ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.12.2021
Просмотров: 1007
Скачиваний: 3
Основи біофізики і біомеханіки
239
синтезу білків знижується властивість організму до вироблення
антитіл, тобто призводить до зниження імунітету організму.
По-третє
, це зміни в обміні ж и р і в і ж и р о п о д і б н и х
р е ч о в и н : підвищення швидкості синтезу жирів і одночасне підвищення
швидкості їх розпаду. Чутливими до іонізуючого випромінювання є
жироподібні речовини – фосфоліпіди. Їх ушкодження призводить до їх
розщеплення, а значить – до змін у структурній організації клітини, до
порушення проникності клітинних мембран.
По-четверте
,
це
порушення
м і н е р а л ь н о г о
о б м і н у .
Опромінення у високих дозах змінює проникність для іонів калію і
натрію через клітинні мембрани і призводить до виходу калію з клітини.
Дія опромінення, навіть у невеликих дозах, проявляється, перш за все,
у зниженні числа білих кров’яних тілець (лейкоцитів) у крові.
Опромінення гальмує також утворення червоних тіл у червоному
мозку, що проявляється на числі еритроцитів у периферійній крові.
По-п’яте
, це розривання о к и с л ю в а л ь н о г о ф о с ф о л і -
р у в а н н я , яке відбувається у мітохондріях, з чим пов’язані порушення в
утворенні АТФ (головного енергоносія у клітині).
Репараційні
процеси
в
клітині
після
дії
іонізуючого
випромінювання.
Існують три типи усунення ушкоджень, які
збільшують пострадіаційне виживання клітин: репарація сублетальних
ушкоджень (СЛУ), репарація потенційно летальних ушкоджень (ПЛУ),
«тривала» репарація
27
.
Сублетальні ушкодження
– це такі, які за теорією мішені,
не
отримали достатнього числа влучань, щоб загинути
. Тобто, СЛУ – це
ушкодження, ефект від яких проявляється при їх взаємодії, тобто при
е ф е к т і ф р а к ц і о н у в а н н я
28
. Ефект фракціонування можна
трактувати таким чином: ушкодження, яких зазнала клітина внаслідок
опромінення першою фракцією дози, мають певним чином провзаємо-
діяти з ушкодженнями, що з’явилися після опромінення наступними
фракціями, аби сформувався певний біологічний ефект.
Тобто сублетальні ушкодження – це такі ушкодження, для реалізації
яких потрібна взаємодія з іншими такими самими ушкодженнями.
Через це репарація клітини від СЛУ є можливою. Рівень виживаності
після фракціонованого випромінювання є набагато вищим, ніж після
одноразового. Таким чином, клітини можуть відновлюватись від
27
Р е п а р а ц і я –
процес ліквідації молекулярних ушкоджень.
28
Е ф е к т ф р а к ц і о н у в а н н я
–
зменшення ефективності опромінення в разі
передавання дози кількома порціями через певні часові інтервали
.
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
240
деякої частини ушкоджень, які викликані першою дозою опромінення
до початку другої фракції.
Кінетику репарації від СЛУ можна описати наступним чином:
q = e
-∆t/τ
,
де:
q
– середнє число СЛУ,
∆t
– інтервал часу між фракціями дози;
τ
–
середня тривалість існування СЛУ.
Зі збільшенням
∆t
виживаність клітин збільшується й досягає
сталого значення, яке вже не залежить від
∆t
. Подальше збільшення
∆t
не призводить до збільшення виживання. Різниця між повною
виживаністю й виживаністю, яка відповідає
стану насичення
ефекту
фракціонування, характеризує
нерепарабельну
компоненту СЛУ.
Реакція СЛУ після дії іонізуючого випромінювання з високою ЛПЕ
дуже знижена, але підпорядковується тій самій залежності. Неефективність
репарації від СЛУ у разі дії щільноіонізуючого випромінювання
пояснюється тим, що щільність СЛУ, які виникають внаслідок
опромінення, є настільки великою, що взаємодії між ними, які необхідні
для реалізації променевого ураження, відбуваються швидше, ніж
репарація від них.
Потенційно летальні ушкодження (ПЛУ)
–
це такі ушкодження,
які можуть або виправлятись, або ні.
Підвищення виживаності клітини
у «голодному» середовищі (наприклад, у водопровідній воді) пов’язано
саме із репарацією від ПЛУ.
Репарація від ПЛУ залежить від складу поживного середовища (за
його відсутності, наприклад у воді, призупиняються різні метаболічні
процеси, тому у призупиняється поділ клітин
можлива репарація);
від температури: за температури, які істотно нижче фізіологічного
оптимуму, створюються умови, що вповільнюють поділ клітини, тобто
створюються умови для репарації від ПЛУ. Але, навіть за
найсприятливіших умов для репарації від ПЛУ і СЛУ, не всі ушкодження
виправляються. Саме цим пояснюється відсутність граничного
значення доз у радіобіологічних ефектах.
З точки зору механізму ушкоджень, СЛУ – однониткові розриви
ДНК, а ПЛУ – двониткові. Молекулярні механізми, які супроводжують
репарацію від СЛУ, недостатньо вивчені, але вони залежать від
кисневого статусу і активності клітинного метаболізму. Репарація від
ПЛУ проявляється при одноразовому опроміненні клітин і такій зміні
пострадіаційних умов їх існування, які призводять до виживання
більшій кількості клітин, ніж якщо б популяція знаходилась в
оптимальних умовах. Репарація СЛУ і ПЛУ знижується при впливі на
клітини випромінювань з більш високого ЛПЕ.
Основи біофізики і біомеханіки
241
З а к о н « р а д і о ч у т л и в о с т і к л і т и н и » (закон
Бергоньє-
Тримандо
):
радіочутливість тканини прямо пропорційна їх мітотичній
активності і зворотньо пропорційна степені їх функціональної
диференціації (зрілості) клітини.
Найрадіочутливим є процес мітозу,
що і робить чутливими популяції клітин, які швидко діляться: клітини
шкіри, кісткового мозку, статевих залоз.
Радіобіологічні ефекти, їх види. Граничність та безграничність
виникнення
радіобіологічних
ефектів.
З а
х а р а к т е р о м
д о з о в и х з а л е ж н о с т е й розрізняють ефекти 2-х типів:
1)
д е т е р м і н і с т и ч н і
– ефекти, прояв і тяжкість яких
залежить від значення поглиненої дози;
2)
с т о х а с т и ч н і
– ефекти, ймовірність яких не залежить від
дози, а від величини дози залежить частота їх прояву.
Стохастичні ефекти ґрунтуються на імовірнісній природі влучань
іонізуючих часток або фотонів у певні клітинні структури (мішені), ці
ефекти не відображають кількості поглиненої мішенню енергії.
Ймовірність виникнення стохастичних ефектів зумовлена тим, що у
цих ефектах відбуваються явища, які або проявляються повною мірою,
або не проявляються (трансформація: є чи ні; мутація: є чи ні тощо).
Тобто, наявність чи відсутність прояву цих процесів залежить не від
сили впливового сигналу (дози), а лише від факту його зміни.
Тобто для виникнення стохастичних ефектів не потрібні великі
значення дози, потрібним є лише сам акт влучання у певну мішень:
якщо влучання у відповідну мішень відбулося, навіть за дуже малих
значень дози – ефекти проявляються повною мірою. Через це криві, що
характеризують дозові залежності частоти прояву стохастичних ефектів,
не мають межі (інтервалу доз, у межах якого ефект не спостерігається).
Цей інтервал розпочинається з нульового значення дози. Дозові криві
відображають або лінійною, або квадратичною, або лінійно-квадратичною
функціями.
Детерміністичні ефекти проявляються у тому разі, коли розвиток
радіобіологічної реакції зумовлено ушкодженнями масових структур
клітини або прояв реакції залежить від кількості інактивованих клітин.
Тобто можна вважати, що ці ефекти ґрунтуються на стохастичних для
окремих клітин ефектах. Тому дозові криві для детерміністичних
ефектів описують залежність інтенсивності прояву власне ефекту, а не
його частоти, від значення дози. Через це ці дозові криві можуть мати
певну межу – границю.
Стохастичними ефектами є втрата проліферативної активності
клітиною, як наслідок цитогенетичних ушкоджень, поява мутацій,
трансформація клітини, що супроводжується канцерогенезом. Наприклад,
Л. І. Григор’єва, Ю. А. Томілін
242
формування точкових мутацій того чи іншого гена спричиняється
відповідними структурними перебудовами у ділянках генів, відкладення
енергії випромінювання у яких є ймовірнисним процесом.
Трансформація клітин відбувається внаслідок перебудов у
хромосомах, зокрема делецій, інверсій. Щоб відбулася така перебудова
хромосоми, необхідне влучання фотона або частинки іонізуючого
випромінювання у певні її ділянки, а це влучання є імовірнісним
явищем. Тому і трансформація клітини – стохастичний ефект. А через
те, що трансформацією клітин розпочинається пухлинне перетворення
тканини, то формування злоякісних пухлин, індукованих опроміненням,
також є стохастичним ефектом. До стохастичних ефектів належать і
появи хромосомних аберацій.
Впливаючи на ефективність репарації ДНК або на інтенсивність
клітинної селекції, можна змінювати вихід стохастичних ефектів.
Наприклад, кількість точкових мутацій на одиницю дози істотно
збільшується у разі блокування репарації ДНК.
Стохастичні і детерміністичні ефекти у багатьох складних системах
досить тісно пов’язані між собою, через те, що первинні процеси
променевого ураження є імовірнісними за своєю природою. У багато-
клітинних системах внаслідок опромінення у досить високих дозах,
коли частота інактивації клітин є значною, навіть за умов стохастичності
окремих актів інактивації клітин у ході інтеграції множинних ушкоджень
формується цілковито детерміністичний ефект.
П р я м і і о п о с е р е д к о в а н і р а д і о б і о л о г і ч н і е ф е к т и .
Ефекти бувають при прямих радіаційних ушкодженнях молекулярних
структур клітини, або такими, які спричинені вторинними процесами
цитогенетичного, метаболічного та фізіологічного характеру.
Поняття прямих і опосередкованих радіобіологічних ефектів
стосується різних рівнів організації біологічної системи. Так, із
радіохімічних реакцій до прямих ефектів опромінення належать
ушкодження молекул під час безпосередньої передачі їм енергії фотона
або зарядженої частинки. До опосередкованих ефектів належать
ушкодження молекул внаслідок дії на них активних хімічних форм, що
виникли в результаті прямих радіохімічних перетворень. У клітинах
опосередковані радіохімічні ефекти зумовлюються атакуванням
молекул продуктами радіолізу води.
На вищих рівнях біологічних систем виділяють прямі і опосередковані
біологічні ефекти, хоча будь-який ефект на вищих рівнях біологічної
системи є опосередкованим.
З а х а р а к т е р о м п р о я в у небажані радіаційні ефекти
поділяються на соматичні й генетичні.
Соматичні ефекти
проявляються
Основи біофізики і біомеханіки
243
безпосередньо у самій опроміненій особи,
генетичні
– у її нащадків.
Такий розподіл в значній мірі є умовний, бо результат опромінення
залежить від того, в яких клітинах відбувається порушення – у соматичних
або у зародкових. Генетичний апарат ушкоджується в обох випадках,
тому і виникаючі ушкодження завжди можуть успадковуватися.
Аберації хромосом, що виникають у клітинах критичних систем
(кістковому мозку й кишковику) – одна з провідних безпосередніх
причин гострого променевого синдрому, внаслідок масової загибелі
таких клітин і спустошення цих систем. Ушкодження генома, що
виникають і зберігаються в клітинах «стабільних» у цитокінетичному
відношенні, непрофілюючих тканин, має велике значення в розвитку
віддалених наслідків опромінення. Таким чином, значення для даного
(опроміненого) індивідуума або для його нащадків має не характер
ефекту, а вид мутацій і те, в яких клітинах (зародкових або соматичних)
вони виникають. Якщо домінантні мутації (до числа яких ставляться й
багато аберацій хромосом) виникають у зародкових клітинах, то вони
або призводять до зменшення народжуваності або зачаття, або про-
являються, як правило, у першому поколінні, не виявляючись в наступних.
Рецесивні мутації викликаються ушкодженнями окремих генів, у
більшості випадків у вигляді точкових мутацій. Якщо такі мутації
виникають у полових клітинах, то ефект опромінення може проявлятися
дуже довгостроково в нескінченному ряді поколінь, підкоряючись
загальним законам розщеплення ознак, імовірність прояву яких росте
із числом опромінених особин у популяції.
До
соматичних
умовно відносять безпосередні ефекти опромінення
(гостру або хронічну променеву хворобу й локальні променеві
ушкодження) і його віддалені наслідки (скорочення тривалості життя,
виникнення пухлин, лейкозів тощо), а
до генетичних
– наслідки
ушкодження генома зародишевих клітин, що проявляються в нащадків
опромінених особин. Віддалені наслідки опромінення іноді називають
стохастичними (підкреслюючи їхній імовірнісний характер) на відміну
від не стохастичних, що проявляються тільки після нагромадження
дози більше граничної (імовірність появи й вага яких швидко зростають із
нагромадженням дози).
До нестохастичних ефектів відносять променеву катаракту, порушення
репродуктивної функції, променеві поразки зародка й плода,
косметичні дефекти шкіри, склеротичні й дистрофічні ушкодження
різних тканин тощо. До стохастичних відносять рак і передані
потомству спадкоємні зміни; вони виявляються лише при тривалому
спостереженні за великими групами населення, що нараховують