Биофизические основы действия ионизирующего излучения

На организм

Сложная биологическая реакция организма на действие различных видов излучения ( частиц и квантов, жесткого рентгеновского излучения, а также протонов и нейтронов) имеет много общего и называется лучевой болезнью.

Начальной стадией в развитии лучевой болезни является первичное действие всех видов излучения на ткани организма – ионизация атомов и молекул, из которых ткани состоят.

Обладая высокой энергией, и рентгеновское излучения выбивают электроны не только с внешних оболочек атома, но и с внутренних, глубинных оболочек. Это вызывает характеристическое излучение, которое поглощается внутри вещества. Выбитые электроны, электроны отдачи, также обладают высокой энергией и также ионизируют атомы и молекулы или возбуждают их. При торможении частиц и вторичных электронов может возникать и тормозное рентгеновское излучение, которое также может поглощаться в самом веществе.

Отдельные частицы могут взаимодействовать с ядрами атомов тканей организма. Если энергия частиц высока, то ядра атомов могут возбуждаться, могут наблюдаться ядерный фотоэффект (выбрасывание из ядра протонов и нейтронов) и ядерные реакции.

Как мы уже отметили, ионизирующее действие частиц наблюдается не на поверхности ткани, а в глубине, где их ионизационный эффект возрастает по мере их торможения.

Действие квантов высокой энергии на ткани организма связано в основном с фотоэффектом и эффектом Комптона.

Протоны и нейтроны могут образовываться при ядерных реакциях.

Действие протонов практически такое же, как у частиц, т.к. их скорости и энергии примерно такие же, как и у частиц.

Энергия нейтронов меньше энергии протонов и частиц, но у них нет заряда. Поэтому проникающая способность их велика, а ионизирующий эффект от действия нейтронов связан в основном со вторичными процессами: упругое рассеяние, захват нейтрона ядром (радиационный захват). При упругом рассеянии нейтрон отдает часть своей кинетической энергии ядру, которое, увеличив свою энергию, может вызвать ионизацию атомов тканей организма. Ткани организма особенно подвержены опасности от действия нейтронов, т.к. они содержат много легких атомов водорода, которые легко ионизируются.

Если нейтрон захватывается ядром, то происходит ядерная реакция, преимущественно превращение ядра в его радиоактивный изотоп с последующим распадом и излучением фотона. При этом в тканях организма в результате реакции часто образуются радиоактивные изотопы

дейтерий ;

фосфор ;

натрий

углерод

Действие ионизирующих излучений может вызвать также нарушение структуры молекул вещества. При этом возможны взаимодействия молекул воды с органическими соединениями, в частности реакция радиолиза. При радиолизе воды молекула воды сначала ионизируется

Электрон захватывается другой молекулой воды

.

Ионизованные молекулы распадаются

Ионы и имеют ненасыщенные валентности, поэтому химически очень активны и вступают в реакции, продукты которых опасны для организма. Напримеp,

.

Возникающие в результате радиолиза воды жимически активные радикалы и взаимодействуют с остальными молекулами биосистемы, что приводит к разрушению мембран, клеток и функций всего организма.

Ионизирующее излучение действует на сам биологический объект, а также на последующие поколения через наследственный аппарат клеток.

Для биологического действия ионизирующего излучения характерен скрытый (латентный) период. Разные части клеток по разному реагируют на одни и те же дозы излучения. Наиболее чувствительны к радиоактивному излучению ядра клеток. Особенно уязвимы растущие клетки, т.е. детские организмы, включая и период утробного развития в чреве матери. Более всего подвержены влиянию радиоактивного излучения клетки, которые периодически делятся: слизистые оболочки желудка и кишечника, кроветворная, ткань, половые клетки и т.д.