Биологическое действие излучении

Все излучения, как неионизирующие, так и ионизирующие, способны вызывать изменения в живых организмах, т.е. характеризуются биоло­гическим действием, которое является результатом поглощения энер­гии излучения элементами биоструктур.

Однако энергия ультразвуковых волн и высокочастотных электромаг­нитных колебаний, используемых в диагностике, значительно ниже энер­гии, которая сопровождается механической и химической реакцией тканей. В настоящее время продолжается изучение биологического действия ульт­развука, стабильного магнитного поля и высокочастотных радиоволн, но существенных вредных последствий от ультразвуковых и магнитно-резо­нансных исследований не зарегистрировано.

Совсем иное дело — ионизирующие излучения. Их биологическое дей­ствие стало известно вскоре после открытия рентгеновского излучения. В частности, И.Р. Тарханов в 1896 г. на основании результатов экспери­ментов на лягушках, домашних мухах и бабочках установил влияние рент­геновского облучения на ряд систем организма и прозорливо предсказал, что «...в недалеком будущем лучами этими будут пользоваться с лечебной целью». Родоначальником радиационной биологии считают Е.С. Лондона. Он изучил действие у-излучения радия на ферменты, токсины и различные ткани животных объектов и показал высокую чувствительность к облуче­нию кроветворной системы и половых желез. Е.С. Лондону принадлежит первая в мире монография по радиобиологии «Радий в биологии и медици­не» (1911). В 1925 г. Г.С. Филиппов и Г.А. Надсон впервые в мире устано­вили влияние излучений на наследственность. Эта работа явилась предте­чей радиационной генетики.

Первый этап биологического действия ионизирующих излучений пред­ставляет собой физический процесс взаимодействия излучения с веществом. Все излучения непосредственно или опосредованно вызывают возбуждение либо ионизацию атомов биосистем. В результате этого в тканях появляются возбужденные и ионизированные атомы и молекулы, обладающие высокой химической активностью. Они вступают во взаимодействие друг с другом и с окружающими атомами, при этом под влиянием облучения возникает боль­шое количество высокоактивных свободных радикалов и перекисей. Погло­щение энергии излучения и первичные радиационно-химические реакции совершаются практически мгновенно — в течение миллионных долей се­кунды.

Затем за тысячные доли секунды радиационно-химический процесс приводит к изменению расположения и структуры молекул и, следователь­но, к нарушению биохимии клеток. Морфологические и функциональные изменения клеток проявляются уже в первые минуты и часы после облуче­ния. Последнее воздействует на все компоненты клеток, но в первую оче­редь, особенно при сублетальных и летальных дозах излучения, поражают­ся ядерные структуры - ДНК, дезоксинуклеопротеиды и ДНК-мембран­ные комплексы. Прекращаются рост и деление клетки, в ней обнаружива­ют дистрофические изменения вплоть до гибели клетки. Изменения в хро­мосомном аппарате клетки отражаются на ее наследственных свойствах — приводят к радиационным мутациям. Они могут развиться в соматических 34

клетках, обусловливая снижение жизнеспособности их потомства или по­явление клеток с новыми качествами. Полагают, что эти новые популяции клеток могут быть источником рака и лейкоза. Мутации, развившиеся в по­ловых клетках, не отражаются на состоянии облученного организма, но могут проявиться в следующих поколениях, а это может вести к увеличе­нию числа наследственных болезней, которых и без того много в челове­ческой популяции.

Разумеется, биологические последствия облучения отнюдь не сводятся только к клеточным и тканевым реакциям — они лишь лежат в основе сложных процессов нарушения деятельности нервной, кроветворной, эндо­кринной, иммунной и других систем организма.

Биологический эффект в первую очередь определяется величиной по­глощенной дозы и распределением ее в теле человека. При равной дозе наиболее значительные последствия наблюдаются при облучении всего тела, менее выражена реакция в случае облучения его отдельных час­тей. При этом не все равно, какие части облучены. Облучение живота, например, дает гораздо более выраженный эффект, чем воздействие в той же дозе на конечности. Вместе с тем биологический эффект зави­сит от радиочувствительности облученных тканей и органов. Радиочувствительность — очень важное понятие в медицинской радио­логии. Она определяется выраженностью лучевого повреждения клеток и тканей и способностью их к восстановлению после облучения.

Чувствительность клетки к облучению зависит от многих факторов: вида излучения (энергии квантов или частиц), стадии митотического цикла, степени оксигенации, функционального состояния клетки в момент облучения. Особенно значительно поражаются клетки, которые в этот мо­мент находились в состоянии повышенной активности (например, в перио­де синтеза ДНК). Большую роль играют внешние условия: температура, со­держание воды, кислорода и т.д.

Степень лучевых реакций тесно связана с парциальным напряжением кислорода в биосубстрате. Это явление получило название «кислород­ный эффект». Чем меньше кислорода в клетке, тем меньше лучевое по­вреждение.

Лучевые повреждения ярко проявляются в активно пролиферирующих тканях (лимфоидная, кроветворная и т.д.) и гораздо менее выражены и воз­никают в более отдаленные сроки в мало обновляющихся тканях (костная, хрящевая, мышечная, жировая). Малодифференцированные клетки более чувствительны к облучению. Рассматривая вопрос о тканевой радиочувст­вительности, нужно учитывать, что гибель части клеток компенсируется деятельностью систем клеточного обновления, а она зависит от общего числа стволовых клеток, интенсивности клеточной пролиферации, состоя­ния кровотока и оксигенации клеток. Подробнее этот вопрос будет рас­смотрен в главах, посвященных лучевой терапии опухолей.

Мы лишь вкратце описали биологическое действие ионизирующих излу­чений. Подробнее с этой проблемой читатель может познакомиться в руко-

водстве СП Ярмоненко «Радиобиология человека и животных» (М.: Выс-Z™а 1Ш). На данном этапе для нас важно подчеркнуть следующее.

При любом медицинском применении тонизирующих излучений^не­обходимо соблюдать правила радиационной безопасности и противо­лучевой защиты пациентов и персонала лучевых отделений.