Действие радиации на клетку, пост радиационное восстановление клетки

Радиация — излучение энергии в виде частиц или электромагнитных волн. При превращениях радиоактивных ядер возникают различные виды излучения: альфа-, бета-, гаммаизлучение, рентгеновское излучение, нейтроны, тяжёлые ионы. При взаимодействии с веществом энергия излучения передаётся атомам и молекулам, превращая их в заряженные частицы — ионы.

В результате ионизации разрываются химические связи молекул, составляющих живые организмы, и тем самым вызываются биологически важные (соматические и генетические) изменения.

Радиоактивность измеряют числом распадов в секунду любого радиоактивного ядра, называемого радионуклидом. Единицей радиоактивности (количества радиоактивных веществ) являются Беккерель (Бк) и Кюри (Ки) = 3.7Ч1010 Бк. Один Беккерель соответствует одному распаду в секунду.

Поглощенная доза — величина, которая характеризует результат взаимодействия радиации со средой, на которую она воздействует. Применительно к человеку и живой природе поглощенная доза является основной мерой воздействия радиации.

Между поглощенной дозой и вызываемым ею биологическим эффектом существует прямая зависимость: чем больше поглощенная доза, тем больше соответствующий эффект. Поглощенная доза — энергия.

Единицей поглощенной дозы является Грей (Гр), представляющий собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенного единицей массы какого-либо физического тела.

С биологической точки зрения важно не только количество излучения, а также и его тип. Однако, поглощенная доза не учитывает специфику взаимодействия излучений различного типа с тканями живого организма, а также индивидуальную чувствительность отдельных органов.

Поэтому, в применении к оценке радиационного воздействия на организм дополнительно введены единицы эквивалентной дозы иэффективной дозы.

Эквивалентная доза равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма. Единицей измерения эквивалентной и эффективной дозы является Зиверт (Зв), — представляющий собой поглощенную дозу в Гр, умноженную на соответствующие коэффициенты.

Наиболее важная особенность ионизирующих излучений — избирательность их действия, определяемая не столько характеристиками самих лучей, сколько свойствами тех или иных клеток, т. е. их чувствительностью к излучению — радиочувствительностью. Клетки тем более радиочувствительны, чем большая у них способность к размножению и чем менее определенно выражены их морфология и функция, т. е. чем они менее дифференцированы.

Установлено, что биологическое действие ионизирующих излучений может быть смертельно для любого живого объекта. Однако дозы излучения, приводящие разные объекты к гибели, отличаются друг от друга в очень широких пределах, даже на несколько порядков.

Иными словами, каждому биологическому объекту (клеткам, тканям, органам или организмам) свойственна своя мера восприимчивости к воздействию ионизирующей радиации, своя видовая радиочувствительность.

Степень радиочувствительности сильно варьирует и в пределах одного вида, к тому же зависит от возраста и пола. Кроме того, даже в одном организме различные клетки и ткани значительно различаются по радиочувствительности.

Наряду с радиочувствительными (кроветворная система, эпителий слизистой тонного кишечника) имеются радиоустойчивые ткани (мышечная, нервная, костная), которые принято называть радиорезистентными.

Ионизирующие излучения получили своё название благодаря способности вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. Элементарный акт взаимодействия излучения с веществом — поглощение энергии кванта атомом или молекулой, приводящее к высвобождению электрона — ионизации.

Ионизирующие излучения подразделяются по своей природе на электромагнитные и корпускулярные. Электромагнитные излучения — это рентгеновское излучение и радиоактивных элементов.

Видимый свет и радиоволны — тоже электромагнитные излучения, но они не ионизируют, так как характеризуются большей длиной волны и соответственно меньшей энергией, передаваемой атомам, которая недостаточна для отрыва электрона.

Все остальные виды ионизирующих излучений имеют корпускулярную природу. К корпускулярным излучениям относятся в-частицы, б-частицы, ускоренные ионы и р-мезоны и нейтральные частицы.

Ионизацию атомов и молекул в радиобиологии рассматривают как «прямое» действие радиации. Его результатом является изменение макромолекул, в первую очередь такой громадной структуры, как ДНК, а также образование нескольких высокореакционных продуктов из молекул воды, составляющей основную массу клетки. Продукты радиолиза воды реагируют как между собой, так и с органическими компонентами клетки, приводя к разрушению их молекулы.

Этот путь лучевого поражения жизненно-важных структур клетки носит в радиобиологии название косвенного механизма действия излучения. Таким образом, под прямым действием понимают такие изменения, которые возникают в результате утери или приобретения электрона самими рассматриваемыми молекулами. Под косвенным действием понимают изменение этих молекул, вызванные продуктами радиационного разложения (радиолиза) окружающей эти молекулы воды и растворенных в ней низкомолекулярных соединений, а не энергией излучения, поглощённой самими исследуемыми молекулами. При этом при «прямое» действие излучения ответственно за 10−20% лучевого поражения, когда «косвенное» действие радиации ответственно за 80−90% лучевого поражения.

При облучении клетки ионизирующим излучением поражаются все её структуры. Вероятность поражения тех или иных молекул определяется их размером: чем крупнее молекула, тем, естественно, больше вероятность её повреждения. Именно поэтому в качестве основной «мишени» радиационного поражения клетки рассматривается ДНК.

В результате прямой ионизации самой молекулы ДНК и её атаки радикалами OH^? происходит разрыв химических связей между атомами. Разрыв связей в сахаро-фосфатном скелете нарушает непрерывность нити ДНК. Если разорвана одна из нитей, говорят об однонитевом или одиночном разрыве. Совпадение разрывов противоположных нитей ДНК в одной точке приводит к появлению двойных (двунитевых) разрывов.

Известно, что одиночные разрывы постоянно возникают в клетке и без всякой связи с облучением, просто вследствие тепловой нестабильности ДНК, а также в результате некоторых окислительных и ферментативных процессов. Более того, одиночные разрывы даже необходимы: при репликации ДНК молекула должна быть расплетена на участке синтеза, для чего одна нить должна иметь возможность вращаться относительно другой, чего невозможно достичь без её разрыва. Предполагается, однако, что при облучении возникают не только одиночные разрывы, аналогичные возникающим спонтанно, но ещё появляются «комплексные», при которых в скелете ДНК рядом находится сразу несколько разорванных связей; такие разрывы репарируются хуже, чем возникающие в нормальных условиях.

Двойные разрывы образуются как при случайном пространственном совпадении одиночных разрывов в противоположных нитях ДНК (вероятность которого возрастает с увеличением накопленной дозы редкоионизирующего излучения), так и вследствие одномоментного повреждения обеих нитей при выделении в данном микрообъёме клетки большого количества энергии. Даже при действии редкоионизирующих излучений выделение энергии по объёму клетки происходит не абсолютно равномерно, а дискретными порциями разной величины, так что в примерно равном объёме атомам может быть передано от нескольких электрон-вольт до нескольких сот электрон-вольт. При действии плотных связей будет таким же, однако они будут менее равномерно распределены мо длине молекулы ДНК. Общее число очагов поражения будет меньшим, зато «тяжесть» (концентрация разорванных межатомных связей на единицу микрообъёма) каждого из них будет больше. Таким образом, при действии плотноионизирющих излучений число двойных разрывов на единицу дозы оказывается выше, чем при действии редкоионизирюущих видов радиации. Так как одиночные разрывы репарируются гораздо лучше, чем двойные, тяжесть поражения клетки с увеличением доли двойных разрывов возрастает. Именно это и служит причиной более высокой относительной биологической эффективности плотноионизирующих излучений.

Разрыв межатомных связей в сахаро-фосфатном скелете ведёт к нарушению непрерывности молекулы ДНК, что препятствует считыванию с неё генетической информации (если разрыв приходится на транскрибируемый участок генома), а также нормальной репликации ДНК и последующему распределению генетического материала между клетками. Разрыв скелета может сопровождаться разрывом связей в той части молекулы дезоксирибозы, которая не участвует в построении скелета ДНК. Такое повреждение рассматривается одновременно и как разрыв, и как повреждение нуклеотида.

Если в молекуле дезоксирибозы разорвана одна из связей, не участвующих в построении скелета ДНК, то принято говорить о повреждении нуклеотида, а если в нуклеотиде повреждена одна из связей в пуриновом или пиримидиновом основании, то говорится о повреждении основания (а не нуклеотида, хотя основание является частью нуклеотида). Поврежденные основания и нуклеотиды подвергаются дальнейшим химическим изменениям. Примером является окисление гуанина до 8-оксогуанина. Атака ДНК высокоактивными радикалами воды приводит к модификации оснований, например, присоединение радикала OH к тимину превращает его в тимингликол.

Разрывы скелета ДНК частично элиминируются самостоятельно, частично с помощью систем ферментативной репарации. Репарация не всегда заканчивается восстановлением исходной молекулы. Вместо воссоединения разорванной связи может возникнуть связь между свободными концами двух противоположных нитей молекулы ДНК, между свободными концами в местах разных разрывов одной и той же нити ДНК и даже между свободными концами разных молекул ДНК. Такое разнообразие новых связей является следствием того, что нити ДНК в ядре упакованы весьма плотно. Неправильное воссоединение разрывов приводит к возникновению хромосомных перестроек. Разрывы молекулы ДНК и окружающих её белков при неправильном воссоединении приводят к образованию ДНК-белколвых сшивок.

Неверная репарация оснований, а так же их химическая модификация ведёт к ещё одному дефекту молекулы — появлению так называемых неспаренных оснований. В молекуле ДНК в норме существуют только две пары коплементарных оснований — аденин-тимин и гуанин-цитозин. Замена одного из оснований каждой пары ведёт к изменению генетического кода. Выше говорилось о появлении в молекуле 8-оксогуанина вследствие окисления гуанина. Во время репликации ДНК в синтезируемой цепи вместо комплементарного к гуанину цитозина напротив 8-оксогуанина будет вставлен аденин. При синтезе информационной РНК неверное основание приведёт к неправильной кодировке и последующему включению в белковую молекулу ошибочного аминокислотного остатка. Помимо этого, некомплементарное основание меняет геометрию молекулы ДНК.

Некомплементарные основания образуются не только в результате облучения, но возникают и спонтанно как дефекты сложного процесса репликации ДНК. Поэтому системы репарации ДНК всегда активно работают в клетке, вне какой-либо связи с воздействием ионизирующей радиации. Однако облучение увеличивает общее количество дефектов, так и создаёт поражения, которые по количеству на единицу длины молекулы превосходят повреждения, возникающие в нормальных условиях.

При воздействии редкоионизирующего излучения в дозе 2 Гр, вызывающем гибель от 10 до 90% клеток разных тканей человека, в ДНК одной клетки образуется около 2000 однонитевых и 80 двунитевых разрывов, повреждается 1000 оснований и формируется 300 сшивок с белком. Именно эти поражения и лежат в основе радиационной гибели клетки, длительного нарушения эффективности деления её потомков и злокачественного перерождения, а в случае воздействия на половые клетки — и генетических последствий облучения родителей для потомства.

Радиационные нарушения ДНК столь многообразны по своей природе и величине, что на клеточном уровне они проявляются в самые разные сроки, начиная от нескольких часов и кончая многими годами после воздействия. Проявляются они в задержке клеточного деления.

Снижение числа делящихся клеток после облучения было замечено уже вскоре после открытия рентгеновских лучей, что и послужило одним из оснований к их применению для подавления опухолевого роста. Задержка в наступлении очередного деления наблюдается почти у всех клеток облучаемой популяции, причём её длительность зависит от дозы ионизирующего излучения.

После было установлено, что длительность задержки деления у некоторых видов клеток меняется в зависимости от стадии клеточного цикла, в которой они находились при облучении, у других она относительно постоянна при облучении во время всей интерфазы.

Пока известны только отдельные факторы, ответственные за задержку в прохождении клеточного цикла. Раньше считалось, что задержка в продвижении по циклу даёт клетке больше времени для репарации ДНК перед S-фазой или митозом, когда целостность молекулы ДНК особенно значима для нормальной жизнедеятельности. Однако данные о более длительной задержке в наступлении митоза у погибающих впоследствии клеток по сравнению с сохраняющими клоногенный потенциал указывают, по-видимому, на более глубокое повреждение ДНК данной клетки.

Причины значительной задержки деления у клеток, облученных в середине S-фазы, неясны. Высказано лишь предположение, что она может быть связана с переходом клетки от репликации эухроматина к репликации гетерохроматина. Однако изучению дифференциальной чувствительности эуи гетерохроматиа к облучению ещё только начинают уделять внимание, и данное предположение лишь указывает на то, что этот вопрос поднимается в литературе.

В практическом плане, например, при планировании экспериментов с определением хромосомных аберраций в облученных клетках и выборе времени их фиксации, упрощённо принимается, что для асинхронной популяции нелифоидных клеток задержка в наступлении митозов составляет 1 ч на 1 Гр дозы излучения.

Хромосомные аберрации (перестройки) являются классическим проявлением лучевого поражения клеток. Их появление было обнаружено уже на заре радиобиологических исследований, и их количество соответствует дозе облучения, что используется при биологической дозиметрии.

Появление аберраций отражает образование разрывов молекулы ДНК и дефекты её репарации. Разрывы приводят к фрагментации хромосомы. Под фрагментом понимают ту часть хромосомы, которая не связана с центромерой. Этот фрагмент не притягивается к полюсу деления, иными словами, — к месту, где будет формироваться ядро будущей дочерней клетки. Фрагменты хорошо видны во время метафазы и особенно анафазы, когда все хромосомы притянуты нитями веретена к полюсам деления, а фрагменты остаются посередине клетки. После завершения деления клетки, т. е. в интерфазе, фрагменты проявляются как микроядра — участки конденсированной ДНК, в то время как почти вся остальная ДНК переходит в деконденсированное состояние.

Рис. 6.

Возникающие в клетке аберрации подразделяют на хромосомные и хроматидные. Хромосомные аберрации возникают в случае, когда клетка подверглась облучению в предсинтетической стадии цикла или в S-периоде, но до начала удвоения определённого участка своего генома.

При неверном воссоединении оторванных друг от друга фрагментов ДНК такое нарушение воспроизводится во время репликации. Итогом является образование дицентриков — хромосом, имеющих две центромеры, что может сопровождаться появлением ацентрических фрагментов, хорошо видных при сравнении метафазных пластинок облученных и необлученных лимфоцитов. Обмен фрагментами между хромосомами проявляется в виде реципрокных транслокаций.

Хроматидные аберрации возникают в клетке, облученной уже после завершения репликации всей ДНК или того её участка, разрыв которого приведёт к формированию аберрации. Разрыв одной из хроматид проявится в виде её укорочения и образования ацентрического фрагмента, который будет виден при метаили анафазном анализе. Разрыв обеих хроматид может проявиться различным образом — образованием двух фрагментов, их слиянием в один или соединением сестринских хроматид. Кольцевые хромосомы, не содержащие центромер, появляются в результате внутриплечевого обмена, происходящего на фоне так называемой интерстициальной делеции (вырезания участка хромосомы внутри плеча с последующим соединением концов интерстициального фрагмента).

Вследствие взаимного притяжения сестринских хроматид оба кольца обычно лежат рядом и с наложением одного на другое.

В анафазе центромера хромосомы разделяется на две части, которые растягиваются веретеном деления к полюсам клетки. В случае связи хроматид «конец в конец» они вытягиваются между полюсами клетки, образуя «мост».

Аберрации, сопровождающиеся образованием ацентрических фрагментов и дицентриков, получили название нестабильных, так как приводят к гибели самой облученной клетки или её ближайших потомков из-за невозможности равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.

Перестройки, сопровождающиеся только перемещением участков поражённых хромосом, когда весь генетический материал остаётся связанным с центромерой и может распределяться между дочерними клетками, относят к стабильным перестройкам, так как они могут передаваться в ряду клеточных поколений, сохраняясь в организме в течение многих лет. Примером являются транслокации, когда участок генома перемещается в новое для него место, но продолжает функционировать. Их изучение стало возможным благодаря разработке методов дифференцированной окраски отдельных участков хромосом. Такие методы позволяют обнаруживать, например, симметричные обмены и инверсии в клетках лиц, подвергшихся облучению более 50 лет тому назад в результате атомных взрывов и радиационных аварий Из ацентрических фрагментов хромосом, которые из-за отсутствия центромер не были распределены по ядрам дочерних клеток и остались в цитоплазме, образуются так называемые микроядра, представляющие собой глыбки хроматина, располагающиеся в цитоплазме интерфазной клетки. Количество микроядер на клетку коррелирует с дозой излучения и также как хромосомные аберрации используется в качестве показателя для целей «биологической» дозиметрии.

Остановимся теперь на характере гибели клеток, проявляющиеся в снижении их клоногенного потенциала. Её принято подразделять на два вида — апоптоз и некроз.

Апоптоз при наблюдении за клетками в культуре с помощью фазоконтрастной оптики проявляется в виде нескольких последовательных стадий: ошаривании клетки, выпячивании из этого шара участков цитоплазмы, так называемых блебов (пузырей), их полном исчезновении, прекращении движения цитоплазмы, изменении светопреломления и распаде клетки на «апоптотические тельца». Апоптотические тельца представляют небольшие сферические образования, окружённые остатками клеточной мембраны и содержащие фрагменты ДНК, а также интактные клеточные органеллы. Апоптотические тельца in virto полностью распадаются, а in vivo утилизируются окружающими клетками, а также макрофагами.

Гибель клеток по некротическому пути начинается с увеличения объёма клетки и разрыва клеточной мембраны. Ядро клетки сразу окрашивается йодидом пропидия. Разрыв мембраны происходит без ошаривания клетки. Предполагается, что именно рано наступающее нарушение целостности клеточной мембраны приводит к выходу цитоплазматического материала во внеклеточное пространство, из-за которого в организме развивается воспалительная реакция.

Клетки могут значительно различаться по времени гибели после облучения. Лимфоциты периферической крови, а также некоторые клетки лимфоидного происхождения погибают в первые часы после облучения, не доходя до деления. Большинство других клеток погибает в течение нескольких дней после облучения, при этом некоторые их них проходят несколько делений, так что погибают «внуки», «правнуки» и т. д. облучённой клетки.

Ранее было принято подразделять гибель клетки на два варианта — интерфазную, под которой понимали гибель клетки в интерфазе до вступления её в первый постлучевой митоз, и репродуктивную, происходящую в момент деления. Интерфазную гибель связывали с особо высокой радиочувствительностью клеток, которая свойственна клеткам лимфоидного происхождения. Считалось, что по репродуктивному механизму погибают клетки иного происхождения. В последующем интерфазную гибель до вступления клетки в первый митоз стали связывать уже не только с временным фактором, но и с определённым механизмом гибели, а именно с апоптозом. Репродуктивную гибель связывали с некротическим путём развития лучевого поражения, обусловенными утратой генетического материала в процессе деления клетки.

Гибели клеток предшествуют различные изменения в их поведении, одним из которых является появление гигантских клеток, в качестве критерия образования которых некоторые авторы установили 15-кратное увеличение занимаемой клеткой площади подложки (ясно, что этот критерий выбран произвольно). Во многих клеточных культурах всегда присутствуют гигантские клетки, но их число обычно не превышает 1−2%, в то время как после облучения оно возрастает в несколько раз. Различают два пути образования гигантских клеток — увеличением массы неделящейся клетки, в том числе происходящем при делении ядер без деления самой клетки, но чаще путём слияния потомков только что разделившейся клетки. У облучённых клеток бывает не только два, но и большее число «потомков» — у них нередко происходит мультиполярное деление, когда клетка делится на три и большее число частей.

Ещё одним проявлением лучевого поражения клетки является «генетическая нестабильность», под которой понимается длительнаое сохранение отклонений в строении и функционировании генетического аппарата, в конечном счёте, ДНК-белкового комплекса. Впервые это явление было обнаружено как сохраняющаяся в течение 12−25 поколений повышенная (10^-6) частота трансформации мышиных клеток C3H ^? 10T^½ после однократного рентгеновского облучения. При облучении клеток китайского хомячка линии CHO повышенный уровень мутагенеза выявлялся на протяжении минимум 30 генераций у 10% клеток, переживших облучение. В облученных лимфоцитах повышенная частота хромосомных перестроек зарегистрирована после 10 делений.

Механизмы индукции и поддержания генетической нестабильности не ясны. Имеются данные как о роли прямого поражения ДНК, так и о влиянии на генетическую нестабильность изменённого клеточного метаболизма, хотя в этом случае не ясно, передаются ли эти изменения от клетки к клетке каким-то цитоплазматическим фактором или существенную роли играю изменения генетической информации, записанной в ДНК.

А.И. Газиев и др. исследовали методом полимеразной цепной реакции с произвольно выбранным праймером ДНК, выделенную из ткани самцов мышей до облучения, и ДНК, выделенную из тканей их потомков первого поколения. Облучение отца в дозе 10 и 50 сГр при мощности дозы 1 сГр/мин привело к увеличению в ДНК потомства числа так называемых «неродительских полос» соответственно на 13 и 47% по сравнению с тканями необлучённых животных.

Пострадиационное восстановление — ликвидация повреждения, вызванного воздействием ионизирующего излучения.

Открытие феномена пострадиационного восстановления и изучение его механизмов связано с именами советских исследователей Н. В. Лучника (1951), В. Л. Корогодина (1956) и амер. ученого Элкинда (М. Elkind, 1959).

Пострадиационное восстановление проявляется на различных уровнях биологической организации от молекулярного до организменного. В его основе лежат физиологические процессы, направленные на обеспечение стабильности генетического материала и клеточного обновления жизненно важных систем. Пострадиационное восстановление, протекающее в облученных клетках без их деления (внутриклеточное восстановление), обозначают термином «репарация». В клетках облученного организма происходит репарация сублетальных и потенциально летальных повреждений. Репарация сублетальных повреждений характерна для активно пролиферирующих клеток, например клеток костного мозга и эпителия кишечника. При таком типе пострадиационного восстановления в первые несколько часов после облучения репарируются повреждения, делающие клетку более чувствительной к повторному облучению. Репарация сублетальных повреждений обычно бывает полной и завершается до вступления облученных клеток в период синтеза ДНК.

Репарация потенциально летальных повреждений характерна для клеток, находящихся в фазе временного или постоянного пролиферативного покоя, например для клеток печени, почек, головного мозга. В этом случае выживаемость клеток возрастает с увеличением временного интервала между облучением и воздействием стимула к клеточной пролиферации или при снижении мощности дозы излучения (см. Доза ионизирующею излучения). Репарация потенциально летальных повреждений обычно не является полной, часть популяции представляют клетки, потерявшие способность к «бесконечному» размножению и отмирающие после одного или нескольких делений.

Оба типа клеточной репарации значительно более выражены при действии редкоионизирующего излучения, чем плотноионизирующего (см. Ионизирующие излучения).

Многообразие процессов П. в обусловлено как многочисленностью возникающих радиационных повреждений, так и использованием различных показателей — повреждений ДНК, хромосом и целых клеток. Кроме того, доказано, что различные репаративные процессы, разделенные по скорости их молекулярных проявлений, протекают параллельно. Соответствующие типы репарации могут быть полностью или частично завершенными; кроме того, в ряде случаев репарация протекает как «ошибочная». Доказан генетический контроль различных этапов репаративных процессов. В процессах репарации принимают участие многочисленные ферменты — ДНК-полимеразы, рестриктазы, лигазы и др.

На клеточном уровне может быть восстановлена большая чисть повреждений молекул-мишеней. Так, например, при облучении в дозе 1 Гр в клетках млекопитающих в среднем образуется около 1000 одиночных разрывов ДНК, 100 двойных разрывов и 1500 испорченных её оснований, которые реализуются затем всего в 1 хромосомную аберрацию обменного типа, т. е. до 99,9% молекулярных повреждений ДНК могут быть восстановлены. Однако из-за стохастического (вероятностного) характера нанесения различных повреждений и невозможностью 100% репарации в каждой клетке или ее генетической структуре, даже при самой низкой дозе излучения, существует некоторая вероятность летального повреждения или индуцирования мутаций.

Пострадиационное восстановление тканей облученного организма включает как внутриклеточное восстановление, так и размножение выживших клеток, замещающих погибшие. При этом в критических органах и системах клеточного обновления (см. Лучевая болезнь), определяющих выживаемость организма (костный мозг и кишечный эпителий), решающее значение имеет размножение стволовых клеток и их потомков. Стволовые клетки за счет быстрой пролиферации и дифференцировки способны достаточно быстро (к концу проявлений острого лучевого синдрома) полностью восстановить клеточный состав критических органов. Поэтому восстановившиеся после облучения стволовые клетки являются как бы детерминантами лучевой реакции систем клеточного обновления. При облучении в больших дозах и значительном истощении пула стволовых клеток клеточная система не способна восстановиться, и определяет исход острого, или позднего лучевого поражения.

В органах и системах, в которых клеточное обновление происходит медленно (стационарные системы), а у взрослых практически отсутствует, результат лучевого поражения по завершении репарации потенциально летальных поражений зависит от степени повреждения эндотелия сосудов. В результате развивающихся нарушений микроциркуляции происходит снижение общей клеточности и функциональных возможностей тканей. Такую постепенно реализующуюся реакцию на действие облучения рассматривают как проявление необратимого компонента радиационного поражения на тканевом уровне. Он появляется в отдаленные сроки после облучения и в системах быстрого клеточного обновления. В данном случае он может быть связан не только с уменьшением пролиферативного потенциала стволовых клеток (из-за дополнительной пролиферации при восстановлении клеточности системы в острый период лучевого поражения), но и с истощением медленно обновляющейся стромы (в результате повреждения микроциркуляции, обновления фибробластов и др.).

Феномен пострадиационного восстановления учитывается при разработке средств профилактики и лечения радиационных поражений, направленных на стимулирование процессов восстановления прежде всего в критических органах и системах (см. Радиомодифицирующие агенты). Существенное значение проблема пострадиационного восстановления приобретает при лучевой терапии злокачественных новообразований (см. Радиобиология, клиническая радиобиология).

Некоторые типы опухолей (например, меланома, саркома) являются радиорезистентными (см. Радиочувствительность) из-за способности их клеток к пострадиационному восстановлению. Кроме того, в абсолютном большинстве опухолей из-за недостаточности их васкуляризации имеются гипоксические клетки, многие из которых временно находятся в состоянии пролиферативного покоя. Такие клетки после облучения способны к репарации потенциально летальных повреждений, а хорошо оксигенированные и пролиферирующие клетки опухоли репарируют сублетальные повреждения. Поэтому для избирательного повышения радиочувствительности опухоли в процессе лучевой терапии используют химические и физические радиомодифицирующие агенты, подавляющие пострадиационное восстановление (гипертермию, препараты, связывающиеся с ДНК, кислород под давлением, электроноакцепторные соединения и др.). С этой же целью применяют схемы и виды облучения, при которых реализуются различия в скорости пострадиационного восстановления в опухоли и нормальных тканях (многократное облучение в течение суток небольшими дозами, длительное внутритканевое облучение, применение плотноионизирующих излучений и др.).