Радиочувствительность - это относительная восприимчивость клеток, тканей, органов или организмов к вредному воздействию ионизирующего излучения .
Типы пораженных клеток
Клетки наименее чувствительны , когда в фазе S , то G 1 фаза , то G 2 фазы , и наиболее чувствительной в фазе М от клеточного цикла . Это описывается «законом Бергонье и Трибондо», сформулированным в 1906 году: рентгеновские лучи более эффективны для клеток, обладающих большей репродуктивной активностью. [1] [2]
Из своих наблюдений они пришли к выводу, что быстро делящиеся опухолевые клетки обычно более чувствительны, чем большинство клеток организма. Это не всегда правда. Опухолевые клетки могут быть гипоксичными и, следовательно, менее чувствительными к рентгеновским лучам, поскольку большинство их эффектов опосредовано свободными радикалами, производимыми ионизирующим кислородом.
Между тем было показано, что наиболее чувствительными являются клетки, которые недифференцированы , хорошо питаются, быстро делятся и обладают высокой метаболической активностью . Среди клеток организма наиболее чувствительными являются сперматогонии и эритробласты , эпидермальные стволовые клетки , стволовые клетки желудочно-кишечного тракта. [3] Наименее чувствительными являются нервные клетки и мышечные волокна .
К очень чувствительным клеткам также относятся ооциты и лимфоциты , хотя они и находятся в состоянии покоя и не соответствуют критериям, описанным выше. Причины их чувствительности не ясны.
Также, похоже, существует генетическая основа для различной уязвимости клеток к ионизирующему излучению. [4] Это было продемонстрировано на нескольких типах рака и в нормальных тканях. [5] [6]
Классификация повреждений клеток
Повреждение клетки может быть летальным (клетка умирает) или сублетальным (клетка может восстанавливать себя). Повреждение клеток может в конечном итоге привести к последствиям для здоровья, которые можно классифицировать как тканевые реакции или стохастические эффекты в соответствии с Международной комиссией по радиологической защите .
Тканевые реакции
Тканевые реакции имеют порог облучения, ниже которого они не проявляются, а выше которого они обычно появляются. Фракционирование дозы, мощность дозы, применение антиоксидантов и другие факторы могут повлиять на точный порог, при котором возникает тканевая реакция. Тканевые реакции включают кожные реакции (эпиляцию, эритему, влажное шелушение), катаракту, заболевания кровообращения и другие состояния.
Стохастические эффекты
Стохастические эффекты не имеют порога облучения, они случайны, и их нельзя избежать. Их можно разделить на соматические и генетические эффекты. Среди соматических эффектов наиболее важным является вторичный рак . Он возникает потому, что радиация прямо или косвенно вызывает мутации ДНК . Прямые эффекты вызваны самими ионизирующими частицами и лучами, а косвенные эффекты вызваны свободными радикалами, образующимися, в частности, при радиолизе воды и радиолизе кислорода. Генетические эффекты определяют предрасположенность потомства к радиочувствительности. [7] Процесс еще недостаточно изучен.
Целевые структуры
На протяжении десятилетий главной клеточной мишенью для радиационного повреждения считалась молекула ДНК. [8] Эта точка зрения была опровергнута данными, показывающими, что для увеличения выживаемости клетки должны защищать свои белки, которые, в свою очередь, восстанавливают повреждения в ДНК. [9] Важную роль в защите белков (но не ДНК) от вредного воздействия активных форм кислорода (АФК), которые являются основным механизмом радиационной токсичности, играют неферментативные комплексы ионов марганца и малых органических метаболитов. . [9] Было показано, что эти комплексы защищают белки от окисления in vitro [10], а также повышают радиационную выживаемость мышей. [11] Было показано, что применение синтетически восстановленной защитной смеси с марганцем сохраняет иммуногенность вирусных и бактериальных эпитопов при дозах облучения, намного превышающих те, которые необходимы для уничтожения микроорганизмов, что открывает возможность для быстрого производства вакцины для всего организма. [12] Было показано, что внутриклеточное содержание марганца и природа комплексов, которые он формирует (оба измеряются с помощью электронного парамагнитного резонанса ), коррелируют с радиочувствительностью бактерий, архей, грибов и клеток человека. [13] Была также обнаружена связь между общим содержанием марганца в клетках и их вариациями, а также клинически предполагаемой радиореактивностью в различных опухолевых клетках, открытие, которое может быть полезно для более точных радиодозировок и улучшения лечения больных раком. [14]
Смотрите также
- Модель LNT , Линейная модель беспорогового отклика на ионизирующее излучение
- Фоновое излучение
- смерть клетки
- летальная доза , LD50
Рекомендации
- ^ Бергонье Дж, Tribondeau л (1906). "De Quelques Résultats de la Radiotherapie et Essai de Fixation d'une Technique Rationnelle". Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences . 143 : 983–985.
- ^ Bergonié, J .; Трибондо, Л. (1959). «Интерпретация некоторых результатов лучевой терапии и попытка определения логической техники лечения / De Quelques Résultats de la Radiotherapie et Essai de Fixation d'une Technique Rationnelle». Радиационные исследования . 11 (4): 587–588. DOI : 10.2307 / 3570812 .
- ^ Троуэлл О.А. (октябрь 1952 г.). «Чувствительность лимфоцитов к ионизирующему излучению». Журнал патологии и бактериологии . 64 (4): 687–704. DOI : 10.1002 / path.1700640403 . PMID 13000583 .
- ^ Форнальский К.В. (2019). «Радиационно-адаптивный ответ и рак: с точки зрения статистической физики». Physical Review E . 99 (2). DOI : 10.1103 / PhysRevE.99.022139 .
- ^ Yard BD, Adams DJ, Chie EK, Tamayo P, Battaglia JS, Gopal P и др. (Апрель 2016 г.). «Генетическая основа изменения уязвимости рака к повреждению ДНК» . Nature Communications . 7 : 11428. дои : 10.1038 / ncomms11428 . PMC 4848553 . PMID 27109210 .
- ^ Барнетт Г.К., Коулс К.Э., Эллиотт Р.М., Бейнс С., Луккарини С., Конрой Д. и др. (Январь 2012 г.). «Независимая проверка генов и полиморфизмов, связанных с радиационной токсичностью: проспективное аналитическое исследование» . Ланцет. Онкология . 13 (1): 65–77. DOI : 10.1016 / S1470-2045 (11) 70302-3 . PMID 22169268 .
- ^ Форнальский К.В. (2016). «Излучение и эволюция: от уравнения Лотки-Вольтерра к уравнению баланса». Международный журнал низкой радиации . 10 (3): 222–33. DOI : 10.1504 / IJLR.2016.10002388 .
- ^ Хатчинсон Ф. (сентябрь 1966 г.). «Молекулярные основы радиационного воздействия на клетки». Исследования рака . 26 (9): 2045–52. PMID 5924966 .
- ^ а б Дэйли MJ (март 2009 г.). «Новый взгляд на радиационную стойкость на основе Deinococcus radiodurans». Обзоры природы. Микробиология . 7 (3): 237–45. DOI : 10.1038 / nrmicro2073 . PMID 19172147 .
- ^ Дали М.Дж., Гайдамакова Е.К., Матросова В.Ю., Кианг Дж. Г., Фукумото Р., Ли Д. Я. и др. (Сентябрь 2010 г.). «Низкомолекулярные антиоксидантные протеомные экраны Deinococcus radiodurans» . PLOS One . 5 (9): e12570. DOI : 10.1371 / journal.pone.0012570 . PMC 2933237 . PMID 20838443 .
- ^ Гупта П., Гайен М., Смит Дж. Т., Гайдамакова Е. К., Матросова В. Ю., Гриченко О. и др. (2016). «MDP: комплекс Deinococcus Mn2 + -декапептид защищает мышей от ионизирующего излучения» . PLOS One . 11 (8): e0160575. DOI : 10.1371 / journal.pone.0160575 . PMC 4976947 . PMID 27500529 .
- ^ Гайдамакова Е.К., Майлс И.А., МакДэниел Д.П., Фаулер С.Дж., Вальдез П.А., Наик С. и др. (Июль 2012 г.). «Сохранение иммуногенности смертельно облученных вирусных и бактериальных вакцинных эпитопов с использованием радиозащитного комплекса Mn2 + -пептид из Deinococcus» . Клеточный хозяин и микроб . 12 (1): 117–124. DOI : 10.1016 / j.chom.2012.05.011 . PMC 4073300 . PMID 22817993 .
- ^ Шарма А., Гайдамакова Е.К., Гриченко О., Матросова В.Ю., Хук В., Клименкова П. и др. (Октябрь 2017 г.). «2+, по парамагнитному резонансу» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (44): E9253 – E9260. DOI : 10.1073 / pnas.1713608114 . PMC 5676931 . PMID 29042516 .
- ^ Doble PA, Miklos GL (июль 2018 г.). «Распределение марганца в различных раковых опухолях человека дает представление о радиорезистентности опухолей» . Металломика . DOI : 10.1039 / c8mt00110c . PMID 30027971 .