Основные стадии в действии ионизирующих излучений на биологические системы
Стадия | Процессы | Продолжительность |
Физическая | Поглощение энергии излучения; образование ионизированных и возбужденных атомов и молекул | |
Физико химическая | Перераспределение поглоценной энергии внутри молекул и между ними, образование свободных радикалов | |
Химическая | Реакции между свободными радикалами и между ними и интактными молекулами. Образование широкого спектра молекул с измененными структурой и функциональными свойствами | |
Биологическая | Последовательное развитие поражения на всех уровнях биологической организации: от субклеточного до органнзменного; развитие процессов биологического усиления и репарационных процессов |
Процессы, развивающиеся на физической, физико-химической и химической стадиях действия излучений, могут в равной мере осуществляться как в живых, так и в неживых системах.
В живых структурах возникшие повреждения служат лишь основой для развития вторичных радиобиологических процессов, последовательно осуществляющихся на всех уровнях биологической организации, начиная с субклеточного и завершая организменным. Эти процессы и представляют собой содержание биологической стадии в действии излучений.
Повреждение и гибель клеток, нарушение их пролиферации лежат в основе лучевого поражения тканей, органов и организма в целом.
Во всех делящихся клетках сразу после облучения временно прекращается митотическая активность: развивается так называемый радиационный блок митозов.
Эффект воздействия облучения на живые клетки наиболее часто оценивается по способности вызывать их гибель.
Различают две основные формы гибели клеток: репродуктивную (митотическую, постмитотическую), связанную с процессом клеточного деления, и интерфазную, не зависящую от фаз клеточного цикла и наблюдаемую как в делящихся, так и в неделящихся клетках.
Отдельно выделяют нелетальные повреждения генома.
Основной ячейкой, в которой разыгрываются процессы, приводящие к лучевому поражению организма, является клетка. В зависимости от глубины и характера первичного повреждения биомолекул, от развития процессов биологического усиления и репарационных процессов, от особенностей метаболизма возможны различные варианты исхода лучевого поражения клетки. Крайними вариантами являются, с одной стороны, гибель клетки по интерфазному или репродуктивному типу, с другой - полная репарация возникших повреждений и сохранение жизнеспособности при восстановлении всех свойственных необлученной клетке функций. Возможны и промежуточные варианты, связанные с возникновением долгоживущих повреждений в различных структурах клетки. Они могут проявиться как нарушениями функций клетки, так и передающимися по наследству генетическими нарушениями.
К основным особенностям биологического действия ионизирующего излучения относятся:
• отсутствие субъективных ощущений и объективных изменений в момент контакта с излучением;
• наличие скрытого периода действия;
• несоответствие между тяжестью острой лучевой болезни и ничтожным количеством первично пораженных клеток;
• суммирование малых доз;
• генетический эффект (действие на потомство);
• различная радиочувствительность органов (наиболее чувствительна, хотя и менее радиопоражаема, нервная система, затем органы живота, таза, грудной клетки);
• высокая эффективность поглощенной энергии;
• тяжесть облучения зависит от времени получения суммарной дозы (однократное облучение в большой дозе вызывает более выраженные последствия, чем получение этой же дозы фракционно);
• влияние на развитие лучевого поражения обменных факторов (при снижении обменных процессов, особенно окислительных, перед облучением или во время него уменьшается его биологический эффект).
Детерминированные эффекты - клинически выявляемые вредные биологические эффекты, вызванные ИИ, в отношении которых предполагается существование порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше - тяжесть эффекта зависит от дозы. Для детерминированных эффектов существует дозовый порог.