Книга Рожденная веком - Самуил Петрович Ярмоненко

агента — дискретность поглощения энергии, а второе учитывает особенность облучаемого объекта — высокую функциональную гетерогенность клетки, предопределяющую различие в ответе на одно и то же попадание в зависимости от пораженной мишени. Иными словами, принцип попаданий исходит из наличия в клетке более или менее существенных для жизни структур, и так как распределение ионизаций носит случайный характер, то исход поражения клетки — чисто вероятностная реакция, зависящая от попадания в наиболее ответственный для жизни микрообъем.

Эти представления впервые были сформулированы Дессауэром еще в 20-х годах, а затем развиты в трудах Н. В. Тимофеева-Рессовского, К. Г. Циммера и Э. Д. Ли.

Легко заметить, что изложенные теоретические принципы носят чисто формальный характер; они и получили название классического формализма. Эпитет «классический» говорит о многом. Действительно, всем своим развитием количественная радиобиология в значительной степени обязана концепциям попадания и мишени. Вспоминая Шиллера — «И в настоящем дне грядущий день уже свой путь свершает»,— можно сказать, что и сегодня простые, но мудрые положения классицизма сохраняют свое значение, несмотря на появление большого числа фактов и явлений, требующих дополнительных объяснений и не укладывающихся в прокрустово ложе формальных представлений, ибо сам принцип позволяет хотя бы осмыслить радиобиологический парадокс.

Теперь расширились вероятностные аспекты этого принципа, что отражается даже в названии новых гипотез. Такова стохастическая (вероятностная) гипотеза О. Хуга и А. Келлерера, учитывающая не только поражение, но и открытую в последнее время возможность восстановления жизнеспособности облученной клетки. Кстати, честь открытия феномена восстановления принадлежит отечественному радиобиологу — Владимиру Ивановичу Корогодину, много лет проработавшему в тесном сотрудничестве с Н. В. Тимофеевым-Рессовским.

Стохастическая гипотеза рассматривает клетку как лабильную динамическую систему, постоянно находящуюся в стадии перехода из одного состояния в другое. Вследствие крайней сложности системы любой такой переход связан с множеством сопряженных реакций отдельных клеточных органелл и макромолекул. В процессе жизнедеятельности благодаря влиянию самых разнообразных, не подлежащих учету факторов и малейших неопределенностей исходного состояния возникает вероятность «отказов» в элементарных звеньях, а вследствие этого и (или) независимо от них — «крушения» всей системы. На биологическую стохастичность (вероятность) первого порядка при облучении клетки накладывается стохастика второго порядка вследствие случайного взаимодействие излучения с веществом. Это увеличивает вероятность крушений системы, происходящих со значительно меньшей частотой и в необлученном контроле.

Таким образом, как справедливо замечает В. И. Корогодин, стохастическая гипотеза, отражая дух времени, пытается рассмотреть различные возмущения биологической системы, возникающие как в процессе жизнедеятельности, так и под влиянием облучения, с позиций теории вероятностей, стремясь описать их моделями, максимально соответствующими представлениям динамической биохимии и молекулярной радиобиологии. Нельзя не заметить, что остались незыблемыми оба определяющих фактора классического принципа попаданий — дискретность радиационного агента и функциональная негомогенность биологического объекта. Существенно отличным является лишь толкование второго фактора: если с формальных позиций он определяется наличием фиксированных мишеней, то в системе новых представлений показана несостоятельность такой точки зрения, взамен которой развита идея определяющей ролл стохастической природы физиологических процессов и их радиационных нарушений.

Стохастическая гипотеза, учитывающая современные данные о микрораспределении энергии излучения, вариабельность радиочувствительности, роль процессов восстановления и временную кинетику биологических процессов, несомненно более биологична, чем классический формализм. Но и она не в состоянии удовлетворительно объяснить все многообразие экспериментальных фактов.

В последние 2—3 года была предпринята новая попытка теоретического анализа. На сей раз Юрий Капульцевич (представитель школы Н. В. Тимофеева-Рессовского и В. И. Корогодина) предложил так называемую вероятностную модель радиационного поражения клетки. Согласно этой модели разные клетки, подвергнутые облучению в одной и той же дозе, поражаются в разной степени в соответствии с принципом попадания. Однако в рамках предлагаемой модели радиационные повреждения проявляются с вероятностью меньше единицы и в зависимости от условий жизнедеятельности клеток, увеличиваясь при ухудшении этих условий.

Таким образом, вероятностная модель, являясь как бы синтезом принципа попадания и стохастической концепции, использует сохранившие значения основные положения первого и дополняет последнюю, расширяя диапазон явлений, которые могут быть интерпретированы с позиций биологической стохастики. Однако уже сегодня сам автор модели указывает на ряд ее ограничений, свидетельствующих о необходимости дальнейшего совершенствования наших теоретических представлений.

Существует еще один теоретический подход к объяснению радиобиологического эффекта; он постулирует различные биофизические и биохимические механизмы усиления первичных элементарных процессов размена энергии излучения. Роль таких усилителей поражения приписывается высокореакционным продуктам, образующимся в облучаемом биосубстрате, получившим название радиотоксинов. По мнению академика Николая Марковича Эмануэля, профессора Бориса Николаевича Тарусова и профессора Юрия Борисовича Кудряшова, в качестве таковых выступают различные ненасыщенные жирные кислоты и перекиси липидной природы, инициирующие цепные окислительные реакции радикального типа. Наиболее широкие исследования в этом направлении на протяжении двух десятков лет осуществляются членом-корреспондентом АН СССР Александром Михайловичем Кузиным. В настоящее время развиваемая им концепция известна под названием структурно-метаболической гипотезы. В рамках этой гипотезы наряду с липидными токсинами большое значение придается хинонам и ортохинонам. Усиленное образование их в клетке под влиянием облучения нарушает ее строго упорядоченную структурную организацию, что приводит к нарушению мембран, сопряжению важных метаболических процессов, активации ферментов, расстройству управляющих систем и другим тяжелым последствиям вплоть до гибели. Таким образом, структурно-метаболическая гипотеза решающую роль отводит фактору функциональной гетерогенности клетки и опосредованным (через образование радиотоксинов) эффектам ионизирующих излучений.

К сожалению, и эта гипотеза не позволяет объяснить многие факты, в частности, такие важные, как разную эффективность электромагнитных излучений и тяжелых ядерных частиц, отличающихся, как упоминалось, лишь пространственным распределением энергии.

Подводя итог современному состоянию вопроса о первичных механизмах радиобиологического эффекта, следует исходить из того, что классические представления принципа попаданий претерпели серьезную модификацию. Очевидно, наиболее правильное решение рас- сматриваемой проблемы лежит на пути признания решающей роли совокупности повреждений, возникающих в отдельных звеньях многокомпонентной, чрезвычайно сложной, строго упорядоченной в структурном и функциональном отношении системы, каковой является живая клетка.

К сожалению, ни одна из гипотез пока не может быть названа общепризнанной (помните слова Фриц-Ниггли?), так как появляются все новые факты и открытия. И в этом нет ничего удивительного. Такова героико-драматическая судьба любой гипотезы, живущей лишь вместе с кругом явлений, которые она может объяснить, и отмирающей с рождением новых противоречащих или несоответствующих ей фактов.

Тем не менее существующие теоретические представления позволяют непротиворечиво объяснить многие экспериментальные факты и прежде всего осмыслить феноменологию радиационной гибели клетки.

Невосполнимая утрата

Попытаемся теперь ответить на вопросы, поставленные в начале этой главы.

Какова же непосредственная причина гибели клетки?

Ответ — прежде всего, повреждение содержащегося

в клеточном ядре наследственного вещества — дезоксирибонуклеиновой кислоты —ДНК. Гигантские молекулы ДНК, из которых состоят находящиеся в ядре хромосомы, уникальны по своему составу, строению и