Механизм биологического действия ионизирующих излучений

До конца он пока не выяснен. Однако результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том, что у различных излучений он в основном одинаковый, начиная от исходных актов поглощения и переноса энергии излучения и кончая физиологическими и морфологическими изменениями в облученном организме.

Особенности биологического действия радиации, во-первых, в том, что у животных отсутствуют специальные анализаторы для восприятия излучения, и, во-вторых, оно в основном связано с формой передачи энергии клеткам. Например, при гамма-облучении дозой 1000 Р, смертельной для большинства млекопитающих, ткани поглощают ничтожно малую энергию — около 8,4 кДж/г. Для сравнения можно сказать, что такое же количество энергии расходуется при повышении температуры тела только на 0,001 °С.

В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты условно можно выделить два основных этапа. Первый этап — первичное (непосредственное) действие излучения на биохимические процессы, функции и структуры органов и тканей; второй — опосредованное действие, которое обусловливается нейрогенными и гуморальными сдвигами, возникающими в организме под влиянием радиации.

Для объяснения механизма первичного действия ионизирующих излучений на биосубстрат предложено более десяти гипотез и теорий, многие из которых, по современным представлениям, не выдерживают критики и имеют уже только историческое значение.

Впервые теорию о начальных процессах лучевого поражения животного орга​низма выдвинул в 1903 г. Г. Шварц; это так называемая лецитиновая теория. Сущ​ность ее заключается в том, что при лучевом воздействии лецитин разлагается с об​разованием холинподобных токсических веществ, которыми и отравляется организм.

Несколько позже, в 1905 г., появилась теория Бергонье и Трибондо, согласно которой ведущее значение в лучевом поражении имеет нарушение обмена веществ. По мнению авторов, наиболее уязвимыми являются молодые делящиеся клетки с наиболее интенсивным обменом.

Е. С. Лондон (1911г.) объяснял первичные лучевые процессы в тканях наруше​ниями ферментативных процессов в организме.

В 1923 г. Дессауер выдвинул гипотезу теплового эффекта (точечной теплоты). Суть ее сводится к тому, что в местах взаимодействия излучения с биосубстратом (в микрообъемах) резко повышается температура, что приводит к нарушениям функ​ции и структуры клетки. Однако последующие исследования и математические рас​четы показали ошибочность таких предположений. Оказалось, что количество энер​гии, поглощаемое живыми тканями, ничтожно по тепловому эквиваленту, и те глу​бокие биохимические процессы, которые возникают при облучении, связаны не только с превращением энергии излучения в теплоту, но и со сложными физико-химическими изменениями в биомолекулах.

По гипотезе Штрауса (1923 г.), в основе лучевого поражения ле​жит действие ионизирующих излучений на липоиды ароматическо​го ряда как на наиболее радиочувствительные компоненты клетки.

Со временем был накоплен большой фактический материал о повреждающем действии ионизирующих излучений. Однако био​логический и патогенетический механизм оставался неизвестным.

Для изучения этих вопросов были взяты в качестве биологичес​кой модели простые белки, протеиды, ферменты, вирусы, бактерии и грибы различных видов. Их подвергали облучению в различных условиях и агрегатных состояниях: сухом (высушенном) виде, в ра​створах, при глубоком замораживании в жидком азоте, в различных условиях кислородного режима (при насыщении среды кислородом или при отсутствии его). Исследования проводили на животных раз​личных видов.

В результате этих опытов было выдвинуто две теории механизма первичного, т. е. непосредственного, действия ионизирующей ра​диации, которые в настоящее время являются признанными:

теория прямого действия излучений на составляющие молекулы вещества;

теория косвенного действия.

Было показано, что при прохождении излучения через вещество или макромолекулы биологического субстрата энергия радиоактив​ных излучений передается атомам вещества, вызывая в них возбуж​дение и ионизацию. Этот первый этап воздействия излучения ха​рактеризует акт прямого их взаимодействия.

Следовательно, под прямым действием ионизирующей радиации понимают такие изменения, которые возникают в результате погло​щения энергии излучения самими молекулами, а поражающее дей​ствие связано с актом возбуждения и ионизации атомов и макромо​лекул.

Под косвенным (непрямым) действием радиоактивных излучений понимают изменение молекул клеток и тканей, обусловленных радиолизом воды и растворенных в ней веществ, а не энергией из​лучения, поглощенной самими молекулами.