30. Радиочувствительность клеток на разных стадиях жизненного цикла. Модификация радиочувствительности клеток кислородом.

Разнообразные луче­вые реакции клетки (задержка митоза, индукция хромосомных аберраций, угнетение синтеза ДНК и др.) выражены в разной степени и зависят от стадии ее жизненного цикла.

Самыми ра­диочувствительными клетки оказываются во время митоза. При облучении в начале периода G₁ выживаемость оказывается в 5 раз большей, резко падает при облучении клеток в фазе S и снова воз­растает при облучении в конце S-периода, превышая выживаемость митотических клеток в 10 раз. У клеток, облученных в пери­оде G₂, выживаемость постепенно снижается.

В обычной асинхронной популяции клетки мо­гут быть подразделены на ряд субпопуляций с разной радиочув­ствительностью. Зная чувствительность клеток на разных фазах цикла и долю клеток в каждой из этих фаз, можно рассчитать радиочувствительность всей популяции. 

При переходе от митотических клеток к клеткам на стадии S-периода способность к репарации возрастает. Различия в радиочувствительности сильно увеличиваются с возрастанием дозы излучения.

В тканях взрослого организма значительная часть клеток нахо­дится вне цикла, в фазе покоя, потенциально сохра­няя способность к пролиферации. При гибели части клеточной по­пуляции такие покоящиеся клетки могут вступить в цикл и слу­жить основой репопуляции.

При лучевом поражении биологических объектов кислород, по выражению С.П. Ярмоненко, выступает в роли двуликого Януса – с одной стороны, усиливает первичные процессы поражения; с другой – облегчает восстановление.

Усиливает первичные процессы поражения.

Наиболее признанной является следующая точка зрения: являясь бирадикалом, кислород активно взаимодействует с радикалами биологических макромолекул, образующимися при лучевом воздействии, с образованием перекисей и гидроперекисей. Результатом такого взаимодействия является «фиксация» возникших в макромолекулах потенциальных повреждений, что затрудняет или делает невозможной репарацию повреждений. Потенциальными называют лучевые изменения макромолекул, которые сами по себе не ведут к потере их активности, но, будучи фиксированы кислородом, переходят в явные повреждения.

Облегчает восстановление.

На степень выраженности кислородного эффекта влияют условия пострадиационного культивирования клеток. В.И. Корогодиным было показано, что аэрация клеточных культур после облучения усиливает репарационные процессы в облученных клетках. Снижение содержание кислорода в среде культивирования облученных клеток приводило к «фиксации» и проявлению потенциальных повреждений - снижению уровня репарации облученных клеток.

НО! Радиосенсибилизирующее действие кислорода при облучении животных клеток может проявиться только в том случае, если он присутствует непосредственно в момент облучения. В опытах с клетками китайского хомячка было получено, что подача кислорода к клеткам всего через 0.3мс после облучения снижала ККУ с 2.6 до 1.5.

31. Связь коэффициента кислородного усиления с лпэ излучений. Действие на клетки радиосенсибилизаторов и радиопротекторов.

ККУ-это отношение равноэффективных доз в опыте и контроле. При этом, как при усилении, так и при ослаблении лучевого эффекта берется отношение большей дозы к меньшей. Подробно зависимость ККУ от ЛПЭ ионизирующего облучения при облучении культивируемых клеток почки человека представлена на рисунке.

Радиомодифицирующий эффект кислорода зависит от ЛПЭ излучений. Эффект максимален при действии редкоионизирующих излучений (1-2 кэВ/мкм) и снижается до 1 при ЛПЭ = 150 кэВ/мкм

Существует несколько объяснений снижения кислородного эффекта при действии плотноионизирующего излучения на клетки:

а. При действии плотноионизирующего излучения количество одномоментно происходящих попаданий в мишень так велико, что поражение мишени достигает максимального уровня и становится необратимым даже в бескислородных условиях (т.е. усиливать радиационный эффект уже некуда, он и так максимальный).

б. При действии плотноионизирующего излучения в результате дополнительных реакций вторичных продуктов радиолиза воды образуется кислород. Это приводит к тому, что реальных аноксических условий при облучении плотноионизирующим излучением создать невозможно. Дополнительные реакции с участием вторичных продуктов радиолиза воды становятся возможны, поскольку плотность радикалов, возникающих при действии плотноионизирующего излучения гораздо выше, чем при действии редкоионизирующего излучения. Так, в частности, повышается вероятность осуществления реакции рекомбинации 2-х гидроксильных радикалов и реакции гидроксильного радикала с перекисью водорода с образованием перекисного радикала.

Радиопротекторы— это химические соединения, применяемые для ослабления вредного действия ионизирующей радиации на организм. Используются лишь с целью профилактики и облегчают течение лучевой болезни. Введение после облучения оказывается неэффективным. Условно разделяют на:

1) радиопротекторы кратковременного, одномоментного действия, которые вводят в организм за короткий промежуток времени до облучения (серосодержащие радиозащитные вещества-цистамин; производные индолилалкиламинов- серотонин и мексамин).

2) радиопротекторы пролонгированного действия, которые вводят многократно, обычно небольшими дозами до лучевого воздействия. 

Гипотезы механизма действия на клетку:

• Вызывают временное снижение концентрации кислорода в ткани. При этом уменьшается возможность образования окисляющих радикалов и перекисей в процессе облучения. Это должно привести к повышению радиоустойчивости.

• Серосодержащие радиопротекторы способны связывать радикалы, образующиеся при радиационном воздействии. В результате этого процесса окисляющие радикалы не поражают молекулы клеток.

• В результате химических реакций серосодержащие радиопротекторы реагируют с сульфгидрильными группами биологически важных молекул и тем самым «прикрывают» их от действия ионизирующей радиации.

• Радиозащитный эффект только в том случае, если их вводят в субтоксических дозах. При этом тормозятся различные радиочувствительные биохимические системы, например, биосинтез ДНК, окислительное фосфорилирование в микроструктурах клеток, образование макроэргических соединений в ядре клетки и т. д. Механизм временного торможения биохимических систем в свою очередь основывается на способности радиопротекторов вступать в химические связи с молекулами ферментов. Существенную роль при этом играет временное образование смешанно-дисульфидной связи между радиопротекторами и содержащими сульфгидрильную группу молекулами белков-ферментов.

Механизм радиозащитного действия радиопротекторов пролонгированного действия типа биогенных стимуляторов (например, витамины) связан с постепенным увеличением радиорезистентности организма и повышением активности компенсаторных и восстановительных процессов.

Радиосенсибилизаторы — средства, применяемые для усиления биологического действия ионизирующего излучения. Радисенсибилизирующим эффектом обладают йодуксусная кислота, кетоальдегиды, фторурацил, актиномицин Д.

По механизму действия на живые системы их можно подразделить на 2 группы:

• усиливающие первичные радиационные повреждения макромолекул (соединения с ярко выраженными окислительными свойствами, которые спосбны отбирать электроны у атомов и молекул и способствовать, таким образом, образованию ионов и свободных радикалов)

• ингибирующие процессы пострадиационного восстановления (действуют различные аналоги азотистых оснований и антибиотики. В частности, аналоги азотиситых оснований, повышают количество поврежденых молекул ДНК при облучении за счет ингибирования процессов репарации макромолекул)