Механизм воздействия радиации на соматическую клетку, клетки крови и способность их к самовыживанию.

Клетка

Клетка имеет достаточно сложное строение и изучается в биологии.

В организме человека можно выделить много видов клеток, выполняющих разные функции. Различают клетки: половые, сома-тические, жировые, лейкоциты, лимфоциты и др. Радиобиологиче-ский закон выделяет два типа клеток. Делящиеся клетки и мало-дифференцированные ткани относятся к радиочувствительным. Такими являются кроветворные клетки костного мозга, зародыше-вые клетки семенников, кишечный и плоский эпителий.

Неделящиеся клетки и дифференцированные ткани относят к радиоустойчивым. К ним относят мозг, мышцы, печень, почки, хрящи, связки. Исключение в этом списке составляют лимфоциты, несмотря на их дифференциацию и неспособность к делению.

Наибольший вред организму приносит облучение соматиче-ских клеток и клеток крови. Рассмотрим в качестве примера внача-ле соматическую клетку, так как их в организме много. Выделим в клетке только те элементы, которые больше всего подвержены воздействию радиации и вызывают наиболее тяжелые последствия. Поняв механизм воздействия радиации на клетку можно предпри-нимать меры защиты, которые снизят результаты этого воздей-ствия.

Модель клетки (ее фрагменты) показана на рис.16. Клетка со-стоит из мембраны, цитоплазмы, ядра, рибосом, митохондрий, транспортных молекул тРНК (рибонуклеиновой кислоты), мат-ричных мРНК, молекул АТФ (аденозинтрифосфата), рибосомных рРНК и др. В ядре клетки находится 46 хромосом.

При облучении клетки, например, бета-частицами, прежде всего, повреждается мембрана. Если учесть, что давление внутри клетки больше, чем в межклеточном пространстве, то через обра-зовавшиеся «бреши» будет вытекать цитоплазма. В этом случае ядро вырабатывает ферменты, которые тРНК транспортируют к местам повреждений мембраны и «зашивают» бреши. Таким обра-зом, тРНК вместо того, чтобы заниматься своим делом – транспор-тировать аминокислоты в рибосомы для синтеза белка, занимаются «ремонтом» мембраны. Если интенсивность облучения превышает некоторый предел, то тРНК задачу «ремонта» мембраны решить не могут, и клетка погибает. Дальнейшее проникновение бета-частиц в клетку может вызвать разрушения любых органов. При облуче-нии бета-частицами самих молекул тРНК, они повреждаются и не могут выполнять свои функции.

При облучении рибосом, за счет разрушений рибосомной РНК и белка, в рибосоме может быть построен другой белок, ко-торый ведет себя как инородное тело. Такое облучение не всегда представляет большую опасность, так как в последующих циклах может быть сформирован и «свой» белок. Повреждение матрич-ных мРНК также может привести к формированию «чужого» бел-ка. Если в последующих циклах облучение отсутствует или не приведет к разрушению мРНК, то информация для строительства белка будет достоверной.

Наиболее драматичная ситуация возникает, если поражаются хромосомы и их главная часть – молекулы ДНК. В этом случае клетка или погибает или начинает бесконтрольно делиться. Если учесть воздействие ионизирующего излучения и на другие основ-ные органеллы клетки, то можно выделить следующие послед-ствия облучения:

• при облучении ядра клетки возможны: подавление кле-точного деления (если клетка делится), двунитчатые разрывы нук-леотидов и хромосомные аберрации, однонитчатые разрывы нук-леотидов и репарация (восстановление) связей, нарушение синтеза ДНК и остановка деления (для делящихся клеток), генные мута-ции, нарушение транспортной функции и репарация, нарушение синтеза клеточных белков, запуск механизма бесконтрольного де-ления (в соматических клетках);

• нарушение проницаемости цитоплазматической мембра-ны;

• цитолиз лизосом (лизосомы – цитоплазматические вклю-чения, с которыми связано накопление некоторых ферментов и процессы внутриклеточного пищеварения);

• нарушение энергетического обмена за счет разрушения (повреждения) митохондрий и молекул АТФ (аденозинтрифос-форной кислоты);

• нарушение синтеза белков в рибосомах;

• радиационный автолиз эндоплазматической сети (специ-альная структура цитоплазмы).

Если обобщить реакцию клетки на облучение (биологическая стадия), то можно выделить три возможные типа реакции на облу-чение:

1. Радиационный блок митозов (временная задержка деле-ния);

2. Митотическая (репродуктивная) гибель клетки;

3. Интерфазная гибель клетки.

Наиболее универсальная реакция клетки на воздействие ионизирующих излучений – временная задержка деления (радиа-ционный блок митозов). Длительность его зависит от дозы: на каждый Грей дозы облучения клетка отвечает задержкой митоза в

1 час. Проявляется этот эффект независимо от того, выживет ли клетка в дальнейшем. Причем с увеличением дозы облучения уве-личивается не число реагирующих клеток, а именно время деления каждой клетки. Эта реакция имеет огромное приспособительное значение: увеличивается длительность интерфазы, оттягивается вступление клетки в митоз, создаются благоприятные условия для нормальной работы системы репарации ДНК.

При увеличении дозы облучения, развивается митотическая гибель клетки. Это относится к клеткам, которые не делятся или делятся редко. В клетке не выражены дегенеративные процессы.

Показателем выживаемости клетки является ее способ-ность проходить 5 и более делений.

Варианты митотической гибели:

• клетка гибнет в процессе одного из первых четырех пост радиационных митозов, невзирая на отсутствие видимых измене-ний;

• облученные клетки после первого радиационного митоза формируют так называемые «гигантские» клетки (чаще в результа-те слияния «дочерних» клеток). Такие клетки способны делиться не более 2–3 раз, после чего погибают. Основная причина мито-тической гибели клетки – повреждение ее хромосомного аппара-та, приводящее к дефициту синтеза ДНК.

Интерфазная гибель клетки наступает до вступления клет-ки в митоз. Для большинства соматических клеток человека она регистрируется после облучения в дозах в десятки и сотни Грей. Лимфоциты (радиочувствительные клетки) гибнут по этому меха-низму даже при небольших дозах.

Механизм интерфазной гибели следующий. За счет разрывов в молекуле ДНК нарушается структура хроматина. В мембранах идет процесс перекисного окисления липидов. Изменения ДНК-мембранного комплекса вызывают остановку синтеза ДНК. По-вреждение мембраны лизосом приводит к выходу из них фермен-тов – протеаз и ДНК-аз. Эти ферменты разрушают ДНК, что ведет к пикнозу ядра. Повреждение мембран митохондрий ведет к выхо-ду из них кальция, который активирует протеазы. Все это приво-дит к гибели клетки.

Степень разрушения клетки зависит не только от поглощен-ной дозы, но и ее распределения во времени. Если полученная доза растянута во времени, то ущерб будет меньше. Особенно это каса-ется делящихся клеток. Впрочем, последствия для делящихся кле-ток во многом зависят от того, на какой фазе деления клетки имело место облучение. Итак, возможны три варианта последствий облу-чения клетки:

• полное выживание клетки без последствий;

• процесс выживания и деления осложнен и клетка погиба-ет;

• появление живой, но измененной клетки.

Третий случай наиболее опасен. При облучении делящейся соматической клетки возможно развитие рака, так как может быть порожден процесс бесконтрольного деления измененных клеток.

Действие ионизирующих излучений на клетки крови

Как уже отмечалось, клетки крови чувствительны к облуче-нию и поэтому ее заболевания – одна из проблем радиационной безопасности.

Основную массу форменных элементов крови составляют эритроциты. Они выполняют ряд важных функций: 1) поглощение кислорода в легких и перенос его в капилляры, поглощение угле-кислоты в капиллярах тканей и доставка ее в легкие; 2) сохранение активной реакции крови; 3) поддержание ионного состава крови; 4) участие в водно-солевом обмене; 5) адсорбция токсинов.

При облучении крови радиацией количество эритроцитов ежесуточно снижается, и за месяц их потеря может достигнуть 25% от исходного уровня. В результате развивающаяся анемия за-медляет процессы репарации, а дефицит кислорода в костном моз-ге нарушает его способность восстанавливать кроветворение.

Лейкоциты – типичные ядерные клетки. Они выполняют защитную функцию в борьбе с инфекцией.

При облучении ионизирующими лучами количество лейко-цитов уменьшается пропорционально полученной дозе. Сокраще-ние лейкоцитов снижает сопротивляемость организма человека инфекциям.

Лимфоциты – наиболее чувствительный показатель тяжести поражения от ионизирующих излучений. Сокращение числа лим-фоцитов наблюдается сразу после облучения и достигает макси-мума на 1-е – 3-и, сутки, тем самым подавляется иммунная система.

Тромбоциты играют важную роль в процессе свертывания крови. При облучении радиацией их количество падает, а, следова-тельно, появляются проблемы со свертываемостью крови.

Под действием радиации могут возникнуть нарушения крове-творения на различных этапах клеточного обновления. Может быть временное прекращение деления клеток, гибель малодиффе-ренцированных клеток, нарушение продолжительности созрева-ния, жизни большинства зрелых функционирующих клеток. Са-мым серьезным из названных заболеваний является нарушение дифференциации клеток, приводящее к лейкозу.

Лейкоз – это заболевание, характеризующееся избыточным образованием неполноценных клеток крови (эритроцитов, лейко-цитов, тромбоцитов). Эту болезнь называют «раком» крови или белокровием.

Выводы:

1. Молекулы ДНК и клетки человека могут противостоять радиоактивному облучению, но только при определенной интен-сивности и времени действия облучения.

2. Гибель отдельных клеток не означает гибели органа или организма в целом, вместо погибших клеток стимулируется деле-ние новых. Появление живой, но измененной клетки вызывает опасность развития рака.

3. Наиболее разрушительными для организма человека яв-ляются радикалы воды.