Формы лучевой гибели клеток

Важнейшим радиобиологическим эффектом является гибель клеток. Различают две основные ее формы: репродуктивную, т.е. непосредственно связанную с процессом деления клетки, и интерфазную, которая может произойти в любой фазе клеточного цикла.

Репродуктивная форма гибели клеток

Если в результате облучения возникли пов­реждения ДНК, например, двойные разрывы или сшивки, нормальная репликация делается невозможной. При формировании хромосом повреждения ДНК проявляются возникновением мостов, фрагментов и других типов хромосомных аберраций, многие из которых ле­тальны, поскольку невозможно равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками. Эта форма гибели клеток в митозе получила наименование репродуктивной ги­бели.

Интерфазная форма гибели клеток

По интерфазному типу могут погибать как неделящиеся клетки, так и делящиеся, но находящиеся вне фазы митоза. Чаще всего для возникновения интерфазной гибели требуется облучение в достаточно высокой дозе. Для некоторых типов клеток (миоциты, нейроциты) это десятки и даже сотни грей. В то же время такие клетки, как лимфоциты, тимоциты, ооциты могут погибнуть уже после воздействия в дозах порядка десятых и даже сотых долей грея.

Нелетальные повреждения генома клетки

Важным для организма результатом некоторых типов лучевой модификации молекул ДНК является возникновение наследуемых повреждений генетического материала - мутаций, следствием которых может быть злокачественное перерождение соматических клеток. Причиной возникновения мутации могут стать и вызванная облучением дестабилизация ДНК, и процесс репарации ее повреждений.

Действие излучений на ткани, органы и системы.

Радиочувствительность тканей

Ткани организма весьма различаются по радиочувствитель­ности. Если гибель лимфоцитов или костномозговых клеток удает­ся зарегистрировать после облучения в дозах, равных десятым долям грея, то мышечные и нервные клетки выдерживают нередко дозы в десятки грей. Определенная закономерность в распределении тканей по радиочувствительности отмечена еще в самом начале изуче­ния биологического действия излучений в 1906 году французскими учеными Бергонье и Трибондо. Ими было сформулировано правило, согласно которому ткани тем более радиочувствительны, чем выше пролиферативная активность составляющих их клеток, и тем более радио­резистентны, чем выше степень их дифференцировки.

Высокую радиочувствительность активно пролифериру­ющих клеток связывают с особой ролью при облучении повреждений уникальных структур ядерной ДНК. На тканевом уровне острое радиационное поражение проявля­ется нарушениями структуры и функции, зависящими, прежде все­го, от клеточного опустошения ткани.

Во взрослом организме в соответствии с правилом Бергонье и Трибондо непролиферирующие высокодифференцированные нервные клетки высоко радиорезистентны. Однако это относится лишь к морфологическим проявлениям повреждения. Функциональные же реакции нейронов обнаруживаются в ответ на облучение уже в ничтожных дозах.

Радиационное поражение системы крови

Система крови относится к числу систем клеточного обновления, функционирование которых обеспечивает поддержание постоянного числа функциональных клеток, обладающих короткой продолжительностью жизни.

В клетках периферической крови облученных обнаруживаются морфологические и цитохимические изменения, что свидетельствует о их неполной функциональной полноценности. Однако в основном клетки крови после облучения в дозах несколько грей при острой лучевой болезни выполняют свои функции удовлетворительно, и главной причиной клинических нарушений, связанных с поражением кроветворения, служат не качественные изменения в клетках, а уменьшение их количества.

Начало снижения содержания в крови отдельных видов функциональных клеток после облучения и срок, когда глубина этого снижения максимальна, зависят, главным образом, от времени, в течение которого клетки–предшественники находятся в составе пулов пролиферации, созревания, а также от продолжительности циркуляции в крови созревших клеток. Эти параметры различны как для разных клеточных линий, так и для разных видов животных. Так, например, у человека прохождение предшественников гранулоцитов через пул пролиферации занимает 4 - 6 дней, и примерно столько же времени - прохождение через пул созревания. Зрелые гранулоциты циркулируют в крови в среднем всего 8 - 10 часов.

В соответствии с названными сроками нейтропения у человека начинает обнаруживаться, примерно, через 5 суток после облучения. Продолжительность пребывания в крови человека тромбоцитов оценивается в 6 - 8 дней, и минимальный их уровень достигается через 2 – 2,5 нед.

Длительность жизни эритроцитов в крови составляет 100 – 120 дней. Поражение зрелых эритроцитов после облучении в дозах, составляющих несколько грей, невелико, и поэтому, даже в случае полного прекращения продукции новых эритроцитов, их число в сутки может снизиться примерно на 1 %, и анемия развивается очень медленно (если не возникнет кровотечения).

Выраженность цитопении (т.е. глубина, время достижения и продолжительность снижения содержания в крови клеток) нарастает с увеличением дозы облучения.

Поражение кроветворения и связанные с ним клинические проявления, в первую очередь инфекционные осложнения и повышенная кровоточивость, получили наименование костномозгового синдрома, который лежит в основе одноименной формы ОЛБ, развивающейся после облучения в дозах 1 - 6 Гр.

Радиационное поражение органов желудочно-кишечного тракта

При общем облучении среди органов желудочно-кишечного тракта наиболее значимо поражение эпителия слизистой тонкой кишки, который является принципиально такой же системой клеточного обновления, как и костный мозг. Но если в костном мозге клетки разной степени созревания, располагаются без видимого порядка, в слизистой кишки взаимное расположение клеток, относящихся к разным пулам, четко разграничено.

На дне крипт находятся стволовые клетки. По мере деления стволовых клеток и последующего их созревания клетки продвигаются по направлению к устью крипт и далее по стенке ворсинки к ее верхушке, откуда слущиваются в просвет кишки. Утрата клеток с ворсинок сбалансирована притоком вновь образованных клеток из крипт. Продвижение клетки от дна крипты до верхушки вор­синки занимает около 4 суток.

Как и в других системах клеточного обновления, в эпителии кишки после об­лучения наступает временный блок митозов, погибают, прежде всего, стволовые и другие делящиеся клетки. Созревающие и функциональные клетки, будучи радиорезистентны (D_o составляет 15 Гр), после облучения продолжают продвижение к верхушкам ворсинок и слущиваются. Эпителиальная выстилка кишки при отсутствии пополнения за счет клеточного деления быстро исчезает, ворсинки "оголяют­ся" и уплощаются.

Стволовые энтероциты менее чувствительны к гамма- и рентгеновскому облучению, чем стволовые кроветворные клетки вследствие более высокой активности в них систем внутриклеточной репарации повреждений ДНК, поэтому опасное для жизни повреждение эпи­телия кишки происходит при более высоких дозах (порядка 10 Гр).

Если в ранние сроки не наступит смертельного исхода, сох­ранившиеся стволовые клетки эпителия кишки обеспечивают его быструю регенерацию, восстановление структуры и функции кишеч­ной стенки.

Описанные изменения слизистой тонкой кишки, достигающие в случае общего облучения максимальной выраженности при дозах, превышающих 10 Гр лежат в основе развития так называемого кишечного синдрома.

Другие отделы желудочно-кишечного тракта менее радиочувс­твительны, чем тонкая кишка, и их повреждение при общем облу­чении чаще всего не имеет самостоятельного значения.

При мест­ном облучении области живота в достаточно высоких дозах возможно возникнове­ние некрозов и изъявлений участков желудочно-кишечного тракта, подвергшихся воздействию.

Лучевое поражение центральной нервной системы

Выраженные морфологические проявления поражения клеток центральной нервной системы наблюдаются, как правило, только после воздействия в дозах, приближающихся к 50 Гр и выше. Наи­более ранние изменения обнаруживаются в синапсах (слипание синаптических пузырьков в скоплениях, появляющихся в центральной части пресинаптических термина­лов или в активной зоне). При световой микроскопии через 2 ч после облучения в таких дозах обнаруживается набухание клеток, пикноз ядер зернистых клеток мозжечка, реже - других нейронов, явления васкулита, менингита, хориоидального плексита с грану­лоцитарной инфильтрацией. Максимум изменений приходится на 1 сут после облучения. При более высоких дозах мо­жет наблюдаться ранний некроз ткани мозга.

Уже отмечалась способность нервных клеток отвечать функ­циональными реакциями на воздействие даже малых доз облучения. К этому следует добавить, что на функции нервной системы могут повлиять и обильная патологическая афферентная импульсация из поврежденных радиочувствительных тканей, и токсические влияния продуктов клеточного распада, эндотоксинов, проникающих во внутреннюю среду из кишки, и т.п.

Расстройства нервной системы могут проявляться и непосредственными клиническими симптомами, как, например, при остром пострадиационном ЦНС-синдроме, при первичной реакции на облучение, которые будут рассмотрена позднее, и нарушениями регуляции вегетативных функций, процес­сов восстановления поврежденных тканей.

После облучения в дозах порядка нескольких десятков Грей нарушения функций центральной нервной системы лежат в основе развития церебральных нарушений, определяющих клиническую картину поражения организма.

Таким образом, хотя радиочувствительность нейронов и не­высока, нарушения функций нервной системы могут иметь сущест­венное значение для развития лучевого поражения.