Учебный материал. Радиочувствительность — это чувствительность биологических объектов к действию ионизирующих излучений

Радиочувствительность — это чувствительность биологических объектов к действию ионизирующих излучений. Синонимом данного понятия служит радиопоражаемость. Альтернативные понятия — радиоустойчивость или радиорезистентность.

Проблема радиочувствительности является центральной проблемой радиобиологии. Например, летальная доза ИИ для человека 6 Гр соответствует поглощённой энергии в 1 Дж на кг массы тела, что может вызвать нагрев тела на 0, 01 градуса или соответствует энергии, заключённой в стакане тёплого чая. Этот эффект, называемый основным парадоксом радиобиологии, может быть обусловлен потерями малых порций энергии в свехмалых объёмах, что приводит к значительному локальному разогреву и повреждению чувствительных биологических структур. Можно предложить ещё одно трактование: взаимодействие происходит на атомном и молекулярном уровнях, результатом его является ионизация или возбуждение атомов или молекул биологических структур, которые затем вступают в различные химические реакции, вызывая повреждения.

В настоящее время не существует единой теории, дающей полное и всеобъемлющее объяснение биологических эффектов ИИ. Определим основные научные теории и гипотезы, объясняющие в настоящее время биологические эффекты ИИ.

1. Теория мишеней и принцип попаданий предложена Дессауэром в 1922 г. Это классическое представление, основанное на переносе механизмов взаимодействия ИИ с веществом на биологические структуры. Клетка имеет чувствительные структуры- «мишени», например, молекулу ДНК, попадание в которые приводит к фатальному поражению. Теория хорошо объясняет результаты, полученные в экспериментах на культурах клеток и простых организмах.

2. Стохастическая гипотеза, возникшая и успешно развиваемая с внедрением математических методов в радиобиологию. Заключается в математическом моделировании клеточного цикла и распределения его стадий по радиочувствительности. Гипотеза способна описать более сложные и тонкие радиобиологические эффекты.

3.Структурно-метаболическая гипотеза получила распространение в середине 20-го века после экспериментального получения специфических веществ- продуктов облучения, т.н. радиотоксинов. Введение радиотоксинов в необлучённую здоровую клетку вызывало реакции, аналогичные облучённой клетке. В основу гипотезы положена определённаяструктура клетки, её дифференцированность и тот факт, что клетка является элементарным объектом обмена веществ (метаболизма). Согласно гипотезе, припогощении энергии ИИ происходят метаболические сдвиги, вызывающие синтез низкомолекулярных соединений- токсинов, которые приводят к отравлению клетки. Достоинством гипотезы является объяснение эффектов поражения липидов (клеточных мембран) и продолжительности проявления биологических эффектов.

Наиболее часто в качестве меры радиочувствительности используется ЛД₅₀ — доза облучения, вызывающая гибель 50 % облученных организмов за различное время после облучения (в зависимости от вида живых организмов).

На клеточном уровне радиочувствительность зависит от ряда факторов:

Ø организация генома (в т.ч. кариопикнотический индекс);

Ø состояние системы репарации ДНК;

Ø содержание в клетке антиоксидантов;

Ø активность ферментов, утилизирующих продукты радиолиза воды (например, каталаза, разрушающая перекись водорода, или супероксиддисмутаза, инактивирующая супероксидный радикал);

Ø интенсивность окислительно-восстановительных процессов.

На тканевом уровне выполняется правило Бергонье-Трибондо: радиочувствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки составляющих ее клеток.

На органном уровне радиочувствительность зависит не только от радиочувствительности тканей, составляющих данный орган, но и от его функций.

Особенности поражения организма в целом определяются двумя факторами:

Ø радиочувствительностью тканей, органов и систем, непосредственно подвергающихся облучению;

Ø поглощенной дозой излучения и ее распределением во времени.

При облучении страдают все органы и ткани, но ведущим для организма является поражение одного или нескольких критических органов.

Критические органы — это жизненно важные органы и системы, которые повреждаются первыми в данном диапазоне доз, что обусловливает гибель организма в определенные сроки после облучения.

В зависимости от критического органа выделяют 3 основных радиационных синдрома:

1. Костномозговой — развивается при облучении в диапазоне доз 1-10 Гр, средняя продолжительность жизни — не более 40 суток, на первый план выступают нарушения гемопоэза.

2. Желудочно-кишечный — развивается при облучении в диапазоне доз 10-80 Гр, средняя продолжительность жизни около 8 суток, ведущим является поражение тонкого кишечника.

3. Церебральный — развивается при облучении в дозах более 80-100 Гр, продолжительность жизни менее 2 суток, развиваются необратимые изменения в ЦНС.

На популяционном уровне радиочувствительность зависит от следующих факторов:

- особенности генотипа (10-12% людей обладает повышенной радиочувствительностью);

- физиологическое (сон, бодрость, усталость, беременность) или патофизиологическое состояние организма (хронические заболевания, ожоги, травмы);

- пол (мужчины обладают большей радиочувствительностью);

- возраст (наименее чувствительны люди среднего возраста.)

Особенности радиочувствительности во внутриутробном периоде развития заключаются в высокой радиочувствительности малодифференцированных тканей плода. При облучении беременных женщин выделяют четыре классических эффекта у потомства:

- эмбриональная, неонатальная и постнатальная гибель плода;

- врождённые пороки развития;

- нарушение роста и физического развития;

- нарушение функции центральной нервной системы.