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.

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 сво­

бодного радикала, что поддерживает цепной характер реакции пе­рекисного окисления липидов (ПОЛ).

Схема 1

Прямое и непрямое действие ИИ на биомолекулы

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.

2.2.