Биологическое действие ионизирующего излучения

Начальным звеном биологического действия ИИ является поглощение энергии излучения с последующим взаимодействием его с веществом ткани, которое протекает очень короткое время - доли секунды. В результате такого взаимодействия в клетках тканей и органов развивается целая цепь биофизических, биохимических, функциональных и морфологических изменений, которые в зависимости от условий протекают в различные сроки - минуты, дни, годы. При взаимодействии излучений с веществом возникают ионизация и возбуждение атомов и молекул облучаемого вещества.

В результате ионизации атомов или молекул возникают ионы с положительными и отрицательными зарядами. Эти ионы нестабильны, химически активны, имеют выраженную тенденцию к соединению с центральными молекулами, при возбуждении которых меняется электронная конфигурация молекулы, что может привести к разрыву ее молекулярных связей. Продукты расщепления прореагировавших молекул также оказываются химически активными и, в свою очередь, вступают в химические реакции с нейтральными молекулами. Ионизация молекул воды, которой в организме около 80%, ведет к ее расщеплению и образованию Н⁺, ОН^–, Н₂О₂, Н₂, обладающих значительной химической активностью и вызывающих окисление растворимых в воде веществ.

Таким образом, первичные физические процессы - ионизация и возбуждение атомов и молекул - приводят к химической перестройке облученных молекул. Весь процесс первичных биофизичисеких и биохимических взаимодействий укладывается в миллисекунды.

В первичном механизме биологического действия различают прямое действие (изменения, возникающие в молекулах клеток в результате ионизации или возбуждения) и непрямое (объединяет все химические реакции, протекающие с химически активными, но не ионизированными продуктами диссоциации ионизированных молекул).

Процессы ионизации и возбуждения являются пусковыми механизмами, которые определяют все последующие изменения в облучаемых тканях. Возможность ионизации зависит от размеров молекулы: чем больше ее размеры, тем больше вероятность ее взаимодействия с ионизирующей частицей. Все наиболее важные молекулы, отвечающие за нормальное функционирование клетки, имеют большой объем. Примером могут служить молекулы ДНК, которые принимают участие в передаче наследственности, в процессах размножения и регуляции обмена в клетке. Облучение приводит к разрыву молекул, нарушению структуры ДНК. В облученной клетке нарушаются процессы регуляции и деятельности ее отдельных составляющих (мембраны, митохондрии и др.). Гибель клеток, даже при облучении большими дозами, может растягиваться на продолжительное время. Различают два вида гибели клеток вследствие облучения: митотическая гибель (инактивация клетки вслед за облучением после первого или последующего митозов) и интерфазная гибель (гибель до вступления ее в фазу митоза).

Непрямое действие излучений вызывает менее грубые нарушения, часто обратимые, но они охватывают большее число молекул в объеме тканей, значительно превышающем размеры полей облучения. Примером непрямого действия может служить общая реакция организма, лейкопения, развивающаяся и в тех случаях, когда костный мозг исключен из зоны облучения.

Интенсивность реакций, связанных с прямым и непрямым механизмами действия ИИ, зависит помимо исходного состояния организма от ряда физических и химических факторов. К физическим факторам относятся доза и ее мощность - с их увеличением наблюдается и усиление биологического эффекта. Также биологический эффект ИИ зависит от качества излучения, которое характеризуется ЛПЭ и ЛПИ, так как эффект облучения обусловлен не только количеством поглощенной энергии, но и ее распределением в биологических тканях.

Из химических факторов, оказывающих влияние на биологический эффект, наиболее отчетливо влияние кислорода. В присутствие кислорода возникает большое количество химически активных радикалов и перекисей, усиливающих процессы окисления в облучаемых тканях. Продолжительность жизни первичных радикалов не превышает долей секунды, а вновь образованные окислители существуют длительное время. При этом могут возникать цепные реакции, а возникающие цепи тем длиннее, чем выше содержание кислорода. Кислород может вступать в реакцию с некоторыми ионизированными молекулами и способствовать их изменению, которое могло бы не проявиться в отсутствие кислорода. Увеличивая интенсивность первичных реакций, развивающихся под влиянием облучения, кислород повышает радиочувствительность клетки, причем повышение это наступает мгновенно вслед за увеличением содержания кислорода. Кислородный эффект наиболее выражен для излучений электромагнитной природы (рентгеновское, гамма-излучение, тормозное излучение высоких энергий), он выше при фракционированном облучении, чем при однократном воздействии.

Введение кислорода в ткани после облучения не оказывает влияния на радиочувствительность клеток, напротив, оно способствует более быстрому их восстановлению от полученных повреждений. Противоположное действие - снижение радиочувствительности тканей - оказывают так называемые протекторы - вещества, связывающие кислород и радикальные группы и, таким образом, подавляющие развитие реакций непрямого действия.

Изменения химической структуры атомов и молекул под влиянием облучения ведут к развитию в клетках биохимических реакций, не свойственных им в нормальном состоянии. Развивающиеся биохимические изменения весьма разнообразны, и значение их для жизни клетки неодинаково. Нарушаются окислительные процессы, белковый, жировой, углеводный обмены, инактивируются энзимы и ферменты.

Контрольные вопросы к разделу

Выделены правильные ответы

1) Какие процессы при воздействии ионизирующего излучения на биологическую ткань являются начальными?

а) Химические

б) Физические

в) Функциональные

г) Морфологические

2) В какие сроки осуществляются физические процессы при взаимодействии ионизирующего излучения с биологической тканью?

а) Секунды

б) Часы

в) Минуты

г) Миллисекунды

д) 10-12 секунд

е) Неопределенно долгое время

3) Какое действие ионизирующего излучения на биологические ткани называют «прямым»?

а) Повреждение молекул в результате взаимодействия с частицей либо фотоном ионизирующего излучения

б) Поражение структур клетки продуктами радиолиза воды

в) Некроз тканей

г) Функциональные изменения органов

4) Митотической гибелью клетки называют…

а) Гибель клетки, получившей радиационные повреждения в фазе митоза

б) Гибель клетки в фазе митоза вследствие радиационного воздействия в любой фазе клеточного цикла

в) Запрограммированную гибель клетки после определенного количества митозов

5) Как влияет на радиочувствительность присутствие кислорода в клетках во время облучения?

а) Не влияет

б) Ослабляет

в) Усиливает

Дата добавления: 2014-12-16