Биологическое действие излучений

Со времени открытия ионизирующего излучения (ИИ) человечество извлекло много пользы от его многочисленных и разнотипных применений. Однако практически одновременно с открытием ионизирующего излучения были обнаружены и вредные для здоровья последствия его воздействия на человека. Рассмотрим эту проблему в кратком варианте применительно к особенностям радионуклидной диагностики, т. е. к вредным факторам облучения низкими дозами. К таким факторам относятся мутации, хромосомные аберрации, поздние реакции и канцерогенез. Для более детального изучения этих вопросов рекомендуем специализированные монографии, например [14,15].

Фазы воздействия ИИ на биологические объекты

Воздействие ионизирующего излучения на биологические объекты генерирует последовательность процессов, разительно отличающихся друг от друга в масштабе времени. Это утверждение иллюстрируется на рис. 1.24, где все процессы разделены на три фазы [16].

Временной масштаб процессов, которые происходят в биологических системах при их облучении ионизирующим излучением [16]

Рис. 1.24. Временной масштаб процессов, которые происходят в биологических системах при их облучении ионизирующим излучением [16]

Физическая фаза включает взаимодействие между заряженными частицами и атомами, из которых состоит ткань. Движущемуся с большой скоростью электрону требуется ~ 10 18 секунды для пересечения молекулы ДНК и ~ 10 14 секунды, чтобы пройти через биологическую клетку. Проходя через вещество, ИИ теряют свою энергию на ионизацию и возбуждение атомов и молекул вещества. При поглощенной дозе, равной 0,01 Гр (1 рад), в объеме клетки диаметром 10 мкм образуется 106 ионизаций.

Химическая фаза включает процесс, в котором «поврежденные» атомы и молекулы реагируют с другими компонентами клетки в быстрых химических реакциях. Ионизация и возбуждение молекул воды, составляющих 70 % от объема клетки, приводит к разрыву химических связей и образованию «расколотых» молекул, известных как «свободные радикалы»:

Свободные радикалы имеют в структуре неспаренный электрон, обладающий высокой реактивностью и являются крайне нестабильными. Они вступают в реакции с другими близлежащими молекулами, тем самым передавая им химическое повреждение. Реакции, в которых участвуют свободные радикалы, завершаются за время ~ 1 мс.

Биологическая фаза включает все последующие процессы, показанные на рис. 1.24. Они начинаются с ферментных реакций, которые оказывают действие на сохранившиеся химические повреждения. Подавляющая часть повреждений, например, в ДНК, успешно репари- руются. Некоторые репарации оказываются неуспешными, что приводит со временем к гибели клетки. Однако требуется время, чтобы клетка погибла. После получения не очень большой дозы клетка может испытать несколько делений, прежде чем погибнет. Вторичный эффект после гибели клеток заключается в компенсаторной пролиферации клеток из соседних областей. Этот эффект имеет место как в нормальных тканях, так и в опухолях. Через определенное время после облучения могут возникнуть так называемые поздние реакции. При больших дозах они включают фиброз и телеангиектазию кожи, повреждение кровеносных сосудов и др. К поздним проявлениям радиационных повреждений относится и образование вторичных опухолей (радиационный карнцерогенез). Временной масштаб наблюдаемых после облучения биологических эффектов распространяется на многие годы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >