Влияние радиации на процессы старения и продолжительности жизни. Последствия облучения

Видео: Вера - основа любого результата

Последствия общего внешнего облучения организма

Прежде всего следует отметить, что в опытах на самых различных биологических объектах отчетливо установлено, что однократное или хроническое общее внешнее облучение при определенной величине дозы, различной для разных объектов, оказывает хорошо воспроизводимое действие на среднюю продолжительность жизни (СПЖ).

Действие это, однако, может быть двояким: СПЖ под влиянием перенесенного облучения может увеличиваться или, наоборот, уменьшаться.

Характерно, что незначительное количество поглощенной дозы радиации обусловливает несоизмеримо большие функциональные и структурные изменения организма (Акоев, 1976).

Особого внимания заслуживают исследования, где показано увеличение продолжительности жизни (ПЖ) облученных организмов по сравнению с таковой необлученных. Такого рода исследований немного, а результаты, приведенные в них, весьма парадоксальны и не всегда находят должное объяснение.

Увеличение продолжительности жизни облученных организмов

Одной из первых работ этого рода была статья Лазарева (1929). В этой работе было показано, что дафнии, облученные в дозе порядка тысячи рентген, живут в лабораторных условиях почти в 2 раза дольше, чем необлученные. Вывод Лазарева был подтвержден позже на других объектах — на балянусах (Бурлакова, Лимаренко, 1961), кишечнополостных Campanularia (Strehler, 1966) и др.

Все эти эксперименты связаны с содержанием контрольных и облученных животных в условиях голодания. Здесь, следовательно, речь должна идти не об увеличении продолжительности жизни, а о замедлении под влиянием облучения, отмирания животных вследствие недостатка пищи.

Это может быть связано с тем, что облученные животные (по крайней мере те, на которых получены соответствующие данные) ведут менее активный образ жизни и медленнее расходуют запасы пищи и энергии, чем необлученные. Аналогию этому на клеточном уровне можно видеть в работе Корогодина (1958), который показал, что дрожжевые клетки, получившие весьма высокие дозы облучения и помещенные затем в непитательную среду, отмирают и лизируются с меньшей скоростью, чем необлученные.

Таким образом, увеличение ПЖ у облученных организмов (или замедленное их отмирание по сравнению с необлученными) можно наблюдать при некоторых ненормальных условиях их содержания или при некоторых нарушениях нормальных функций.

Это правило, по-видимому, в какой-то степени может быть распространено и на млекопитающих. Так, по данным Захера и Труко (Sacher, Trucco, 1962), очень низкие дозы облучения могут увеличивать продолжительность жизни животных, находящихся в субоптимальном состоянии, либо вследствие пагубного действия на патогенные микроорганизмы, либо благодаря реакции типа стресса.

В 1961 г. Говен (цит. по: Comfort, 1967) сообщил, что после однократного воздействия рентгеновским излучением наблюдается значительное увеличение продолжительности предстоящей жизни у самок мышей, что обусловлено подавлением функции размножения.

Уменьшение продолжительности жизни облученных организмов

При рассмотрении влияния радиации на ПЖ животных представляют интерес, конечно, только те из облученных организмов, которые не погибли в острый период развития лучевой болезни от общего облучения и более или менее оправились от внешних проявлений лучевого поражения.

При облучении у таких организмов поврежденными оказываются клетки всех органов и тканей, однако скорость и степень проявления этих повреждений зависят от интенсивности физиологической регенерации (Стрелин, 1966- Акоев, 1976).

Если физиологическая регенерация отсутствует или слабо выражена, как например в нервной системе, мышцах, печени, то клетки не погибают, а лучевое повреждение их может длительное время сохраняться в «скрытом» состоянии- это обнаруживается, например, после гепатэктомии, когда клетки регенерирующей печени оказываются перегруженными хромосомными аберрациями даже спустя несколько месяцев после облучения (Ярмоненко, Палыга, 1964).

Какова роль таких «скрытых» повреждений в жизнедеятельности этих клеток и всего организма, неизвестно. Если же физиологическая регенерация протекает интенсивно, как в кроветворной и лимфоидной тканях, в эпителии кишечника, в гонадах, то вслед за облучением происходит гибель весьма значительной доли клеток (даже при нелетальных дозах), что компенсируется затем размножением клеток, сохранивших жизнеспособность.



В этом случае нормальное функционирование органов и тканей у выживших животных будет зависеть от степени полноценности регенеранта. Таким образом, если для понимания летального действия излучений на животных решающее значение имеет изучение закономерностей гибели облученных клеток, то для понимания отдаленных последствий облучения и, в частности, его влияния на процессы старения и продолжительности жизни — изучение тех клеток, которые выживают после облучения.

Пострадиационная регенерация органов облученных животных, хотя и обеспечивает их выживаемость и компенсирует в значительной мере клеточные потери, вызванные облучением, все же не может воссоздать функционально-полноценную клеточно-тканевую систему, полностью идентичную той, которая характерна для необлученных (Корогодина, 1969- Харламова, 1970).

Очень важно, что радиочувствительность и характеристика выживающих после облучения клеток млекопитающих, размножающихся в целостном организме, оказались такими же, как и у клеток млекопитающих, размножающихся в культуре (Sinclair, 1964).

Столь же важно, что качественные особенности реакций на облучение для клеток млекопитающих оказались такими же, как и для некоторых одноклеточных организмов, в частности для дрожжей (Корогодин, 1957). Это сходство распространяется и на другие радиобиологические реакции. Таким образом, понижение жизнеспособности клеток, выживающих после облучения, лежащее в основе уменьшения ПЖ облученных животных, является общебиологической закономерностью, что позволяет изучать этот процесс на удобных для этого объектах — клетках дрожжей и бактерий.

Отдаленные последствия облучения, проявляющиеся у потомков выживающих облученных клеток, впервые были описаны Надсоном (1920). В опытах на диплоидных дрожжевых организмах, радиобиологические реакции которых очень сходны с таковыми клеток млекопитающих в культуре, установлено, что при дозах, вызывающих гибель 50% клеток и более, потомки большинства выживающих клеток оказываются измененными в наследственном отношении — это так называемые «сальтанты» (Близник, Кабакова, 1970).

Тщательный анализ нескольких десятков семейств таких «сальтантов» показал, что облучение вызывает у них длительно длящееся, на протяжении сотен клеточных генераций, неустойчивое состояние ядерного аппарата, вследствие чего в клонах этих клеток, при их размножении, все время происходит выщепление как нежизнеспособных, отмирающих клеток, так и клеток с различными наследуемыми нарушениями структуры и физиологических функций.



Некоторые из таких «сальтантов», или «радио-рас», отличаются пониженной скоростью размножения и высокой чувствительностью к различным воздействиям (например, температурным), нелетальным для контрольных клеток. Другие же «радиорасы» отличаются безудержным, неупорядоченным ростом, сопровождающимся появлением все новых и новых морфологических вариантов, и напоминают в этом отношении разрастание раковых опухолей (Корогодин, 1960).

Основываясь на том факте, что выживающие после облучения клетки млекопитающих, размножающиеся в условиях целостного организма или в культуре, дают такое же разнообразие в размерах колоний, как и выживающие после облучения дрожжевые клетки, можно предположить, что в большинстве своем потомки выживших облученных клеток животных также несут различные наследственные аномалии.

Большой интерес представляют последствия облучения у тех клеток млекопитающих, которые входят в состав органов и тканей, не испытывающих интенсивной физиологической регенерации, и которые, следовательно, не погибают вскоре после облучения, а сохраняются в целостном организме подчас на протяжении всей его последующей жизни.

Изменения, претерпеваемые этими клетками вследствие облучения, можно лучше понять, если обратиться к опытам с другими одноклеточными организмами — бактериями, кишечной палочкой (Escherichia coli). Мясник и Корогодин (1967) установили закономерность, что если облученных бактерий выращивать при различных условиях, то выживаемость их будет тем ниже, чем пагубнее соответствующие условия действуют на жизнеспособность необлученных клеток.

Дальнейшие исследования, проведенные Мясником (1970) на различных генетических группах бактерий, показали, что облучение усиливает проявление тех генетически обусловленных признаков и свойств клеток, которые и без облучения с некоторой вероятностью приводят клетки к гибели.

Существует множество мутаций, слегка нарушающих различные стороны обмена веществ клеток. Такие мутации могут содержаться во многих клетках, но их действие у необлученных клеток проявляется слабо, и то лишь при определенных «провокационных фонах», т. е. при определенных изменениях внешних условий.

После облучения летальный эффект таких генов, во много раз увеличивается, особенно при отклонениях условий культивирования от оптимальных для данных организмов. Это и приводит к тому, что облученные клетки намного чувствительнее к колебаниям внешних условий, чем необлученные.

Таким образом, выжившие после облучения клетки, как правило, отличаются повышенной чувствительностью к различным неблагоприятным воздействиям по сравнению с необлученными. Даже незначительные колебания внешних условий, мало влияющие на жизнедеятельность необлученных клеток, могут вызывать у них различные нарушения обменных процессов и даже приводить их к гибели.

Кроме этого, выжившие после облучения клетки весьма часто производят в процессе размножения неполноценное потомство — клеточные клоны с измененной наследственностью, отличающиеся повышенной смертностью и различными искажениями жизненно важных функций.

Эта закономерность носит общебиологический характер и распространяется от бактерий и дрожжей до клеток млекопитающих в культуре и в целостном организме. Именно это явление обусловливает неполноценность пострадиационной регенерации у облученных животных, появление у них различных злокачественных новообразований, а также возможные функциональные нарушения в тех органах и тканях, которые не подвержены интенсивной физиологической регенерации.

Именно это явление обусловливает большую подверженность перенесших облучение животных различным заболеваниям, неблагоприятное влияние на них физиологических перегрузок и различных колебаний внешних условий, а в итоге — более быстрое «физиологическое изнашивание», по существу обозначающее ускоренное старение и сокращение их продолжительности жизни.

Сокращение жизненного цикла облученных организмов, как полагает Александров (1976), является интегральным результатом отдаленной лучевой патологии, которая характеризуется сочетанием дегенеративно-дистрофических, атрофических и некробиотических процессов с воспалительными и пролиферативными тканевыми реакциями, выраженными в различной степени.

Эти процессы, генетически связанные друг с другом, протекают как биологическая «цепная реакция» и приводят к преждевременному исчерпанию адаптивных потенций организма, т. е. к сокращению ПЖ облученных биологических объектов. Автор подчеркивает, что этот феномен можно наблюдать не только на облученных организмах, в том числе на млекопитающих, но и на потомстве облученных родителей.

Снижение устойчивости к повреждающему воздействию радиации, уменьшение конкурентноспособности и сокращение продолжительности жизни у таких особей происходят пропорционально дозе облучения родителей, т. е. пропорционально грузу генетических нарушений в соматических клетках подопытных животных.

Соотношение факторов, снижающих продолжительность жизни

При нормальных условиях содержания подопытных животных облучение, как правило, снижает среднюю продолжительность жизни.

Соответствующие данные получены, в основном, в опытах на млекопитающих и подробно рассмотрены в обзорах (Brues, Sacher, 1955- Mole, 1957- Корогодин, Поликарпов, 1958- Comfort, 1967). Несмотря на многочисленность такого рода работ, лишь немногие из них могли быть подвергнуты строгому математическому анализу. В основе такого анализа лежит использование как показателя группового выживания облученных животных функции Гомперца, описывающей зависимость величины смертности от возраста.

Как известно, логарифм величины смертности для взрослых млекопитающих всех изученных видов, а также для многих других животных находится в приблизительно линейной зависимости от величины возраста. Производя построение диаграмм Гомперца для различных случаев облучения животных ионизирующей радиацией, Брюс и Захер (Brues, Sacher, 1955) установили, что высокие дозы однократного облучения вызывают смещение кривой смертности вверх без изменения ее наклона, тогда как хроническое облучение в малых дозах приводит к изменению наклона кривой.

Для ряда последовательных облучений функции Гомперца выражаются суммой эффектов, входящих в этот ряд доз, плюс естественное старение. Специальные исследования показали, что уменьшение ПЖ, вызываемое облучением, обусловлено не каким-либо одним заболеванием, а ускорением наступления смерти от всех причин вообще (Александров, 1976).