Działanie promieniowania jonizującego na komórki

Przy badaniu wpływu promieniowania jonizującego na komórki wymyślono pojęcie tarczy komórkowych. Są to promieniowrażliwe struktury komórkowe ulegające uszkodzeniu przy działaniu promieniowania jonizującego. Najistotniejszą z klinicznego punktu widzenia tarczą jest DNA komórkowe, ponieważ to właśnie jego uszkodzenie jest odpowiedzialne za najpoważniejsze konsekwencje zdrowotne promieniowania jonizującego, co wynika z jego funkcji namnażania, rozmnażania i utrzymania życia organizmu.

Oddziaływanie promieniowania na żywy organizm można podzielić na trzy fazy: fizyczną, chemiczną i biologiczną.

  • Faza fizyczna trwa ułamki sekund. Odpowiedzialna jest za opisane wcześniej procesy wzbudzenia i jonizacji. Faza ta bezpośrednio jest odpowiedzialna za destabilizację cząsteczek DNA poprzez wybijanie elektronów z atomów właśnie w wymienionych procesach fizycznych. Dochodzi do uszkodzenia podwójnej nici DNA oraz jej rozdzielenia, w głównej mierze poprzez jonizację zasad oraz powstanie nowych, błędnych połączeń między białkami jądrowymi a DNA. Dawka 1 Gy doprowadza do powstania 1000 uszkodzeń zasad, 1000 przerwań pojedynczej i 40 przerwań podwójnej nici DNA.

  • Faza chemiczna trwa od kliku do kilkunastu sekund. W tej fazie uszkodzone zostają wiązania chemiczne, w wyniku czego powstają szkodliwe dla komórki wolne rodniki. Są to bardzo reaktywne cząsteczki, które posiadają na swojej powłoce niesparowany elektron. Mogą one wejść w reakcje ze wszystkimi cząsteczkami chemicznymi w komórkach, z czego najbardziej szkodliwe dla komórki jest powstanie cząsteczek HO2 i H2O2 w reakcjach rodników z wodą. Wolne rodniki mają właściwości destrukcyjne dla ludzkiego DNA i białek komórkowych. Ilość powstających szkodliwych związków zależy od stężenia tlenu w komórkach, dlatego stany hipoksji (niedotlenienia) zmniejszają potencjalne skutki promieniowania jonizującego.

    Poza strukturą DNA, uszkodzeniu mogą ulec także centra aktywne enzymów. Są to miejsca odpowiedzialne za właściwe działanie tych cząstek, bez których nie mogą spełniać one swojej funkcji.

    Zmiany innych białek komórkowych mogą doprowadzić do sytuacji, w której funkcjonowanie komórki nie będzie już możliwe. Dzieje się tak przy uszkodzeniu szlaku oksydacyjnego i powstawanie energii (np. w postaci ATP).

    Organizm posiada naturalne enzymy chroniące przed wymienionymi zagrożeniami. Najważniejszym z nich jest transferaza glutationu, która zawiera grupy wodorosiarczkowe niwelujące wolne rodniki. Do związków o podobnych właściwościach należą cysteina, cysteamina i sam glutation.

  • Faza biologiczna trwa od kilu sekund do wielu lat. To ona odpowiedzialna jest za klinicznie widoczne skutki promieniowania jonizującego. Składają się na nią: procesy naprawcze uszkodzonego DNA i białek komórkowych, proliferacja komórkowa, powstawanie komórek wielojądrowych, uśmiercanie uszkodzonych komórek (liza) oraz związane z nimi widoczne na poziomie makroskopowym reakcje: wczesna i późna organizmu oraz karcynogeneza. Dostrzegalne efekty ostatnich procesów mogą być widoczne już po kilku miesiącach, najczęściej jednak trwają nawet kilkanaście lat. Tak długi okres „wylęgania” objawów utrudnia ocenę, która ekspozycja miała największe znaczenie lub kiedy przekroczony został graniczny próg uszkodzeń.

Obrona komórki przed promieniowaniem jonizującym

Mechanizmy obrony komórki przed uszkodzeniem są wbrew pozorom bardzo skuteczne. Skuteczność napraw jest tak duża, że po napromieniowaniu jednej komórki 1Gy powstaje w niej do 105 uszkodzeń, z czego po wszystkich procesach reperacji jedynie jedno okazuje się dla niej śmiertelne. O promienioczułości komórki decyduje jej potencjał naprawczy po zadziałaniu czynnika szkodliwego

Niektóre zmiany w DNA są jednak śmiertelne dla komórki od samego początku (tzw. uszkodzenia letalne). Mogą także powstać mutacje, które nie nadają się już do naprawy. Wszystko z czym komórka nie może sobie poradzić jest usuwane - zabijane. Zawsze istnieje potencjał odbudowy tkanki ze zdrowych komórek, a dla organizmu najważniejsze jest usunięcie zagrożenia, czyli powstania wadliwej komórki.

W ostateczności komórka sama niejako włącza swoją śmierć, dzięki czemu kończy czas życia komórki z uszkodzonym DNA i uniemożliwia jej powielenie błędu i powstanie innych wadliwych komórek. Taka zaprogramowana śmierć komórki regulowana procesami wewnętrznymi nazywa się apoptozą. Natomiast niszczenie komórek przez inne komórki, w pewnym sensie wbrew niej, definiowane jest jako liza. Czym bardziej promienioczułe komórki tym częściej spotyka się u nich aktywowanie procesów apoptozy.

Istnieją także uszkodzenia subletalne. Nie powodują natychmiastowej śmierci komórki, choć doprowadzają do powstania błędu w jej kodzie genetycznym. Zmiany takie po kumulacji i zadziałaniu dodatkowego bodźca (jak temperatura i inne czynniki fizykochemiczne) mogą stać się śmiertelne. Sytuacja taka może zdarzyć się wiele lat po danej ekspozycji na promieniowanie.

Paulina Krawczyk

• "Podstawy diagnostyki radiologicznej" W.E. Brant, C.A. Helms, wyd. Medipage (I-IV)
• "Radiologia. Diagnostyka obrazowa." B. Pruszyński. Wydawnictwo Lekarskie PZWL

radiologia24.pl » Promieniowanie jonizujące » Działanie promieniowania jonizującego na komórki