Восстановление от радиационного повреждения

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]

Состояние обмена после облучения оказывает влияние на цепь событий, ведущих от начальных поражений, обусловленных радиацией, до конечного проявления этих поражений. Более ранних стадий указанного процесса мы касались на предыдущих заседаниях. Здесь мы остановимся на более поздних фазах и рассмотрим способы их модификации. Этот вопрос широко исследуется в последние годы в большом и противоречивом материале, однако, имеется одна общая тенденция все более подчеркивается роль обменных процессов в первоначальном радиационном повреждении и при восстановлении. [c.199]

Некоторые другие добавки, например содержащие лабильные Н-атомы сульфгидрильные соединения цистеамин и цистеин, также защищают от радиационных повреждений. Механизм их действия, по-видимому, заключается в восстановлении окисленных молекул-мишеней. Репарация повреждений с помощью реакций этого типа, в том числе с участием цистеамина, наблюдалась при использовании метода импульсного радиолиза 16, 17]. [c.323]

Реакция организма на облучение в значительной степени зависит от продолжительности облучения. Поражающее действие ионизирующего излучения возрастает с увеличением дозы и несколько уменьшается, если облучение проводится многократными долями суммарной дозы. Это объясняется тем, что параллельно с развитием лучевого поражения идут гфоцессы восстановления, мешающие развиваться лучевому поражению. Многие радиационные повреждения репарируют-ся (восстанавливаются). Феномен пострадиационного восстановления обусловлен тем, что при облучении возникают и такие повреждения, которые при определенных условиях могут быть устранены системами ферментативной репарации. Такие повреждения гфиня-то называть потенциальными. Их дальнейшая судьба после возникновения двоякая либо они репарируются, и тогда клетка выживает, либо повреждение реализуется, и тогда клетка гибнет. [c.40]

Основные характеристики процесса восстановления клеток от летального радиационного повреждения были изучены в начале [c.143]

В облученном организме наряду с развитием первичных радиационных повреждений протекают восстановительные процессы, включающие репарацию повреждений ДНК и хромосом, восстановление сублетальных повреждений клеток, размножение и дифференцировку непораженных стволовых клеток и другие, пока еще малоизученные, эффекты. Установлено, что целый ряд химических веществ может влиять на характер и интенсивность протекания репаративных процессов, что создает еще одну предпосылку для направленной модификации радиочувствительности организмов. [c.233]

Аналоги пиримидиновых оснований, по-видимому, не влияют на восстановление от сублетальных радиационных повреждений, но могут уменьшать способность клеток к их накоплению. В некоторых случаях аналоги тимидина снижают пострадиационное восстановление от потенциально летальных повреждений. [c.236]

Одним из широко применяемых интеркалирующих соединений является актиномицин Д. Он реагирует с гуаниловыми группами ДНК, образуя ковалентные связи, или же вставляется между парами оснований ДНК, что может обусловливать уменьшение репарации радиационных повреждений, подавление ДНК-зависи-мого синтеза РНК и, как следствие, синтеза белка. Размер лучевых повреждений, например число разрывов цепи на единицу абсорбированной дозы, в присутствии препарата увеличивается и одновременно уменьшается репарация лучевых повреждений. Актиномицин Д тормозит воссоединение однонитевых разрывов и репаративную репликацию ДНК, подавляет восстановление целостности ДНК-мембранного комплекса, ингибирует активность ДНК-лигаз. [c.247]

Уровень выживания после дробного облучения намного выше, чем после однократного. Это можно объяснить тем, что клетки способны восстанавливаться от некоторой доли радиационных повреждений, вызванных первой дозой облучения до начала второго облучения. Восстановление клеток определяется по появлению плеча на кривой выживаемости между первой и второй дозами. Если восстановления не происходит, не будет наблюдаться уменьшения эффекта при дроблении дозы. Первая доза 5 Гр, конечно же, уменьшит уровень выживаемости клеток до уровня 51, второе облучение в дозе 5 Гр привело бы к уровню выживаемости [c.60]

Таким образом, величина радиационного эффекта при облучении клетки в периоде Ои так же как и в периоде О2, является результирующей двух процессов, один из которых определяется размерами повреждений, а другой — возможностью их восстановления в клетке. [c.66]

Однако следует учитывать, что повышение радиационной реакции клеток этими химическими соединениями связано не только с ингибированием процессов репарации. Обычно бывает трудно разделить два эффекта — усиление повреждаемости и подавление восстановления, так как в конечном счете регистрируется увеличение числа повреждений. Имеются, однако, многочисленные данные о том, что интеркалирующие соединения — блеомицин, кофеин и др. — увеличивают гибель только тех штаммов бактерий, которые способны восстанавливаться от повреждений, но не влияют на выживаемость мутантов, лишенных способности к какому-либо этапу репарации. Эти соединения эффективны при воздействии до и после облучения, но степень усиления радиационной реакции клеток уменьшается, если препарат вводится спустя некоторое время после облучения, т. е. после завершения процессов репарации. Кроме того, было показано, что эти препараты при пострадиационном воздействии изменяют форму кривой доза — эффект , уменьшая величину плеча (значение дозы Од) и значительно менее изменяя наклон кривой (значение дозы Оо). Если исходить из предположения о том, что ширина плеча может ха- [c.246]

Высказанные выше соображения касались механизмов развития начального радиационного поражения. Последнее десятилетие ознаменовалось крупнейшим открытием не только для радиационной биологии, но и для молекулярной биологии в целом. Доказано существование ферментативных систем, способных репарировать начальные радиационные повреждения генетического аппарата клетки. Изучение биохимических механизмов репаративных процессов показало, что облученные клетки способны выщеплять поврежденные азотистые основания, воссоединять разрывы полинуклеотидных цепей ДНК. Постепенно перед исследователями начинает развертываться сложная картина борьбы облученной клетки за выживание и сохранение нативных свойств путем активации репарирующих систем. Эти идеи привели к существенной трансформации представлений о характере действия ионизирующей радиации на клетку. Если на заре развития радиобиологии предпочтение отдавалось статичным моделям, которые рассматривали гибель клетки как результат простого поражения гипотетических субклеточных мишеней, то для современного периода характерен динамический подход, который в целом соответствует представлениям динамической биохимии и биофизики. Становится общепринятым рассмотрение радиобиологического эффекта как результата интерференции двух противоположно направленных процессов — развития начального радиационного поражения и его элиминации за счет функционирования репарирующих систем. Основываясь на этом, Хуг и Келлерер предложили в качестве общей теории действия ионизирующих излучений на клетку стохастическую гипотезу . Она базируется на представлениях о том, что случайные и диффузно расположенные акты ионизации и возбуждения только в редких и маловероятных случаях однозначно приводят клетку к гибели. На эту стохастику первого порядка должна накладываться стохастика более высоких порядков , которая определяется динамической нестабильностью жизненных процессов, способных элиминировать или усиливать начальное радиационное повреждение. Разработанный авторами математический аппарат позволяет формально оценить вероятность перехода повреждения с одного уровня на следующий (развитие повреждения) или обратного перехода, связанного с восстановлением радиационного повреждения. Предложенные математические модели позволили Хугу и Келлереру получить семейство дозных кривых, хорошо согласующихся с наблюдаемыми в реальных экспериментах на клетках. Это послужило важным критерием приложимости динамических моделей для объяснения радиобиологических феноменов. [c.135]

Таким образом, если допустить, что действие ионизирующей радиации на НМС — ДНК в клетке подобно действию в разбавленном растворе, то высокая биологическая эффективность радиации на эти структуры может быть связана не только с большим размером радиационно-химических повреждений (разрывами полинуклеотидной цепи, модификациями оснований в молекуле ДНК), но и с денатурационными повреждениями. Не исключено, что в клетках более высокоорганизованных существ, чем микроорганизмы, где ДНК входит в состав таких сложных надмолекулярных структур, как хромосомы, именно денатура-циовные повреждения в структуре ДНК могут быть причиной различной реакции клетки на облучение и определять не только размеры повреждения в клетке, но и возможность восстановления этих повреждений. Если считать, что в общем виде наши соображения верны, то изложенное выше можно подкрепить несколькими примерами. [c.64]

Существует некая форма процессов восстановления, ограниченных во времени. Подобное ограниченное во времени ослабление радиационного повреждения действительно наблюдалось на мышах [3]. Особый вид клеточного восстановления, наблюдавшийся Elkind и Sutton [1], также завершается в аналогичный период времени. В настоящее время эксперименты, проведенные на самых разных биологических объектах, дают основание предполагать, что процесс, который можно назвать [c.37]

М. Н. Мейссель пришел к выводу, что развитие начальных радиационных повреждений до явных поражений клеток обусловлено нарушением баланса обмена веществ, а понижение уровня метаболизма благоприятствует процессам восстановления. Эти процессы сами по себе являются обменными, требующими доставки энергии, и связаны с метаболизмом аминокислот. [c.208]

Признанным способом модификации действия рентгеновых или гамма-лучей является фракционированное облучение. Поэтому естествен интерес к использованию этого приема при изучении нейтронов, так как он позволяет характеризовать восстановление от радиационных повреждений. Однако надо иметь в виду, что фракционирование и изменение мощности дозы могут влиять на результаты облучения за счет разных механизмов (Некрасова, Граевский, 1973). Эти различия находят и терминологическое выражение, поскольку при оценке опытов с расщепдге-нием дозы говорят специально о пострадиационном восстановлении или да/ке только об эффекте фракционирования, выделяя этот феномен из ряда других, сходных с ним внешне. [c.125]

Эти материалы в совокупности со многими данными о накоплении радиационных повреждений, ведущих к сокращению длительности жизни, возникновению опухолей при хроническом нейтронном облучении, обусловили представление о невосстано-вимости клеток и всего организма от нейтронных поражений. Однако имеется много наблюдений, указывающих на возможность пострадиационного восстановления, модифицирующего эффекты облучения нейтронами. [c.128]

Для модификации действия ионизирующей радиации дгожно применять химические вещества как до облучения, так и после него. Химической защитой называют уменьшение радиационного поражения нри использовании соответствующих соединений до воздействия радиации (Ba q, 1966). В случае такого же эффекта в результате применения тех или иных агентов после облучения принято говорить о модификации (у животных — о лечении), а не о защите. Такое деление основано на представлении, что радиационное поражение данной систелш полностью определяется процессами, которые развиваются на самых первых этапах, непосредственно следующих за поглощением энергии веществом. Их изменение в результате присутствия химических веществ влечет за собой уменьшение радиационного повреждения, что и составляет сущность химической защиты. Воздействия после облучения, естественно, не сказываются на таких начальных процессах, и их эффект связан с другими механизмами (пострадиационное восстановление, ингибирование реакций образования биологически активных веществ, нормализация ферментативной активности и т. д.). [c.155]

Материал этой главы посвящен рассмотрению биофизических подходов к анализу механизмов инактивации биомакромолекул ионизирующей радиацией. В общем ряду радиобиологических проблем этот вопрос имеет первостепенное значение лучевое поражение любой биологической системы, от вируса до многоклеточного организма, начинается с инактивации небольшого числа молекул, составляющих биологичеомий субстрат. В то же время облученные сухие гомогенные препараты ферментов или нуклеиновых кислот I— идеальная система для биофизического анализа. В живой клетке на первичные радиационные повреждения макромолекул накладываются эффекты, гораздо более сложные и пока еще не определенные расширение поражения за счет метаболических реакций, восстановление пораженной молекулы за счет функционирования репарирующих систем, эффекты, связанные с гетерогенностью облучаемой системы, присутствием воды и низкомолекулярных субстратов и т. д. Следовательно, изу- [c.94]

Целый ряд химических агентов, влияющих на восстановление клетками радиационных повреждений, модифицирует радиочувствительность (актиномицин Д, циклогексимид, стрептовитацин А и др.). [c.126]

Можно полагать, что подавление процессов репарации ведет к увеличению нерепарируемых повреждений и повышению гибели клеток. Подавление восстановления клеток от сублетальных и потенциально летальных радиационных повреждений отмечается при воздействии гипо- и гипертонических растворов, вызывающих диспергирование и конденсацию хроматина, интеркалирующих агентов, кофеина. Природа этих повреждений пока не расшифрована, но возможно, что потенциально-летальные повреждения — [c.245]

Рассмотренные гипотезы физико-химических механизмов взаимодействия протекторов и макромолекул могут быть дополнены представлением, выдвинутым Д. М. Спитковским и др. (1969), В. Т. Андриановым и др. (1976), о механизмах структурной защиты . Отмечая, что наиболее уязвимыми повреждениями с позиции самого существования надмолекулярных систем являются нарушения межмолекулярных взаимодействий, авторы обратили внимание на способность некоторых протекторов замещать поврежденные части макромолекул, восстанавливать функции межмолекулярных связей, компенсируя тем самым вклад поврежденных радиацией участков в поддержании целостности молекулярных структур. Этим объясняется не только радиопрофилактический эффект, но и пострадиационная защита препаратами, т. е. пострадиационное восстановление незначительных повреждений структур в молекулярных растворах. Были изучены радиопротекторы разных классов на радиационно-химической модели (растворы ДНП, на основании которых получают ДНП-структуры). В качестве критерия поражаемости молекул был принят ФУД — фак- [c.258]

В книге Дж. Коггла рассматриваются все современные пpo6лeмьJ радиобиологии типы ионизирующих излучений, их взаимодействие с веществом повреждения молекулярных структур и их репарация реакция клеток и восстановление иж от радиционных повреждений реакция целого организма и отдельных его систем. Особое внимание уделено проблемам радиационного канцерогенеза и радиационной опасности для человека. Книга написана легко и просто, доступна для широкого круга читателей разного профиля. Отличительной чертой книги является высокий уровень и высокая квалификация автора, которые видны при обсуждении им всех перечисленных выше вопросов. [c.2]

Блокирование ферментов, участвующих в образовании тимиди-новых и других дезоксинуклеотидов, вызывает задержку синтеза ДНК. Ингибирование репликации ДНК, возникающее вследствие дефицита предшественников, облегчает протекание репарационных процессов на матрице еще до момента развития первичных радиационных повреждений. Считается, что облученная ДНК становится более доступной к действию ферментов, конкурирующих за субстрат, реализующих и репарирующих повреждения (Газиев, 1975, 1978). Временное блокирование тиольным протектором репликации ДНК способно, по мнению Е. Ф. Романцева и др. (1977), устранить конкуренцию ферментов за субстрат ДНК, облегчить тем самым репарацию ДНК и снизить накопление бракованных деталей , поскольку за этот период часть повреждений ДНК успевает репарировать и последующее новообразование ДНК будет происходить иа частично восстановленной матрице. Рассмотренный механизм радиозащитного действия тиольных протекторов может быть применим к репродуктивному типу гибели клеток, находящихся в стадии синтеза ДНК, а адсорбционный механизм может иметь место лишь в случае интерфазной гибели клеток. Таким образом, гипотеза комплексного биохимического действия радиозащитных средств рассматривает охранительное торможение биосинтеза ДНК как один из важнейших компонентов этого комплекса. Однако авторы гипотезы не исключают участия аминотиолов в защите и на стадии образования первичных повреждений ДНК- [c.274]

Основными способами залечивания радиационных повреждений является ренативация частично инактивированных ферментов, ресинтез и замена денатурированных белков и других биологически важных молекул. Для возобновления клеточного цикла существенно восстановление дисульфидных групп белков. Устранению последствий облучения благоприятствует определенное сочетание условий культивирования клеток. Восстановлению клеток способствует их экспонирование на "голодных" средах, тормозящих возобновление деления, и условия оптимальные для метаболизма (температура, 0 и др. ). Противоречивые на первый взгляд требования находят объяснение в свете новых данных об условиях синтеза в клетке стресс-белков (Matin, 1990). [c.117]

Восстановление поврежденных хромосом, как полагают, происходит монотонно (экспоненциально) во времени. Установлено, что тип восстановления, описанный Elkind [1], в культурах ткани имеет фазовый характер. Восстановление всего организма, обусловленное синхронным клеточным делением, может казаться фазным во времени, если его исследовать при повторном облучении, так как радиационная чувствительность может меняться в течение клеточного цикла от деления к делению. [c.36]

Одна 3 разновидностей процесса восстановления была обнаружена в экспериментах с клетками млекопитающих, которые после облучения подвергали воздействию различных химических и физических агентов. Филипс и Толмач в 1966 г. провели наблюдения над облученными клетками HeLa, к которым через различные-сроки после однократного облучения добавляли оксимочевину. Оказалось, что этот препарат увеличивает летальное поражение клеток, если его добавлять сразу же после облучения. Удлинение-интервала времени между радиационным воздействием и добавлением оксимочевины до 6 ч полностью предотвращало гибель облученных клеток, вызванную оксимочевиной. Следовательно, за этот период потенциально летальные повреждения, чувствительные к. оксимочевине, перешли в состояние, нечувствительное к этому химическому агенту. Так как используемые концентрации оксимочевины вообще не влияли на нео блученные клетки, то наблюдаемый эффект можно объяснить тем, что в результате облучения-в клетках индуцировались сублетальные повреждения, для перехода которых в летальные требуется дополнительное воздействие оксимочевиной. За счет функционирования репаративных систем эти повреждения могут быть восстановлены, однако для этого требуется определенный интервал времени, как показали дальнейшие опыты, активный синте ДНК и белков. Напомним, что описанный Элкиндом и Саттон тип восстановления не зависел от синтеза ДНК и белков. [c.145]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология