Биологическое действие радиации, внешнее и внутреннее облучение

Биологическое действие радиации

В основе биологического действия ионизирующих излучений лежит поглощение их энергии атомами и молекулами живой ткани.

Выделяют несколько стадий в развитии радиобиологического процесса: физическую, физико-химическую, химическую и биологическую.

Физическая стадия: поглощение энергии излучения в актах ионизации и возбуждения атомов и молекул. На физической стадии, энергия излучения передается веществу в актах ионизации и возбуждения атомов и молекул клеточного субстрата. Радиация также непосредственно действует на молекулы растворенного вещества, вызывая расщепление молекул белка, нуклеиновых кислот и других соединений в клетке.

Физико-химическая стадия (10^-10 с) при которой первичные повреждения молекул, образование свободных радикалов – атомов или фрагментов молекул с неспаренными электронами на внешней оболочке, обладающие чрезвычайно высокой реакционной способностью. На второй стадии происходят реакции первичных продуктов радиолиза с кислородом и органическими молекулами, образуются перекисные соединения, окисляются молекулы белка, появляются токсические вещества и другие вторичные продукты.

Химическая стадия (10^-6 с) характеризует взаимодействие первичных продуктов радиолиза с ненарушенными молекулами низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений.

Биологическая стадия длится от 1 с до многих лет; происходят нарушения биологической организации на субклеточном и клеточном уровнях (изменение структуры биологических мембран, изменение активности и функций ферментов, нарушение обмена веществ, появление хромосомных аберраций); нарушения на уровне тканей и органов; нарушения соматические и генетические на уровне облученного организма и (или) последующих поколений. При больших дозах ионизирующего излучения нарушения в метаболизме и биоструктурах клетки могут быть настолько значительными, что клетка погибает. Изменения на клеточном уровне, гибель клеток приводят к нарушениям функций и жизнедеятельности других клеток, тканей, отдельных органов и организма в целом.

Очевидно, что чем больше поглощенная доза излучения, тем больше радиобиологический эффект.

Величина конкретного радиобиологического эффекта зависит не только от поглощенной дозы, но и от мощности дозы, вида и энергии излучения, размеров облучаемой поверхности, относительной радиочувствительности облучаемых органов и тканей, индивидуальных особенностей живого организма и других факторов.

Современная радиобиология различает соматические и генетические эффекты, возникающие при облучении человека.

Соматические эффекты проявляются непосредственно у самого облученного лица, а генетические (наследственные) – у его потомства. По характеру зависимости от дозы излучения принято выделять две группы лучевых эффектов у человека – не стохастические и стохастические.

Нестохастические эффекты – это реакции организма на лучевое воздействие, которые проявляются при превышении определенных пороговых доз; с увеличением дозы выше порога возрастает тяжесть лучевого поражения в соответствии с зависимостью «доза - эффект». К нестохастическим эффектам относятся такие соматические поражения, как угнетение костномозгового кроветворения, катаракты хрусталика, незлокачественные повреждения кожи, сосудов, отдельных тканей и органов, хроническая и острая лучевая болезнь.

Стохастические эффекты – это последствия облучения организма, имеющие вероятностный, дискретный характер. Для них, по-видимому, не существует порога по дозе, и, в принципе, они могут появляться при очень малых дозах (даже в условиях естественного фона излучения). С увеличением дозы вероятность возникновения этих эффектов возрастает. В настоящее время принята линейная безпороговая зависимость вероятности стохастического эффекта от дозы излучения. Вместе с тем тяжесть каждого вида стохастического эффекта не зависит от дозы. К стохастическим эффектам облучения относятся:

соматико-стохастические эффекты – последствия перерождения отдельных соматических клеток, приводящие к раковым новообразованиям различных органов и тканей, лейкозам, преждевременному старению;

генетические последствия облучения половых клеток (генные мутации), приводящие к наследственным повреждениям у детей и внуков облученного человека.

Среди стохастических реакций организма на лучевое воздействие наиболее существенны канцерогенные эффекты.

На всех стадиях действия излучения в организме происходят разрушительные и восстановительные процессы, и их соотношение определяет конечный результат. Считают, что необратимые повреждения в органах и тканях человека составляют -10%, а обратимые -90%.

Действие радиации на организм человека зависит и от того, является ли облучение общим или локальным, равномерным по всему телу или неравномерным. Облучение отдельных органов вызывает заведомо более легкие последствия, чем облучение всего организма. При этом главную роль играет радиочувствительность органов. Уменьшение размеров облучаемой поверхности снижает общее поражение организма. С возрастом чувствительность человека к облучению понижается.