ترمیم آثار تشعشع

ترمیم آسیب زیر کشنده
ترمیم آسیب زیر کشنده یک اصطلاح کاربردی و بیانگر افزایش بقای سلول است به گونه ای که در صورت تابش دز معینی از اشعه به طور جداگانه در فواصل زمانی معین ، مشاهده می شود .
شکل 5-3 ، داده های حاصل از آزمایش تابش دزهای تقطیعی بر سلولهای هامستر چینی کشت شده را نشان می دهد . یک دز یکجای اشعه به مقدار Gy 58/15      ( rad 1558 ) منجر به نسبت بقای 005/0 می شود . اگر این دز به دو دز متساوی تقسیم و به فاصله 30 دقیقه از یکدیگر تابش شود ، هنوز نسبت بقا به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از یک دز یکجا خواهد بود . با افزایش فاصله زمانی بین دو دز ، نسبت بقا افزایش می یابد و تا حدود دو ساعت به یک وضعیت ثابت ، مطابق با نسبت بقای 02/0 می رسد . این رقم مبین بقای سلولهای بسیار حدود 4 برابر برای دز معینی در یک تابش گیری تنهاست .
افزایش بیشتر فاصله زمانی بین جلسات تابش پرتو افزایش بیشتری را در بقا موجب نمی شود . افزایش بقا در آزمایشهایی با دزهای تقطیعی ، ناشی از ترمیم آسیب زیر کشنده است .
نتایج موجود در شکل 5-3 مربوط به سلولهای کشت شده پستاندارانی است که به منظور جلوگیری از پیشرفت آنها در چرخه سلولی در فاصله زمانی بین تابش دو دز، در دمای اتاق ( C ˚24 ) بین فواصل تابش نگهداری شده اند . توصیف ابتدایی این آزمایش نسبتاً خاص بدین صورت بود : پدیده ترمیم آسیب زیر کشنده تشعشع را نشان می دهد بدون آنکه تحت تاثیر پیشرفت سلولها در چرخه سلول قرار گیرد .
شکل 5-4 نشانگر نتایج آزمایش موازی برای سلولهایی است که تحت تابش دزهای مقطع قرار گرفته و در دمای رشد طبیعی ( C ˚37 ) نگهداری شده اند . الگوی ترمیم مشاهده شده در این مورد با سلولهای نگهداری شده در دمای اتاق متفاوت است . در چند ساعت اول ترمیم آسیب زیر کشنده با وضوح صورت می پذیرد . اما در فواصل طولانیتر بین دو دز مقطع ، نسبت بقای سلول مجدداً کاهش می یابد . البته درک این فرایند بر مبنای تابع پاسخ – دز ساده تر است . اگر یک جامعه ناهمزمان سلولی تحت تابش دز زیاد تشعشع قرار گیرد ، سلولهای بیشتری در مراحل حساس چرخه سلول کشته می شوند . بنابراین جمعیت زنده سلول به یکنواختی ( همزمانی ) نسبی تمایل پیدا می کند .
در سلولهای هامستر چینی بیشتر بازماندگان پس از دریافت اولین دز ، در مرحله S چرخه سلول قرار دارند ، در صورت در نظر گرفتن 6 ساعت فاصله بین تابش اول و تابش دوم ، مجموعه سلولی در حال پیشرفت در چرخه زمان تابش دوم در اطراف G2/M، دوره حساس به پرتو چرخه سلول قرار می گیرد . با افزایش حساسیت پرتوی در سلولهای حرکت کننده از انتهای S به دوره G2/M ، اثر ترمیم آسیب زیر کشنده و نسبت بقا کاهش می یابد . بنابراین ، الگوی ترمیم موجود در شکل 5-4 ترکیبی از سه پدیده است که به طور همزمان رخ می دهند . اول ، ترمیم فوری آسیب زیرکشنده تشعشع ؛ دوم ، پیشرفت سلولها در چرخه سلولی طی فاصله زمانی بین دو دز که اصطلاحاً « جور شدن مجدد » نامیده می شود و سوم ، اگر فاصله بین دزهای مقطع 10 تا 12 ساعت باشد ، افزایش در نسبت بقای ناشی از تقسیم سلول یا تجدید جمعیت مجدد و مشاهده خواهد شد . علت این مساله آن است که زمان مذکور متجاوز از طول چرخه سلولی سلولهای در حال رشد سریع می باشد .
این آزمایش ساده که در شرایط in vitro انجام شد ، سه « R » را در رادیوبیولوژی نشان می دهد : ترمیم ، جورشدن مجدد و تجدید جمعیت . « R » چهارمی هم وجود دارد ؛ اکسیژن دار شدن مجدد . تاکید این نکته ضروری است که مشاهده شیب تند در منحنی دز مقطع در 6 ساعت ، ناشی از جور شدن مجدد و افزایش بقا در 12 ساعت به دلیل تجدید جمعیت فقط برای سلولهای در حال رشد سریع می باشد . چرخه سلولی سلولهای هامستر در کشت فقط 9 تا 10 ساعت به طول می انجامد ؛ توالی زمانی این وقایع در بیشتر بافتهای سالم – که به کندی در شرایط in vivo تکثیر می یابند – طولانیتر است .
تقریباً برای تمام سیستم های بیولوژیکی – که از محصول نهایی با قابلیت کمی شدن برخوردارند – ترمیم آسیب زیر کشنده تشعشع نشان داده شده است . شکل 5-5 ، الگوی ترمیم آسیب زیر کشنده تشعشع را در دو سیستم in vivo موش ، لوسمی لنفوسیتی 388P و سلولهای پوست نشان می دهد . در هیچ یک از موارد ، شیب تندی ناشی از تحرک سلولها در چرخه منحنی در زمان 6 ساعت دیده نمی شود زیرا چرخه سلول طولانی است . برای مثال ، در سلولهای در حال استراحت پوست ، چرخه سلولی سلولهای پایه ممکن است تا ده روز به طول انجامد به جای آنکه مانند سلولهای در حال رشد سریع نشان داده شده در شکل 5-4 ، 9 ساعت باشد . اطلاعات حاصل از بررسی تومور موش ترمیم بیشتری را در تومورهای کوچک یک روزه نسبت به تومورهای بزرگ 6 روزه هیپوکسیک نشان می دهد ؛ این یافته های مهم نشان می دهند که فرایند ترمیم یک مکانیزم فعال و نیازمند به اکسیژن و مواد غذایی است .
عوامل گوناگون مستلزم در ترمیم آسیب زیر کشنده در شکل 5-6 و شکل  5-6-الف نشان می دهد که اگر دز اشعه به دو بخش تقسیم و در یک فاصله زمانی تابش شود ، در مقایسه با تابش دز یکجا ، سلولهای بیشتری زنده می مانند زیرا شانه منحنی در هر جلسه تابش تکرار می شود . به طور کلی ، رابطه خوبی بین وسعت ترمیم آسیب زیر کشنده و اندازه شاخه منحنی بقا وجود دارد . البته جای تعجب نیست زیرا اساسا بروز هر دو پدیده مشابه یکدیگر است . بعضی از سلولهای پستانداران ، با منحنی بقا با شانه ای بزرگ شناخته می شوند و آزمایش با دزهای تقطیعی ، مقدار قابل ملاحظه ای از ترمیم آسیب زیر کشنده را نشان می دهد . برخی دیگر از انواع سلولها از منحنی بقا با شانه ای بسیار کوچک برخوردارند که مبین ترمیم محدود آسیب زیر کشنده در این سلولهاست . در واژگان توصیف منحنی بقا با رابطه خطی درجه دو) ( α/β ، جزء درجه دو β ) ( موجب خمیدگی منحنی و حذف اثر دز مقطع می شود . یک شانه بزرگ با نسبت α/β کوچک مطابقت می کند .
دوره زمانی افزایش بقا ناشی از ترمیم آسیب زیر کشنده در شکل 5-6 –ب نشان داده شده است . با افزایش فاصله زمانی بین دو دز ، افزایش سریعی در نسبت سلولهای زنده مشاهده می شود که مرهون ترمیم فوری آسیب زیرکشنده است . فرایند این ترمیم بین یک یا دو ساعت برای سلولهای در کشت ، کامل می شود اما ممکن است زمان آن برای بافتهای دیر پاسخ دهنده در شرایط in vivo طولانیتر باشد . با افزایش فاصله زمانی بین دو دز ، یک شیب تند در منحنی ناشی از پیشرفت سلولها در چرخه سلول مشاهده می شود ( 5-4 ) . این امر فقط در جمعیتهایی از سلولها با چرخه سریع روی می دهد . در سلولهایی که در چرخه نیستند ، این شیب دیده نمی شود . اگر فاصله زمانی بین دو جلسه تابش اشعه تجاوز کند ، افزایش تعداد سلولهای زنده ناشی از تکثیر سلولها مشاهده می شود ؛ یعنی تعداد سلولها بین جلسات تابش اشعه دو برابر می شود .
مکانیزم ترمیم آسیب زیر کشنده
در فصل 3 ، شواهدی دال بررابطه بین مرگ و سلول و ایجاد ناهنجاریهای نامتقارن مانند ، دی سانتریک و حلقه ، به صورت خلاصه ارائه شد . این آسیبها به نوبه خود نتیجه اندرکنش بین تعداد دو ( یا بیشتر ) از پارگیهای دو رشته DNA است . در این تفسیر ، ترمیم آسیب زیر کشنده بسادگی ترمیم پارگی دو رشته DNA تلقی می شود . اگر با یک فاصله زمانی دزی به دو قسمت تقسیم شود ، بعضی از پارگیهای دو رشته ایجاد شده طی تابش دز اول ضمن اتصال به یکدیگر ، پیش از تابش دز دوم ترمیم می شوند . آسیبها در دو کروموزوم که باید برای تشکیل یک آسیب کشنده مانند دی سانتریک ، اندرکنش نمایند ممکن است : (1) در دو کروموزوم تنها از یک مسیر شکست ایجاد شده باشد ( یعنی ، ایجاد آسیب در یک مسیر ) یا (2) ، شکست در دو کروموزوم ناشی از مسیرهای جداگانه باشد ( یعنی آسیب در مسیر چندگانه ) .
بخش دیگری که منجر به مرگ سلولی می شود و صرفا ناشی از آسیب یک مسیر است . برای دز داده شده به صورت یک جا یا تقطیعی یکسان می باشد . این امر برای آسیب ناشی از مسیر چندگانه صادق نیست . اگر تابش اشعه ایکس در یک جلسه انجام شود ( یعنی دو جلسه با 0 = t بین آنها ) ، تمام شکستهای ایجاد شده به وسیله الکترونهای جداگانه می توانند برای تشکیل دی سانتریک با هم اندرکنش داشته باشند . از طرف دیگر ، اگر دو دز در دو جلسه ، D/2 با فاصله زمانی مثلاً 3 ساعت تابش شوند ، آنگاه ممکن است شکستهای ایجاد شده به وسیله دز اول پیش از تابش دز دوم ترمیم شود . در نتیجه ، اندرکنشهای کمتری بین کروموزومهای شکسته شده برای تشکیل دی سانتریک صورت می پذیرد و سلولهای بیشتری زنده می مانند . با این تفسیر ساده ، ترمیم آسیب زیر کشنده مبین ترمیم و اتصال مجدد پارگیهای دو رشته DNA پیش از اندرکنش با یکدیگر برای تشکیل آسیبهای کشنده می باشد . به احتمال زیاد این مطالب تصویری از کل رخدادها نیست ، اما تصویری مفید برای به خاطر سپردن آنهاست .
کیفیت تشعشع و ترمیم
برای یک سیستم بیولوژیکی خاص ، اندازه شاخه منحنی بقا و بنابراین میزان ترمیم آسیب زیر کشنده در آزمایشهای با دز تقطیعی بر حسب نوع تشعشع مورد استفاده متغیر است . اثر تقطیع دز با اشعه ایکس و نوترونها در شکل 5-7 مقایسه شده است. در خصوص اشعه ایکس ، تقسیم کل دز به دو دز مساوی و قابل تابش آن به فاصله یک تا چهار ساعت ، به دلیل ترمیم فوری آسیب زیر کشنده ، افزایش قابل ملاحظه ای را در بقای سلول به وجود می آورد . در عوض ، اگر از نوترون استفاده شود ، تقسیم دز به دو دز مساوی تاثیر کمی بر بقای سلول خواهد داشت که مبین ترمیم کمتر آسیب زیر کشنده پس از تابش نوترون است .

منبع: کتاب رادیوبیولوژی برای رادیولوژیست(دکتر حسین مزدارانی)