Характеристика ионизирующих излучений
Ионизирующие излучения – это излучения, вызывающие при взаимодействии с веществом ионизацию и возбуждение его атомов и молекул. Важной особенностью большинства видов ионизирующих излучений является их высокая проникающая способность, а отсюда способность взаимодействовать с атомами вещества в глубине объекта, а также очень малой объёмной плотностью – фотоны рентгеновского или гамма излучения, ускоренные электроны или тяжелые заряженные частицы обладают огромной дискретной энергией, величина которой значительно превосходит энергию любой химической связи.
Рентгеновы лучи (диапазон электромагнитных волн 10 нм–0,1 нм) и гамма – кванты (диапазон волн 0,1 нм – 0,001 нм) благодаря малой длине волны и большой энергии обладают глубокой проникающей способностью, измеряемой для водных растворов и живой ткани десятками сантиметров.
Нейтроны вследствие отсутствия заряда и обладания значительной кинетической энергией легко проникают в атомы и взаимодействуют с ядром лёгких и других элементов путем упругого и неупругого соударений, радиационного захвата и ядерной реакции. Вся энергия нейтронов растрачивается на ядерные взаимодействия с атомами водорода и других легких химических элементов (в т.ч. углерод, кислород, азот, которыми богаты мягкие ткани человека), при этом возникает вторичный поток тяжелых зараженных частиц. Ядра отдачи и вторичные протоны и обусловливают ионизацию вещества нейтронами.
Ионизирующие излучения, в отличие от неионизирующих, обладают необычайно высокой биологической эффективностью, приводящей к повреждению молекул и к гибели клетки или организма.
Вероятность поглощения энергии излучения той или иной молекулой не зависит от её химического строения. Это механизм прямого действия ИИ (схема 1). В облучённой клетке возбуждёнными и ионизированными могут в равной степени оказаться белки и углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды, молекулы воды и различные низкомолекулярные органические и неорганические соединения. В живых клетках органическими и неорганическими (кроме воды) молекулами поглощается около 25% энергии, а водой – 75%.
Непрямое действие радиации на биомолекулы (схема 1) реализуется при участии продуктов радиолиза воды и органических молекул, а также активных кислородсодержащих соединений: активных форма кислорода (супероксид, гидроксильный радикал и др.), активных форм азота (в т.ч. пероксинитрит) и продукты ПОЛ (пероксилрадикалы, альдегиды и т.д.).
Роль кислорода в действии ИИ на биомолекулы проявляется:
? сродство кислорода к органическим радикалам на порядок выше, чем скорость взаимодействия радикалов с органическими веществами клетки, способствующие их восстановлению
? радикалы полиненасыщенных жирных кислот взаимодействуют с кислородом с образованием гидроперекисей и нового свободного радикала, что поддерживает цепной характер реакции перекисного окисления липидов (ПОЛ).
Схема 1
Наиболее чувствительными к ИИ клеточными элементами являются ядерные и мембранные ДНК клеток, а также мембраны органелл и самих клеток.
Закон биологического усиления ИИ – это совокупность процессов ведущих к гибели клетки:
? нарушение структуры нуклеотидов, приводящих к наработке вредных для клетки продуктов.
? нарушение структуры ферментов, приводящих к замедлению и извращению ферментативных реакций, накоплению аномальных метаболитов.
? повреждение липидов, приводящих к утрате мембранами своих функций.
Конечный итог облучения для клетки определяется:
? тяжестью начальных повреждений (зависит от дозы и линейной плотности ионизации)
? физиологическим состоянием клетки (активность ферментных систем, содержание природных радиопротекторов, фазы клеточного цикла и др.).
Первичные эффекты ИИ биологически усиливаются уже на клеточном уровне и приводят к срывам компенсаторных реакций организма облученного со стохастическими или детерминированными эффектами.
