Пострадиационное восстановление

Пострадиацио́нное восстановление

Ликвидация повреждения, вызванного воздействием ионизирующего излучения.

Открытие феномена П. в. и изучение его механизмов связано с именами советских исследователей Н.В. Лучника (1951), В.Л. Корогодина (1956) и амер. ученого Элкинда (М. Elkind, 1959).

Пострадиационное восстановление проявляется на различных уровнях биологической организации от молекулярного до организменного. В его основе лежат физиологические процессы, направленные на обеспечение стабильности генетического материала и клеточного обновления жизненно важных систем. П. в., протекающее в облученных клетках без их деления (внутриклеточное восстановление), обозначают термином «репарация». В клетках облученного организма происходит репарация сублетальных и потенциально летальных повреждений. Репарация сублетальных повреждений характерна для активно пролиферирующих клеток, например клеток костного мозга и эпителия кишечника. При таком типе П. в. в первые несколько часов после облучения репарируются повреждения, делающие клетку более чувствительной к повторному облучению. Репарация сублетальных повреждений обычно бывает полной и завершается до вступления облученных клеток в период синтеза ДНК.

Репарация потенциально летальных повреждений характерна для клеток, находящихся в фазе временного или постоянного пролиферативного покоя, например для клеток печени, почек, головного мозга. В этом случае выживаемость клеток возрастает с увеличением временного интервала между облучением и воздействием стимула к клеточной пролиферации или при снижении мощности дозы излучения (см. Доза ионизирующею излучения (Доза ионизирующего излучения)). Репарация потенциально летальных повреждений обычно не является полной, часть популяции представляют клетки, потерявшие способность к «бесконечному» размножению и отмирающие после одного или нескольких делений.

Оба типа клеточной репарации значительно более выражены при действии редкоионизирующего излучения, чем плотноионизирующего (см. Ионизирующие излучения).

Многообразие процессов П. в обусловлено как многочисленностью возникающих радиационных повреждений, так и использованием различных показателей — повреждений ДНК, хромосом и целых клеток. Кроме того, доказано, что различные репаративные процессы, разделенные по скорости их молекулярных проявлений, протекают параллельно. Соответствующие типы репарации могут быть полностью или частично завершенными; кроме того, в ряде случаев репарация протекает как «ошибочная». Доказан генетический контроль различных этапов репаративных процессов. В процессах репарации принимают участие многочисленные ферменты — ДНК-полимеразы, рестриктазы, лигазы и др. На клеточном уровне может быть восстановлена большая чисть повреждений молекул-мишеней. Так, например, при облучении в дозе 1 Гр в клетках млекопитающих в среднем образуется около 1000 одиночных разрывов ДНК, 100 двойных разрывов и 1500 испорченных её оснований, которые реализуются затем всего в 1 хромосомную аберрацию обменного типа, т.е. до 99,9% молекулярных повреждений ДНК могут быть восстановлены. Однако из-за стохастического (вероятностного) характера нанесения различных повреждений и невозможностью 100% репарации в каждой клетке или ее генетической структуре, даже при самой низкой дозе излучения, существует некоторая вероятность летального повреждения или индуцирования мутаций.

Пострадиационное восстановление тканей облученного организма включает как внутриклеточное восстановление, так и размножение выживших клеток, замещающих погибшие. При этом в критических органах и системах клеточного обновления (см. Лучевая болезнь), определяющих выживаемость организма (костный мозг и кишечный эпителий), решающее значение имеет размножение стволовых клеток и их потомков. Стволовые клетки за счет быстрой пролиферации и дифференцировки способны достаточно быстро (к концу проявлений острого лучевого синдрома) полностью восстановить клеточный состав критических органов. Поэтому восстановившиеся после облучения стволовые клетки являются как бы детерминантами лучевой реакции систем клеточного обновления. При облучении в больших дозах и значительном истощении пула стволовых клеток клеточная система не способна восстановиться, и определяет исход острого, или позднего лучевого поражения.

В органах и системах, в которых клеточное обновление происходит медленно (стационарные системы), а у взрослых практически отсутствует, результат лучевого поражения по завершении репарации потенциально летальных поражений зависит от степени повреждения эндотелия сосудов. В результате развивающихся нарушений микроциркуляции происходит снижение общей клеточности и функциональных возможностей тканей. Такую постепенно реализующуюся реакцию на действие облучения рассматривают как проявление необратимого компонента радиационного поражения на тканевом уровне. Он появляется в отдаленные сроки после облучения и в системах быстрого клеточного обновления. В данном случае он может быть связан не только с уменьшением пролиферативного потенциала стволовых клеток (из-за дополнительной пролиферации при восстановлении клеточности системы в острый период лучевого поражения), но и с истощением медленно обновляющейся стромы (в результате повреждения микроциркуляции, обновления фибробластов и др.).

Феномен П. в. учитывается при разработке средств профилактики и лечения радиационных поражений, направленных на стимулирование процессов восстановления прежде всего в критических органах и системах (см. Радиомодифицирующие агенты). Существенное значение проблема П. в. приобретает при лучевой терапии (Лучевая терапия) злокачественных новообразований (см. Радиобиология, клиническая радиобиология). Некоторые типы опухолей (например, меланома, саркома) являются радиорезистентными (см. Радиочувствительность) из-за способности их клеток к П. в. Кроме того, в абсолютном большинстве опухолей из-за недостаточности их васкуляризации имеются гипоксические клетки, многие из которых временно находятся в состоянии пролиферативного покоя. Такие клетки после облучения способны к репарации потенциально летальных повреждений, а хорошо оксигенированные и пролиферирующие клетки опухоли репарируют сублетальные повреждения. Поэтому для избирательного повышения радиочувствительности опухоли в процессе лучевой терапии используют химические и физические Радиомодифицирующие агенты, подавляющие П. в. (гипертермию, препараты, связывающиеся с ДНК, кислород под давлением, электроноакцепторные соединения и др.). С этой же целью применяют схемы и виды облучения, при которых реализуются различия в скорости пострадиационного восстановления в опухоли и нормальных тканях (многократное облучение в течение суток небольшими дозами, длительное внутритканевое облучение, применение плотноионизирующих излучений и др.).

Библиогр.: Жестянников Н.Д. Репарация ДНК и биологическое значение, Л., 1979, библиогр.; Г. Радиобиология стволовых клеток, с. 18, 24, М., 1984; Корогодин В.И. Проблемы пострадиационного восстановления, М., 1966, библиогр., Ярмоненко С.П. Радиобиология человека и животных, с. 189, М., 1988.