Патогенез нарушений при действии

Важно отметить, что энергия ионизирующего излучения (ИИ) значительно превышает энергию внутримолекулярных связей. Поглощаясь разнообразными молекулами и, особенно, макромолекулами, энергия излучения обычно мигрирует по их структурам и оказывает свое повреждающее действие в наиболее уязвимых (радиочувствительных) их образованиях.

Энергия ИИ оказывает на различные живые структуры организма (генетические и другие регуляторные, а также исполнительные системы, органы и ткани) как прямое, так и косвенное (опосредованное) влияние.

В результате прямого действия квантов той или иной энергии излучения в организме (в разнообразных его клеточных и межклеточных структурных образованиях, главным образом, в мембранах, ядре, органеллах и водных секторах) возникают многообразные по характеру и интенсивности изменения физико-химических и биохимических процессов. Последние приводят к развитию расстройств строения, метаболизма и функций генного и хромосомного аппарата, ДНК, РНК, белков, ферментов, липидов, липопротеидов, гликопротеидов, гликолипидов и др.

Под влиянием прямого воздействия ионизирующих лучей в различных атомах, молекулах (особенно воды), а также в макромолекуклах тканей возникает «возбуждение», ионизация, а также разрывы химических связей, образование и отрывы (отсоединение) свободных радикалов (ОН ^-,Н ^-) и т.д.

Вследствие ионизации водных молекул (так называемого радиолиза воды) образовавшиеся свободные радикалы взаимодействуют с возбужденными молекулами воды и кислородом клеточно-тканевых структур. Итогом этого непрямого влияния ИИ является приемущественное образование перекисей, особенно перекиси водорода (Н₂О₂), а также радикала оксида (НО₂^-) и атомарного кислорода (О ^-). Таким образом, непрямое (косвенное) действие ИИ (радиации) на клетки и ткани организма опосредовано через образование различных химических веществ – продуктов воды. Следует отметить, что сама концепция радиолиза воды была предложена Вейссом.

Оказалось, что продукты радиолиза воды обладают крайне высокой биохимической активностью, особенно способностью вызывания реакций окисления как по неустойчивым, так и устойчивым химическим связям. В результате этого возникают, нарастают и приобретают характер цепных разнообразные как физико-химические, так и биохимические реакции.

Вследствие окисления воды, сульфгидрильных (SH) групп, входящих, главным образом, в состав тиоловых ферментов, а также окисления ненасыщенных жирных кислот, фенолов, хинолов, ФАВ (гистамина, холина и др.) и других веществ образуются различные радиотоксины. Особое значение среди последних занимают липидные (липидные перекиси – продукты ПОЛ, кетоны, альдегиды, эпоксиды и др.) и хиноновые (образующиеся из тирозина, триптофана, серотонина, катехоламинов и др.) радиотоксины.

Особое значение в повреждающем влиянии ИИ на клетки имеют взаимодействия свободных радикалов, перекисей и радиотоксинов с молекулами нуклеиновых кислот, белков, липидов, углеводов, их комплексных соединений. Это сопровождается разрывами их химических связей, увеличением протеолиза, липолиза, гликолиза, распадом молекул белков, липидов, углеводов (особенно мукополисахаридов) и т.д.

Косвенное облучение тканей сопровождается активизацией ДНК-аз.

В результате различных радиохимических реакций как прямого влияния ИИ, так и опосредованного его влияния (через продукты радиолиза, радиотоксины, активизацию ДНК-аз и др.) отмечается развитие и нарастание повреждения, ферментативного распада и снижения синтеза нуклеиновых кислот, белков, ферментов, гормонов, витаминов и других ФАВ.

Центральное место в развитии пострадиационных нарушений в организме занимает повреждение структуры и нарушение активности ДНК.

Под влиянием ионизирующего облучения организма часто обнаруживаются хромосомные абберации (изменения числа и структуры как половых, так и соматических хромосом), а также - геномные, хромосомные и генные мутации.

Расстройства основных наследственных структур клеток сопровождаются разнообразными нарушениями, обычно угнетением синтеза ДНК, РНК, специфических белков, торможением и качественным расстройством деления клеток и даже гибелью клеток (возникающей не только при делении клеток, но и в их интерфазе).

Облучение, наряду с повреждениями нуклеиновых кислот и ядер клеток, часто приводит к нарушениям структуры, метаболизма и функций многообразных клеточных м внутриклеточных мембран, а также различных органелл (особенно лизосом, митохондрий, рибосом, эндоплазматического ретикулума и др.).

В результате деструкции лизосом наблюдается высвобождение из них различных активных гидролаз (протеаз, липаз, гликозидаз и др.). Последние еще больше повреждают разные внутриклеточные и межклеточные структуры, а значит еще больше усиливают расстройства структуры, метаболизма и функций клеток, тканей, органов, систем и организма в целом.

Важное место в активизации процессов катаболизма и снижения анаболических, восстановительных процессов при ионизирующем облучении организма занимают различные нарушения образования и использования макроэргов (приводящие к снижению как синтеза нуклеиновых кислот, белков и других важнейших для жизни веществ и соединений, так и энергетического обеспечения многих метаболических и физиологических процессов) и т.д.

Таким образом, в патогенезе многообразных радиационных и пострадиационных нарушений жизнедеятельности различных клеточно-тканевых структур организма важное место занимают повреждения ядра, генетических структур, избыток гидролаз, дефицит макроэргов, торможение деления и даже гибель клеток.

Следует отметить, что наибольшей радиочувствительностью (а значит и наименьшей радиорезистентностью) обладают ткани, отличающиеся более интенсивным делением клеток (половые железы, лимфоидная ткань тимуса, селезенки, лимфоузлов, кроветворная ткань костного мозга), а также лимфоциты крови, лимфы и различных тканей.

Менее радиочувствительными структурами являются железистый эпителий, покровный эпителий, эндотелий сосудов, печень, почки, легкие, надпочечники.

Наименьшей радиочувствительностью (и наибольшей радиорезистент- ностью) обладают хрящи, кости, мышечная и, особенно, нервная ткань, т.е. структуры, отличающиеся низкой способностью к делению клеток.

Как видно из схемы 1, на механизмы повреждающего ДНК прямого и косвенного действия ИИ немаловажное влияние оказывают факторы:

- участвующие в восстановительных процессах (ферменты, выщепляющие поврежденные участки клеток; ДНК- полимеразы; макроэрги: АТФ, АДФ, КРФ; природные радиопротекторы – перехватчики как свободных радикалов, так и радиотоксинов);

- модифицирующие эффект действия как факторов облучения (прямого и/или косвенного действия ИИ), так и факторов восстановления поврежденных структур. В частности, к этим модифицирующим факторам относятся химические радиопротекторы, кислород, предшественники радиотоксинов, различные по характеру и интенсивности метаболические процессы и т.д.

При лучевом воздействии, как и при других видах повреждающего действия, наряду с нарушениями различных структур, метаболических процессов и функций, развиваются разнообразные компенсаторно-приспособительные реакции.

В частности, образование и нарастание различных оксидантов в облученном организме частично компенсируется естественными радиопротекторами – антиоксидантными системами (перехватчиками свободных радикалов, инактиваторами перекисей и донаторами сульфагидрильных групп: супероксиддесмутаза, каталаза, пероксидаза, восстановленый глутатион и др.).

В ответ на радиационное повреждение ДНК клетки проявляют определенную способность к их репарации с участием:

- эндонуклеазы, перерезающей дефектную ДНК;

- экзонуклеазы, обеспечивающей расщепление в нескольких местах

дефектной ДНК;

- полимеразы, способной синтезировать нормальную ДНК;

- лигазы, способной присоединять новый фрагмент ДНК к сохранившемуся ее фрагменту.