Патогенез лучевых повреждений

Патогенез лучевых повреждений наиболее полно раскрывает структурно-метаболическая теория (А.М.Кузин, 1986). Согласно этой теории при общем облучении радиобиологические эффекты возникают на всех уровнях биологической организации и реализуются в результате взаимодействия процессов, нормально протекающих в организме и развившихся после облучения.

Процесс радиационного повреждения условно можно разделить на три этапа: первичное действие ИИ на облучённую структуру; влияние радиации на клетки; действие радиации на целостный организм.

В развитии радиобиологических эффектов условно выделяют следующие стадии:

- физическую – физическое взаимодействие, поглощение энергии излучения;

- радиационно-химических процессов – образование свободных радикалов (радиолиз воды) и «радиотоксинов»;

- радиационного нарушения биохимических процессов;

- ультраструктурных и видимых повреждений.

Первичное действие ИИ бывает прямое (непосредственное) и непрямое (косвенное, опосредованное). Прямое действие ИИ – изменения, возникшие в результате поглощения энергии излучения молекулами-мишенями облучаемой ткани. Оно проявляется ионизацией, возбуждением атомов и молекул всех составных элементов организма.

Непрямое (косвенное, опосредованное) действие ИИ связано с изменениями структуры ДНК, ферментов, белков и т.д., индуцированными продуктами радиолиза воды или растворенных в ней веществ, вызывающих реакции окисления; образованием липидных и хиноновых первичных «радиотоксинов», угнетающих синтез нуклеиновых кислот, подавляющих активность ферментов, повышающих проницаемость биологических мембран, изменяющих диффузионные процессы в клетке, а соответственно нарушающих обменные процессы и вызывающих структурно-функциональные повреждения клеток, органов, систем организма.

Действие ИИ на клетки. В основе радиационного повреждения клеток лежат нарушения ультраструктуры органелл и связанные с этим изменения обмена веществ. Повреждения цитоплазматических структур проявляются в нарушении энергетического обеспечения клеток и проницаемости клеточной мембраны, нарушении обмена веществ, целостности лизосом, что ведёт к аутолизу, и в конечном итоге – к гибели клеток.

Изменения в ядре клетки приводят к торможению процесса синтеза ДНК. Возникают однонитевые и двунитевые разрывы, приводящие к хромосомным абберациям, а также генные мутации. Наиболее чреваты последствиями повреждения генома клетки и хромосомного аппарата, ведущие к нарушению механизма митоза.

При больших дозах облучения (десятки и сотни грей) в клетках наступают летальные изменения, приводящие к их гибели до вступления в митоз (интерфазная гибель). Клеточная гибель является основой радиационного повреждения организма. Интерфазной гибели предшествуют изменения проницаемости ядерной, митохондриальной и цитоплазматической мембран. Изменения структуры и проницаемости мембран лизосом приводят к освобождению и активации ДНК-азы, РНК-азы, катепсинов, фосфатазы и др. Угнетается клеточное дыхание. Появляются различные дегенеративные изменения (пикноз ядра, фрагментация хроматина и др.). При меньших дозах отмечается репродуктивная форма гибели. Основной причиной репродуктивной гибели клеток являются повреждения ДНК (хромосомные абберации), возникшие под влиянием облучения. Погибают все делящиеся клетки, все интенсивно обновляющиеся ткани (кроветворная, иммунная, а также слизистая кишечника, половые клетки).

Различают два механизма лучевой гибели клеток:

- апоптоз (гибель начинается с изменений ядерного аппарата – межнуклеосомной фрагментации хроматина, конденсации ядерного материала, образования апоптозных телец; эти изменения сопровождаются возрастанием проницаемости клеточных мембран);

- некроз (изменения в ядре вторичны, им предшествуют нарушения проницаемости биологических мембран и набухание клеточных органелл).

Из клеточных реакций наиболее универсально временное угнетение клеточного деления (радиационное блокирование митозов). Время задержки деления зависит от дозы облучения и возрастает при её увеличении, а также от стадии клеточного цикла, в которой находятся клетки при облучении: наиболее длительно оно в тех случаях, когда клетки облучаются в стадии синтеза ДНК или постсинтетической стадии, а самое короткое – при облучении в митозе. В отличие от временного угнетения, полное подавление митозов наступает после воздействия больших доз ИИ, когда клетка значительное время продолжает жить, но необратимо утрачивает способность к делению. В результате такой необратимой реакции на облучение часто образуются патологические формы гигантских клеток, содержащие несколько наборов хромосом вследствие их репликации в пределах одной и той же неразделившейся клетки.

При облучении имеют место и другие, вторичные механизмы гибели. Так, распад клетки или ткани может быть следствием нарушения кровообращения, наличия кровоизлияний, развития гипоксии.