Основы действия ионизирующего излучения

<

051114 2008 1 Основы действия ионизирующего излучения

Процесс взаимодействия ионизирующих излучений с веществом состоит из двух этапов: физического и химического.

При первом этапе энергия излучений передаётся атомом и молекулам клеток, тканей организмов. На следующем (химическом) этапе лучевого поражения клетки происходят первичные радиационно – химические изменения молекул.

Действие радиации может быть прямым и косвенным. При прямом действии изменения происходят при поглощении энергии непосредственно молекулами. При косвенном действии происходят изменения молекул под влиянием продуктов радиационного разложения воды или растворённых веществ. При облучении клеток прямое действие играет весьма существенную роль.

В связи с тем, что на стадии химического этапа образуются свободные радикалы, отличающиеся высокой реакционной способностью (время их жизни в воде 0,001 сек.), то данный этап протекает практически мгновенно.

При повреждении всех внутриклеточных структур в результате облучения, в клетке можно обнаружить самые разнообразные реакции – задержку деления, угнетение синтеза ДНК, повреждения мембран и т.д. Степень выраженности этих реакций зависит от того, на какой стадии жизненного цикла клетки произведено облучение.

Как правило, подобные реакции проявляются в ближайшие сроки после облучения и с течением времени исчезают. Временная задержка (угнетение) клеточного деления после облучения было замечено уже вскоре после открытия рентгеновских лучей, что и послужило одним из оснований к применению этих лучей для подавления опухолевого роста в онкологии.

Другая разновидность репродуктивной гибели потомков облученных клеток – формирование гигантских клеток, возникающих в результате слияния двух соседних, чаще «сестринских» клеток. Такие клетки также нежизнеспособны.

Основной причиной гибели клеток являются структурные повреждения ДНК, возникающие под влиянием облучения. В клетке содержится несколько десятков молекул ДНК, имеющих очень большую длину (общая длина молекул ДНК может достигать два метра). ДНК постоянно связана с белками, которые участвуют в поддержании структуры интерфазного хроматина, формирования хромосом и переносе генетической информации. При облучении происходят разрывы молекулы ДНК, потеря оснований и изменения их состава, изменения нуклеотидных последовательностей, сшивки ДНК – ДНК, ДНК – белок, нарушения связи ДНК с другими молекулами.

Нарушение целостности мембран может приводить к сдвигу ионного баланса из–за выравнивания концентрации калия и натрия, что также неблагоприятно отражается на ходе метаболических процессов.

Однако главной причиной репродуктивной формой гибели клеток при облучении являются повреждение ее генетического аппарата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Условия, влияющие на степень поражения от ионизирующего облучения

 

После детального исследования ионизирующего облучения на биологический объект, в начале 50-х годов прошлого века появились сообщения о реальной возможности ослабления летально эффекта облучения путем предварительного (перед облучением) введения в организм некоторых химических соединений. Этот процесс назвали химической защитой.

Параллельно довольно успешно велись поиски веществ, которые усиливают гибель клеток. Именно это направление дало свои плоды в борьбе с онкологическими заболеваниями.

Подробнее нужно остановиться на описании кислородного эффекта. При наличии в организме животного избытка кислорода до облучения, происходило быстрое и обильное поражение клеток. С другой стороны, введение кислорода после радиации облегчает восстановление.

Имеющийся опыт свидетельствует о том, что прикладные, полезно используемые человеком, возможности радиобиологии всегда основывались на фундаментальных, научных достижениях. Практические перспективы радиобиологии будущего зависят от успехов в решении ее общих вопросов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Радиочувствительность тканей, органов, организмов. Лучевая болезнь

 

<

Закономерности поражения определяются двумя факторами:

  1. Радиочувствительностью тканей, органов и систем, существенных для выживания организма ;
  2. Величиной поглощенной дозы облучения и ее распределением в пространстве и времени.

    Самый типичный пример радиационного поражения организма – острая лучевая болезнь, возникающая после равномерного всеобщего однократного внешнего облучения. В этом случае одновременно подвергаются радиационному воздействию все системы, органы, ткани и клетки в одинаковой дозе.

    Рассмотрим лучевое поражение организма поглощенной дозой в «критических органах». Критические органы – это жизненно важные органы или системы, первыми выходящие из строя в определенном диапазоне доз облучения, что вызывает гибель организма в определенные сроки после облучения. Между величиной поглощенной дозы в организме и средней продолжительностью жизни существует строгая зависимость.

    Клетки каждого типа имеют свою характерную для них продолжительность жизненного цикла и соответственно различаются темпом обновления. Взрослый организм находится в состоянии строгого сбалансированного клеточного самообновления, происходящего непрерывно во всех его жизненно важных системах.

    Ежеминутно в каждой из этих систем отмирают десятки и сотни тысяч «отслуживших» клеточных элементов, заменяясь новыми и так до конца жизни организма. Такое устойчивое равновесие является необходимым условием надежности поддержания жизнеспособности организма.

    Костный мозг обладает крайне высокой радиочувствительностью, в связи с чем поражение системы кроветворения всегда наблюдается в той или иной степени при общем облучении как его типичное проявление. Основное назначение костного мозга – это продукция зрелых клеток крови. Прежде всего, это самоподдерживающийся фонд стволовых клеток, способных обеспечить постоянную скорость клеточного обновления в системе. При делении стволовых клеток часть их потомства предназначается для последующего перехода в специфические клеточные линии, а оставшиеся служат новыми стволовыми клетками. Под действием излучения в любой клеточной системе обновления происходят резкие нарушения равновесия, приводящие к тяжелым функциональным расстройствам в самой системе, а в зависимости от ее значения для жизнедеятельности и к соответствующим последствиям в организме.

    Наиболее характерны радиационные изменения в системе кроветворения, так как именно с ними наиболее часто приходится встречаться на практике: при облучении в дозах до десяти грей в организме развивается типичный костномозговой синдром. Основная причина состоит в резком торможении процессов клеточного деления при продолжающемся с неизменной скоростью поступлении зрелых элементов на периферию.

    Понятие радиочувствительности применительно к той или иной ткани, органу или системе весьма относительно. Сравнение радиочувствительности различных тканей свидетельствует о том, что радиочувствительность организма млекопитающих можно связать с радиочувствительностью костного мозга, ибо его изменения, возникающие при тотальном облучении, вполне достаточно для гибели организма. Под радиочувствительностью организма обычно понимают диапазон доз, вызывающих гибель животного при явлениях костномозгового синдрома. Однако наблюдается достаточно большой разброс значений выживаемости при одинаковых дозах облучения. Это определяется индивидуальной радиочувствительностью организма и влиянием неконтролируемых внешних и внутренних условий.

    Кроме индивидуальных существуют половые (самки, как правило, менее чувствительны к облучению) и возрастные различия в радиочувствительности организма.

    4.Биологическое действие инкорпорированных радионуклидов

     

    В атомную эру человека может подвергаться не только внешнему облучению, но и воздействию инкорпорированных радиоактивных веществ. Этот вид воздействия в профессиональных условиях приобретает преимущественное значение.

    Радиоактивные вещества могут поступать в организм тремя путями:

  3. с пищей и водой в желудочно – кишечный тракт;
  4. через легкие;
  5. через кожу.

    При вдыхании радионуклидов органы дыхания по лучевой нагрузке становятся критическими. Радиоактивные вещества в основном накапливаются в легочной ткани, а затем мигрируют в лимфатические узлы, освобождаясь из них в течение нескольких месяцев и лет.

    В случае поступления радиоактивных веществ в организм с продуктами питания и водой участки кишечника поглощают значительную часть энергии испускаемых частиц, желудочно-кишечный тракт становится критическим органом.

    Было установлено, что радионуклиды быстро и в значительных количествах проникают через кожу. Проницаемость кожи резко увеличивается при взаимодействии многих химических активных веществ, например обезжиривающих растворителей, особенно при повреждении рогового слоя эпидермиса. В производственных условиях из-за наличия трещин, царапин, ссадин реальная опасность поступления радионуклеидов в организм через кожу возрастает. Значительное влияние на интенсивность подкожного поглощения оказывают температура и влажность окружающей среды.

    Пути движения поступивших в организм радионуклидов зависит от их свойств и химической природы. Существуют 3 основных типа распределения радионуклидов в организме:

  6. скелетный – характерен для нуклидов щелочноземельной группы элементов ( кальций, стронций, барий, радий и др.), накапливающихся в минеральной части скелета;
  7. диффузный – характерен для щелочных элементов (калий, натрий, цезий, рубидий, а также водород, азот, углерод, полоний)
  8. по третьему типу – редкоземельные и трансурановые элементы.

    Однако, известны отдельные случаи высокой избирательности распределения. Так, изотопы иода накапливаются исключительно в щитовидной железе. В процессе транспорта радионуклиды задерживаются в тех тканях, в составе которых имеются стабильные элементы, аналогичные им по химическим свойствам.

    Плазма крови очищается от переходящих в скелет стронция и кальция за 4 – 10 часа. Иод обнаруживается через несколько минут после внутривенного введения, а полный переход его из крови в щитовидную железу заканчивается через 10 – 15 часов.

    Следствием больших неоднородностей микрораспределения радионуклидов в ткани являются специфически формирующиеся патологические процессы, например цирроз печени, очаги склероза в легких и изменения в костной ткани, в том числе образование остеосарком.

    Существенная особенность поражения при внутреннем облучении состоит в том, что особую опасность в тканях случаях приобретают радионуклиды тяжелых элементов, испускающие не только бета, но и альфа – частицы.

    Другая особенность при внутреннем облучении организм играет активную роль в накоплении и выведении радионуклидов из определенных организмов и тканей.

     

     

     

     

     

    5.Эффекты облучения. Методы лечения лучевой болезни

     

    Эффекты ионизирующих излучений, как мы указывали ранее, проявляются при прямом и косвенном действии. Ведущую роль в лучевом поражении кроветворения играют процессы, непосредственно протекающие в молекулах и микроструктурах облучаемых клеток. К числу нарушений в некритических системах относятся различные проявления изменений со стороны ЦНС и органов чувств, эндокринной, иммунной, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем, органов выделения, системы дыхания, печени и других систем, которые не ответственны за непосредственный исход лучевого поражения организма.

    Наиболее явным проявлением радиационного повреждения иммунитета признаны иммунодефицит и повышение чувствительности к возбудителям инфекционных заболеваний. Причинами этих проявлений являются гибель, повреждение функции и миграционных свойств лимфоцитов.

    Радиационные изменения влияют также на обмен веществ на всех этапах внутриклеточных и межклеточных процессов. Развитие отрицательного азотистого баланса после облучения является следствием усиленного разрушения аминокислот, продуктов распада нуклеиновых кислот и других азотистых веществ, большое количество которых освобождается в радиочувствительных тканях, но не усваивается организмом.

    Для лечения лучевой болезни следует соблюдать меры, направленные на детоксикацию облученного организма – ранних кровопусканий с введением кровезаменителей, а также применение детоксикаторов, антигистаминных средств.

    Список литературы

     

  9. Интернет-статья. Биологическое действие ионизирующего излучения: Большая советская энциклопедия // http://slovari.yandex.ru/
  10. Иллюстрированный энциклопедический словарь. Ридерз Дайджест,1997.
  11. Курс общей физики. Т.3. – Москва., «Наука», 1979.
  12. Популярный энциклопедический словарь. Европедия. – М., ОЛМА – ПРЕСС, 2010.
  13. Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное руководство по физике. – М., «Наука», 2009.

     

     

     


     

<

Комментирование закрыто.

MAXCACHE: 0.92MB/0.00032 sec

WordPress: 22.02MB | MySQL:120 | 1,501sec