Биологично действие на радиацията

Под действието на йонизиращата радиация в живите организми възниква специфичен биологичен ефект, който може да бъде различен в зависимост от условията на лъчевото въздействие.

          I. Характеристики на биологичното действие на йонизиращите лъчения.
          1. Първите минути след външно облъчване даже и с големи дози, много животни, както и човека не усещат въэдействието на йонизиращите лъчения. Това се дължи на факта, че липсвт специфични рецептори и анализатори спрямо йонизиращата радиация.
          2. Всички реакции на организма под влияние на йонизиращата радиация се разделят на 3 категории:
радиочувствителност – най-малката доза, на която дадена тъкан отговаря с непродължителни и неоставящи последствия физиологчни реакции;
радиопоражаемост – най-малката доза, която предизвиква нарушения на функцията или морфологични поражения на органи, системи или целия организъм;
компенсаторни процеси – проява на различни въстановителни механизми в организма след лъчево въздействие;
          3. Радиационното въздействие представлява съвкупност от:
                   а/ пряко действие, получено под влияние на йонизиращото излъчване в тъканите на организма;
                   б/ непряко действие – вторично поражение на биосубстрата и рецепторните механизми;
          Ето защо първо се разглеждат първичните физико-химични и биохимични изменения на молекулярно ниво и след това измененията в клетката като цяло, последвани от измененията на тъканно и органно ниво и накрая измененията в организма като цяло.

II. Теории, обясняващи биологичното действие на йонизиращата радиация.

 

1. Теория за прякото действие на йонизиращата радиация. Според тази теория йонизиращата радиация действа пряко върху клетките, органите и тъканите и така ги уврежда. В нея заляга схващането, че крайният биологичен ефект зависи от началните физични процеси, произтичащи от облъчването, в резултат от непосредственото действие на йонизиращите лъчения върху определени структури на организма. Според тази теория в живата материя се намира определен лъчечувствителен обем, който е пространствено обособен и се характеризира с голяма лъчеувредимост. По размери този обем е много малък и се уврежда необратимо при облъчване с минимални дози йонизиращи лъчения.

 

           Това е една от първите теории за биологичното действие на йонизиращите лъчения, която вече е загубила своето значение.
2. Теория на непрякото действие. Основното схващане в тази теория е, че при облъчване на биосубстратите с йонизираща радиация възникват верижни реакции, които умножават и задълбочават увреждащия лъчев ефект. Според нея първичния ефект на йонизиращата радиация в живата тъкан е взаимодействието и с молекулите на водата. Под влияние на радиацията молекулите на водата се йонизират.
formula
        Тези йонизирани водни молекули са нетрайни и се разпадат на радикали.
formula1
        Поради наличието на кислород в тъканите се образуват още свободни радикали и прекисни съединения.
formula2
  • Те са химически активни и встъпват в реакции с разни молекули от клетъчния субстрат. По този начин се нарушава нормалния цикъл на биохимичните реакции в организма и възникват атипични продукти на обмяната, които увреждат клетката.
          • Според тази теория процеса на радиационното увреждане се разделя на следните етапи:
          • Първи етап – поглъщане на енергията от радиацията от клетките и тъканите на организма. Протича мигновено.
          • Втори етап – образуване на свободни радикали.
          • Трети етап – нарушаване на биохимичните процеси.
          • Четвърти етап – нарушаване на нормалните физиологични процеси. Изменение в хуморалните среди и нервно-хуморалната регулация.
                    III. Биологично действие на йонизиращата радиация на субклетъчно ниво.
          1. Биологично действие на йонизиращата радиация върху белтъците. Под влияние на големи дози настъпва деструкция. При облъчване с малки дози настъпват биохимични изменения в белтъците. Въникват реакции на дезаминиране, декарбоксилиране, окисление, разкъсване на водородни връзки. В резултат на това се увреждат аминокиселините и се получават биологично активни вещества, които променят обмяната в клетките. Получават се и атипични белтъци, чужди за организма, които предизвикват алергични реакции. Увреждат се нуклеиновите киселини, дезактивират се ензимите.
          2. Биологично действие на йонизиращата радиация върху въглехидратите. Наблюдава се увеличен синтез на гликоген и увеличаване на количеството му в черния дроб. Увеличава се съдържанието на глюкоза в кръвта.
          3. Биологично действие на йонизиращата радиация върху мастите. Под действието на радиацията се образуват ненаситени мастни киселини, които са лабилни по отношение на молекулярния кислород и лесно се окисляват до липопрекиси. Тези липопрекиси са химически силно активни и увреждат клетката.
          4. Биологично действие на йонизиращата радиация върху ензимите. Йонизиращата радиация предизвиква промяна в активността на ензимите в следните насоки:
                  а/ активиране – най-вече на протеолитичните ензими, ензимите разграждащи фосфорните съединения и др.;
                  б/ инактивиране – наблюдава се при малко на брой ензими;
          Според съвременната теория за въздействието на йонизиращата радиация на субклетъчно ниво уврежданията се дължат на възникването на много различно действащи токсични вещества, които са аномални продукти на обмяната.

IV. Биологично действие на йонизиращата радиация на клетъчно ниво.

Измененията в клетката не са специфични. Възникващите физични, физико-химични и биохимични процеси могат да предизвикат различни клетъчни увреждания, включително и смърт на клетката.
Степента на увреждане на клетките зависи от следните техни характеристики:
а/ радиочувствителност на клетката; тя варира в широк диапазон; пропорционална е на възпроизводителната способност на клетките и обратно пропорционална на деференцираността им;
б/ първична поражаемост на клетката – характеризира се с промените, настъпващи в клетката под влияние на йонизиращата радиация до настъпването на митозата;
Относно радиочувствителността на структурните елементи на клетката е известно, че ядрото е много по-чувствително от цитоплазмата и промените, които настъпват в него са необратими. Йонизиращата радиация е мощен мутагенен фактор, т.е. предизвиква мутации в ДНК структурите на клетката.

 

                   V. Биологично действие на йонизиращата радиация на тъканно ниво.
          1. Влияние върху нервната тъкан. В началото настъпват функционални промени в ЦНС, които имат фазов характер. Първите минути след облъчването се наблюдава усилване на активността на кората на главния мозък като в последствие тази активност намалява и се достига до пълно подтискане. Нарушава се функционалното състояние на вегетативните центрове – настъпват изменения в терморегулацията, кръвното налягане,  изменения в отделянето на стомашен сок и в моториката на червата.
          Морфологичните изменения в ЦНС са главно съдови. Най-големи структурни измения възникват в хипоталамусната област.
          2. Влияние върху кръвотворната тъкан. Тя показва висока радиочувствителност. Засягат се червения костен мозък, лимфните възли и други лимфоидни органи. При облъчване с високи дози настъпват дструктивни изменения в кръвотворните органи. В периферната кръв се наблюдават лимфопения, тромбопения, еритроцитопения. Настъпват биохимични изменения в белтъците, мастите, ензимите и електролитите. Смущава се кръвосъсирването и се появяват токсични продукти.
          3. Влияние върху половата тъкан. В зависимост от погълнатата доза йонизиращата радиация причинява смърт на част от половите клетки. Това определя клетъчната радиочувствителност на половите клетки. Лъчечувствителността на останалите живи полови клетки, които стават носители на увреждане определят генетичната лъчечувствителност на половите клетки. От мъжките полови клетки генетично най-лъчечувствителни са сперматидите, следвани от сперматозоидите и сперматоцитите. От женските полови клетки генетично най-лъчечувствителни са зреещите и зрелите фоликули.
         4. Влияние върху храносмилателната система. С най-голяма радиопоражаемост при големи дози са тънките черва. Разрушава се чревния епител и се нарушават неговите физиологични функции. Променят се кръво- и лимфообръщението на чревната стена. В лигавиците на червата възникват хеморагии, които се превръщат в огнищни некрозии и язви. Нарушава се и моторната дейност на червата. Тези промени водят до нарушаване на храносмилането, проницаемостта на чревната бариера и водно солевия баланс на организма.
          5. Влияние върху сърдечно-съдовата система. Наблюдават се тахикардия и хипотония. Намалява прониаемостта на капилярите, те стават чупливи и настъпват кръвоизливи.
          6. Влияние върху ендокринната система. В началото се наблюдава стимулация на ендокринните жлези, а впоследствие настъпва подтискане на функциите им. Най-лъчечувствителни са хипофиза и надбъбреци.
          7. Влияние върху имунобиологичната активност на организма. Имунната система е най-радиочувствителна и в резултат на това подтискането на имунитета се наблюдава още в най-ранния стади след облъчването.
                 VI. Биологично действие на йонизиращата радиация върху организма като цяло.
          Биологичното действие на йонизиращата радиация върху човешкия организъм зависи от много фактори, най-важните от които са: вида на лъчението, погълнатата доза и  нейната мощност, размерът и локализацията на облъчването, реактивността на организма.
          В резултат на съвкупност от процеси, протичащи на молекулярно, клетъчно, тъканно и органно ниво под въздействието на йонизиращото лъчение в организма настъпват следните радиационни увреждания.
          А. Соматични ефекти:
          Ранни соматични ефекти – проявяват се до няколко седмици след облъчването /детерминистични/.
          Късни соматични ефекти – появяват се години и десетилетия след облъчването /стохастични ефекти/.
          Б. Генетични ефекти – касаят поколенията на облъчения индивид /стохастични/.
          Ранни соматични ефекти. Наричат се още детерминистични, тъй като при тях тежестта на поражението е пропорционална на получената доза при надвишаване на определен праг за клинична изява. Наличието на прагова доза за изява на определен ефект се обяснява с факта, че при увреждането от йонизиращото лъчение в малки подпрагови дози в организма се задействат възстановителни процеси, които компенсират увреждането. При дози надвишаващи праговата, тежестта на увреждането ще се  увеличава пропорционално на получаваната доза, поради по-бързия темп, с който се унищожават клетките, в сравнение с темпа на тяхното възпроизводство.    Графиката на зависимостта доза-ефект при този тип увреждания има сигмоидален характер.
          За еднократно цялотелесно кратковременно облъчване на хора праговата доза е 0,2-0,3 Sv. При тази доза облъчения индивид не се чувства болен, но се набюдават нарушения във функциите на редица лъчечувствителни органи /червен костен мозък, лимфни възли, слезка, полови жлези, лигавица на храносмилателния тракт и дихателната система и др./
          Праговата доза за едно ранно увреждане у човека се дефинира чрез намаляването на броя на левкоцитите.
          Системите за възстановяване на организма са в състояние да компенсират тези увреждания, получени при облъчване с малки дози /0,3 Sv/. Но при по-високи дози тези компенсаторни възможности се изчерпват. При човека това става при дози от порядъка на 1 Sv, при които се наблюдатат симптоми на остра лъчева болест. При дози от порядъка на 4 Sv /наречени LD50/ около 50 % от облъчените умират.    Дози над 6- 7 Sv /LD100/ са в почти всички случаи смъртоносни.
          Появата на детерминистични ефекти при отделните хора е различно. Тя зависи освен от характеристиките на лъчението и дозата на облъчване и от физиологичното състояние на организма.
          Детерминистични ефекти са: остра лъчева болест – праг 0,25Gy; влошаване на зрението – праг 0,5 Gy; траен стерилитет при жените – праг 2,5-6 Gy; временна стерилност при мъжете – праг 0,15 Gy.
          Тези ефекти са абсолютно зависими от дозата и затова при тях може да се говори за допустими дози.
          Стохастични ефекти. Към тях спадат късните соматични ефекти и генетичните ефекти. При тях се наблюдава модифициране на нормалната клетка под въздействие на ниски дози йонизираща радиация, но тази клетка запазва способността си за възпроизводство.    Тези ефекти не са дозово детерминирани и не може да се говори за наличието на праг, надвишаването, на който да доведе до възникването им. По отношение на зависимостта доза-ефект тук се получава стохастично /вероятно/ разпределение на случаите, т.е. с повишаване на дозата нараства вероятността за заболяване, а не тежестта му, както е при детерминистичните ефекти. Затова при тези ефекти говорим за радиационен риск. Стохастичните ефекти имат случаен характер и тяхната проява зависи от физиологичните особености на организма. Тъй като запазват възпроизводителната си способност модифицираните клетки създават своя популация. Тази популация може да бъде унищожена от защитните механизми на организма. Но когато поради редица причини това не стане след определен латентен период се проявява стохастичен ефект. Вероятността за неговата поява зависи от броя на възникналите след облъчване модифицирани клетки и колкото по-голям е техния брой, толкова по-голяма е вероятността за оцеляването им.
          Късни соматични ефекти: към тях спадат злокачествените новообразувания /различни форми на карциноми и левкози/.    Характерно за тези стохастични ефекти е, че се проявяват след дълъг латентен период – от няколко години до десетилетия. Механизмите на малигнизация не са изяснени. Решаващо значение има появата на унаследено изменение в генетичния апарат на клетката. Оценката на канцерогенния риск е много трудна, поради високата спонтанна честота на туморни заболявания и ежегодните й колебания.     Установяването на канцерогенни заболявания дължащи се на въздействие на йонизиращата радиация е възможно, ако броят им е по-голям от средната стойност на колебанията. Оценката на риска се извършва чрез наблюдение на групи хора, получили по-високи дози, тъй като само в тези групи след дългогодишни зиследвания е установена повишена честота на злокачествените новообразувания.     Резултатите от тези наблюдения позволяват да се създадат модели на зивисимостта доза-допълнителен риск, които модели да се екстраполират за малки дози.
Видове зависимости доза-риск за оценка на канцерогенния риск:
оценка на канцерогенния риск
          1. При високи дози зависимостта доза-риск е линейна безпрагова, т.е. допълнителния риск/R/ е правопропорционален на дозата /D/. R=k.D, където К е коефициент на риска. Той се определя за по-често срещани злокачествени смъртоносни заболявания и отчита риска в следствие на еднократно облъчване с определена доза за целия остатък от живота на облъчените лица /коефициент на пожизнен риск/.
          2. При много високи дози и мощности на дозата зависимостта доза-риск е линейно-квадратична, т.е.  допълнителния риск намалява по-бързо с намаляване на дозата.
          Допълнителния риск от левкози и тумори в течение на времето след облъчване се визуализира на следващата графика, построена на базата на наблюдение на японски граждани след атомните бомбандировки на Хирошима и Нагазаки, и на линейния безпрагов модел на стохастичния ефект.
          Допълнителни случаи на левкози не се наблюдават 2 години след облъчването. Следва нарастване на техния брой с максимум 6-8 години след облъчването. Броят им постепенно намалява и спада до 0 след 27 години.     Рисковият период за левкоза е 25 години.
          Допълнителни случаи на отстаналите злокачествени заболявания не се наблюдават първите 10 години след облъчването. През този латентен период няма канцерогенен риск. След това риска нараства с максимум 30 години след облъчването. След достигане на максимума има 3 възможности: риска да намалее, да остане постоянен или да продължи да нараства.
графика на канцерогенен риск          Генетични ефекти – дължат се на облъчването на половите клетки преди или по-време на репродуктивна възраст, в резултат на което възникват допълнителни мутации, които се предават в поколението. Йонизиращата радиация е мощен мутаген и най-честите генетични увреждания, които предизвиква са генните мутации и хромозомни аберации.
          Оценката на генетичния риск от въздействието на йонизиращата радиация е много трудна, поради високата спонтанна честота на генетичните увреждания. И тук важи линейната безпрагова зависимост, характеризираща отношението доза- генетичен риск.
          Оценката на генетичния риск се извършва по два начина: При първия, генетичния риск се изразява чрез честотата на генетичните увреждания на единица доза. При втория, генетичния риск се изразява, чрез дозата, която удвоява естествената мутационна честота.
         Напоследък се установява повишаване на дозите за удвояване на спонтанните мутации, което значи, че генетичния риск е намалял в сравнение с миналото. Рискът за сериозни генетични увреждания със смъртен изход за първите 10 поколения е 1 случай на 125 лица, облъчени с доза 1 Sv.
Share Button
Обновено на: 10/11/2014 — 08:30

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Проверка за спам * Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.

Любопитко © 2010 - 2015 Всички права запазени! Frontier Theme