Efectul radiației ionizante asupra celulei
Efectul radiației ionizante asupra celulei
Deteriorarea macromoleculelor importante din punct de vedere biologic nu explică pe deplin deteriorarea ionizantă a celulei. Celula este un sistem dinamic bine coordonat de macromolecule importante din punct de vedere biologic, care sunt aranjate în formațiuni subcelulare care îndeplinesc anumite funcții fiziologice. Prin urmare, efectul surselor de radiație ionizantă poate fi înțeles numai prin luarea în considerare a schimbărilor care apar atât în organele celulare, cât și în relațiile dintre ele.
Cele mai sensibile organe de radiații ale celulelor organismului mamifere sunt nucleul și mitocondriile. deteriorat
Aceste structuri apar la doze mici și se manifestă în cel mai scurt timp posibil. Deci, atunci când doza iradiate mitocondriale de celule limfatice Sgiach de 0,5 Gy sau mai multe procese de fosforilare oxidativă inhibat în următoarele câteva ore de iradiere. Astfel detectată o schimbare în proprietățile fizico-chimice ale complexelor nucleoproteinici, prin care se produc modificări calitative și cantitative în sinteza ADN-ului și ARN-ADN-proteină decuplării. Nucleele celulelor radiosensibili aproape imediat după iradiere proceselor energetice sunt inhibate, sodiu și ionii de potasiu sunt eliberate în citoplasmă, interferează cu funcția normală a membranelor. discontinuitățile simultan posibile cromozomi detectate in timpul diviziunii celulare, aberații cromozomiale și mutații punctiforme care rezultă din proteinele de formare a lipsit activitatea biologică normală. Radiosensibilitate mai pronunțată decât nucleul, au mitocondriile. Astfel, schimbări considerabile în structura mitocondriilor limfatici celule de splină detectate după doar 1 oră după administrarea dozei de iradiere de 1 Gy. Aceste schimbări se manifestă prin umflarea mitocondriilor, distrugerea cristae și iluminarea matricei. Într-o serie de cazuri, se observă deteriorarea membranei mitocondriale, manifestată în primul rând prin inhibarea puternică a proceselor de fosforilare oxidativă. În țesuturile sensibile la radiații, această încălcare este detectată chiar și la dozele de radiații fotonice de 0,5-1 Gy.
Efectul radiației ionizante asupra celulei este rezultatul transformărilor complexe interdependente și interdependente. Potrivit A.M. Vărul, daunele cauzate de radiații celulei se efectuează în trei etape.
În prima etapă, radiația afectează formațiunile macromoleculare complexe, ionizând și antrenând-o. Cu o doză absorbită de radiație fotonică de 10 Gy, în celulă se formează până la 3 × 106 molecule ionizate și excitate. În acest caz, miezul trebuie să fie de aproximativ 9105 site-uri active din fiecare mitocondrii - 900 centre din reticulul endoplasmic - 4.5 105 și fiecare lizozomale - aproximativ 200 de centre active ale. Aceste procese de influență directă consumă până la 80% din energia absorbită. În plus, de la 25 la 50% din radicalii formați ca rezultat al radiolizării reacționează cu macromoleculele celulei.
Energia absorbită poate migra prin macromolecule, realizându-se în locuri slabe. În proteine, acestea sunt, probabil, grupuri SH, în
ADN - grupuri cromoforice de timină, în lipide - legături nesaturate. Această etapă a deteriorării poate fi numită stadiul fizic al expunerii la radiații la celulă.
A doua etapă - conversie chimică procesează radicalii corespunzători interacțiunea proteinelor, acizilor nucleici și lipidelor cu radicali de apă, oxigen și apă biomolecule, și să dea naștere la peroxizi organici care provoacă reacții de oxidare care au loc rapid, care duc la apariția unei multitudini de molecule modificate. Ca urmare, efectul inițial se înmulțește. Radicalii care apar în straturi de molecule de proteine ordonate interacționează cu formarea reticulărilor, ca urmare a distrugerii structurii membranelor biologice. Deteriorarea membranelor duce la eliberarea unui număr de enzime. Din cauza membranelor lizozomale dăunătoare crește activitatea deoxiribonucleazei, RNaza, catepsine, fosfatază și alte enzime.
Tulburările care rezultă din eliberarea enzimelor din organele celulare și modificările în activitatea lor corespund celei de-a treia etape a leziunii prin radiație la stadiul celular-biochimic.
Enzimele eliberate prin difuzie ajung la orice organelă a celulei și penetrează cu ușurință în ea prin creșterea permeabilității membranelor. Sub influența acestor enzime, componentele moleculare mari ale celulei, inclusiv acizii nucleici și proteinele, se descompun. Ar fi greșit să individualizeze orice tulburare biochimice un lucru care rezultă în acest caz, deoarece efectul de radiații a fost un rezultat al mai multor o largă varietate de leziuni mecanism fin echilibrată a reacțiilor biochimice. În același timp, având în vedere efectul radiației asupra celulelor, putem vorbi despre daunele de lider care conduc la încălcarea unei funcții. Astfel, tulburările în procesele de fosforilare oxidativă sunt asociate cu deteriorarea structurii mitocondriale. În același timp, aceste tulburări pot apărea ca urmare a deteriorării lizozomilor și a eliberării enzimelor hidrolitice din ele. Modificările nucleului celular pot duce la sinteza enzimelor cu activitate modificată sau pierdută etc. Efectul unor cantități neglijabile de energie absorbită se dovedește a fi dezastruos pentru o celulă din cauza unor reacții fizice, chimice și bio-
amplificarea chimică a efectului de radiație și rolul principal în dezvoltarea acestui efect este deteriorarea structurilor supramoleculare cu radiosensibilitate ridicată.
Radiosensibilitatea celulelor depinde în mare măsură de viteza proceselor metabolice care au loc în ele. Celulele caracterizate prin procese biosintetice intense, un nivel ridicat de fosforilare oxidativă și o rată de creștere semnificativă, au o radiosensibilitate mai mare decât celulele în faza staționară.
În cele din urmă, trebuie subliniat faptul că efectul final al iradierii este rezultatul nu numai a daunelor celulare primare, ci și a proceselor de recuperare ulterioare. Se presupune că o parte semnificativă a daunelor primare din celulă apare sub forma așa-numitelor daune potențiale, care pot fi realizate în absența proceselor de recuperare. Realizarea acestor procese este facilitată de procesele de biosinteză a proteinelor și a acizilor nucleici. În timp ce nu s-a produs nici o deteriorare potențială, celula se poate recupera în ele. O astfel de reducere se presupune că se datorează reacțiilor enzimatice și se datorează metabolismului energetic. Se crede că baza acestui fenomen este activitatea sistemelor care, în condiții normale, reglează intensitatea procesului mutațional natural.
Acestea sunt vederile moderne asupra mecanismului de dezvoltare a deteriorării celulare care apare atunci când acționează radiațiile ionizante. Dacă luăm drept criteriu de sensibilitate la radiații ionizante modificări morfologice, celule și organe în gradul de desensibilizare a țesutului uman poate fi plasat în ordinea următoare: gonadelor și măduva osoasă roșie; intestinul gros, plămânii și stomacul; o vezică, o glandă mamară, un ficat, un esofag, o glandă tiroidă; piele și celule ale suprafețelor osoase; alte organe și țesuturi.
Acțiunea genetică a radiațiilor ionizante
Efectul mutagen al radiației ionizante a fost inițial stabilit de oamenii de știință sovietici G.A. Nadson și G.S. Filatov în 1925 în experimente cu drojdie. În 1927, această descoperire a fost confirmată de G. Meller pe obiectul genetic clasic - Drosophila.
Radiațiile ionizante pot provoca tot felul de modificări sau mutații ereditare (o mutație este orice modificare a structurilor ereditare). Acestea includ mutații genomice (multipli ai numărului de haploid de cromozomi modificări), mutațiile cromozomiale sau aberații cromozomiale (modificări structurale și numerice în cromozomi) sau de gene și mutații punctiforme (schimbări în structura moleculară a genelor).
Spectrul mutațiilor induse de radiațiile ionizante nu diferă de spectrul mutațiilor spontane.
Mutații genetice. Pe baza analizei cantitative a mutațiilor genetice, frecvența apariției acestora a fost stabilită ca o funcție a dozei de radiații. Numeroase experimente cu animale de laborator au condus la concluzia că frecvența mutațiilor letale în celulele germinale crește proporțional cu doza de radiații ionizante. Extrapolarea acestor date conduce la concluzia că orice doză arbitrar mică de radiație ionizantă mărește frecvența mutațiilor în comparație cu nivelul mutațiilor spontane.
În primele etape ale evaluării efectelor iradierii asupra incidenței mutațiilor, sa crezut că fracționarea dozei a avut același efect ca și doza unei singure iradiere.
Studiile din ultimii ani, efectuate cu șoareci iradiat, au schimbat radical această viziune. Rezultatele obținute sugerează că inducerea între daune primară și repararea acestuia are loc implementarea finală și că elongare sau expunere fracționare doză mai mică de 8 mGy-min-1 (până la 0.007 mGy-min-1), sub acțiunea spermatogonia mouse-ului cauzează 1/3 mutații formate la iradiere cu o rată mai mare a dozei. În mod similar, fracționarea dozei generează mai puține mutații decât iradierea în etapă unică.
Mutații cromozomiale. Ca urmare a acțiunii radiației ionizante asupra cromozomilor, apar un număr mare de rearanjamente cromozomiale. Sunt încă diferite tipuri de rearanjamente cromozomiale.
depinde de doza de radiații. Frecvența rearanjamente cromozomiale care apar ca urmare a unei singure discontinuități (de exemplu, divide-deficit) este în dependență liniară de doză. Frecvența rearanjamente cromozomiale care rezultă din două discontinuități concurente independente și în consecință, pe baza acestor aberații dvuudarnyh (de exemplu, translocații) crește proporțional cu pătratul dozei datorită faptului că probabilitatea apariției simultane a două evenimente independente este egală cu produsul probabilităților.
citologie directe - numărarea celulelor cu cromozomi anormale - au arătat că apariția aberațiilor cromozomiale depinde de densitatea de ionizare. Radiațiile cu o energie mai mică și o densitate mai mare de ionizare contribuie într-un mod mai eficient la rearanjarea cromozomilor. Neutronii, de exemplu, cu o energie de 7,5 MeV, provoacă mai multe rearanjamente cromozomiale decât neutronii cu o energie de 15 MeV. In experimentele cu raze X arată că eficacitatea sa depinde de lungimea de undă: radiația cu raze X mai eficient, cu o lungime de undă de 4,1 A, mai puțin eficient, cu o lungime de undă de 0,15 A. Chiar și mai puțin eficient γ-radiații. Putem spune că radiația corpusculară - neutronii rapizi și α-particulele - determină rearanjamente cromozomiale mai des decât radiațiile electromagnetice. Aceste diferențe se explică prin diferența dintre densitatea de ionizare pe care o produc.
Un număr de cercetători au arătat că iradierea Drosophila într-o atmosferă de oxigen pur crește frecvența mutațiilor, iar iradierea într-o atmosferă de azot o reduce. Atmosfera fără oxigen este într-un anumit sens protectoră în iradierea ionizantă a celulei. O creștere a concentrației de oxigen în timpul iradierii de la 0 la 21% mărește liniar numărul de rearanjamente cromozomiale; creșterea suplimentară a concentrației de oxigen este mai puțin eficientă.
Aceste fenomene confirmă teza că rearanjamentele cromozomiale apar ca urmare a unei perturbări reversibile în nucleul celular cauzate de iradiere.
În timpul acțiunii radiației ionizante asupra nucleului celulei, pot să apară pauze cromozomale reale și potențiale. Acestea din urmă, în funcție de condițiile care se dezvoltă în celulă după iradiere, pot fi realizate în rupturi adevărate
sau deloc. Numărul de mutații fixe în celulă este determinată de doi factori: numărul de cromozomi leziuni primare întâlnite la momentul expunerii la radiații și un primar modificări de probabilitate de tranziție în mutație finală.
Pe baza diferitelor experimente dezvoltă ideea că abilitatea cromozomului spart capetele de conectare într-o nouă combinație sau structura inițială reuniune depinde de ciclul celular faza de meiozei și mitozei, specificul obiectului, caracterul de radiație (valoarea, debitul dozei, LET) și condițiile biochimice micromediu.
Rezultatele leziunilor embrionare și ale celulelor somatice
Nu există nicio diferență fundamentală în mecanismul de acțiune al surselor de radiații ionizante asupra celulelor somatice și germinale. Ambii sunt la fel de uimiți. Cu toate acestea, rezultatele leziunilor sunt diferite. Atunci când celulele germinative sunt deteriorate, mutațiile rezultate (gena și cromozomul) la o anumită rată, în funcție de gradul de dominanță și de gradul de scădere a viabilității, sunt eliminate din populație. Această eliminare nu este întotdeauna rapidă. Multe mutații, în special recesive, datorate diferitelor procese genetice, cum ar fi, de exemplu, driftul genei sau efectul unui strămoș, se pot multiplica semnificativ în populații. Acest lucru poate duce la creșterea numărului de cazuri de malformații congenitale, anomalii de schimb etc.
Evenimentele mutante în celulele somatice pot fi exprimate în moartea celulelor (muștele celulare) sau în dobândirea de către celulă a unor noi proprietăți moștenite care o conduc în afara controlului corpului. Acest lucru se reflectă în procesele de malignitate.