ДНК повреждения, вызываемые ионизирующим излучением

Стволовые клетки костного мозга, зародышевого эпителия тонкого кишечника, кожи и семенных канальцев характеризуются высокой пролиферативной активностью. Еще в 1906 г. Л. Вегдоп1е и Ь. Тг1Ьопс1еаи сформулировали основной радиобиологический закон, согласно которому ткани с малодифференцированными и активно делящимися клетками относятся к радиочувствительным, а ткани с дифференцированными и слабо или вообще не делящимися клетками — к радиорезистентным. По этой классификации кроветворные клетки костного мозга, зародышевые клетки семенников, кишечный и кожный эпителий являются радиочувствительными, а мозг, мышцы, печень, почки, кости, хрящи и связки — радиорезистентными. Исключение составляют небольшие лимфоциты, которые (хотя они дифференцированы и не делятся) обладают высокой чувствительностью к ионизирующему излучению. Причиной, вероятно, является их выраженная способность к функциональным изменениям. При рассмотрении радиационного поражения радиочувствительных тканей следует учитывать, что и чувствительные клетки, находясь в момент облучения в разных стадиях клеточного цикла, обладают различной радиочувствительностью. Очень большие дозы вызывают гибель клеток независимо от фазы клеточного цикла. При меньших дозах цитолиз не происходит, но репродуктивная способность клеток снижается в зависимости от полученной ими дозы. Часть клеток остается неповрежденной либо может быть полностью восстановленной от повреждений. На субклеточном уровне репарация радиационного поражения происходит, как правило, в течение нескольких минут, на клеточном уров- [c.17]

Исследование структурных повреждений облученного химотрипсина показало, что поглощение энергии ионизирующих излучений вызывает [c.82]

Частым типом структурных повреждений ДНК, вызываемых УФ-излучением, является образование пиримидиновых димеров в результате ковалентного связывания соседних пиримидиновых оснований. Реже УФ вызывает разрыв водородных связей, образование межцепочечных поперечных сшивок и поперечных сшивок между ДНК и белком. Ионизирующие излучения всех видов вызывают главным образом одноцепочечные разрывы в ДНК разрывов, поражающих обе цепи, обычно на порядок меньш.е. Различные химические мутагены индуцируют образование внутрицепочечных и межцепочечных поперечных сшивок и одноцепочечные разрывы ДНК. [c.129]

Допустимая доза внешнего облучения. Этим термином Международный конгресс радиологов в 1953 г. обозначил дозу ионизирующего излучения, которая, как можно полагать в свете современных знаний, не должна вызывать значительного повреждения человеческого организма в любой момент времени на протяжении его жизни . При этом значительным повреждением было условлено понимать всякое повреждение или влияние, которое человек будет считать нежелательным или авторитетные медицинские специалисты будут рассматривать как вредное для здоровья и благополучия человека . [c.202]

Повреждения ДНК, вызываемые ионизирующим излучением, подразделяются на две категории непосредственные и опосредованные. Непосредственные повреждения представляют собой одноцепочечные или двухцепочечные разрывы в ДНК они относительно редки. Опосредованные повреждения возникают в связи с образованием свободных радикалов, которые также вызывают одноцепочечные и двухцепочечные разрывы. Эта реакция подав- [c.484]

Отходя от чисто описательных аспектов повреждения хромосом, необходимо в первую очередь рассмотреть зависимость выхода аберраций от дозы. Опыты с животными и данные по облученным больным показали, что выход аберраций (/) после облучения клеток излучением с низкой ЛПЭ лучше всего описывается простым математическим уравнением у = сЮ +, где О - доза, а а и 0 - константы. Это уравнение хорошо согласуется с гипотезой о том, что некоторые аберрации являются результатом прохождения через хромосому лишь одной ионизирующей частицы (одно попадание), поэтому их выход пропорционален дозе (оО), в то время как другие аберрации вызываются прохождением двух отдельных частиц, и их выход пропорционален квадрату дозы (/ Я). На рис. 7.7 показаны примеры одно- и двухударных хромосомных и хроматидных аберраций. Одноударные аберрации линейно зависят от дозы, для более сложных аберраций зависимость нелинейная (рис. 7.8). Выход одноударных аберраций, по-видимому, не зависит от мощности дозы. Если события ионизации происходят с частотой 1 раз в 1 с или 1 раз в 1 мин и каждое такое событие вызывает разрыв, то соответственно через 1 мин или через 1 ч в обоих случаях будет получена одна и та же поглощенная доза и возникает одно и то же число (около 60) потенциальных разрывов хромосом. Два повреждения одной хромосомы, необходимые для образования более сложных аберраций, могут порождаться одним или двумя треками ионизирующих частиц, и истинная форма кривой доза — эффект для двухударных аберраций типа, например, нестабильных дицентриков будет зависеть от мощности дозы и ЛПЭ излучения. Мощность дозы здесь важна, поскольку число наблюдаемых двухударных аберраций зависит от вероятности того, что первый и второй разрывы произойдут рядом друг с другом в пространстве и времени. Необходимо, чтобы два разрыва находились в достаточной близости друг к другу в ядре для того, чтобы они могли взаимодействовать и дать двухударную аберрацию они должны также произойти в максимально коротком временном интервале, чтобы первый разрыв не успел воссоединиться до того, как возникает второй. [c.94]

Таким образом, мы вправе заключить, что общая картина лучевой патологии формируется ие только в результате прямого поражения ионизирующим излучением клеточных элементов раз личных органов и тканей, по в результате опосредованных радиационных эффектов. Представляется маловероятным предположение о том, что облучение инициирует появление какого-либо одного универсального агента, способного как усиливать лучевое поражение структур, поглотивших энергию излучения, так и вызывать повреждения различных тканевых элементов, не претерпевших непосредственного радиационного воздействия. Вероятно, опосредованные радиационные эффекты формируются под влиянием пораженной нейрогуморальной системы регуляции жизненных функций, в результате развития аутоиммунных процессов, связанных с появлением продуктов распада тканей, вследствие изменения уровня биологически активных веществ в клетках и выхода их из мест депонирования, а также многих других причин. [c.210]

Медленные или тепловые нейтроны (0,025 эВ — 0,1 кэВ) взаимодействуют в основном путем проникновения в ядро атома, где они "захватываются" или удерживаются. Быстрые нейтроны (> 0,02 МэВ) взаимодействуют в основном путем упругого столкновения с ядром. Максимальный перенос энергии происходит при прямом столкновении (законы механики показывают, что если массы двух столкнувшихся частиц равны, то возможна полная передача энергии). Для нейтрона это становится справедливым при столкновении с ядром водорода, т. е. протоном, а для живой материи, богатой атомами водорода, это взаимодействие имеет большое значение. В результате этого взаимодействия образуются протоны, обладающие энергией, приближающейся к энергии свободных нейтронов. Будучи тяжелыми заряженными частицами, они вызывают интенсивную ионизацию по мере замедления (сравните с а-частицами). Нейтроны сталкиваются и с ядрами других атомов (например, ядрами атомов углерода, кислорода и т. д.), вызывая плотно ионизирующее излучение, что приводит к значительным биологическим повреждениям. [c.14]

Повышенную эффективность действия ионизирующих излучений в присутствии кислорода (гл. 8) можно объяснить тем, что кислород активен на уровне начальных химических повреждений. Существует несколько гипотез, пытающихся объяснить этот эффект. Одна из них предполагает, что кислород действует прямо на облученную молекулу "мишени" и предотвращает возможность любых восстановительных процессов. Наиболее распространенная гипотеза состоит в том, что кислород индуцирует появление более разрушительных свободных радикалов, которые и вызывают кислородный эффект. [c.24]

Тот факт, что кривые выживаемости - экспоненциальные, предполагает, что процесс гибели клеток является случайным. Как следует из гл. 1, энергия ионизирующего излучения вызывает в живой материи случайные процессы ионизации и возбуждения, и эти события, по-видимому,-причина биологических повреждений. [c.48]

Ионизирующие излучения вызывают разрывы нуклеотидных цепей и разнообразные изменения азотистых оснований. Этим объясняется летальное действие ионизирующей радиации. Многочисленные повреждения возникают при действии разных химических соединений — образование ковалентных связей между цепями ДНК, дезаминирование оснований, отщепление оснований и др. [c.155]

В процессе ряда последовательных взаимодействий ионизирующего излучения с отдельными молекулами, входяпцши в клетку, происходит передача энергии клеточному веществу. Поскольку энергия, передаваемая молекулам при каждом взаимодейств1ш, относительно велика, то небольшое количество энергии, проникшее в тело в виде ионизирующего излучения, может вызвать значительное повреждение клеток. Когда заряженная частица (а- шш р-частица) проходит через вещество, ее электрическое поле взаимодействует с электронами атомов, возбуждая и ионизируя последние. Большая часть электронов, освобождающихся при начальной ионизации, обладает достаточной энергией, чтобы в свою очередь возбудить или ионизировать следующие атомы на своем пути. Поэтому процесс повреждения молекул локализован в области, где потеряла свою энергию входящая частица, вызывая возбуждение и ионизацию атомов. Возбуждение атома, возникшее при переходе одного из его электронов на более высокий энергетический уровень, приводит к увеличению его химической активности, а ионизация делает его еще более активным. [c.39]

Образование перекиси водорода при облучении воды, особенно в присутствии кислорода, привело к умозрительному выводу, правда подкрепленному некоторыми доказательствами, что повреждение живых клеток при интенсивном облучении отчасти может быть обусловлено химическим механизмом с участием перекиси водорода или других перекисей [108, 109]. Конечно, протекающие при этом процессы очень сложны и связаны, без сомнения, с различными другими реакциями с участием свободных радикалов, но, поскольку основное содержимое большинства клеток (около 70%) представляет собой воду, образование следов перекиси водорода должно быть весьма вероятным. Угнетающее действие перекиси водорода на биологические процессы рассматривается в другом разделе. Особенный интерес представляют два доказательства 1) отмечено, что добавление перекиси водорода в среды с бактериями может вызвать появлепие мутантных штаммов, аналогичных наблюдаемым при облучении бактерий, 2) найдено, что различные биологические структуры при облучении в атмосфере с недостаточным содержанием кислорода разрушаются меньше, чем при достаточной концентрации кислорода. Так, при более низком парциальном давлении кислорода, чем в воздухе, крысы в состоянии перенести значительно большие дозы излучений, а рентгеновское облучение вредителей растений и фруктов вызывает меньшее количество изменений хромосом и мутаций. При бомбардировке рентгеновскими лучами это согласуется с установленной четкой взаимосвязью между количествами образовавшейся перекиси водорода и присутствующего кислорода. Дальнейшие данные по этому вопросу можно получить из недавно проведенного семинара по химии биологических последействий ультрафиолетовых и ионизирующих излучений [110]. [c.64]

Интенсивное облучение флуоресцирующего органического кристалла или пластического раствора ионизирующим излучением вызывает снижение их сцинтилляционной эффективности. Этот эффект повреждения ионизирующим излучением впервые наблюдался Бирксом и Блеком [20] при действии [c.196]

Для искусственного индуцирования полиплоидии используются различные факторы, которые в основном вызывают полиплоиди-зацию и в природе физические (температурные воздействия, ионизирующие излучения), механические (повреждение тканей,, центрифугирование) и химические (колхицин, аценафтен, ауран-ция фенилуретан, хлористый сангуинарин, гаммексан, вератрин, линдан, хлоралгидрат, закись азота, хлороформ и многие другие). [c.57]

Подавляющее большинство радиационных генетиков мира признают, что "любое увеличение количества ионизирующего излучения, которому подвергаются популяции человека, вызывет, вероятно, пропорциональное увеличение частоты мутаций". Каковы же доказательства, подтверждающие это положение В первой части этой главы говорилось о том, что излучение вызывает все известные типы дефектов хромосом. В этой, второй части будут обсуждаться генетические доказательства того, что у человека и животных излучение вызывает наследственнь)е генетические повреждения. [c.100]

В случае сохранения сокращенных периодов интерфазы митотического цикла в последующих поколениях клеток недорепарируемые и недовосстановленные повреждения, ошибки обмена и синтеза, не приводящие к гибели клеток в первом митозе, будут накапливаться с каждым поколением клеток и в конце концов начнут мешать течению нормальных метаболических процессов и в крайнем случае вызывать гибель клеток. В этом мы видим причину гибели части поврежденных клеток не в первом митозе, а в последующих, а также причину срыва так называемого абортивного подъема числа лейкоцитов после их снижения при возде11ствии ионизирующих излучений. С этим, видимо, связаны и другие наблюдения. [c.131]

Гидроксильный радикал ОН 10- с < 10 нм Разложение пероксида водорода ионами металлов переменной валентности (реакция Фентона) действие ионизирующих излучений на воду образование при микросо-мальном окислении при взаимодействии с 07 Сильный окислитель, индуцирующий разрыв СН-связей индукция ПОЛ вызывает повреждения молекул белков и нуклеиновых кислот оказывает сильное цитотоксическое, мутагенное и канцерогенное действия Одно- и многоатомные спирты, аскорбиновая кислота, мочевая кислота, тиомоче-вина,урацил, диметилсульфоксид [c.108]

Ионизация вызывает в живой материи в течение короткого промежутка времени химические изменения. Повреждения могут быть результатом прямого действия ионизирующего излучения или косвенного — через свободные радикалы (см. с. 22). Цепь химических реакций, приводящих к повреждению молекул, выполняющих важнейшие биологические функции, может происходить в течение 10 с, в то время как для окончательг ного проявления биологического повреждения нередко требуются часы, сутки и даже десятилетия. [c.29]

Ионизирующее излучение вызывает в живой материи случайные события ионизации и возбуждения. Согласно теории мишени в клетке есть одно или несколько критических мест или мишеней, поражение которых может привести к гибели клетки. Ионизация, происходящая вне мишени, не приводит к гибели клеток теория мишени относится исключительно к прямому действию ионизирующего излучения. Диффузия свободных радикалов как посредников радиационных повреждений, а также способность клетки репарировать начальные радиационные повреждения делают простое применение теории мишени к клеткам высших растений и животных трудным. Тем не менее радиационная гибель клеток млеко-питаюи йх очень хорошо подходит под некоторые модели теории мишени, поэтому поиски молекулы мишени не закончены, но многочисленные данные свидетельствуют о том, что такой молекулой является ДНК. Тесная связь ДНК с ядерными мембранами также указывает на возможную критическую роль мембраны в гибели клеток. [c.57]

Ионизирующее излучение может быть также использовано для лечения злокечественных опухолей. Радиационную гибель клеток и задержку деления клеток подробно рассматривали в гл. 3 и 4. К сожалению, гибель клеток опухоли не так проста, как представляют данные кривых выживаемости. Применение больших однократных доз облучения, способных инактивировать все опухолевые клетки, вызывает повреждение нормальных, окружающих опухоль, тканей. В результате многочисленных опытов радиологи пришли к выводу, что использование ежедневных более мелких фракций дозы является единственным путем излечения опухоли без существенного повреждения нормальных тканей. Эти режимы позволяют нормальным клеткам репарировать повреждения, однако репарация происходит как в нормальных, так-и в опухолевых тканях, поэтому обычное фракционирование дозы — не лучший способ лучевой терапии опухолей. И все же в настоящее время это, вероятно, единственный способ успешного лечения злoкaчe твeннь x новообразований облучением. Успех лучевой терапии рака зависит от ряда факторов, включающих радиочувствительность, репарацию, репопуляцию, реоксигенацию клеток и перераспределение клеток по клеточному циклу. [c.141]

В то время как а- и Р-частицы непосредственно возбуждают и ионизируют атомы, у-излучение в основном вызывает эти эффекты после первоначального акта взаимодействия с атомами, при котором возникает заряженная частица. Это фотоэлектрическое поглощение у-квантов, комптоновское рассеяние у-квантов и образование пар. Относительная вероятность этих трех процессов взаимодействия зависит от энергии у-квантов. Пространственное распределение радиационных повреждений для а-, р- и у-излучений различно. а-Части-цы проникают на очень малые расстояния (около 35 мкм для частиц с энергией 5 МэВ) в ткани тела и оставляют за собой характерный прямой след интенсивной ионизации. Р-Частицы проникают на большую глубину (до нескольких мшшиметров для частиц с энергией 1 МэВ) и оставляют след с существенно меньшей плотностью ионизации. у-Излучение может проникнуть в тело на значительную глубину, прежде чем произойдет взаимодействие, приводящее к ионизации. Быстрые нейтроны также глубоко проникают в [c.39]

Прямое действие радиации на молекулы объясняют теория мишеней или попаданий и вероятностная гипотеза. Согласно первой попадание ионизирующей частицы в чувствительную часть (мишень) молекулы или структуры клетки вызывает ее повреждение, генетические изменения и гибель. Обнаружено, что с увеличением дозы количество повреждений в облучаемом объеме увеличивается в геометрической прогрессии, причем по-вреждение может быть результатом как одного попадания, так и нескольких. По вероятностной гипотезе взаимодействие излучения с мишенью происходит по принципу случайности, а реакция на излучение зависит от состояния биологической системы в момент действия излучения. [c.436]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология