РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2013, том 53, № 3, с. 246-258
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ МАЛЫХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИИ
УДК [57+61[:539.1.047:591.04
НЕМУТАГЕННЫЕ НЕМИШЕННЫЕ РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ. НАСЛЕДУЕМОЕ СНИЖЕНИЕ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ КЛЕТОК, ИНДУЦИРОВАННОЕ ЛУЧЕВЫМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ В МАЛЫХ ДОЗАХ
© 2013 г. И. Б. Бычковская*
Всероссийский центр экстренной и радиационной медицины имени А.М. Никифорова МЧС России,
Санкт-Петербург
Рассмотрены экспериментальные данные, полученные на объектах разной организации, расширяющие представления о феномене "Детерминированное снижение жизнеспособности в потомстве облученных клеток", открытом в 1970-е годы. Проведена оценка этого феномена с позиций современной радиобиологии. Постулируется возможное значение изучаемых эффектов, характеризующихся повреждением цитоплазматических структур и существенной выраженностью в слабопроли-ферирующих тканях млекопитающих, в связи с проблемами индукции у человека отдаленных соматических последствий воздействия радиации в малых дозах и, в целом, в сокращении продолжительности жизни. Показана возможность наследования этих изменений при бесполом размножении простейших и половом размножении многоклеточных организмов (потомками F1).
Малые дозы, немишенные эффекты, цитоплазматические структуры, соматические последствия, жизнеспособность, продолжительность жизни, наследование.
БО1: 10.7868/8086980311303003Х
Несмотря на большое количество экспериментальных, клинических и эпидемиологических исследований, проблема биологического действия радиационных воздействий в малых дозах на животных и человека до сих пор не получила однозначного решения. Данная ситуация может быть отчасти связана с тем, что еще недостаточно широко проанализирован вклад в развитие негативных радиационных последствий нестохастических ("немишенных") клеточных эффектов, которые (в отличие от традиционных — стохастических) не подчиняются классическому радиобиологическому принципу случайных попаданий в уникальные ядерные структуры. Такие повреждения не имеют соответствия между воздействием и "ущербом". Они могут осуществляться в полном объеме уже после очень "слабых" воздействий [1—4].
В радиобиологической литературе немишенные эффекты наблюдают, как правило, при оценке мутагенного действия радиации (мутагенные немишенные эффекты — МГ НЭ).
МГ НЭ обнаружены при изучении явления геномной нестабильности — непредсказуемого повышения мутабильности клеток в популяциях [5—8]. In vitro, на некоторых (но не на всех) кле-
* Адресат для корреспонденции: 194044 Санкт-Петербург, ул. Акад. Лебедева, 4/2, лит. А, ФГБУ "Всероссийский центр экстренной и радиационной медицины им. А.М. Никифорова" МЧС России; тел.: (812) 315-13-40; факс: (812) 702-63-63; e-mail: i.b.bychkovskaya@gmail.com.
точных линиях показано, что эффекты данного типа могут проявляться не только у облученных клеток, но и у клеток, соседствующих с облученными, или даже у находящихся от них на определенном расстоянии — так называемые "байстен-дерные эффекты" [9—17]. Обсуждается вопрос о природе "сигнального фактора", выходящего из облученных клеток. При этом большое значение придается роли активных радикалов (обзор [3]).
Предполагается, что МГ НЭ могут приводить к увеличению частоты злокачественных заболеваний после облучения в малых дозах.
В то же время данный вопрос еще не получил однозначного решения (обзоры [2, 3, 18]). Последнее, на наш взгляд, может быть связано с тем, что канцерогенные эффекты воздействия радиации в малых дозах возникают с очень низкой частотой. К тому же известно, что при "слабых" радиационных воздействиях МГ НЭ могут обеспечивать не только повышение, но и снижение выхода генетических нарушений [16, 19—21]. Оценку опасности МГ НЭ для организма затрудняет и то обстоятельство, что в подавляющем большинстве работ их исследовали in vitro после воздействия излучений с высокой ЛПЭ (обзор
[3]).
Между тем есть основания полагать, что более определенный, причем однозначно негативный вклад в картину последствий облучения в малых дозах, могут вносить особые, обнаруженные нами
немутационные проявления немишенных эффектов (немутагенные немишенные эффекты — НМГ НЭ). Эффекты указанного типа, в отличие от МГ НЭ, могут возникать с чрезвычайно высокой частотой. Они зарегистрированы in vivo после действия редкоионизирующих излучений [4, 22, 23].
НМГ НЭ изучены на объектах разной организации: в опытах на различных представителях царства простейших [4], при электронно-микроскопических исследованиях клеток различных слабопролиферирующих тканей млекопитающих [22, 23], при оценке результатов экспериментов на низших беспозвоночных животных [24—27].
В этих исследованиях обнаружена однотипная реакция на "слабые" лучевые воздействия, характеризующаяся устойчивым, массовым, скачкообразно возникающим снижением жизнеспособности клеток в популяциях. Также показано, что у многоклеточных животных эта реакция может приводить к развитию негативных изменений на тканевом и организменном уровнях интеграции. Повреждение наследовалось при бесполом и половом размножении объектов (во всяком случае, потомками F1) [4, 23, 24—27].
Мы постулировали, что благодаря яркому проявлению в слабопролиферирующих тканях млекопитающих указанные нарушения могут способствовать формированию у человека отдаленных (не канцерогенных) соматических последствий облучения в малых дозах, негативно сказываться на продолжительности жизни [22, 23, 27].
Природу обнаруженных эффектов мы отнесли к категории эпигеномных изменений [4, 23].
Обзору результатов более чем 40-летних экспериментальных исследований, доказывающих реальность и медико-биологическое значение изучаемого феномена, и посвящена данная работа.
НАСЛЕДУЕМОЕ СНИЖЕНИЕ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ ПРОСТЕЙШИХ, ИНДУЦИРОВАННОЕ ОБЛУЧЕНИЕМ В ОТНОСИТЕЛЬНО МАЛЫХ ДОЗАХ
Интересующий нас феномен обнаружен И.Б. Бычковской и Г.К. Очинской [4, 28—30] в опытах на различных представителях царства простейших, а именно — на амебах (Amoeba proteus) и двух разных видах инфузорий (Paramecium caudaum и Climacostomum virens). В 1991 г. он зарегистрирован Государственным патентным ведомством СССР как открытие под названием "Явление детерминированного снижения жизнеспособности в потомстве облученных клеток" [31].
В основных экспериментах проводили длительные параллельные наблюдения за объектами
в контроле и за объектами, которые подвергались воздействию рентгеновских лучей. Облучение производили в очень широком диапазоне доз, включающем относительно низкие их значения. В ряде опытов исследовали действие некоторых агентов нерадиационной природы. Оценивали вероятность гибели в потомстве простейших при бесполом их размножении. Для регистрации эффекта применили методику длительных индивидуальных культур [32]. Контрольных и подопытных особей помещали поодиночке в микроаквариумы и ежедневно регистрировали гибель или деление клеток. В случае клеточного деления оставляли только одну из дочерних особей. В случае гибели (лизиса) оставленной клетки культуру считали погибшей. Определяли долю исходных индивидуальных культур, остававшихся живыми на каждый данный день культивирования. О жизнеспособности объектов судили по частоте гибели культур. Чем чаще происходила гибель клеток, тем чаще обрывалось существование индивидуальных культур. Частота гибели культур, тем самым, отражала вероятность гибели простейших в популяции.
В каждом наблюдении использовали не менее 20 индивидуальных культур. Последние формировали как сразу после воздействия (из одиночных интактных и подопытных особей), так и из потомков этих особей, получаемых либо из индивидуальных, либо из массовых культур. Это позволяло неопределенно долго наблюдать за состоянием клеточного потомства [33].
В серии экспериментов, проведенных на амебах, использовали метод трансплантации клеточных ядер [34—36].
Перед изложением полученных результатов следует напомнить, что в классической радиобиологии при оценке выживаемости подопытных клеток основное внимание уделяют их способности к образованию колоний (или клонов). По данному признаку простейшие являются высоко радиорезистентными. Летальными для них считают дозы порядка многих сотен и даже нескольких тысяч Гр [32, 37].
Эти представления, однако, не подтвердились при оценке жизнеспособности потомков тех особей, которые после лучевого воздействия сохранили способность к размножению. Оказалось, что в этом случае увеличение летальности простейших может регистрироваться уже при дозах порядка долей Гр (опыты на инфузориях СИтасон-1отыт у1гвт [4]).
Нами были выявлены весьма необычные характеристики данного эффекта.
Реакция и амеб и инфузорий на радиационное воздействие, несмотря на их разную организацию и филогенетическую удаленность друг от друга, оказалась однотипной. Уже при облучении в
очень малых для объектов дозах радиации происходил массовый, наблюдаемый во всех культурах, скачкообразный переход клеток в долгоживущее альтернативное состояние, которое отличалось от контроля значительным повышением вероятности гибели в популяциях. Эффект проявлялся на фоне размножения простейших — наследовался. Имелся выраженный дозовый порог, который лежал в области ничтожно малых для объектов доз радиации (например, у амеб при дозе 4 Гр, что более чем на два порядка ниже полулетальной дозы, оцененной по эффективности образования клонов). После достижения дозового порога степень обнаруженных наследуемых изменений не возрастала даже при многократном увеличении дозы радиации (у амеб от 4 до 400 Гр; подпороговыми при этом были дозы 0.5, 1, 1.5, 2, 3 Гр, а надпоро-говыми - 5, 20, 50, 100, 200 и 400 Гр [4, 23]).
Сравнение частоты гибели подопытных и контрольных культур показало, что эффект возникает в ранние пострадиационные сроки, которые тоже не зависят от силы воздействия [4].
Изучаемое повреждение не было специфичным для действия радиации. Его индуцировали и активные радикалы (воздействия водной среды, предварительно облученной в тех же дозах, или слабого раствора перекиси водорода [29, 39]), а также тепловые воздействия [4, 23, 40].
Полученные данные н
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.