Действие излучений на клетку
Лекция № 7.
Клеточная радиочувствительность. Пострадиационное восстановление клетки
ДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЙ НА КЛЕТКУ.
В результате облучения, повреждающего все внутриклеточные структуры, в клетке можно зарегистрировать множество самых разнообразных реакций – задержку деления, угнетение синтеза ДНК, повреждение мембран и др.
Это приводит к возникновению функциональных, метаболических и морфологических нарушений. Степень выраженности этих нарушений обусловлена:
1. дозой излучения,
2. радиочувствительностью клетки
3. стадией клеточного цикла, на которой произошло облучение,
4. условиями существования клетки.
В определенном диапазоне доз эти повреждения проявляются нарушением жизнедеятельности клетки и изменением ее наследственных свойств.
Сравнительно небольшие дозы (для большинства клеток млекопитающих порядка 10 Гр.) приводят к временным нарушениям жизнедеятельности клетки. Наиболее ранней реакцией клетки на облучение является задержка деления. Экспериментальные данные показали, что продолжительность торможения деления зависит от дозы, по мере ее возрастания длительность торможения увеличивается. Было установлено, что для большинства изученных культур клеток задержка деления соответствует примерно 1 час на каждый 1 Грей. На продолжительность задержки деления клеток влияет также стадия клеточного цикла, в которой находятся клетки в момент облучения.
Клеточный цикл состоит из митоза (м-фаза) и интерфазы. В интерфазе последовательно различают фазы пред G1, S (синтетическая и G2–постсинтетическая
( от анг. Gap – интервал)
М G1 S G2
G0
G1 – самая продолжительная фаза цикла, следует за телофазой митоза происходит синтез РНК и белка. Продолжительность фазы от нескольких часов до нескольких дней. У быстроделящихся клеток (ех: эмбриональные) – непродолжительная.
В малообновляющихся тканях большинство клеток находятся в G1– периоде, длительность которого измеряется неделями, а иногда месяцами и даже годами (в ЦНС). Это привело к выделению ещё одной стадии
G0 – (фаза покоя) – клетки выходят из цикла и начинают дифференцироваться, достигая состояния терминальной (окончательной) дифференцировки). (нейроны). Такие клетки составляют резерв популяции в случае гибели части клеточного пула от различных причин. Таков, механизм посттравматической регенерации тканей или возобновления роста опухоли после её облучения.
S – синтез белка, репликация ДНК (8-12 часов).
G2 – cинтез РНК и белка, накапливается РНК (2-4 часа).
В активно обновляющихся тканях (эпителий ворсинок кишечника, костный мозг, кожа и др.), в быстрорастущих опухолях и клеточных культурах продолжительность цикла составляет от 10 до 48 часов . Наиболее продолжительны периоды G1 и S, самый кратковременный – митоз (3-60 мин).
Клетки крипт кишечного эпителия. Эти клетки делятся в среднем каждые 19 час., причем G1 – период длится (9,5 ч., S –период – 7,5, а G2 – период и митоз вместе занимают ( 2 часа).
Наиболее длительная задержка деления наблюдается при облучении клеток, находящихся в стадии синтеза S ДНК и в постсинтетической G2, а самая короткая – при облучении в митозе и G1. После задержки деления клетки восстанавливают свою митотическую активность волнообразно, т.к. эти ткани представляют собой асинхронную клеточную популяцию, т.е. состоящую из клеток, находящихся на разных стадиях жизненного цикла.
Причины радиационной задержки деления клеток до настоящего времени окончательно не выявлены. Многие авторы связывают её с подавлением синтеза ДНК, однако существует данные свидетельствующие о том, что снижение синтеза ДНК следует считать следствием, а не причиной задержки митозов, которая скорее всего вызвана повреждением внутриклеточных структур, ответственных за регуляцию деления.
Большие дозы, действующие на клетку, полностью подавляют митоз, хотя клетка еще длительное время продолжает жить. В результате этого образуются гигантские патологические клетки, нередко с двойным набором хромосом.
Большие дозы не только полностью подавляют способность клеток к размножению, но и обусловливают возникновение в клетках физико-химических и морфологических изменений. Повышается проницаемость клеточной мембраны, что изменяет отношение электролитов клеточного и внеклеточного пространства, изменяется вязкость и гидрофильность протоплазмы, увеличивается лучепреломление её. Морфологические повреждения отмечаются как в структурах цитоплазмы, так и в ядре. Это вакуолизация цитоплазмы, набухание митохондрий и разрыв плазматических мембран, повреждение лизосом, слияние, набухание и образование комков в хромосомах. Наблюдается увеличение и изменение формы ядра и всей клетки.