Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Совершенно иная ситуация будет иметь место во втором случае, т.е. если трек проходит как бы по касательной в районе экватора мембраны (рис. VII.5, трек В). В этом случае воздействию будет подвергнута существенно ббльшая часть мембраны.
Указанные различия в рассмотренных двух крайних вариантах пересечения мембраны клетки треком частицы могут быть причиной
Рис. VII.5. Сечение сферического объема клетки (схема, выделена только мембрана). Затемненное кольцо — плазматическая мембрана; А, В — треки ионизирующих частиц (обозначены стрелками); С и D — области мембраны (затемнены), в которых возможна ионизация и локализация продуктов радиолиза воды и липидов в случае прохождения соответственно треков А и В
2. О количественной оценке биологического действия излучений 331
разных ответных реакций клетки. Естественно, такая ситуация может быть реализована только при облучении в малых дозах, когда клетки пересекаются единичными треками ионизирующих частиц. При облучении анизотропно облучаемых систем в больших дозах указанные различия нивелируются, и последствия могут оказаться иными.
Локализация трека в пределах генетического субстрата клетки также может быть причиной различных последующих событий при облучении в малых дозах.
Известно, что геном эукариот имеет сложную структурную организацию. Его ионизация в транскрибируемой области может инициировать мутации, т. е. появление мутантных белков или пептидов. Те же события в достаточно протяженных участках генома, представленных повторяющимися последовательностями ДНК (а такие последовательности в геноме человека представлены достаточно часто) могут инициировать как генетические последствия, связанные с разнообразными структурными нарушениями в кариотипе, так и функциональные.
Функциональные нарушения могут быть связаны с изменениями структуры хроматина, в организации которой принимают участие также повторяющиеся последовательности ДНК, поскольку способы организации хроматина существенны для реализации процессов транскрипции.
Таким образом, результатом действия ионизирующих излучений могут быть как функциональные, так и генетически значимые события в клетке. В зависимости от степени выраженности или значимости для функционирования клетки, события, происходящие как в БМ, так и в ДНК, могут оказаться несовместимыми с ее жизнедеятельностью.
Однако такое схематическое рассмотрение является все же упрощенным, поскольку клетка представляет собой единую динамическую систему, элементы которой функционально взаимосвязаны. Так, радиационно-индуцированное подавление ДНК-репарационных систем клетки может оказаться причиной последующего генетического неблагополучия, связанного, например, с риском возникновения процессов злокачественной трансформации клеток и наследственных заболеваний. Поэтому приведенная выше упрощенная оценка радиационных событий не снимает многих других вопросов. По крайней мере два из них являются весьма принципиальными.
Во-первых, является ли «генетической мишенью» излучений собственно молекула ДНК или же некий «событийный комплекс» молекул, ионизации в пределах которого вызывают образование повреждений ДНК.
И во-вторых, обязательно ли прохождение треков ионизирующих частиц только через клетку (или ее ядро) для инициации генетических нарушений в этих клетках или же источник этих нарушений может быть индуцирован радиацией в межклеточной среде, представляя из себя, возможно, продукты, секретируемые другими облученными клетками-
332
Гл. VII. Биологические эффекты малых доз излучений
Для ответа на первый вопрос следует уточнить определение понятия «попадание». Как известно, оно сформулировано так: событием попадания является поглощение дискретной порции энергии, оставляемой быстрой частицей в форме ионизаций и возбуждений атомов в пределах некоего эффективного объема. Из любой точки такого объема эта энергия, не диссипировав ниже порога работы, с помощью какого-либо физического механизма миграции достигает места действия (Н. В. Тимофеев-Ресовский, В. И. Иванов, В. И. Корогодин, 1968).
Как уже отмечалось ранее, основными факторами радиационно-индуцированных повреждений молекул, в том числе и ДНК, являются непосредственное поглощение энергии в молекуле (прямое действие) и воздействие продуктов радиолиза растворителя (непрямое, косвенное действие). Среди последних наиболее активным по отношению к ДНК является радикал ОН*. Его средний диффузионный пробег в клетках равен приблизительно 30 А *).
Таким образом, можно аппроксимировать мишень в виде цилиндра диаметром 20 А (диаметр В-формы ДНК), содержащего различным образом упакованную ДНК, окруженного цилиндрическим слоем воды толщиной в 30 А. По разным данным, содержание ДНК в диплоидной клетке человека (и некоторых других организмов) составляет (6,3-8,3)*10~12 г. Тогда объем цилиндра ДНК, окруженного упомянутым слоем воды, составит 1,2* 10"10 см3. Существенно, что в таком объеме собственно ДНК занимает только малую часть, и поэтому можно пренебречь различиями в плотности воды и ДНК. Если мишень представляет собой сферу, то объему мишени 1,2*Ю~10 см3 соответствует радиус сферы приблизительно в 3 мкм. Этот радиус близок к таковому для ядер лимфоцитов периферической крови человека. Многие радиобиологи для расчетов размеров мишени клеток человека используют в качестве последней сферический объем с радиусом 4 мкм. Эту величину мы будем приводить и в дальнейшем.
