Біологічна дія іонізуючого опромінення.

Основний механізм дії радіації пов’язаний з процесами іонізації атомів і молекул біогенної матерії, зокрема молекул води, що міститься в клітинах.

Якраз вони і піддаються інтенсивному ураженню. Викликані ураження можуть бути зворотними і незворотними, протікати у формі різної тяжкості променевої хвороби, або обумовлювати летальні наслідки.

Під впливом іонізуючого опромінення атоми і молекули живих клітин іонізуються, в результаті відбуваються складні фізико-хімічні процеси, що впливають на характер подальшої життєдіяльності живої системи.

Існує думка, що іонізація атомів і молекул яка виникає під дією випромінювання, веде до розривання зв’язків у білкових молекулах, а це призводить до загибелі клітин і ураження всього організму. Часто пояснюють формування біологічних наслідків іонізуючих випромінювань суттєву роль відіграють продукти радіолізу води, якої в складі організму може бути до 70% його маси. Продукти радіолізу води вступають у хімічну взаємодію з молекулами білків та ферментів, руйнуючи їх, у результаті утворюються сполуки, не властиві живому організму. Це призводить до порушення обмінних процесів, пригнічення ферментних і окремих функціональних систем, порушення життєдіяльності всього організму.

Специфічність дії іонізуючого опромінювання полягає в тому, що інтенсивність хімічних реакцій, індукованих вільними радикалами, підвищується, й у них втягуються багато сотень, тисяч молекул, не уражених опроміненням. Ефект дії іонізуючого опромінення зумовлений не кількістю поглинутої енергії об’єктом, який опромінюється, а формою, в якій ця енергія передається. Ніякий інший вид енергії (теплова, електрична), що поглинається біологічним об’єктом у тій самій кількості, не призводить до таких змін, які спричиняє іонізуюче опромінення.

Радіація діє на субмолекулярні, молекулярні, клітинні, тканинні системи, на органи та системи органів (імунну, нервову, травлення, виділення, розмноження тощо) і на організм як єдине ціле, ушкоджуючи всі рівні життя і здійснюючи вплив на всі феномени живого (ріст, розмноження, спадковість, мінливість, резистентність і тривалість життя).

Радіація змінює такі властивості живого як мінливість і спадковість, обумовлює мутації, може бути причиною дрейфу генів, кросинговеру, змінювати напрям доцільного розвитку організму.

Радіація руйнує інтегруючу, регулюючу функції нервової, імунної, гематогенної систем. Вона вносить до організму якби біологічний “безлад”. З особливою силою радіація уражає нервову функцію на рівні рецепторів, де передача нервових імпульсів здійснюється значною мірою на електричних закономірностях взаємодії молекулярних компонент медіаторів, що мають різні заряди.

За нормального процесу травлення в організмі людини і тварин їжа,що надходить, розщеплюється на більш прості легкорозчинні сполуку (білки аж до амінокислот, жири – до жирних кислот і гліцерину, вуглеводи до моноцукрів), які через мембрани надходять в середину кожної клітини і використовуються як будівельних та енергетичний матеріал. При іонізуючому опроміненні порушуються молекулярні зв’язки, проникливість і регулююча функція мембран, атоми перетворюються в іони. Через уражені мембрани в клітини проникають токсини. При невеликих дозах опромінення можлива рекомбінаці і реіонізація атомів, молекулярні зв’язки відновлюються і клітини піддаються репарації (відновленню).

Якщо доза опромінення висока або багато разів повторюється, то електрони, атоми не встигають реіонізуватися, рекомбінуватися, репаратуватися. Молекулярні зв’язки не відновлюються. Виходить з ладу велика кількість клітин, робота тканин і органів розладнується. Нормальна життєдіяльність організму стає неможливою.

Специфічність дії іонізуючого опромінення полягає в тому, що інтенсивність хімічних реакцій, індукованих вільними радикалами, підвищується, й у них залучаються багато сотень і тисяч молекул, які були не порушені опроміненням.

Особливості іонізуючого опромінення наступні:

- органи чуття не реагують на опромінення;

- малі дози опромінення мають кумулятивний ефект, накопичуються;

- іонізуюче опромінення має генетичний ефект, тобто, вражає не лише об’єкт, який опромінюється, але і його потомство;

- різні організми, навіть одного виду, мають різну радіочутливість;

- іонізуюче опромінення піддається радіопротекції і радіосенсибілізації.

Первинні фізичні процеси, що виникають у результаті іонізуючого опромінення біологічних об'єктів, обумовлюють утворення речовин з високою хімічною активністю. Біологічну дію опромінювання головним чином пов'язують з продуктами радіоліза води, до яких відносяться вільні атоми і радикали Н, OН, Н₂О₂.

Але іонізуюче випромінювання може здійснювати і пряму дію на біологічі молекули і надмолекулярні структури. Випромінювання викликає різноманітні денатураційні зміни - розрив слабких зв’язків, відрив радикалів, деполімерацію тощо. У результаті біологічного ефекту певне значення можуть мати процеси міграції енергії і утворення стійких метастабільних сполук, що виникають унаслідок тривалого збереження стану збудження в деяких макромолекулярних субстратах.

Дослідження свідчать, що одержана макромолекулами енергія від опромінення внаслідок прямого чи непрямого опромінення, як правило, не реалізується в тому місті, де відбувся акт взаємодії. Вона мігрує специфічними шляхами для данної структури і вражає у найбільш слабкому місці. При цьому в макромолекулах виникають скриті довгоживучі ураження, які можуть бути виявлені з допомогою впливу нерадіаційного фактору.

Іонізуюче опромінення пригнічує активність різних ферментних систем, змінюється середовище клітини, підвищується проникливість клітинних мембран, спостерігається денатурація білків, дегідратація системи, порушується внутрішнє середовище клітини, її гомеостаз.

Рівень сучасних досліджень свідчить, що радіаційна чутливість клітинного ядра і цитоплазми однакові. Але опромінення ядра обумовлює більш тяжкі і біологічно значимі ураження.

Структурні ураження хромосомного апарату, як правило ведуть до загибелі клітини в процесі мітозу або появи не життєздатних клітин.

Пригнічення мітотичної активності клітини є специфічним проявом біологічної дії іонізуючого опромінення.

Найбільш тяжкі наслідки іонізуючого ураження статевих клітин обумовлюються тим, що вони є найбільш біологічно активні й складні за будовою і функцією.

3 підвищенням рівня інтенсивності обмінних процесів радіаційна чутливість зростає. Найбільш чутливі до опромінення гемопоетична тканина (червоний кістковий мозок), епітелій травного тракту, тканина гонад, епітелій шкіри, сумки кришталика, фіброзна тканина, хрящ, кістки, нервова тканина, м'язи. Ці тканини розміщені відповідно зменшення їх радіочутливості.

Існує думка, що процес розвитку життя завжди здійснювався при шкідливій дії радіації, що завжди йшла боротьба за виживання, що радіація першопричина мутацій, які забезпечують мінливість організмів від покоління до покоління, забезпечуючи їх удосконалення і поліпшуючи організацію. Але з волі і в результаті діяльності людини за останній, історично дуже короткий період, значно зріс радіаційний тиск на природу і на людину за рахунок штучної радіації (термоядерні випробовування, використання рентгенівської техніки, суден і літаків з атомними джерелами енергії, польоти на значній висоті, робота атомних реакторів, для досліджень, діагностики і лікування, для стерилізації, в селекції тощо). У наш час радіаційний тиск значно випереджає еволюційний процес адаптації до нього, особливо це виражено на складних довгоживучих організмах. Якщо мікроорганізми мають значно більший тиск життя і більш короткі хвилі життя, то вони значно швидше у часі пристосовуються до радіації. Тому сьогодні є мікроорганізми, які пристосувались до життя навіть в атомних реакторах.

Людина зазнає опромінення двома способами – зовнішнім та внутрішнім. Внутрішнє опромінення в середньому становить 2/3 ефективної еквівалентної дози опромінення, яку людина одержує від природних джерел радіації. За підрахунками наукового комітету по дії атомної радіації ООН, середня ефективна еквівалентна доза зовнішнього опромінення, яку людина одержує за рік від земних джерел природної радіації, становить приблизно 350 мкЗв, це трохи більше середньої дози опромінення через радіаційний фон, що утворюється космічними променями.

Штучні джерела радіації мають значно більш інтенсивне випромінювання, ніж природні, створюючи все більшу радіаційну небезпеку.

Але необхідно пам'ятати, що розвиток життя на Землі здійснюється на фоні постійно діючої природної радіації. Цим обумовлено те, що всі організми рослин і тварин здатні переносити радіацію, коли доза її не перевищує певного рівня. Якщо загальна доза опромінення була отримана не великими дозами, то біологічний ефект буде менший, а при безперервному незначному опроміненні протягом тривалого часу шкідливий ефект буде більшим.

Тварини, які після жорсткого опромінення вижили, але тривалість їх життя значно скорочується, у них зростає вірогідність виникнення злоякісних пухлин, різко знижується резистентність.

Більшість ефектів післядії опромінення визначаються сумарною дозою опромінення. Фактор часу впливає тільки на швидкість захворювання (променева хвороба).

Фактори, що послаблюють резистентність організму, погіршують його фізіологічний і фізічний стан, значно підвищують чутливість організму до радіації (виснаження, стома, недосипання, голод, інфекційні і неінфекційні хвороби, охолодження, хронічні хвороби тощо).