Вилен Барабой - Ядерные излучения и жизнь

Существование системы исправления повреждений ДНК имеет не только общебиологическое, эволюционное значение. Важна роль этой системы в регуляции устойчивости организма, отдельных его клеток и тканей к радиации. Познав в деталях механизм исправления дефектов, люди смогут управлять им, по желанию повышая сопротивляемость важных органов действию радиации или искусственно повышая чувствительность опухолевой ткани к лучевой терапии.

От каких же факторов зависит эффективность деятельности восстановительной системы? Некоторые из этих факторов нам уже известны. Прежде всего это частота митозов: если она достаточно высока, интервал между облучением и митозом по крайней мере частично обеспечивает возможность восстановления. Снижение частоты митозов, достигаемое любым возможным методом (гипотермия, гипоксия, введение антимитотических средств типа колхицина, уретана, адреналина и т. п.), дает более или менее значительный противолучевой эффект главным образом благодаря деятельности восстановительной системы.

Реакция торможения митозов является у высокоорганизованных живых существ стереотипным, неспецифическим ответом на самые разнообразные воздействия. Шум, яркий свет, электрические и механические раздражения, колебания температуры и действие других физических и химических агентов более или менее значительной интенсивности - все они вызывают кратковременную, но ясно выраженную реакцию торможения митозов.

Можно полагать, что эта реакция имеет двоякое значение для жизнедеятельности организма. С одной стороны, она как бы сосредоточивает клетки на выполнении их специфической деятельности, в той или иной степени необходимой для правильного ответа на действующий раздражитель; не отвлекаясь для митотического деления, клетки, ткани и органы, очевидно, функционируют более полноценно. С другой стороны, реакция торможения митозов как бы заблаговременно мобилизует организм на борьбу с возможной опасностью, переводит его в состояние максимальной устойчивости и сопротивляемости, причем важнейшее значение имеет создание оптимальных условий для деятельности восстановительной системы.

Помимо частоты митозов эффективность работы восстановительного механизма ограничивается еще и размером повреждения. Если в молекуле ДНК одновременно разрываются обе нити, то такой разрыв чаще всего уже не восстанавливается: отсутствует образец, по которому ферменты темновой реактивации осуществляют ресинтез поврежденной полинуклеотидной цепи. Виды излучений, отличающиеся большей величиной линейных потерь энергии, большей плотностью ионизации (нейтроны, протоны, альфа-частицы и более тяжелые многозарядные ядра), вызывают в клетках более грубые повреждения, чаще обусловливают появление двойных разрывов в молекулах ДНК, которые почти не восстанавливаются. В этом одна из причин высокой биологической эффективности подобных излучений, их опасности для живых клеток и организмов.

Итак, лучевое поражение - не мгновенный необратимый процесс, фатально определяющий судьбу облученной клетки в самый момент воздействия. Доказано, что в облученной клетке протекают сложнейшие процессы, усиливающие и ослабляющие тяжесть поражения, борются противоположные силы и влияния. Деятельность общего механизма исправления ошибок, ферментной восстановительной системы в значительной степени определяет исход борьбы, склоняя чашу весов в сторону сохранения жизнеспособности, выживания облученной клетки. Познав детали механизма восстановления, люди научатся управлять им, усиливать защиту от радиации жизненно важных органов, а в ткани опухоли искусственно повышать чувствительность к лучевому лечению. Власть над одним из важнейших механизмов живого позволит использовать его и для разработки более эффективных и быстрых способов выведения новых сортов культурных растений и пород животных, направленного изменения наследственности организмов и лечения наследственных болезней. Так сугубо научные и, казалось бы, далекие от жизни исследования рано или поздно начинают непосредственно служить людям, приносить конкретную пользу.

Итак, вызываемые ядерными излучениями сдвиги, нарушения в животном организме, начинаясь на уровне атомов, ионов, радикалов и молекул, постепенно нарастают, усложняются, увеличиваются под влиянием присущих живому организму механизмов усиления первичного эффекта. Конечный, видимый результат этого процесса - лучевая болезнь, острая или хроническая, либо более отдаленные последствия облучения, проявляющиеся на протяжении жизни самого облученного организма или его потомков. Впрочем, весьма нередка возможность сочетания всех указанных последствий облучения.

Попробуем разобраться в тех весьма серьезных нарушениях, которые возникают в организме, подвергшемся действию ядерных излучений.

Комплекс изменений, развивающихся вскоре после воздействия на весь организм значительных доз ионизирующей радиации, называется острой лучевой болезнью. Эта болезнь может быть вызвана при общем облучении организма дозами ионизирующей радиации в пределах примерно 100-1000 р. Меньшее количество излучения не вызывает серьезных нарушений самочувствия и состояния организма. Дозы, превышающие 1000 р., также вызывают тяжелую лучевую болезнь, но вследствие более быстрого развития процесса она называется острейшей, крайне тяжелой, а при дозах выше 10 - 20 тыс. р - молниеносной. Об этих формах лучевого поражения речь будет идти дальше.

Действие указанных доз радиации относится лишь к наиболее высокоразвитым животным организмам - млекопитающим. Вообще же в живой природе существуют чрезвычайно большие различия в чувствительности к действию лучей (так называемой радиочувствительности). Такие мельчайшие одноклеточные существа, как инфузории, почти в тысячу раз устойчивее к облучению, чем млекопитающие, а некоторые водоросли и грибы переносят, не погибая, облучение миллионом рентгенов. Это не значит, однако, что высокоорганизованные существа всегда более чувствительны к радиации, чем просто устроенные организмы. Оказывается, другие представители того же типа грибов погибают при облучении несколькими десятками рентгенов. Таким образом, радиация поражает все живые существа, но для получения одного и того же результата необходимы в разных случаях весьма различные дозы; максимальное различие - порядка миллиона рентгенов. Даже млекопитающие, достаточно близкие по уровню развития, имеют весьма различную чувствительность к радиации, которая зависит от вида животного, его возраста, пола и индивидуальных особенностей.