1.4. Гамма (г) - излучение сопровождает процесс распада атомов вещества и проявляется излучаемой электромагнитной энергией в виде фотонов, высвобождающихся при изменении энергетического состояния ядра атома. Характерная особенность гамма-излучения - исключительно высокая проникающая способность, оно с легкостью проникает сквозь одежду, живые ткани, немного меньше через плотные структуры вещества типа металла. [5,8].

2.2 Взаимодействие гамма-лучей

При радиоактивном распаде ядра испускают гамма-кванты с энергией в пределах от нескольких КэВ (килоэлектронвольт) до нескольких МэВ (мегаэлектронвольт).

Гамма-кванты при прохождении через вещество теряют энергию в результате проявления практически трех эффектов:

1. Фотоэлектрического поглощения (фотоэффект),

2. Комптоновского рассеяния (комптон-эффект)

3. Образование электронно-позитронных пар (образование пар) [7].

2.2.1 Фотоэффект

При фотоэлектрическом поглощении г - квант, сталкиваясь с прочно связанным электроном (чаще с электронами К-слоя) в атомах облучаемого вещества, полностью передает ему свою энергию, сам исчезает, а электрон приобретает кинетическую энергию, равную энергии г -кванта минус энергия связи электрона в атоме. Таким образом при фотоэффекте вся энергия первичного г -кванта преобразуется в кинетическую энергию фотоэлектронов, которые ионизируют атомы и молекулы.

2.2.2 Комптон-эффект

При комптоновском эффекте г - кванты, сталкиваясь с электронами, передают им не всю свою энергию, а только часть ее и после соударения изменяют направление своего движения, т.е. рассеиваются. Образовавшиеся вследствие соударения с г - квантами электроны (электроны отдачи) приобретают значительную кинетическую энергию и растрачивают ее на ионизацию вещества (вторичная ионизация). Таким образом в результате комптон-эффекта интенсивность г -излучение ослабляется за счет того, что г -кванты, взаимодействуя с электронами среды, рассеиваются в различных направлениях и выходят за пределы первичного пучка, а также за счет передачи электронам части своей энергии [3].

2.2.3 Образование электронно-позитронных пар

Некоторые г -кванты с энергией не ниже 1,02 МэВ, проходя через вещество, превращаются под давлением сильного электрического поля вблизи ядра атома в пару «электрон-позитрон» (позитрон - элементарная частица подобная электрону, но с положительным зарядом). В данном случае происходит преобразование одной формы материи - г - излучения в другую - в частицы вещества. Образование такой пары возможна только при энергиях г - квантов, не меньших чем энергия, эквивалентная массе обеих частиц -- электрона и позитрона. Образовавшаяся электронно-позитронная пара в дальнейшем исчезает, превращаясь в два вторичных гамма - кванта с энергией, равной энергетическому эквиваленту массы покоя частиц [16].

2.2.4 Закон ослабления гамма-излучений веществом

Существенно отличается от закона ослабления альфа и бета - частиц. Пучок г -лучей поглощается непрерывно, с увеличением толщины слоя поглотителя его интенсивность не обращается в ноль ни при каких толщинах слоя поглотителях. Это значит, что какой бы ни была толщина слоя вещества, нельзя полностью поглотить поток гамма - лучей, а можно только ослабить его интенсивность в любое заданное число раз. В этом существенное отличие характера ослабления гамма-лучей от ослабления альфа и бета - частиц, для которых всегда можно подобрать такой слой вещества, в котором полностью поглощается поток б и бета - частиц [3].

2.3 Основные эффекты взаимодействия нейтронов с веществом

Быстрые с энергией порядка МэВ, нейтроны попадая в ткань замедляются за счет передачи энергии ядрам вещества при непосредственном столкновении с последними; чем больше передача энергии при таком столкновении, тем быстрее замедляются нейтроны. Ткани организма животных практически полностью замедляют нейтроны, так как они содержат много водородных атомов, и в среднем одно столкновение приходится на 1 см пробега нейтрона в ткани [14].

3. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

3.1 Особенности действия ионизирующего облучения на ткани

Ионизирующее излучение - одно из уникальных явлений окружающей среды, последствия от воздействия которого на организм на первый взгляд совершенно неадекватны величине поглощаемой энергии. Реакции организма на действие ионизирующих излучений многообразны. Характер проявления послелучевых изменений в организме зависит от многих причин, а именно: 1) физических параметров излучения (вид, энергия, мощность и доза облучения и т.д.); 2) биологических особенностей животного (состояния животного, возраста, массы, условия содержания и кормления и т.д.). Различные органы животных имеют неодинаковую радиочувствительность. По морфологическим признакам, выявляемым гистологическими методами органы можно расположить по убывающей степени радиочувствительности в следующем порядке: лимфатические узлы и фолликулы, красный костный мозг, вилочковая железа, селезёнка, половые железы, кожа, глаза, печень, легкие, почки, головной мозг, сердце, кости, сухожилия, нервные стволы и др. В связи с этим для исхода лучевого воздействия на организм большое значение имеет, какая часть тела животного облучена [11]. Общее равномерное облучение вызывает наибольший радиобиологический эффект. Степень послелучевых реакций организма определяется дозой лучевого воздействия: малые дозы оказывают стимулирующее действие на биологические реакции (обмен веществ, секреторную, выделительную и другие функции), средние дозы затормаживают физиологические процессы, большие - вызывают глубокие патологические нарушения, сверхвысокие дозы полностью прекращают жизненные процессы. В зависимости от проникающей способности излучений ионизирующая радиация вызывает различные поражения. Так, внешнее облучение альфа и бета-частицами, слабо проникающими в ткани, вызывает главным образом изменения в коже, а облучение рентгеновскими, гамма-лучами или нейтронами, обладающими большой проникающей способностью, чаще приводит к общему поражению в виде лучевой болезни [2,14].

3.2. Теории прямого и непрямого действия

Для объяснения механизма первичного действия ионизирующих излучений на живые клетки предложено большое число гипотез и теорий. Известна теория прямого и непрямого действия ионизирующих излучений. При прямом действии предполагается, что в основе повреждения клеток тканей лежит процесс ионизации. В результате прямого попадания ионизирующей частицы в биомолекулы могут наступить различные денатурационные изменения в них, например разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов, расщепление молекул, подавление действия ферментов, изменение проницаемости клеточных оболочек, кислородное голодание тканей, нарушение нервной трофики и др. Непрямым или косвенным действием ионизирующего излучения называют радиационно-химические изменения структур (молекул, клеток и т.д.), обусловленные продуктами радиолиза воды или растворенных в ней веществ (свободные радикалы, перекись водорода, органические перекиси).

Рисунок 3. Прямое и непрямое действие ионизирующего излучения на молекулу ДНК.

3.3. Кислородный эффект

Предполагает, что в развитии первичных реакций при облучении биообъектов большое значение имеет концентрация кислорода в среде. С повышением его концентрации в окружающей среде и объекте облучения усиливается эффект лучевого поражения и, наоборот, при понижении концентрации кислорода наблюдается уменьшение степени лучевого поражения [16].

3.4. Теория «мишени»

Дальнейшим развитием теории прямого действия излучений является теория «мишени». Эта теория подразумевает, что в животной или растительной клетках имеются чувствительные к излучению участки - «мишени» и что только при попадании ионизирующей частицы в эти участки происходят в клетке изменения, которые можно оценить количественно [3].

3.5. Особенности патогенеза лучевых поражений

В механизме биологического действия ионизирующего излучения на живые объекты можно выделить следующие этапы: первичный физический, радиационно-химический и биологический (морфологический). На первичном физическом этапе действия излучения биологическая ткань поглощает энергию, образуются ионы, а также возбужденные атомы и молекулы. В простых веществах, молекулы которых состоят из атомов одного и того же элемента (газы, металлы и т.д.), процессу ионизации сопутствует процесс рекомбинации. Ионизированный атом присоединяет к себе один из свободных электронов, которые всегда имеются в среде, в результате вновь образуется нейтральный атом. Иначе дело обстоит при ионизации и возбуждении сложных молекул, в данном случае происходит их диссоциация в результате разрыва химических связей. Ионизированные и возбужденные атомы и молекулы обладают большой биохимической активностью, а накопление этих активных агентов приводит к резким нарушениям жизнедеятельности облученных клеток, тканей и организма в целом. Вследствие ионизации в биологических средах образуются свободные радикалы, которые обладают очень высокими химическими (окислительными и восстановительными) способностями за счет наличия неспаренного электрона в одном из атомов ионизированной молекулы. Взаимодействие свободных радикалов с органическими и неорганическими веществами идет по типу окислительно-восстановительных реакций и составляет эффект косвенного действия [7]. При облучении примерно половина поглощенной энергии влияет на организм по типу прямого (45%), а остальная (55%) - косвенного действия. Получающиеся в процессе радиолиза воды свободные радикалы и окислители вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментами и другими структурными элементами биологической ткани, что приводит к изменению биохимических процессов в организме. В результате: 1) нарушаются обменные процессы; 2) подавляется активность ферментных систем; 3) замедляется и прекращается рост тканей; 4) возникают новые химические соединения, не свойственные организму, - токсины (радиотоксины). О наличии радиотоксинов в облученных организмах свидетельствует тот факт, что при введении крови от облученных животных у необлученных реципиентов в ряде органов и систем возникают изменения, свойственные лучевому поражению. Индуцированные свободными радикалами химические реакции вовлекают в этот процесс многие сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением [7,16].

3.6. Действие излучений на клетку

В результате облучения, повреждающего абсолютно все внутриклеточные структуры, в клетке можно зарегистрировать множество самых разнообразных реакций -задержку деления, угнетение синтеза ДНК, повреждение мембран и др. При облучении в больших дозах происходит набухание ядра, затем структура ядра исчезает. В цитоплазме при облучении в дозах 10000-20000 Р наблюдается изменение вязкости, набухание цитоплазматических структур, образование вакуолей, повышение проницаемости мембран. Всё это резко нарушает жизнедеятельность клетки. Степень выраженности этих реакций зависит от того, на какой стадии жизненного цикла клетки произведено облучение. Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организма являются ядро и митохондрии. Повреждения этих структур происходят при малых дозах и проявляются в самые короткие сроки. Прямые доказательства большей радиочувствительности ядра по сравнению с цитоплазмой были получены в опытах с прицельным облучением ядра на объектах, в клетках которых оно строго фиксировано. Оказалось, например, что попадание уже одной б - частицы в ядро оплодотворенного яйца насекомого (наездника) вызывает гибель зародыша, которая в случае облучения цитоплазмы яйца регистрируется лишь после прохождения 15 млн. б-частиц. Особый интерес представляют также эксперименты, в которых с помощью микропучка протонов было показано, что структурные повреждения хромосом в клетках наступают уже после непосредственного их облучения 20 протонами, в то время как при облучении различных участков цитоплазмы сотнями тысяч частиц его влияния не обнаружено. Приведенные примеры наглядно демонстрируют значительно большую радиочувствительность ядра по сравнению с цитоплазмой, однако они не отвергают роль последней в радиационном поражении ядерного аппарата. Более того, существует достаточно много экспериментальных данных о зависимости проявления и размера ядерных нарушений от степени облучения цитоплазмы, что является следствием сложных и пока малоизученных ядерно-цитоплазматических отношений [1,6,14].

Итак, подводя итог современному состоянию этого вопроса, следует подтвердить правильность точки зрения о решающей роли поражения ядра как первопричины лучевой гибели клетки и его несравненно большей по сравнению с цитоплазмой радиочувствительности.

Под действием излучений в клетке и тканях нарушается структурно-метаболический процесс. Это происходит в три этапа. Первый - образование активных неорганических и органических радикалов. На втором этапе - нарушаются структуры биологических мембран, что приводит к высвобождению ряда ферментов. В результате повреждения лизосомных мембран наблюдается увеличение активности ДНКазы, РНКазы, катепсинов, фосфатазы и ряда других ферментов. На третьем этапе происходит нарушение процессов обмена, обусловливающее морфологические изменения, приводящие к нарушению дифференцирования клеток, их деления, изменению наследственных свойств [3,4].

3.7. Нарушение клеточного деления.

При облучении в сравнительно малых дозах наблюдается временная остановка митоза. Большие дозы могут вызывать полное прекращение деления или гибель клеток. Нарушение нормального хода митоза сопровождается хромосомными перестройками, возникновением мутаций, ведущих к сдвигу в генетическом аппарате клетки, а, следовательно, к изменению наследственных свойств развивающихся из них организмов. Наиболее уязвимыми являются клетки органов кроветворения (красный костный мозг, селезенка, лимфатические узлы), половых желез, эпителий кишечника и желудка, т.е. в основном клетки тех тканей, которые обладают высокой митотической активностью. Измененные свойства облученной клетки передаются по наследству. Если радиационные мутации развиваются в половых клетках (гаметические мутации), то результаты сказываются в последующих поколениях [6,17].

3.8. Действие излучений на обмен веществ

3.9.

Нарушение обмена веществ, отмечающееся в результате действия на организм ионизирующих излучений, в значительной степени связано с изменением активности ферментов. При тяжелом радиационном поражении быстро развивается нарушение белково-азотистого обмена. В тканях возрастает содержание свободных аминокислот, а в крови увеличивается количество остаточного азота и повышается содержание тирозина. Возрастает содержание азотистых веществ (мочевины, аминокислот и даже белков) в моче. В плазме крови отмечается нарушение соотношений между альбуминовой и глобулиновой фракциями, изменяется содержание общего белка и небелкового азота, ослабляется образование антител, изменяются антигенные свойства белков. Указанные нарушения азотистого обмена обусловливают снижение веса, отравление организма продуктами неполного белкового распада и изменение барьерных функций. Изменение углеводного обмена ведет к уменьшению содержания гликогена в печени, скелетных мышцах, миокарде, повышению содержания сахара в крови. Тормозится процесс образования лимонной кислоты, что задерживает распад глюкозы. Снижение гликогена объясняется голоданием животного вследствие плохого аппетита, а также замедлением всасывания глюкозы в результате поражения стенок тонкого кишечника. Изменения в жировом обмене приводят к снижению содержания холестерина в крови и тканях, отмечается жировое перерождение паренхиматозных органов, изменяется синтез триглицеридов и фосфатидов в органах и тканях. Нарушение витаминного обмена проявляется уменьшением содержания витаминов С, В₁, В₂, В₆ в печени, селезенке, головном мозге, тканях тонкого кишечника и крови. После облучения отмечается общая тенденция обезвоживания организма. Уже в первые часы после облучения уменьшается поступление воды через кишечник, что в свою очередь оказывает влияние на минеральный обмен, обмен белков, жиров, углеводов, а также обмен витаминов и синтез гормонов. Под действием излучения происходит перераспределение микроэлементов. В период разгара лучевых поражений развивается гипохлоремия. Уменьшается содержание в тканях фосфорных соединений и железа [12,14].

3.9. Действие радиации на кровь и кроветворные органы

Кроветворные органы (лимфатические узлы, селезенка, красный костный мозг, различные лимфоидные образования) очень чувствительны к действию ионизирующих излучений. Эти органы реагируют на небольшие дозы радиации (10-25 Р). Лимфоидная ткань является более радиопоражаемой, чем красный костный мозг. В лимфатических узлах происходят деструктивные изменения за счет гибели лимфоцитов, в них сохраняется лишь опустошенная ретикулярная сетка. В селезенке разрушаются фолликулы, их клетки погибают, а обломки фагоцитируются. Лимфоидные органы, стенки пищеварительного тракта, миндалины, а также пейеровы бляшки и солитарные фолликулы кишечника некротизируются, покрывающая их слизистая изъязвляется. Очень резким изменениям подвергается костный мозг. Особенно чувствительны молодые клеточные формы: миелобласты, миелоциты, лимфобласты. Под действием больших доз облучения в костном мозге исчезают не только молодые формы, но и зрелые лимфоциты, нейтрофилы и эритроциты. В костном мозге наблюдаются кровоизлияния и замещение клеток костного мозга жировой тканью. В результате уменьшения количества белых кровяных телец снижаются защитные силы организма в борьбе с инфекцией, из-за недостатка эритроцитов страдает снабжение тканей кислородом. Вследствие уменьшения количества тромбоцитов нарушается процесс свертывания крови. Происходит снижение резистентности эритроцитов, приводящее к гемолизу. Все эти процессы в конечном итоге вызывают развитие анемии, геморрагического синдрома и снижение сопротивляемости организма [12,14,16].

3.10 Действие радиации на эндокринные железы

3.11 Действие радиации на репродуктивную систему

Чувствительность организма и его органов к радиации во многом определяется периодом его развития. Она изменяется в течение всей жизни животного. Общая тенденция такова, что, начиная от зародыша и кончая половозрелым состоянием, радиочувствительность организма и его органов постепенно понижается, в среднем возрасте стабилизируется и к старости вновь повышается.

Действие радиации на семенники. Половые железы очень чувствительны к радиации. Наиболее радиопоражаемым является зародышевый эпителий семенных канальцев, в ядерном аппарате которого возникают мутации. Замороженная сперма не чувствительна к действию радиации.

Действие радиации на яичники. Яйцеклетка более чувствительна к радиации, чем сперма. Общее облучение большой дозой в зависимости от ее величины и мощности временно или навсегда прекращает овуляцию. У животных раннего возраста и в периоде полового созревания яичники более радиочувствительны, чем у половозрелых.

Действие радиации на зародыш, эмбриональный плод и течение беременности. Зародыш в большей степени подвержен ионизирующим воздействиям, чем материнский организм, но степень этого влияния зависит от стадий эмбриогенеза. Облучение животных в первые дни беременности приводит к гибели 70%-80% эмбрионов. Если зародыши выживают, то в дальнейшем они могут развиваться нормально. Особи, развивающиеся из нормальной яйцеклетки, но оплодотворенной спермием, подвергшимся облучению, тоже могут гибнуть в эмбриональным периоде. Если же они родятся и достигают стадии половой зрелости, то нередко оказываются частично или полностью стерильными, в основном из-за недоразвития половых желез. Плоды менее чувствительны к облучению, чем зародыши, поэтому внутриутробная смерть и аборты наступают реже. Однако увеличивается процент смертности после рождения или наблюдается плохое, медленное развитие молодняка. У многих регистрируют анемию, лейкопению, кровоизлияния в различных частях тела и другие признаки. Одной из главных причин гибели облученных плодов в последний период беременности и новорожденных в первое время жизни является нарушение функций органов кроветворения [7,12,14].

3. 

4. РЕПАРАЦИЯ ЛУЧЕВЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ

4.1 Значение репарации ДНК для выживаемости клеток

Одновременно в ответ на возникшие первичные повреждения в облученной клетке активируются репарационные системы, деятельность которых направлена на устранение возникших повреждений. Наиболее важной из них является система ферментативной репарации повреждений ДНК. Повреждения биомолекул других типов чаще всего не являются фатальными для клетки: продукты их распада могут быть удалены из клетки, а функцию инактивированных соединений могут взять на себя сохранившиеся молекулы того же строения. Молекулы ДНК уникальны, и в случае повреждения их функция не может быть продублирована. При репликации нарушенных матриц будут воспроизводиться дефектные копии - будут синтезироваться аномальные продукты, например ферменты с измененными характеристиками. Поэтому возникшие в результате облучения повреждения ДНК во избежание развития тяжелых для клетки последствий должны быть репарированы таким образом, чтобы исходное строение этого чрезвычайно сложно устроенного биополимера было точно восстановлено. В клетке существуют системы нескольких типов, способные репарировать большинство нарушений структуры ДНК, связанных с повреждением одной из комплементарных цепей и даже значительной части повреждений, захватывающих обе нити. Однако, избыточная активность ферментов, обеспечивающих такую репарацию, может иногда привести к утяжелению повреждения генома клетки. Так, репарация повреждений ДНК представляет собой весьма энергоемкий процесс, в ходе которого расходуется значительное количество АТФ. Кроме того, в процессе репарации интенсивно потребляется АДФ, что снижает продукцию АТФ клетками. Возникающий в результате дефицит макроэргов может отрицательно сказаться на функциях особенно чувствительных к нему нервных клеток [4].

4.2 Типы повреждений ДНК

4.3 Роль повреждения цитоплазменных органелл в развитии радиационного поражения клетки

Помимо структурных нарушений ДНК в облученной клетке наблюдается нарушение регуляции, прежде всего выдачи в цитоплазму информации от ДНК, а также нарушение функционирования многочисленных внутриклеточных мембран. В этом проявляется роль внеядерных органелл, а также сложных взаимоопределяющих влияний ядра и цитоплазмы. Многие сложные процессы клеточного метаболизма протекают именно на мембранах, так как последние позволяют обеспечить нужное пространственное разделение реагирующих молекул.

Снижается энергетический обмен клетки, что вызвано поражением митохондрий. Кроме того, нарушение целостности мембран может приводить к сдвигу ионного баланса клетки из - за выравнивания концентраций калия и натрия (в норме клетка накачивает внутрь калий и высвобождает в окружающую среду натрий), что также неблагоприятно отражается на ходе метаболических процессов. Наконец, важным последствием облучения является изменение эпигеномной (не связанной с ядерным материалом) наследственности клетки, носителем которой служат различные цитоплазматические органеллы. При этом снижается функциональная активность потомков облученных клеток, в чем может состоять одна из причин отдаленных последствий облучения [4,9,10].

4.4 Сублетальные и потенциально летальные повреждения

Многие радиационные повреждения репарируются. Феномен пострадиационного восстановления обусловлен тем, что при облучении в клетках, среди прочих, возникают и такие повреждения, которые обычно приводят клетку к гибели, но при определенных условиях могут быть устранены системами ферментативной репарации. Такие повреждения принято называть потенциальными. Их дальнейшая судьба после возникновения двоякая: либо они репарируются, и тогда клетка выживает, либо реализуются, и тогда она гибнет.

В отношении репродуктивной гибели клеток наиболее изучены два вида потенциальных повреждений - сублетальные и потенциально летальные, различающиеся по способу их выявления. Сублетальные повреждения выявляют методом фракционированного облучения, а потенциально летальные - по изменению выживаемости клеток под влиянием изменения условий, в которых они находятся в первые часы после облучения. В облученных клетках активируется репарация сублетальных и потенциально летальных повреждений. Репарация сублетальных повреждений более характерна для активно делящихся клеток, например клеток костного мозга и эпителия кишечника. При этом первыми репарируются повреждения, делающие клетку более чувствительной к повторному облучению. Репарация сублетальных повреждений обычно бывает полной и завершается до вступления облученных клеток в период синтеза ДНК. Репарация потенциально летальных повреждений характерна для клеток, находящихся в фазе покоя, например, для клеток печени, почек, головного мозга. В этом случае выживаемость клеток возрастает с увеличением временного интервала между облучением и воздействием стимула к клеточной пролиферации или при снижении мощности дозы излучения. Репарация потенциально летальных повреждений обычно не является полной, часть популяции представляют клетки, потерявшие способность к «бесконечному» размножению и отмирающие после одного или нескольких делений. Таким образом часть двойных разрывов ДНК, образовавшихся при облучении клеток в предсинтетический период, может быть восстановлена за время, оставшееся до репликации ДНК, а те из них, что клетка не успела «залечить» до момента синтеза ДНК, становятся летальными и вызывают ее гибель, образуя аберрации хромосом. Очевидно, что эффективность репарации, т.е. долю выживших клеток, можно увеличить, если искусственно удлинить период G1 [4,15].

4.5 Основные типы репарации ДНК

По времени осуществления различают дорепликативную, пострепликативную и репликативную репарации. Дорепликативная репарация (до этапа удвоения ДНК) может происходить путем воссоединения разрывов, а также с помощью удаления (эксцизии) поврежденных оснований. В воссоединении одиночных разрывов участвует несколько ферментов. В простейшем случае разрывы могут быть воссоединены лигазой. В других ситуациях требуется полная ферментативная система репарации, включающая специфические эндонуклеазы, экзонуклеазы, ДНК-полимеразу, ДНК-лигазу, а также вспомогательные ферменты, обеспечивающие подготовку концов ДНК для заключительного акта репарации - лигазного воссоединения.

Исследованиями, проведенными на бактериальной ДНК, выявлены три типа репарации одиночных разрывов - сверхбыстрая, быстрая и медленная. Сверхбыстрая завершается в течение 1-2 мин и обеспечивается одной ДНК-лигазой. Быстрая репарация, осуществляемая с помощью ДНК-полимеразы1, воссоединяет 90% разрывов, остающихся после сверхбыстрой репарации. Наряду с разрывами ДНК после облучения возникают множественные повреждения оснований, последние ликвидируются системой эксцизионной репарации, проходящей с помощью репаративного синтеза, который представляет собой многоэтапный процесс типа выщепление - замещение. В начале повреждение узнается специфической г-эндонуклеазой, после чего происходит выщепление (инцизия) поврежденного участка вблизи измененного основания, затем - экзонуклеотическая деградация поврежденной цепи с захватом смежных неповрежденных нуклеотидов и, наконец, - репаративный синтез в области образовавшегося дефекта при участии ДНК-полимеразы1 и полинуклеотидлигазы комплементарного участка неповрежденной цепи ДНК в качестве матрицы (шаблона).

Пострепликативная репарация постулируется на основании того факта, что некоторые клетки млекопитающих выживают при большой дозе облучения, несмотря на пониженную способность к удалению пиримидиновых димеров. Механизм этого вида репарации точно не изучен, предполагают разные варианты синтеза ДНК на поврежденной матрице.

Репликативная репарация - восстановление ДНК в процессе ее репликации. Этот тип репарации осуществляется удалением в ходе репликации повреждений в зоне точки роста цепи либо продолжающейся элонгацией в обход повреждений. Поскольку пострадиационная репарация -процесс ферментативный, ее интенсивность, а, следовательно, и судьба облученной клетки зависят от общего уровня клеточного метаболизма. Для работы ферментов репарации требуется энергия. Если образование АТФ подавить, например, фторидом натрия, то скорость восстановления снижается. При небольшом уменьшении общей скорости метаболизма, например, понижением температуры до комнатной, эффективность восстановления не меняется. При снижении температуры до 20°С наблюдается временная задержка в восстановлении некоторых клеток. Интенсивность восстановления значительно снижается при 8 ?С, а при 2°С - 5°С -приостанавливается.

Если 2-е облучение отстоит во времени от 1-го, то тяжелых повреждений возникает меньше, ибо повреждения от 2-го облучения образуются в клетках, частично уже восстановившихся после 1-го облучения. В результате общее число повреждений оказывается меньшим, чем при эквивалентной дозе однократного облучения, и, соответственно, большим будет число выживших клеток. Следовательно, клетка, которая выживет после однократного облучения за счет репарации потенциально летальных повреждений, вновь приобретает способность накапливать сублетальные повреждения, т.е. ее радиочувствительность становится такой же, как и у необлученной клетки [2,4].

Существование в клетках механизмов и ферментных систем, обеспечивающих репарацию большинства начальных повреждений ДНК, эволюционно обусловлено необходимостью поддержания стабильности генома в условиях постоянно возникающих повреждений ДНК в результате воздействия естественного радиационного фона, присутствия в среде химических мутагенов, случайно возникающих в процессе жизнедеятельности клеток нарушений и сбоев. Если бы не было таких механизмов, жизнь была бы невозможна [16].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ионизирующие излучения оказывают сильнейшее воздействие на живые организмы, что в наибольшей степени проявляется в тканях с большой митотической активностью. В зависимости от вида и количества излучения последствия облучения могут быть различными. Малые дозы могут оказывать стимулирующее действие на ткани; большие же дозы облучения вызывают лучевую болезнь и другие лучевые поражения (нарушение роста, развития, обмена веществ, снижение продуктивности, воспроизводительных качеств, другие патологические процессы). Регенерация в тканях, поврежденных ионизирующими излучениями, протекает одновременно с процессами деструкции и после их окончания. Степень восстановления пораженной ткани зависит от числа выживших и неповрежденных клеток, а также от физиологических условий, в которых находится данная ткань (иннервация, васкуляризация и др.). Скорость восстановления ткани прямо пропорциональна ее репродуктивной способности (в быстро обновляющихся тканях темп восстановления максимально высокий).

Последние десятилетия ознаменовалось крупнейшим открытием не только для радиационной биологии, но и для молекулярной биологии в целом. Доказано существование различных ферментативных систем, способных репарировать различные радиационные повреждения генетического аппарата клетки. Изучение биохимических механизмов репаративных процессов показало, что облученные клетки человека и животных способны выщеплять поврежденные азотистые основания, а также воссоединять разрывы полинуклеотидных цепей ДНК. Однако, восстановление может затягиваться надолго и не достигать степени полной компенсации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Башлыкова Л.А., Раскоша О.В, Цитогенетические эффекты в костном мозге животных, обитающих в условиях повышенного естественного радиационного фона. «Радиационная биология. Радиоэкология.», 2023, том 63, №4.

2. Владимиров С.Н., Скорик А.С. Современные проблемы радиобиологии. Международный журнал экспериментального образования. 2014, № 8-3. С. 63-64;

3. Гудков С.В. Частные вопросы радиационной биофизики. Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2022. - 236 с.

4. Гуцол Л.О., Непомнящих С.Ф. Пострадиационное восстановление ДНК Учебное пособие Иркутск ИГМУ 2015. С.55.

5. Зуева А.В. с соавт. Действие гамма-излучения в малых дозах на цитогенетические параметры проростков семян лука Allium cepa в эксперимента разной длительности. «Радиационная биология. Радиоэкология», 2023, том 63, №4.

6. Журавская А.Н. Биологические эффекты малых доз ионизирующих излучений (обзор). Наука и образование. Биологические науки. Физико-химическая биология 2016, №2, с.94-102.

7. Л. А. Ильин с соавт. Актуальная радиобиология: курс лекций. (Высшая школа физики). М: Издательский дом МЭИ, 2015. 240 с.

8. Легеза В. И. с соавт. Радиобиология, радиационная физиология и медицина: словарь-справочник. СПб: Фолиант, 2017. -- 176 с.

9. Пушкарёв С. А. Роль репарации повреждений ДНК и апоптоза в формировании адаптивного ответа у лиц, подвергшихся хроническому радиационному воздействию. Радиобиология. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Москва, 2008. 23 c.

10. Спивак И. М. Действие алкилирующих агентов и ионизирующей радиа-ции на клетки человека с наследственными нарушениями репарации ДНК. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Санкт-Петербург, 1998, 34 c.

11. Borrаs-Fresneda M. Differences in DNA Repair Capacity, Cell Death and Transcriptional Response after Irradiation between a Radiosensitive and a Radioresistant Cell Line. Sci. Rep. 2016. V. 6. № February. P. 1-11.

12. Hall E.J, Giaccia A.J. Radiobiology for the Radiologist, 8th edn. Philadelphia: Wolters Kluwer, 2018. Р.1161.

13. Herbert K. BRN2 suppresses apoptosis, reprograms DNA damage repair, and is associated with a high somatic mutation burden in melanoma. Genes Dev. 2019. V. 33. № 5-6. P. 310-332.

14. Joiner M. C., van der Kogel Albert J. Basic Clinical Radiobiology, Fifth Edition, CRC Press, 2018. Р. 360.

15. Арутюнян Р.M. Оценка повреждений и репарации ДНК при облучении сверхкороткими импульсами ускоренных электронов. 39 С. http://radbio.jinr.ru/radbio-ru/aru.pdf

16. Виды ионизирующих излучений и их воздействие на человека. http://www.bio.bsu.by/biohim/files/presentation5_f.pdf

17. Tsvetkova A., et al. гH2AX, 53BP1 and Rad51 protein foci changes in mesenchymal stem cells during prolonged X-ray irradiation. Oncotarget. 2017; 8: 64317-64329. https://www.oncotarget.com/article/19203/

Размещено на Allbest.ru