Механизмы первичного и вторичного действия ионизирующей радиации на живую материю

В процессах взаимодействия ио­низирующих излучений с веществом энергия излучений передается атомам и молекулам окру­жающей среды, в том числе клеток, тканей организмов. На следующем за этим физическим этапом химическим этапом лучевого поражения клетки происходят первичные радиационно-химические изменения молекул. Различают два механизма, обозначаемые как прямое и косвенное действие радиации.

Под прямым действием понимают такие изменения, которые возни­кают в результате поглощения энер­гии излучения самими исследуемы­ми молекулами («мишенями»). Под косвенным действием понимают изменения молекул в растворе, вызванные продуктами радиационного разложения (радиолиза) воды или растворенных веществ, а не энергией излучения, поглощенной самими исследуемыми молекулами.

При косвенном действии наиболее существен процесс радиолиза воды, составляющей основную массу (до 90 %) вещества в клетках. При радиолизе воды молекула ионизируется заряженной частицей, те­ряя при этом электрон: → H₂O→H₂O⁺ + е ^-

Ионизированная молекула воды реагирует с другой нейтральной молекулой воды, в результате чего образуется высоко реактивный радикал гидроксила ОН' (H₂O⁺ + H₂O→H₂O⁺ + ОН')

«Вырванный» электрон очень быстро взаимодействует с окружающими молекулами воды; возникает сильно возбужденная молекула H₂О*, которая, в свою очередь, диссоциирует с образованием двух радикалов: Н’ и ОН' (H₂O⁺ + е ^- → H₂О*→ Н’ + ОН')

Эти свободные радикалы содержат неспаренные электроны и потому отличаются чрезвычайно высокой реакционной способностью. Время их жизни в воде не более 10^-5 с. За этот период они либо ре комбинируют друг с другом, либо реагируют с растворенным субстратом. Сле­довательно, и второй этап радиационного поражения — первичные хи­мические изменения — протекает практически мгновенно. В присутствии кислорода образуются и другие продукты радиолиза, обладающие окислительными свойствами: гидропероксидный радикал пероксид водорода H₂O₂ и атомарный кислород:

Кроме этих окислительных продуктов в процессе радиолиза воды возникает стабилизированная форма электрона — гидратированные электроны (e^-·aq). Они также обладают высокой реакционной способ­ностью, но уже в качестве восстановителя, а потому реагируют с про­дуктами радиолиза и другими легко восстанавливающимися вещества­ми, в частности с дисульфидными группами. Другим восстановителем, образующимся в процессе радиолиза воды, является атомарный водо­род.

В клетке организма в аналогичной ситуации процесс протекает зна­чительно сложнее, так как поглощающим ве­ществом здесь служат крупные органические молекулы, повреждае­мые прямым действием радиации либо продуктами радиолиза воды. Возникающие при этом органические радикалы также обладают не спаренными электронами, а, следовательно, крайне реакционноспособны. Располагая большим количеством энергии, они легко могут привести к разрыву химических связей в жизненно важных макромолекулах. Именно этот процесс и происходит чаще всего в промежутке между образованием ионных пар и формированием конечных химиче­ских продуктов.

Кроме того, биологический эффект облучения усиливается за счет кислорода, который всегда присутствует в среде и обладает сенсибили­зирующим действием. Между первичным поглощением энергии и конечным химическим изменением облучаемого субстрата существует много стадий, на каждой из которых, как упоминалось, возможна реверсия.

Следовательно, для клетки пока не известна корректная возмож­ность, непосредственно оценить относительную роль прямого и косвенного действия ионизирующих излучений.

Данные некоторых экспериментов на вирусах позволяют предпола­гать, что при облучении клеток прямое действие играет если не основ­ную, то, во всяком случае, весьма существенную роль. В пользу этого вывода приводят два довода.

Дата добавления: 2015-08-05