Действие ионизирующей радиации на клеточном, тканевом и организменном уровне

Изучение действия ионизирующих излучений на биологические объекты началось практически одновременно с их открытием. Актуальность и дальнейшее продолжение изучения действия радиации на организмы обусловлены расширением контактов человека и всего живого с радиационным воздействием.
Ионизирующие (или ядерные) излучения возникают при распаде ядер радиоактивных элементов. Они невидимы и обнаруживаются по различным явлениям, происходящим при их действии на вещество. Опасность для биологических объектов связана с особенностями, которые присущи только ядерным излучениям. Они обладают высокой энергией, превышающей внутримолекулярную и межмолекулярную энергию связей атомов и молекул, проникают внутрь облучаемого объекта и передают ему свою энергию, вызывая при этом ионизацию и возбуждение атомов и молекул, разрывают химические связи в молекулах, т.е. вызывают радиолиз молекул. При облучении и после облучения формируются различные повреждения, которые проявляются на разных уровнях — от атомного и молекулярного до организменного.
Ионизирующие излучения обладают высокой биологической активностью. Они могут вызывать ионизацию любых химических соединений, биосубстратов, а также радиолиз молекул с образованием активных радикалов, что приводит к возникновению многочисленных и длительных реакций в живых клетках и тканях. Результатом биологического действия радиации является нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях.
Все радиобиологические реакции начинаются одинаково, т.е. с формирования молекулярных и клеточных повреждений в результате передачи им энергии излучения, и заканчиваются физиологическими и морфологическими изменениями в облученном организме.
В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты выделяют ряд последовательных этапов, объединенных между собой причинно-следственными связями:
1.Физико-химический этап (ионизация и возбуждение атомов и молекул)
2.Химический этап (образование свободных радикалов)
3.Биомолекулярный этап (повреждения белков, нуклеиновых кислот и других биомолекул)
4.Ранние биологические эффекты (гибель клеток, гибель организма)
5.Отдаленные биологические эффекты (опухоли, ге­нетические эффекты, гибель организма и т. д.) Таким образом, начальное действие ионизирующих излучений происходит на атомном и молекулярном уровнях, затем, с течением времени, проявляется на клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях.
Единой теории, объясняющей механизм действия излучения, нет. В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты условно выделяют два основных этапа. Первый этап – первичное (непосредственное) дей­ствие излучения на биохимические процессы, функции и структуры органов и тканей. Второй этап – опосредованное действие, которое обуславливается измене­ниями, возникающими в организме под влиянием облучения. В результате многочисленных опытов, проведенных при облучении различных молекул, вирусов и бактерий, было предложено два теоретических направления, объясняющих механизм первичного действия ионизирующей радиации: 1) теория прямого действия излучений на молекулы, входящие в состав веществ и клеток; 2) теория косвенного действия.
Прохождение излучения через вещество или молекулы биологического субстрата сопровождается передачей энергии атомам вещества, что вызывает ионизацию и возбуждение атомов. Этот первый этап воздействия излучения характеризует акт прямого взаимодействия. Следовательно, под прямым действием ионизирующих излучений понимают такие изменения, которые возникают в результате поглощения энергии излучения самими молекулами, при этом поражающее действие связано с актом возбуждения и ионизации атомов и молекул. Под косвенным (непрямым) действием понимают изменение молекул клеток в результате взаимодействия их с продуктами радиолиза воды и растворенных в ней веществ, а не в результате поглощения ими энергии излучения.

28. сравнительная радиочувствительность клеток, тканей, органов, целых организмов.

Радиочувствительность и радиоустойчивость (радиорезистентность) - два определения с противоположным значением, характеризующие степень возможного поражения или, наоборот, невосприимчивости к действию ионизирующей радиации. Степень чувствительности или устойчивости к радиации сильно различается в отношении различных клеток и тканей. Важнейшие закономерности проявлений радиочувствительности клеток сформулированы французскими учеными И. Бергонье и Л.Трибондо (1908) в виде правила: «Ионизирующее излучение тем сильнее воздействует на клетки, чем интенсивнее они делятся... и чем менее законченно выражены их морфология и функции.
Согласно первому на этих двух положений, названных правилом Берговье-Трибондо. наиболее чувствительны (т. е. наименее устойчивы) к повреждающему действию радиации клетки с высокой интенсивностью деления (высокой пролиферативной активностью), например в таких органах и тканях, как костный мозг, половые железы, клетки кожи, а также в эмбрионах или раковых опухолях.
Вторая часть правила касается уровня дифференциации клеток: наиболее чувствительны к радиации слабодифференцированные клетки костного мозга, гонад, лимфатических желез, эпителия слизистой тонкого кишечника (т. е. именно эти ткани повреждаются в наибольшей степени). Лимфоциты, обеспечивающие функции иммунитета, крайне чувствительны к действию радиации из-за сохранившейся у них способности к дифференцировке.
Малой чувствительностью, т. е. высокой радиорезистентностью отличаются редко делящиеся и/или высокодифференцированные (строго специализированные) клетки нервной, мышечной, костной и некоторых других тканей

Радиочувствительность биологических клеток и тканей

радиорезитентны	Радиочувствительны
Практически неделящиеся или редко делящиеся клеточные системы (малообновляющиеся ткани)	Клеточные системы с высокой пролиферативной активностью (быстро делящиеся)
Нервная ткань (ЦНС), печень, почки, сердце, легкие, сосуды, мышцы, кости, эндокринные железы	Красный костный мозг, слизистая кишечника, половые железы, эмбриональные ткани, кожа, роговица глаз, злокачественные перерождения тканей (раковые опухоли)
Высокодифференцированные клеточные системы	Слабодифференцированные клеточные системы
Нервная, мышечная и костная ткани, зрелые половые клетки, зрелые клетки крови (кроме лимфоцитов)	Костный мозг, эпителий тонкого кишечника, лимфатические железы, селезенка

Понятия «радиочувствительность» и «радиорезистентность» применимы не только к клеткам, тканям и органам, во и к организму в целом,а также, и к сообществам организмов, популяциям и экосистемам. Общее правило сравнительной чувствительности организмов, принадлежащих к различным классам и типам, формулируется следующим образом: чувствительность и действию радиации пропорциональна уровню биологической (структурной) организации живых существ (с заметным перекрыванием диапазонов чувствительности отдельных филогенетических групп, а также с множеством исключений из данного правила). данные о сравнительной радиочувствительности организмов по величине полулетальной дозы LD50 (дозы, вызывающей гибель 50% особей):человек 3-5,кролики,мыши,крысы-6-10,птицы,рыба-7-30,насекомые-100-1000,простейшие100-1000,вирусы-1000-10000.
На популяционном уровне радиочувствительность особей одного вида существенно зависит от возраста, рода, физиологического состояния и т. д. В частности, женские особи зачастую более устойчивы к радиации, чем мужские молодые и старые индивидуумы (особи) менее устойчивы по сравнению с особями среднего возраста.
Радиационное воздействие на организм может быть более выраженным в условиях отрицательного воздействии других факторов внешней среды (например, химического загрязнения, некачественной пищи, курения). Результат совместного действия радиации и других негативных факторов может быть аддитивным (равным сумме влияний) или синергичным (большим, чем сумма влияний).

29. Физиологическое (соматическое) и генетического действия
радиации. Мутация - это любое обнаруживаемое и наследуемое изменение в
генетическом аппарате клетки, которое передается дочерними клетками или
индивидуумам. Соматические мутации могут переноситься в новые клетки,
происходящие из исходных, но не передаются потомству. Они способны
вызывать только физиологические эффекты. Накопление повреждений
генетического аппарата соматических клеток во многом сходно с эффектами
старения организма. Еще одним примером соматических эффектов является
канцерогенное действие ионизирующей радиации. Генетические мутации могут
(но не обязательно должны) проявляться у потомства. Действие радиации не
имеет направленного характера, и значительное число мутаций может не
приводить к каким-либо последствиям. Экспериментально установлено, что в
первом поколении облученных организмов проявляется около половины всех
выявляемых мутаций, остальные могут обнаружиться в течение следующих 15-20
поколений.

30. Применение радиации в с/х производстве и переработке продукции: полезные радиационные эффекты и способы их использования.

1.радиационное стимулирование, направленное на увеличение выхода с/х
продукции (повышение Урожайности, привеса с/х животных).

2. радиационное ингибирование, направленное на подавление роста и развития (предотвращение
прорастания клубней картофеля, корнеплодов, увеличение срока хранения ягод
и плодов, пастеризация и т.д.) вплоть до летального эффекта (уничтожение
возбудителей, радиационная дезинсекция, радиационная стерилизация).

3. Применение ионизирующего излучения для дезинсекции зерна - уничтожение
вредителей.

4. Метод радиационной половой стерилизации для борьбы с
насекомыми - вредителями в природе, основан на облучении самцов такими
дозами гамма-излучения, которые обеспечивают их стерильность, при этом
соматические клетки не повреждаются, а у половых повреждается разрыв
хромосом.

Дата добавления: 2015-08-05