ЛС-белок и лучевой склероз

Пока ещё не существует единой концепции поражения организма радиоактивным излучением. Более того, не существует единого взгляда на механизм воздействия корпускулярного и фотонного ионизирующего излучения на живые существа.

Среди факторов внешнего воздействия на биологические объекты особое место занимают такие радиоактивные излучения: альфа-частицы, протоны, нейтроны, бета-частицы, а также гамма-кванты и рентгеновские лучи, сопровождающие ядерные превращения. На практике наиболее вероятно облучение гамма-квантами и бета-частицами.

Гамма-кванты обладают высокой проникающей способностью в биологических тканях, давая редкие взаимодействия в виде комптоновского эффекта. Выбитый с орбиты атома электрон покидает пределы молекулы и дальше ведет себя в веществе как свободный высокоэнергетический электрон.

Все многообразие взаимодействия корпускулярных излучений с веществом биологической ткани сводится к облучению молекул клетки потоком электронов высокой энергии. На первой стадии воздействия внутри клетки преобладают быстрые физические процессы. Далее происходят химические реакции и диссоциация поврежденных молекул (ПМ), приводящие к возникновению и трансформации конечных радиационных продуктов.

Энергия взаимодействия ионизирующих излучений внутри клетки передаётся через органеллы и может приводить к обратимым или необратимым поломкам молекул.

Существуют два процесса в клетке, которые при воздействии электронов приводят к гибели её ядра: двунитевые разрывы молекул ДНК ядра клетки и разрушение ядра клетки с образованием ЛС-белка. ЛС-белок – производное в результате столкновения очень быстрого электрона с молекулой ДНК. В процессе этого взаимодействия ядро разрушается и клетка гибнет. Вероятность события редкая и оценивается, как один процент по сравнению с гибелью клетки после двунитевого разрыва ДНК.

Два основных свойства ЛС-молекулы:

1. нечувствительность к действию иммунной системы, т.к. последняя не идентифицирует чуждую для организма молекулу.

2. способность вызывать разрушение соседних клеток.

При воздействии ЛС-белка на соседнюю клетку она утрачивает свою структуру и возможность трансформироваться в клетку соединительной ткани. При этом рождается новая молекула ЛС-белка. Процесс носит цепной характер, а агрессивность ЛС-белка в организме приводит к постепенному расширению области радиационного поражения за счет пограничных клеток. Конечный результат ("доза-эффект") определяется не столько полученной величиной дозы, сколько "фактором времени" - временем после облучения, когда действует разрушающий механизм ЛС-молекул.

Итак, ионизирующее излучение: 1) разрушает клетки тканей вследствие только повреждения их ядер и с образованиемя ЛС-белка); 2) преобразует клетки тканей в соединительную ткань в случае их гибели или трансформации. Такое состояние организма называется лучевым склерозом. Основная особенность его – гибель клеток, нарастающая во времени, возникающая только при радиоактивном облучении ядер клеток тканей, и продолжающаяся после его прекращения.

ЛС-белок сохраняет свою разрушительную структуру в течение многих лет. Так, по данным статистических наблюдений, у пострадавших в результате чернобыльской трагедии полупериод развития лучевого склероза составил примерно 10 лет.

Исследователи сталкивались с проявлениями описываемого механизма гибели клеток уже более 20 лет, но рационально объяснить суть явления пока не смогли, т.к. старались связать действие радиации с энергитическими затратами облучения. Также из поля зрения исследователей ускользали данные из-за незначительности эффекта и отдалённости проявлений последствий облучения.

Подбор достоверных признаков разрушения ядер при исследовании поврежденных клеток при радиоактивном облучении очень затруднён. Наиболее удачным следует признать эксперименты с повреждением эндотелиоцитов.

В опытах на животных Воробьев Е.И. и Степанов Р.П. (1985) после облучения установили появление широких до 1-2 мкм промежутков между эндотелиоцитами и обнажение базального слоя капилляра, который как единственный структурный компонент стенки сохранял её целостность. В случаях повреждения и базального слоя в зоне дефекта наблюдалось скопление тромбоцитов.

Коллектив под руководством проф. Бычковской И.Б. (1986, 2002) обнаружил эффекты долговременного повышения вероятности гибели клеток по сравнению с фоном. Клетки с признаками этих нарушений в их ультраструктурах вследствие рентгеновского облучения были вкраплены среди нормальных клеток популяции. Их регистрировали на протяжении длительных сроков после облучения.

По результатом наблюдений для оценки поражения эндотелиоцитов с ультраструктурными нарушениями в качестве надёжных морфологических признаков были отобраны отёчная дегенерация, внутриклеточный лизис и изолированное повреждение митохондрий, которые встречаются наиболее часто и развиваются независимо друг от друга.

Было установлено, что при облучении организма поглощёнными дозами, которые не превышают его максимальные защитные возможности, сразу и энергично начинают восстанавливаться зоны структурных повреждений. Восстановление продолжается 3-3,5 месяца за исключением небольшой части, обусловленной риском более отдалённых последствий облучения.

Отмечено, что практически вся энергия радиоактивного излучения расходуется именно на все случаи повреждения клетки, не связанные с разрушением ДНК ядра, касаются химических и биологических процессов происходящих внутри клетки после облучения. Поврежденные молекулы (ПМ) не представляют угрозу для организма.

Можно считать, что радиоактивный фон 0,1 мкГр/час в 1 мл ткани, в котором содержится в среднем 3,5.10⁸ клеток/см³, рождает в час 3,5 ЛС-молекул, 350 двойных разрывов ДНК, 35000 одинарных и 175000 ПМ = 3,5 ЛС + 350 дв + 35000 од + 175000 ПМ. Всего под действием фона повреждается более 200000 биомолекул в час. И примерно 350 случаев из них приводят к гибели клеток.

Остальные нарушения практически восстанавливаются с помощью репараций. И только 3,5 ЛС-молекул всегда присутствует в образцах за счет радиоактивного фона. Отсюда следует: если концентрация ЛС-молекул не превышает 10-12 в 1 мл в час, то обеспечивается нормальный радиационный фон, что соответствует годовой допустимой дозе для населения - 0,5 сГр. В противном случае развивается лучевой склероз.

Пример численного значения опасности гамма-облучения поглощённой дозой в 1 Грей, который рождает в 1 г ткани 3,5.10⁷ ЛС-молекул, 3,5.10⁹ двойных разрывов ДНК, 1,75.10¹² поврежденных молекул. Обнаружить столь малые количества ЛС-белка среди поврежденных молекул пока не представляется возможным.

Подбор достоверных признаков разрушения радиоактивным излучением ядер поврежденных клеток в исследованиях очень затруднён. Наиболее удачным следует признать эксперименты с повреждением эндотелиоцитов.

Для оценки поражения эндотелиоцитов с ультраструктурными нарушениями в качестве надёжных морфологических признаков были отобраны отёчная дегенерация, внутриклеточный лизис и изолированное повреждение митохондрий, которые встречаются наиболее часто и развиваются независимо друг от друга. (Бычковская И.Б., Степанов Р.П., Федорцева Р.Ф., 2002).

Существует и другая точка зрения, которая полученные данные характеризует как развитие лучевого склероза.

После облучении ядерными частицами внутри клетки развиваются процессы, главная ответственность за которые лежит на преобразовании поврежденных митохондрий.

Особый интерес представляет случай сравнения результатов наблюдений лизиса и отечной дегенерации.

Общая картина происходящих процессов: главные события после облучения развиваются внутри клетки с участием поврежденных митохондрий и главная ответственность за процессы в клетке, которые происходят после облучении ядерными частицами, лежит на преобразовании митохондрий.

И лишь повреждения, которые включают и лизис, и отечную дегенерацию, связаны не только с репарациями. Можно предполагать, что должны быть только ядерные процессы, отражающие повреждение ядер. Такая гибель клеток сопровождается лизисом и отечной дегенерацией, что объясняет и сам факт их подобия. Именно лучевой склероз обеспечивает постоянство во времени в интервале проведенных наблюдений. Развитие болезни на начальном этапе в пределах года не превышает одного процента. А малая величина эффекта не позволяла обнаружить его на фоне мощных репаративных реакций.

Разрушения ядер клеток с образованием ЛС-белка в полях при массированном облучении величиной в десятки грей за счет цепного характера процесса объясняют медленное опустошение всей популяции. Аналогичные процессы возникают и при облучении одноклеточных организмов.

Анализ воздействия радиоактивного излучения на организм привёл к заключению, что возможны лишь два пути реакции: репарации или разрушение тканей. Первый – вызывает кратковременные функциональные отклонения в отдельных клетках, которые допускают свойства организма и его иммунной системы. Время восстановления работоспособности зависит от скорости репараций. Второй тип – разрушение тканей и развитие лучевого склероза. Процесс носит цепной прогрессирующий характер, ускоряющийся во времени, не связанный с действием иммунной системы и не зависящий от состояния конкретного организма.

Полупериод болезни определяется только начальной полученной дозой и коэффициентом размножения ЛС-молекул. Здесь главная опасность – скорость умножения ЛС-белка. Время болезни составляет от дней (при массированном облучении – острая лучевая болезнь) до нескольких лет (при близком к фоновым значениям – более 3-4 крат привычного фона).

Методов борьбы с лучевым склерозом пока нет.

Видимое проявление лучевого склероза на теле больного – это незаживающие радиационные ожоги. Именно ЛС-белок при этом является источником некроза ткани. Край каверны содержит слой клеток с высокой концентрацией молекул ЛС-белка. Соседние нормальные клетки постоянно подвергаются разрушению, за счет чего область поражения все время увеличивается. Способ борьбы с ЛС-белком пока один – удаление пораженной ткани до нормальных клеток.