Общая характеристика действия излучений на биологические объекты

Итак, как мы уже упоминали, радиация является таким фактором внешней среды, последствия от воздействий которого, на первый взгляд, совершенно неэквивалентны величине поглощенной энергии. К тому же, прямые нарушения в химических связях биомолекул в клетках и тканях, происходящие вслед за облучением (летальным!), ничтожны. При дозе ЛД₅₀ для человека в 1г ткани (10²³атомов или ~ 10²¹молекул) образуется примерно 10¹⁵ пар ионов. Предположив, что ионизация молекул всех размеров происходит равномерно, получим 10¹⁵ молекулярных ионов, т.е. 0,0001% - ничтожное число, поскольку для видимого изменения клетки, как считают, необходимо ионизировать от 1 до 10% содержащихся в ней молекул.

Вместе с тем, известно, что ни один из субстратов клетки in vitro не является столь радиочувствительным, как вся клетка в целом при облучении in vivo.

В связи с указанными обстоятельствами в настоящее время в радиобиологии выдвинуты гипотезы о возможности развития при облучении цепных автокаталитических реакций, усиливающих первичное действие, или о наличии в клетках систем положительных обратных связей, которые после их возникновения поддерживаются уже вне зависимости от существования породившей их причины.

В рамках этих представлений, развитие событий в пораженном ионизирующей радиацией организме представляется сложным процессом протекающим поэтапно:

1)Физический этап (поглощение энергии); 2)Химический этап (образование свободных радикалов. Первичное действие излучений - прямое и косвенное); 3)Биомолекулярные повреждения (биохимический этап, изменение белков, липидов и пр.); 4) Биологические изменения (проявление первых детерминированных эффектов, гибель клеток и т.д.); 5) Физиологические изменения (нарушение функций и т.д.).

Эффекты воздействия ионизирующего излучения на различных этапах могут длиться от долей секунды до столетий:

1. Поглощение энергии: R­, γ-, ń- (10^-24 – 10^-4с); Заряженные частицы β-, p-,α- (10^-16 – 10^-8с);

2. Физико-химическая стадия. Перенос поглощенной энергии с образованием ионизированных и возбужденных молекул (10^-12 – 10^-8с);

3. Химические повреждения в результате прямого и косвенного действия излучений, приводящие к образованию свободно-радикальных продуктов, ионов, ион-радикалов (10^-7 – 10^-5с, несколько часов);

4. Повреждение биомолекул. Искажение процессов обмена веществ (Микросекунды, секунды, минуты, несколько часов);

5. Ранние биологические и физиологические эффекты в результате биохимических повреждений. Гибель клеток и отдельных животных (Минуты, часы, недели);

6. Отдаленные биологические эффекты; стойкое нарушение функций; генетические эффекты, действующие на потомство; соматические изменения: рак, лейкоз, СПЖ, гибель организма (Годы, столетия).

Как на физико-химических, так и на биологических этапах действия радиации параллельно с процессами нарушения структур и их функций, могут идти и обратные процессы – восстановления исходного состояния системы – процессы репарации.

Уже известно довольно много о физическом поглощении энергии и о эффектах связанных с этим процессом. Меньше известно о химических и биохимических процессах и еще меньше – о взаимосвязи этих процессов с биологическими эффектами проявления лучевого поражения.