Механизм действия ионизирующего излучения на клетки опухоли

Ионизирующее излучение (ИИ) – один из ключевых методов борьбы с раком. Его эффективность основана на способности повреждать ДНК опухолевых клеток, останавливая их размножение. Понимание этого процесса помогает осознать, почему лучевая терапия работает, как минимизировать риски и на чём основаны современные протоколы лечения.

Основная мишень излучения: молекула ДНК

Ионизирующее излучение воздействует на клетки через передачу энергии. При прохождении через ткань фотоны (рентгеновское или гамма-излучение) или частицы (электроны, протоны) выбивают электроны из атомов. Это создаёт ионы и высокоэнергетические свободные радикалы. Главная мишень – ДНК, молекула-носитель генетической информации. Её повреждение нарушает способность клетки делиться и выполнять свои функции.

Прямое и косвенное действие излучения

Ионизирующее излучение разрушает клетку двумя путями:

• Прямое действие: Частицы или фотоны напрямую сталкиваются с атомами ДНК, разрывая химические связи в её структуре. Этот механизм преобладает при использовании тяжёлых частиц (протонов, нейтронов).
• Косвенное действие: ИИ взаимодействует с водой (составляющей 70-80% клетки), образуя свободные радикалы (например, гидроксильный радикал OH•). Эти химически агрессивные частицы атакуют ДНК, окисляя и разрушая её. На косвенное действие приходится до 70% повреждений при фотонном облучении.

Ключевые типы повреждений ДНК

Под действием ионизирующего излучения в ДНК возникают:

• Одиночные разрывы цепи: Разрыв одной "нити" двойной спирали ДНК. Часто репарируются клеточными ферментами.
• Двойные разрывы цепи: Одновременный разрыв обеих нитей ДНК в близких точках. Самые опасные повреждения, сложные для восстановления.
• Поперечные сшивки: Химические "мостики" между нитями ДНК или между ДНК и белками, мешающие раскручиванию спирали.

Двойные разрывы критичны: их накопление запускает программу гибели клетки.

Почему опухолевые клетки более уязвимы

Ионизирующее излучение повреждает все клетки, но опухоли чувствительнее из-за биологических особенностей:

• Нарушенная репарация ДНК: В раковых клетках часто дефектны гены, отвечающие за "починку" ДНК (например, BRCA1, p53). Они не могут качественно восстановить двойные разрывы.
• Высокая скорость деления: Быстро делящиеся клетки больше времени проводят в уязвимых фазах клеточного цикла (например, в G2/M), когда ДНК особенно чувствительна к радиации.
• Кислородный эффект: Кислород усиливает радиационное повреждение, фиксируя его. В центре крупных опухолей часто есть гипоксические (бедные кислородом) зоны, более устойчивые к излучению. Современные методы (гипербарическая оксигенация, радиосенсибилизаторы) направлены на борьбу с этим.

Пути гибели облучённой клетки опухоли

После необратимого повреждения ДНК клетка гибнет несколькими путями:

• Апоптоз: Запрограммированная "самоубийство" клетки. Активен в лимфомах, семиномах.
• Митотическая катастрофа: Попытка деления с повреждённой ДНК приводит к хаотичному распаду клетки. Основной путь в карциномах.
• Старение: Необратимая остановка деления. Клетка жива, но не размножается.

Тип гибели зависит от вида опухоли и дозы излучения.

Факторы, влияющие на радиочувствительность

Эффективность лучевой терапии определяется не только свойствами опухоли, но и внешними факторами:

Защита здоровых тканей: как это работает

Хотя ИИ воздействует на все клетки, здоровые ткани выживают лучше благодаря:

• Эффективной репарации: Нормальные клетки имеют неповреждённые системы восстановления ДНК, быстро чинят одиночные и некоторые двойные разрывы.
• Фракционированию дозы: Перерывы между сеансами дают время на восстановление.
• Точному наведению луча: Современные методы (IMRT, протонная терапия) минимизируют облучение окружающих тканей.

Побочные эффекты (например, в коже или слизистых) возникают, когда повреждения здоровых клеток превышают их репаративные возможности. Это обратимо благодаря регенерации.

Список литературы

1. Холл Э., Джампадас А. Радиобиология для радиологов. Пер. с англ. / Под ред. В.И. Иванова. – М.: Медицина, 2023. – Гл. 1, 3, 5.
2. Клинические рекомендации. Лучевая терапия злокачественных новообразований. – М.: Ассоциация онкологов России, 2022.
3. Ward J.F. DNA damage produced by ionizing radiation in mammalian cells: identities, mechanisms of formation, and reparability // Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology. – 1988. – Vol. 35. – P. 95-125.
4. Радиационная медицина: руководство / Под ред. Л.А. Ильина. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. – Т. 2. – С. 110-145.
5. Delaney G., Jacob S., Featherstone C., Barton M. The role of radiotherapy in cancer treatment // Cancer. – 2005. – Vol. 104(6). – P. 1129-1137.
6. Radiation Biology and Radiation Safety. IAEA Syllabus. – Vienna: International Atomic Energy Agency, 2019.