Метаболический окислительный стресс и длительное повреждение клеток, вызванные ионизирующим излучением

Воздействие ионизирующего излучения на клетки приводит к окислительным процессам, изменяющим атомную структуру вследствие прямого взаимодействия излучения с молекулами-мишенями или образования продуктов радиолиза воды. Кроме того, окислительное повреждение может распространяться от облучённых клеток на соседние необлучённые клетки-свидетели через механизмы межклеточной коммуникации, регулируемые окислительно-восстановительными процессами. Для противодействия индуцированному стрессу и изменениям окислительно-восстановительной среды организм запускает кратковременные реакции на молекулярном, клеточном и тканевом уровнях, ограничивающие токсическое действие излучения. Во время облучения и вскоре после него активируются метаболические пути. В зависимости от дозы, мощности дозы и качества излучения этих защитных механизмов может быть достаточно или недостаточно для преодоления стресса. Если вредные эффекты превышают возможности гомеостатических биохимических процессов, вызванные биологические изменения сохраняются и могут передаваться дочерним клеткам. Физиологические уровни активных форм кислорода и азота играют критически важную роль во многих клеточных функциях. В облучённых клетках уровни этих активных форм могут повышаться вследствие нарушений окислительного метаболизма и хронических воспалительных реакций, способствуя тем самым долгосрочному воздействию ионизирующего излучения на стабильность генома. Помимо непосредственного повреждения ДНК продуктами радиолиза воды, мы рассматриваем роль митохондрий в отсроченных последствиях ионизирующего излучения. Нарушение функций митохондрий приводит к ускоренному старению и многочисленным патологическим состояниям. Разные виды излучения характеризуются различной линейной передачей энергии (LET), и мы обсуждаем их влияние на различные аспекты физиологии митохондрий. К ним относятся краткосрочные и долгосрочные эффекты in vitro и in vivo в отношении митохондриальной ДНК, импорта белков в митохондрии, а также метаболических и антиоксидантных ферментов.