Механизм воздействия радиации на молекулы и клетки

Воздействие энергии ионизирующих излучений на биологическую ткань.

Механизм воздействия ионизирующих излучений на организм человека. Лучевая болезнь.

Введение.

Лекция 18

Тема: Биологическое действие ионизирующих излучений.

План лекции:

Введение.

1. Механизм воздействия ионизирующих излучений на организм человека. Лучевая болезнь.
2. Принципы и критерии радиационной безопасности.

Учебная литература:

1. Защита населения ХО в ЧС. Автор С.В. Дороиско, В.П. Бубнов, В.Т. Пустовит. Изд. 2000г.

Знание механизма воздействия радиации на человека, возможности органов и систем человека противостоять радиации позволяет принять дополнительные меры по выживанию в условиях радиоактивного заражения или загрязнения среды.

Тело человека состоит: из воды-65%, белков, человеческих клеток-18%, жиров-10%, углеводов-5%, других органических и неорганических веществ-2%. Если из рассмотрения исключить воду, то белки составят-51.5%, липиды-47.7%, клетки-3%.

Воздействие радиации происходит как на молекулярном уровне, так и на уровне клеток, органов и систем человека.

При облучении биологической ткани ИИ все процессы можно выразить следующим образом:

1. физический этап- поглощение энергии.

2. физико-химический этап- возбуждение атомов или их ионизация.

3. химический этап- образование свободных радикалов.

4. биомолекулярные повреждения- изменение молекул белков, нуклеиновых кислот.

5. биологические и физиологические изменения в организме.

В результате действия излучений на организм наблюдаются изменения на всех уровнях организации живой материи с повреждения ферментов ДНК, РНК, нарушение обмена веществ, повреждение клеточных мембран, ядер, хромосом, остановка деления клеток и трансформация их в злокачественные клетки, повреждение центральной нервной системы, костного мозга, желудочно-кишечного тракта, смерть или сокращение продолжительности жизни.

От чего же зависит действие радиоактивных веществ на организм? От:

1. вида радиоактивного вещества;

2. энергии излучения;

3. периода полураспада;

4. величины накопления;

5. скорость выведения из организма.

ИИ обладает высокой биологической активностью. Оно способно разрывать любые химические связи и инициировать длительное протекание реакции. Реакции вовлекают в химические превращения сотни и тысяч молекул. Первичное действие излучений на организм может быть:

прямое действие - ИИ вызывают ионизацию атомов и молекул, образование ионов, возбуждение атомов, появления радикалов. Активные молекулы и обломки молекул инициируют различные химические реакции, повреждая комплексы клеток.

косвенное действие – образованные радикалы воды и пероксиды вступают в химическую реакцию с молекулами белка, с липидами и приводит к структурным изменением ткани и клеток.

Молекула воды – наиболее многочисленно в организме человека. При облучении ИИ образуются различные радикалы, это свободные радикалы H и OH особенно химически активны. Время жизни 10 ^-15 сек. За это время они либо реагируют между собой с образованием молекул воды, пероксидов водорода, либо с растворённым субстрактом.

Продукты радиолиза воды (пероксида водорода) вступает в реакцию с липидами, белками, что приводит к гибели тканевых элементов, разрушению надклеточных структур (нитей хромотина), происходит разрыв углеродных связей, нарушение ферметивных систем, синтеза ДНК, белка. Нарушаются общие процессы в организме. Прекращается и замедляется рост тканей, наступит гибель клеток. Всасывание продуктов клеточного распада вызывает отравление организма, что приводит к преждевременному старению.

В организме человека имеются «гигантские молекулы» нуклеиновые кислоты, белки и полусахариды. Основу жизни на земле составляет молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Она входит в состав клеток.

Молекула ДНК – это хранитель генетической информации и она же руководит синтезом белка в соматических клетках. Она является составной частью всех живых организмов, входят в состав хромосом, которые имеются в ядре клетки. При облучении молекул ДНК они возбуждаются в целом, но из-за миграции энергии в молекуле происходит разрыв в самом слабом месте, а именно рвутся водородные связи между отдельными участками молекулы.

Установлено, что в молекуле может быть восстановлена до 7 разорванных связей и при этом нарушение генов молекулы не наблюдается. Но если количество однонитьевых разрывов больше семи или имеются двухнитиевые разрывы, то происходит «склеивание» разорванных концов с целыми фрагментами образуя новые сочетания и закодированная в генах информация искажается или теряется совсем.

По мере накопления дозы облучения растёт и количество «склеиваний» по линейно-квадратному закону и зависит от вида облучений.

Таким образом, в результате «склеивания» искажаются гены, возможна и гибель молекулы ДНК. Молекула ДНК находясь в составе хромосом соматической клетки могут вызывать бесконтрольное деление, приводящее к раку.

Молекула белка, как одна из молекул жизни, появилась первой на земле.

Белок – высокомолекулярное органическое соединение построенное из 20 аминокислот. Аминокислоты появились на земле, когда в атмосфере появились метан, аммиак, пары воды. Из 20 аминокислот в организме человека синтезируются только 12, остальные в готовом виде поступают в организм вместе с пищей. Белки в организме разнообразны. Свыше 10 млн. белков выполняют различные функции: структурные, регулярные, каталитические, защитные, транспортные, энергетические.

При облучении молекулы белка ИИ они возбуждаются в целом и за счёт миграции энергии происходит разрыв в слабых местах, а именно в связях с аминокислотами. Молекула белка в отличии от молекулы ДНК защиты не имеет. В результате действия ИИ возникают свободные радикалы, которые изменяют структуру белка. Такие нарушения приводят к нарушению его функций.

Различают с 1-4 структуру бела, наиболее подверженные облучению ά структура и менее 1. о последствиях облучения белка можно судить только, если известен тип белка, вид и время облучения.

Липиды – жироподобные вещества и жиры, плохо растворимые в воде. Они входят в состав клеточных перегородок (мембран), а так же играют роль запасных питательных веществ в организме, накапливаясь в отдельных участках тела.

При облучении липидов ИИ происходит образование свободных радикалов ненасыщенных жирных кислот, которые при взаимодействии с кислородам образуют перекисные радикалы, которые в свою очередь реагируют с неактивными жирными кислотами. Этот процесс перекисного окисления липидов. Так как липиды – основа биомембран, то перекисное окисление повлечёт за собой их свойств, а именно, нарушение биохимических процессов в клетке.

Углеводы представлены в виде Cu(H₂ O) т. При облучении возникают радикалы воды, а молекула углерода более устойчива. Поскольку углеводы- источник энергии в организме, то при разрушении такой источник исчезнет, что приводит к угнетению многих жизненно важных систем организма.

Воздействие ИИ на углеводы приводит к разрыву атомов водорода от кольца углеводородной молекулы, образуя, свободные радикалы, а затем – перекиси. Продукты распада углеводов подавляют деление клеток.

Клетка- это один из основных структурных, функциональных и воспроизводящих элементов живой материи. В одном г. человеческой ткани примерно 600млн. клеток, у новорожденного 2^.10 ¹² , которая еще больше возрастает по мере роста организма и может достигать 10²² клеток. Клетка имеет достаточно сносное строение.

Справка в состав клетки входит более 100 хим. элементов, но на долю 4-х из них приходится 98% (кислород 65-75%, углерод 15-18%, водород 8-19%, азот 1,5-3%) Воды в клетке 70-80%. В клетке имеются и биологические молекулы: белки 10-20%, жиры 1-1,5%, углеводы – 2%, нуклеиновые кислоты 1-2%.

В организме человека можно выделить много видов клеток, выполняющие разные функции, такие как половые, соматические, жировые, лейкоциты, лимфациты, и другие. Радиобиологический закон выделяет два вида клеток. Делящиеся клетки, относятся к радиочувствительным – это кровотворные клетки костного мозга, зародышевые клетки cеменников, кишечный и плоский эпителий.

Неделящиеся клетки относят к радиоустойчивым к ним относят мозг, мышцы, печень, почки, хрящи, связки.

Наибольший вред организму приносит облучение соматических клеток и клеток крови. Поняв механизм воздействия радиации на клетку, можно принять меры защиты, которые снизят результаты этого развития.

Клетка состоит:

1. мембраны

2. цитоплазмы

3. ядро

4. рибосом

5. митохондрий

6. транспортных, нейтричных, рибосомных молекул РНК (рибонуклеиновой кислоты)

7. молекул АТФ (аденозинтрифосфата) и др.

в ядре клетки находится 46 хромосом.

При облучении клетки бета – частицами, повреждается мембрана, через образовавшиеся «бреши» будет вытекать цитоплазма. Ядро вырабатывает ферменты которые ТРНК транспортируют местам повреждения мембраны и «зашивают» бреши. Таким образом ТРНК вместо того чтобы заниматься своим делам – транспортировать аминокислоты в рибосомы для синтеза белка занимаются «ремонтом» мембраны. Если интенсивность излучения превышает некоторые пределы то ТРНК с задачей не справляется и клетка гибнет. Дальнейшее проникновение бета-частиц может вызвать разрушение любых оргинелл.

При облучении робосом, за счет разрушений р РНК и бела в рибосоме может быть построен другой белок.

Повреждения мРНК может привести к формированию «чужого» белка. Если в последующих циклах облучение отсутствует или не приведёт к разрушению мРНК, то информация для строительства белка будет достоверной.

Наиболее драматичная ситуация возникает при поражении хромосомы и их главной части – молекулы ДНК. В этом случае клетка или погибает или начинает безконтрольно делится.

Если обобщить реакцию клетки на облучение, то можно выделить три возможных типа реакции на облучение:

1.радиационный блок митозов (временная задержка деления)

2.митотическая (гибель клетки)

3.интерфичная гибель клетки.

Рассмотрим последствие облучения половой клетки. Первая эмбриальная клетка, образующаяся после слияния сперматазойда с яйцом, особенно чувствительна к облучению. В первые пять суток гибель зародыша наиболее вероятна, затем могут быть поражения мозга, уродства.

Облучение после органообразования у зародыша вызывает рождение хилого потомства. От радиации обычно быстро гибнут клетки лимфацитов, незрелые клетки костного мозга, половые железы и клетки хрусталика глаза.

Клетки крови чувствительны к облучению и поэтому её заболевания – одна из проблем радиационной безопасности.

Справка Кровь – непрозрачная клейкая жидкость красного цвета, солоноватого вкуса, состоящая из двух частей: плазмы и форменных ферментов (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов). Объём плазмы у человека равен 55-60% общего объёма крови. Она состоит (40-41%) воды и сухого остатка (9-10%) у которого имеются белки и соли. В плазме содержится также глюкоза, молочная кислота, жирные кислоты, ферменты, некоторые микроэлементы.

Лейкоциты – типичные ядерные клетки они выполняют защитную функцию в борьбе с инфекцией при облучении количество лейкоцитов уменьшается пропорционально полученной дозе. Сокращение лейкоцитов снижает сопротивляемость организма человека инфекциям.

Лимфоциты – наиболее чувствительны к поражению ИИ сокращению числа лимфоцитов наблюдается сразу после облучения и достигает максимума на 1-3 сутки, тем самым подавляется иммунная система.

Тромбоциты играют важную роль в процессе свёртывания крови. При облучении их количество падает, появляются проблемы со свёртываемостью крови.

Лейкоз – это заболевание, характеризующееся избыточным образованием неполноценных леток крови. Эту болезнь называют (раком крови) или белокровием.

Выводы:

1. молекулы ДНК и клетки могут противотоять радиоактивному облучению, но только при определённой интенивноти и времени действия облучения.

2. гибель отдельных клеток не означает гибель организма в целом, вмето погибшей клетки тимулируетя деление новых. Появление живой, но изменённой клетки вызывает опасноть развития рака.

3. Наиболее разрушительными для организма человека являютя радикалы воды.

Дата добавления: 2014-01-06