Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
В отличие от воздействия в больших дозах, радиация в малых дозах не приводит к клеточному опустошению тканей. При облучении в малых дозах может происходить гибель только некоторой части популяции клеток. В подавляющем большинстве клеток развиваются упомянутые эффекты, инициаторами которых являются изменения структуры и функций БМ.
3.1.1. Биологические мембраны — особый принцип организации
структур в живых системах
Оценивая роль БМ в появлении и развитии лучевых эффектов, следует кратко упомянуть о наиболее важных особенностях их роли в интактной клетке.
Напомним, что БМ — это универсальный компонент биологических систем. В их строении заложен особый принцип организации такой системы: мозаичность самообновления, динамичность структуры цитоскелета и выполнение барьерно-матричных функций. Разнообразные
342
Гл. VII. Биологические эффекты малых доз излучений
изменения в окружающей среде, возрастные изменения метаболизма, инфекционные, онкологические и многие другие заболевания, ионизирующие и неионизирующие радиационные воздействия приводят к структурным перестройкам БМ, которые, в свою очередь, вызывают изменения нормального функционирования клеток.
Первичными неспецифическими изменениями в мембранах являются нарушения тонко отрегулированного уровня окислительно-вос-становительных процессов (редокс-гомеостаза) и нарушение физикохимических свойств липидов.
БМ обладают свойством текучести*). Изменяясь под действием ионизирующих излучений и других различных физических, а также химических факторов, это свойство обеспечивает адаптивные перестройки в мембране и изменение активности мембраносвязанных белков, воспринимающих и передающих внешние сигналы.
К числу таких молекул относятся рецепторные протеинкиназы и другие сенсоры, ионные каналы, белки-переносчики различных молекул. Изменение функционального состояния сенсорных белков влияет на экспрессию генов, отвечающих за адаптацию клеток к стрессовым условиям.
К числу важнейших барьерно-матричных свойств БМ относятся:
- регуляция окислительно-восстановительного гомеостаза;
- рецепторно-сигнальная, транспортная, биоэнергетическая функции;
- создание многочисленных ионных, молекулярных и др. градиентов в клетке, регуляция метаболических процессов;
- межклеточные взаимодействия.
Можно предположить, что при высокой радиочувствительности изменение любого из перечисленных свойств БМ окажется решающим в проявлениях эффектов ионизирующих излучений в малых дозах.
Данные о высокой радиочувствительности БМ и их ранней реакции на облучение начали появляться уже вскоре после получения первых электронно-микроскопических снимков клетки.
3.1.2. Радиочувствительность мембран.
Г иперрадиочувствительность
В 1955 г. в первом издании монографии 3. Бака, П. Александера «Fundamentals of radiobiology» ее авторы предположили, что первичный пусковой механизм, ведущий к лучевому поражению клетки, сводится к нарушению структурно-функциональных свойств БМ,
*) Термин «текучесть* (противоположный «вязкости») используется для описания степени неупорядоченности и физической подвижности внутри липидного бислоя мембран.
3. Механизмы действия ионизирующих излучений в малых дозах 343
главным из которых является возрастание проницаемости и последующее окислительное повреждение структуры мембран, приводящее к ферментативному распаду клетки. На основании этих представлений авторы выдвинули гипотезу «высвобождения ферментов». Приведем краткое изложение этой гипотезы, опубликованной в русском издании монографии в 1963 г. [3].
Ионизирующие излучения вызывают повреждение липидной структуры БМ (например, лизосом) и нарушение их барьерных функций, обеспечивающих компартментализацию в клетке. Это приводит к нарушению пространственной изоляции ферментов от их субстратов, высвобождению ферментов и к последующему разрушению макромолекул и внутриклеточных структур клетки. Первичное лучевое повреждение структуры БМ представлялось авторами гипотезы как локальный распад фосфолипидов вследствие развития цепных процессов окисления. К сожалению, не делая ссылок на работы Б. Н. Тарусова (1954, 1957, 1960), авторы гипотезы отмечают: «известно, что ионизирующее излучение инициирует окисление липидов, идущее по типу цепной реакции, в результате которой каждый акт ионизации вызывает окисление многих молекул липидов. Изолированный акт ионизации может не повредить внутриклеточную мембрану, если его эффект не будет усилен в результате цепного процесса, происходящего с участием кислорода» [3, с. 267].
Многие радиобиологи обращали внимание также и на то, что транспортные функции БМ относятся не только к уязвимым, но и к таким, нарушения которых возникают быстро. Показано, что изменения клеточной проницаемости для К+, Са2+, Na+, протонов, фосфатных и других ионов могут наступать уже в первые секунды и минуты после облучения и даже в процессе непосредственного действия ионизирующих излучений. По мнению многих радиобиологов, это время слишком мал6 для того, чтобы успели развиться какие-то биохимические процессы повреждения. Это позволило отнести изменение проницаемости БМ к пусковым физико-химическим эффектам облучения.
