все регуляторные механизмы для противодействия наступающим в ней изменениям, в первую очередь очень сложную систему ферментов, восстанавливающих ДНК, стоящих на страже сохранения генетической информации, заключенной в ДНК. Эти ферменты выщепляют поврежденные участки ДНК и застраивают образующиеся бреши в одной спирали ДНК по образу и подобию второй сохранившейся спирали. Клетка мобилизует резервные пути метаболизма, чтобы снабжать энергией процессы репарации ДНК, использует имеющиеся антиокислители, чтобы затормозить образование токсических перекисей и хинонов, направляет запасные липиды на восстановление структуры биомембран и нарушенного при облучении ионного баланса. Современная структурно-метаболическая теория действия ионизирующей радиации на клетку учитывает возникающие в клетке противоположные процессы, с одной стороны, усиливающие поражение генома, и с другой — направленные на возвращение клетки в нормальное состояние.
Вероятностный характер взаимодействия противоположно направленных процессов и будет определять вероятность того, выживет или погибнет данная клетка. Кривые, отражающие зависимость проявления радиационного эффекта от дозы, получаемые экспериментально, и являются типичными кривыми для вероятностных процессов.
Из всего сказанного следует, что, отвечая на вопрос о том, почему одни клетки устойчивы, а другие чувствительны к действию радиации, нельзя указать какую-либо одну причину, определяющую радиочувствительность клетки. В истории радиобиологии попытки свести радиочувствительность только к одному фактору, например к интенсивности деления, объему генома[10], интенсивности репарирующих процессов и т. д., неизменно терпели поражение и не соответствовали всему фактическому материалу.
Радиочувствительность — это многофакторная характеристика. Какие дозы радиации может выдержать и не погибнуть данная популяция клеток, зависит одновременно от целого ряда причин: от объема генетического материала, активности энергообеспечивающих систем, интенсивности метаболизма клетки, активности и соотношения ферментов, обеспечивающих репарацию клетки, от устойчивости биомембран и их репарируемости, от уровня антиоксидантов и, следовательно, интенсивности образования токсических продуктов окисления — липидных и хиноидных радиотоксинов, от наличия в клетке предшественников радиотоксинов.
Клетки отличаются друг от друга по любому из этих показателей, но отсутствие одного может быть компенсировано другим, и только в комплексе они формируют радиоустойчивость клетки к действию радиации. Ясно, что чем выше доза облучения, тем больше возникает в клетке первичных измененных центров — в ДНК, хроматине, биомембранах, энергопродуцирующих системах, в регулирующих системах клетки. Тем больше вероятность, что регулирующие, репарирующие, выводящие токсические продукты системы клетки не справятся с процессами, усиливающими первичное радиационное повреждение, разрушающими единую, строго отрегулированную живую систему клетки; тем больше вероятность ее гибели.
Еще сложнее обстоит дело, когда облучается сложный, многотканевый организм теплокровных животных и человека. Здесь к процессам, идущим на клеточном уровне, присоединяются процессы межклеточных взаимодействий, взаимосвязи тканей и органов. В облученном организме изменяются циркуляция веществ, функции эндокринной системы, иммунные реакции; возникают процессы регенерации, замещения погибающих клеток новыми из запасных фондов организма; изменяются нейрогуморальные связи, регулируемые и интегрируемые ЦНС.
Ионизирующая радиация воздействует на все системы сложного организма. При облучении в сублетальных и летальных дозах изменяется проницаемость существенных барьеров (биомембран) организма. Повышается проницаемость стенок кишечника, и микрофлора кишечника начинает проникать во внутренние жидкости организма. Возникает угроза бактеримии. Изменяются свойства гематоэнцефалического барьера, поддерживающего постоянство среды в ЦНС.
Благодаря изменению проницаемости и сорбирующих свойств тканей желез внутренней секреции происходит выброс в кровь многих гормонов, характеризующих стрессовое состояние организма. Резко падает неспецифический иммунитет и способность организма противостоять инфекциям патогенными микробами; радиотоксины, образовавшиеся в одних тканях, проявляют свое действие, разносясь с током крови, в соседних и отдаленных органах. Все эти процессы будут усиливать вероятность общей дезорганизации и гибели организма.
С другой стороны, организм мобилизует все свои защитные механизмы. В ответ на массовую гибель кровяных клеток начинается усиленная выработка эффекторов[11] типа эритропоэтина, под влиянием которых начинается размножение покоящихся стволовых клеток, их дифференциация и замена, возмещение погибших клеток. Выделительная система организма очищает его от радиотоксинов и токсических веществ, распадающихся, пораженных радиацией клеток. Усиливается липидный обмен, ускоряется замена поврежденных липидов мембран нормальными, восстанавливаются свойства мембран. Включаются резервные энергопроизводящие системы, ликвидирующие недостаток макроэргов[12], необходимых для репарационных процессов.
Согласно структурно-метаболической теории, конечный результат будет зависеть от того, какие процессы, усиливающие или ликвидирующие лучевую болезнь, возьмут верх. Этот прогрессивный взгляд на развитие лучевой болезни дает врачам реальные указания применять при лечении все средства, тормозящие процессы, которые усиливают первоначальное поражение, и всячески способствовать процессам восстановления, регенерации, удаления токсических веществ.
В клинике уже широко применяются такие мероприятия, как снижение уровня токсинов путем кровезамещения, увеличение количества здоровых стволовых клеток путем пересадки иммунологически совместимого костного мозга. Эффективно введение антибиотиков для борьбы с бактеримией и интерферона для предупреждения инфекций. Действенно введение нейтральных макромолекулярных сорбентов для детоксикации организма, а также ДНК и составляющих ее компонентов для усиления процессов репарации поврежденного генетического аппарата. Вот далеко не полный список мероприятий для спасения облученного организма, используемый медициной на основе современных теоретических представлений в радиобиологии.
В этой главе автор попытался дать общее представление о том, чем угрожают организму ионизирующие излучения в сублетальных и летальных дозах. При уменьшении дозы облучения будут ослабевать процессы, усиливающие радиационное повреждение организма, начнут преобладать защитные восстанавливающие силы организма.
Естественно возникает вопрос: существует ли какой-то предел, порог- вредного действия радиации? Или в связи с кумулятивным характером ее действия малые дозы радиации все же несут опасность, пусть и небольшую, для живых организмов?
Наблюдая действие значительных доз ионизирующей радиации, радиобиологи твердо установили: чем выше доза, тем вероятнее проявление вредоносного действия радиации. Для многих эффектов существует линейная зависимость вероятности проявления эффекта от дозы. Сохраняется ли эта зависимость и для случая малых доз? Правильный ответ на этот вопрос имеет не отвлеченный, а огромный практический интерес. Как уже говорилось в предыдущих главах, малые дозы ионизирующей радиации получают все живые организмы на нашей планете. С малыми дозами мы постоянно сталкиваемся в наш атомно-ядерный век..
Проблема порога, правильности концепции линейности для области малых доз ионизирующей радиации, сопоставимых с колебаниями окружающего нас естественного фона радиации, настолько актуальна и злободневна, что ей стоит посвятить специальную главу.
Глава 6
ЧТО ИЗВЕСТНО
О БИОЛОГИЧЕСКОМ ДЕЙСТВИИ РАДИАЦИИ
В МАЛЫХ ДОЗАХ?
Как было уже отмечено выше, проблема действия малых доз радиации на биосферу, живые сообщества, отдельные виды живых организмов и на человека приобретает в настоящее время исключительно большое значение.
Из предыдущей главы мы знаем, что в достаточных дозах ионизирующее излучение несет гибель живым организмам. Если дозы облучения снижаются, то после лучевой болезни той или иной тяжести может наступить выздоровление. Однако выздоровление далеко не полное. В облученном организме развиваются скрытые от внешнего наблюдения процессы. По прошествии некоторого времени (исчисляемого месяцами и годами) проявляются так называемые отдаленные
