Косвенный механизм действия радиации

 – это взаимодействие биологически активных молекул с промежуточными продуктами, которые возникают под действием и.и.

мишень

a,b,g . При косвенном действии биологические молекулы не поглощают непосредственно энергию излучения, а получают ее от другой молекулы.

Поскольку клетка содержит 60-90% воды, то основной вклад в косвенное излучение вносит радиолиз воды. Под действием и.и. молекула воды превращается в ион с образованием высокоэнергетического электрона:

Н₂О Н₂О⁺ +е^-, а также переходят в возбужденное состояние из которого диссоциируют с образованием свободных радикалов:

Н₂О Н₂О⁺ или Н₂О⁺  ; Н₂О^- .

Свободный электрон может передавать свою энергию молекулам воды, существовать в виде гидратированного электрона е_aq^-, а также присоединяться к нейтральным молекулам: Н₂О+е_aq^-  Н₂О^-.

Возникающие ионы и свободные радикалы взаимодействуют как с друг другом (образуя молекулярные продукты) так и с биологическими молекулами и с молекулами растворенного кислорода (образуются Н₂О₂, НО₂^*).

При избыточном количестве радикалов  кислород усиливает радиационные повреждения, вследствие увеличения выхода радикалов.

Более того, присутствие кислорода может служить причиной запуска реакции (кислородный эффект): .

В результате таких реакций в биологических объектах накапливаются органические кислоты ROOH. В повседневной жизни это проявляется, например, в изменении поверхностного слоя сливочного масла. Накопление продуктов окисления ROOH приводит к наступлению следующей стадии окисления - появлению органических молекул с формальдегидными группами, которые являются ядами (например, прогорклость растительного и сливочного масел).

6.1.3.Биохимический этап(длится 10^-6с – несколько часов). Действие и.и. на клетку

Основныепроцессы лучевого поражения органа начинаются на уровне клетки. Любой многоклеточный организм берет свое начало с одной единственной клетки путем многократных клеточных делений. Клетка универсальна в том смысле, что она имея схожее строение присуща всему живому и уникальна. т.к. в зависимости от организации, специализации и выполняемых функций может принадлежать к одному из множества клеточных типов, образующих органы и ткани.

Любая клетка окружена мембраной, которая защищает ее от внешних воздействий, позволяющих сохранять стабильность внутриклеточной среды и обеспечивает процессы жизнедеятельности и функционирования клетки.

Основными компонентами мембраны биологической клетки являются липиды и белки.

Типичный липид

–состоит из молекулы глицерина, три гидрооксильные группы которого соединены с жирными кислотами (длинные цепи атомов «С» с гидроксильными группами на конце).

Основным механизмом действия радиации на липиды является перекисное окисление липидов. Химическая реакция заключается в том, что молекула липида под действием радиации переходит в свободно-радикальное состояние:

Этот процесс в присутствии кислорода становится цепным и уже не зависит от внешнего воздействия радиации, т.к. мембрана имеет слоистую замкнутую структуру, то этот процесс достаточно быстро распространяется по всей мембране – что в конце концов приводит к ее разрушению. При этом также нарабатывается большое число биологически активных молекул и радиотоксинов-свободных радикалов  и , а также кислот RCOOH – которые оказывают воздействие на другие компоненты клетки.

В повседневной жизни с реакцией перекисного окисления липидов встерчаются при изменении окраски поверхностных слоев сливочного и прогорклости растительного масел, которые подвергались воздействию прямых солнечных лучей.

Белки

– азотистые соединения, в естественном состоянии обычно растворимы в воде. Особенности того или иного белка определяются последовательностью и природой аминокислот и сложной конфигурацией структуры. Несмотря на то, что белки в клетках выполняют целый ряд функций (строительная, информационная, ферментная и др.). они относятся к объектам со слабой чувствительностью к воздействию радиации. Белки постоянно производятся в клетке и их фукнция восстанавливается.

Действие на клетку

При общем рассмотрении клетка состоит из ядра (центральной части) и цитоплазмы. В ядре хранится наследственная информация, в цитоплазме расположены органеллы, которые выполняют различные функции (в лисозомах содержатся переваривающие ферменты, вэндоплазматической сети сосредоточено производство белков, а митохондрии – энергетические станции клетки и др.).

В ядре находятся важнейшие структуры клетки – нити хроматина, которые в период клеточного деления образуют специфические структуры, называемыми хромосомами, которые содержат молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которых зафиксирована наследсвенная информация.

Молекула ДНК – представляет собой длинную неразветвленную цепь, образованную чередующимися фосфатными группами, азотистыми основаниями и молекулами дезоксирибозы.

И.и. может вызвать 4 основных типа повреждений:

1)одиночные разрывы

2)двойные разрывы

3)повреждение азотистых оснований

4) межмолекулярная сшивка

а также: разрушение дезоксирибозы, высвобождение или отрыв азотистых оснований.

Пример: При дозе в 1Гр. в каждой клетке человека повреждается 5000 оснований молекул ДНК, возникает 1000 одиночных и 10-100 двойных разрывов. В случае нарушения структуры ДНК включаются мощные механизмы репарации (восстановления).

Основная – эксцизионная репарация– заключается в эксцизии (вырезании) части цепи, содержащей поврежденные нуклеотиды и синтезе нового участка.

При нормальной температуре, половина радиационных одиночных разрывов восстанавливается за 15мин.

Однако!Число одиночных разрывов зависит от дозы>DÞ>разрывовÞ<репарация.

Эффективность образования зависит от многих факторов – наиболее опасно внутреннее облучение т.к. при этом происходит полное поглощение и.и.

Пример: В организм попал Sr-90, тогда при испускании одной b-частицы может возникнуть порядка 30.000-50.000 одиночных разрывов.

При облучении в клетке возникают также повреждения, которые могут привести к ее гибели и быть основной причиной ряда отдаленных последствий лучевого поражения, в том числе образования раковых опухолей:

1)Облучение D>10Гр (1000рад) – вызывает мгновенное прекращение обменных процессов (метаболизм) и даже разрушение клетки – метаболическая гибель.

2)Облучение 5<D<10Гр (5000 -10000рад) – клетка остается живой, однако в ее органеллах наблюдаются существенные изменения: нарушается проницательность мембран, угнетается дыхание – клеточная гибель наступает через несколько часов (тоже метаболическая гибель).

3) D< 5Гр – клетка теряет способность к неограниченному делению, даже при сохранении ее функций – репродуктивная гибель.

Мене выраженные повреждения проявляются в форме мутаций.

6.1.3.4. Мутации - определяют наследуемые изменения в молекулах ДНК. По­явление мутаций означает, что клетка содержит генетический материал, отличный от генетического материала аналогичных клеток. Мутации могут усиливать, уменьшать или качественно менять признак, определяемый геном. Ген- единица наследственной информации (последовательность нуклеоти-дов), отвечает за формирование какого-либо элементарного признака, напри­мер, синтез определенного белка.

Мутации происходят как в соматических, так и в половых клетках. Му­тация, возникшая в соматических клетках, может изменить наследственные признаки клетки и тех тканей и систем, которые образуются ее потомками. Считают, что некоторые виды рака, характеризующегося быстрым клеточ­ным делением, вызываются мутациями в соматических клетках. Если мута­ции происходят в половых клетках, то измененные наследственные признаки могут быть переданы последующим поколениям.

Мутации, возникающие в пределах нескольких пар оснований, назы­ваются генными(точечными). Этот тип мутации связан с преобразованиями химической структуры ДНК. Изменение последовательности нуклеотидов, выпадение одних и включение других нуклеотидов в ДНК приводит к тому, что в клетке начинает синтезироваться новый белок, что вызывает появление у потомков новых свойств, которые могут проявляться в виде склонности к онкологическим заболеваниям.

Мутации, затрагивающие структуру хромосом, называют хромосом­ными аберрациями.К этому типу относятся разрывы и различные типы пе­рестроек хромосом. При этом образуются фрагменты, которые, имея "лип­кие" концы, могут воссоединяться, восстанавливая первоначальную структу­ру. Однако воссоединения могут быть неправильными, что приводит к обра­зованию перестроек. Стоит отметить, что выживаемость клеток обратно про­порциональна числу хромосомных нарушений.

С увеличением дозы облучения увеличивается не столько степень по­ражения облученных клеток, сколько доля пораженных клеток. Даже при очень малых поглощенных дозах возможна гибель отдельных клеток, а при заведомо смертельных дозах отдельные клетки могут выжить.

6.1.4. Шкала биологических эффектов                         Таблица 6.1

Действие доз радиации

Действие радиации на органы, ткани и целостный организм не сводится к суммарному эффекту повреждения клеток биологического объекта, особенно в области доз ниже однократно летальных. Организм обладает новыми воз­можностями противодействия последствиям радиационного облучения, неже­ли отдельные органы и ткани. На тканевом уровне радиобиологические эффек­ты можно разделить на стохастические и нестохастические (рис. 6.2).