Повреждением биологически важных макромолекул далеко не полностью объясняется ионизирующее поражение клетки. Клетка -- слаженная динамическая система биологически важных макромолекул, которые скомпонованы в субклеточных образованиях, выполняющих определенные физиологические функции. Поэтому эффект действия источников ионизирующих излучений можно понять только приняв во внимание изменения, происходящие как в самих клеточных органеллах, так и во взаимоотношениях между ними.

Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организма млекопитающих являются ядро и митохондрии. Повреждения этих структур происходят при малых дозах и проявляются они в самые ранние сроки. Так, при облучении митохондрии лимфатических клеток дозой 0,5 Гр (50 рад) и более наблюдается угнетение процессов окислительного фосфорилирования в ближайшие часы облучения. При этом обнаруживаются изменения физико-химических свойств нуклеопротеидных комплексов, в результате чего происходят количественные и качественные изменения ДНК и разобщается процесс синтеза ДНК--РНК--белок. В ядрах радиочувствительных клеток почти тотчас же после облучения угнетаются энергетические процессы, происходит выброс в цитоплазму ионов натрия и калия, нарушается нормальная функция мембран. Одновременно возможны разрывы хромосом, выявляемые в период клеточного деления, хромосомные аберрации и точковые мутации в результате которых образуются белки, утратившие свою нормальную биологическую активность. Более выраженной радиочувствительностью, чем ядра, обладают митохондрии. Так, значительные изменения в структуре митохондрии лимфатических клеток селезенки обнаруживаются уже через час после облучения дозой 1 Гр (100 рад). В ряде случаев отмечается повреждение мембраны митохондрии. Повреждения митохондрии проявляются прежде всего в резком угнетении процессов окислительного фосфорилирования.

Эффект воздействия ионизирующего излучения на клетку -- результат комплексных взаимосвязанных и взаимообусловленных преобразований. По А. М. Кузину, радиационное поражение клетки осуществляется в три этапа. На первом этапе излучение воздействует на сложные макромолекулярные образования, ионизируя и возбуждая их. При поглощенной дозе 10 Гр (1000 рад) в клетке образуется до 3*10⁶ ионизированных и возбужденных молекул. При этом в ядре должно возникнуть около 9* 10⁵ активных центров, в каждой митохондрии -- 900 центров. На эти процессы прямого воздействия расходуется до 80% поглощенной энергии. Кроме того, от 25 до 50% образовавшихся в результате радиолиза воды радикалов реагируют с макромолекулами клетки.

Поглощенная энергия может мигрировать по макромолекулам, реализуясь в слабых местах. Указанный этап повреждения может быть назван физической стадией лучевого воздействия на клетку.

Второй этап -- химические преобразования. Они соответствуют процессам взаимодействия радикалов белков, нуклеиновых кислот и липидов с водой, кислородом, радикалами воды и с биомолекулами и возникновению органических перекисей, вызывающих быстро протекающие реакции окисления, которые приводят к появлению множества измененных молекул. В результате этого начальный эффект многократно усиливается. Радикалы, возникающие в слоях упорядочение расположенных белковых молекул, взаимодействуют с образованием «сшивок», в результате чего нарушается структура биологических мембран. Повреждение мембран приводит к высвобождению ряда ферментов. В результате повреждения лизосомных мембран наблюдается увеличение активности ДНКазы, РНКазы, катепсинов, фосфатазы и ряда других ферментов.

Нарушения, наступающие в результате высвобождения ферментов из клеточных органелл и изменения их активности, соответствуют третьему этапу лучевого поражения клетки -- биохимическому.

Высвободившиеся ферменты путем диффузии достигают любой органеллы клетки и легко проникают в нее благодаря увеличению проницаемости мембран. Под воздействием этих ферментов происходит распад высокомолекулярных компонентов клетки, в том числе нуклеиновых кислот и белков. Радиационный эффект происходит в результате многих самых разнообразных повреждений тонко сбалансированного механизма биохимических реакций. Вместе с тем, рассматривая действие радиации на клетки, можно говорить о ведущих повреждениях, приводящих к нарушению той или иной функции. Так, нарушения процессов окислительного фосфорилирования связаны с повреждением структуры митохондрий. Изменения в клеточном ядре могут приводить к синтезу ферментов с измененной или утраченной активностью и т. д. Действие ничтожно малых количеств поглощенной энергии оказывается для клетки губительным из-за физического, химического и биохимического усиления радиационного эффекта, и основную роль в развитии этого эффекта играет повреждение надмолекулярных структур, обладающих высокой радиочувствительностью.

Наконец, следует подчеркнуть, что конечный эффект облучения является результатом не только первичного повреждения клеток, но и последующих процессов восстановления. Предполагается, что значительная часть первичных повреждений в клетке возникает в виде так называемых потенциальных повреждений, которые могут реализоваться в случае отсутствия восстановительных процессов. Реализации этих процессов способствуют процессы биосинтеза белков и нуклеиновых кислот. Пока реализации потенциальных повреждений не произошло, клетка может в них «восстановиться». Такое восстановление, как предполагается, связано с ферментативными реакциями и обусловлено энергетическим обменом. Считается, что в основе этого явления лежит деятельность систем, которые в обычных условиях регулируют интенсивность естественного мутационного процесса.

Таковы современные взгляды на механизм развития поражения клетки, возникающего при действии ионизирующих излучений.

Если принять в качестве критерия чувствительности к ионизирующему излучению морфологические, изменения, то клетки и ткани организма человека по степени возрастания чувствительности можно расположить в следующем порядке: 1) нервная ткань, 2) хрящевая и костная ткань, 3) мышечная ткань, 4) соединительная ткань, 5) щитовидная железа, 6) пищеварительные железы, 7) легкие, 8) кожа, 9) слизистые оболочки 10) половые железы, 11) лимфоидная ткань, костный мозг.

Действие ионизирующего излучения на многоклеточный организм

Действие ионизирующих излучений на многоклеточный организм проявляется не только в реакции и последствиях, развивающихся в отдельных клетках и тканях, но и благодаря теснейшим связям и переплетениям их физиологических функций в организме -- в общих реакциях, присущих организму как единой сложной биологической системе. Как правило, существует определенная зависимость между степенью, уровнем развития организмов и их чувствительностью к ионизирующим излучениям. Так, одноклеточные организмы значительно устойчивее, чем многоклеточные, особо высокой радиочувствительностью обладают млекопитающие. Если, например, в качестве критерия радиочувствительности использовать такой показатель, как гибель 50% взятых в опыт особей на 30-й день наблюдения после облучения (ЛД_50/30), то он оказывается различным для отдельных классов живых организмов (таблица 4).

Таблица 4 - Чувствительность некоторых видов животного мира к ионизирующему излучению

Причины различия в чувствительности живых организмов к излучению полностью до сих пор еще не выяснены. Неодинаковую чувствительность холоднокровных и теплокровных организмов пытаются объяснить низкой температурой тела и медленным обменом веществ у холоднокровных; вместе с тем температура тела и обмен веществ у птиц выше, но они и более устойчивы к действию излучения, чем млекопитающие.

Устойчивость к облучению насекомых и ракообразных объясняется присутствием в их организмах повышенных количеств ряда веществ, которые обладают защитным действием. Так, у насекомых отмечаются высокие уровни содержания каталазы, расщепляющей перекиси.

Определенную роль в радиочувствительности играет число хромосомных наборов в клетках организма. Предполагают, что при одной и той же плоидности paдиочувствительность клетки прямо пропорциональна массе ядра, т.е. количеству ДНК.

Чувствительность млекопитающих к ионизирующему излучению зависит от физиологического состояния организма, условий его существования, индивидуальных особенностей. Более чувствительны к облучению ново-врожденные млекопитающие и старые животные; первые за счет повышенной митотической активности клеток (особенно чувствителен к облучению эмбрион животных и человека), вторые -- за счет ухудшения способности клеток и тканей организма к восстановлению.

Размещено на Allbest.ru