Действие радиоактивных веществ на организм

Эффект действия ионизирующих излучений на клетку и организм в целом можно понять, проследив изменения, происходящие на всех эта­пах следующей цепи: биомолекулы - клеточный компартмент – клетка – ткани - организм, и установив взаимосвязь между ними.

Клетка - это слаженная динамическая система биологически важ­ных макромолекул, которые скомпонованы в компартменты (субклеточ­ные образования), выполняющие определенные физиологические функции.

Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организ­ма млекопитающих являются ядро и митохондрии. Здесь повреждения проявляются в малые сроки и при малых дозах. Наиболее всего угнетают­ся процессы окислительного фосфорилирования, изменяются физико-химические свойства нуклеопротеидов, в результате чего происходят ко­личественные и качественные изменения в ДНК, нарушаются процессы транскрипции и трансляции. Кроме этого, угнетаются энергетические процессы, выброс в цитоплазму ионов К⁺ и Na⁺, нарушаются функции мембран. Одновременно возможны все виды мутаций: геномные мутации (кратные изменения гаплоидного числа хромосом), хромосомные мута­ции или хромосомные аберрации (структурные или численные измене­ния хромосом), генные или точковые мутации (изменения молекулярной структуры генов, в результате чего синтезируются белки, утратившие свою биологическую активность).

Принято рассматривать три этапа радиационного поражения клетки.

I этап можно назвать физическим. На этом этапе происходит ионизация и возбуждение, макромолекул; при этом поглощенная энергия реализуется в слабых местах (в белках - SH-группы, в ДНК - хромофор­ные группы тимина, в липидах - ненасыщенные связи).

II этап - химические преобразования. На этом этапе происходит взаимодействие радикалов белков, нуклеиновых кислот, липидов с водой,
кислородом, с радикалами воды и т. п. Это в свою очередь приводит к
образованию гидроперекисей, ускоряет процессы окисления, вызывает
множественные изменения молекул. В результате этого начальный эф­фект многократно усиливается. Разрушается структура биологических
мембран, усиливаются другие процессы деструкции, высвобождаются
ферменты, наблюдается изменение их активности.

III этап - биохимический. На этом этапе происходят нарушения,
которые связаны с высвобождением ферментов и изменением их ак­тивности. Различные ферментные системы реагируют на облучение нео­днозначно. Активность одних ферментов после облучения возрастает, других - снижается, третьих - остается неизменной. К числу наибо­лее радиочувствительных процессов в клетке относится окислительное фосфорилирование. Нарушение этого процесса отмечается через 20 - 30 минут при дозе облучения 100 рад. Оно проявляется в повреждении системы генерирования АТФ, без которой не обходится ни один про­цесс жизнедеятельности.

Высокой чувствительностью обладают ДНК-комплексы (ДНК кле­точного ядра в комплексе со щелочными белками, РНК, ферментами). Предполагается, что в этом случае в первую очередь поражаются связи белок-белок и белок-ДНК.

Облучение целостного организма приводит к снижению гликогена в скелетных мышцах, печени и ряде других тканей в результате нейрогуморальной реакции на облучение. Кроме этого обнаруживается нарушение процессов распада глюкозы (гликолиз) и высокополимерных полисахаридов.

При действии ионизирующих излучений на липиды происходит образование перекисей. Схема реакций в этом случае может быть представ­лена следующим образом:

ROOH R' и ROOH ROO' - начальное образование радикалов;

R' + О RO₂ ' и ROO' + RH ROOH + R' - цепные реакции.

Этим процессам придают особое значение в развитии лучевого поражения, т. к. это приводит к разрушению клеточных мембран и гибели клетки.

В организме при его облучении наблюдается снижение общего содержания липидов, их перераспределение между различными тканями с увеличением уровня в крови и печени (что, вероятно, связано с измене­ниями углеводного обмена). Кроме того, наблюдается угнетение ряда антиоксидантов, что, в свою очередь, также способствует образованию токсичных гидроперекисей.

По характеру распределения в организме человека радиоактивные вещества можно условно разделить на следующие три группы:

1) отлагающиеся преимущественно в скелете (так называемые остеотропные изотопы - стронций, барий, радий и другие);

2) концентрирующиеся в печени (церий, лантан, плутоний и другие);

3) равномерно распределяющиеся по системам (водород, углерод,
инертные газы, железо и другие). Причем одни имеют тенденцию к накоплению в мышцах (калий, рубидий, цезий), а другие - в селезенке, лимфатических узлах, надпочечниках (ниобий, рутений).

Особое место занимает радиоактивный йод - он селективно аккумулируется щитовидной железой.

Если принять в качестве критерия чувствительности к ионизирую­щему излучению морфологические изменения, то клетки и ткани орга­низма человека по степени возрастания чувствительности можно распо­ложить в следующем порядке: нервная ткань, хрящевая и костная ткани, мышечная ткань, соединительная ткань, щитовидная железа, пищева­рительные органы, легкие, кожа, слизистые оболочки, половые железы, лимфоидная ткань, костный мозг.