Механізми дії іонізуючих випромінювань на живі організми

У результаті дії іонізуючого випромінювання на організм людини в тканинах можуть виникати складні фізичні, хімічні та біологічні процеси. При цьому порушується нормальне протікання біохімічних реакцій та обмін речовин в організмі.

Процеси взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною в живих організмах приводять до специфічної біологічної дії, що завершується ушкодженням організму.

У процесі цієї ушкоджуючої дії умовно можна виділити три етапи:

• первинна дія іонізуючого випромінювання;

• вплив радіації на клітини;

• дія радіації на цілий організм.

Первинним актом цієї дії є порушення й іонізація молекул, у результаті чого виникають вільні радикали (пряма дія випромінювання) або починається хімічне перетворення (радіоліз) води, продукти якого (радикал ОН, перекис водню — H₂O₂ й ін.) вступають у хімічну реакцію з молекулами біологічної системи.

Первинні процеси іонізації не викликають великих порушень у живих тканинах. Ушкоджуюча дія випромінювання пов’язана, очевидно, із вторинними реакціями, при яких відбувається руйнування зв'язків усередині складних органічних молекул, наприклад SH-груп у білках, хромофорних груп азотистих основ у ДНК, ненасичених зв'язків у ліпідах тощо.

Вплив іонізуючого випромінювання на клітки обумовлений взаємодією вільних радикалів з молекулами білків, нуклеинових кислот і ліпідів, коли внаслідок всіх цих процесів утворяться органічні перекиси й виникають швидкоплинні реакції окислення. У результаті перекісного окислення накопичується безліч змінених молекул, у результаті чого початковий радіаційний ефект багаторазово підсилюється. Все це відбивається насамперед на структурі біологічних мембран, міняються їх сорбційні властивості й підвищується проникність ( зокрема у мембран лізосом і мітохондрій). Зміни в мембранах лізосом призводять до звільнення й активації ДНК-ази, РНК-азы, катепсинів, фосфатази, ферментів гідролізу мукополісахаридів і ряду інших ферментів.

Гідролітичні ферменти, що вивільняються, можуть шляхом простої дифузії досягти будь-якої органели клітини, в яку вони легко проникають завдяки підвищенню проникності мембран. Під дією цих ферментів відбувається подальший розпад макромолекулярних компонентів клітини, зокрема нуклеїнових кислот, білків. У свою чергу роз'єднання окисного фосфорилювання в результаті виходу ряду ферментів із мітохондрій приводить до пригноблення синтезу АТФ, і як наслідок й до порушення біосинтезу білків.

Таким чином, в основі радіаційного ураження клітини лежить порушення ультраструктур клітинних органел і пов'язані із цим зміни обміну речовин. Крім того іонізуюча радіація викликає утворення в тканинах організму цілого комплексу токсичних продуктів, що підсилюють променевий ефект — так званих радіотоксинів. Серед них найбільшу активність мають продукти окислювання ліпідів - перекису, епоксиди, альдегіди й кетони.

Утворюючись негайно після опромінення, ліпідні радіотоксини стимулюють утворення інших біологічно активних речовин - хінонів, холіну, гистаміну й викликають посилений розпад білків. Будучи уведеними неопроміненій тварині, ліпідні радіотоксини чинять вплив, що нагадує променеве ураження. Іонізуюче випромінювання впливає на ядро клітини, пригноблюючи митотичну активність.

Іонізуюче випромінювання діє на клітини тим сильніше, чим вони молодші й чим менш дифференцийовані. На підставі морфологічних ознак органи й тканини що уражаються, розподіляються в наступному спадаючому порядку:

• лімфоїдні органи (лімфатичні вузли);

• селезінка;

• щитовидна залоза;

• лімфоїдна тканина інших органів);

• кістковий мозок;

• насінники;

• яєчники;

• слизиста оболонка шлунково-кишкового тракту.

Ще менше вражаються:

• шкіра із придатками;

• хрящі;

• кістки;

• ендотелій судин.

Високою стійкістю до радіації володіють паренхіматозні органи:

• печінка;

• нирки;

• слинні залози;

• легені.

При досить високих дозах ушкоджуюча дія іонізуючого випромінювання на клітини завершується їх загибеллю. Загибель клітки в основному є результатом придушення мітотичної активності й необоротного порушення хромосомного апарату клітини, але можлива й інтерфазна загибель (поза періодом мітозу) через порушення метаболізму клітини й інтоксикації згаданими вище радіотоксинами. У результаті відбувається спустошення тканин через те, що не відновлюється за рахунок утворення нових клітин їх природна втрата .

Загибель клітин і спустошення тканин від іонізуючого випромінювання грають важливу, роль у розвитку загальних уражень організму - променевої хвороби.