Влияние ионизирующей радиации на онтогенез. Общие закономерности биологического действия ионизирующей радиации

Ионизирующее излучение (<150 нм). Под ионизирующим излучением понимают не только рентгеновское излу­чение и испускаемые при радиоактивном распаде α-, β- и γ-лучи, но также создаваемые искусственно потоки быстрых частиц (протоны, дей­троны, электроны и др.), нейтроны и продукты деления ядер.

Все виды ионизирующих излучений при прохождении через матери­альную среду либо вызывают ионизацию непосредственно, разрушая элек­тронные оболочки встречных атомов и оставляя на своем пути ионный след, как это имеет место в случае заряженных частиц (α-, β- частицы, позитроны, протоны), либо ионизируют вещество косвенным путем, обра­зуя вторичные ионизирующие частицы, а так­же выбиваемые ими вторичные и третичные электроны (рентгеновские и γ-лучи) или протоны отдачи (быстрые нейтроны) и частицы, возникаю­щие при ядерных реакциях (медленные или тепловые нейтроны).

В зависимости от свойств молекул происходят различные процессы: флуоресценция, про­стой распад, передача энергии другой молекуле или атому физическим или химическим путем, а также внутренние превращения, связанные с понижением энергетического уровня в результате перехода к менее воз­бужденным электронным состояниям.

Биологическое действие радиации осуществляется, в основном, на субклеточном уровне (ядра, митохондрии, микросомы). Установлена зависимость этого действия от дозы облучения: при малых дозировках повреждающий эффект может сменяться стимулирующим. Известно влияние ионизирующей радиации на генетический аппарат (мутагенный эффект).

Радиохимическое и радиобиологи­ческое действие ионизирующего излучения определяется не только дозой, но и геометрическим распределением пар ионов вдоль пути каждой иони­зирующей частицы. Число пар ионов, образованных различными частица­ми на единицу пути в различных средах, называется специфической, или удельной ионизацией; она зависит от скорости и энергии ча­стиц. Удельная ионизация, вызываемая различными ионизирующими излучениями, варьирует в очень широких пределах и характеризу­ет ионизационную способность той или иной радиации. С другой стороны, различные виды излучения обладают различной проникающей способно­стью. В результате качественные различия в эффекте, вызываемом раз­личными видами радиации, могут определяться различным распределени­ем плотности ионизации в материи.

Уже первые опыты по изучению влияния радиации на биологические системы показали, что радиация обладает сильным повреждающим действием (рисунок 7.3). Все биологические объекты поражаются этим агентом.

Рисунок 7.3 – Результаты воздействия радиации на человека

Существует предположение, что на ранних этапах формирования Земли, когда радиоактивность на ее поверхности была существенно выше, этот фактор наряду с ультрафиолетовым излучением, электрическими разрядами и тепловым воздействием обусловил химическую эволюцию, которая, в конечном счете, привела к возникновению жизни на Земле.

Под косвенным действием радиации понимают реакцию между раство­ренными молекулами и «активированными» молекулами растворителя (в водных растворах – воды). Такие активированные молекулы раствори­теля образуются в результате прямого действия на него радиации. Таким образом, к косвенному действию радиации относится взаимодействие между молекулами растворенного вещества и реакционно-способными продуктами, образовавшимися при прямом действии радиации на молеку­лы растворителя. Поскольку вода является основным растворителем в клетках, в непрямом действии в этом случае участвуют главным образом реакционно-способные продукты, образованные из воды, такие как e_aq -, Н*, ОН*, Н₂, Н₂О_2.

Большинство радиобиологических эффектов нельзя обнаружить сразу после облучения. Они проявляются с латентным периодом от нескольких минут до нескольких дней. Эту задержку проявления радиационного по­ражения принято объяснять существованием процессов усиления повреж­дения молекул. Такими процессами могут быть сопряженные реакции, в результате которых радиационное повреждение может быть перенесено с одних молекул на другие, синтез аномальных макромолекул на матри­цах, пораженных радиацией, развитие повреждения в результате актив­ности ферментов и некоторые другие. Кроме того, развитие повреждения может зависеть от наличия в клетке эндогенных радиопротекторов и радиосенсибилизаторов.

В качестве мишени, ответственной за реакцию клетки на лучевое воздействие, многие авторы рассматривают ДНК и клеточные мембраны.

Радиочувствительность различных клеток очень сильно варьирует. На­ряду с исключительно радиочувствительными клетками, такими как лим­фоциты, необратимо повреждающимися при облучении в дозе нескольких рентген, существуют одноклеточные объекты, которые без видимых про­явлений повреждения выдерживают облучение в дозе сотен кР (Micrococ­cus radiodurans). Радиочувствительность клетки меняется существенно также и в ходе клеточного цикла. Для большинства клеток по критерию выживаемости наиболее устойчивым является S-период, особенно высо­кую чувствительность к радиации обнаруживает клетка в момент деле­ния. Торможение процесса деления может вызываться при облучении в дозе менее 10 Р.

В зависимости от дозы облучения поражение клетки может реализо­ваться в ближайшие или отдаленные сроки. Для клеток млекопитающих различают два вида гибели клеток: репродуктивную, проявляющуюся в процессе клеточного деления, и интерфазную, не связанную с делением клеток. Повреждение клетки может проявляться в ряде морфо­логических или функциональных нарушений: поражении хромосомного аппарата клеток, нарушении проницаемости мембран, изменении активно­сти ферментов и др.

Отмечено, что лучевая реакция клеток, входящих в состав ор­ганизма, может существенно отличаться от их же реакции при облучении вне организма. Разная радиочувствительность присуща клеткам, состав­ляющим разные ткани организма. Как правило, высокочувствительными являются клетки активно пролиферирующих тканей, например кроветвор­ной, эпителия слизистой кишечника, половых клеток в процессе созрева­ния и др. В то же время клетки тканей, утративших способность к деле­нию или обладающих пониженной митотической активностью, таких как нервная, мышечная, оказываются исключительно устойчивыми к дейст­вию радиации по своим морфологическим показателям.

Эти вариации в радиочувствительности клеток организма объясняются спецификой функции клеток в организме и влияниями, которые на них оказывает организм.

Чувствительность к радиации сложного организма зависит, в первую очередь, от чувствительности к этому агенту клеточных элементов ра­диочувствительных тканей, определяющих жизнеспособность облучен­ного организма. У высших животных такими системами является кро­ветворная и пищеварительная. Все эти закономерности и особенности взаимодействия радиации с изолиро­ванными клетками в равной степени относятся и к клеткам в составе организма. Однако при оценке лучевой реакции клетки, подвергшейся облучению в составе организма, необходимо учитывать, что эта реакция может являться результатом и дистанционные влияния. Под дистанционным влиянием подразумеваются влияния, исходящие от других облученных тканей организма.

Условно можно принять, что радиочувствительность биологических объектов возрастает по мере усложнения их организации, хотя известны и исключения.