ = (D 2 - D 1)(N -- 1). Величина фактора восстановления зависит от собственной интенсивности восстановления и от скорости перехода клеток в более чувствительные фазы цикла, причем эти процессы противоположно влияют на радиочувствительность клеток в момент 2-го облучения.

Фактор репарации сильно зависит также от дозы облучения, причем как от первого, так и от последующих. Если доза недостаточно велика и не выходит за пределы D q , репаративные возможности клетки не могут полностью выявиться и фактор репарации невелик.

Способность к восстановлению при фракционированном облучении хорошо коррелирует с величиной плеча, поэтому такие параметры кривой выживания, как п и особенно D q , позволяют предсказать степень поражения различных тканей при повторных облучениях, что и используют на практике. Отсутствие плеча на кривой выживания, как это имеет место, например, при воздействии плотноионизирующими излучениями или при использовании некоторых модифицирующих агентов, свидетельствует об ингибировании процессов репарации или образовании нерепарируемых повреждений.

Наиболее изучена репарация структурных повреждений ДНК, которым приписывают большую роль в клеточной гибели. Такие повреждения ДНК, как одно- и двунитевые разрывы, могут быть количественно определены в разное время после облучения специальными методами, например, с помощью седиментации ДНК в градиенте плотности сахарозы после мягкого лизиса клетки.

Основные типы репарации.

По времени осуществления различают дорепликативную, пострепликативную и репликативную репарации.

Дорепликативная репарация (до этапа удвоения ДНК) может происходить путем воссоединения разрывов, а также с помощью удаления (эксцизии) поврежденных оснований. В воссоединении одиночных разрывов участвует несколько ферментов. В простейшем случае разрывы могут быть воссоединены лигазой. В других ситуациях требуется полная ферментативная система репарации, включающая специфические эндонуклеазы, экзонуклеазы, ДНК-полимеразу, ДНК-лигазу, а также вспомогательные ферменты, обеспечивающие подготовку концов ДНК для заключительного акта репарации -- лигазного воссоединения.

Исследованиями, проведенными на бактериальной ДНК, выявлены три типа репарации одиночных разрывов -- сверхбыстрая, быстрая и медленная. Сверхбыстрая завершается в течение 1--2 мин и обеспечивается одной ДНК-лигазой. Быстрая репарация, осуществляемая с помощью ДНК-полимеразы 1, воссоединяет 90% разрывов, остающихся после сверхбыстрой репарации. Время воссоединения половины разрывов составляет в зависимости от температуры от 1 до 10 мин. Медленная репарация завершается за 40--60 мин, воссоединяя около двух разрывов на каждую цепь ДНК, оставшихся после сверхбыстрой и быстрой репараций.

Феномен репарации двухнитевых разрывов в ДНК впервые был обнаружен у Micrococcus radiodurens, а в последние годы показан и на клетках млекопитающих. В клетках HeLa полное восстановление молекулярной массы ДНК наступает в течение 2,5 ч пострадиационной инкубации. Механизм этого вида репарации неясен, а сам эффект восстановления двойных разрывов долго вообще не удавалось наблюдать, хотя в последние годы он был показан в ряде лабораторий.

Наряду с разрывами ДНК после облучения возникают множественные повреждения оснований, последние ликвидируются системой эксцизионной репарации, проходящей с помощью репаративного синтеза, который представляет собой многоэтапный процесс типа выщепление - замещение. В начале повреждение узнается специфической г-эндонуклеазой, после чего происходит выщепление (инцизия) поврежденного участка вблизи измененного основания, затем - экзонуклеотическая деградация поврежденной цепи с захватом смежных неповрежденных нуклеотидов и, наконец, - репаративный синтез в области образовавшегося дефекта при участии ДНК-полимеразы 1 и полинуклеотидлигазы комплементарного участка неповрежденной цепи ДНК в качестве матрицы (шаблона).

Пострепликативная репарация постулируется на основании того факта, что некоторые клетки млекопитающих выживают при большой дозе облучения, несмотря на пониженную способность к удалению пиримидиновых димеров. Механизм этого вида репарации точно не изучен, предполагают разные варианты синтеза ДНК на поврежденной матрице.

Репликативная репарация -- восстановление ДНК в процессе ее репликации. Этот тип репарации осуществляется удалением в ходе репликации повреждений в зоне точки роста цепи либо продолжающейся элонгацией в обход повреждений.

К настоящему времени, несмотря на значительный прогресс в изучении проблемы репарации, нерешенными остаются многие вопросы, касающиеся молекулярных механизмов этого процесса и его роли в пострадиационной выживаемости клеток. Результаты соответствующих экспериментов показывают, например, что связь восстановления жизнеспособности клетки с репарацией одиночных разрывов ДНК не безусловна. С одной стороны, последняя заканчивается в течение получаса, т. е. быстрее, чем восстанавливается сама клетка, а с другой -- полная репарация разрывов наблюдается и при очень больших дозах, составляющих десятки грей, когда выживают лишь одиночные клетки. Еще нет строгих данных о том, что "отремонтированная" ДНК обладает абсолютно теми же свойствами, что и исходная. (В равной степени это относится и к восстановлению клеток, регистрируемому по их выживаемости, ибо при этом неизвестна функциональная активность таких выживших клеток, а тем более судьба их потомков в отдаленные сроки.)

Как уже было показано, репарация повреждений ДНК - процесс метаболический; она осуществляется ферментами, постоянно присутствующими в клетке, участвующими, как в ее нормальном метаболизме, так и в реакциях восстановления от различных (не только радиационных) повреждений. Эти мощные репарационные системы, по всей видимости, ликвидируют и большую долю радиационных повреждений ДНК.

Поскольку пострадиационная репарация -- процесс ферментативный, ее интенсивность, а, следовательно, и судьба облученной клетки зависят от общего уровня клеточного метаболизма.

Для работы ферментов репарации требуется энергия. Если образование АТФ подавить, например, фторидом натрия, то скорость восстановления снижается. При небольшом уменьшении общей скорости метаболизма, например, понижением температуры до комнатной, эффективность восстановления не меняется. При снижении температуры до 20°С наблюдается временная задержка в восстановлении некоторых клеток. Интенсивность восстановления значительно снижается при 8?С, а при 2 - 5°С -- приостанавливается.

Подобные документы

Влияние радиации на клетки живого организма. Радиочувствительность ядра, решающая роль его поражения в исходе облучения клетки (экспериментальные доказательства). Изменение эпигеномной наследственности. Способы защиты молекул от прямого повреждения.

реферат , добавлен 21.05.2012


Изучение процесса митоза как непрямого деления клетки и распространенного способа репродукции эукариотических клеток, его биологическое значение. Мейоз как редукционное деление клетки. Интерфаза, профаза, метафаза, анафаза и телофаза мейоза и митоза.

презентация , добавлен 21.02.2013


Клеточный цикл как период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или гибели. Принципы и методы его регуляции. Этапы и биологическое значение митоза, мейоза, обоснование данных процессов.

презентация , добавлен 07.12.2014


Характеристика жизненного цикла клетки, особенности периодов ее существования от деления до следующего деления или смерти. Стадии митоза, их продолжительность, сущность и роль амитоза. Биологическое значение мейоза, его основные этапы и разновидности.

лекция , добавлен 27.07.2013


Виды повреждения клетки. Стадии хронического повреждения клетки. Виды гибели клетки. Некроз и апоптоз. Патогенез повреждения клеточных мембран. Высокоспециализированные клетки с высоким уровнем внутриклеточной регенерации. Состояния соединительной ткани.

презентация , добавлен 03.11.2013


Концепции оценки радиочувствительности. Мера количественной оценки радиочувствительности биологического объекта. Радиочувствительность тканей по лучевым реакциям. Гипоксический механизм защиты. Изменение выживаемости под действием радиопротекторов.

презентация , добавлен 16.04.2015


Методы изучения клетки: микроспектромериз, цитофотометрия, флуоресцентная и ультрафиолетовая микроскопия. Способы деления клеток, их сходство и различия. Функции биологических мембран, диффузия (пассивная и облегченная) и активный транспорт молекул.

контрольная работа , добавлен 01.06.2010


Строение и функции оболочки клетки. Химический состав клетки. Содержание химических элементов. Биология опухолевой клетки. Клонирование клеток животных. А была ли Долли? Клонирование - ключ к вечной молодости? Культивирование клеток растений.

реферат , добавлен 16.01.2005


Ядро эукариотической клетки. Клетки, имеющие более двух наборов хромосом. Процесс деления у эукариот. Объединенные пары гомологичных хромосом. Онтогенез растительной клетки. Процесс разъединения клеток в результате разрушения срединной пластинки.

реферат , добавлен 28.01.2011


Анализ особенностей онтогенеза растительной клетки. Возникновение и накопление различий между клетками, образовавшимися в результате деления. Эмбриональная фаза онтогенеза, фазы растяжения, дифференцировки клетки, зрелости. Старение и смерть клетки.

Вопросы: 1. Особенности лучевых реакций организма. 2. Реакции на облучение отдельных органов и тканей. 3. Лучевое поражение жизненно важных систем организма. Критические ткани и органы. 4. Способы модификации радиочувствительности.

Особенности поражения организма определяются двумя факторами: 1) радиочувствительностью тканей, органов и систем, непосредственно подвергающихся облучению; 2) поглощенной дозой излучения и ее распределением во времени.

В сочетании друг с другом эти факторы определяют: 1. тип лучевых реакций общие местные 2. специфику и время проявления Непосредственно после облучения Вскоре после облучения Отдаленные пороки

Радиочувствительность на тканевом уровне На тканевом уровне выполняется правило Бергонье-Трибондо: радиочувствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки составляющих ее клеток.

Радиочувствительность на органном уровне зависит не только от радиочувствительности тканей, составляющих данный орган, но и от ее функций.

На популяционном уровне радиочувствительность зависит от следующих факторов: Особенности генотипа (в человеческой популяции 10 12 людей отличаются повышенной радиочувствительностью). Связано это с наследственно сниженной способностью к ликвидации разрывов ДНК, а также со сниженной точностью процесса репарации. Повышенная радиочувствительность сопровождает также наследственные заболевания;

На популяционном уровне радиочувствительность зависит от следующих факторов: физиологическое (например, сон, бодрость, усталость, беременность) или патофизиологическое состояние организма (хронические заболевания, ожоги); пол (мужчины обладают большей радиочувствительностью); возраст (наименее чувствительны люди зрелого возраста).

Семенники В них постоянно идет размножение сперматогониев, которые обладают высокой радиочувствительностью, а сперматозоиды (зрелые клетки) являются более радиорезистентными. Уже при дозах облучения свыше 0, 15 Гр (0, 4 Гр/год) происходит клеточное опустошение. При облучении в дозах 3, 5 – 6, 0 Гр (2 Гр/год) возникает постоянная стерильность.

Яичники В яичниках взрослой женщины содержится популяция незаменяемых ооцитов (их образование заканчивается в ранние сроки после рождения). Воздействие однократного облучения в дозе 1 -2 Гр на оба яичника вызывает временное бесплодие и прекращении менструаций на 1 3 года.

Яичники При остром облучении в диапазоне 2, 5 -6 Гр развивается стойкое бесплодие. Это связывают с тем, что образование женских половых клеток заканчивается в ранние сроки после рождения и во взрослом состоянии яичники не способны к активной регенерации. Поэтому если облучение вызывает гибель всех потенциальных яйцеклеток, то плодовитость утрачивается необратимо.

Орган зрения Возможны два типа поражений глаз: воспалительные процессы в конъюнктиве и склере (при дозах 3 8 Гр) и катаракта (при дозах 3 10 Гр). У человека катаракта появляется при облучении в дозе 5 -6 Гр. Наиболее опасным является нейтронное облучение.

Органы пищеварения Наибольшей радиочувствительностью обладает тонкий кишечник. Далее по снижению радиочувствительности следуют полость рта, язык, слюнные железы, пищевод, желудок, прямая и ободочные кишки, поджелудочная железа, печень.

В сосудах большей радиочувствительностью обладает наружный слой сосудистой стенки, что объясняется высоким содержанием коллагена. Сердце считается радиорезистентным органом, однако при локальном облучении в дозах 5 -10 Гр можно При дозе 20 Гр отмечается обнаружить изменения поражение миокарда. эндокарда.

Органы выделения Почки достаточно радиорезистентны. Однако облучение почек в дозах более 30 Гр за 5 недель может привести к развитию хронического нефрита. Это может быть лимитирующим фактором при проведении лучевой терапии опухолей органов брюшной полости).

Таким образом, при внешнем облучении по степени поражения органы можно расположить в следующей последовательности (от большей радиочувствительности к меньшей):

Рейтинг радиочувствительности органы кроветворения, костный мозг, половые железы, селезенка, лимфатические железы; желудочно кишечный тракт, органы дыхания; печень, железы внутренней секреции (надпочечники, гипофиз, щитовидная железа, оcтровки поджелудочной железы, паращитовидная железа); органы выделения, мышечная и соединительная ткань, хрящи, нервная ткань.

Критические органы – это жизненно важные органы и системы, которые повреждаются первыми в данном диапазоне доз, что обуславливает гибель организма в определенные сроки после облучения.

В зависимости от вида излучений, дозы облучения и его условий возможны различные виды лучевого поражения. острая лучевая болезнь (ОЛБ) от внешнего облучения, ОЛБ от внутреннего облучения, хроническая лучевая болезнь, различные клинические формы с преимущественно локальным поражением отдельных органов (лучевые пневмониты, дерматиты, энтериты), которые могут характеризоваться острым, подострым или хроническим течением;

В зависимости от вида излучений, дозы облучения и его условий возможны различные виды лучевого поражения. отдаленные последствия, среди которых наиболее существенно возникновение злокачественных опухолей; дегенеративные и дистрофические процессы (катаракта, стерильность, cклеротические изменения). Сюда же следует отнести и генетические последствия, наблюдаемые у потомков облученных родителей.

Острая лучевая болезнь от внешнего облучения Клиническая форма Степень тяжести Доза, Гр (+ 30 %) Костномозговая 1 (легкая) 1 -2 Костномозговая 2 (средняя) 2– 4 Костномозговая 3 (тяжелая) 4– 6 Переходная 4 (крайне тяжелая) 6 - 10 Кишечная -“-“-“- 10 – 20 Токсемическая (сосудистая) -“-“-“- 20 – 80 Церебральная -“-“-“- > 80

Костно-мозговой синдром – развивается при облучении в диапазоне доз 1 -10 Гр, средняя продолжительность жизни – не более 40 суток, на первый план выступают нарушения гемопоэза. основной причиной катастрофического опустошения костного мозга является снижение пролиферации и численности клеток.

Желудочно-кишечный синдром – развивается при облучении в диапазоне доз 10 -30 Гр, средняя продолжительность жизни около 8 суток, ведущим является поражение кишечника. Важные изменения заключаются в клеточном опустошении ворсинок, крипт, попадании инфекции.

Церебральный синдром – развивается при облучении в дозах более 30 Гр, продолжительность жизни менее 2 суток, развиваются необратимые изменения в ЦНС. Отек мозга летальный исход при повреждении кровеносных сосудов.

Зависимость средней продолжительности жизни человека и обезьян от дозы излучения (полулогарифмическая шкала) (по Р. Аллену и др. , 1960)

Динамика изменения морфологического состава периферической крови в различные сроки после облучения 1 эритроциты, 2 - тромбоциты, З - нейтрофилы 4 лейкоциты (общее число), 5 - лимфоциты

Динамика изменения агранулоцитов (самая короткая продолжительность жизни) фаза дегенерации – характеризуется небольшим порогом и быстрым спадом. При этом в крови обнаруживаются только поврежденные клетки.

Динамика изменения агранулоцитов (самая короткая продолжительность жизни) фаза абортивного подъема – обусловлена размножением в костном мозге поврежденных облучением клеток со сниженной пролиферативной способностью, делящихся еще некоторое время.

Динамика изменения агранулоцитов (самая короткая продолжительность жизни) фаза восстановления – обеспечивается небольшим количеством стволовых клеток сохранившихся в костном мозге и полностью сохранивших пролиферативную способность.

Объяснение абортивного подъема числа клеток 1 отмирающие (сильно поврежденные) клетки, быстро исчезающие из системы; 2 «поврежденные» клетки (некоторое время пролиферируют, но через несколько делении вымирают и они, и их потомство); 3 общее количество клеток; 4 выжившие клет ки, способные пролиферировать неограниченно долго

Динамика гемопоэза после облучения в дозе 5 Гр. (1 стволовой пул, 2 пул делящихся и созревающих клеток, 3 пул созревающих клеток, 4 пул зрелых клеток крови)

Реакция эпителия тонкого кишечника на облучение гибнут, в первую очередь, стволовые и другие делящиеся клетки, тогда как неделящиеся (только созревающие и зрелые) продолжают свой путь к верхушкам ворсинок. При отсутствии пополнения новыми клетками из стволового отдела стенки крипт и ворсин обнажаются. Это явление получило название денудации (оголения) слизистой.

Реакция эпителия тонкого кишечника на облучение Денудация тонкой кишки сопровождается резким снижением всасывающей способности слизистой. В результате теряется значительное количество воды и электролитов. Во внутреннюю среду проникают эндотоксины и кишечная микрофлора. Клинические проявления кишечного синдрома и смертельные исходы при нем прямое следствие этих процессов.

Вероятность благоприятного исхода как при костномозговом, так и при кишечном синдромах, зависит, прежде всего, от состояния стволового отдела соответствующих критических систем, в значительной степени от количества сохранившихся после облучения стволовых клеток этих систем.

Церебральный лучевой синдром При действии на человека проникающей радиации ядерных взрывов, а также при аварийных воздействиях источников ионизирующих излучений большой мощности дозы облучения могут достигать значений, при которых ни костномозговой, ни кишечный синдромы не успевают развиться. Поражение приобретает характер неврологического расстройства – церебрального лучевого синдрома – и приводит к гибели в течение 2 3 сут.

Основные проявления и условия возникновения Церебральный лучевой синдром (ЦЛС) был описан в 50 е годы как эффект облучения млекопитающих в дозах десятки и сотни грей. Фаза возбуждения, атаксии, гиперкинезов сменялась через 5 30 мин угнетением и летаргией, перемежаемыми приступами судорог и, наконец, комой. Данный синдром наблюдался лишь при облучении головы, с чем и связано его название. Ранние проявления ЦЛС, отмечавшиеся в первые минуты после облучения, были обозначены как ранняя преходящая недееспособность (РПН).

Механизмы развития церебрального лучевого синдрома Вероятно, пострадиационный дефицит АТФ в нейронах возникает в результате нарушения ресинтеза этого нуклеотида. В то время как потребление кислорода изолированными митохондриями не страдало при облучении в дозах до 104 Гр, дыхание гомогенатов и срезов мозга, т. е. объектов, содержащих ядерную ДНК, резко угнеталось при дозах порядка 102 Гр. На фоне угнетения клеточного дыхания отмечалось значительное уменьшение пула НАД.

Принципы коррекции ЦЛС применение ингибитора АДФРТ (аденозиндифосфорибозилтрансфераза) никотинамида результативность была прослежена на различных уровнях формирования этого синдрома. Необходимо, однако, подчеркнуть принципиальное отличие ингибитора АДФРТ от радиопротекторов: блокируя процессы репарации ДНК, он способен усиливать летальные эффекты облучения, радиосенсибилизируя клетки.

Принципы коррекции ЦЛС Радиосенсибилизирующего действия лишена вторая группа средств метаболической коррекции ЦЛС, представленная сукцинатом и другими субстратами НАД независимого фосфорилирующего окисления в нервной ткани. Экзогенный сукцинат способен проникать через гемато энцефалический барьер, поэтому при введении в достаточной дозе перед облучением он становится основным субстратом клеточного дыхания в мозгу.

Облучение в сравнительно невысоких дозах не летальные повреждения клеток, с возникновением передающихся по наследству повреждений генетического аппарата, следствием которых могут, в частности, оказаться возникновение злокачественных новообразований (при повреждении соматических клеток) или генетические аномалии у потомков облученных родителей (в результате повреждения зародышевых клеток).

1. Радиопротекторы В послевоенный период были апробированы тысячи препаратов с целью найти эффективные модификаторы лучевого поражения. Некоторые из них ослабляли поражение при однократном введении в организм до облучения, но были неэффективны в пострадиационный период. Такие препараты получили общее название радиопротекторов.

Характер влияния радиопротекторов на клеточный метаболизм введенные в радиозащитных дозах, эти препараты всегда отклоняют его параметры за пределы физиологической нормы. Такое явление, получившее название “биохимический шок”, обусловливает сравнительно высокую токсичность радиопротекторов при введении в оптимальных радиозащитных дозах, особенно при многократном введении.

В случаях внезапности или продолжительности возможного облучения, когда радиозащитные средства необходимо вводить многократно и длительно, радиопротекторы не применимы. Поиск менее токсичных препаратов, пригодных для систематического приема, стимулировала чернобыльская катастрофа.

Радиопротекторы при облучении в малых дозах: препараты с адаптогенной активностью, одним из проявлений которой был небольшой, но зато не сопряженный с неблагоприятным побочным действием радиозащитный эффект. Такие противолучевые средства в последние годы выделены в самостоятельную группу средств повышения радиорезистентности организма.

Средства ранней патогенетической терапии лучевых поражений Препараты, влияющие на развитие начальных этапов лучевого поражения и тем самым ослабляющие его тяжесть при введении в ранние сроки после облучения.

Средства терапии в период разгара лучевых поражений. средства дезактивации, предназначенные для удаления радиоактивных веществ из объектов внешней среды и с поверхности тела, средства профилактики внутреннего облучения - препараты, препятствующие инкорпорации радионуклидов и способствующие выведению их из организма.

2. Лучевая терапия при злокачественных новообразованиях использования новых видов излучений, выбора рациональных режимов облучения, применения радиосенсибилизирующих средств, сочетания с другими способами воздействия на опухоль (химиотерапия, гипертермия). Кстати, и здесь снижение степени повреждения здоровых тканей оказывается существенным аспектом оптимизации лучевой терапии.

3. Кислородный эффект Первым было обнаружено ослабление поражения биообъекта при снижении концентрации кислорода в окружающей среде во время облучения. В 1909 г. рентгенотерапевт Г. Шварц наблюдал отсутствие лучевого поражения в ишемизированных (за счет давления рентгеновского аппарата) участках кожи пациентов, подвергавшихся короткофокусной рентгенотерапии.

Кислородный эффект В строго контролируемых условиях радиозащитное действие гипоксии было впервые показано Д. Дауди в 1950 г. Дауди использовал предельно переносимое снижение концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе (для мышей – до 7%, а для крыс – до 5%) и получил 100% выживаемость животных при абсолютно смертельных дозах облучения.

Кислородный эффект В 1953 г. Л. Грей опубликовал результаты изучения зависимости радиочувствительности различных биообъектов от парциального давления или концентрации кислорода в среде. Оказалось, что эта зависимость не только по знаку, но и по величине близка у всех изученных организмов. Если их радиочувствительность в условиях экстремальной гипоксии принять за 1, то в тех же условных единицах радиочувствительность организмов при нормоксии и гипероксии составит 3.

Кислородный эффект В большинстве работ, посвященных влиянию кислорода на радиочувствительность теплокровных животных, ее оценивали по дозе излучения, вызывающей гибель половины особей за 30 сут – то есть на модели гибели от костномозгового синдрома. Способность кислорода модифицировать проявления кишечного и церебрального синдромов оценивалась в меньшем числе исследований, но и в этих случаях, как правило, наблюдалось радиозащитное действие гипоксии, создаваемой во время облучения.

ККУ Количественную характеристику изменению эффекта излучения в присутствии кислорода дает коэффициент кислородного усиления (ККУ); ККУ – это отношение равноэффективных доз излучения в отсутствие и в присутствии кислорода.

Всегда ли «работает» кислородный эффект? Учитывая положительную зависимость радиозащитного эффекта от глубины гипоксии, можно было бы предположить, что такая же зависимость существует и от длительности гипоксии, создаваемой перед облучением. Было, однако, показано, что по мере увеличения продолжительности предрадиационной гипоксии с 5 до 120 мин ее противолучевое действие на млекопитающих снижается на 30 40%.

Кислородный эффект кратковременен Объяснение этого феномена может заключаться в том, что для борьбы с гипоксией организм интенсифицирует внешнее дыхание и кровообращение, а также, возможно, повышает проницаемость биомембран для кислорода. В результате этого через несколько минут после начала гипоксического воздействия оксигенация клеток частично нормализуется, а радиозащитный эффект гипоксии ослабевает.

Проявляется ли радиомодифицирующее действие кислорода после облучения? В отсутствие мощных источников излучения этот вопрос был практически неразрешим. Однако в 50 е годы было показано что при облучении клеток в аноксических условиях оксигенированная среда, внесенная в суспензию клеток через 20 мс после облучения, уже не модифицирует лучевое поражение. В 70 е годы было установлено, что через 1, 5 мс после импульсного облучения клеток кислород не уменьшает их выживаемости.

Проявляется ли радиомодифицирующее действие кислорода после облучения? Таким образом, радиосенсибилизирующее действие кислорода на биообъекты – это эффект, наблюдаемый только при условии присутствия кислорода в среде во время облучения.

Обратный кислородный эффект Пострадиационная гипоксия не только не способствует, но, напротив, препятствует выживанию облученных клеток. Был показан не только на клетках, но и на многоклеточных организмах. В частности, гипоксия устраняет смягчающий радиационное поражение эффект фракционирования дозы.

Обратный кислородный эффект может найти применение в смежных с радиобиологией отраслях медицины, в частности, в онкологии. Показано, что при пострадиационном кратковременном наложении жгута на конечность перевитая в нее опухоль рецидивирует позже и в меньшем проценте случаев, чем при облучении в той же дозе без последующего создания циркуляторной гипоксии.

Таким образом: кислород, присутствующий в среде во время облучения, повышает чувствительность биообъектов к редкоионизирующим излучениям; зависимость радиочувствительности биообъектов от напряжения кислорода имеет параболический характер, причем при уровнях оксигенации, характерных для биотканей, эта зависимость весьма существенна;

Таким образом: радиозащитная эффективность гипоксии у млекопитающих снижается по мере увеличения продолжительности гипоксического воздействия сверх 5 минут; пострадиационная гипоксия обладает действием, усиливающим радиационное поражение биообъектов.

Фактор 1. Судьба облученной клетки определяется радиационными повреждениями ядра, которое выступает в роли “критической” клеточной органеллы. Поэтому именно уровень оксигенации ядра в момент облучения служит фактором, от которого непосредственно зависит изменение радиочувствительности клетки при изменении содержания кислорода во внешней среде.

Фактор 2. Для обеспечения эффективной противолучевой защиты организма путем создания газовой гипоксии необходимо значительное снижение уровня кислорода во вдыхаемом воздухе, которое неблагоприятно отражается на функциональном состоянии организма.

Фактор 3 Более удобным для практического использования является метод снижения оксигенации тканей, основанный на нарушении их кровоснабжения. С этой целью применяют препараты, обладающие сосудосуживающим действием – индолилалкиламины и фенилалкиламины. Теоретически обосновано также применение индукторов гемической гипоксии – метгемоглобинообразователей и оксида углерода.

Фактор 4. Целенаправленное снижение напряжения кислорода во внутриклеточной среде может быть достигнуто путем интенсификации потребления диффундирующего в клетки кислорода в ходе процессов окислительного фосфорилирования. Преимуществом такого подхода является отсутствие побочных эффектов, обусловленных угнетением биоэнергетических процессов в тканях (как при газовой, гемической или циркуляторной гипоксии). Основной препарат сукцинат натрия.

Фактор 5. Перспективным является сочетанное применение различных агентов, нацеленных на снижение оксигенации внутриклеточной среды – газовой гипоксии, индолилалкиламинов и сукцината натрия, а также комбинирование этих средств с меркаптоалкиламинами.

4. Негенетические (средовые) факторы, влияющие на радиочувствительность Диета Двигательная активность Нервно психическое состояние Гормональный баланс Приём лекарств и пищевых добавок Ненаследственные заболевания

5. Генетические факторы, влияющие на радиочувствительность Эффективность работы репарационных систем Наличие эндогенных радиопротекторов и антимутагенов Скорость синтеза АТФ и других необходимых белков и ферментов Амплификация генов, ответственных за радиорезистентность Включение мобильных элементов Наследственные заболевания И т. п.

Выводы Радиочувствительность особей существенно различается, т. к. : ü 1. Радиочувствительность это генетический количественный признак, кодируемый полигенно. ü 2. На генетические различия накладывается влияние образа жизни. ü 3. Существенное влияние оказывают радиоадаптивный ответ, радиоиндуцированный байстэндер эффект и др. ü 4. Эти феномены также могут быть усилены или подавлены различными модификаторами.

Клетки имеют разное строение и выполняют различные функции (например, нервные, мышечные, костные и т.д.). Чтобы понять механизмы , определяющие естественную радиочувствительность организма (без чего невозможно правильно оценить последствия облучения человека), необходимо последовательно рассмотреть клеточные и тканевые аспекты радиочувствительности , так как клетка - основная биологическая единица,в которой реализуется воздействие поглощенной при облучении энергии , что в последующем приводит к развитию лучевого поражения. Среди многих проявлений жизнедеятельности клетки наиболее чувствительна в отношении ионизирующего излучения ее способность к делению. Под клеточной гибелью (или летальным эффектом) понимают утрату клеткой способности к пролиферации, а выжившими считают клетки, сохранившие способность к неограниченному размножению.

В зависимости от связи летального эффекта с процессом деления различают две основные формы радиационной гибели клеток: интерфазную (до деления клетки или без него) и репродуктивную (после первого или нескольких последующих циклов деления). Для большинства клеток, в том числе и для клеток многих млекопитающих, характерна репродуктивная форма лучевой гибели, основной причиной которой являются структурные повреждения хромосом, возникающие в процессе облучения. Они обнаруживаются с помощью цитогенетических методов исследования на разных стадиях митоза (чаще в анафазе или метафазе) в виде так называемые хромосомных перестроек, или аберраций. Гибель таких аберрантных клеток или их потомков происходит вследствие неравномерного разделения или частичной утраты жизненно необходимого генетического материала из-за неправильного соединения разорванных хромосом или отрыва их фрагментов. Определение доли клеток с хромосомными аберрациями часто используют в качестве надежного количественного показателя радиочувствительности, т.к. с одной стороны, число таких поврежденных клеток четко зависит от дозы ионизирующего излучения, а с другой - отражая его летальное действие.

Группы клеток образуют ткани, из которых состоят органы и системы (пищеварительная, нервная, кровеносная системы, железы внутренней секреции и т.д.).

Ткань – это не просто сумма клеток, это уже система, имеющая свои функции. Она имеет свою систему саморегуляции и, установлено, что клетки ткани, которые активно делятся, более подвержены действию радиации. Поэтому мышцы, мозг, соединительные ткани у взрослых организмов достаточно устойчивы к воздействию радиации. Клетки же костного мозга, зародышевые клетки, клетки слизистой оболочки кишечника являются наиболее уязвимыми. Так как наибольшее деление клеток происходит в растущем организме, воздействие радиации на детский организм особенно опасно. Влияние облучения на плод может привести к рождению неполноценного потомства, причем самый опасный период – 8-15-я недели беременности, когда происходит закладка органов будущего человека.

У взрослого организма наиболее уязвимым является красный костный мозг, вырабатывающий клетки крови, которые сами не делятся и быстро «изнашиваются». Поэтому организм нуждается в постоянном их обновлении. Вырабатываемые красным костным мозгом лейкоциты (белые кровяные тельца) выполняют функцию защиты организма от попавших в него возбудителей инфекционных заболеваний (иммунная защита). В результате нарушения созревания клеток костного мозга резко снижается содержание лейкоцитов в крови, что приводит к снижению сопротивляемости организма к различным инфекциям. Весьма чувствительными являются клетки половых желез напомним, что если для всего организма в целом при однократном равномерном облучении коэффициент риска принять за единицу, то для половых желез (яичников, семенников) он равен 0,25, а для красного костного мозга – 0,12. Яичники взрослых женщин содержат большое число незаменяемых яйцеклеток, находящихся на разных стадиях развития. Поэтому облучение, приводящее к фактической или репродуктивной гибели яйцеклеток, может вызвать стойкое бесплодие. Облучение мужчин дозой 2,5 Гр вызывает стерильность в течение двух-трех лет, а после облучения дозой 4-6 Гр наступает постоянная стерильность. У женщин высокой радиационной чувствительностью обладают также молочные железы (коэффициент риска при однократном равномерном облучении равен 0,15).

В системе органов пищеварения при одноразовом равномерном облучении наиболее радиочувствительной является печень, затем идут в порядке убывания радиочувствительности поджелудочная железа, кишечник, желудок, пищевод, слюнные железы, язык, полость рта. Относительно высокой радиочувствительностью обладают также клетки волосяных фолликулов. После облучения дозой 3-4 Гр волосы начинают редеть и выпадать в течение 1-3 недель. Затем рост волос может возобновиться. Однако при облучении дозой порядка 7 Гр происходит полная потеря волос.

Следует отметить, что значительная часть радионуклидов попадает внутрь организма с вдыхаемым воздухом, пищей и водой. При этом наибольшие дозы внутреннего облучения получают органы систем дыхания и пищеварения, а также те органы, в которых накапливаются попавшие внутрь организма радионуклиды.

Так, например, клетки щитовидной железы высокоспециализированы и медленно делятся. Коэффициент радиационного риска для щитовидной железы при одноразовом равномерном внешнем облучении невелик – 0,03. Однако при попадании внутрь организма радиоизотопов йода они накапливаются в щитовидной железе в неограниченном количестве, что резко повышает эффективную эквивалентную дозу облучения этого органа. Щитовидная железа является одним из органов эндокринной системы – важнейшей регуляторной системы организма. При вдыхании частиц, содержащих радионуклиды, область их осаждения в дыхательных путях и легких, время удержания на участках осаждения и продолжительность пребывания на путях удаления определяют эффективную тканевую дозу. Растворимые радионуклиды попадают в кровь и разносятся по всему организму. Большинство типов клеток, составляющих структуру легких, относительно устойчивы к непродолжительному облучению, тем не менее, легкие как орган, обладающий тонкой структурой, характеризуется значительной радиочуствительностью на тканевом уровне. Всасывание радионуклидов в желудочно-кишечном тракте в большой степени зависит от вхождения их в состав различных соединений. Например, всасывание из желудочно-кишечного тракта органически связанного плутония в 25 раз больше, чем всасывания нитрата плутония. При этом 90% поступившего плутония накапливается в скелете, что приводит к значительному внутреннему облучению красного костного мозга.

При воздействии разных доз облучения могут наблюдаться следующие радиационные эффекты:
соматические (нестохастические). Это непосредственные телесные повреждения организма, возникающие вскоре после воздействия облучения; соматико-стохастические эффекты. Это последствия, которые выявляются на больших группах людей в более отдаленные периоды после облучения;
генетические эффекты. Они проявляются в виде возникновения хромосомных аберраций, доминантных генных мутаций.

Большая часть лучевых поражений возникает спустя длительный срок после острого однократного или хронического облучения. Они являются так называемыми отдаленными эффектами облучения в отличие от непосредственных эффектов, к которым относят острую лучевую болезнь и сопутствующий ей симптомокомплекс. Указанные отдаленные эффекты зависят от дозы; с возрастанием дозы растет тяжесть поражения. Помимо названных эффектов, в отдаленном периоде могут возникать еще два вида, которые называют стохастическими (т.е. вероятностными, случайностями): соматические (телесные) эффекты – злокачественные опухоли и генетические эффекты – врожденные уродства и нарушения, передающиеся по наследству. В основе обоих указанных видов стохастических эффектов лежат генерирующиеся излучением мутации и другие нарушения в клеточных структурах, ведающих наследственностью: в первом случае (соматические заболевания) – рак – в неполовых соматических клетках разных органов и тканей, во втором (в половых клетках яичников и семенников) – генетические изменения.

Закономерности поражения целост­ного организма определяются дву­мя факторами:

1) радиочувствительностью тканей, органов и сис­тем, существенных для выживания организма;

2) величиной поглощен­ной дозы облучения и ее распреде­лением в пространстве и времени.

Каждый в отдельности и в сочетании друг с другом эти факторы определяют преимущественный тип лучевых реакций (местные или общие), специфику и время проявления (непосредственно после облучения, вскоре после облучения или в отдаленные сроки) и их значимость для организма .

Следует иметь в виду, что при переходе от изолированной клетки к ткани, к органу и организму все явления усложняются. Эго происходит потому, что не все клетки поражаются в равной степени, а тканевой эффект не равен сумме клеточных эффектов: ткани, а тем более органы и системы нельзя рассматривать как простую совокупность клеток. Находясь в составе ткани, клетки в значительной степени зависимы и друг от друга, и от окружающей среды. Митотическая активность, степень дифференцированности, уровень и особенности метаболизма, а также другие физиологические параметры отдельных клеток не безразличны для их непосредственных «соседей», а, следовательно, и для всей популяции в целом. Общеизвестно, например, что заживление раны происходит вследствие временного ускорения размножения оставшихся клеток, обеспечивающего рост ткани и замещение вызванных травмой тканевых утрат, после чего тип клеточного деления нормализуется.

Кроме того, на тканевую радиочувствительность оказывают большое влияние и другие факторы: степень кровоснабжения, величина облучаемого объема и др. Таким образом, радиочувствительность ткани нельзя рассматривать только с позиций составляющих ее клеток без учета морфофизиологических факторов. Например, эритробласты изменяют свою радиочувствительность в зависимости от места их нахождения в организме - в селезенке или костном мозге. Все это усложняет оценку радиочувствительности тканей, органов и целого организма, но не отвергает принципиального и ведущего значения цитокинетических параметров, определяющих тип и выраженность лучевых реакций на всех уровнях биологической организации.

Самый типичный пример радиационного поражения организма животных и человека - острая лучевая болезнь , возникающая после равномерного тотального однократного внешнего облучения. В этом случае одновременно подвергаются радиационному воздействию все системы, органы, ткани и клетки в одинаковой дозе. Наилучшее понимание основных проявлений лучевого поражения организма может быть достигнуто сопоставлением их с поглощенной дозой в «критических органах».

Под критическими органами понимают жизненно важные органы или системы, первыми выходящие из строя в исследуемом диапазоне доз облучения, что обусловливает гибель организма в определенные сроки после облучения.

Таким образом, между величиной поглощенной дозы в организме и средней продолжительностью жизни существует строгая зависимость , определяемая различиями в радиочувствительности отдельных жизненно важных (критических) систем.

При общем облучении организма в зависимости от эквивалентной поглощенной дозы может преобладать один из синдромов, связанных с критическими системами: 1) костномозговой (кроветворный), 2) желудочно-кишечный, 3) церебральный. Они развиваются вследствие необратимого поражения соответствующих критических систем организма – системы кроветворения, желудочно-кишечного тракта или центральной нервной системы.

Костномозговой (кроветворный) синдром связан с повреждением стволовых клеток красного костного мозга. Это является смертельным для организма. Зрелые клетки крови не делятся, характеризуются специализированными функциями, быстро изнашиваются, а поэтому должны постоянно заменяться новыми. Поражение костного мозга приводит к падению количества разных типов клеток в крови. Сокращение числа клеток периферической крови обусловливает симптомы, предшествующие гибели организма: уменьшение количества крови, кровотечения, инфекции. Сокращение числа эритроцитов (красных кровяных телец), а соответственно, и понижение гемоглобина в крови приводит к анемии (малокровию). Уменьшение числа тромбоцитов, участвующих в процессе свертывания крови, приводит к возникновению кровотечений, что усиливает анемию. Уменьшение числа лейкоцитов (белых кровяных телец) приводит к снижению сопротивляемости организма различным болезням.

Желудочно-кишечный синдром связан с повреждением слоя клеток, выстилающих внутреннюю стенку тонкой кишки, которое приводит к проникновению в организм инфекции из кишечника за счет кишечной флоры и возникновению инфекционных заболеваний. Внутренняя, всасывающая поверхность кишечника имеет ворсинки, направленные в просвет кишечника. У основания этих ворсинок находятся быстроделящиеся клетки. Нарушение процесса обновления этих клеток и приводит к желудочно-кишечному синдрому, признаками которого являются боли в желудочно-кишечном тракте, потеря аппетита, тошнота, рвота, понос, изъязвление слизистой оболочки рта и зева, вялость, инертность. Все это происходит на фоне костномозгового синдрома.

Церебральный синдром связан с нарушениями центральной нервной системы. В центральной нервной системе в отличие от костного мозга и кишечника клетки достаточно устойчивы к воздействию радиации, так как зрелая нервная ткань состоит из высокоспециализированных клеток, которые в течение жизни не замещаются. Воздействие радиационных излучений приводит к функциональным нарушениям на тканевом уровне. Признаки церебрального синдрома – головные боли, полное безразличие ко всему окружающему, нарушение сознания (возможна временная потеря его), судороги. Эти симптомы связаны с повреждением головного мозга.

Состояние устойчивого динамического равновесия любой клеточной популяции в живом организме, необходимое для нормальной жизнедеятельности, поддерживается системами обновления кле­ток; любая потеря клеток (вследствие их гибели или миграции) в системе коли­чественно восполняется возникновением новых кле­ток, что обеспечивает не­изменность функции. Клетки каждого типа имеют свою характерную для них про­должительность жизненного цик­ла и соответственно различаются темпом обновления.

Таким образом, взрослый организм постоянно находится в состоянии строго сбалансированного клеточного самообновления , происходящего непрерывно в ряде его жизненно важных систем.

Ежеминутно в каждой из них отмирают десятки и сотни тысяч «отслуживших» клеточных элементов, заменяясь новыми, заведомо готовыми «пожертвовать» собой через строго определенный срок - и так до конца жизни организма. Такое устойчивое равновесие в системах клеточного самообновления, являющееся необходимым условием надежности поддержания жизнеспособности организма, получило название клеточного гомеостаза

Причины и механизмы, определяющие естественную радиочувстви-тельность биологических объектов, пока полностью не раскрыты, но многие аспекты хорошо изучены. Например, факторы, влияющие на радиоустойчивость растений по классификации Гродзинского Д.М., разделяются на 3 группы. К первой группе отнесены факторы, обусловленные филогенезом вида, которые нельзя модифицировать: анатомическое строение растений, размер семян, объем клеточных ядер и хромосом, число хромосом и плоидность. Во вторую группу входят факторы, характеризующие функциональное состояние отдельных структур клетки и физиологическое состояние генома: этап онтогенеза, содержание сульфгидрильных групп (SH-групп), наличие антиоксидантов и макроэргов, способность к пострадиационному восстановлению. Третью группу факторов представляют факторы внешней среды, такие, как погодно-климатические условия и условия минерального питания растений. Радиобиологические эффекты растений и животных имеют ряд сходных реакций, таких, как наличие критических (наиболее радиочувствительных) клеток, тканей и органов, одинаковые типы хромосомных аберраций, потеря контроля над обменом веществ, образование соматических и генетических мутаций, трансформация клеток, радиационный канцерогенез (опухоли органов).

Реакции живых организмов на ядерное излучение весьма многообразны и определяются параметрами излучения и особенностями организма. Отношение организма к ионизирующему излучению характеризуется радиочувствительностью и радиоустойчивостью (радиорезистентностью). Эти два термина взаимосвязаны и с разных сторон отражают одно и то же явление - если организм обладает высокой радиочувствительностью, то он характеризуется низкой радиоустойчивостью, и наоборот.

Радиочувствительность - способность организма реагировать на малые дозы радиации, которая проявляется через нелетальные радиобиологические эффекты в организме. Радиоустойчивость - способность организма переносить высокие уровни облучения (летальные и полулетальные дозы). Чем меньше дозы, вызывающие нелетальные радиобиологические эффекты, тем выше радиочувствительность организма. Чем больше доза, вызывающая гибель организма, тем выше его радиоустойчивость.

Для характеристики радиочувствительности растений используются следующие критерии: лабораторная и полевая всхожесть, длинна корней у проростков, высота растений, число сформировавшихся органов, цветков и семян, масса растения, количество и масса семян на одном растении, выживаемость растений, а также выход хромосомных аберраций в мета- и анафазе.

Радиочувствительность оценивается летальной и полулетальной дозами. Летальная доза - ЛД 100 (или ЛД 100/30) - это минимальная доза облучения, вызывающая смерть 100% облученных организмов в течение 30 дней. Соответственно ей определяется полулетальная доза ЛД 50 (или ЛД 50/30) - минимальная доза облучения, вызывающая смерть 50% облученных организмов в течение 30 дней. Величины ЛД 50 в природе различаются довольно значительно даже в пределах одного вида.

Наиболее высокой радиочувствительностью среди растений обладают растения семейства лилейных. Самые радиоустойчивые растения относятся к семейству крестоцветных (табл.2).

Таблица 2

Радиочувствительность семян некоторых высших растений

В настоящее время имеются сведения о радиочувствительности более чем 2000 растений, принадлежащих к разным семействам, родам и видам. Однако радиочувствительность оценена у семян - стадии онтогенеза растения, в которой оно находится в состоянии глубокого вынужденного покоя и поэтому обладает высокой устойчивостью к ионизирующим излучениям и ко всем повреждающим факторам.

При прорастании семян их радиочувствительность возрастает в 15-20 раз, потому что прорастание сопровождается активным делением клеток, а делящиеся клетки более чувствительны к облучению, чем клетки, находящиеся в стадии покоя. Кроме этого обязательным условием для прорастания семян является наличие воды. Высокая обводненность объектов при облучении способствует гораздо большему выходу свободных радикалов (Н о и ОН о), что усиливает радиационное поражение.

В мире низших растений и организмов самой высокой радиоустойчивостью обладают микроорганизмы, грибы и лишайники. Некоторые виды микроорганизмов выдерживают облучение в дозах 10 4 - 10 5 Гр. Среди древесных растений менее радиоустойчивы хвойные породы. После аварии на ЧАЭС в хвойных лесах, находящихся в 30-километровой зоне от АЭС, наблюдался широкий спектр морфологических аномалий вегетативных и генеративных органов, частота появления и степень тяжести которых зависели от дозы облучения.

В определенном диапазоне доз (5-20 Гр) ядерные излучения обладают стимулирующим действием. Радиостимуляция обнаружена у всех биологических объектов, начиная с одноклеточных и кончая растениями и животными. Впервые эффект радиационной стимуляции был получен на растениях в 1898 году. Облучение семян вызывает активацию многих процессов обмена: усиливается синтез нуклеиновых кислот, белков, гормонов, повышается активность некоторых ферментов, изменяется проницаемость мембран, увеличивается поступление в растения питательных веществ и т.д. Одним из важнейших механизмов общего стимулирующего действия излучения является образование неспецифических веществ хиноидной природы, которым А.М. Кузин дал название триггер-эффекторы. Хиноны образуются из полифенолов в результате радиационно-химических реакций окисления и активации полифенолоксидаз. При облучении высокими дозами хиноны возникают в растительных объектах в больших концентрациях и оказывают угнетающее действие на их развитие. В малых концентрациях (10 -7 -10 -8 М) эти вещества действуют как стимуляторы. Проникая в ядра клеток, они соединяются с гистонами и тем самым снимают неспецифическую блокаду генома этими белками, т.е. происходит дерепрессия (активация) определенной группы генов. Начинается усиленный синтез информационных РНК, белков, ферментов, фитогормонов, индуцирующих метаболические процессы. Это в свою очередь существенно сокращает фазы клеточного цикла на ранних стадиях развития. Стимулирующий эффект облучения обнаружен не только при облучении семян, но и при облучении клубней, луковиц, черенков, корневищ, усов. Повышенный уровень триггер-эффекторов вызывает дерепрессию (перевод в активное состояние) генома не только у клеток верхушечной точки роста, но и в боковых почках, что приводит к интенсивному росту и увеличению числа боковых побегов. Таким образом, образование неспецифических триггер-эффекторов хиноидной природы составляет один из важнейших механизмов общего стимулирующего действия излучения. Облучение семян различных культур стимулирующими дозами перед посевом приводит к повышению урожая на 10-25% и к улучшению его качества, т.е. к повышению содержания белка, сахара, крахмала, витаминов, аминокислот и других веществ, которые сформировались у растений различных видов в процессе эволюции. Стимуляция картофеля происходит при облучении клубней в дозах 0,5-5,0 Гр за 2-6 суток до посадки, при этом возрастает урожайность на 18-25% и увеличивается содержание крахмала на 15%. Гамма-облучение черенков или подвоя виноградной лозы увеличивает выход полноценных прививок на 11-34%. При этом отмечается интенсивное деление клеток в камбиальном слое на месте срастания подвоя с привоем, что способствует более быстрому срастанию тканей привоя с подвоем. Облучение может снимать тканевую несовместимость подвоя с привоем. Гамма-стимуляция применяется при выгонке зеленных культур, для ускорения развития и цветения луковичных и цветочных растений и при разведении редких и лекарственных растений.

Радиостимуляция у животных изучена меньше, чем у растений. По мнению ряда ученых механизм стимулирующего действия малых доз ионизирующих излучений на организм животных на молекулярно-биологическом уровне не может существенно отличаться от механизма действия на растения. Интенсивность процессов обмена веществ, ускорения развития, роста и повышение продуктивности животных осуществляются за счет активации стероидных гормонов, которые контролируют эти процессы. В условиях эксперимента радиостимуляция изучена на мышах и крысах. Радиостимуляционный эффект проявляется в повышении плодовитости в два раза, в ускорении роста и массы тела. Радиостимуляцию изучают в птицеводстве, скотоводстве, свиноводстве и звероводстве. Широкий радиостимуляционный эффект выявлен при облучении яиц, цыплят и кур несушек. При облучении куриных яиц перед закладкой в инкубатор дозой 0,03-0,05 Гр усиливалась интенсивность роста и развития эмбрионов, увеличивалась выводимость, выживаемость цыплят и повышалась яйценоскость кур. Стимулирующее действие выявлено при облучении цыплят бройлеров (при облучении дозой 0,25 Гр и 0,5 Гр масса цыплят возрастала на 12-15%) и кур-несушек (яйценоскость при облучении дозой 0,5 Гр возрастала на 10-18%). Механизм стимулирующего действия на яйценоскость кур и мясную продуктивность связывают с возникновением триггер-эффекторов (гонадолиберинов), которые воздействуют на гипофиз и стимулируют выработку стероидных половых гормонов, что ускоряет рост и развитие. Облучение ягнят тонкорунных овец в одно-, двух- и трехмесячном возрасте малыми дозами приводило к повышению живой массы, выживаемости, настригу, густоты и длины шерсти. При облучении суточных поросят дозами 0,1-0,25 Гр наблюдалось увеличение массы тела на 10-15% в первые три месяца жизни. Облучение такими же дозами норок и черно-бурых лисиц повышало выживаемость потомства, сопротивляемость его болезням, улучшало качество пушнины и длину шкурки. Таким образом, радиостимуляция общебиологическое явление, присущее многим организмам.

В настоящее время ионизирующие излучения широко используются для получения мутантных форм растений. Под влиянием ионизирующих излучений возникают хромосомные и генные (точковые) мутации. Хромосомные мутации вызывают летальный исход. Генные мутации являются источником мутантных форм как полезных, так и вредных для растений. Известно, что вся совокупность свойств, которые характерны для конкретного биологического вида, запрограммирована в ДНК в виде последовательного чередования нуклеотидов, т.е. в виде генетического кода. Облучение ДНК вызывает окисление пиримидиновых и распад пуриновых оснований. В процессе редупликации на поврежденной матрице возможна ошибочная репарация, т.е. замена пуриновых оснований пиримидиновыми и наоборот, что приводит к нарушению генетического кода и появлению генных мутаций. Выход мутаций с увеличением дозы возрастает, но вместе с этим увеличивается стерильность растений, подавляются ростовые и формообразовательные процессы. Используются дозы, при которых сохраняется способность растений формировать полноценные репродуктивные органы. Хозяйственно полезные мутанты, сочетающие высокую продуктивность с другими признаками, появляются, как правило, очень редко. Селекционно-ценные мутантные формы растений выделяются содержанием питательных веществ, скороспелостью, устойчивостью к болезням, устойчивостью к полеганию, повышенной продуктивностью и другими признаками. Мутантные формы используются в качестве донора полезного признака в селекции растений. В мировой селекционной практике наибольшее количество сортов с участием радиационных мутантов получено на ячмене (68), рисе (64), пшенице (31), арахисе (14) и фасоли (10).

Наибольший интерес в мире животных представляют млекопитающие. Известно, что млекопитающие (человек и животные) обладают наибольшей чувствительностью к облучению по сравнению с птицами, рыбами, земноводными и др. (табл.3). Причины разной радиочувствительности организмов пока неизвестны. Однако общая тенденция такова: начиная от зародыша до половозрелого состояния радиочувствительность организма и его органов постепенно понижается, в среднем возрасте стабилизируется и к старости вновь понижается.

Различие радиочувствительности проявляется также в органах, составляющих организм как целое. Клетки одного органа имеют неодинаковую радиочувствительность и способность к регенерации после лучевого повреждения. По радиочувствительности условно все органы и ткани можно разделить на три группы.

Таблица 3

Радиочувствительность живых организмов

К первой, наиболее чувствительной к излучениям группе, относятся костный мозг, половые железы, селезенка, лимфоидная ткань. Стволовые клетки этих тканей полностью погибают при дозе облучения 10 Гр. Морфологически регистрируемые изменения в них возникают при облучении дозой 0,25 Гр.

Ко второй, более резистентной к излучениям группе, относятся пищеварительный тракт, печень, органы дыхания, органы выделения, органы зрения, мышечная ткань. Клетки этих тканей выдерживают дозу облучения до 40 Гр.

К третьей группе относятся нервная ткань, кожные покровы, хрящевая и костная ткань, которые выдерживают дозу облучения до 80 - 100 Гр.

Наиболее радиочувствительные органы и системы называются критическими. С их поражением связана гибель организма в определенные сроки после облучения. Клетки критических органов имеют короткий жизненный цикл и высокие темпы обновления (за одну минуту отмирают и вновь образуются десятки и сотни тысяч клеток). Большую скорость обновления имеют кроветворная система и желудочно-кишечный тракт. Центральная нервная система состоит из высокодифференцированных клеток, которые после отмирания не восстанавливаются.

К кроветворным органам относятся костный мозг, лимфатическая ткань, селезенка, вилочковая железа (тимус). Нарушение процессов кроветворения в этих органах наступает очень рано - непосредственно в ходе лучевого воздействия, а дальнейшее развитие и проявление нарушений носят фазовый характер, что связано с разной радиочувствительностью клеток и с процессами восстановления в клетках.

Самый высокорадиочувствительный орган - костный мозг, при общем облучении он поражается в первую очередь. При внешнем облучении животных дозами ЛД 50/30 и выше прекращается митоз клеток, появляются дегенеративные формы некоторых видов клеток, в крови снижается количество эритроцитов. К ранним изменениям костного мозга при внешнем облучении относятся также уменьшение незрелых форм красной и белой фракции, тромбоцитов и увеличение гранулоцитов. Установлено, что костный мозг обладает достаточно большой способностью к регенерации (т. е. к восстановлению), которая при среднелетальных дозах наступает через 4-7 суток, и к концу 4-й недели картина костного мозга или структура крови становится близкой к нормальной. При летальных и сверхлетальных дозах радиации нормальное содержание клеток не восстанавливается и происходит аплазия костного мозга.

Радиационное воздействие на лимфотическую ткань приводит к раннему разрушению лимфобластов и лимфоцитов в самой ткани и лимфоцитов в периферической крови. Полулетальные и летальные дозы облучения вызывают нарушения структуры ткани, различные изменения лимфоузлов и других лимфоидных образований.

Облучение полулетальной дозой селезенки приводит к прекращению митоза и гибели части лимфоцитов. В результате разрушения клеточных элементов орган уменьшается в размере и массе.

Клетки вилочковой железы - тимоциты (лимфоциты) - погибают практически все в течение первых суток. Восстановление клеток до исходного уровня происходит за счет единичных неповрежденных клеток.

Характерной реакцией организма на лучевое воздействие является изменение количества лейкоцитов: в первые минуты и часы наблюдается незначительное уменьшение; через 6-8 часов - увеличение на 10-15% от исходного уровня; через 24 часа - резкое снижение от исходного уровня. Степень и фазность изменения количества лейкоцитов находятся в прямой зависимости от дозы, а также от вида животных. Время восстановления количества лейкоцитов до нормы составляет 2-3 месяца.

Облучение животных полулетальными дозами приводит к изменению количества эритроцитов. В первые сутки увеличиваются количество клеток и содержание гемоглобина в крови на 10-15%, затем на 15-20-е сутки содержание снижается в 2-3 и более раз от нормы. Параллельно с количественными нарушениями происходят морфологические и биохимические нарушения: увеличение размеров клеток, пикноз ядер и вакуолизация цитоплазмы, а также образуются двуядерные клетки и клетки аномальных форм. Эритроциты восстанавливаются до нормального количества за 2-5 месяцев.

По радиочувствительности тромбоциты занимают промежуточное положение между лейкоцитами и эритроцитами. Облучение дозой ЛД 50 приводит к резкому снижению количества тромбоцитов в первые сутки. Появляются клетки с различными аномалиями: двуядерные, с непропорциональными размерами ядра и цитоплазмы. В организме нарушаются такие процессы, как поглощение протромбина, свертываемость крови, рекальцификация плазмы и другие. Восстановление тромбоцитов наблюдается на 35-45 день после облучения.

Наиболее радиочувствительными клетками крови являются лимфоциты. Регистрируемое уменьшение содержания лимфоцитов отмечается при облучении дозой 0,6 Гр. При облучении дозой ЛД 50/30 наибольшее снижение наблюдается через 1-3 суток. Для этого периода характерны морфологические изменения клеток, нарушение соотношения малых форм, появление двуядерных клеток, зернистость и вакуолизация ядра и протоплазмы, изменение активности ферментов. Фазность изменения, характерная для лейкоцитов, у лимфоцитов отсутствует.

Наряду со значительными изменениями в структуре крови и кроветворных органах отмечаются структурные изменения стенок кровеносных сосудов, особенно капилляров. Это сопровождается различными кровоизлияниями (точечные и разлитые) и кровотечениями (наружные и внутренние).

Все органы пищеварения проявляют функциональные и морфо-логические реакции на облучение. По степени радиочувствительности они распределяются следующим образом: тонкий кишечник, слюнные железы, желудок, прямая и ободочная кишки, поджелудочная железа, печень. Наибольшая чувствительность у железистого эпителия и эпителия ворсинок. Облучение приводит к прекращению деления и отмиранию клеток, к оголению клеток ворсинок и крипт, что сопровождается выходом плазмы крови в кишечник, а также приводит к снижению барьерно-иммунной функции кишечной стенки, в результате чего микрофлора кишечника попадает в организм и вызывает токсикоз и бактериемию. Лучевое поражение проявляется через тошноту, рвоту, понос. Большие дозы лучевого воздействия угнетают секрецию желудочных желез, что приводит к морфологическим изменениям - кровоизлияниям, катарам, язвам, рубцовым стенозам, свищам. Нормализуется функциональное состояние желудочно-кишечного тракта в разные сроки, доходящие до нескольких месяцев.

Половые железы млекопитающих реагируют на облучение в принципе однотипно. Основное видовое отличие - величина повреждающей дозы, которая тесно связана с видовой радио-чувствительностью организмов. При действии радиации на половые железы сильнее повреждается генеративная функция и менее нарушается их гормональная деятельность. Степень постлучевых изменений в половых железах зависит в основном от дозы и способа облучения. Половые клетки семенников по радиочувствительности располагаются в следующем убывающем порядке: спермиогонии, спермиоциты, спермиды, зрелые спермии. Гистологическое исследование выявляет многочисленные кровоизлияния в паренхиму железы, в просветах семенных канальцев - скопление некротических клеток, единичные измененные спермиогонии и спермиоциты. Сперматогенез восстанавливается за счет выживших спермиогоний через несколько месяцев, но при этом отмечается большое количество дефектных спермиев, а в паренхиме семенников - развитие склеротических процессов. У молодых неполовозрелых животных семенники и яичники более чувствительны к облучению, чем у половозрелых. По степени уменьшения радиочувствительности клетки функционирующего яичника располагаются в следующем порядке: ооциты II порядка в зрелых фолликулах, ооциты I порядка, зрелые яйцеклетки, эпителий вторичных и первичных фолликулов, желтое тело, покровный эпителий. Радиационное повреждение яичников одинаково у всех животных: вначале повреждаются и погибают наиболее радиочувствительные клетки, происходит деструкция эпителия, фиброзное разрастание соединительной ткани яичника, нарушение половых циклов, гормональные отклонения. Восстановление функций яичников идет очень медленно. Радиочувствительность ооцитов млекопитающих определяется морфологией стадии диплотены, т.е. конфигурацией хромосом в ядре. Ооциты с диффузным расположением хромосом более радиочувствительны (ооциты мышей, хомячков), чем ооциты с компактным расположением (ооциты собаки, человека).

Таким образом, внешнее облучение растений и млекопитающих приводит к формированию у них различных радиационных эффектов.

Радиочувствительность ткани прямопропорциональна пролиферативной активности и обратнопропорциональна степени дифференцированности составляющих ее клеток. Эта закономерность по имени ученых, открывших ее в 1906 году, получила в радиобиологии название "правило Бергонье-Трибондо" . Радиочувствительность лимфоцитов не соответствует этому правилу.

В порядке убывающей радиочувствительности все органы и ткани организма человека подразделяются на группы критических органов, т.е. органов, тканей, частей тела или всего тела, облучение которых в данных условиях наиболее существенно в отношении возможного ущерба здоровью.

К радиорезистентным тканям относятся: костная, нервная, хрящевая.

К высокорадиочувствительным тканям относятся: лимфоидная, миелоидная.

Критическая система – такой орган, поражение которого в определенной дозе играет ведущую роль в патогенезе ОЛБ.

Критерии критичности:

Высокий уровень радиочувствительности;

Более ранние поражения;

Жизненно-важные органы.

Первая группа критических органов: все тело, гонады и красный костный мозг.

Вторая группа: мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением относящихся к первой и третьей группам.

Третья группа: кожный покров, костная ткань и дистальные отделы конечностей - кисти, предплечья, лодыжки и стопы.

Радиационное поражение системы крови. Прогностическое значение изменений показателей периферической крови для оценки тяжести лучевого поражения. Механизмы восстановление кроветворения после облучения.

Наиболее ранней реакцией миелокариоцитов на облучение является временное прекращение деления клеток. Часть клеток стволового отдела (тем большая, чем выше доза) утрачивает пролиферативную активность практически сразу после облучения. Наибольшая радиочувствительность отмечается у стволовых и коммитированных клеток. Миелобласты более устойчивы к действию радиации, а промиелоциты и миелоциты весьма радиорезистентны. Далее резистентность увеличивается: эритробласты, базофильные нормобласты, полихроматофильные нормобласты, оксифильные нормобласты, ретикулоциты. Зрелые клеточные элементы крови (лейкоциты, тромбоциты и эритроциты) достаточно устойчивы к действию ионизирующего излучения, и изменение их количественного содержания в крови после облучения связано только с естественным процессом их убыли после завершения жизненного цикла и отсутствием поступления в периферическую кровь новых зрелых клеток. Продолжительность блока митозов в клетках пролиферативно-созревающего отдела тем дольше, чем выше доза облучения. Часть этих клеток (опять же чем выше доза, тем большая) погибает в интерфазе или после восстановления деления в одном из ближайших митозов. Клетки созревающего отдела при облучении практически не погибают. Созревание клеток и выход их в периферическую кровь продолжаются в том же темпе, что и без облучения. Мало меняется и продолжительность жизни зрелых клеток функционального отдела. В результате в костном мозге быстро убывает число клеток, вначале наименее дифференцированных, а затем все более зрелых, так как естественная их убыль не компенсируется в достаточной степени поступлением новых клеток из истощенных предшествующих отделов.

Первичная реакция на облучение: относительная и абсолютная лимфопения, нейтрофильный лейкоцитоз со сдвигом влево, ретикулоцитоз, макроцитоз эритроцитов, наклонность к моноцитозу.

Со второй недели: нейтропения, лимфопения, тромбоцитопения, моноцитопения, анемизация; дегенеративные изменения в клетках: хроматинолиз, вакуолизация, токсическая зернистость, фрагментация и распад ядер.

На 4-5й неделе: восстановление (ретикулоциты-гранулоциты-моноциты), гиперпластическая реакция КМ.

Абсолютное содержание лимфоцитов в периферической крови является прогностическим критерием тяжести ОЛБ от внешнего облучения на 2-3 сутки после облучения.

После первичного опустошения, прогрессирующего приблизительно в течение недели, следующей за облучением, наблюдается кратковременное увеличение их числа. Это так называемый "абортивный подъем", который объясняют тем, что сохранившие жизнеспособность клетки пролиферирующего отдела (а, возможно, и частично поврежденные, но способные к некоторому количеству делений стволовые клетки) после возобновления митотической активности обеспечивают некоторое повышение клеточности костного мозга. Однако этот источник при отсутствии пополнения из стволового отдела быстро истощается, и абортивный подъем сменяется прогрессирующим снижением числа клеток (вторичное опустошение). Характерно, что в начале процесса восстановления стволовые клетки пролиферируют, воспроизводя себе подобных, и практически не выходят в следующие пулы (так называемый "блок на дифференцировку"). И лишь когда их число достигнет уровня, приближающегося к нормальному, начинается поступление клеток в пролиферативно-созревающий отдел. Поэтому, для того, чтобы началось восстановление числа клеток в периферической крови, требуется довольно длительное время, необходимое для самовоспроизведения популяции стволовых клеток, прохождения через пролиферативно-созревающий и созревающий отделы. И только по завершении этих этапов потомки сохранившихся стволовых клеток начинают поступать в периферическую кровь (если, конечно, до этого организм не погибнет).