- •Механизмы действия ионизирующей радиации на живые организмы.
- •Действие ионизирующей радиации на клетки
- •Действие ионизирующей радиации на организм
- •Повреждающее действие лучей солнечного спектра Действие ультрафиолетового излучения
- •Повреждающее действие излучения лазеров
- •Болезнетворное действие звуков и шума
- •Болезнетворное действие низкой температуры. Гипотермия
- •Болезнетворное действие тепловой энергии. Перегревание. Тепловой удар
Болезнетворное действие факторов внешней среды. Часть 2. Болезнетворное воздействие ионизирующего излучения, УФО, лазера, звуков, шума, высокой и низкой температуре.
ПОВРЕЖДАЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ.
Общая характеристика повреждающего действия ионизирующих излучений.
Ионизирующее излучение – потоки фотонов высоких энергий (рентгеновские и γ-излучения), элементарных частиц, возникающих при делении ядер (β- и α-частицы, нейтроны, протоны), электронов и ионов, вызывающих при взаимодействии с веществом ионизацию и возбуждение его атомов и молекул.
Особенность ионизирующих излучений – высокая проникающая способность, что позволяет им взаимодействовать с атомами вещества в глубине объекта. Обладают высокой биологический активностью.
Источники действующие на организм:
• Внешние – на производстве при работе с рентгеном, на ядерных реакторах, с радиоактивными изотопами и др; для лечения курс облучения; применение ядерного оружие, выброс продуктов атомных предприятий в окружающую среду.
• Внутренние – радиоактивные вещества, поступающие в организм с пищей, водой, через кожные покровы.
* Возможно комбинированное действие внешнего и внутреннего облучения.
По своей природе все ионизирующие излучения подразделяются на:
• Электромагнитные (рентгеновские излучения и γ-лучи, сопровождающие радиоактивный распад).
• Корпускулярные (заряженные частицы: ядра гелия - α-лучи, электроны - β-лучи, протоны, π-мезоны, нейтроны, не несущие электрического заряда).
Повреждающее действие ионизирующей радиации зависит от:
• Величины плотности ионизации в тканях.
• Проникающей способности.
⇒ Чем короче путь прохождения фотонов и частиц в тканях, тем больше вызванная ими плотность ионизации и сильнее повреждающее действие.
Проникающая способность и плотность ионизации различных видов излучений с энергией 2 МэВ
Тип излучения |
Длина пробега в воздухе, м |
Плотность ионизации, ионов/мкл |
α-излучение – наиб. ионизир. способность |
0,01 |
6000 |
β-излучение |
10 |
6 |
γ-излучение – наим. ионизир. способность |
ок. 600 |
0,1 |
Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) – показатель, используемый для сравнительной количественной оценки биологического действия различных видов ионизирующего излучения.
Критерии для определения ОБЭ – показатели смертности, степень гематологических и морфологических изменений в тканях и органах, действие на половые железы и др. ⇒ ОБЭ не является постоянной величиной.
Биологические эффекты определяются:
• Видом поглощенной дозы.
• Величиной поглощенной дозы.
• Мощностью поглощенной дозы.
Величины ОБЭ для различных видов излучения
Тип излучения |
ОБЭ |
γ-лучи и рентгеновские лучи |
1 |
β-частицы и электроны |
1 |
α-частицы и протоны |
10 |
Тепловые нейтроны |
3 |
Быстрые нейтроны (до 20 МэВ) |
10 |
Многозарядные ионы и ядра отдачи |
20 |
Единица измерения дозы – грей (Гр),
Для сравнительной биологической оценки различных видов излучений – бэр.
⇒ Чем выше мощность дозы, тем больше биологическая активность.
⇒ Повреждающее действие ионизирующей радиации при кратковременном облучении более выражено, чем при длительном облучении в одной и той же дозе.
Облучение:
• Однократное
• Дробное (фракционированное)
• Длительное.
⇒ Повреждающее действие ионизирующего излучения при однократном облучении – более выраженное, чем при дробном и длительном облучении в той же суммарной дозе.
Тяжесть поражения ионизирующей радиацией зависит от:
• Площади облучаемой поверхности тела (общее и местное),
• Особенности индивидуальной реактивности,
• Возраста,
• Пола,
• Функционального состояния организма перед облучением.
Механизмы действия ионизирующей радиации на живые организмы.
Этапы в процессе радиационного повреждающего действия:
1) первичное действие ионизирующего излучения;
2) влияние радиации на клетки;
3) действие радиации на целый организм.
Первичное действие ионизирующего излучения на живую ткань – проявляется ионизацией, возбуждением атомов и молекул НК, БЖУ, молекул воды и растворенных в ней органических и неорганических соединений и образованием при этом свободных радикалов (НО•, НО2•,Н2О2, О2•–, Н3О•, Н•) и гидратированных электронов (е-гидр), время существования которых не превышает 10-5 –10-6 с.
Прямое действие ионизирующего излучения – излучение, при котором биологические молекулы повреждаются при поглощении ими энергии излучения.
Продукты радиолиза воды способны вызывать практически все виды повреждений.
Непрямое действие ионизирующего излучения – излучение, при котором биологические молекулы повреждаются при их взаимодействии с продуктами радиолиза воды.
Изменения структуры ДНК, БЖУ и т.д. возникают при их взаимодействии с продуктами радиолиза воды или растворенных в ней веществ, обладающих высокой биохимической активностью и способных вызывать реакцию окисления по любым связям.
Действие ионизирующей радиации на клетки
Ионизирующие излучения вызывают различные реакции клеток – от временной задержки размножения до их гибели.
Радиочувствительность ткани (И. Бергонье и Л. Трибондо 1906г) – пропорциональна пролиферативной активности и обратно пропорциональна степени дифференцированности составляющих ее клеток.
По радиочувствительности клеток ткани можно расположить в следующем убывающем порядке: лимфоидные органы (лимфатические узлы, селезенка, зобная железа), костный мозг, семенники, яичники, слизистая оболочка желудочнокишечного тракта, эпителий кожи и др.
Радиочувствительность клеток зависит от:
• Объема генетического материала,
• Активности энергообеспечивающих систем,
• Интенсивности метаболизма,
• Активности и соотношения ферментов, обеспечивающих репарацию клетки,
• Устойчивости биологических мембран и их репарируемости,
• Наличия в клетке предшественников радиотоксинов.
⇒ В основе радиационного поражения клеток лежат нарушения ультраструктуры органелл и связанные с этим изменения обмена веществ.
Обратимые нелетальные изменения клетки – вызываются малыми дозами ионизирующего излучения. Они появляются сразу или через несколько минут после облучения (ингибирование нуклеинового обмена, изменение проницаемости клеточных мембран, возникновение липкости хромосом, образование зерен и глыбок в ядерном веществе, задержка митозов) и с течением времени исчезают.
Летальные изменения – наступают при больших дозах облучения в клетках, приводящие к их гибели до вступления в митоз (интерфазная гибель) либо в момент митотического деления (митотическая, или репродуктивная, гибель).
Интерфазной гибели предшествует:
Изменение проницаемости ядерной, митохондриальной и цитоплазматической мембран.
Изменение мембран лизосом приводит к освобождению и активации ДНКазы, РНКазы, катепсинов, фосфатазы, ферментов гидролиза мукополисахаридов и др.
Угнетается клеточное дыхание, наблюдается деградация дезоксирибонуклеинового комплекса в ядре.
⇒ Основная причина репродуктивной гибели клеток – структурные повреждения хромосом (структурные аберрации), возникающие под влиянием облучения.