Развитие радиобиологических эффектов во времени

11.09.2012

Рассмотрение радиобиологических, эффектов и их последствий во временном аспекте приводит к выводу о существовании трех последовательных стадий развития радиобиологических эффектов: физической, химической и биологической.
Физическая стадия. Она представляет собой первичные процессы поглощения энергии излучения и является самой быстропроисходящей. Время существования первичных продуктов ионизации или возбуждения атомов и молекул составляет 10в-12 - 10в6 с.
В пределах времени - 10в-5 с большая часть активных ионов и радикалов рекомбинируют, т. е. воссоединяются в нейтральные молекулы. Возбужденные атомы и молекулы тоже быстро теряют избыточную энергию посредством «высвечивания» (в результате флуоресценции или люминесценции). Таким образом, большое количество поглощенной энергии излучения бесследно рассеивается (диссипирует), т. е. переходит в тепловую энергию хаотического движения молекул.
Химическая стадия. Несмотря на вышесказанное, значительное количество свободных радикалов и других активных продуктов радиолиза успевает вступить в химические взаимодействия с нативными молекулами живой материи. Характер действующих при этом процессов весьма разнообразен, однако можно выделить наиболее типичные реакции и изменения:
• реакции окисления, включая образование перекисных соединений;
• реакции восстановления;
• реакции деструкции; расщепление крупных молекул, отщепление активных групп (ОН, NH2, NО3 и др.), разрывы цепей;
• реакции димеризации, полимеризации и других усложнений;
• внутримолекулярные изменения, приводящие к изменениям вторичной структуры макромолекул, например, раскрытие колец (особенно в гетероциклических соединениях), образование поперечных связей и мостиков.
Энергия возбуждения, сообщенная макромолекуле, способна мигрировать по цепочкам и гаситься в наиболее уязвимых участках молекулы (таких, например, как SH-гpyппы в белках или двойные связи в липидах).
В отдельных случаях новообразованные продукты химических превращений проявляют цитотоксическое действие. Такие необычные продукты, появляющиеся после облучения ионизирующей радиацией, называют радиотоксинами. Ими довольно часто оказываются вещества липидной природы (например, хиноны и фенолы).
Биологическая стадия. Как правило, сами биологические эффекты проявляются не сразу, а спустя некоторое время после облучения, что еще раз свидетельствует о вторичности этих явлений. Временной спектр продолжительности на всех стадиях развития радиобиологического эффекта показан в табл. 3.2.

Развитие радиобиологических эффектов во времени

Действие ионизирующей радиации на биоорганизмы является следствием поглощения физической энергии излучения и последующего индуцирования изменений на молекулярном уровне. Дальнейшие изменения могут проявиться на всех уровнях структурной организации живой материи: от молекулярного и клеточного до организменного и популяционного. Однако никакие эффекты на более высоком уровне невозможны без соответствующих изменений на предыдущих, более низких уровнях.
На осуществление метаболических, физиологических и других биологических процессов затрачивается некоторое время - это и есть время развития реакции на радиационное воздействие в клетке и в организме. Первичные биологические изменения зачастую проходят без внешних проявлений (незаметно), а первые наблюдаемые изменения появляются только через 2-3 ч после облучения.
Ближайшие по времени изменения в клетке обусловлены, как правило, биохимическими процессами, которые развиваются под действием активных продуктов радиолиза или из-за структурных нарушений в клетке. Свободно-радикальные окислительные агенты особенно активно воздействуют на липиды, например на фосфолипиды клеточных мембран. Это приводит к нарушениям целостности мембран, увеличению их проницаемости.
Следствием мембранных нарушений может стать усиление оттока ионов К+, Na+, Ca2+, Cl-, имеющих важное значение для регуляторной деятельности клетки, или высвобождение ферментов из митохондрий и других органелл. Последнее вследствие нарушения принципа естественной разобщенности фермента и его субстрата может привести к атипичной активизации некоторых метаболических процессов. Вызванные облучением биохимические и физиологические эффекты становятся более выраженными при любых проявлениях ингибирования природных антиоксидантных систем.
Следующим характерным эффектом действия радиации является задержка деления клеток и угнетение их роста. Гибель клеток от большой дозы облучения происходит не сразу, а лишь по вступлении их в митотическую фазу. Иногда радиационное блокирование происходит позже, на втором третьем митозе. При умеренных дозах клетка не погибает, так как поврежденные цитоплазматические структуры довольно быстро восполняются новыми, но может проявиться временная задержка деления клеток - примерно 1 ч задержки на каждый грей поглощенной дозы. Важное значение при остром (ограниченном по времени) действии облучения имеет гетерогенность клеточных популяций: асинхронность вступления в митоз обеспечивает им определенную устойчивость.
Физиологические радиационные нарушения после стадии первичных изменений (на биохимическом уровне) обычно проходят бессимптомную стадию мнимого благополучия (или фазу задержки). При облучении умеренными дозами данная стадия у человека может продлиться до 2-3 недель, после чего могут начать развиваться те или иные патологии, тяжесть которых обычно бывает пропорциональна полученной дозе.
Наиболее отдаленные последствия облучения - те, которые вызваны генетическими повреждениями (нарушениями в генетическом аппарате клетки). Они могут проявиться и спустя многие годы после облучения. Вероятность их обычно невелика; мерой риска возникновения отдаленных последствий облучения служит эффективная доза.