Общая характеристика повреждающего действия ионизирующего излучения

Радиочувствительность клетки, ткани, организма определяется:

• — объемом и структурной организацией генома;
• — активностью энергообеспечивающих систем;
• — уровнем метаболизма и активности ферментов репарации;
• — активностью защитных и сенсибилизирующих систем;
• — устойчивостью биологических мембран и их репарируемостью;
• — уровнем активности систем антиоксидантной защиты и эндогенных радиопротекторов (серотонин, меланин и др.);
• — наличием в клетке предшественников радиотоксинов;
• — гетерогенностью клеток и возможностью репопуляции.

Установлено, что радиочувствительность ткани пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцированности составляющих её клеток /правило Бергонье-Трибондо.

По чувствительности к ИИ различают два типа клеток и тканей:

• а) радиочувствительные /делящиеся клетки и малодифференцированные ткани/ - кроветворные клетки костного мозга, зародышевые клетки семенников, кишечный и кожный эпителий;
• б) радиорезистентные /неделящиеся клетки и дифференцированные ткани/ - мозг, мышцы, печень, почки, хрящи, связки. Исключение составляют лимфоциты, которые несмотря на их дифференцированность и неспособность к делению, обладают высокой чувствительностью к ИИ. В тоже время ткани радиорезистентные к непосредственному действию ИИ оказываются весьма уязвимыми в отношении отдаленных последствий.

По степени чувствительности к ИИ (в убывающем порядке) ткани располагаются в следующей очерёдности: лимфоидная ткань, кроветворная ткань, эпителиальная ткань /гонады, ЖКТ/, покровный эпителий кожи, эндотелий сосудов, хрящ, кость, нервная ткань. Наиболее радиочувствительными клетки оказываются во время митоза.

Жизненно важные органы или системы с высокой радиочувствительностью, которые первыми выходят из строя в исследуемом диапазоне доз, что обуславливает гибель организма в определённые сроки после облучения, называются критическими. К ним относятся: красный костный мозг, гонады, хрусталик, эпителий слизистых оболочек и кожи.

Выявлена общая закономерность: чем сложнее живой организм, тем он более чувствителен к действию радиации. По степени возрастания чувствительности к ИИ живые организмы располагаются в следующем порядке: вирусы амёба черви кролик крыса мышь обезьяна собака человек.

В таблице 1 представлены данные разных авторов о радиочувствительности различных объектов к дозамизлучения, вызывающим 50%-ную сметность.

Таблица 1.

2)Действие ионизирующего излучения на клетки На уровне клетки и субклеточных структур ИИ вызывают различные реакции — от временной задержки деления клеток до их гибели. В основе радиационного повреждения клеток лежат нарушения ультраструктуры органелл и связанные с этим изменения обмена веществ.

Таблица 2. Биологические эффекты действия ионизирующего излучения

Повреждения цитоплазматических структур проявляются в нарушении энергетического обеспечения клеток и проницаемости клеточной мембраны, нарушении обмена веществ, целостности лизосом, что ведёт к аутолизу, и в конечном итоге к гибели клеток.

Изменения в ядре клетки под влиянием приводят к торможению синтеза ДНК. Возникают однонитевые и двунитевые разрывы, приводящие к хромосомным абберациям. Появляются генные мутации. При однонитевых разрывах и других незначительных повреждениях могут идти репаративные процессы. Повреждения ядра приводит к синтезу изменённых белков, которые впоследствии способствуют образованию злокачественных опухолей, вторичных радиотоксинов, вызывающих лучевую болезнь и преждевременное старение. Наиболее чреваты последствиями повреждения генома клетки и хромосомного аппарата, ведущие к нарушению механизма митоза.

Малые дозы ИИ вызывают обратимые изменения клетки. Они проявляются сразу или через несколько минут после облучения и с течением времени исчезают. К ним относятся: ингибирование нуклеинового обмена, изменения проницаемости клеточных мембран, задержка митозов, изменения хроматина ядер и др.

При больших дозах облучения в клетках наступают летальные изменения, приводящие к их гибели до вступления в митоз /интерфазная гибель/ либо в момент митотического деления /митотическая репродуктивная гибель/.

Оценка жизнеспособности облучённых клеток основана на определении их способности к неограниченному размножению путём образования колоний, возникших из одиночных клеток. Клеточная гибель является основой радиационного повреждения организма. Интерфазной гибели предшествуют изменения проницаемости ядерной, митохондриальной и цитоплазматической мембран. Изменения структуры и проницаемости мембран лизосом приводят к освобождению и активации ДНК-азы, РНК-азы, катепсинов, фосфатазы, ферментов гидролиза гликозаминогликанов и др. Угнетается клеточное дыхание, наблюдается деградация дезоксирибонуклеинового комплекса в ядре. Появляются различные дегенеративные изменения (пикноз ядра, фрагментация хроматина и др.). Эта форма клеточной гибели возникоет после облучения в десятки и сотни грей. При меньших дозах отмечается репродуктивная форма гибели. Основной причиной репродуктивной гибели клеток являются структурные повреждения ДНК (хромосомные абберации), возникшие под влиянием облучения. Погибают все делящиеся клетки, все интенсивно обновляющиеся ткани (кроветворная, иммунная, генеративная, слизистая кишечника). Считается, что радиочувствительность ядра выше, чем цитоплазмы. Это и играет решающую роль в исходе радиационного повреждения клетки. Однако имеется зависимость проявления масштаба ядерных нарушений от степени облучения цитоплазмы; в реализации летального клеточного эффекта её роль несомненна. Гибель клеток ведёт к опустошению тканей, нарушению их структуры и функции.

Различают два механизма лучевой гибели клеток: а) апоптоз, при котором гибель начинается с изменений ядерного аппарата — межнуклеосомной фрагментации хроматина, конденсации ядерного материала, образования апоптозных телец; эти изменения сопровождаются возрастанием проницаемости клеточных мембран; б) некротическая форма, при которой изменения в ядре вторичны, им предшествуют нарушения проницаемости биологических мембран и набухание клеточных органелл. Что касается индуцированных радиацией повреждений на уровне клеток, нужно отметить что многие из них легко переносятся клеткой, т. к. являются следствием повреждения структур, утрата которых быстро восполняется. Такие преходящие клеточные реакции называют физиологическими, их относят к кумулятивным эффектам облучения. Это различные нарушения метаболизма. Как правило, подобные реакции проявляются в ближайшие сроки после облучения и с течением времени исчезают. Наиболее универсальная из них — временное угнетение клеточного деления — радиационное блокирование митозов. Время задержки деления зависит от дозы облучения и возрастает при её увеличении, а также от стадии клеточного цикла, в которой находятся клетки при облучении: наиболее длительно оно в тех случаях, когда клетки облучаются в стадии синтеза ДНК или постсинтетической стадии, а самое короткое при облучении в митозе.

В отличие от временного угнетения, полное подавление митозов наступает после воздействия больших доз ИИ, когда клетка значительное время продолжает жить, но необратимо утрачивает способность к делению. В результате такой необратимой реакции на облучение часто образуются патологические формы гигантских клеток, содержащие несколько наборов хромосом вследствие их репликации в пределах одной и той же неразделившейся клетки.

Помимо прямых влияний радиации, при облучении имеют место и другие, вторичные механизмы гибели. Так распад клетки или ткани может быть следствием нарушения кровообращения, наличия кровоизлияний, развитие гипоксии. Прямое повреждение клеток влечет за собой цепь явлений, связанных с особенностями архитектоники ткани или органа. Развивается системное нарушение, модифицирующее первоначальное поражение клеток. Однако и эти последующие изменения обусловлены начальным клеточным повреждением.

Повреждения соматических клеток способствуют впоследствии развитию злокачественных опухолей, преждевременному старению; повреждение генетического аппарата половых клеток ведет к наследственной патологии. Эффекты действия ИИ могут длиться от доли секунд до столетий.