ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Клеточные эффекты ионизирующего излучения из "Биологические эффекты радиации" В условиях ин витро существует несколько способов накопления клеток в одной определенной фазе клеточного цикла и наблюдения за синхронным прохождением фаз. Строгая синхронность сохраняется лишь у одной или двух генераций клеток (один или два цикла деления), и затем индивидуальные различия между клетками приводят к постепенной ее потере. [c.58] Существуют по крайней мере три типа восстановления, которые увеличивают пострадиационную выживаемость клеток репарация сублеталь-ных повреждений (СЛП), репарация потенциально летальных повреждений (ПЛП) и медленная репарация . [c.59] Репарация сублетальных повреждений. При обсуждении теоретических аспектов кривых выживаемости клеток млекопитающих в гл. 3 было видно, что при облучении в низких дозах кривые характеризуются наличием плеча, за которым следует экспоненциальная часть, соответствующая облучению в более высоких дозах. По теории мишени такая кривая предполагает, что для гибели клетки необходимо одно или более попаданий в каждую из нескольких критических мишеней плечо показывает, что доля погибших клеток на единицу дозы намного меньше в начальной области плеча, чем при облучении в более высоких дозах. [c.59] При облучении в очень низких дозах, хотя и существует вероятность того, что некоторые клетки погибнут, большинство клеток имеет так называемые сублетальные повреждения, которые, по теории мишени, означают, что клетки не получили достаточного числа попаданий, чтобы погибнуть. Однако альтернативная гипотеза, которая сейчас очень популярна, предполагает, что наличие плеча обусловлено процессами репарации, называемыми О-репарацией, которые становятся все менее эффективными с увеличением доэы. Клетки, у которых отсутствует О-репарация, будут погибать экспоненциально даже при облучении в очень низких дозах. Если принять эту идею репарации, то все кривые выживаемости должны быть одноударными экспонентами, а плечо при облучении в низких дозах свидетельствует о возможности репарации сублетальных повреждений. Такая репарационная модель также предполагает, что N — экстраполяционное число — не имеет отношения к попаданию и мишеням, а просто отражает концентрацию О-фактора например, пул ферментов репарации или молекул — ловушек радикалов. Последние могут довольно быстро (уже при поглощенных дозах в несколько грей) насыщаться , и при облучении в высоких дозах гибель клеток будет экспоненциальной. [c.60] На рис. 4.3 показана кривая выживаемости клеток млекопитающих после дробного и однократного облучения в дозе Ю Гр, которая уменьшает выживаемость до уровня 5. Если вместо однократной дозы 10 Гр дать меньшую дозу (5 Гр), выживаемость будет на уровне 51. Если перед вторым облучением в дозе 5 Гр пройдет несколько часов, уровень выживаемости будет 82- В обоих случаях клетки получили общую дозу 10 Гр — однократно или фракционированно (2-5 Гр). [c.60] Клетки млекопитающих способны восстанавливаться от некоторых сублетальных повреждений (СЛП), вызванных первым облучением, поэтому второе облучение действует на уже сравнительно интактную, неповрежденную популяцию клеток. Поскольку эти клетки являются теперь почти неповрежденными, вторая фракция дозы излучения будет у многих клеток вызывать лишь сублетальный эффект. [c.60] В случае кривых выживаемости с небольшим плечом или вообще без плеча, аналогичных полученным при облучении с высокой ЛПЭ, отмечается незначительное восстановление при дроблении дозы, или оно не происходит вообще. Это объясняется тем, что излучения с высокой ЛПЭ весьма эффективно вызывают гибель клеток даже при малых дозах (см. гл. 8). [c.60] ДО 10 Гр И эффект фракционирования дозы. Первая доза облучения равна 5 Гр, за ней следуют с интервалом времени О, 2, 5 и 20 ч серии других доз, составляющих в сумме с первой дозой 10 Гр. Кривая с временным интервалом О ч, естественно, соответствует однократному облучению в дозе 10 Гр с интервалом 20 ч — смещена вправо на величину вновь появившегося плеча. Следует отметить, что появление плеча не сопровождается какими-либо изменениями наклона кривой, т. е. дозы Оо- Уровни выживаемости 5о 5 и 5го свидетельствуют о том, что восстановление от сублетальных повреждений зависит от времени. [c.61] Эксперименты, в которых применяли химические ингибиторы таких клеточных процессов, как синтез ДНК, РНК и белка, вначале привели к выводу о том, что процесс репарации не является ферментативным, а является чисто физико-химическим процессом, не требующим метаболической активности. Однако последние исследования с использованием метаболических ингибиторов и особенно кислорода привели к противоположному выводу репарация сублетальных повреждений зависит от обмена веществ в клетке. [c.62] В некоторых тщательно проведенных экспериментах обнаружено, что присутствие или отсутствие кислорода не влияет на плечо кривой выживаемости. Это означает, что в состоянии жесткой гипоксии клетки аккумулируют сублетальные повреждения. Однако репарация этих повреждений существенно уменьшается или совсем не происходит, если клетки полностью лишены кислорода в течение интервала времени между фракциями дозы. Вероятно, отсутствие кислорода вызывает уменьшение аэробного дыхания, что приводит к недостаточному снабжению энергией метаболических процессов, участвующих в репарации СЛП. Репарация не зависит от присутствия или отсутствия кислорода в клетке во время облучения. Таким образом, репарация сублетальных повреждений кислородозависима, снижается при температуре ниже 37 ° С (рис. 4.6), может быть подавлена некоторыми ингибиторами метаболизма. Все это свидетельствует о том, что репарация сублетальных повреждений зависит от клеточного метаболизма. [c.62] События на молекулярном уровне, обусловливающие сублетальные повреждения и их быструю репарацию, еще находятся в стадии исследования. Фаза быстрой репарации (см. А на рис. 4.5) уже описана, другие фазы — Б, В л Г будут кратко рассмотрены далее. Для того чтобы объяснить колебания процессов репарации Б, В м Г на рис. 4.5), необходимо вернуться к тому, что было сказано об относительной радио-чувствительности в разных фазах клеточного цикла (с. 58). [c.62] Первая доза облучения будет предпочтительно вызывать гибель наиболее чувствительных клеток останется популяция, находящаяся в наиболее резистентных фазах клеточного цикла. Облучение поэтому будет частично синхронизировать клетки, но оно также приведет к ингибированию движения клеток по фазам цикла на короткое время, например на 2—3 ч, в зависимости от дозы облучения. Когда эта популяция резистентных клеток начнет движение по циклу, клетки будут двигаться к более чувствительным фазам цикла. Именно такая популяция клеток, ставшая теперь более чувствительной, и будет облучаться второй дозой через 3, 4 или 5 ч после первой дозы. В результате образуется фаза Б (см. рис. 4.5). [c.63] В конце концов полусинхронная популяция вступает в более резистентную фазу, что приведет к подъему выживаемости в фазе В (см. рис. 4.5). Наконец, клетки более или менее десинхронизируются, и их реакция на вторую дозу облучения — сумма индивидуальных фаз чувствительности клеток — конечная стадия Г. [c.63] Такие закономерности восстановления характерны для большинства клеток млекопитающих, различаются только времена наступления пиков и спадов для различных типов клеток. [c.63] Репарация сублетальных повреждений после воздействия ионизирующим излучением с высокой ЛПЭ намного снижена, но следует той же временной зависимости. Этот недостаток репарации и является причиной того, что на кривой выживаемости для излучений с высокой ЛПЭ определяется очень маленькое плечо (см. гл. 8). [c.63] Наконец, проведен ряд экспериментов, в которых использовали повторяющиеся фракции дозы, т. е. имитировапи клиническую лучевую терапию (см. гл. 9). Эти эксперименты проводили в целях выяснения, могут ли клетки полностью репарировать сублетальные повреждения снова и снова после каждой фракции дозы. Некоторые эксперименты на этот вопрос отвечают положительно, в то время как другие предполагают постепенное уменьшение способности к восстановлению после, скажем, пяти или более фракций. [c.63] Один из важнейших практических аспектов изучения способности клеток к восстановлению от вызванных облучением сублетальных повреждений — применение зтих данных в лучевой терапии опухолей. Для лучевой терапии интересно предположение о том, что дробление дозы излучения ведет к постепенному снижению способности клеток опухолей к восстановлению (см. гл. 9). [c.63] Репарация потенциально летальных повреждений. Репарацию ПЛП можно наблюдать как в условиях ин витро, так и ин виво после однократной дозы облучения с последующим изменением пострадиационных условий. Условия, благоприятные для репарации ПЛП, — те, при которых клетка может существовать, но не может расти или делиться. Такие условия можно назвать субоптимальными . К ним можно отнести низкие температуры, введение метаболических ингибиторов или помещение клеток после облучения в физиологический раствор вместо обычной питательной среды роста и т. д. Все это приведет к тому, что выживет большее число клеток, чем при инкубации в оптимальных условиях. [c.63] На рис. 4.7 показана выжившая фракция линии клеток опухоли млекопитающих, облученных рентгеновским излучением или нейтронами и субкультивируемых сразу после облучения или с задержкой 5 ч. Данные, полученные при рентгеновском облучении, четко показывают, что репарация ПЛП происходит, в то время как в случае облучения нейтронами репарация ПЛП практически отсутствует. Следует отметить, что репарация ПЛП сопровождается изменением о, и в этом смысле она отличается от репарации сублетальных повреждений, при которых изменений не отмечено. Практически полное отсутствие репарации ПЛП после воздействия ионизирующим излучением с высокой ЛПЭ характерно для большинства, но не для всех линий клеток. [c.64] Кривые выживаемости, полученные при рентгеновском облучении (рис. 4.7), также показывают, что репарация ПЛП сопровождается увеличением с небольшими изменениями или без изменений области плеча. Молекулярная природа ПЛП неизвестна. Повреждения могут стать летальными вследствие неправильной репарации ДНК или освобождения ферментов из поврежденных мембран или же нелетальными, например, при правильной репарации ДНК или поврежденной мембраны. Интересно заметить, что клетки, взятые у пациентов, страдающих АТ, имеют пониженную способность к репарации ПЛП после рентгеновского облучения (см. гл. 3). [c.64] Вернуться к основной статье