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 уделяют особое внимание 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 процессов, осуществляющихся при участии поврежденных структур. Поскольку локализация и характер первичных повреждений в той или иной молекулярной структуре клетки носит 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.

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 полидезоксинуклеотдов. 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 протеолиза. 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 высоко радиочувствитель­ных 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 восстанавливается.