Біолог і чеський д е йствіе іоніз і рующих випромінювань е ний, зміни, що викликаються в життєдіяльності і структурі живих організмів при дії короткохвильових електромагнітних хвиль (рентгенівського випромінювання і гамма-випромінювання ) Або потоків заряджених частинок ( альфа-частинок , бета-випромінювання , протонів ) і нейтронів .
Дослідження Б. д. І. і. були розпочаті одразу після відкриття рентгенівського випромінювання (1895) і радіоактивності (1896). У 1896 російський фізіолог І. Р. Тарханов показав, що рентгенівське випромінювання, проходячи через живі організми, порушує їх життєдіяльність. Особливо інтенсивно стали розвиватися дослідження Б. д. І. і. з початком застосування атомної зброї (1945), а потім і мирного використання атомної енергії (див. біологія ).
Для Б. д. І. і. характерний ряд загальних закономірностей. 1) Глибокі порушення життєдіяльності викликаються мізерно малими кількостями поглинається енергії. Так, енергія, поглинена тілом ссавця тварини або людини при опроміненні смертельною дозою, при перетворенні на теплову привела б до нагрівання тіла всього на 0,001 ° С. Спроба пояснити «невідповідність» кількості енергії результатам впливу призвела до створення теорії мішені (див. мішені теорія ), Згідно з якою променеве ушкодження розвивається при попаданні енергії в особливо радіочутливих частина клітини - «мішень». 2) Б. д. І. і. не обмежується підданим опромінення організмом, але може поширюватися і на наступні покоління, що пояснюється дією на спадковий апарат організму. Саме ця особливість дуже гостро ставить перед людством питання вивчення Б. д. І. і. і захисту організму від випромінювань. 3) Для Б. д. І. і. характерний прихований (латентний) період, т. е. розвиток променевого ураження спостерігається не відразу. Тривалість латентного періоду може варіювати від декількох хвилин до десятків років в залежності від дози опромінення, радіочутливості організму і спостерігається функції (рис. 1, 3). Так, при опроміненні в дуже великих дозах (десятки тис. Рад) можна викликати «смерть під променем», тривале ж опромінення в малих дозах веде до зміни стану нервової та інших систем, до виникнення пухлин через роки після опромінення.
Радіочутливість різних видів організмів різна. Смерть половини опромінених тварин (при загальному опроміненні) протягом 30 діб після опромінення (летальна доза - ЛД 50/30) викликається наступними дозами рентгенівського випромінювання: морські свинки 250 р, собаки 335 р, мавпи 600 р, миші 550-650 р, карасі (при 18 ° С) 1800 р, змії 8000-20000 р. Більш стійкі одноклітинні організми: дріжджі гинуть при дозі 30000 р, амеби - 100000 р, а інфузорії витримують опромінення в дозі 300000 р. Радіочутливість вищих рослин теж різна: насіння лілії повністю втрачають схожість при дозі опромінення 2000р, на насіння капусти не впливає доза в 64000 р.
Велике значення мають також вік (рис. 2), фізіологічний стан, інтенсивність обмінних процесів організму, а також умови опромінення. При цьому, крім дози опромінення організму, грають роль: потужність, ритм і характер опромінення (однократне, багаторазове, переривчасте, хронічне, зовнішнє, загальне або часткове, внутрішнє), його фізичні особливості, що визначають глибину проникнення енергії в організм (рентгенівське і гамма- випромінювання проникає на велику глибину, альфа-частинки до 40 мкм, бета-частинки - на кілька міліметрів), щільність спричиненої випромінюванням іонізації (під впливом альфа-частинок вона більше, ніж при дії інших видів випромінювання). Всі ці особливості впливає променевого агента визначають відносну біологічну ефективність випромінювання. Якщо джерелом випромінювання служать потрапили в організм радіоактивні ізотопи , То величезне значення для Б. д. І. і .. що випускається цими ізотопами, має їх хімічна характеристика, яка визначає участь ізотопу в обміні речовин, концентрацію в тому чи іншому органі, а отже, і характер опромінення організму.
Первинне дію радіації будь-якого виду на будь-який біологічний об'єкт починається з поглинання енергії випромінювання, що супроводжується порушенням молекул і їх іонізацією. При іонізації молекул води (побічна дія випромінювання) в присутності кисню виникають активні радикали (ОН- і ін.), Гідратовані електрони, а також молекули перекису водню, що включаються потім в ланцюг хімічних реакцій в клітині. При іонізації органічних молекул (пряму дію випромінювання) виникають вільні радикали (див. радикали вільні ), Які, включаючись у які відбуваються в організмі хімічні реакції, порушують протягом обміну речовин і, викликаючи появу невластивих організму з'єднань, порушують процеси життєдіяльності. При опроміненні в дозі 1000 р в клітці середньої величини (10-9 г) виникає близько 1 млн. Таких радикалів, кожен з яких у присутності кисню повітря може дати початок ланцюговим реакцій окислення, у багато разів збільшує кількість змінених молекул в клітині і викликає подальше зміна надмолекулярних (субмикроскопических) структур. З'ясування великої ролі вільного кисню в ланцюгових реакціях, що ведуть до променевому поразки, т.зв. кисневого ефекту, сприяло розробці ряду ефективних радіозахисні речовин, що викликають штучну гіпоксію в тканинах організму. Велике значення має і міграція енергії по молекулам біополімерів, в результаті якої поглинання енергії, що сталося в будь-якому місці макромолекули, призводить до ураження її активного центру (Наприклад, до інактивації білка-ферменту). Фізичні і фізико-хімічні процеси, що лежать в основі Б. д. І. і., т. е. поглинання енергії і іонізація молекул, займають долі сік (рис. 3).
Наступні біохімічні процеси променевого ушкодження розвиваються повільніше. Утворилися активні радикали порушують нормальні ферментативні процеси в клітці, що веде до зменшення кількості багатих енергією (макроергічних) з'єднань. Особливо чутливий до опромінення синтез дезоксирибонуклеїнових кислот (ДНК) в інтенсивно діляться клітинах. Т. о., В результаті ланцюгових реакцій, що виникають при поглинанні енергії випромінювання, змінюються багато компоненти клітини, в тому числі макромолекули (ДНК, ферменти та ін.) І порівняно малі молекули (аденозинтрифосфорная кислота, коферменти і ін.). Це призводить до порушення ферментативних реакцій, фізіологічних процесів і клітинних структур.
Вплив іонізуючого випромінювання викликає пошкодження клітин. Найбільш важливо порушення клітинного ділення - митоза . При опроміненні в порівняно малих дозах спостерігається тимчасова зупинка мітозу. Великі дози можуть викликати повне припинення ділення або загибель клітин. Порушення нормального ходу мітозу супроводжується хромосомними перебудовами , виникненням мутацій , Що ведуть до зрушень в генетичному апараті клітини, а отже, до зміни подальших клітинних поколінь (цитогенетичний ефект.) При опроміненні статевих клітин багатоклітинних організмів порушення генетичного апарату веде до зміни спадкових властивостей, що розвиваються з них організмів (див. Генетична дія випромінюванні ). При опроміненні у великих дозах відбувається набухання і пикноз ядра (ущільнення хроматину), потім структура ядра зникає. У цитоплазмі при опроміненні в дозах 10 000-20 000 р спостерігаються зміна в'язкості, набухання протоплазматических структур, освіту вакуолей , Підвищення проникності. Все це різко порушує життєдіяльність клітини.
Порівняльне вивчення радіочутливості ядра і цитоплазми показало, що в більшості випадків чутливо до опромінення ядро (наприклад, опромінення ядер серцевого м'яза тритона в дозі декількох протонів на ядро викликало типові деструктивні зміни; доза в кілька тисяч разів більша не зашкодила цитоплазми). Численні дані показують, що клітини найбільш радіочутливі в період ділення і диференціювання: при опроміненні уражаються насамперед зростаючі тканини. Це робить опромінення найбільш небезпечним для дітей та вагітних жінок. На цьому ж заснована і радіотерапія пухлин - зростаюча тканина пухлини гине при опроміненні в дозах, які менше ушкоджують навколишні нормальні тканини.
Виникаючі в опромінюваних клітинах зміни ведуть до порушень в тканинах, органах і життєдіяльності всього організму. Особливо виражена реакція тканин, в яких окремі клітини живуть порівняно недовго. Це слизова оболонка шлунка і кишечника, яка після опромінення запалюється, покривається виразками, що веде до порушення травлення і всмоктування, а потім до виснаження організму, отруєння його продуктами розпаду клітин (токсемія) і проникненню бактерій, що живуть в кишечнику, в кров ( бактериемия ). Сильно пошкоджується кровотворна система, що веде до різкого зменшення числа лейкоцитів в периферичної крові і до зниження її захисних властивостей. Одночасно падає і вироблення антитіл , Що ще більше послаблює захисні сили організму. (Зменшення здатності опроміненого організму виробляти антитіла і тим самим протистояти впровадженню чужорідного білка використовується при пересадці органів і тканин - перед операцією пацієнта опромінюють.) Зменшується і кількість еритроцитів, з чим пов'язано порушення дихальної функції крові. Б. д. І. і. обумовлює порушення статевої функції і утворення статевих клітин аж до повного безпліддя (стерильності) опромінених організмів. Важливу роль у розвитку променевого ураження тварин і людини грає нервова система. Так, у кроликів смертельний результат при опроміненні в дозі 1000 р часто визначається порушеннями в центральній нервовій системі, що викликають зупинку серцевої діяльності і параліч дихання. Дослідження біоелектричних потенціалів мозку опромінених тварин і людей, що піддаються променевої терапії, показали, що нервова система раніше інших систем організму реагує на радіаційний вплив. Опромінення собак в дозі 5-20 р і хронічне опромінення в дозі 0,05 р досягши дози в 3 р веде до зміни умовних рефлексів. Велику роль у розвитку променевої хвороби грають і порушення діяльності залоз внутрішньої секреції.
Для Б. д. І. і. характерно післядія, яке може бути дуже тривалим, тому що після закінчення опромінення ланцюг біохімічних і фізіологічних реакцій, що почалися з поглинання енергії випромінювання, триває довгий час. До віддалених наслідків опромінення відносяться зміни крові (зменшення числа лейкоцитів і еритроцитів), нефросклероз , цирози печінки, зміни м'язових оболонок судин, раннє старіння, поява пухлин (див. Бластомогенних дію випромінювань ). Ці процеси пов'язані з порушенням обміну речовин і нейроендокринної системи, а також пошкодженням генетичного апарату клітин тіла ( соматичні мутації ).
Рослини, в порівнянні з тваринами, більш радіостійкість. Опромінення в невеликих дозах може стимулювати життєдіяльність рослин (рис. 4) - проростання насіння, інтенсивність росту корінців, накопичення зеленої маси і ін. Великі дози (20 000-40 000 р) викликають зниження виживаності рослин, поява каліцтв, мутацій, виникнення пухлин. Порушення росту і розвитку рослин при опроміненні в значній мірі пов'язані зі змінами обміну речовин і появою первинних радіотоксінов, які в малих кількостях стимулюють життєдіяльність, а в великих - пригнічують і порушують її. Так, промивка опроміненого насіння протягом доби після опромінення знижує пригнічуючий ефект на 50-70%.
Променеве ушкодження організму супроводжується одночасно поточним процесом відновлення, який пов'язаний з нормалізацією обміну речовин і регенерацією клітин. Тому опромінення дробове або з малою потужністю доз викликає менше пошкодження, ніж потужний вплив. Вивчення процесів відновлення важливо для пошуків радіозахисні речовин, а також засобів і методів захисту організму від випромінювань . У невеликих дозах всі мешканці Землі постійно схильні до дії іонізуючого випромінювання - космічних променів і радіоактивних ізотопів, що входять до складу самих організмів і навколишнього середовища (див. радіоактивність атмосфери , Радіоактивне забруднення біосфери). Випробування атомної зброї і мирне застосування атомної енергії підвищують фон радіоактивний . Це робить вивчення Б. д. І. і. і пошуки захисних засобів все більш важливими.
Б. д. І. і. користуються в біологічних дослідженнях, в медичній і с.-г. практиці. На Б. д. І. і. засновані променева терапія , рентгенодіагностика , Радіоізотопна терапія.
У сільському господарстві радіаційні впливи застосовуються з метою виведення нових форм рослин, для передпосівної обробки насіння, боротьби з шкідниками (шляхом виведення і випуску на трупи плантації обеспложенних опроміненням самців), для променевої консервації фруктів і овочів, оберігання продуктів рослинництва від шкідників (дози, згубні для комах, нешкідливі для зерна) і ін.
Літ .: Ліванов М. Н., Деякі проблеми дії іонізуючої радіації на нервову систему, М., 1962; Кузин А. М., Радіаційна біохімія, М., 1962; Бак З., Александер П. А., Основи радіобіології, пер. з англ., М., 1963; Основи радіаційної біології, М., 1964; Первинні процеси променевого ураження. Зб. ст., М., 1957; Корогодін В. І., Проблеми радіаційного відновлення, М., 1966; Гродзенский Д. Е., Радіобіологія, М., 1966; Радіаційна медицина, М., 1968.
С. П. Ландау-Тилкін. Під. ред. А. М. Кузіна.
Мал. 1. Вплив дози опромінення на число (%) і терміни виживання клітин кісткового мозку щурів.
Мал. 2. Виживання опромінених мишей (ЛД 50/30) в залежності від віку.
Мал. 3. Схема розвитку променевого пошкодження (в центрі) та методи впливу на нього (праворуч).
Мал. 4. Залежність числа пророслих очок картоплі сорту Лорх від дози опромінення.
