8.4.Моделі радіаціного ураження багатоклітинного організму (на прикладі рослини).
В основу якісної та кількісної моделі радіобіологічних реакцій багатоклітинних систем покладено 4 основних постулати, які базуються на теоретичних та експериментальних дослідженнях:
1. При дії радіації на багатоклітинний організм виникає різноманіття первинних уражень, що описуються розподілом Пуассона, котре лежить в основі виникнення під дією радіації різних форм інактивації і форм виживання. Все це різноманіття, мало значуще для долі одноклітинних організмів, сутт`єво впливає на характер радіобіологічних реакцій у багатоклітинних систем.
2. Кожному рівню ієрархії біосистеми відповідає своя адекватна міра радіобіологічного ефекту. Система таких мір дозволяє повністью описати радіобіологічні особливості багатоклітинного багаторівневого організму.
3.Формування радіобіологічного ефекту потребує значного часу, і чим вище рівень інтеграції, тим більше часу потрібно для реалізації радіобіологічного ефекту. В основі впливу динамічного фактору на радіобіологічний ефект лежать механізми модифікації, відновлення, адаптації і реалізації ураження. Динамічний фактор може як підсилювати , так і послабляти радіаційне ураження.
4.Довгосторокова динаміка формування радіаційного ураження багатоклітинних систем призводить о підсилення радіобіологічного ефекту за рахунок процесів нормального старіння і старіння біосистем прискорених дією радіації. Основою для підсилення старіння за рахунок радіаційного фактору є спів падання сутності елементарних подій процесу старіння та радіаційного ураження.
Зупинемося на цьому постулаті детальніше. Існує багато гіпотез і теорій старіння на різних рівнях інтеграції біосистем. Якшо слідувати теорії Захера-Гомпертца, то елементарні події процесу старіння на клітинному рівні можна звести, по суті, до виникнення первинних помилок і ушкоджень, котрі накопичуються з часом , і можуть призводити к сутт`євим ураженням тканин, органів і організму в цілому. У цьому сенсі можна говорити про спів падання сутності елементарних подій процесу старіння, котрі є природнім потоком відмов у біосистемах, та елементарних подій ураження при радіаційному впливі. Обидва ці потоки, як вже показано вище, є найпростішими потоками відмов. Таким чином, можна вважати, що опромінення, створюючи додатковий потік відмов, прискорює природне старіння, не міняючи його сутності.
Ми маємо необхідну та достатню кількість постулатів для побудови якісної та кількісної моделі радіаційного ураження багатоклітинних систем. Проілюструємо ці підході на результатах досліджень з вищою рослиною – Спиродела багатокоренева, Зпинемося на деяких важливих для розуміння особливостях цього об`екту досліджень.
Радіобіологічні дослідження, на засадах теорії та моделей надійності, проводили на вищій рослині з родини ряскових – Спіроделі багатокореневої. Особини спіродели представляють собою зелені шиткі (листостеблі) (рис 8.4). У щитці знаходиться генеративний орган вегетативного розмноження – меристематична тканина. З правої та лівої сторони щитка є кишені, з котрих у відповідності до недихотомічного родоводу, з`являються дочерні щитки. Генерація дочірніх щитків відбувається послідовно від 1 до 14 номера ( у контрольних особин). При цьому якщо зачатки перших дочірніх щитків представлені у батьківській меристемі тисячами клітин, то зачатки піздніх 7-8 дочерніх щитків представлені у момент опромінення декількома клітинами (див рис 8.4) . У зв’язку з цим клітини зачатків перших дочірніх щитків здатні до іх появи здійснити у складі меристеми 1-2 ділення (тобто тут встигають бути реалізовані тільки перші найважчі форми інактивації). В той же час клітини пізніх генерацій до 6-8 і більше клітинних поділів. Тому на іх долі мають шанс проявитися усі основні форми інактивації від важких до легких. Схематично даний багатоклітинний організм можна представити у вигляді 4 –рівневої ієрархічної системи ( рис 8.5).
Рис 8.5. Схема чотирьох рівневої іерарахічної системи , стосовно організму ряски (Спирдела багатокоренева).
Це своєрідна «матрьошка» починається від рівня клітин. Клітини входять до складу зачатків різного розміру. Зачатки в цілому утворюють популяцію клітин –меристему (тканину) – генеративний орган, котрий входить до складу цілої рослини. Популяція рослин утворює просту модельну екосистему. Важливо, що для кожного рівня ієрархії у даній системі можна виділити чітко відокремлені елементі і власні функції – загибель клітин, субпопуляцій зачатків, меристеми, і рослини в цілому. Всі реакції на різних рівнях ієрархії чітко виділяються по появі або непояві нащадків у родоводі. В меристемі – клітина, малі та великі субпопуляії клітин і сам меристема в організме мають чітку функцію забезпечення ( у ряду клітинних поділів) досягнення зачатками необхідного розміру субпопуляцій і потім формування зрілого дочірнього щитка, здатного продовжити родовід колонії особин в озері або у ставку. Організм в цілому, забезпечує взаємодію диференційованих тканин (фотосинтезуючої частини щитка і коренів з меристемою в забезпеченні основної функції розмноження). Слідкуючи за цими процесам можна фіксувати радіобіологічні реакції на кожному з визначених рівнів інтеграції по своїх, характерних для них мірах ураження. На основі цих експериментів нам вдалося сформувати логічну і адекватну математичну модель радіаційного ураження багатоклітинного організму на прикладі даного простого рослинного організму.