07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Теория «мишеней» и теория радикалов
 11.09.2012

Одним из объяснений основного радиобиологического парадокса стала предложенная в начале 1920-х гг. теория «мишеней», в которой говорилось о том, что повреждение клетки связано с поглощением большой энергии ядерных частиц в некоторых жизненно важных точках клетки, в так называемых «мишенях», размеры которых значительно меньше размеров самой клетки. Автор первой публикации о данном явлении, Ф. Дессяуэр, сравнивал его с локальным перегревом от поглощения большой энергии в микрообъеме и назвал свою гипотезу «теорией точечного нагрева». Дальнейшей разработкой этой теории занимались такие ученые, как Дж. Кроутер. К. Циммер, Д. Ли, Н.В. Тимофеев-Ресовский и др. Последующие достижения молекулярной биологии практически привели к выявлению генетического аппарата клетки и молекул ДНК в качестве «мишеней» радиационного воздействия. Одно из наиболее серьезных подтверждений данного факта состояло в том, что большая часть повреждений в клетке приходится именно на клеточное ядро. Однако теория мишеней оказалась не в состоянии объяснить механизмы воздействия, которое может привести к гибели клетки от ионизации всего одного из 10в9 - 10в11 атомов, или к гибели организма от ионизации примерно одной из 10в7 молекул.
Появление новых теорий, лучше объяснявших суть первичных радиационных реакций, приходится на 1940-е гг. Так, теория свободных радикалов объясняла радиобиологический эффект не столько прямым действием поглощенной энергии ядерных частиц, как это предполагалось в теории мишеней, сколько косвенным, или вторичным, действием высокореакционных продуктов радиолиза веществ, составляющих клетку.
Ключевые роли в данной теории отведены воде, которая составляет до 90% массы клетки, а также свободным радикалам (вторичным продуктам ионизации), обладающим исключительно высокой химической активностью. Хотя они существуют весьма недолго, однако за это время способны диффундировать на довольно значительные расстояния, вызывая разнообразные изменения внутри клетки на молекулярном уровне.
Первичные процессы, вызванные поглощением энергии ядерных частиц, сводятся к явлениям ионизации и возбуждения атомов и молекул, что приводит к образованию положительно и отрицательно заряженных ионов, а также свободных радикалов - незаряженных фрагментов молекулы. Напомним, что прочные ковадентные связи С-С, а также С-Н, C-N и С-О в молекулах органических веществ образуются за счет двух обобщенных электронов, имеющих антипараллельные спины.
При разрыве связи С-С (которую можно записать в виде С : С, чтобы показать электроны, участвующие в связи) оба спаренных электрона могут остаться у одного из атомов, что приведет к образованию двух противоположно заряженных ионов, а могут разделиться по одному, тогда появятся два свободных радикала с единичными неспаренными электронами на внешней оболочке (их обозначают одной точкой сверху - *):

Теория «мишеней» и теория радикалов

Большое разнообразие свободных радикалов образуется при воздействии радиации на молекулы воды, присутствующие в биотканях (табл. 3.1).
Теория «мишеней» и теория радикалов

В этих реакциях задействованы как первичные процессы ионизации (с выбиванием электрона из молекулы или с присоединением ранее выбитого электрона), так и последующие быстропротекающие процессы распада неустойчивых продуктов или рекомбинации ионов и радикалов. В реакциях нередко участвует и растворенный в воде кислород.
Роль свободно-радикальных продуктов радиализа воды весьма существенна, так как среди них многосильных окислителей или восстановителей. Мощным окислительным действием обладают супероксид-радикал (НО2), супероксид-анион (О2), перекись водорода (Н2О2), гидроксид-радикал (ОН*) и синглетный (возбужденный) молекулярный кислород (1О2). Сильными восстановителями являются гидратированный электрон (e-aq) и атомарный и молекулярный водород (Н* и H2). Подтверждением свободно-радикальных механизмов служат такие явления и эффекты, как:
1) явно выраженное защитное действие веществ, известных как перехватчики свободных радикалов;
2) заметное усиление действия радиации в присутствии растворенного кислорода (кислородный эффект),
3) большая зависимость от влажности объекта (особенно при облучении семян) и другие наблюдения.
Таким образом, биологическое действие ионизирующей радиации следует признать результатом не прямого, а косвенного, опосредованного действия продуктов радиолиза конституционной воды. Первичные радиационные повреждения на биохимическом уровне приводят к образованию новых химически высокоактивных продуктов, которые вызывают дополнительные изменения в биологически важных макромолекулах. Такие нарушения касаются не только ядерных компонентов, но и цитоплазматических и иных структур клетки, постепенно вовлекающих в радиобиологические эффекты все важные системы живой клетки - ферментативные, регуляторные, защитные (особенно антиоксидантные) и др.
Таковы вкратце общие представления о сущности и механизмах действия ионизирующей радиации на клеточные системы, которые в своей основе входят и в новейшие радиобиологические разработки, например в структурно-метаболическую теорию А.М. Кузина.