Дія іонізуючих випромінювань на клітину і організм теплокровних тварин

В результаті опромінення в клітині можна зареєструвати безліч найрізноманітніших реакцій - затримку поділу, пригнічення синтезу ДНК, пошкодження мембран і ін. Ступінь вираженості цих реакцій залежить від того, на якій стадії життєвого циклу клітини відбулося опромінення.

Відомо, що синтез ДНК в клітині відбувається в інтерфазі, яка поділяється на 3 періоди - період синтезу ДНК (S - період), перед - (G₁) і постсинтетичні (G₂) періоди (G - від англ. Gap - інтервал), четвертий період - мітоз (М). Тривалість мітотичного циклу варіює по величині, розташовуючись наступним чином: М < G₂ - S - G₁. Найкоротший період - мітоз, завершується на протязі 30-60 хвилин.

Деякі променеві реакції легко переносяться клітиною, що є наслідком пошкодження структур, втрата яких дуже швидко надолужується. Найбільш універсальна реакція - тимчасова затримка (пригнічення) клітинного ділення, що часто називається радіаційним блокуванням мітозів. Для більшості культур клітин затримка ділення відповідає приблизно одній годині на кожний 1 Гр. Тривалість часу затримки ділення залежить і від стадії клітинного циклу, в якій знаходяться клітини в момент опромінення; найбільш тривалий він в тих випадках, коли впливу зазнають клітини в стадії синтезу ДНК, а найкоротший - при опроміненні в мітозі. Реакцію затримки ділення слід відрізняти від повного пригнічення мітозу, що настає після впливу більших доз, коли клітина значний час продовжує жити, але цілком втрачає здатність до поділу.

Летальні реакції клітин. Форми клітинної загибелі.

Під клітинною загибеллю або летальним ефектом опромінення розуміють втрату клітиною здатності до проліферації. Клітинами, що вижили, вважають ті, що зберегли здатність до необмеженого розмноження, тобто клоноутворення. Таким чином, йдеться про репродуктивну загибель клітини. Ця форма променевої інактивації клітин найбільш розповсюджена в природі.

Інший різновид репродуктивної загибелі нащадків опромінених клітин - утворення так званих гігантських клітин, що виникають в результаті злиття двох сусідніх, частіше “сестринських” клітин. Такі клітини здатні до 2-3 поділів, після чого вони гинуть.

Основною причиною репродуктивної загибелі клітин є структурні перетворення ДНК у вигляді так званих хромосомних перебудов, або аберацій хромосом. Основні види аберацій: фрагментація хромосом, формування хромосомних мостів, дицентриків, кільцевих хромосом, поява внутрішньо- і міжхромосомних обмінів, тощо.

Деякі аберації, наприклад мости, механічно перешкоджають поділу клітини. Обмін всередині хромосом і між ними призводить до нерівномірного розподілу хромосом, до втрати генетичного матеріалу, що викликає загибель клітини через нестачу метаболітів, синтез яких кодувався ДНК втраченої частини хромосоми.

Ще одна форма радіаційної інактивації клітин - інтерфазна загибель - настає до вступу клітин в мітоз. При дозах опромінення 10 Гр загибель може настати “під променем” або незабаром після опромінення. При дозі опромінення до 10 Гр загибель настає в перші години після опромінення і може бути зареєстрована у вигляді різноманітних дегенеративних змін клітини - частіше пікнозу або фрагментації хроматину.

Природа радіаційної загибелі клітин.

Чутливість ядра клітини приблизно на шість порядків вища за чутливість протоплазми. З усіх внутрішньоядерних структур відповідальною за життєздатність клітини є ДНК. Остання бере участь в формуванні хромосом і переносі генетичної інформації. Опромінення викликає різноманітні перетворення в ДНК: розриви молекули ДНК, утворення лужно-лабільних зв'язків, втрату основ і зміну їх складу, зміни нуклеотидних послідовностей, зшивки ДНК-ДНК і ДНК-білок, порушення комплексів ДНК з іншими молекулами.

Розрізняють поодинокі розриви ДНК, коли зв'язок між окремими атомними угрупуваннями порушується в одній з ниток двониткової молекули ДНК і подвійні, коли розрив відбувається відразу в близько розташованих ділянках двох ланцюгів, що призводить до розпаду молекули. При будь-якому розриві порушується зчитування інформації з молекули ДНК і просторова структура хроматину.

Поодинокі розриви не призводять до поломок молекули ДНК, бо розірвана нитка міцно утримується на місці водневими, гідрофобними і іншими видами взаємодій і протилежною ниткою ДНК. Крім того, структура досить добре відновлюється потужною системою репарації. Поодинокі розриви самі по собі (якщо вони не переходять в подвійні) не є причиною загибелі клітин.

Зі збільшенням дози опромінення зростає імовірність переходу поодиноких розривів в подвійні. Рідкоіонізуючі випромінювання (гамма, рентгенівське, швидкі електрони) на 20-100 одиничних розривів зумовлюють один подвійний. Щільноіонізуючі випромінювання викликають значно більше число подвійних розривів ДНК і аберацій хромосом безпосередньо після опромінення.

Окрім утворення розривів, в опроміненій ДНК порушується структура основ, передусім тиміну, що збільшує число генних мутацій. Відзначається утворення зшивок між ДНК і білками нуклеопротеїнового комплексу.

Нарешті, важливим наслідком опромінення є зміна епігеномної (не зв'язаної з ядерним матеріалом) спадковості клітини, носіями якої є різноманітні цитоплазматичні органели. При цьому знижується функціональна активність нащадків опромінених клітин. Певно, саме це може бути однією з причин віддалених наслідків опромінення. Однак головною причиною репродуктивної загибелі клітин при опроміненні є пошкодження їх генетичного апарату.

Пострадіаційне відновлення (репарація) клітин

Багато радіаційних пошкоджень відновлюються. Такі пошкодження називають потенційними. Їх доля може скластися двома шляхами - вони репарують і тоді клітина виживає, або реалізуються і тоді клітина гине.

По часу здійснення розрізняють дореплікативну, постреплікативну і реплікативну репарації.

Дореплікативна репарація (до етапу подвоєння ДНК) може відбуватися шляхом возз'єднання розривів, а також з допомогою вилучення (ексцизії) пошкоджених основ. У з’єднані одиничних розривів беруть участь ферменти: лігаза, ендо-, екзонуклеаза, ДНК-лігаза, які забезпечують кінцевий акт репарації — лігазне возз’єднання.

Постреплікаційна репарація - це процес, при якому клітина зберігає життєздатність, незважаючи на наявність дефектів ДНК.

Реплікативна репарація (відновлення ДНК в процесі її реплікації) здійснюється вилученням в ході реплікації пошкоджень в зоні точки росту ланцюга, або шляхом елонгації, минаючи пошкодження.

Нестохастичні і стохастичні наслідки радіаційного впливу

Нестохастичними називають такі ефекти, для яких існує поріг опромінення, а імовірність їх виникнення і ступінь тяжкості залежить від дози опромінення.

Стохастичними називають такі ефекти, для яких не існує поріг впливу.

Основними стохастичними ефектами є генетичні і канцерогенні наслідки променевого впливу.

У таблиці 2.3. наведена структура патологічних порушень унаслідок радіаційного впливу на організм людини.

Табл. 2.3. Структура патологічних порушень внаслідок радіаційного впливу на організм людини.

Радіаційний вплив
Безпосередні ефекти	Віддалені ефекти
Соматичні	Тератогенні	Генетичні
Гостра променева хвороба	Ріст загальносоматичних захворювань	Розумова відсталість	Домінантні мутації
Хронічна променева хвороба	Лейкоз	Природжені дефекти	Наведені генетичні ефекти
Гіперплазія, деструкція щитовидної залози	Рак щитовидної залози	Бластомогенні ефекти	Дефекти, пов’язані з дією на хромосоми
Катаракта	Рак молочної залози
Променеві травми	Рак легенів
Психоемоційні розлади	Інші види пухлин
	Патологія вагітності і пологів
	Скорочення тривалості життя