Сучасні теорії механізму біологічної дії іонізуючих випромінювань

Теорія мішені (попадання, влучення) – теорія, що пояснює залежність радіобіологічного ефекту від дози і виду іонізуючого опромінення. В її основу покладено принцип попадання і принцип мішені.

Принцип попадання характеризує сукупність зіткнень заряджених частинок з атомами і молекулами середовища, яке їх поглинає. При малих дозах ці зіткнення носять випадковий характер.

Принцип мішені стверджує, що лише частина променів попадає в чутливий субстрат і здійснює ефект.

Виявилось, що при дії випромінювань на біологічні об'єкти не всяка передача енергії іонізуючою часткою призводить до променевого пошкодження. Жива клітина та її органели виявилися гетерогенними відносно чутливості до опромінення. Дія випромінювань на одні ділянки об'єму клітини призводить до пошкодження, така ж дія на інші ділянки не позначається на тій функції, за якій судять про пошкодження. Радіаційний ефект в клітині виникає за принципом "все або нічого" в залежності попадання або непопадання іонізуючих часток в унікальну структуру. Це твердження, засноване на експериментальних фактах, отримало назву принципу мішені, згідно якому об'єм живих клітин гетерогенний за своїй радіочутливості: у ньому є певні ділянки (мішені), попадання в які і лише в них наводить до поразки.

Радіаційний ефект обумовлений одним або декількома попаданнями іонізуючих часток в клітину. Залежно від того, скільки випадків попадання в мішень необхідно для поразки (один, два і так далі), розрізняють об'єкти одно-, двохударні і так далі. Одного попадання в чутливий об'єм клітини вистачає для прояву радіаційного ефекту.

Принципи попадання і мішеней характеризують основу первинних фізичних процесів, що призводять до виникнення радіаційно-хімічних і радіобіологічних реакцій в опромінених клітинах.

Один з наслідків іонізуючого опромінення - зміна спадковості в потомстві. Отже, можна заключити, хромосоми і специфічні гени в них одержали якісь ураження. Таким чином, акт іонізації повинен відбутись у тому місці, де знаходилась дана молекула чи ген; ураження обумовлює тільки пряме попадання іонізуючої частинки або фотона. У другому випадку ефект буде спостерігатись тоді, коли акт іонізації відбувається в межах певного чутливого поля (об’єму) біологічного субстрату. Чутливу молекулу, ген або чутливий об'єм називають мішенню, а вражаюче їх іонізуюче опромінення – ударом. Теорія мішені має відношення тільки для певних типів корпускулярного іонізуючого опромінення, оскільки ряд явищ опромінення цією теорією ще пояснити неможливо.

Розглянемо основні положення принципів попадання і мішені, вживані і зараз в радіобіології. В основі змін, що викликаються іонізуючими випромінюваннями в біологічних системах, лежать два основні механізми: - пряма дія, при якій молекула випробовує зміни безпосередньо від випромінювання при проходженні через нього фотона або зарядженої частки, а приголомшуюча дія пов'язана з актом збудження і іонізації атомів і макромолекул; - непряме або непряме, коли молекула отримує енергію, що наводить до її змін, викликані продуктами радіолізу води або розчинених речовин, а не енергією випромінювання поглиненою самими молекулами.

Принцип попадання не є теорією; це загальне встановлення дискретної природи фізичних взаємодій випромінювань з опроміненою речовиною. Таким же загальним принципом є принцип мішеней; у радіобіології він відображує загальне положення про крайню різнорідність (з фізичної, хімічної і біологічної точок зору) опромінюваної живої речовини (організм, тканини, клітки). Інакше кажучи, принципи попадання і мішеней характеризують основу первинних фізичних процесів, ведучих до виникнення радіаційно-хімічних і радіобіологічних реакцій в опромінених клітках.

Багато радіаційних ефектів, обумовлених зміною хімічного складу клітки в результаті радіолізу її компонентів або метаболічними процесами взаємодії різних клітинних органел, не підлягають інтерпретації на підставі цих принципів

Теорія точкового нагріву. Майже вся енергія, що поглинається тканиною, у кінці кінців, перетворюється у тепло. Якщо допустити, що таке підвищення енергії миттєво спостерігається в дуже малих точках об'єму тканини, то можливо, що підвищення температури у цих точках надто значне. Таке локальне підвищення температури обумовлює виникнення хімічних реакцій, незвичайних і не характерних для нормальних умов, руйнування молекул, коагуляцію (денатурацію) білків. 

Хімічна теорія. Живі тканини містять знатно більше молекул розчинника (води), ніж розчиненої речовини. Тому ефект, який обумовлений поглинанням іонізуючого випромінювання у воді буде характеризуватись значно більшими ударами по молекулах розчиненої речовини. При іонізації вільні електрони, що звільнились з молекул води, починають взаємодіяти з іншими молекулами, що призводить до виділення вільного водню. Вільні атоми водню володіють значною реактивністю і, у свою чергу, можуть діяти на молекули розчиненої речовини, що не приймає безпосередньої участі в реакції.