Wpływ promieniowania

Skutki działania promieniowania na chemiczne składniki komórki zależą od roli, jaką dany składnik odgrywa w życiu i funkcjonowaniu komórki. Potencjalnie najgroźniejsze są więc uszkodzenia DNA. Zmiany w DNA powstałe na skutek pośredniego i bezpośredniego działania promieniowani nie różnią się od siebie. Są to głównie:

1. pęknięcia jednej lub obu nici DNA;
2. zmiany lub ubytki zasad azotowych;
3. wiązania krzyżowe typu DNA-DNA;
4. wiązania krzyżowe typu DNA-DNA;
5. zniekształcenia przestrzennej struktury DNA.
   
   

Z wymienionych uszkodzeń potencjalnie najgroźniejsze są pęknięcia nici DNA. Ich liczba oraz rodzaj ( podwójno- lub pojedyńczoniciowe) zależy od ilości energii pozostawionej przez promieniowanie w jednostce masy ciała, a więc od dawki pochłoniętej. Ocenia się, że dawka wynosząca 1 grej jest powodem średnio 40 pęknięć podwójnoniciowych i 1000 pęknięć jednoniciowych w każdej napromienionej komórce organizmu . Nie wolno jednak zapominać, że podobne uszkodzenia DNA powstają także w wyniku normalnych procesów metabolicznych. W ciągu jednego dnia w każdej komórce ludzkiego ciała powstaje około 10000 spontanicznych pęknięć jednoniciowych i 8 spontanicznych pęknięć podwójnoniciowych [4] Aby sprostać tym zagrożeniom komórki wyposażone są w odpowiednie mechanizmy kontroli i naprawy DNA. Ale gdy w krótkim czasie pojawia się duża liczba uszkodzeń (przypadek krótkotrwałego działania dużej dawki promieniowania X lub ? ), albo gdy uszkodzenia tworzą liczne, blisko leżące skupiska (przypadek działania dużych dawek promieniowania ? ) część tych uszkodzeń może zostać nie naprawiona lub błędnie naprawiona. Dlatego w napromienionych komórkach powstają mutacje, czyli trwałe i nie odwracalne zmiany w DNA. Mogą one dotyczyć pojedynczego genu (mutacje punktowe) lub wielu sąsiadujących ze sobą genów. Te ostatnie na ogół wiążą się z tak znacznymi ubytkami lub przemieszczeniami fragmentów DNA, że zmieniają morfologię chromosomów.

Chromosomy (zdjęcie obok [5]) są skondensowaną postacią chromatyny (połączenie DNA i specyficznych białek jądrowych), która jest przygotowana do rozdzielenia i przekazania komórkom potomnym w procesie podziału komórkowego. Zmiany morfologii chromosomów nazywamy aberracjami chromosomowymi. Promieniowanie jonizujące jest szczególnie efektywne w tworzeniu aberracji chromosomowych, które klasyfikujemy jako: dicentrykami i translokacjami. Schemat powstawania popromiennych dicentryków i translokacji

Obecność dwóch centromerów stanowi mechaniczną przeszkodę w podziale chromosomu dicenrycznego i prowadzi zwykle do jego utraty w trakcie pierwszego popromiennego podziału komórkowego. Komórki, które utraciły część swojego materiału genetycznego mogą podzielić się jeszcze raz lub drugi, ale później ich podziały bezpowrotnie ustają. Zjawisko to, nazywane śmiercią mitotyczną, leży u podstaw popromiennego deficytu komórek w tych tkankach i narządach, których funkcjonowanie wymaga częstej odnowy komórkowej. Dlatego najbardziej promieniowrażliwe są te tkanki i narządy, których komórki ulegają częstej odnowie. Są to narządy limfatyczne takie jak: szpik kostny, grasica i śledziona; ściany przewodów pokarmowego, moczowego i oddechowego; skóra oraz gonady męskie. Jajniki oraz mózg i inne części centralnego układu nerwowego są stosunkowo promieniooporne. Ich uszkodzenie jest jednak nieodwracalne ze względu na brak komórek macierzystych, które mogłyby zastąpić utracone komórki funkcjonalne (oocyty i komórki nerwowe). Mniej lub bardziej odległym skutkiem deficytu komórek funkcjonalnych i macierzystych są zakłócenia w działaniu narządów, które często obejmują cały organizm. Jako przykład można podać chorobę popromienną w jej szpikowej, żołądkowo-jelitowej i mózgowej postaci. Jest to specyficzne dla promieniowania, ciężkie schorzenie, które nie leczone prowadzi zawsze do śmierci. Przyczyną choroby popromiennej jest nieodwracalne wyczerpanie komórek macierzystych w szpiku kostnym i nabłonkach przewodu pokarmowego, a w przypadku postaci mózgowej uszkodzenie komórek nerwowych. Największą szansę na wyleczenia ma zespół szpikowy, i w mniejszym stopniu, żołądkowo-jelitowy. Mózgowej postaci choroby popromiennej wyleczyć nie można.

Różnice w promieniowrażliwości poszczególnych tkanek i narządów są wynikiem różnic w promieniowrażliwości tworzących je komórek. Najbardziej wrażliwe na promieniowanie są nie wyspecjalizowane i często dzielące się komórki macierzyste. Komórki, które osiągnęły już swój stopień specjalizacji lub te, które dzielą się rzadko lub wcale są względnie oporne na dawki promieniowania powodujące śmierć mitotyczną komórek macierzystych lub często dzielących się. Jedynym wyjątkiem od tej reguły są limfocyty.

Z podobnych powodów rosnące narządy dzieci i młodzieży wykazują znacznie większą promienio-wrażliwość niż narządy osób dorosłych. Jednak najbardziej promieniowrażliwe są rozwijające się tkanki i narządy ludzkiego zarodka. Okres rozwoju tkanek i narządów, nazywany organogenezą, trwa od drugiego do ósmego tygodnia ciąży. Jest to więc szczytowy okres promieniowrażliwości człowieka.

Aberracje chromosomowe typu translokacji nie zakłócają podziału komórki, ponieważ morfologia chromosomów z translokacjami nie odbiega od normy. Powstawaniu translokacji towarzyszy jednak przemieszczanie materiału genetycznego z jednego chromosomu na drugi, które może zmienić zarówno funkcje jak i aktywność poszczególnych genów. Takie mutacje są cyklu

szczególnie groźne w genach odpowiedzialnych za naprawę DNA i kontrolę komórkowego. Komórka somatyczna, która jest nosicielem właśnie takiej mutacji, może bowiem wejść na tzw. tor mutacyjny. To oznacza, że w każdym kolejnym pokoleniu tej komórki, może pojawić się komórka potomna z dodatkową mutacją. Z czasem może nagromadzić się tyle różnorodnych mutacji, że komórka, która je odziedziczy, zmieni swój wygląd i całkowicie wyłamie się spod kontroli genów. Nazywamy to transformacją nowotworową, ponieważ tylko komórki nowotworowe wykazują zdolność do niekontrolowanych podziałów komórkowych, swoisty metabolizm oraz możliwość wędrowania z

prądem krwi do innych narządów i tworzenie tam przerzutów.

Popromienne mutacje w komórkach somatycznych mogą więc, ale nie muszą, zapoczątkować powstawanie nowotworów popromiennych. Organizm dysponuje bowiem rozbudowanymi i sprawnie działającymi mechanizmami obrony przed ewentualnymi skutkami nie naprawionych lub błędnie naprawionych uszkodzeń DNA. Jeśli więc ilość uszkodzeń jest na tyle duża, że przekracza pewien próg tolerancji, komórka może zostać skierowana na drogę apoptozy. Ten rodzaj śmierci komórkowej ma zapobiec podziałowi zmutowanej komórki i jej wejściu na tor mutacyjny. Wśród zmutowanych komórek bardzo częstym zjawiskiem jest także opóźniona śmierć mitotyczna. Gdy doszło już do transformacji, to zmienione antygenowo komórki nowotworowe mogą jeszcze zostać rozpoznane jako nieprawidłowe i usunięte przez układ odpornościowy. Na transformację nowotworową szczególnie podatne są komórki macierzyste oraz komórki rosnących tkanek i narządów.Widać to wyraźnie na przykładzie gruczołu piersiowego i tarczowego, ponieważ zapadalność na nowotwory sutka i tarczycy wyraźnie spada po okresie pokwitania.

Nowotwory popromienne pojawiają się z dużym opóźnieniem czasowym, nazywanym okresem utajenia. Najkrótszy okres utajenia występuje w przypadku białaczek. Wynosi on dwa lata. W przypadku innych rodzajów nowotworów czas utajenie może sięgać nawet kilkunastu lat. Promieniowanie nie wywołuje jednak żadnego charakterystycznego nowotworu, a jedynie zwiększa prawdopodobieństwo występowania tych, które z większą lub mniejszą częstością pojawiają się w całej populacji ludzkiej. Jednak w porównaniu z takimi chemicznymi czynnikami rakotwórczymi jak azbest, benzen czy niektóre składniki dymu tytoniowego, promieniowania okazuje się być dużo słabszym karcynogenem

Wszystkie skutki promieniowania, które obserwujemy u napromienionych osób nazywamy skutkami somatycznymi. Te, które ujawniają się w ciągu godzin, dni lub tygodni określamy jakowczesne skutki somatyczne. Skutki ujawniające się po upływie miesięcy lub lat zaliczamy do późnych skutków somatycznych. Do skutków wczesnych zaliczamy:

1. zespół szpikowy, żołądkowo-jelitowy i mózgowy choroby popromiennej;
2. rumień skóry;
3. czasową lub trwałą bezpłodność.

Skutki ujawniające się po upływie miesięcy lub lat od napromienienia to tzw. późne skutki somatyczne. Są to

1. zmniejszenie się ilości komórek miąższowych (funkcjonalnych) w narządach o wolnej wymianie komórkowej;
2. zmętnienie soczewki oka (zaćma);
3. nierównomierne odkładanie się pigmentu w skórze;
4. przyśpieszone starzenie, które polega na stwardnieniu naczyń krwionośnych i zwłóknieniu narządów w wyniku agregacji koleganu.

Jednak za najważniejsze skutki późne uważamy nowotwory takich tkanek i narządów jak: szpik kostny, okrężnica, żołądek, płuca, pęcherz moczowy, gruczoł piersiowy, wątroba, przełyk, skóra i powierzchnia kości.