Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита. Учебное пособие.

Петренко Эдуард Петрович

Радиопоражаемость тканей описана французскими учеными Бергонье и Трибондо в 1906г. . Закон гласит – радиопоражаемость тканей определяется степенью дифференцировки клеток и их митотической активностью. При этом чем менее дифференцирована клетка (стволовая) и чем выше ее митотическая активность, тем выше ее радиопоражаемость. И наоборот – чем более дифференцирована клетка и меньше ее митотическая активность, тем более клетка радиорезистентна (лимфоидная ткань ? нервная ткань).

Важную роль в поражающем действии ИИ играет кислород, вернее так называемый «кислородный эффект». Под его влиянием повышается поражение макромалекул и биологических систем при их облучении. Это происходит вследствие взаимодействия кислорода с радикалами биомолекул с

последующим образованием новых перекисных радикалов, которые вызывают поражение тканей относящиеся к числу необратимых структурных изменений.

Итак, подводя итог современных взглядов на механизм биологического действия ИИ мы можем как бы поэтапно просмотреть как в облученной клетке развиваются структурно-метаболические процессы. Первоначально происходит дискретное поглощение биосубстратом энергии ИИ и возникновение в клетке возбужденных, ионизированных молекул и свободных радикалов, обладающих высокой окисляющей способностью. Второй этап характеризуется развитием радиационно-химических реакций, в которых участвуют не только первичные свободные радикалы, но и вновь образующиеся, и более стойкие биологически активные продукты окисления. На третьем этапе ведущая роль принадлежит биохимическим процессам: ингибированию биосинтеза ДНК, активации реакций ферментативного окисления и патологического разрушения биосубстрата, образованию вторичных радиотоксинов перекисной, хиноидной и другой природы. На четвертом этапе включаются с одной стороны реакции усиливающие повреждение генома, а с другой – механизмы, обеспечивающие репарацию его дефектов. Соотношения этих процессов в конечном итоге и определяет характер структурных изменений в клетке и судьбу ее в целом. Если процессы репарации не обеспеыивают восстановление дефектов, развивается радиационное поражение (образование аббераций, некроз и лизис ядер, интерфазная и репродуктивная гибель клеток).

Клеточные механизмы развития радиационных синдромов.

Различают два основных механизма гибели клеток – интерфазная и репродуктивная гибель.

Интерфазная гибель развивается в результате активации и высвобождения из лизосом значительного количества гидролитических ферментов с последующим повреждением органелл и цитолизом клеток.

Репродуктивная гибель происходит в процессе превого или второго послелучевого митоза, либо сразу после них в результате необратимых нарушений структуры хромосом после воздействия ИИ и поражения клеточных структур радиотоксинами.

Действие ИИ на нуклеиновые кислоты, белки, жиры и углеводы.

При воздействии ИИ в высоких дозах структурные нарушения происходят в любых биомолекулах. При облучении в относительно небольших дозах в первую очередь повреждаются высокополимерные соединения: нуклеиновые кислоты, белки, липопротеиды, полимерные соединения углеводов.

Наиболее высокой радиочувствительностью обладают нуклеиновые кислоты. При облучении в ДНК происходят разрывы, чаще в одной спирали, но могут быть и одновременные разрывы обеих полинуклеотидных цепей (двойные разрывы). Последние чаще происходят при облучении ?-частицами, протонами и нейтронами. Аналогичные изменения наблюдаются и в облученном РНК.

Облучение повреждает структуру белков в результате чего нарушается ферментативная и антигенная их активность. Согласно современным представлениям, при воздействии ИИ молекула белка может потерять один или несколько электронов или перейти в возбужденное состояние, при этом она становится неустойчивой и легко диссоциирует с образованием свободных радикалов. Инактивация биологической (в том числе и ферментативной) активности белка при воздействии ИИ может происходить в результате окисления или дезаминирования в активных центрах ферментов, разрывов полипептидных цепей, а также других процессов, изменяющих конформационную и химическую структуру белковой молекулы.

Первичные

изменения в жирах при взаимодействии ИИ состоят в образовании свободных радикалов, которые взаимодействуют с кислородом, являются источником возникновения перекисных соединений. Последние в свою очередь могут вступать в реакции с жирами, в результате чего образуются гидроперекиси, которые очень нестойки и в присутствии ионов металлов легко распадаются с образованием реакционно активных радикалов. Эти радикалы могут дать толчок к развитию цепных реакций окисления. Перекисные соединения разрушаются с образованием оксикислот, альдегидов и др. продуктов окисления жиров.

Первичные изменения структуры углеводов наблюдаются при воздействии высоких доз ИИ и сводятся к деполимеризации и окислению полисахаридов. Это приводит к распаду углеводородной цепи и образованию кислот и формальдегида.

Влияние ИИ на обмен веществ и биоэнергетику клетки.

Как мы упоминали большое значение в патогенезе лучевых поражений имеют нарушения в обмене нуклеиновых кислот. Являясь носителем генетической информации в клетке, нуклеиновые кислоты принимают непосредственное участие в процессах биосинтеза белков, размножения клеток и регенерации тканей. К числу наиболее ранних реакций на облучение относится торможение синтеза ДНК в лимфоидной ткани, костном мозге и слизистой тонкого кишечника. Тоже происходит и с РНК, однако она более радиоустойчива. Постлучевые нарушения структуры и функции ДНК в облученной клетке могут привести к повреждению строения хромосом и к гибели клетки. При значительных повреждениях структуры нуклеиновых кислот происходит их деградация и распад. Этот процесс протекает вследствие повышения активности ферментов: нуклеаз, дезоксирибонуклеаз и рибонуклеаз. Большая часть разрывов в ДНК и РНК, особенно одиночных, подвергается репорации. Двойные разрывы не репарируют.

Ранние изменения в белковом обмене связаны с деградацией и распадом белковых субстратов в связи с гибелью радиочувствительных клеток. Это результат активации протеинов и гипофизадреналовой системы. В последующем нарушается синтез белка вследствие невозможности восполнения убыли информационной РНК. В результате прерывается новообразование ферментов и ряда других специфических белков. Все это приводит к нарушению обновления структурных белков и в конечном итоге – к гибели клеток.

Нарушение жирового обмена в организме выражаются в липемии. В дальнейшем содержание липидов повышается и в некоторых тканях (печень, костный мозг). Помимо перераспределения липидов происходит переключение углеводного обмена в сторону липидного (угнетение процессов окисления углеводов в цикле Кребса). Важные последствия повреждений структуры липидов проявляются в нарушении строения клеточных мембран, что приводит к нарушению процессов адсорбции и активного транспорта ряда веществ и др. процессов.

Изменение в углеводном обмене наблюдаются в период разгара, носят вторичный характер, они не столь глубоки, чтобы явится причиной нарушения жизнедеятельности клеток и организма. Они, однако, играют важную роль в патогенезе повышения проницаемости сосудов и развития геморрагического синдрома (деполимеризации гиалуроновой кислоты).

Вследствие угнетения процессов окислительного фосфорилирования в митохондриях и в ядрах происходит снижение биоэнергетической активности клетки. Кроме того, повышается активность АТФ-азы, что способствует еще более значительному снижению содержания АТФ. Считают, что эти изменения являются основным механизмом гибели радиочувствительных клеток.

Действие ИИ на нервную систему и железы внутренней секреции.

Ткань нервной системы наиболее радиорезистентна. Однако уже небольшие дозы вызывают функциональные сдвиги в ЦНС. Синдром поражения ЦНС отмечается только при высоких дозах (80 Гр и выше). Паталогоанатомический субстрат церебрального синдрома: явления васкулита, менингита, хориодального плексита и отека тканей головного мозга. Наиболее характерны структурные изменения клеток зернистого слоя можжечка.