Фізико-хімічний механізм біологічної дії іонізуючого опромінення

1. Заряджені частинки (α, β) або γ-випромінення попадають в тканини організму, втрачають свою енергію і передають її електронам тих атомів, біля яких проходять.

1. Електрична взаємодія. За час порядку десяти трильйонних секунди від атома відривається електрон. Він може іонізувати інші атоми. Вільні електрони та іонізовані атоми протягом десяти мільярдних часток секунди беруть участь в складному ланцюгу реакцій, в результаті яких утворюються нові молекули і дуже реакційно здатні як “вільні радикали”.

2. Хімічні зміни. “Вільні радикали” реагують один з одним і з іншими молекулами, що приводить до хімічних модифікацій важливих в біологічному відношенні молекул, які необхідні для нормального функціонування клітин.

3. Біологічні ефекти. Через кілька секунд або хвилин поступово проходять біохімічні зміни, які є причиною масової загибелі клітин або виникнення ракових захворювань.

Існує два типи пошкоджень живого організму іонізуючим випромінюванням. Перший − фізичний (кулеподібний). В цьому випадку молекулярні зв’язки руйнуються безпосередньо в структурі, яка служить як мішень для вибитих електронів. Така пряма дія, яка відбувається досить швидко, є головною причиною пошкоджень ДНК в ядрах клітин, що призводить до генетичних порушень, які передаються майбутнім поколінням клітин.

Другий – опосередкований. При цьому остаточну шкоду біологічній структурі завдають реакційно здатні хімічні групи (радикали), які дифундують від місця утворення до мішені. Цей тип опосередкованого або хімічного впливу відбувається при розчиненні кисню в рідині клітини. Кисень захоплює вільний електрон і перетворюється в токсичний перекисний радикал О₂^-. Ця форма О₂, в свою чергу, здатна ініціювати хімічні реакції, які можуть призвести до окиснення мембрани клітини.

Довгий час була розповсюджена концепція, згідно з якою існував пороговий рівень радіоактивної дози, нижче якого радіація ніяк не впливає на живий організм. З цим пов’язана і так звана “35-берова концепція” Ільїна. Насправді навіть малі дози опромінення можуть призвести до трагічних наслідків. При цьому α-випромінювання – найбільш небезпечний тип внутрішнього опромінення людини (воно створює велику густину іонізації живого організму). β- і γ-випромінювання (легкі частинки і хвилі) створюють малу густину іонізації. При ураженні 1-го типу (прямому розриві молекулярних зв’язків) α-випромінювання в 10-30 разів токсичніше, ніж γ і β, оскільки розрив зв’язків проходить найбільш повно. При ураженні ІІ-го типу все відбувається навпаки. Через велику густину іонізації радикали О₂^- часто зіштовхуються між собою і вступають в реакцію рекомбінації, внаслідок чого радикали знову перетворюються на кисень і біологічні пошкодження від α-випромінювання значно менші.

За рахунок процесів рекомбінації навіть мікроскопічні постійні дози опромінення можуть бути шкідливішими, ніж великі, але короткочасні. Лише в 70-х роках було встановлено цей факт. Для цього було проведено такий дослід. Живі організми обробляли короткочасними пучками рентгенівського випромінювання і діяли радіоактивною сіллю NaCL із слабким випромінюванням. В результаті виявилось, що для розриву мембран живих клітин в першому випадку потрібна була доза 3500 рад (що в 3500 разів більша, ніж доза, яку ми отримуємо при рентгеноскопічному аналізі). В другому випадку ця доза складала всього 0,7 рад, що можна порівняти з річною дозою, яку отримує людина від природного радіаційного фону [73].

Існує гіпотеза, що всі хвороби, які пов’язуються із старінням організму (хвороби легенів, серця і системи кровообігу), прогресують із утворенням вільних радикалів, що призводить до чисельних пошкоджень мембран клітин. Таким чином, останні дослідження показують, що вплив фонової радіації малих доз недооцінювався в 100-1000 разів. Тому немає ніяких підстав говорити про нешкідливість малих доз радіоактивного випромінювання. Таким чином, тривалий вплив малих доз опромінення більшою мірою руйнує мембрани клітин, ніж генетичний апарат. При цьому більшість поширених хвороб (грип, рак, параліч, серцево-судинні захворювання і т. п.) можуть бути також зумовлені і малими, але тривалими дозами опромінення.