Теории прямого действия радиации

Сначала возникла Теория мишени и попаданий. Эта теория объясняла наличие в клетке жизненно важного центра (гена или ансамбля генов) – мишени, попадание в которую одной или нескольких высокоэнергетических частиц атомной радиации достаточно для разрушения и гибели клетки.

Попадание в мишень – вероятностное событие. Чем больше доза, тем оно вероятнее (доза-эффект); чем меньше, тем оно менее вероятно, но по закону случайности попадания оно всегда возможно.

Эта теория не объясняет, в частности, зависимости радиобиологического эффекта от температуры и наличия в облучаемой среде кислорода. Было замечено, что понижение температуры и снижение концентрации кислорода в среде снижают радиационный эффект, т. е. гибель клеток уменьшается.

Стохастическая (вероятностная) теория. Дальнейшим развитием теории прямого действия излучений явилась стохастическая теория, предложенная в конце 60-х годов О. Хугом и А. Келлером. Эта теория учитывает состояние клетки как биологического объекта, лабильной динамической системы.

Клетка как лабильная динамическая система постоянно находится в стадии перехода из одного состояния в другое путем клеточного деления – митоза. На каждой стадии деления существует вероятность повреждения ее вследствие различных факторов, в том числе и радиационного. В процессе деления клетки выделяют две фазы: интерфазу и собственно митоз.

Интерфаза – самая длительная по времени и составляет промежуток между двумя делениями (от 10 до 48 ч). В интерфазе отчетливо выделяются три стадии. Первая стадия – предсинтетическая (G₁), начинается сразу после окончания деления клетки. За ней следует вторая – стадия синтеза (S); в это время синтезируются ДНК и хромосомные белки. Третья стадия – постсинтетическая (G₂); она переходит в профазу (начало деления клетки).

Митоз имеет четыре стадии: профазу (начало деления), метафазу (разделение хромосом), анафазу (расхождение хромосом к полюсам клетки) и телофазу (формирование дочерних клеток). Митоз длится 30...60 мин.

Радиочувствительность клетки в различные стадии митоза неодинаковая: наибольшую чувствительность к ионизирующему излучению имеет клетка в стадии профазы, т. е. в начале деления. Облучение тормозит его завершение. В этих случаях легко нарушается структура хроматинового вещества, в результате чего клетка может погибнуть.

Облучение в период интерфазы приводит к потере способности приступать к новому делению.

К одной дочерней клетке

К другой дочерней клетке

плечо

центромера

плечо

Рис. 0.1. Процесс деления клетки – митоз.

Следовательно, наиболее повреждаемы клетки тех тканей, которые обладают высокой митотической активностью. К ним относятся клетки органов кроветворения (красный костный мозг, селезенка, лимфоузлы), половых желез, эпителия кишечника и желудка, а также клетки быстрорастущих опухолей. Поэтому не случайно при развитии острой лучевой болезни в первую очередь наблюдаются нарушения кроветворения, поражения желудочно-кишечного тракта (кровавые поносы), половых клеток и т. д.

Необходимо отметить, что на принципах радиопоражаемости быстро растущих клеток базируется практическое применение ионизирующей радиации в онкологии для подавления злокачественного роста опухолевых клеток. Лучевая терапия до настоящего времени является пока единственным лечебным фактором в борьбе со злокачественными новообразованиями, не считая химиотерапии.

Ниже представлены два образца, показывающих колонии человеческих клеток (Рис. 0.2). Каждая была выращена из одинакового количества родительских клеток. Родительские клетки справа были облучены ионизирующим излучением, в то время как слева нет.

Что касается радиочувствительности различных компонентов самой клетки, то наибольшая поражаемость принадлежит ядру. В экспериментах на амебах было показано, что пересадка ядра из облученной клетки (доза 1,5 кГр) в необлученную вызывает гибель последней, а при пересадке ядра из необлученной клетки в облученную этого не наблюдают. Эти и другие данные экспериментальных работ свидетельствуют о том, что главную ответственность за гибель клетки при облучении несет ядро.

Рис. 0.2. Колонии дочерних клеток, выращенные из необлученных (слева) и облученных(справа) колоний родительских клеток.

Стохастическая теория как бы более биологична по сравнению с теорией мишени, но и она не смогла объяснить некоторые эффекты, и в частности эффект разведения.

Исследования, проведенные Г. Фрикке на разбавленных водных растворах, показали, что с увеличением концентрации вещества количество инактивированных под действием облучения молекул не возрастает согласно принципу мишени. Эффект разведения свидетельствует о наличии косвенного (непрямого) действия радиации.

Дата добавления: 2014-01-05