Воздействие излучения на живые организмы

На нижеследующей диаграмме показаны источники облучения человека.

излучение.jpg

При воздействии радиации на любой живой организм главной мишенью ее воздействия является генетический материал клетки или вируса. При этом чувствительность этой мишени превышает чувствительность других биологических мишеней (белков, мембран, надмолекулярных структур в десятки раз). Причиной радиационной гибели многоклеточных организмов является гибель фракции наиболее чувствительных и незаменимых для жизнедеятельности организма клеток, которые, в свою очередь, гибнут из-за поражения их генетического материала.

Генетический материал всех клеток и большинства вирусов представлен молекулами ДНК. Огромные полимерные нити ДНК (в клетках человека суммарная длина 46 нитей ДНК достигает 2 м.) имеют строго определенную первичную структуру, которая должна поддерживаться в неизменном виде в течение многих поколений. Однако это условие при физиологических температурах по чисто термодинамическим причинам не может быть выполнено. Например, в течение часа в ДНК каждой клетки человека возникает несколько десятков тысяч повреждений, которые, как правило, несовместимы с жизнеспособностью клетки. Частота различных типов повреждений взаимодействует с прочностью химических связей, разрыв которых является причиной их возникновения.

При пролете ионизирующей частицы через объем клетки она передает часть своей кинетической энергии электронам, входящим в атомные и молекулярные образования. Это приводит к возбуждению или ионизации электронных оболочек молекул среды. Необходимо отметить, что ионизация молекул в биологических тканях мгновенно нейтрализуется за счет высокой электропроводимости среды. В результате в ионизованной молекуле выделяется энергия, равная максимальной энергии возбуждения ее валентных электронов. Возбуждение валентных электронов является причиной разрыва химических связей и повреждения нативной (исходной) структуры биологических молекул. Однако точно такие же реакции деструкции протекают спонтанно за счет случайного отклонения от нормы тепловой энергии в нормально функционирующих клетках.

Таким образом, спектр первичных повреждений, индуцированных радиацией, практически не отличим от такового, возникающего за счет естественных причин. Однако, в отличие от спонтанных повреждений, которые распределены равномерно по всем молекулам среды, радиационные повреждения распределены неравномерно вдоль трека ионизирующей частицы, что является чрезвычайно важным обстоятельством на биологической стадии развития поражения.

Для поддержания нативного состояния первичной структуры генетического материала клетки всех организмов имеют мощные специализированные системы ремонта (репарации) повреждений своего генетического материала. Эти системы за время, разделяющее два клеточных деления, способны репарировать сотни тысяч повреждений в их ДНК. При этом с небольшой вероятностью репарация может пройти с ошибкой, причиной чего может быть наследуемое изменение первичной структуры ДНК, т.е. мутация.

Таким образом, радиация не вносит в спектр естественных повреждений ДНК существенных изменений, но изменяет количество последних. В связи с этим биологические последствия радиационного воздействия можно зафиксировать только в том случае, когда количество созданных радиацией повреждений будет сравнимо с количеством естественно возникающих повреждений ДНК. Этот паритет для человека наступает при дозах порядка десятков рентген.

Действие радиации на организм человека связано с процессами ионизации атомов и молекул живой материи, в частности, молекул воды, содержащихся в органах и тканях. В результате происходит разрыв молекулярных связей и изменение структуры различных химических соединений. При этом нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме.

Перейти на страницу: 1 2

Другие статьи

Метаболизм микроэлементов в растениях
Метаболизм микроэлементов в растениях изучается весьма интен­сивно, и основные сведения по многим разделам этой проблемы можно найти в монографиях по физиологии и питанию растений. Характерн ...

Очистка атмосферы от промышленных пылевых выбросов
Актуальность. До определенного этапа развития человеческого общества, в частности, индустрии, в природе существовало экологическое равновесие, то есть деятельность человека не нарушала приро ...

Проблемы очистки атмосферного воздуха
Проблема очистки воздуха в зоне жизни человека от разнообразных загрязнений, вносимых промышленностью, от аэрозолей и бактерий является одной из наиболее актуальных проблем. Трактаты по воп ...