Линейный ускоритель
диаметр 10 см, ТТ—толщина
тела.
5. Биологическое действие излучений высоких энергий.
Такие сложные молекулы, как белки или нуклеиновые кислоты, в
результате облучения подвергаются различным химическим или физико-
химическим изменениям. Молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК),
представляющие главную составную часть наследственного вещества высших
организмов, имеют нитевидную форму в виде двойных спиралей. При облучении
нити ДНК резко скручиваются, образуются водородные мостики между различными
нитями ДНК, нарушается спиральное строение молекулы; особенно характерно
разрушение двойных спиралей ДНК, скручивание или внутримолекулярная
полимеризация (образование молекулярных сеток), раскрытие двойных спиралей,
разветвление и т. п. Молекулярный вес, так же как и радиус спиралей ДНК,
изменяется в зависимости от величины дозы облучения, а также в зависимости
от мощности дозы излучения.
При облучении водных растворов даже чистых химических веществ могут
наблюдаться чрезвычайно сложные процессы. В результате прямого и косвенного
действия излучений на различные группы атомов и молекул и в таком простом
случае совершенно недопустимо говорить о «механизме радиохимического
действия».
Функции обмена веществ в живом организме являются результатом многих
взаимосвязанных реакций. Во многих случаях вещества, участвующие в
реакциях, настолько изменяются, что можно говорить об образовании нового
вещества, которое находится в организмов состоянии подвижного равновесия. В
результате прямого и косвенного воздействия излучений не только изменяются
сами молекулы живого вещества, но в значительной степени меняется также
скорость реакций, протекающих с участием ферментов, и наряду с этим
нарушается и подвижное равновесие. Указанные явления наблюдаются в живых
клетках и тканях. Развитие реакций может при одних и тех же ферментативных
процессах происходить в двух возможных направлениях.
Первичные физические, физико-химические и химические эффекты излучений
являются основой для понимания их биологического действия.
5.1 Функциональные и морфологические изменения в клетках, возникающие
в результате воздействия излучений
Первичные физические и химические процессы, развивающиеся в
дифференцированных биологических структурах при облучении, в основном
сходны с действием излучений на неживое вещество. В настоящее время лишь в
немногих случаях удается понять сущность действия излучений во всех его
деталях. В еще большей мере это положение относится к тем последующим
процессам, которые вызывают переход первичных лучевых проявлений в видимые
биологические эффекты. Поэтому радиобиологи неизбежно вынуждены
довольствоваться во многих случаях лишь описанием качественной и
количественной стороны этих процессов.
Живые существа на воздействие излучений реагируют различно, причем
развитие лучевых реакций во многом зависит от дозы излучений. Поэтому
целесообразно различать: 1) воздействие малых доз, примерно до 10 рад; 2)
воздействие средних доз, обычно применяемых с терапевтическими целями,
которые граничат 'своим верхним пределом с воздействием высоких доз. При
воздействии излучении различают реакции, возникающие немедленно, ранние
реакции, а также поздние (отдаленные) проявления. Конечный результат
облучения часто во многом зависит от мощности дозы, различных условий
облучения и особенно от природы излучений. Это относится также к области
применения излучений в клинической практике с лечебными целями. На основе
изучения радиобиологических реакций простейших организмов можно более
глубоко понять все те сложные взаимоотношения, которые возникают в
организме человека в результате облучения. Особый интерес в этом отношении
представляют лучевые реакции, развивающиеся в одноклеточных организмах.
Однако следует иметь в виду, что при изучении одноклеточных организмов
исключаются те сложные взаимоотношения, которые обусловлены нервной
регуляцией между отдельными органами и системами.
Для количественной оценки действия разных видов излучений
практическое значение имеет понятие об относительной биологической
эффективности (ОБЭ). Одно из определений ОБЭ, которое более целесообразно
применять в этом разделе, заключается в следующем: под относительной
биологической эффективностью одного вида излучений к другому понимают
соотношение величины дозы второго вида излучений к первому, которые
необходимы для получения одинакового биологического действия.
Согласно другому определению, под ОБЭ понимают соотношение
радиационных эффектов (измеренных в определенных единицах), которые
возникают в организме в результате воздействия одинаковых доз излучений
первого и второго вида.
В результате облучения могут наблюдаться следующие основные виды
клеточных реакций: угнетение деления, разные типы хромосомных аберраций и
различные летальные эффекты.
Угнетение клеточного деления относится к функциональным
неспецифическим клеточным нарушениям, носит временный, обратимый характер и
может наблюдаться как у одноклеточных организмов, так и у клеток,
составляющих ткани высших организмов. Как правило, угнетение клеточного
деления является результатом воздействия малых доз излучения. При
воздействии больших доз клеточное деление полностью прекращается и приводит
к бесплодию.
В результате облучения очень большого количества однотипных клеток
установлено, что при воздействии разных видов излучений длительность
обратимого угнетения клеточного деления и процент клеток, у которых деление
полностью прекратилось, возрастают по мере увеличения дозы излучения. С
увеличением дозы излучений все большее число клеток теряет способность к
размножению или по крайней мере у них временно прекращается процесс
деления. Одним из показателей нарушения этой способности клеток к
размножению как у одноклеточных, так и у клеток тканей высших организмов
является возникновение гигантских форм клеток.
Функции обмена веществ у клеток всей популяции, которые полностью
стали стерильными, вначале могут быть в значительной степени сохранены.
Такие клетки во многих отношениях еще не отличаются от необлученных.
Например, облученные бактериофаги фагоцитируют бактерий, как и обычно;
следовательно, бактериофаги в таких случаях могут служить еще нормальным
хозяином. Лишь при очень высоких дозах облучения, порядка 10^5—10^6 рад, в
результате внезапно наступающих тяжелых нарушений обмена наступает быстрая
гибель как одноклеточных организмов, так и клеток высших организмов.
Некоторые радиационно-биохимические изменения появляются уже после
воздействия относительно малых доз, другие изменения наступают лишь в
результате воздействия средних или высоких доз излучений. Среди нарушений
обмена веществ, возникающих при воздействии ионизирующих излучений, на
первое место следует поставить нарушение самого радиочувствительного
субстрата—нуклеиновых кислот. Лучевые поражения в виде угнетения синтеза
нуклеиновых кислот нельзя рассматривать как непосредственную причину
угнетения клеточного деления или разрыва хромосом, которые могут привести к
их грубым морфологическим нарушениям, определяемым при митозах после
облучения. Нарушения других видов обмена, например углеводного, дают право
говорить об его очень низкой радио чувствительности. Изменения углеводного
обмена после облучения, в частности угнетение анаэробного гликолиза,
становятся заметными, как правило, лишь после воздействия в дозах порядка
5000—20000 р.; нарушение клеточного дыхания обычно наблюдается в результате
воздействия еще больших доз—от 20000 до 100000 р.
Цитостатический эффект облучения относится к функциональным лучевым
реакциям; он зависит от природы излучений, следовательно, от линейной
потери энергии (ЛПЭ). В прямой зависимости от величины ЛПЭ находится
изменение относительной биологической эффективности. Эти соотношения,
очевидно, можно связать с «эффектом насыщения», который наблюдается при
радиохимических реакциях. При прямом действии обычных рентгеновых лучей, а
в определенных случаях и при косвенном, отмечается аналогичное уменьшение
выхода некоторых радиохимических реакций по сравнению с воздействием таких
видов ионизирующих излучений, как нейтроны, или а-частицы,
характеризующиеся высокой плотностью ионизации.
В противоположность этому при воздействии излучения с очень низкой
величиной ЛПЭ (у-излучение, быстрые электроны) нередко проявляется другой
феномен: появляется зависимость относительной биологической эффективности
от величины дозы излучения. Это имеет место также при действии одной
частицы, проходящей через радиочувствительные структуры, при сравнении с
эффектом многих частиц, производящих меньшую плотность ионизации
(«аккумуляция попаданий»). Таким образом, при определенных значениях ЛПЭ
обнаруживается менее выраженная зависимость максимума цитостатического
эффекта от величины дозы излучений (Gray и др.).
При воздействии малых доз излучении наблюдается угнетение клеточного
деления. При больших дозах клетки окончательно теряют способность к
размножению. Временное угнетение митозов и полная стерильность не могут
быть обусловлены единым механизмом, несмотря на то, что оба эти явле
| |  скачать работу |
Линейный ускоритель |
