Лекция 8. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
1.Механизм воздействия ионизирующих излучений.
2.Воздействие ионизирующего излучения на живую клетку. Радиочувствительность клеток.
3.Действие больших доз и особенности действия малых доз радиации.
1
1. Механизм воздействия ионизирующих излучений |
(ИИ) |
При воздействии ИИ на организм человека в |
тканях происходят сложные физические, |
химические и биологические процессы. |
В результате ионизации живой ткани (атомов, |
молекул и макромолекул) происходит разрыв |
молекулярных связей, образование радикалов, |
изменение химической структуры различных |
соединений, что в свою очередь приводит к |
гибели клеток. |
Процесс воздействия ИИ на биологические |
объекты можно условно разделить на пять |
стадий: |
2 |
1. Физическая стадия.
(стадия перераспределения энергии)
На этой стадии происходит поглощение энергии излучения молекулами воды и органического вещества, при этом молекулы переходят либо в возбужденное состояние, либо происходит ионизация.
Продолжительность – 10-16-10-13 с.
3
2. Физико-химическая стадия.
Ионизированные атомы и молекулы, свободные электроны участвуют в сложных цепных реак- циях, в результате чего образуются новые моле- кулы, в том числе чрезвычайно реакционные, так называемые свободные радикалы.
Продолжительность – 10-13-10-10 сек.
3. Химическая стадия.
Ионы и свободные радикалы взаимодействуют между собой и с окружающими молекулами, в результате образуются органические перекиси, вызывающие повреждения белков и нуклеино- вых кислот, тем самым изменяя их биологические свойства.
Продолжительность – 10-6-10-3 сек. |
4 |
|
4. Ранние биологические эффекты.
На этой стадии происходит повреждение клеточных структур, повреждение и гибель клеток, тканей или органов и организма в целом. Продолжительность стадии – от нескольких часов до нескольких недель.
5. Отдаленные биологические эффекты.
На этой стадии образуются опухоли, генетические нарушения, которые оказывают влияние на состояние здоровья и
продолжительность жизни. |
|
Продолжительность стадии – годы и |
|
десятилетия. |
5 |
2 и 3 стадии объединяют этапы химического и
биохимического воздействия ИИ. Рассмотрим протекающие на этих стадиях реакции.
Свободные радикалы – это атомы и молекулы с неспаренным электронам на внешней орбите, отличающиеся очень высокой реакционной способностью, их время жизни в воде составляет около 10 5 с. Они могут рекомбини-ровать, т.е.
соединятся между собой, или взаимодействовать с растворенным веществом. Свободные радикалы могут быть акцепторами или донорами электронов соответственно с окислительными
или восстановительными свойствами.
6
Под воздействием ИИ в молекулах воды идут процессы ионизации с образованием быстрых свободных электронов и положительно заряженных ионов воды Н2О :
Н2О + -квант Н2О + е .
Образованные свободные электроны очень быстро взаимодействуют с молекулами воды, в результате чего возникает сильно возбужденная молекула воды Н2О*, в свою очередь, она диссоциирует с образованием двух свободных радикалов Н° и ОН°.
Н2О + е Н2О* Н° + ОН° .
Кружочком вверху условно показано наличие
неспаренного электрона. |
7 |
Радиолиз воды – под действием излучения образуются свободные радикалы, очень реакционно-активные и неустойчивые (время жизни –10-5 с).
Они взаимодействуют между собой в разных комбинациях и образуют продукты: Н2О, Н2 и Н2О2, а также
атомарный кислород О и гидроперекисный радикал ОН 2.
Также взаимодействуют с органическими молекулами RH, с
образованием органических радикалов : |
|
||||
|
|
|
|
|
|
RH + ОН ---- |
R + H2O; |
RH + Н |
---- |
R + H2 |
8 |
|
|
|
|
|
|
Таким образом, на 2 и 3 стадиях взаимодействия в результате химических реакций происходят изменения в молекулярных структурах ядер клетки и хромосомные нарушения, разрывы молекул ДНК, что может стать причиной гибели клеток и организма в целом.
Самое важное действие ионизирующего излучение - это повреждения ДНК
9
2. Воздействие ионизирующего излучения на |
живую клетку. Радиочувствительность клеток. |
Все живое на Земле состоит из отдельных клеток. Клетка – это элементарная живая система, основа строения и жизнедеятельности растений и организмов животных. Клетки существуют как самостоятельные организмы (например бактерии), так и входят в состав многоклеточных организмов.
Клетка имеет линейные размеры в среднем 10–50 мкм, в которой содержатся миллиарды молекул. Существуют очень маленькие клетки от 0,1 до 0,25 мкм (бактерии) и большие клетки – до 15,5 см, например яйцо страуса в скорлупе.
10