Характеристика процесу іонізації та збудження.

Який же механізм змін сприятливих для лікування, або несприятливих при використанні іонізуючого випромінювання з діагностичною метою?

Іонізація – це відрив від вільного атома або від одного із хімічних елементів, який входить до складу молекули, електрона. Для цього потрібно затратити енергію (в середньому для атомного складу організму 34 еВ). Внаслідок цього створюються два іони: негативний (електрон) і позитивний (ядро атома з останніми електронами, крім одного). Молекули, в атомі яких відщеплено хоча б один електрон, будуть мати позитивний заряд. Один квант, або іонізуюча частка, маючи енергію десятки-мільйони еВ, можуть іонізувати багато атомів. А якщо енергія передана електрону недостатня, щоб відірвати його від атома, то за рахунок цього надлишку енергії електрон переміститься далі від ядра і цей атом або молекула, що його містять стануть збудженими (будуть мати надлишок енергії). Збудження взагалі довго не триває (тисячні частки секунди), електрон падає на своє місце (свій рівень) і при цьому виділяє енергію в вигляді кванта різної величини. Якщо іонізовані або збуджені молекули не прореагують, то виходу цієї реакції не буде. Коли ж молекулі передана велика енергія, то вона може розірватися на частки (два фрагменти) і при цьому утворюються два радикали з ненасиченими зв’язками (цей процес зветься радіолізом). Таким чином, у збудженому вигляді (іони або радикали) молекули мають підвищену здатність вступати в хімічні, біохімічні зв’язки, тобто в реакції властиві організму або ні. Велика кількість звичайних або утворення невластивих організму продуктів реакції призводять до його інтоксикації. При великих дозах опромінення маса електричних зарядів (іонів) може призвести до загибелі "під променем". В зв'язку з тим, що організм людини містить 50-60% води, то така ж частина енергії випромінювання витрачається на її іонізацію та збудження. А інші молекули поглинають кількість енергії відповідно їх вмісту в організмі. Слід пам'ятати, що 75% води структурованої, тобто це не просто розчинник, вона утворює сольватні та гідратні оболонки багатоатомних сполук, які в результаті цього змінюють свої властивості. Складні молекули можуть розірватися не тільки в місті попадання променя. Енергія може мігрувати впродовж молекули і спричинити розрив в місці меньш тривкого зв'язку. Розщеплена багатоатомна молекула втрачає свої властивості, а утворені радикали можуть приєднатись до інших інтактних молекул і призвести до їх розщеплення з утворенням вже двох радикалів, здатних взаємодіяти з іншими молекулами, тобто реакція може протікати по типу ланцюгової. Наприклад, якщо від молекули води відірветься електрон вона стане позитивним іоном: Е®Н₂О⁺ +е^- . Цей електрон може приєднатися до інтактної молекули води і створити негативний іон: Н₂О⁺ +е^- ®Н₂О^-

Ці іони можуть розщепитися: Н₂О^- ® H* + OH ^- або Н₂О^- ® Н⁺ + ОН^*. Кисень в вільному радикалі має неспарений електрон і має підвищену окислювальну здатність.

Може відбутись розщеплення на радикали любої молекули, а вони приєднуючись до інших молекул створюють комплекс, який теж розпадеться. Ці реакції протікають по ланцюговому типу. Може розщеплюватись люба молекула, а їх кількість залежить від представництва в організмі. Чим більше молекул, тим більша вірогідність, що ці молекули будуть іонізовані, збуджені або розщеплені. В зв’язку з тим, що не всі молекули організму функціонально рівноцінні, то пошкодження різних молекул буде мати і різний вихід реакції. Більш важливі білки (особливо нуклеопротеіди), які регулюють процеси поділу клітини, обміну речовин і являються структурною часткою гена, пошкодження якого може призвести до втрати здатності клітини до поділу і вона загине. Наприклад, може розірватись зв’язок однієї або двох ниток ДНК, особливо коли буде діяти щільно іонізуюче випромінювання (a-промені, протони).