Механизм биологического действия радиации

Рассмотренные выше эффекты воздействия радиации на ор­ганы, ткани и живые организмы в целом связаны с тем, что под действием ионизирующих излучений происходят физико-химические процессы с молекулами воды (у млекопитающих она составляет 60-70% массы тела) и молекулами органических со­единений. Эти процессы получили название радиолиза.

Первичный акт радиолиза воды заключается в ионизации мо­лекулы воды с образованием положительного иона Н₂О⁺ и сво­бодного электрона. Электроны в свободном виде в воде суще­ствовать не могут и присоединяются к нейтральным молекулам воды, образуя отрицательные ионы Н₂О^-. Этот процесс проис­ходит практически мгновенно, в течение % 10^-15с. После это­го начинаются физико-химические превращения с ионами воды: ионы расщепляются на свободные радикалы с ненасыщенными валентностями:

Образовавшиеся свободные радикалы обладают большой хими­ческой активностью. Радикал ОН^- — сильный окислитель, а Н⁺ — восстановитель. Эти радикалы взаимодействуют с моле­кулами воды, в результате чего образуются такие сильные оки­слители, как перекись водорода (H₂0₂), гидропероксид Н0₂и даже высшая перекись H₂0₄, которые, в свою очередь, приводят к образованию химически активных радикалов, и процесс при­обретает характер цепной реакции.

Излучение может производить ионизацию и органических молекул живой ткани, например; RH → R+ Н⁺, где R— ор­ганический радикал. Из Rв присутствии кислорода могут обра­зовываться перекисные радикалы RO₂, которые вновь вступают в реакции с исходным RHи т.д. Таким образом, первичными про­цессами, происходящими в живых организмах непосредственно в момент действия излучения, являются процессы образования возбужденных молекул, ионов, радикалов и перекисей, т.е. высо­коактивных в химическом отношении соединений. Эти соедине­ния будут взаимодействовать с остальными молекулами биоло­гической системы, что приведет к нарушению мембран клеток и функций всего организма.

Для биологического действия ионизирующего излучения ха­рактерен скрытый (латентный) период. Разные части клеток по-разному чувствительны к одной и той же дозе ионизирующего из­лучения. Наиболее чувствительным к действию излучения явля­ется ядро клетки. Способность к делению — наиболее уязвимая функция клетки, поэтому при облучении прежде всего поража­ются растущие ткани. Это делает ионизирующее излучение осо­бенно опасным для детского организма, включая период, когда он находится в утробе матери. Губительно действует излучение и на ткани взрослого организма, в которых происходит посто­янное или периодическое деление клеток: слизистую оболочку желудка и кишечника, кроветворную ткань и половые клетки.

Ионизирующие излучения действуют на последующие поко­ления облучаемого объекта через наследственный аппарат кле­ток. Опыты показывают, что при облучении сравнительно не­большими дозами в первую очередь угнетается синтез молекул ДНК, а это ведет к нарушениям в хромосомах, к их деформации, поломкам, а следовательно, к задержкам или полной остановке клеточного деления. При увеличении дозы через десятки минут после облучения разрываются водородные мостики длинных це­пей ДНК, а компоненты ее окисляются. Таким образом, разруша­ется закодированная в ДНК информация, определяющая наслед­ственные признаки. Изменения внутри ДНК вызывают мутации — скачкообразные изменения наследственных признаков.