16.3. Реакции клеток на облучение

Клетки представляют собой основные ячейки жизни, в которых форми­руются начальные эффекты лучевых воздействий, приводящие к пораже­ниям, проявляющимся позднее на более высоких уровнях биологической организации — тканевом, органном, системном, организменном. Поэто­му в радиобиологии особое внимание уделяют процессам, развивающим­ся после облучения именно в клетках.

В живой клетке постоянно осуществляется обмен веществ с внешней средой, между отдельными внутриклеточными структурами. Молекуляр­ные повреждения, возникшие в клетках на начальных стадиях действия ионизирующих излучений, изменяют ход обменных процессор, осущест­вляющихся при участии поврежденных структур. Поскольку локализация и характер первичных повреждений в той или иной молекулярной струк­туре клетки носят в значительной степени вероятностный характер, весь­ма разнообразны и связанные с ними изменения метаболизма.

Нарушение метаболических процессов в свою очередь приводит к увеличению выраженности молекулярных повреждений в клетке. Этот феномен получил наименование биологического усиления первичного ра­диационного повреждения. Однако, наряду с этим, в клетке развиваются и репарационные процессы, следствием которых является полное или ча­стичное восстановление структур и функций.

16.3.1, Биологическое усиление радиационного поражения

Наиболее значимы для судьбы облученной клетки изменения нуклеино­вого обмена, белкового обмена, окислительного фосфорилирования.

Практически сразу после облучения в делящихся клетках замедляется синтез ДНК. Активируются эндо- и экзонуклеазы, вследствие чего повы­шается ферментативный гидролиз молекул ядерной ДНК; увеличение проницаемости внутриклеточных мембран способствует поступлению ферментов во внутриядерное пространство, повышает доступность ядер­ной ДНК для ферментативной атаки. Распад ДНК приводит к повыше­нию содержания в тканях полидезоксинуклеотидов. В крови и моче облу­ченных нарастает количество нуклеотидов и продуктов их разрушения — азотистых оснований, нуклеозидов, мочевой кислоты и др.

Синтез РНК снижается в меньшей степени, чем ДНК. Отчасти нару­шение синтеза РНК зависит от повреждения матричных структур ДНК.

Повреждение мембран лизосом и выход за их пределы протеаз спо­собствуют в ранние сроки после облучения активации процессов протео-лиза. Эта активация проявляется повышением уровня свободных амино­кислот и других аминосоединений в тканях и жидкостях организма, аминоацидурией, развитием отрицательного азотистого баланса. Повы­шается активность протеолитических ферментов в крови, тканях, моче. Нарушается активность ингибиторов протеаз. Активация протеолиза не всегда является выражением процессов, происходящих в сохранивших жизнеспособность клетках. Она может отражать завершение деструкции уже погибших клеток.

Биосинтез белка нарушается мало. Однако продолжающийся синтез белка в сочетании с глубоким снижением или даже прекращением синте­за ДНК может привести к серьезным нарушениям структуры и простран­ственной организации нуклеопротеидных комплексов. Распад комплекса

ДНК — гистон облегчает доступ мутагенов к освобожденным от связей с белком участкам ДНК.

Интенсивность потребления кислорода существенно не изменяется. Однако в первые часы после облучения иногда наблюдаются признаки тканевой гипоксии. В высокорадиочувствительных клетках уже после об­лучения в сравнительно невысоких дозах отмечается нарушение окисли­тельного фосфорилирования, проявляющееся снижением коэффициента Р/О.

В клетках кроветворных тканей угнетение окислительного фосфори­лирования выявляется уже через 2—4 ч после облучения, параллельно с глубоким распадом ДНК. По мнению ряда исследователей, нарушение синтеза АТФ является пусковым звеном в послелучевой деградации ДНК. Нарушение синтеза макроэргов может сказаться и на развитии вос­становительных процессов, в частности на работе системы ферментов ре­парации ДНК. Таким образом, подавление окислительного фосфорили­рования играет заметную роль в радиационном поражении генетических структур клетки.

Тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование в клетках пе­ренесшего облучение организма, как правило, довольно быстро восста­навливаются.