Эффект воздействия радиации на ткани, организмы и клетки

Из учебного пособия Рихванова:

Обстоятельный анализ исследований, выполненных до начала проведения испытаний ядерного оружия, по оценке воздействия ионизирующей радиации на кроветворные органы сделан А.П. Егоровым и В.В.

Бочкаревым (1950). Они отмечают, что на первом этапе работ по данному направлению (1896 - 1911 гг.) были получены следующие результаты:

1) установлена громадная биологическая активность радиоактивности;

2) этот фактор почти немедленно после открытия был применен в терапевтиче­ских целях (Россия, Америка и т.д.), в первую очередь, в отношении болезней крови;

3) первые наблюдения установили особенно большую чувствительность кроветворной системы к ионизирующим лучам;

4) все наблюдения отмечают, главным образом, угнетение и поражение ионизирующей радиацией клеток и тканей, особенно крови и гонад;

5) в этот же период отмечено «вредное» общее действие рентгеновских лучей на персонал, работающий в рентгеновских кабинетах;

6) исследования этого первого этапа дали указания на то, что действие нового вида лучистой энергии принципиально отлично от известного и давно действующего на организм комплекса солнечной радиации не только количественно, но и качественно иными биологическими свойствами (Егоров и др., 1950);

7) некоторые основные закономерности были установлены уже в первое десятилетие после открытия ионизирующих лучей;

8) русская медицина и биология быстро включились в изучение и практическое применение нового фактора.

Итак, уже в начале пути своего триумфального шествия явление радиоактивности по влиянию на биологические ткани рассматривалось в двух аспектах: как фактор негативного и позитивного воздействия на биологические образования.

Так, негативное воздействие от солей радия выражалось в образовании ожогов и язв на коже, накожного рака и т.д.

Эти же результаты использовались и как позитивный фактор воздействия радиоактивного излучения на биологические ткани. Излучение радия стали использовать для лечения кожных заболеваний рака, как препарат улучшающего и болеутоляющего действия при подагре и ревматизме.

Более того, была сделана попытка лечения от белокровия, т.к. внутривенное введение радиоактивных растворов приводило к уменьшению количества лейкоцитов.

Проводимые в этом направлении исследования чаще всего фиксировали какие-либо негативные изменения и, реже, позитивные.

Т.А. Надсон уже в 1920 году установил, что воздействие излучений радона и радия приводит к структурным изменениям в протопласте дрожжевых, грибных и растительных клеток. При этом отмечалось, что на высокие дозы облучения от радона прежде всего реагирует вакуоль, а в конечном итоге клетка погибает.

Было отмечено (Дробков, 1957), что различные виды излучения (α, β, γ) воздействуют на организмы по-разному. Так, например, образование азотусваивающих клубеньков у бобовых отмечается только тогда, когда присутствовали альфа-излучающие компоненты радиоактивного излучения.

Исследования А.А. Дробкова в начале 40-х годов по развитию клубеньковых бактерий вокруг источника радиоактивного излучения убедительно показали, что радиоактивное излучение одновременно может быть смертельно губительным и в то же время стимулирующим их рост. Все определяется дозовой нагрузкой излучения на бактерии.

Многочисленные исследования биологов, медиков, физиков (Стернгласс, 1982; Когалл, 1986; Кузин и др., 1981 и др.) дали возможность представить механизмы воздействия ионизирующего излучения. При этом однозначно просматривалось различие воздействия разных типов ионизирующих частиц на биологические объекты.

При прямом действии молекулярные связи разрушаются непосредственно в структуре, которая служит мишенью для выбитых электронов. Прямое воздействие происходит очень быстро и является главной причиной повреждения ДНК в ядрах клетки (разрыв связей двойной спирали молекулы ДНК и т.д.).

При косвенном действии вред биологическому объекту, служащему мишенью, наносят радиационно-способные химические группы, которые диффундируют от места образования к мишени (Стернгласс, 1982). При этом возникает весьма токсичный ион О₂ или радикал перекиси, который способен инициировать химические реакции, приводящие к окислению фосфолипидной мембраны клетки и возникновению клеточных мембранных эффектов, хорошо исследованных и описанных в литературе А. Петко (в других транскрипциях Петкау - Petkau), Т. Стокке (T.Stokk), Э. Стернглассом (1982), Е.Б. Бурлаковой и др. (1957,1959 и др.).

Следует отметить, что токсичные кислородные радикалы могут дезактивироваться при столкновении с другими возбужденными молекулами и нейтрализоваться в присутствии молекул-примесей. Этим, прежде всего, и объясняется сложность оценки воздействия того или иного вида излучения на биологические системы, т.к. на биологическое действие дозы ионизирующей радиации может значительно влиять концентрация так называемых радиозащитных молекул или радиопротекторов.

Кроме того, А.М. Кузин и др. (1981) выделяют опосредованное действие излучения, при котором вред биологическому объекту оказывается через действие активированных (за счет прямого и косвенного воздействия ионизирующего излучения) органических молекул и их радикалов.

При действии ионизирующего излучения на ДНК в её молекуле возникают (Кузин и др., 1981; Коглл, 1986 и др.):

- одиночные разрывы;

- двойные разрывы;

- частичная денатурация в результате распада n-водородных мостиков;

- радиационное изменение оснований;

- отщепление оснований;

- образование сшивок;

- распад дезоксирибозы.

При облучении белков происходит разрыв водородных связей, сульфгидрильных мостиков и т.д. При этом происходит повышение чувствительности к температуре, рН, действию ионов. Меняются их растворимость, оптические свойства и т.д. Изменяются биологические свойства белков, такие, как антигенная иммунологическая специфичность, каталитическая активность и т.д.

При облучении ферментов прежде всего происходит их инактивация с потерей своих функций.

Действие ионизирующего излучения на хромосомы (молекула ДНК + белки) приводит к многообразным нарушениям (хромосомным аберрациям) их структуры. Основными из них являются (Когалл, 1982):

- межхромосомные обмены, когда взаимодействующие повреждения возникают в разных хромосомах;

- внутрихромосомные обмены, когда повреждения находятся в одной хромосоме, в том числе межплечевые и внутриплечевые обмены;

- нарушение непрерывности («разрыв») хромосом;

- утрата (деления) участков хромосом.

Радиационные поражения на молекулярном и субклеточном уровнях прежде всего зависят от мощности дозы и величины ЛПЭ (качество ионизирующего излучения).

Воздействие ионизирующего излучения на биоту и, прежде всего, на человека может носить характер соматический и генетический.

Соматическое воздействие выражается в осложнении на субклеточном, клеточном и тканевом уровне, но не передается по наследству, то есть радиационное воздействие не затрагивает генетический код и половые хромосомы.

Оно выражается в нарушении роста и развития организма; его преждевременном старении; ослаблении иммунной системы и, как следствие, развитии различных иммуннозависящих заболеваний; бесплодия и т.д.

Генетическое воздействие приводит к изменению наследственного материала и проявляется прежде всего на молекулярном и генном уровнях, либо на субклеточном уровне при радиационном воздействии на половые хромосомы или зародышевые клетки.

В результате этого могут происходить генетические мутации. Их индикаторами при радиационном воздействии могут быть: изменение соотношения полов при рождении; частота появлений врожденных пороков развития; смертность новорожденных; количество новорожденных; вес при рождении и в 9 месяцев («Вредное действие...», 1959).

Они обуславливают возникновение генетических заболеваний (гипотония, припадки, умственная отсталость, пороки сердца, почек и т.д.).

Детальное рассмотрение последствий радиационного воздействия на молекулярном и субклеточном уровнях с появлением хромосомных аберраций, микроповреждений, точечных мутаций сделано в работах Дж. Гофмана (1994) и др.

Многочисленными исследованиями радиобиологов показано, что ионизирующее излучение вызывает не только ранние (острые) повреждения (ожоги, выпадение волос, кровотечение, помутнение хрусталика глаза и т.д.), но и является причиной отдаленных (поздних) эффектов.

К отдаленным эффектам воздействия радиации относят, по мнению Дж. Когалла (1982), следующие эффекты:

- генетические;

- тератогенные;

- канцерогенные.

Отдаленные последствия могут быть весьма многообразны и имеют свои специфические особенности. Так, Дж. Когалл (1982) описывает специфические отдаленные последствия на глаз, кожу, соединительную ткань, легкие и т.д. Для каждого типа тканей и органа существуют свои пороговые дозы, при которых радиационный эффект может иметь отдаленные последствия, которые прежде всего зависят от величины ЛПЭ.

Исходя из выше изложенного краткого рассмотрения воздействия ионизирующего излучения на биологические объекты, следует, что любой вид ионизирующего излучения (γ-кванты, α- или β-частицы, нейтроны и т.д.) оказывает то или иное воздействие на живое вещество и представляет определенную опасность.

Любой вид ионизирующего излучения (γ-кванты, α- или β-частицы, нейтроны и т.д.) оказывает то или иное воздействие на живое вещество и представляет определенную опасность. На этом основана беспороговая гипотеза (СМ ВОПРОС 5).