Радиочувствительность живых организмов

Дозы ионизирующих излучений, дающие определенный патологического эффект, у каждого биологического объекта свои, то есть наблюдается различная чувствительность к ним.

При высоких дозах облучения часть клеток полностью теряет способность к делению. При малых дозах деление задерживается на некоторое время, а затем может стать даже выше исходного. Следовательно, реакция различных структурно-функциональных биологических систем на облучение не однозначна. Поэтому введено понятие радиочувствительности и радиоустойчивости или радиорезистентности.

Радиочувствительность - сравнительная характеристика степени структурно-функциональных нарушений различных клеток, тканей и организмов при воздействии на них одной и той же дозы ионизирующего излучения.

Другая формулировка отражает пороговое состояние, показывающее способность различных клеток, тканей и организмов реагировать на минимальные дозы облучения структурно-функциональными изменениями.

Радиоустойчивость - способность клеток, тканей и организмов переносить высокие дозы ионизирующего облучения. За оценочный критерий берётся летальная или полулетальная доза.

Установлено, что скорость деления клеток на разных стадиях развития тканей и организмов весьма различна и что с её увеличением при остром облучении радиочувствительность этих клеток повышается. Причём, они более чувствительны к облучению на ранних стадиях развития, особенно на ранних стадиях клеточного деления – деления ядра.

В 1906 году Бергонье и Трибондо сформулировали закономерность, отражающую радиочувствительность клеток и тканей, согласно которой она прямо пропорциональна уровню организаии, интенсивности репродуктивных и обменных процесссов и обратно пропорциональна степени дифференцировки этих структур.

Дозы ионизирующих излучений, дающие определенный патологического эффект, у каждого биологического объекта свои, то есть наблюдается различная чувствительность к ним.

Установлено, что скорость деления клеток на разных стадиях развития тканей и организмов весьма различна и что с её увеличением при остром облучении радиочувствительность этих клеток повышается. Причём, они более чувствительны к облучению на ранних стадиях развития, особенно на ранних стадиях клеточного деления – деления ядра.

При высоких дозах облучения часть клеток полностью теряет способность к делению. При малых дозах деление задерживается на некоторое время, а затем может стать даже выше исходного. Следовательно, реакция различных структурно-функциональных биологических систем на облучение не однозначна. Поэтому введены понятия радиочувствительности и радиоустойчивости или иначе радиорезистентности.

В 1906 году Бергонье и Трибондо сформулировали закономерность, отражающую радиочувствительность клеток и тканей, согласно которой она прямо пропорциональна интенсивности репродуктивных и обменных процесссов и обратно пропорциональна уровню организации и степени дифференциации этих структур.

Радиочувствительность живых организмов является важнейшей проблемой среди вопросов, разрабатываемых современной радиобиологией.

Выяснение природы радиочувствительности необходимо для понимания реакций той или иной биологической системы на радиационное воздействие. Практическое значение проблемы определяется прежде всего необходимостью выработки мероприятий, которые модифицируют лучевую реакцию организмов, их тканей, органов и систем, снижающих или увеличивающих лучевое поражение последних.

Радиочувствительность - сравнительная характеристика степени структурно-функциональных нарушений различных клеток, тканей, органов и организмов при воздействии на них одной и той же дозы ионизирующего излучения.

Согласно другой формулировке под радиочувствительностью понимается пороговое состояние, показывающее способность различных клеток, тканей, органов и организмов реагировать структурно-функциональными изменениями на минимальные дозы облучения.

Радиоустойчивость - способность клеток, тканей и оргнизмов переносить высокие дозы ионизирующего облучения. За оценочный критерий берётся летальная или полулетальная доза.

Следовательно, чем меньше поглощённая доза ионизирующего излучения, на которую возникает реакция биологической системы, тем радиочувствительность её выше, и, соответственно, чем больше поглощённая доза ионизирующего излучения, которая переноситься биологической системой с сохранением жизнеспособности, тем выше её радиорезистентность.

Чувствительность различных биологических структур от клеток и до целостных организмов к воздействию ионизирующих излучений варьирует в широких пределах и зависит от их структурно-функциональных особенностей.

Различают клеточную, тканевую, органную и организменную, видовую и индивидуальную радиочувствительность.

Радиочувствительность повышается при угнетении эндокринной и иммунной систем, возбуждении центральной нервной системы, наличии хронических заболеваний жизненно важных органов и систем, голодании, экстремальных температурах и других неблагоприятных факторах, снижающих защитные силы организма.

По радиочувствительности наибольший интерес в мире животных представляют млекопитающие, в т.ч. и человек. Однако наиболее она изучена у мелких животных при экспериментальных исследованиях.

Для характеристики радиочувствительности облучённых животных и растений введён оценочный критерий – летальная доза, т.е. минимальная доза ионизирующих излучений, которая приводит к гибели соответственно 50, 75 или 100 % особей. Она скорее отражает радиорезистентность, чем радиочувствительность и поэтому её ещё можно назвать критической дозой.

Для животных и человека за оценочный критерий летальной дозы приняты ЛД_50/30, ЛД_75/30 и ЛД_100/30, т.е. через 30 суток погибает 50, 75 или 100 % облучённых особей.

Установлено, что для большинства родов млекопитающих полулетальная доза не превышает 4-5 Гр, а летальная 8-9 Гр. Среди домашних животных наиболее радиорезистентны кролики (ЛД₅₀ = 8-10 Гр). При этом молодые животные более радиочувствительны.

Среди животных других классов более высокой радиочувствительностью, чем у млекопитающих обладают: из позвоночных – птицы (ЛД₅₀ = 8-25 Гр), рыбы (ЛД₅₀ = 5-20 Гр), амфибии (ЛД₅₀ = 25-30 Гр). У пресмыкающихся ЛД₅₀ колеблется в широких пределах: от 15-20 Гр у черепах и до 80-200 Гр у змей.

Беспозвоночные обладают большей радиорезистентностью. ЛД₅₀ у них составляют 50-300 Гр, а ЛД₁₀₀ = 100-500 и даже 1000 Гр.

Для моллюсков ЛД₅₀ колеблется от 20 до 200 Гр, членистоногих – от 100 до 1000 Гр, кишечнополостных – от 50 до 2500 Гр, амёб – от 1000 до 3000 Гр, инфузорий – от 3000 до 7000 Гр.

Радиочувствительность бактерий и вирусов колеблется в широких пределах: ЛД₅₀ = 30-60 Гр у кишечной палочки и до 4000-7000 Гр – у репродуцирующих форм вирусов. У последних в покоящейся форме радиорезистентность значительно выше: ЛД₁₀₀ = 20000-25000 Гр.

Мхи и водоросли ещё более радиорезистентны. Известно, что некоторые из них живут в водяных теплообменных контурах действующих атомных реакторов.

Установлено, что скорость деления клеток на разных стадиях развития тканей и организмов весьма различна и что с её увеличением при остром облучении радиочувствительность этих клеток повышается. Причём, они более чувствительны к облучению на ранних стадиях развития, особенно на ранних стадиях клеточного деления ядра.

В результате многолетних исследований и наблюдений была составлена шкала радиочувствительности клеток, тканей, органов, систем, целостных организмов, различных видов животных, человека и растений.

В зависимости от степени структурных нарушений в клетках различают величину действия ионизирующих излучений:

• незначительное: жиры, хромофильное вещество, пигментные зёрна;
• выраженное: сетчатый аппарат Гольджи, нейро- и миофибриллы;
• резко выраженное: ядро клетки, особенно хромосомный аппарат ядра.

Изменения размножения и роста клеток под воздействием ионизирующих излучений протекают с разной интенсивностью. Размножение изменяется в большей мере, чем рост и увеличение массы и объёма клеток. Интенсивная репродуктивная функция и объясняет высокую радиочувствительность.

Митоз клеток некоторых тканей животных ускоряется при малой мощности дозы – 0,1 Р/минуту. Большие мощности дозы резко тормозят, а затем и прекращают митоз.

В жизненном цикле клетки многоклеточного организма различают:

• митотический или пролиферативный цикл, когда происходит комплекс взаимосвязанных и детерминированных хронологически событий в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления;
• период выполнения клеткой специальных функций;
• период покоя, когда клетка может начать подготовку к митозу или станет на путь специализации.

В митотическом цикле различают четыре периода:

1. пресинтетический или постмитотический – G₁

2. синтетический – S

3. постсинтетический или премитотический – G₂

4. митоз – М

В митозе различают фазы:

· профаза – первая стадия деления клетки: конденсация и спирализация хромосом, разрушение ядерной оболочки;

· прометафаза – формироваине аппарата клеточного деления;

· метафаза – движение хромосом к центру клетки и разделение сестринских хромосом;

· анафаза – расхождение хромосом к полюсам клетки;

· телофаза ранняя и поздняя – конечная фаза деления клетки: образование оболочки вокруг из каждой групп хромосом, собравшихся у полюсов; разделение тела клетки; разрушение митотического аппарата; образование ядрышек.

Установлено, что у клеток к ионизирующим излучениям радиочувствительность в митотический или пролиферативный цикл значительно выше.

Наибольшая радиочувствительность к ионизирующим излучениям у клеток отмечается в период митоза и особенно в стадию профазы.

Гипотезы объясняющие причины нарушения деления клеток:

1. Разрушение веществ, стимулирующих митоз – ауксинов.
2. Нарушение проницаемости клеточных мембран – цитоплазмы и ядерных мембран.
3. Накопление веществ, тормозящих деление клетки – АТФ, которая расщепляется аденозинтрифосфатазой. Последняя разрушается при облучении.
4. Нарушение синтеза нуклеиновых кислот вследствие недостатка ДНК.
5. Повреждение хромосом – хромосомные аберрации, перестройки.

Установлено, что при повреждении хромосомной ДНК деление клетки задерживается, а затем она обычно погибает.

Различают гибель клеток вследствие облучения:

• в интерфазу, т.е. до вступления клетки в митоз – смерть под лучом;
• в репродуктивную стадию – при первом же после облучения митозе.

Асинхронное деление клеток, тканей и органов определяет в них наличие одновременно клеток с различной радиочувствительностью до радиорезистентных, усредняя, таким образом, для каждого вида тканей и органов их радиочувствительность в тех или иных условиях их жизнедеятельности.

Клетки тканей, находящихся в состоянии деления, т.е. пролиферации, в соответствии с законом французских исследователей-физиологов И. Бергонье и Л. Трибондо обладают высокой радиочувствительностью.

Ткани и органы, повреждение которых при облучении организма вызывает существенные нарушения его жизнедеятельности вплоть до гибели, называют критическими.

Радиочувствительность тесно связана с возрастом. Молодняк и старые животные более чувствительны к радиации, чем организмы зрелого возраста. Первые в силу того, что в их организме много активно делящихся клеток, регулирующие системы недостаточно совершенны. Более высокая радиочувствительность у старых животных связана с замедлением процессов регенерации и компенсации.

Табл. 4.1.