Клеточный уровень воздействия

Клеточный уровень воздействия включает в себя все нарушения и процессы, обусловленные изменениями функциональных свойств облученных клеточных структур. Количество клеток с радиационными повреждениями в облученной популяции находится в прямой зависимости от дозы облучения, блокирования процессов физиологической регенерации, жизнестойкости организма. Изменения на клеточном уровне приводят к нарутиению наследственных структур, угнетению кроветворения, подавлению сперматогенеза, т.е. влияют на весь механизм жизнедеятельности организма многоклеточных и высших животных.

Повреждения внутриклеточных структур приводят к изменению метаболических процессов в клетках, следствием чего является появление новых нарушений уже после окончания воздействия радиации. Например, нарушения строения нуклеотидов и их последовательностей в ДНК и РНК ведут к дефициту необходимых для нормальной жизнедеятельности продуктов матричного синтеза, а также к наработке несвойственных клетке, чужих для неё продуктов. Нарушение структуры ферментов приводит к замедлению ферментативных реакций, накоплению аномальных метаболитов, часть которых имеют свойства радиотоксинов. В результате возникают серьезные нарушения жизнедеятельности и даже гибель клетки. Однако возникшие повреждения могут быть залечены с восстановлением нормальной жизнедеятельности клетки. Чем выше доза облучения, тем больше возникает первичных повреждений и тем меньше возможность их полного восстановления. Повреждение и гибель клеток лежат в основе развития поражения тканей, органов и организма при всех видах радиационных воздействий.

Метаболизм - промежуточный обмен веществ, т.е. превращение определенных веществ внутри клеток с момента их поступления до образования конечных продуктов.

Функции обмена веществ в живом организме являются результатом многих взаимосвязанных реакций. Часто вещества, участвующие в реакциях, настолько изменяются, что образуется новое вещество, которое находится в организме в состоянии подвижного равновесия. В результате прямого и косвенного воздействия излучений не только изменяются сами биомолекулы, но меняется скорость реакций, протекающих с участием ферментов, а также нарушается подвижное равновесие.

Функции обмена веществ у клеток всей популяции, которые после облучения полностью стали стерильными, тем не менее, могут быть в значительной степени сохранены. После восстановления такие клетки почти не отличаются от необлученных. Лишь при очень высоких дозах облучения, порядка 1034-105 Гр, в результате внезапно наступающих тяжёлых нарушений обмена начинается быстрая гибель как одноклеточных организмов, так и клеток высших организмов.

Некоторые радиационно-биохимические изменения появляются уже после воздействия малых доз, другие — лишь в результате воздействия средних или высоких доз излучений. Среди нарушений обмена веществ, возникающих при воздействии радиации, важно нарушение самого радиочувствительного субстрата — нуклеиновых кислот. Другие виды обмена, например, углеводный, устойчивы к облучению. Так, изменения углеводного обмена после облучения становятся заметными лишь после воздействия доз 504-200 Гр; нарушение клеточного дыхания обычно наблюдается в результате воздействия ещё больших доз — от 200 до юоо Гр.

В клеточных популяциях с митотическим делением клеток после облучения сначала отмечается кратковременное увеличение частоты митозов, а затем падение до минимальной величины — «первичный эффект излучений». Вслед за этим число делящихся клеток снова увеличивается при условии, что величина дозы излучений была не очень велика и не все клетки потеряли способность к размножению. Минимальное число митозов и время их появления зависят от величины дозы излучений. В случае облучения раковых клеток минимальное число митозов наблюдается через несколько часов. Затем следует медленное повышение их числа, что определяется как «вторичный эффект излучений».

Митоз - способ деления ядер клеток, обеспечивающий тождественное распределение генетического материала между дочерними клетками и преемственность хромосом в ряду клеточных поколений. Состоит из нескольких стадий.

Среди молекулярных повреждений особое место занимает радиационное поражение ДНК — основной мишени при действии радиации на клетки. Если повреждения молекул других типов могут быть скомпенсированы за счёт оставшихся неповрежденными молекул белков, полисахаридов и т.п., то в случае ДНК такой путь исключен. Однако в случае ДНК в неделящихся клетках, повреждение каких-то участков её цепи может и не сказаться существенно на жизнедеятельности этих клеток. Для делящихся клеток повреждения ДНК весьма существенны. Если в результате облучения возникли повреждения ДНК, то нормальная репликация осуществиться не может. Эта форма гибели клеток в митозе называется репродуктивной гибелью.

Количество повреждений ДНК, возникающих в результате облучения, достаточно велико. Так, например, при облучении в дозе 1 Гр в каждой клетке человека возникает юоо одиночных и 1004-200 двойных разрывов. Каждое из этих событий могло бы иметь фатальные последствия, если бы не существовало системы, способной ликвидировать большинство возникших повреждений ДНК. Существование в клетках механизмов и ферментных систем, обеспечивающих восстановление начальных повреждений ДНК, обусловлено необходимостью поддержания стабильности генома, восстановления от постоянно возникающих повреждений ДНК в результате воздействия радиационного фона, присутствия в среде химических мутагенов, нарушений, случайно возникающих в процессе жизнедеятельности клеток. Без таких механизмов организм не достигнет взрослого состояния, не оказавшись жертвой злокачественного образования или каких-то других последствий повреждения генетического материала.

Ещё одним важным для организма результатом лучевого повреждения ДНК является возникновение наследуемых повреждений генетического материала - мутаций, следствием которых может быть злокачественное перерождение соматических клеток (клетки тела) или дефекты развития у потомства. Вызванная облучением дестабилизация ДНК, процесс репарации её повреждений могут способствовать внедрению в геном клетки или активации онковирусов, ранее существовавших в геноме в репрессивном состоянии.

Репарациясвойственный клеткам всех организмов процесс восстановления природной структуры ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе её в клетке или под воздействием различных физических или химических агентов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки.

Другая мишень действия радиации на клетки — внутриклеточные мембраны. Активация под влиянием облучения реакций свободнорадикального пероксидного окисления липидов приводит к деструктивным изменениям мембран, к нарушениям активного транспорта веществ через мембраны, снижению ионных пэадиеитов в клетке, к выходу ферментов из мест их локализации, поступлению их в ядро и, как следствие этого, к дезорганизации ядерных структур и гибели клетки. По этому типу могут погибать как неделящиеся, так и делящиеся клетки. Важной причиной гибели клеток после облучения является активация процессов апоптоза.

Апоптоз — запрограммированная смерть клетки («самоубийство») при помощи внутренних механизмов (при некрозе клетка гибнет от воздействия внешних факторов).

В результате облучения мог>т наблюдаться различные клеточные реакции: угнетение деления, хромосомные аберрации и летальные эффекты. Угнетение клеточного деления относится к функциональным неспецифическим клеточным нарушениям, носит обратимый характер и наблюдается как у одноклеточных организмов, так и у клеток, составляющих ткани высших организмов. Угнетение клеточного деления — результат воздействия малых доз излучения. При воздействии больших доз клеточное деление полностью прекращается, что приводит к бесплодию человека.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >