Биологическое действие ионизирующих излучений

Биологическое действие ионизирующих излучений

Все ионизирующие излучения (рентгеновское лучи, а-частицы, нейтроны, протоны) оказывают выраженное биологическое действие, в основе которого лежат многообразные взаимозависимые реакции, вызывающие функциональные и морфологические изменения в живых клетках, органах и в организме в целом.

Всестороннее изучение общих  закономерностей биологического действия ионизирующих излучений на живой  организм составляет содержание специальной  науки - радиобиологии. По мере накопления сведений о повреждающем действии ионизирующих излучений постоянно проводилась активная разработка мероприятий по защите от радиации, возникла радиационная гигиена. Характерно, что, несмотря расширение использования рентгеновских лучей в медицинской практике, а в дальнейшем и вовлечение в сферу действ ионизирующих излучений значительных контингентов людей связи с развитием ядерных исследований, частота лучей повреждений не только не увеличилась, но даже, нас рот, резко уменьшилась. Это можно объяснить только значительными успехами в области радиобиологии и радиациационной гигиены.

Механизм биологического действия ионизирующих излучений сложен. Действие излучения на организм всегда начинается с физического процесса поглощен энергии, который сопровождается возбуждением и ионизации атомов и молекул облучаемых тканей. При облучении рентгеновскими лучами ионизация возникает главным образом в результате действия вторичных электронов, выбиваемых тонами излучения с электронных оболочек биосубстра. 

Ионизированные атомы  и молекулы обладают повышенный химической активностью. Возникают химические реакции, которые в обычных условиях не происходят либо протекает очень медленно. При этом образуются химически активные радикалы; наблюдается разрыв химических связей в кулах белков, липидов, нуклеиновых кислот, ферментов других важных в биологическом отношении веществ. Таким образом, физический процесс поглощения энергии ионизирующего излучения является пусковым механизмом для развития сложных химических реакций.

В связи с тем, что все  жизненные процессы в организме  протекают в водной среде (вода составляет более 70 % массы тела человека), важное биологическое значение приобретает  ионизация молекул воды. Это подтверждается, в частности, тем, что различные  органические вещества в сухо виде обладают намного большей радиорезистентностью, чем в водных растворах.

Под влиянием облучения в  воде образуются положительно и отрицательно заряженные молекулярные ионы, которые  диссоциируют с образованием свободных радикалов и последние имеют ненасыщенные химические валентности обладают высокой реактивной способностью. Вступая в эцзотермические реакции в присутствии кислорода, они образу ют вещества пероксидного характера (гидропероксид,перекись), обладающие выраженными окислителеными свойствами и токсичностью.

Под влиянием этих веществ  возникают изменения в молекулах  белка, нуклеотеидов, ферментов, липидов, нуклеиновых кислот- непрямое действие ионизирующих излучений. 
Однако первичные радиационно-химические изменения в биологическом субстрате могут возникать и вследствие непосредственного воздействия ионизирующего излучения на радиочувствительные молекулы органических веществ - прямое действие излучений. Радиационно-химические реакции сопровождаются изменением структуры молекул, нарушением биохимических процессов в клетках, повреждением структур, обеспечивающих нормальную функцию и наследственные свойства клеток. В свою очередь, изменения, возникающие в клетках, обусловливают развитие нарушений функции морфологии различных органов и систем, поражение целого организма. В формировании биологической реакцию организма на облучение важную роль играют нервная, эндокринная и гуморальная системы.

Действие ионизирующего  излучения на клетки. Гиб клетки при облучении наступает в результате взаимодействз многих видов поражений. В первую очередь поражаются ядерные структуры - ДНК, дезоксирибонуклеопротеиды и мембранный комплекс. Облучение приводит к разрыву молекул, нарушению структуры ДНК. В облученной клетке нарушаются процессы регуляции и деятельности ее отдельно составляющих (мембраны, митохондрии). При этом гибель клеток, даже при облучении большими дозами, растягивается иногда на довольно продолжительное время (нескольких суток). Различают два вида гибели клетки возникающей вследствие облучения: митотическая гиб (инактивация клетки вслед за облучением после первого или последующих митозов) и интерфазная гибель (гибель клетки до вступления ее в фазу митоза).

В основе действия ионизирующего излучения лежит его способность ионизировать атомы вещества.

При воздействии a -, b-частиц или фотонов g-лучей на атомы, находящиеся в стабильном состоянии => электроны этих атомов могут выбиваться из своих обычных орбит. => Атомы, потерявшие электроны, становятся положительно заряженными ионами. => Свободные электроны присоединяются к нейтрально заряженным атомам и те превращаются в отрицательно заряженные ионы. => Ионы, входящие в состав молекул, повышают их химическую активность. => Молекулы реагируют между собой, в результате чего появляются новые, чужеродные для организма молекулы.

Если в результате воздействия a-, b-частиц или фотонов g-лучей на атомы, находящиеся в стабильном состоянии, им будет сообщена энергия недостаточная для того, чтобы "оторвался" электрон => произойдет возбуждение атома, то есть электрон перейдет на более высокий энергетический уровень. => Молекула в результате этого также становится более реакционоспособной.

Прямое и непрямое действие излучений.

Прямое действие - это  непосредственное воздействие ионизирующей радиации на молекулы различных биологических  структур (в первую очередь, гормонов и ферментов). В зависимости от дозы поглощенных лучей может  идти процесс b>деполимеризации коллоидных структур или, наоборот, их полимеризации.

Непрямое действие - обусловлено  вредным влиянием на биологические  структуры организма продуктов радиолиза воды: Н2O2 , О2-, ОН-. Пероксидные веществаобладают сильными окислительными и токсическими свойствами. Вступая в соединения с органическими веществами, они вызывают значительные химические изменения в клетках и тканях, денатурации белковых и других органических структур с образованием токсических гистаминоподобных веществ.

Радиохимические процессы вызывают деполимеризацию гиалуроновой кислоты, глюко- и липопротеидов, нарушают проницаемость клеточных мембран, вызывают изменения в ДНК и РНК. 

Список литературы:

1. Основы  радиационной биологии, М., 1964; Тимофеев-Ресовский  Н. В., Иванов В. И., Корогодин В. И.

2. Применение  принципа попадания  в  радиобиологии, М., 1968; Кузин  А. М.,

3. Структурно-метаболическая гипотеза в  радиобиологии, М., 1970; Акоев И. Г., Максимов Г. К., Малышев В. М.,