ЛС-белок  и  Лучевой  Склероз.

Пшеничников Б.В., Киев

Содержание

Аннотация

ЛС-белок

Радиационное повреждение

Фон и облучение

Экспериментальные данные    

Обсуждение результатов измерений

Заключение

Summary

Литература


Аннотация

Основная особенность ядерного излучения - высокая энергия частиц, способных нарушить конфигурацию биомолекул. Все разнообразие элементарных действий ядерного излучения на ткани сводится к повреждение клеток потоком электронов высокой энергии. Есть только два пути. Это - разрывы двунитевых ДНК в ядре клетки или разрушения ядра клетки с формированием ЛС-молекулы, которая является новым типом молекул. Особенности ЛС-молекулы: нечувствительность к действию иммунной системы и способность разрушить смежную клетку. В этом ядерном разрушении  и рождается новая молекула ЛС-белка. Процесс имеет характер цепной реакции. Свойства разрушительной структуры ЛС-молекулы сохраняются много лет. Это состояние организма называется Лучевой склероз. Главная особенность болезни - потеря клеток из-за гибели от радиоактивного облучения ядер клеток и продолжающееся разрушение их после завершения облучения.

Повреждение молекул клетки не угрожает разрушению организма, несмотря на то, что фактически, вся энергия радиоактивного облучения тратится на процессах репараций. Только 3,5 % случаев терпят двойные разрывы ДНК, и только в 0,035 % случаев рождаются ЛС-молекулы. Сегодня не возможно заметить столь малые количества ЛС-белка среди поврежденных молекул.

Проводили облучение белых крыс Рентгеновскими лучами. В качестве надежной морфологической нормы оценки поражения эндотелиоцитов были выбраны отечная дегенерация, внутриклеточный лизис и изолированное повреждение митохондрий. Однако есть также другая точка зрения, что полученные данные характеризовали развитие лучевого склероза. И только повреждения клеток, которые включают и лизис, и отечную дегенерация, связаны не только с репарациями. Такие разрушения ядра клетки должны сопровождать и лизис, и отечная дегенерация. Лучевой склероз обеспечивает постоянство в интервале времени проводимого наблюдения. Болезнь описывается показательной функцией, которая на начальной стадии не превышает одного процента  в течение одного года. Малый эффект не позволял обнаруживать его на фоне мощных реакций репараций.

Анализ данных облучения человека позволил предполагать только два пути развития действия: тип репараций или разрушения тканей. Первый путь - краткосрочные функциональные отклонения в отдельных клетках, второй тип - разрушение клетки. Именно второй путь характеризует развитие лучевого склероза. Процесс имеет природу цепной реакции и ускоряться во времени. Полупериод болезни обусловлен только начальной внешней дозой и фактором умножения количества ЛС-молекул. Он не зависит от состояния здоровья конкретного организма. Это прогрессирует распад ткани в организме.

В новых условиях необходимо изучить прежде всего отличающиеся случаи потери клеток, вызванных двунитевым разрывом ДНК ядра или разрушения ядра с рождением ЛС-белка. С этой целью является необходимой новая дозиметрия – квантовая дозиметрия. Эффективным агентом здесь является не энергия электрона, а само событие столкновения – квант – электрона с ядром клетки. Этот квант не зависит от энергии.

До сих пор не существует единой концепции поражения радиоактивным излучением организма. Более того, не существует единого взгляда на механизм воздействия ионизирующего излучения на живые существа. По этой причине целесообразно прежде всего отметить свойства столь специфического объекта внешний среды.

 

ЛС-белок

Среди факторов внешнего воздействия на биологические объекты особое место занимают виды радиоактивного излучения. Это, прежде всего, ядерные частицы: альфа-частицы, протоны, нейтроны, бета-частицы. К ним принято относить и гамма-кванты (и рентгеновские лучи), сопровождающие ядерные превращения, хотя они не являются частицами.

Основная особенность ядерного излучения – высокая энергия налетающих частиц, способная разрывать цепи молекул биоструктур. В отличии от химических превращений разрывы могут происходить в любом звене молекулы, не зависимо от ее структуры. Это свойство присуще только ядерным частицам. Никакие другие виды внешнего воздействия на организм не  обладают такими способностями.

Как правило, в повседневной жизни наиболее вероятно облучение бета-частицами и гамма-квантами. Гамма-кванты являются высоко проникающим излучением. Они, проходят сквозь тело практически без какого-нибудь взаимодействия с тканями. Лишь иногда встречают на своем пути электроны атомов (Комптоновский эффект). Выбитый электрон покидает пределы молекулы. Дальше он ведет себя в веществе как свободный высокоэнергетический электрон. (Пшен-2000).

Основа любого организма есть клетка. Таким образом, все многообразие элементарных актов ядерного облучения ткани сводится к облучению молекул клетки потоком электронов высокой энергии. На первой стадии воздействия преобладают быстрые физические процессы внутри клетки. Далее происходят химические реакции и диссоциация поврежденных молекул (ПМ), приводящие к возникновению и трансформации конечных радиационных продуктов.

Энергия взаимодействия передается посредством ионизационных треков через органеллы внутри клетки, которые могут приводить к обратимым или необратимым поломкам молекул.

В тоже время существуют процессы внутри клетки, которые при воздействии электронов приводят к гибели ядра клетки. Их всего два. Это двунитевые разрывы молекул ДНК ядра клетки и разрушение ядра клетки с образованием ЛС-белка. Все другие случаи гибели клетки, не связанные с разрывом ДНК ядра, предусматриваются механизмом репарации и не представляют интереса с точки зрения поражения организма. Здесь и в дальнейшем аббревиатурой «ЛС» обозначены молекулы, приводящие к образованию чуждого ЛС-белка (RC-molecule) после разрушения ядра облученной клетки.

Следует особое внимание обратить на ЛС-белок – модификацию молекулы ДНК. Это не обычный белок – это новый тип белка. Рождается он только при столкновении  очень быстрого электрона с молекулой ДНК. В процессе этого взаимодействия ядро разрушается и гибнет клетка. Событие редкое. Вероятность его оценивается, как один процент по сравнению с гибелью клетки после двунитевого разрыва ДНК.

Два основных свойства ЛС-молекулынечувствительность к действию иммунной системы. Организм просто не видит чуждую молекулу. Второе – способность вызывать разрушение соседних клеток.

При воздействии ЛС-белка на соседнюю  клетку она утрачивает саму клеточную структуру и не может трансформироваться в клетку соединительной ткани. При этом рождается своя новая молекула ЛС-белка. Процесс носит цепной характер. Агрессивность ЛС-белка в организме приводит к постепенному расширению области радиационного поражения за счет пограничных клеток. Здесь сразу же уместно сказать о "факторе времени", который чрезвычайно важен в радиобиологии. Теперь ясно, что конечный результат ("доза-эффект") определяется не столько полученной величины дозы, сколько временем после облучения, когда действует разрушающий механизм ЛС-молекул.

Таким образом, повреждающее ионизирующее излучение воздействует только на ядра клеток тканей,    вызывая их разрушение (в случае образования ЛС-белка) или преобразование (в случае гибели или трансформации клетки в соединительную ткань). Других значимых событий не бывает. Это состояния организма называется Лучевым Склерозом. Основная  особенность его – гибель клеток, нарастающая во времени, возникающая только при радиоактивном облучении ядер клеток тканей, и продолжающаяся после его прекращения. (Пшен-2001-1).

ЛС-белок сохраняет свою разрушительную структуру в течение многих лет. Как показали статистические наблюдения полупериод развития Лучевого Склероза у пострадавших в результате чернобыльской трагедии составил примерно 10 лет. (Пшен-2005).

 

Радиационное повреждение.

Исследователи сталкивались с проявлениями описываемого механизма гибели клеток уже более 20 лет. Но никаких приемлемых объяснений сути явления пока не было предложено. Мешала общепринятая энергетическая концепция поражения организма, в результате которой  старались связать действие радиации с затратами энергии облучения.

Обычно в опытах по облучению животных наблюдали «появление широких (до 1 - 3 мкм) промежутков между эндотелиоцитами. В этих пунктах обнажается базальный слой капилляра. Он сохраняется как единственный структурный компонент стенки, поддерживающий ее непрерывность в дефектных местах. В редких случаях наблюдается и одновременное повреждение базального слоя, что сопровождается накоплением тромбоцитов в зоне дефекта.» (Вороб-1985)

Нельзя не отметить огромный вклад коллектива под руководством проф. Бычковской И.Б. в исследованиях изменения, происходящих в ультраструктурах клеток в потоке рентгеновских лучей. Эффекты проявлялись в долговременном повышении вероятности гибели клеток по сравнению с фоном. Клетки с признаками этих нарушений были вкраплены среди нормальных клеток популяции. Их регистрировали на протяжении длительных сроков после воздействия излучения. (Бычк-1986).

«В облученном эндотелии при использованной нами дозе (в том числе 0,5 Гр) систематически регистрируются дефекты эндотелиальной выстилки, а со временем накапливаются участки, представленные широкораспластанными клетками. Растет неравномерность выстилки по толщине. Это говорит о постепенной депопуляции ткани.» И далее. «На месте дескваммированных клеток появлялись дефекты эндотелиальной выстилки, которые ликвидировались, главным образом, за счет наползания соседних клеток.» (Бычк-2002).

При облучении было подмечено свойство организма, «когда он  встречается с радиацией в количествах, которые не превышают его максимальных защитных возможностей, он начинает сразу энергично восстанавливать нарушенный порядок таким образом, что в течение 30 дней будет восстановлена половина всего нанесенного повреждения (его называют периодом полувосстановления), а в течение 3-3,5 месяцев будет восстановлено практически все возможное, кроме небольшой части повреждений, которыми, как считают ученые, обусловлен риск более отдаленных последствий облучения.» (Анто-1987).

Именно «отдаленные последствия облучения» и ускользали из поля зрения. Малость величины эффекта и отдаленность последствий скрывали губительную истину. 

 
Фон и облучение.

 Как уже отмечалось, все другие случаи повреждения клетки, не связанные с разрушением ДНК ядра, касаются химических и биологических процессов происходящих внутри клетки после облучения. Поврежденные молекулы (ПМ) не представляют угрозу для организма. Однако, практически вся энергия радиоактивного излучения расходуется именно на эти процессы.

Можно считать, что радиоактивный фон 0,1 мкГр/час в 1 мл ткани, в котором содержится в среднем 3,5.108 клеток/см3, рождает в час 3,5 ЛС-молекул, 350 двойных  разрывов ДНК, 35000 одинарных и 175000 ПМ = 3,5 ЛС + 350 дв + 35000 од + 175000 ПМ. Всего под действием фона повреждается более 200000 биомолекул в час. И примерно 350 случаев из них приводят к гибели клеток. Остальные нарушения практически восстанавливаются с помощью репараций. И только 3,5 ЛС-молекул всегда присутствует в образцах за счет радиоактивного фона. (Пшен-2006-1). Отсюда следует: если концентрация ЛС-молекул не превышает 10-12 в 1 мл в час, то обеспечивается нормальный радиационный фон, что соответствует годовой допустимой дозе для населения 0,5 сГр. В противном случае развивается лучевой склероз.

Обычно сохраняется баланс при 100% воздействующего радиоактивного облучения: не более максимум 3,5% вызовут случаи двойного разрыва ДНК и всего 0,035% ЛС-молекулы. Для примера можно привести численные значения опасности гамма-облучения величиной 1 Грей, который рождает в 1 г ткани:  3,5.107  ЛС-молекул, 3,5.109 двойных разрывов ДНК,  1,75.1012 поврежденных молекул. Обнаружить столь малые количества ЛС-белка среди поврежденных молекул пока не представляется возможным. Теперь ясно,  о каких величинах идет речь.   

 

Экспериментальные данные.              

Несмотря на большое число работ по исследованию поврежденных клеток при радиоактивном облучение очень трудно подобрать факты иллюстрации именно разрушения ядер клеток. Наиболее удачным следует признать эксперименты с повреждением эндотелиоцитов.

Проводили облучение белых крыс Рентгеновскими лучами. Обнаружили, что клетки с ультраструктурными нарушениями были вкраплены среди нормальных клеток популяции. В качестве наиболее надежных морфологических критериев для оценки поражения эндотелиоцитов были выбраны отечная дегенерация, внутриклеточный лизис и изолированное повреждение митохондрий. Эти нарушения развиваются независимо друг от друга и встречаются наиболее часто. (Бычк-2002).

На основе этих исследований и представленного иллюстративного материала появилась возможность проанализировать процессы, происходящие в клетке при облучении. Однако, в отличии от выводов авторов, существует и другая точка зрения, которая полученные данные характеризует как развитие лучевого склероза.

Среди иллюстраций в тексте статьи был помещен рис. 2. К сожалению, рисунок оказался перепутан с графиками с рис. 1. Более того, ни в тексте статьи, ни в подписи к рисунку не были приведены комментарии. Не удачно выбранные параметры изображения, выбор осей, масштаб и координаты точек не позволили произвести научный анализ предлагаемого материала статьи.

На основе статьи и представленного иллюстративного материала появилась возможность проанализировать процессы, происходящие в клетке при облучении. Учитывая ценность и уникальность исследований, был выбран путь восстановления исходных данных по приведенным в тексте печатным рисункам.

Рис.1. Совмещенный график. Цифрами обозначены: 1 – кривая, соединяющая все экспериментальные точки, обозначающие случаи повреждения митохондрий; 2 – огибающая экспонента; 3 – кривая, соединяющая все экспериментальные точки лизиса; 4  линия среднего значения поражения внутриклеточным лизисом; 5 – кривая, соединяющая все экспериментальные точки отечной дегенерации; 6 – линия среднего значения с признаками отечной дегенерации; 7 и 8    значения величины квадратичной погрешности точек лизиса и отечной дегенерации.

Рис.2. Изолированные повреджение митохондрий. Цифры 1 и 2  те же, что и рис.1. Цифрой 3 обозначена точка, которая не принадлежит по кретерию Стъюдента данному распределению.

 

При построении на всех графиках были взяты расстояния экспериментальных точек в миллиметрах от осей. Восстановлены и оси в линейном масштабе. По оси ординат отложены случаи U повреждений клеток, а по оси абсцисс –  время наблюдения  в сутках. Ниже в тексте приводятся отдельно рисунки с распределениями экспериментальных точек повреждений митохондрий (рис.2) и совмещенные графики лизиса и отечной дегенерации (рис3).

Особый интерес представляет случай сравнения результатов наблюдений лизиса и отечной дегенерации.

Рис.3. Сравнение распределений случаев отечной дегенерации и лизиса. Средние значения величины лизиса 2 и отечной дегенерации 4 представляют прямые линии.

 

На рис.3 все экспериментальные  точки соединены между собой кривыми 1 и 3. Видно, что кривые синхронно повторяют подобные значения. Это означает, что обе линии описывают один и тот же процесс. Средние величины распределений 2 и 4 представляют прямые линии: (5,0 ± 1,8) и (2,5 ± 1,1). В качестве ориентиров на линиях средних значений указаны величины 5 и 6 удвоенных отклонений от среднего. Точка 7 по критерию Стьюдента не принадлежит к указанному распределению.

События первых суток не анализировались, поскольку не представляли интереса. Но отголоски этих процессов наблюдаются на всех графиках.

 

Обсуждение результатов измерений.

Общая картина происходящих процессов показана на рис.1. Видно, что главные события после облучения развиваются внутри клетки с участием поврежденных митохондрий. Отдельно процессы поведения митохондрий демонстрируются на рис. 2. Огибающая кривая представляет экспоненту, чего и следовало ожидать. Хорошо видно, что экспериментальные точки ложатся вдоль нее, представляя во времени затухающий процесс репараций. Таким образом, еще раз доказано и подтверждено, что главная ответственность за процессы в клетке, которые происходят после облучении ядерными частицами, лежит на преобразовании митохондрий. 

И лишь повреждения, которые включают и лизис, и отечную дегенерацию, связаны не только с репарациями. На графике рис.3 построены распределения этих процессов. Все точки соединены между собой. Обращает внимание подобие кривых лизиса и отечной дегенерации. Причем, все точки кривых анализировались на принадлежность к распределению с помощью критерия Стьюдента. Они не превышают двойное отклонение от среднего значения. Анализ показывает, что линии происходящих событий отражают постоянство во времени, что противоречит самому смыслу затухающих реакций репараций после облучения. Таким образом, можно предполагать, что должны быть только ядерные процессы, отражающие повреждение ядер. Именно такая гибель клеток сопровождается и лизисом, и отечной дегенерацией, что объясняет и сам факт их подобия. Именно лучевой склероз обеспечивает постоянство во времени в интервале проведенных наблюдений. Развитие болезни описывается экспонентой и на начальном этапе в пределах года не превышает одного процента. А малая величина эффекта не позволяла обнаружить его на фоне мощных реакций репараций. 

По-видимому, следует однозначно подчеркнуть ядерную природу глобальных изменений в клетке, а не в цитоплазматических структурах, которые ответственны лишь за репарации. Именно ядерные разрушения с образованием ЛС-белка, за счет цепного характера  процесса, однозначно объясняют «медленное опустошение всей популяции» при массированном облучении в полях величиной в десятки Грей. Те же эффекты происходят и при облучении одноклеточных организмов.

Анализ воздействия радиоактивного излучения на человека позволил допустить лишь два пути реакция организма: типа репараций или разрушение тканей. Первый – вызывает кратковременные функциональные отклонения в отдельных клетках, которые  допускают свойства организма и его иммунной системы. Время восстановления работоспособности зависит от скорости репараций. Сегодня все усилия медицины при борьбе с последствиями облучения направлены на борьбу с репарациями.

Второй тип – разрушение тканей. Это развитие лучевого склероза. Надо еще раз подчеркнуть, что процесс носит цепной характер, ускоряющийся во времени, не связанный с действием иммунной системы. Полупериод болезни определяется только начальной полученной дозой и коэффициентом размножения ЛС-молекул. Он не зависит от состояния конкретного организма. Идет прогрессирующий распад тканей.

Здесь главная опасностьскорость умножения ЛС-белка. Нет пока методов борьбы с лучевым склерозом. Время болезни составляет от дней (при массированном облучении = «острая лучевая болезнь») до нескольких лет (при близком к фоновым значениям = более 3-4 уровней привычного фона). Это и есть лучевой склероз.

 

Заключение.

Видимое проявление лучевого склероза на теле больного – это незаживающие радиационные ожоги. Именно ЛС-белок при этом является источником некроза ткани. Край каверны содержит слой клеток с высокой концентрацией молекул ЛС-белка. Соседние нормальные клетки постоянно подвергаются разрушению, за счет чего область поражения все время увеличивается. Способ борьбы с ЛС-белком пока один – удаление пораженной ткани до нормальных клеток.

В новых условиях надо прежде всего научиться фиксировать случаи гибели клетки с разрушением ядра и рождением молекул ЛС-белка. А для этого нужна новая дозиметрияквантовая. Действующим началом здесь является не энергия излучения, а сам факт столкновения  квантэлектрона с ядром клетки не зависимо от энергии электрона.

Джон Гофман говорил:  «Более важно определить дозу с точки зрения среднего числа треков на ядро, а не в радах. Минимальная доза, получаемая ядром клетки, всегда определяется энергией, которая передается через ионизационный трек быстрым электроном. Такую энергию мы не можем ни изменить, ни регулировать...»  (Гофм-1994-1,2). Надо научиться считать кванты соударений с ядром, а не электронВольты.

И прежде всего надо научиться отличать случаи гибели клеток, вызванные двухнитевидными повреждениями ДНК ядра,  от разрушений ядра с рождением ЛС-белка. В этом плане обнадеживающим результатом наблюдений стали исследования процессов лизиса и отечной дегенерации, выполненные группой проф. Бычковской И.Б. Нужны новые методы и новые приборы.

 

Summary

The basic feature of nuclear radiation is high energy of the particles capable to break  configuration of biomolecules. All diversification of elementary actions from nuclear radiation for a tissue  add up cells lesion   by a stream of electrons of high energy. There are only two ways. It is the breaks of duplex DNA in a kernel of a cell or destruction of a kernel of a cell with formation of RC-molecule - that is a new type of molecules. Features of the RC-molecule: insensibility to action of immune system and the ability to destroy  an adjacent cell. In this nuclear destruction  the new molecule of RC-protein is born. Process has  nature of chain reaction. The  quality of destructive structure the RC-molecule keeps  for many years. This  illness of the organism is named  as the Radiation Sclerosis. The main feature of illness is loss of  cells  due to perishing    of a radioactive irradiation of nucleuses of cells and to go on   increasing them quantity  after   irradiation termination.

The  molecules damage of a cell do not threaten destruction of an organism,  notwithstanding that actually, all energy of a radioactive irradiation  waste on processes of reparations. Only 3,5 % of cases break off a double   DNA   and only 0,035 % of cases  are born  the RC-molecules . It is not possible  to notice such  small quantities of RC-protein among the  molecules damage today.

It has carried out  X-irradiation of white  rats. In quality of the most reliable morphological norm of an estimation of a defeat of endotheliocytes were chosen a edematose degeneration, intracellular lysis and isolated damage of mitochondrions. There is also other point of view, that the obtained data have characterized  development of a radiation sclerosis. And only a damage of cells, which   include lysis and edematose degeneration, are connected not only to reparations. Such destruction  of a core of cell should be accompanied and lysis, and the edematose degeneration.  The radiation sclerosis provides persistence just in time in an interval of the conducted observation. The  disease  is described by an exponential  function and on the initial stage  does not exceed  in the limits one  a percent for  one year. A small   effect did not allow to find out it on a background of powerful reactings of reparations.

The analysis  of data  of irradiation of the person  has allowed to suppose  only two ways of action development : type of reparations or of destruction of  tissues. The first way -  short-term functional deviations in the separate cells, the second type - destruction of a cell. The second way is development of a radiation sclerosis. Process has   type of  chain reaction  and  accelerate in time. Half-period of illness is conditioned  only by an initial external dose and the factor of multiplication   of   RC-molecules quantity . It does not depend on state of health of a concrete organism. This is progressing disintegration of tissue.

In new conditions it is necessary to study first of all differing cases of loss of the cells caused by  break of a nucleus duplex DNA   or the destruction of a nucleus with a  RC-protein birth. New dosimetry - quantum dosimetry - is necessary with this purpose. The effective agent  here is not energy of electron, but a collision event is - quantum - of a electron  with a nucleus of a cell. This quantum does not depend on energy.

 

Литература

(Анто-1987) – Антонов В.П.   Радиационная обстановка и ее социально-психологические аспекты. / Общ. "Знание", УССР, Киев, 1987, 48 с.

(Бычк-1986) – Бычковская И.Б.   Проблема отдаленной радиационной гибели клеток.

/М. Энергоатомиздат. 1986.  158 с.

(Бычк-2002) – Бычковская И.Б., Степанов Р.П., Федорцева Р.Ф.  Детерминированные последствия действия излучения в малых дозах. Особые долгоживущие клеточные эффекты в эндотелии кровеносных сосудов. // Журнал "Медицинская радиология и радиационная безопасность", том 45, №1, Изд. Медицинский   радиоэкологический научный центр РАМН. 2002. 26-35 сс.

(Вороб-1985) – Воробьев Е.И., Степанов Р.П. Ионизирующая радиация и кровеносные сосуды.  /М. Энергоатомиздат. 1985. 124 с.

(Гофм-1994-1) – Гофман Джон   Рак, вызываемый облучением в малых дозах: независимый анализ проблемы. / Изд. Социально-экологическое. Москва. 1994, с.354.

(Гофм-1994-2) –Гофман Джон   Чернобыльская авария: радиационные последствия для настоящего и будущих поколений. / Изд. ²Вышэйшая школа², Минск. 1994, с.574.

(Пшен-2000) - Пшеничников Б.В., Иванова Н.В. Лучевой склероз. //Гигиена населенных мест. Сборник, выпуск 36, часть 2. Украинский научный гигиенический центр. Киев. 2000, с. 93-99.

(Пшен-2001-1) -  Пшеничников Б.В., Иванова Н.В. Лучевой склероз и общее поражение организма. // Международный журнал радиационной медицины, том 3, № 1-2, 2001, с. 278-279.

(Пшен-2005) – Бронислав Пшеничников. Теория поражения организма радиоактивным излучением. /Сборник  докладов по лучевому склерозу. Изд.ЧП "Кантри Лайф", Киев, 2005, 136 

(Пшен-2006-1) – Пшеничников Б.В.  Поражение организма радиоактивным излучением. // XIII Международная научно-практическая конференция «Экология человека в постчернобыльский период», Минск 1-2 декабря 2005 г.

 

Hosted by uCoz