Невидимые лучи вокруг нас

То же наблюдается и при облучении растений: в первую очередь страдают делящиеся клетки меристемной ткани, кончиков корней, верхушек роста. Однако в целом растении всегда имеются клетки, находящиеся в глубоком покое (например, осевые клетки корня). Они более устойчивы и, переходя к делению, обеспечивают выживание всего растения и его дальнейшее развитие. Из этих примеров видно, что различная радиоустойчивость сложных организмов в конечном итоге сводится к неодинаковой радиоустойчивости клеток. Таким образом, разгадку разной радиочувствительности в живом мире надо искать в причинах неодинаковой радиочувствительности клеток. Для этого необходимо ближе познакомиться с действием радиации на клетку, с изменениями в ее структуре, с процессами, возникающими в клетке при ее облучении.

Многочисленные радиобиологические исследования указывают на важную роль в радиационном поражении клетки клеточного ядра, хромосом и прежде всего ДНК. Мутагенное действие радиации несомненно связано с нарушением информации, заложенной в молекулах ДНК. При микроскопическом исследовании митотического аппарата облученной клетки в процессе митоза можно наблюдать хромосомные поломки, образование мостов, фрагментов, различные хромосомные перестройки. Облучение клетки ведет к остановке синтеза ДНК, к задержке клеточного деления, а иногда и к полной остановке размножения, что тесно связано с нарушением функций ядерных структур.

Многочисленные эксперименты с микропучками ионизирующих излучений, позволяющими облучать участки или органеллы клетки, с несомненностью показали, что при непосредственном облучении ядра легко нарушается дальнейшее развитие, деление клетки. Чтобы вызвать аналогичные эффекты при облучении отдельных участков цитоплазмы требуются значительно большие дозы облучения. Все эти факты, как и сведения о роли ядра в жизнедеятельности клетки, привели радиобиологов к выводу, что радиационное поражение клеточного ядра, и в первую очередь ДНК, — главное решающее событие при облучении клетки.

Действительно, при облучении ДНК наблюдаются одиночные и двойные разрывы в двухцепочечной интерфазной ДНК, происходит радиационно-химическое окисление пиримидиновых колец и дезаминирование пуринов в нуклеотидах.

Но клеточное ядро не живет самостоятельно. Его нормальное функционирование возможно только в целой, неповрежденной клетке. Многочисленные связи между ядром и цитоплазмой определяют нормальное существование клетки в целом. Ионизирующая радиация в равной мере воздействует на все органеллы клетки, теснейшим образом связанные друг с другом обменом веществ и энергии.

В облученной клетке наряду с ДНК повреждаются и многочисленные мембраны, регулирующие обменные процессы, продукцию энергии, активность многих связанных с мембранами ферментов. В присутствии кислорода свободные радикалы, которые образуются под влиянием ионизирующей радиации, переходят в перекиси, семихиноны, гидроксиды, повышающие окислительный потенциал клетки и вторично вызывающие повреждения макромолекул ядра.

Облученная клетка мобилизует 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.