Радиационное поражение и патология

Радиационное поражение и патология — это область изучения того, как ионизирующее излучение повреждает клетки и ткани. Излучение передает энергию, которая напрямую разрушает ДНК и генерирует активные формы кислорода, вызывая острое повреждение в быстро делящихся тканях и отсроченные фиброзные и сосудистые изменения в медленно обновляющихся тканях. Эта дисциплина связывает дозу, мощность дозы и тип ткани с характерными острыми и отдаленными поражениями.

Definition

Радиационное поражение — это повреждение клеток и тканей, вызванное ионизирующим излучением, опосредованное прямым разрушением ДНК и активными формами кислорода, вызывающее дозозависимые острые реакции в пролиферирующих тканях и отсроченные фиброзные, сосудистые и неопластические изменения со временем.

Scope

Тема охватывает физические и биологические основы радиационного поражения, различие между детерминированными (пороговыми по дозе) тканевыми реакциями и стохастическими канцерогенными эффектами, острые радиационные синдромы после большого облучения всего тела и отдаленные последствия облучения, такие как фиброз и сосудистые повреждения. Это справочное описание механизмов и патологии, а не клиническое руководство по планированию лучевой терапии или лечению пострадавших от радиации.

Core questions

• Как ионизирующее излучение повреждает ДНК напрямую и косвенно через активные формы кислорода?
• Почему быстро делящиеся ткани наиболее уязвимы к острому радиационному поражению?
• Что отличает детерминированные тканевые реакции от стохастических (канцерогенных) эффектов?
• Как развиваются отдаленные последствия, такие как фиброз и сосудистые повреждения, после облучения?

Key concepts

• Ионизирующее излучение
• Прямое и косвенное (свободнорадикальное) повреждение ДНК
• Детерминированные и стохастические эффекты
• Зависимость от дозы и мощности дозы
• Острый радиационный синдром
• Поздний фиброз и сосудистые повреждения
• Радиационный канцерогенез

Mechanisms

Ионизирующее излучение повреждает клетки, передавая энергию, которая напрямую разрушает нити ДНК и, косвенно, ионизируя воду для образования активных форм кислорода, повреждающих ДНК, липиды и белки (Citrin & Mitchell, 2017). Клетки с невосстановленными двухцепочечными разрывами погибают, часто во время митоза, поэтому ткани с высокой пролиферативной активностью — костный мозг, эпителий желудочно-кишечного тракта и гонады — демонстрируют наиболее раннее, дозозависимое (детерминированное) повреждение, которое лежит в основе острых радиационных синдромов, наблюдаемых после больших облучений всего тела (Waselenko et al., 2004). Выжившие клетки могут нести мутации, приводящие в течение многих лет к стохастическим эффектам, главным образом к раку. Позднее повреждение нормальных тканей — фиброз, атрофия паренхимы и сосудистые повреждения — отражает хронический, самоподдерживающийся процесс окислительного стресса, воспаления и измененной сигнализации в медленно обновляющихся тканях, а не просто острую гибель клеток (Citrin & Mitchell, 2017; Hall & Giaccia, 2018).

Clinical relevance

Радиационная патология объясняет как терапевтический эффект лучевой терапии на опухоли и ее нежелательное повреждение нормальных тканей, так и последствия случайного или экологического радиационного воздействия. Она является справочной основой для понимания острых и отдаленных поражений и радиационного канцерогенеза; она не предоставляет рекомендаций по дозированию лучевой терапии или клиническому ведению облученных лиц, что требует специализированной оценки.

Epidemiology

Знания о влиянии радиации на человека в значительной степени получены в результате долгосрочных исследований выживших после атомных бомбардировок, медицински и профессионально облученных групп населения, а также радиационных аварий, которые в совокупности установили дозозависимые риски как детерминированного повреждения тканей, так и стохастического рака (Hall & Giaccia, 2018; Kumar, Abbas, & Aster, 2021).

History

Биологические эффекты радиации были признаны вскоре после открытия рентгеновских лучей и радиоактивности в конце девятнадцатого века, когда первые работники страдали от повреждений кожи, а затем от рака. Радиобиология двадцатого века прояснила роль повреждения ДНК, дозы, мощности дозы и пролиферации тканей, а изучение выживших после атомных бомбардировок и радиационных аварий определило острые синдромы и долгосрочный канцерогенный риск, которые формируют эту область сегодня (Hall & Giaccia, 2018; Waselenko et al., 2004).

Debates

Как следует моделировать риск от низкодозового облучения?

Вопрос о том, следует ли риск рака при низких дозах линейной беспороговой зависимости, экстраполированной из данных высоких доз, или применимы пороговые значения или другие реакции, остается предметом дебатов и влияет на интерпретацию воздействия радиации в окружающей среде и медицине.

Seminal works

• citrin-2017
• waselenko-2004
• hall-giaccia-2018

Frequently asked questions

Почему радиация повреждает одни ткани больше, чем другие?

Ткани, которые быстро делятся — такие как костный мозг и слизистая оболочка кишечника — наиболее чувствительны к острому радиационному поражению, потому что поврежденные радиацией клетки имеют тенденцию погибать при попытке деления, в то время как медленно обновляющиеся ткани вместо этого демонстрируют отсроченные фиброзные и сосудистые изменения.

В чем разница между детерминированными и стохастическими радиационными эффектами?

Детерминированные эффекты, такие как острое повреждение тканей, возникают выше пороговой дозы и становятся более серьезными с увеличением дозы; стохастические эффекты, главным образом рак, в принципе могут возникать из мутаций после любой дозы, при этом вероятность, а не тяжесть, увеличивается по мере роста дозы.