Механизм радиационного старения: окислительный стресс и воспаление

Активные формы кислорода (АФК) и его азотный эквивалент являются основными источниками повреждения свободными радикалами, индуцированного ионизирующим излучением (ИИ). АФК включают супероксидный анион ( О2•-), перекись водорода (H 2 O 2) и гидроксильный радикал (OH•). Реактивные виды азота включают азотоводородные анионы окиси (NO) и пероксинитрита (ONOO–).

pxhere.com
pxhere.com
pxhere.com

В условиях in vitro исследование с использованием бессмертных клеток остеобластов человека показало, что маркеры окислительного повреждения основания ДНК, тиминового гликоля и 8-гидроксидоксигуанозина могут индуцироваться катализируемыми обедненным ураном ОУ реакциями перекиси водорода и аскорбата, аналогичными тем, которые происходят в присутствии железных катализаторов.

ОУ представляет собой плотно тяжелый металл, используемый главным образом в военных целях, и было показано, что он является как неопластически трансформирующим, так и генотоксичным. Однако, поскольку ОУ обладает низкой удельной активностью по сравнению с природным ураном, он не считается значительной радиологической опасностью. Тем не менее, было установлено, что ОУ в 6 раз эффективнее железа катализирует окисление аскорбата при рН 7, что позволяет предположить, что ОУ может индуцировать окислительное повреждение ДНК в отсутствие значительного распада альфа-частиц и за счет взаимодействия с клеточными видами кислорода.

Изображение WikiImages с сайта Pixabay
Изображение WikiImages с сайта Pixabay
Изображение WikiImages с сайта Pixabay

Генерация окислительного стресса была сильно вовлечена в патогенез атеросклероза и придавала достоверность его потенциальной индуктивности ИИ. В исследовании, посвященном "кислородному эффекту" ИИ на стенки коронарных артерий с возрастом и атеросклерозом, было сообщено, что коэффициент усиления кислорода был ниже в гипоксических стенках сосудов пожилых и атеросклеротических артерий по сравнению с молодыми и здоровыми артериями.

Кроме того, высокочувствительные радиационные повреждения возникают как от радона, так и от торона цепи распада во внутреннем слое сильно пораженных артерий были оценены сниженными на 37% из-за гипоксии. При низкоинтенсивном облучении установлено большее снижение радиочувствительности (51%) вследствие гипоксии. Полученные результаты свидетельствуют о том, что кислородное воздействие и другие радиационно-биологические факторы, такие как линейный перенос энергии, оказывают существенное влияние на биологические эффекты ионизирующего излучения и потенциально могут повышать риск развития сердечно-сосудистых заболеваний у пациентов, получающих лучевую терапию средостения.

В последние годы было известно, что умеренные и высокие дозы ИИ способны убивать клетки, стимулировать продукцию провоспалительных цитокинов и канцерогенез, но низкая доза или низкая мощность дозы хронического воздействия может вызвать адаптивный ответ и побочные эффекты. Например, крысы, получавшие высокую дозу 20 Гр в брюшную полость, вырабатывали нейтрофилы в облучённой ткани на ранних стадиях воспалительного ответа, однако при суммарных дозах от 1 до 6 Гр низкоэнергетические рентгеновские лучи вызывали противоположный эффект, вызывая противовоспалительную активность.

Изображение Alexander Antropov с сайта Pixabay
Изображение Alexander Antropov с сайта Pixabay
Изображение Alexander Antropov с сайта Pixabay

Поскольку ИИ и воспалительная реакция связаны с повышенным уровнем АФК в тканях, ИИ может способствовать характеристикам старения, усиливая воспалительный процесс. После облучения в высокой дозе (10 Гр) γ-лучей, эндотелиальных клеток человека in vitro производят увеличенные уровни маркеров воспаления. При преобразовании радиационных эффектов в ускорение старения, воздействие одного Гр радиации соответствует девятилетнему увеличению старения. Эти результаты позволяют предположить, что излучение атомного взрыва могло бы еще больше ускорить состояние воспаления, которое обычно стимулируется процессом старения.