Механизмы клеточной гибели

Действие ионизирующей радиации (квантов электромагнитных колебаний или корпускулярных элементарных частиц высоких энергий) является дискретным. Ионы образуются неравномерно. В результате на пути энергии (трека) одни участки получают повреждение, другие — нет.

Поражение клеток может происходить двумя путями: непосредственным попаданием энергии в молекулы клеточных структур (на этом основана теория мишеней), и попаданием энергии в молекулы воды (теория непрямого действия радиации).

В первом случае наиболее вероятной мишенью попадания энергии будут служить гигантские макромолекулы. К числу таких молекул в первую очередь относятся дезоксирибонуклеопротеиды, входящие в состав клеточного ядра. В результате возникают структурные изменения хромосом, которые могут обусловить мутагенное действие радиации.

Во втором случае энергия излучения вызывает ионизацию и распад молекул воды. В результате возникают активные продукты радиолиза воды и происходит образование так называемых свободных радикалов. Следует отметить, что в сложных радиационно-химических превращениях большую роль играют процессы окисления и появление различных веществ типа перекисей. Свободные радикалы действуют радиационно-химическим путем на ядро и другие субклеточные структуры, вызывая такие же эффекты, как и при прямом попадании.

Однако оценка действия радиации этим не исчерпывается. Во-первых, клетки обладают ферментативными системами, которые восстанавливают первично возникающие изменения в ДНК, что происходит и без воздействия радиации. Таким образом, результаты действия радиации во многом могут зависеть от активности ферментов репарации.

Во-вторых, поражение клеток зависит не только от воздействия радиации на ядро. Несомненную роль играют те изменения, которые возникают и в других органеллах клетки, а также в цитоплазме. В частности, вследствие повышения проницаемости внутриклеточных мембран происходит освобождение лизирующих ферментов из лизосом (ДНК-азы, РНК-азы, катепсинов и др.). Нарушение митохондрий вызывает подавление синтеза основного энергетического источника АТФ. В результате из-за недостатка образования АТФ происходит нарушение синтеза ДНК в ядрах, в рибосомах белков и т.д.

В-третьих, нарушение обменных процессов в клетке ведет к возникновению аномальных метаболитов, из которых некоторые обладают высокой биологической активностью. Эти метаболиты представляют собой продукты окисления липидов, фенолов, и, возможно, других веществ. Они получили название радиотоксинов, т.к. эти вещества могут дистанционного вызывать изменения, свойственные радиации, например, торможение деления клеток, появление хромосомных аббераций в делящихся клетках и др.

Гибель клеток вне фазы деления получила название интерфазной гибели. Механизмы интерфазной гибели: повреждение молекул ДНК, нарушение синтеза нуклеиновых кислот и белков, уменьшение образования энергетических ресурсов, изменение проницаемости мембран клеток и субклеточных структур, повышение активности гидролитических ферментов, угнетение репаративных ферментных систем, способствующих восстановлению молекул ДНК. В зависимости от интенсивности указанных выше нарушений это может закончиться гибелью клеток.

Кроме интерфазной гибели, клетки могут исчезать вследствие подавления митотической активности. В результате происходит опустошение ткани из-за того, что не восполняется естественная убыль клеток за счет образования новых. Наконец, возможна генетическая гибель, когда клетки не способны к дальнейшему воспроизведению вследствие необрати­мого нарушения генетического (хромосомного) аппарата клетки.

Наибольшая роль в клеточном опустошении играет временное подавление митотической активности. Однако количественная значимость указанных выше возможностей точно не установлена. Возможность репарации и ее быстрота в интенсивно делящихся тканях (костный мозг, эпителий кишечника) в большой мере зависят также от числа сохранившихся стволовых клеток, способных к дальнейшему размножению.

Ионизирующая радиация может вызывать стойкие изменения функциональных свойств без грубых структурных нарушений клеток. Это, в первую очередь, относится к ганглиозным клеткам нервной системы. Подобные явления могут быть обусловлены такими изменениями ДНК, которые ведут к стойким нарушениям выработки молекулярных структур информационной РНК, определяющих синтез тех ферментных систем, от которых зависит реактивность клеток. В результате в нервной системе происходит нарушение процессов возбуждения или торможения, что ведет к изменению нормальной регуляции функций различных органов и систем.

Действие ионизирующей радиации может быть местным (лучевые ожоги, некрозы, катаракты) и общим (лучевая болезнь).

При внешнем равномерном облучении организма в дозах 1-10 Гр развивается типичная форма острой лучевой болезни. При длительном облучении организма в малых, но превышающих допустимые дозах возникает хроническая лучевая болезнь (при интенсивности 0,1–0,5 сГр/сут после суммарной дозы 0,7–1 Гр).

В диапазоне доз 10–20 Гр возникает кишечная, при дозах 20–80 Гр — токсемическая (сосудистая), при дозах свыше 80 Гр — церебральная формы лучевой болезни.

По тяжести поражения выделяют следующие группы острой лучевой болезни:

I — легкой степени (1–2 Гр)

II — средней степени (2–4 Гр)

III — тяжелой степени (4–6 Гр)

IV — крайне тяжелой степени (свыше 6 Гр).