Введение
Чувствительность клеток к радиации
Радиочувствительность – относительная восприимчивость клеток, тканей, органов или организмов к вредному воздействию ионизирующего излучения.
Типы клеток, затронутые
Клетки наименее чувствительны в фазе S, затем в фазе G1, затем в фазе G2 и наиболее чувствительны в фазе M клеточного цикла. Это описано в «законе Бергоние и Трибондо», сформулированном в 1906 году: рентгеновские лучи наиболее эффективны в отношении клеток с большей пролиферативной активностью. На основании своих наблюдений они заключили, что быстро делящиеся опухолевые клетки, как правило, более чувствительны, чем большинство клеток организма. Однако это не всегда так. Опухолевые клетки могут быть гипоксичными и, следовательно, менее чувствительными к рентгеновским лучам, поскольку большинство их эффектов опосредованы свободными радикалами, образующимися при ионизации кислорода. Впоследствии было показано, что наиболее чувствительными являются недифференцированные, хорошо обеспеченные питательными веществами, быстро делящиеся и обладающие высокой метаболической активностью клетки. Среди клеток организма наиболее чувствительны сперматогонии и эритробласты, эпидермальные стволовые клетки, стволовые клетки желудочно-кишечного тракта. Наименее чувствительны нервные клетки и мышечные волокна. Очень чувствительными также являются ооциты и лимфоциты, хотя они находятся в состоянии покоя и не соответствуют вышеописанным критериям. Причины их чувствительности остаются неясными. Кроме того, существует, по-видимому, генетическая обусловленность различной уязвимости клеток к ионизирующему излучению, что было продемонстрировано при различных типах рака и в нормальных тканях.
Классификация повреждения клеток
Повреждение клетки может быть летальным (клетка погибает) или сублетальным (клетка способна к восстановлению). Повреждение клеток в конечном итоге может привести к последствиям для здоровья, которые, согласно Международной комиссии по радиационной защите, классифицируются как реакции тканей или стохастические эффекты.
Реакции тканей
Тканевые реакции имеют порог облучения, при котором они не проявляются, и выше которого обычно возникают. Фракционирование дозы, скорость дозирования, применение антиоксидантов и другие факторы могут влиять на точный порог, при котором развивается тканевая реакция. Тканевые реакции включают кожные реакции (эпиляция, эритема, влажное отшелушивание), катаракту, заболевания системы кровообращения и другие состояния. В ходе систематического обзора было выявлено семь белков, коррелирующих с радиочувствительностью нормальных тканей: γH2AX, TP53BP1, VEGFA, CASP3, CDKN2A, IL6 и IL1B.
Стохастические эффекты
Стохастические эффекты не имеют порога облучения, носят случайный характер и не могут быть предотвращены. Их можно разделить на соматические и генетические эффекты. Среди соматических эффектов наиболее значимым является вторичный рак. Он развивается, поскольку радиация вызывает мутации ДНК как напрямую, так и косвенно. Прямые эффекты вызываются непосредственно ионизирующими частицами и излучением, а косвенные – свободными радикалами, образующимися, в особенности, при радиолизе воды и радиолизе кислорода. Генетические эффекты обуславливают предрасположенность к радиочувствительности у потомства. Механизм этого процесса пока недостаточно изучен.
Целевые структуры
На протяжении десятилетий считалось, что основной клеточной мишенью радиационного повреждения является молекула ДНК. Однако это представление было поставлено под сомнение данными, указывающими на то, что для повышения выживаемости клетки должны защищать свои белки, которые, в свою очередь, восстанавливают повреждения в ДНК. Важную роль в защите белков (но не ДНК) от вредного воздействия реактивных видов кислорода (РОС), являющихся основным механизмом радиационной токсичности, играют неферментные комплексы ионов марганца и небольших органических метаболитов. Также было показано увеличение выживаемости у мышей при облучении. Применение синтетически восстановленной защитной смеси, содержащей марганец, позволило сохранить иммуногенность вирусных и бактериальных эпитопов при дозах радиации, значительно превышающих те, которые необходимы для уничтожения микроорганизмов, что открывает возможность быстрого производства вакцины для всего организма. Внутриклеточное содержание марганца и природа образуемых им комплексов (оба измеримы методом электронного парамагнитного резонанса) оказались связаны с радиочувствительностью бактерий, архей, грибов и клеток человека. Кроме того, была выявлена корреляция между общим содержанием марганца в клетках, его изменениями и клинически определяемой радиочувствительностью различных опухолевых клеток, что может быть полезно для более точного определения радиодозы и улучшения лечения онкологических больных.