Л.И. Баюров
Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии

Учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2009. – 112 с.

Предыдущая

Лекция 5-6. Механизм взаимодействия ионизирующего излучения с биологической тканью

2. Теории косвенного и прямого действия

В настоящее время в радиобиологии существуют две концепции действия радиации на живые организмы. Чаще они называются теориями косвенного и прямого действия.

Согласно первой из них, ионизация, вызванная излучением, происходит в особых молекулах, входящих в состав чувствительных областей клеток. Их всех первичных процессов, происходящих в них под действием радиации, играют ионизация и связанные с ней химические изменения. Под действием ионизирующих излучений в воде образуются катионы и анионы:

Н2О ® Н2О+ + е

Н2О + е® Н2О

Эти ионы отличаются от ионов воды, образующихся в естественных условиях в процессе электролитической диссоциации. Они характеризуются неустойчивой электронной структурой, так как имеют нечетное число электронов на внешней орбите и свободную валентность. По этим причинам эти ионы не могут долго существовать и быстро диссоциируют с образованием свободных радикалов.

Положительный ион (катион) воды диссоциирует на протон и свободный радикал гидроксила:        Н2О+ ® Н+ + ОН

А отрицательный ион (анион) воды образует при диссоциации свободный радикал водорода (атомарный водород) и анион гидроксильной группы:

Н2О® Н + ОН

Свободные радикалы водорода и гидроксила обладают очень высокой химической активностью и не могут существовать длительное время. Поэтому они начинают взаимодействовать как между собой, так и с другими биологически важными молекулами:

1). Н + ОН® Н2О                  2). Н + Н ® Н2

3). ОН + ОН ® Н2О2             4). ОН + ОН ® Н2О + О↑

Свободные радикалы, перекись водорода и атомарный кислород обусловливают химические изменения в различных частях клеток, которые приводят к развитию радиобиологических эффектов.

До открытия свободных радикалов воды радиобиология объясняла действие радиации на живые клетки прямым эффектом.

В конце 20-х — начале 30-х г.г. прошлого столетия Дж. Кроутер (Кроузер), а также Ф. Хольвек и А. Лакассань, анализируя кривые зависимости эффекта (гибель клеток) от дозы облучения, для объяснения его вероятностного характера вводят представление о наличии в клетке особого чувствительного объёма — «мишени». Попадание ионизирующей частицы в «мишень» и вызывает наблюдаемый эффект.

При изучении действия радиации на простейших и биологически активные молекулы Кроутер установил, что зависимость их инактивации от величины дозы облучения носит экспоненциальный характер. То есть, эффективность облучения резко падала, когда погибало около 90% объектов, а для оставшихся 10 % необходимо было увеличить дозу в 2 раза. Это объяснялось тем, что вероятность попадания ионизирующих частиц или квантов в неповрежденные объекты уменьшается, так как в среде их содержание уменьшается в 10 раз от начального количества. На основе этой зависимости Кроутер пришел к выводу, что инактивация клеток или молекул происходит в результате одного попадания (одноударный механизм).

Теория «мишени» как формальное обобщение многих наблюдаемых явлений была окончательно сформулирована английским учёным Дугласом Ли (1946), немецким учёным К. Циммером и нашим выдающимся соотечественником биологом-эволюционистом, генетиком, одним из основателей радиобиологии Николаем Владимировичем Тимофеевым-Ресовским (1947).

Д. Ли в своих исследованиях развил гипотезу Кроутера и также сформулировал новое положение о многоударном механизме поражения. Он предположил, что в клетках имеются особо чувствительные места, т.е. мишени, при попадании в которые частиц или квантов происходит инактивация ферментов или гибель клеток.

Было установлено, что оно вызвано не только попаданием самой частицы в клеточные структуры, но также и действием других факторов: температуры, содержанием воды и кислорода, рН среды и наличием защитных веществ-радиопротекторов.

Среди первых радиопротекторов были, в основном, вещества, содержащие в своей молекуле аминную (- NH2) и тиольную (- SH) группы. В дальнейшем, в экспериментах на лабораторных животных и клетках, были изучены защитные свойства десятков тысяч препаратов различной химической природы и было выявлено, что наиболее эффективными остаются упомянутые аминные и тиольные радиопротекторы.

Предыдущая

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *