Общая характеристика повреждающего действия ионизирующих излучений
Действующие на организм источники ионизирующего излучения могут быть как внешними, так и внутренними. Человек под-
вергается действию ионизирующего излучения в производственных условиях, работая с рентгеновской аппаратурой, на ядерных реакторах и ускорителях заряженных частиц (бетатроны, циклотроны, синхрофазотроны, линейные ускорители), с радиоактивными изотопами, при добыче и переработке радиоактивных руд. В клинической практике больные принимают курс облучения с лечебными целями. Наконец, облучение может быть следствием применения ядерного оружия и аварийных выбросов технологических продуктов атомных предприятий в окружающую среду.
Источником внутреннего облучения могут быть радиоактивные вещества, поступающие в организм с пищей, водой, через кожные покровы. Возможно комбинированное действие внешнего и внутреннего облучения.
Ионизирующие излучения, обладая способностью вызывать ионизацию атомов и молекул, характеризуются высокой биологической активностью. По своей природе все ионизирующие излучения подразделяются на электромагнитные(рентгеновские излучения и γ-лучи, сопровождающие радиоактивный распад) и корпускулярные(заряженные частицы: ядра гелия - α-лучи, электроны - β-лучи, протоны, π-мезоны, а также нейтроны, не несущие электрического заряда).
Повреждающее действие различных видов ионизирующей радиации зависит от величины плотности ионизации в тканях и их проникающей способности. Чем короче путь прохождения фотонов и частиц в тканях, тем больше вызванная ими плотность ионизации и сильнее повреждающее действие (табл. 2-4).
Таблица 2-4.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 | 0,01 | |
| β-излучение | ||
| γ-излучение | около 600 | 0,1 |
Наибольшая ионизирующая способность у α-лучей, имеющих длину пробега в биологических тканях несколько десятков микрометров, наименьшая - у γ-лучей, обладающих большой проникающей способностью.
Биологические эффекты разных видов ионизирующей радиации определяются не только общим количеством поглощенной энергии, но и распределением ее в тканях. Для сравнительной количественной оценки биологического действия различных видов излучения определяют их относительную биологическую эффективность(ОБЭ). Наибольшей биологической эффективностью характеризуются α-излучения, протоны и быстрые нейтроны, ОБЭ для которых равняется 10. В качестве критерия для определения ОБЭ используются показатели смертности, степень гематологических и морфологических изменений в тканях и органах, действие на половые железы и др. В связи с этим ОБЭ не является постоянной величиной (табл. 2-5).
Таблица 2-5.Величины относительной биологической эффективности для различных видов излучения
| Тип излучения | ОБЭ |
| γ-Лучи и рентгеновские лучи | |
| β-Частицы и электроны | |
| α-Частицы и протоны | |
| Тепловые нейтроны | |
| Быстрые нейтроны (до 20 МэВ) | |
| Многозарядные ионы и ядра отдачи |
Биологические эффекты определяются не только видом и величиной поглощенной дозы излучения, но также ее мощностью. Единицей измерения дозы является грей (Гр), а для сравнительной биологической оценки различных видов излучений используется специальная единица - 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 может быть однократным, дробным и длительным.При дробном (фракционированном) и длительном облучении поражение организма вызывается более высокими суммарными дозами. Тяжесть поражения ионизирующей радиацией зависит также от площади облучаемой поверхности тела (общее и местное), особенности индивидуальной реактивности, возраста, пола и функционального состояния организма перед облучением. Считается, что физическая нагрузка, изменение температуры тела и другие воздействия, отражающиеся на метаболизме, оказывают заметное
влияние на радиоустойчивость. Молодые и беременные животные более чувствительны к действию ионизирующей радиации (табл. 2-6).
Таблица 2-6.Смертельные дозы облучения (Гр) для различных видов животных
| Виды животных | Минимальная смертельная доза | Доза 50% выживаемости | Минимальная абсолютно смертельная доза |
| Улитки | - | - | |
| Амебы | - | - | |
| Дрозофилы | - | - | |
| Кролики | 8,5-11 | ||
| Хомяки | 2,5-3,0 | 7,0-8,8 | - |
| Крысы | - | 4,5-6,0 | 6,5-8,0 |
| Обезьяны | 5,0-6,0 | 6-7 | |
| Мыши | 2,75 | 3,5-4,0 | 5,5-8,0 |
| Собаки | - | 3,5-4,0 | |
| Морские свинки | - | 2,0-4,0 | |
| Кошки | - | - | 5,5 |
| Козы | - | 3,5 | - |
| Свиньи | - | 4,0-5,0 | - |
Даже в одном организме различные клетки и ткани отличаются по радиочувствительности. Наряду с радиочувствительными тканями (кроветворные клетки костного мозга, половые железы, эпителий слизистой тонкого кишечника) имеются устойчивые, радиорезистентные (мышечная, нервная и костная).
2.8.2. Механизмы действия ионизирующей радиации на живые организмы. Общие вопросы патогенеза
Биологическое действие ионизирующей радиации выражается в развитии местных лучевых реакций (ожоги и катаракты) и особого генерализованного процесса - лучевой болезни. В процессе радиационного повреждающего действия условно можно выделить три этапа: а) первичное действие ионизирующего излучения; б) влияние радиации на клетки; в) действие радиации на целый организм.
Первичное действие ионизирующего излученияна живую ткань проявляется ионизацией, возбуждением атомов и молекул и образованием при этом свободных радикалов НО', НО2' и перекиси водорода (Н2О2), время существования которых не превышает 10-5-10-6 с (прямое действие радиации).Ионизация и возбуждение атомов и молекул облученной ткани обусловливают пусковой механизм биологического действия излучений.
Свободные радикалы вызывают цепные химические реакции, вступают во взаимодействие с наиболее реактивными белковыми структурами ферментных систем (SH-группами) и переводят их в неактивные дисульфидные группы (S=S).
Непрямое (косвенное) действие радиациисвязано с радиационнохимическими изменениями структуры ДНК, ферментов, белков и т.д., вызываемыми продуктами радиолиза воды или растворенных в ней веществ, обладающими высокой биохимической активностью и способными вызывать реакцию окисления по любым связям.
При окислении ненасыщенных жирных кислот и фенолов образуются липидные (перекиси, эпоксиды, альдегиды, кетоны) и хиноновые первичные радиотоксины, угнетающие синтез нуклеиновых кислот, подавляющие активность различных ферментов, повышающие проницаемость биологических мембран и изменяющие диффузионные процессы в клетке. В результате этого возникают нарушения процессов обмена, функциональные и структурные повреждения клеток, органов и систем организма.