Меню

Влияние ионизирующего излучения на мышцы

Действие ионизирующего излучения на ткани, органы и системы организма животных.

Действие излучений на клетку.Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организма являются ядро и митохондрии. Повреждения этих структур происходят при малых дозах и проявляются в самые короткие сроки. Под действием излучений в клетке и тканях нарушается структурно-метаболический процесс. Это происходит в три этапа. Первый — образование активных неорганических и органических радикалов. На втором этапе – нарушаются структуры биологических мембран, что приводит к высвобождению ряда ферментов. В результате повреждения лизосомных мембран наблюдается увеличение активности ДНКазы (дезоксинулеаза), рнказы (рибонуклеаза), катепсинов, фосфотазы и ряда других ферментов. На третьем этапе происходит нарушение процессов обмена, обуславливающее морфологические изменения, приводящие к нарушению дифференцированию клеток, их деления, изменению наследственных свойств.

Наиболее уязвимыми являются клетки органов кроветворения (красный костный мозг, селезенка, лимфатические узлы), половых желез, эпителий кишечника и желудка, т.е. в основном клетки тех тканей, которые обладают высокой митотической активностью. Измененные свойства облученной клетки передаются по наследству. Если радиационные мутации развиваются в половых клетках (гаметические мутации), то результаты сказываются в последующих поколениях.

Действие излучений на обмен веществ. Нарушение обмена веществ, отмечающиеся в результате действия на организм ионизирующих излучений, в значительной степени связано с изменением активности ферментов.

При тяжелом радиационном поражении быстро развивается нарушение белково-азотистого обмена. В тканях возрастает содержание свободных аминокислот, а в крови увеличивается количество остаточного азота и повышается содержание тирозина. Возрастает содержание азотистых веществ (мочевины, аминокислот и даже белков) в моче. В плазме крови отмечается нарушение соотношений между альбуминовой и глобулиновой фракциями, изменяется содержание общего белка и небелкового азота, ослабляется образование антител, изменяются антигенные свойства белков. Указанные нарушения азотистого обмена обуславливают снижение веса, отравление организма продуктами неполного белкового распада и изменение барьерных функций.

Изменение углеводного обмена ведет к уменьшению содержания гликогена в печени, скелетных мышцах, миокарде, повышению содержания сахара в крови. Тормозится процесс образования лимонной кислоты, что задерживает распад глюкозы. Снижение гликогена объясняется голоданием животного вследствие плохого аппетита, а также замедлением всасывания глюкозы в результате поражения стенок тонкого кишечника.

Изменения в жировом обмене приводят к снижению содержания холестерина в крови и тканях, отмечается жировое перерождение паренхиматозных органов, изменяется синтез триглицеридов и фосфатидов органов и тканей.

Нарушение витаминного обмена проявляется уменьшением содержания витаминов С, В1, В2, В6 в печени, селезенке, головном мозге, тканях тонкого кишечника и крови.

После облучения отмечается общая тенденция обезвоживания организма. Уже в первые часы после облучения уменьшается поступление воды через кишечник, что в свою очередь оказывает влияние на минеральный обмен белков, жиров, углеводов, а также синтез витаминов и гормонов. Под действием излучения происходит перераспределение микроэлементов.

В период разгара лучевых поражений развивается гипохлоремия. Уменьшается содержание в тканях фосфорных соединений и железа.

Действие радиации на кожу и ее производные.Максимально переносимая кожей доза жесткого рентгеновского излучения при однократном внешнем воздействии составляет около 1000 рад (10Гр). При больших дозах возникают дерматиты, гиперкератоз в виде плоских или бородавчатых разростов, а затем язвенные поражения.

На основании клинических признаков принято различать эпиляционную, эритемную, эритемно-буллёзную, язвеннонекротическую степени тяжести поражения.

Действие радиации на соединительную ткань. После воздействия радиации изменяются клеточный состав соединительной ткани, структура эластических и коллагеновых волокон. Изменения свойств соединительно-тканных волокон сохраняются длительное время в течение 20-30 суток, при больших дозах могут наблюдаться годами.

Действие радиации на нервную систему.Ткани центральной нервной системы по морфологическим изменениям являются малочувствительными к действию радиации, но функциональные изменения в ней отмечаются уже во время облучения. При этом нарушается условно-рефлекторная деятельность, отмечаются рефлекторные сдвиги, изменяются энцефалограмма, биохимические и обменные процессы на молекулярном и клеточном уровнях. Наибольшей чувствительностью обладают ткани больших полушарий и ствола головного мозга.

Нервно-рефлекторный аппарат реагирует на различные изменения, происходящие в тканях организма под действием радиации, что ведет к возникновению ответных реакций (порой неадекватных) со стороны нервной системы.

Функциональные нарушения коры и подкорковых областей характеризуются изменениями величины безусловных и условных рефлексов вплоть до полного их угнетения, ослаблением внутреннего торможения, нарушением уравновешенности процессов возбуждения и торможения.

Реакция спинного мозга на облучение выражается нарушением рефлекторной деятельности, а также появлением судорог и параличей.

Функциональные изменения центральной нервной системы возникают раньше, чем структурные.

Действие радиации на кровь и кроветворные органы. Кроветворные органы (лимфатические узлы, селезенка, красный костный мозг, различные лимфоидные образования) очень чувствительны к действию ионизирующих излучений. Эти органы реагируют на небольшие дозы радиации (10-25 Р).

Лимфоидная ткань является более радиопоражаемой, чем красный костный мозг. В лимфатических узлах происходят деструктивные изменения за счет гибели лимфоцитов, в них сохраняется лишь опустошенная ретикулярная сетка. В селезенке разрушаются фолликулы, их клетки погибают, а обломки фагоцитируются. Лимфоидные органы, стенки пищеварительного тракта, миндалины, а также пейеровы бляшки и солитарные фолликулы кишечника некротизируются, покрывающая их слизистая изъязвляется.

Очень резким изменениям подвергается костный мозг. Особенно чувствительны молодые клеточные формы: миелобласты, миелоциты лимфоциты. Под действием больших доз облучения в костном мозге исчезают не только молодые формы, но и зрелые лимфоциты, нейтрофилы и эритроциты. В костном мозге наблюдаются кровоизлияния и замещение клеток костного мозга жировой тканью.

В результате уменьшения количества белых кровяных телец снижаются защитные силы организма в борьбе с инфекцией, из-за недостатка эритроцитов страдает снабжение тканей кислородом. Вследствие уменьшения количества тромбоцитов уменьшается процесс свертывания крови. Происходит снижение резистентности эритроцитов, приводящее к гемолизу. Все эти процессы в конечном итоге вызывают развитие анемии и снижение сопротивляемости организма.

Действие радиации на сердечно-сосудистую систему. Следствием облучения является нарушение нервно-рефлекторной гемодинамики, проявляющееся понижением артериального и венозного давления, уменьшением скорости кровотока и объема циркулирующей крови, изменением частоты и ритма сердечных сокращений. Наряду с этим снижается проницаемость и прочность капиллярных стенок и изменяется их эндотелий. Эти изменения ведут к повышению ломкости капилляров. А так как кровь одновременно изменяется морфологически (тромбоцитопения) и биохимически (снижается свертываемость), то развивается геморрагический синдром (кровоточивость) в различных органах, появляются сначала петихиальные экстравазаты, переходящие потом в сливные, т.е. геморрагии.

Наиболее чувствительной тканью сердца является эндокард.

Действие радиации на эндокринные железы. При радиационном поражении функция органов эндокринной системы нарушается в результате патологической регуляции измененной нервной системы и действия образующихся в организме различных продуктов нарушенного обмена веществ.

В первые часы после облучения обнаруживают:

— в щитовидной железе – уменьшение размеров фолликулов и содержание коллоида, гиперемию и отёк стромы;

— в гипофизе – набухание и дегрануляцию хромаминых клеток и некоторое увеличение их количества;

— в надпочечниках – перераспределения и увеличение содержания жира в клетках коры, уменьшение количества хромафинных включений в клетках мозгового слоя. Функция всех указанных желез при этом усиливается.

В период острого лучевого поражения отмечают:

— в щитовидной железе – уменьшение ее размеров, спадение фолликулов, набухание и дистрофические изменения фолликулярных клеток с последующим слущиванием их в просвет фолликулов;

— в гипофизе – дистрофические изменения в виде дегрануляции клеток и их распада, выраженные сосудистые изменения;

— в надпочечниках – дистрофические изменения, в результате которых происходит обеднение клеток коры липидами, множественные мелкоочаговые кровоизлияния, полнокровие, отёк стромы и мелкоочаговые некрозы. Функция этих желез резко угнетена.

Действие радиации на вилочковую железу. Вилочковая железа очень чувствительна к действию радиации. Спустя одни сутки после облучения в минимальной смертельной дозе масса ее снижается на 80% за счет гибели малых лимфоцитов. Этому предшествует быстрое прекращение деления лимфоидных и ретикулярных клеток.

Советуем прочитать:  Упражнения с эспандером для мышц ягодиц

Действие радиации на иммунологическую реактивность животных. В результате облучения у животных наблюдается изменение иммунологических реакций. Это изменение связано прежде всего в подавлением образования антител и подавление иммунных свойств. С развитием поражений степень «беззащитности» увеличивается, поэтому органы и ткани облученного организма обсеменяются микробами аутофлоры. Интенсивное расселение бактерий аутофлоры часто служит причиной развития эндогенной инфекции, к которой очень чувствительны облученные животные. Изменения, вызванные патогенной микрофлорой, наступают в облученном организме неодновременно и степень их выраженности зависит от объекта, условий и дозы воздействия.

Действие радиации на мышцы. Мышечную ткань относят к наиболее резистентным тканям организма. Лишь при дозах в 10 Гр отмечают нерезкую деструкцию клеток , набухание митохондрий, вакуолизацию саркоплазмы, а при дозах выше 50 Гр возможен коагуляционный некроз. При этом отмечают и функциональные расстройства, прогрессирующие снижение тонуса, работоспособности мышц, увеличение времени релаксации.

Действие радиации на органы пищеварения. По степени радиочувствительности к ионизирующим излучениям органы пищеварения распределяются следующим образом: тонкий кишечник, слюнные железы, желудок, прямая и ободочная кишка, поджелудочная железа и печень. При действии ионизирующего излучения на весь организм в больших дозах наступает желудочно-кишечный синдром.

Действие радиации на органы выделения. Почки являются довольно резистентным органом, однако при облучении дозами 3-5 кР (высокие дозы) в них развиваются явления нефрита или некротического нефроза, что приводит к урелическому состоянию.

Действие радиации на органы дыхания. Степень поражения органов дыхания зависит от дозы облучения. После малых и сублетальных доз радиации визуально не регистрируются какие-либо изменении со стороны органов дыхания, но при воздействии больших доз четко появляются нарушения внешнего дыхания: изменяются частота и глубина дыхательных движений. В легких возникают застойные явления, появляется эмфизема; эти нарушения обнаруживаются при легкой и кратковременной физической нагрузке.

Действие радиации на органы чувств. Реакции на облучение слухового, вкусового, обонятельного, вестибулярного и других анализаторов в принципе проявляют общую закономерность и в начале процесса зависят от исходного состояния чувствительности. При малых дозах они повышаются, при больших – понижаются.

Действие радиации на органы зрения. При остром лучевом поражении развиваются сосудистые расстройства в любом из отделов глазного яблока как следствие общих изменений организма. Появляются сосудистые реакции, конъюнктивиты, катаракта и другие симптомы.

Действие радиации на кости и хрящи. Радиочувствительность костной и хрящевой тканей существенно зависит от возраста животного. У молодых растущих индивидов указанные ткани очень чувствительны, а у половозрелых, с законченным ростом, — относительно радиорезистентны. Хрящевые клетки более чувствительны, чем остеокласты.

Действие радиации на органы размножения.Чувствительность организма и его органов к радиации во многом определяется периодом его развития. Она изменяется в течение всей жизни животного. Общая тенденция такова, что начиная от зародыша и кончая половозрелым состоянием, радиочувствительность организма и его органов постепенно понижается, в среднем возрасте стабилизируется и к старости вновь повышается.

Действие радиации на семенники.Половые железы очень чувствительны к радиации. Наиболее радиопоражаемым является зародышевый эпителий семенных канальцев, в ядерном аппарате которого возникают мутации. Замороженная сперма не чувствительна к действию радиации.

Действие радиации на яичники.Яйцеклетка более чувствительна к радиации, чем сперма. Общее облучение большой дозой в зависимости от ее величины и мощности временно или навсегда прекращает овуляцию.

У животных раннего возраста и в период полового созревания яичники более радиочувствительны, чем у половозрелых.

Действие радиации на зародыш, эмбриональный плод и течение беременности.Зародыш в большей степени подвержен ионизирующим воздействиям, чем материнский организм, но степень этого влияния зависит от стадий эмбриогенеза. Облучение животных в первые дни беременности приводит к гибели 70-80%. Если зародыши выживают, то в дальнейшем они могут развиваться нормально.

Особи, развивающиеся из нормальной яйцеклетки, но оплодотворенной спермием, подвергшимся облучению, тоже могут гибнуть в эмбриональным периоде. Если же они родятся и достигают стадии половой зрелости, то нередко оказываются частично или полностью стерильными, в основном из-за недоразвития половых желез.

Плоды менее чувствительны к облучению, чем зародыши, поэтому внутриутробная смерть и аборты наступают реже. Однако увеличивается процент смертности после рождения или наблюдается плохое, медленное развитие молодняка. У многих регистрируют анемию, лейкопению, кровоизлияния в различных частях тела и другие признаки. Одной из главных причин гибели облученных плодов в последний период беременности и новорожденных в первое время жизни является нарушение функций органов кроветворения.

Вопросы для самоконтроля

1. Объясните механизм действия ионизирующего излучения.

2. Характеристика действия облучения на нервную систему.

3. Характеристика действия облучения на сердечно-сосудистую систему.

4. Характеристика действия облучения на лимфоидную и костную ткани.

5. Характеристика действия облучения на органы репродукции.

6. Действие радиации на обменные процессы.

1. Гребенюк, А. Н., Основы радиобиологии и радиационной медицины: учебник/ А.Н. Гребенюк О. Ю. Стрелова, В. И. Легеза. – Спб.: Фолиант, 2012 — ISBN 5-93929-223-2

2. Лысенко, Н. П. Практикум по радиобиологии: Учеб. пособие/ Н.П. Лысенко, В.В. Пак, Л.В. Рогожина. — М.: КолосС, 2008 ISBN 978-5-9532-0434-7

3. Фокин, А. Д.Сельскохозяйственная радиобиология: учебник/ А. А. Лурье, С. П. Торшин. — СПб: Лань, 2011- ISBN: 978–5–8114–1123–8

1. Ярмоленко, С.П. Радиобиология человека и животных: учебник для биологических спец. ВУЗов / С.П. Ярмоленко. – М.: Высшая школа, 1988. – 424 с.

2. Ильин, Л.А. Радиационная гигиена: учебник / Л.А. Ильин, В.Ф. Кириллов, И.П. Коренков. – М.: Медицина,1999. – 384 с.

3. Бударков, В.А.Краткий радиобиологический словарь./В.А Бударков, А.С. Зенкин, В.А. Киршин. Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2000 г., 256 с

ОСТРАЯ ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ

Последнее изменение этой страницы: 2017-01-20; Нарушение авторского права страницы

источник

Тема 8 Биологическое действие ионизирующих излучений. Действие на нервную систему, кожу, ткани и органы чувств

1 Изучить влияние ионизирующих излучений на нервную систему.

2 Изучить влияние ионизирующих излучений на органы чувств.

3 Изучить влияние ионизирующих излучений на соединительную ткань, кожу, кости.

Влияние ионизирующих излучений на нервную систему

И.Р.Тарханов (1896), Е.С.Лондон (1903,1904), М.О.Жуковский (1903) и другие ученые установили высокую чувствительность нервной системы к радиационным воздействиям. И.Р.Тарханов, изучая влияние рентгеновского облучения на двигательную активность лягушки, установил удлинение времени рефлекса.

Е.С. Лондон в экспериментах на мышах установил, что облучение головы лучами радия приводит к функциональным (вялость, парезы, параличи) и морфологическим изменениям в коре больших полушарий. М.О.Жуковский обнаружил, что лучи радия вначале вызывают повышение, а затем снижают возбудительные процессы коры мозга.

Нервная система у молодых животных более радиочувствительна.

После общего облучения в очень высоких дозах (5000 Р и выше) или локального облучения головы у животных развивается центральный нервно-системный синдром. Иногда его называют мозговым синдромом. При этом виде лучевого поражения характерными будут признаки менингита, энцефалита, отека мозга; исход поражения, как правило, летальный – животное погибает в течение первых часов и реже 2-3 суток.

Влияние ионизирующей радиации на органы чувств

Реакции на облучение слухового, вкусового, обонятельного, вестибулярного и других анализаторов в принципе проявляют общую закономерность и в начале процесса зависят от исходного состояния чувствительности. При малых дозах они повышаются, при больших – понижаются. При малых воздействиях отмечается в основном только функциональные сдвиги, а при больших и морфологические изменения.

Влияние ионизирующих излучений на глаза. О чувствительности тканей глаз к воздействию радиации стало известно уже через год после открытия рентгеновских лучей. Позднее было прослежено, что при остром лучевом поражении может возникнуть патология, например сосудистые расстройства в любом из отделов глазного яблока как следствие общих изменений организма. При местном облучении появляются сосудистые реакции, конъюнктивиты и другие расстройства. Реакции сетчатки глаза на облучение регистрируются на электроретинограмме уже впервые 10 мин после облучения. При облучении сетчатки происходит гибель палочек. Клинически в этих случаях наблюдается потеря зрачкового рефлекса на свет, ослабление, временная или постоянная потеря зрения. При малых дозах облучения, 2-20 Р, в роговице наступают временные проходящие изменения, при дозах 250 Р и выше могут развиться необратимые морфологические нарушения, приводящие к снижению и потере чувствительности роговицы.

Советуем прочитать:  Упражнения для грудных мышц для женщин после 50 лет

Одним из тяжелых последствий облучения глаз является изменение хрусталика, которое завершается лучевой катарактой.

Пороговая доза рентгеновских и гамма-лучей при местном облучении для развития катаракты примерно равна 15-20 Р.

Влияние ионизирующих излучений на ткани

Действие ионизирующего излучения на кожу. Одним из признаков лучевого заболевания животного, вызванного внешним облучением, является поражение кожи. При облучении кожи в первую очередь изменяется ее чувствительность. При местном облучении кожная чувcтвительность зависит от исходного состояния: при повышенной возбудимости она снижается, при пониженной – повышается. Изменения реакций кожных рецепторов начинают регистрироваться с участков кожи при местном облучении в дозе 2 Р. С повышением дозы воздействия наступают морфологические изменения рецепторных образований кожи.

Более чувствительными к ионизирующему излучению являются клетки базального слоя кожи, волосяных луковиц и сосочков, потовых и сальных желез. Основным проявлением повреждающего действия радиации являются трофические нарушения, ослабляющие процессы физиологической регенерации. В результате этого прекращаются и нарушения митозы, появляются многоядерные клетки, атрофия или исчезновение волосяных фолликулов, частичная или полная атрофия сальных желез, истончение эпидермиса, а иногда гиперкератоз. Гамма-облучение в летальных дозах приводит к снижению бактерицидных свойств кожи и повышенному микробному обсеменению.

У различных видов животных реакция кожи, на облучение проявляется соответственно ее структуре. Например, у овец отмечается выпадение шерсти, иногда до полного облысения; у свиней – покраснение и кровоизлияние. Покраснение кожи у людей служило мерой облучения, которую назвали кожно-эритемной дозой. При местном облучении кожи в больших дозах возникают лучевые ожоги.

Послелучевые изменения в коже обычно протекают волнообразно, первая волна сменяется периодом затухания процессов, за которым следует вторая волна развития биохимических изменений иногда с четко выраженными признаками дерматита. В последующем кожа становится сухой, складчатой. Сроки и степень проявления того или иного признака повреждения кожи зависит от дозы облучения. При летальных дозах они возникают на 3–4- день и продолжаются до гибели животного. При длительном облучении воспаление кожи также принимает хроническое течение, что может привести к развитию рака.

Влияние излучений на соединительную ткань

Различают рыхлую и плотную соединительную ткань. Типичным представителем рыхлой соединительной ткани является подкожная клетчатка, а плотной – сухожилия и связки. Соединительная ткань, по существу является одной из первых тканей, на которой впервые установлено биологическое действие ионизирующих излучений. Уже в 1896 г. были описаны изменения в коже, возникающие под влиянием рентгеновского облучения. После воздействия радиации изменяются клеточный состав соединительной ткани, структура эластических и коллагеновых волокон. Последние становятся базофильными, разбухают, теряют фибриллярность, в последующем они перерождаются и разрушаются.

Поражения соединительной ткани кожи клинически проявляются воспалительной реакцией, а в тяжелых случаях – развитием лучевых язв с последующим разрастанием плотной соединительной ткани (образование рубцов).

В условиях облучения изменяется клеточный состав соединительной ткани. Характерным является уменьшение числа клеток, особенно фибробластических элементов и относительное увеличение плазматических клеток. Появляются двухъядерные и многоядерные клетки, гигантские и дегенеративно измененные формы фибробластов со сморщенными ядрами, вакуолинизированной цитоплазмой. У животных, имевших лучевую травму происходит ускорение старения тканей.

Воздействие ионизирующих излучений на кости, хрящи и мышцы

Радиочувствительнсть костной и хрящевой тканей существенно зависят от возраста животного. У молодых растущих индивидуумов указанные ткани очень чувствительны, а у половозрастных, с законченным ростом, – относительно радиорезистентны. Хрящевые клетки более чувствительны. При облучении среднелетальными дозами у всех видов животных обнаруживаются изменения в костной и хрящевой тканях. Обычно нарушения первоначально возникают в местах соединения хряща с губчатой костью – происходит их разъединение. У молодых животных временно прекращается рост костей. При более высоких дозах воздействия возможны некрозы и переломы костей.

Мышечная ткань – наиболее радиорезистентая ткань, морфологические изменения ее возникают при местном облучении несколькими тысячами рентген.

1 Как влияет ионизирующее излучение на ткани?

2 Как влияет ионизирующее излучение на органы чувств?

3 Как влияет ионизирующее излучение на кожу?

4 Как влияет ионизирующее излучение на соединительную ткань?

5 Как влияет ионизирующее излучение на кости, хрящи и мышцы?

источник

Действие ионизирующего излучения на клетки

На уровне клетки и субклеточных структур ИИ вызывают различные реакции – от временной задержки деления клеток до их гибели.

В основе радиационного повреждения клеток лежат нарушения ультраструктуры органелл и связанные с этим изменения обмена веществ.

Таблица 3. Биологические эффекты действия ионизирующего излучения

ВРЕМЯ ЭФФЕКТ ВОЗДЕЙСТВИЯ
10–24–10–4 с 10–16–10–8 с Поглощение энергии (рентгеновское, g-нейтронное излучения) Поглощение энергии (электроны, протоны, a-, b-частицы)
10–12–10–8 с Физико-химическая стадия. Перенос энергии в виде ионизации на первичной траектории. Ионизированные и электронно-возбужденные молекулы.
10–7–10–5 с, несколько часов Химические повреждения. Прямое действие. Косвенное действие. Свободные радикалы, образующиеся из воды. Возбуждение молекулы до теплового равновесия.
Микросекунды, секунды, минуты, несколько часов Биомолекулярные повреждения; изменения молекул белков, нуклеиновых кислот под влиянием нарушения процессов обмена.
Минуты, часы, недели Ранние биологические и физиологические эффекты. Биохимические повреждения. Гибель клеток и отдельных животных.
Годы, столетия Отдаленные биологические эффекты; стойкое нарушение функций; генетические мутации, действующие на потомство; соматические эффекты (рак, лейкоз, сокращение продолжительности жизни, гибель организма).

Повреждения цитоплазматических структур проявляются в нарушении энергетического обеспечения клеток и проницаемости клеточной мембраны, нарушении обмена веществ, целостности лизосом, что ведёт к аутолизу, и в конечном итоге к гибели клеток.

Изменения в ядре клетки под влиянием приводят к торможению синтеза ДНК. Возникают однонитевые и двунитевые разрывы, приводящие к хромосомным абберациям. Появляются генные мутации. При однонитевых разрывах и других незначительных повреждениях могут идти репаративные процессы. Повреждения ядра приводит к синтезу изменённых белков, которые впоследствии способствуют образованию злокачественных опухолей, вторичных радиотоксинов, вызывающих лучевую болезнь и преждевременное старение. Наиболее чреваты последствиями повреждения генома клетки и хромосомного аппарата, ве – дущие к нарушению механизма митоза.

Малые дозы ИИ вызывают обратимые изменения клетки. Они проявляются сразу или через несколько минут после облучения и с течением времени исчезают. К ним относятся: ингибирование нуклеинового обмена, изменения проницаемости клеточных мембран, задержка митозов, изменения хроматина ядер и др.

При больших дозах облучения в клетках наступают летальные изменения, приводящие к их гибели до вступления в митоз /интерфазная гибель/ либо в момент митотического деления /митотическая репродуктивная гибель/.

Оценка жизнеспособности облучённых клеток основана на определении их способности к неограниченному размножению путём образования колоний, возникших из одиночных клеток. Клеточная гибель является основой радиационного повреждения организма. Интерфазной гибели предшествуют изменения проницаемости ядерной, митохондриальной и цитоплазматической мембран. Изменения структуры и проницаемости мембран лизосом приводят к освобождению и активации ДНК-азы, РНК-азы, катепсинов, фосфатазы, ферментов гидролиза гликозаминогликанов и др. Угнетается клеточное дыхание, наблюдается деградация дезоксирибонуклеинового комплекса в ядре. Появляются различные дегенеративные изменения (пикноз ядра, фрагментация хроматина и др.). Эта форма клеточной гибели возникоет после облучения в десятки и сотни грей. При меньших дозах отмечается репродуктивная форма гибели. Основной причиной репродуктивной гибели клеток являются структурные повреждения ДНК (хромосомные абберации), возникшие под влиянием облучения. Погибают все делящиеся клетки, все интенсивно обновляющиеся ткани (кроветворная, иммунная, генеративная, слизистая кишечника). Считается, что радиочувствительность ядра выше, чем цитоплазмы. Это и играет решающую роль в исходе радиационного повреждения клетки. Однако имеется зависимость проявления масштаба ядерных нарушений от степени облучения цитоплазмы; в реализации летального клеточного эффекта её роль несомненна. Гибель клеток ведёт к опустошению тканей, нарушению их структуры и функции.

Советуем прочитать:  Что такое мышцы синергисты и антагонисты таблица

При косвенном действии ионизирующих излучений наиболее выражен процесс радиолиза (радиационного разрушения) воды, потому что вода составляет основу важнейших структур клетки (80-90%). Именно в воде растворены белки, нуклеиновые кислоты, ферменты, гормоны и другие жизненно важные вещества, являющиеся основными компонентами клетки, которым легко может быть передана энергия, первоначально поглощенная водой.

Процесс радиолиза воды совершается в три фазы: в физическую – длится 10 -13 …10 -16 с; в фазу первичных физико-химических превращений – 10 -6 …10 -9 с; в фазу химических реакций – 10 -5 …10 -6 с. Физическая фаза по существу – один из моментов прямого действия ионизирующего излучения на молекулярные и биологические структуры клетки.

При взаимодействии ионизирующих излучений (гамма-кванта, заряженной частицы) с электронной сферой атомов происходит воз­буждение и ионизация атомов или молекул вещества, через которые излучения проходят. При этом на один акт ионизации приходится от 10 до 100 возбужденных атомов, которые в процессе рекомбина­ции излучают избыток энергии в виде характеристического рентге­новского излучения.

В физическую фазу происходит взаимодействие иони­зирующего излучения с молекулой воды, в результате чего выбива­ется электрон с внешней орбиты атома и образуется положительно заряженный ион воды. «Вырванный» электрон присоединяется к нейтральной молеку­ле воды, образуя отрицательный ион воды. При эффекте возбуждения образуется нейтрально заряженная молекула воды с избытком энергии, привнесенной ионизирующим излучением.

Физико-химические свойства ионизированных и возбужденных молекул воды будут отличаться от молекул воды электрически ней­тральных. Продолжительность существования таких молекул очень короткая; они распадаются (диссоциируют), образуя высокореактивные свободные радикалы водорода и гидроксила (Н + и ОН — ); насту­пает вторая фаза радиолиза воды — фаза первичных физи­ко-химических реакций.

Гидроксильные радикалы (ОН’) — сильные окислители, а ради­кал водорода (Н’) — восстановитель. Образование свободных радикалов может идти и другим путем. Вырванный из молекулы воды под действием излучения электрон может присоединиться к положительно заряженному иону воды с образованием возбужденной мо­лекулы. Избыточная энергия этой молекулы расходуется на ее расщепле­ние с образованием свободных радикалов водорода и гидроксила.

Ионизированная молекула воды (Н2О + ) может реагировать с дру­гой нейтральной молекулой воды (Н2О), в результате чего образует­ся высокореактивный радикал гидроксила (ОН’).

На этом заканчивается физико-химическая фаза и развивается третья фаза действия ионизирующего излучения — фаза хими­ческих реакций.

Обладая очень высокой химической активностью за счет нали­чия неспаренного электрона, свободные радикалы взаимодейству­ют друг с другом или с растворенными в воде веществами. Реакции могут идти следующими путями:

1. рекомбинация, восстановление воды

2. образование молекул водорода

3. образование молекул воды и выделение кислорода, который является сильным окислителем

4. образование пероксида водорода.

При наличии в среде растворенного кислорода О2 возможна ре­акция образования гидропероксидов. Эта реакция указывает на роль кислорода в повреждающем эф­фекте ионизирующего излучения.

Гидропероксиды могут взаимодействовать между собой, образуя пероксиды водорода и высшие пероксиды, которые обладают высокой токсичностью, но они очень быстро разлагаются в организме ферментом каталазой на воду и кислород.

Появление свободных радикалов и их взаимодействие составляют этап первичных химических реакций воды и растворенных в ней веществ, а в случаях облучения животных и растений — и биологи­ческих молекул.

Взаимодействие свободных радикалов с органическими и неор­ганическими веществами идет по типу окислительно-восстанови­тельных реакций и составляет эффект непрямого (косвенного) дей­ствия. Величина прямого и непрямого действия в первичных радио­биологических эффектах различных систем неодинаковая. В абсо­лютно чистых сухих веществах будет преобладать прямое, а в слаборастворенных — косвенное действие радиации. У животных, по дан­ным А. М. Кузина, примерно 45 % поглощенной энергии излучения действует непосредственно на молекулярные структуры — прямое действие, а остальные 55 % энергии вызывают непрямое действие.

О различии прямого и косвенного действия радиации на биоло­гические объекты и величине их влияния на развитие лучевого по­ражения, по мнению авторов теории, можно судить по двум фено­менам — эффекту разведения и кислородному эффекту.

Эффект разведения — состояние, при котором абсолютное число поврежденных молекул веществ в слабом растворе не зависит от его концентрации и остается для данной экспозиционной дозы посто­янным, так как в этих конкретных условиях в растворе образуется постоянное количество активированных радикалов. Эффект разве­дения достаточно четко проявляется в опытах с растворами и суспензиями микромолекул, вирусов, фагов и т. д. Он свидетельству­ет о величине косвенного действия радиации при лучевом повреж­дении этих микроскопических структур. Однако эффект разведения не проявляется при облучении суспензий перевиваемых клеток и тканей животных, так как в данном случае большая часть активных радикалов воды поглощается «поверхностными» метаболитами и не доходит до активных макромолекул клетки. Он также не регистри­руется при облучении многоклеточных организмов.

Кислородный эффект. В развитии первичных реакций при облу­чении биообъектов большое значение имеет концентрация кисло­рода в среде. С повышением его концентрации в окружающей среде и объекте облучения усиливается эффект лучевого поражения, и, наоборот, при понижении концентрации кислорода наблюдается уменьшение степени лучевого поражения. Это явление было назва­но кислородным эффектом. Выраженность кислородного эффекта у разных видов излучений неодинаковая. Кислородный эффект проявляется во всех радиобиологи -ческих реакциях ослаблением или усилением биохимических изме­нений, мутаций у всех биологических объектов (растений и живот­ных) и на всех уровнях их организации — молекулярном, субклеточ­ном, клеточном, тканевом.

Кислородный эффект нередко применяется при лечении боль­ных со злокачественными новообразованиями. Для усиления луче­вого поражения клеток опухоли создают условия повышенного со­держания кислорода в ней и одновременно для уменьшения радиа­ционного повреждения здоровых клеток обеспечивают гипоксическое состояние окружающих тканей.

У млекопитающих максимальная радиочувствительность тканей отмечается при нормальном парциальном давлении кислорода (30. 45 гПа). Снижая насыщенность тканей кислородом, можно повысить радиорезистентность животного. Повышение содержания кислорода в окружающей среде и в объекте облучения после лучевого воздействия положительно влияет на процессы пострадиационного восстановления.

В присутствии кислорода происходит значительное усиление косвенного действия продуктов радиолиза воды и низкомолекуляр­ных органических соединений. Свободные радикалы, взаимодей­ствуя с кислородом, образуют гидропероксиды, пероксиды и выс­шие пероксиды, которые оказывают токсическое действие на орга­низм. Стабилизация радикалов ОН’ в присутствии кислорода уве­личивает вероятность образования активных свободных радикалов органических веществ, которые присутствуют в облучаемой среде. Образовавшиеся свободные радикалы орга­нических веществ в присутствии кислорода будут реагировать с ним, образуя пероксидный радикал (КОО’), который, в свою очередь, реа­гируя с любым органическим веществом или молекулами воды, ини­циирует цепную реакцию образования активных свободных ради­калов и гидропероксидов, оказывающих токсическое действие на клетку. Наличие кислорода в облучаемой среде усиливает также прямое действие радиации. При попадании гамма-кванта в молекулу орга­нического вещества, так же как и в случае с водой, образуются ак­тивные радикалы в результате ионизации и возбуждения молекул. Эти радикалы, взаимодействуя с кислородом, образуют гидропе­роксиды и пероксиды, которые приводят к глубокому изменению молекул. Кроме того, липиды биомембран под действием ионизирующего излучения в присутствии кислорода образуют пероксиды и продук­ты их распада (малоновый альдегид и др.). Таким образом, в кисло­родной среде образуется больше токсических веществ; их концент­рация выше, чем объясняет кислородный эффект.

Существует целый ряд гипотез, отражающих преимущественно непрямое действие ионизирующих излучений, т. е. качественную сторону возникновения и развития послелучевых процессов в орга­низме.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник