Биологические эффекты ионизирующего излучения. Острые и отдаленные последствия облучения

Лекция 7

Биологические эффекты ионизирующего излучения

7.1 Роль излучений в зарождении и поддержании жизни на Земле

7.2 Действие ионизирующего излучения на биологические молекулы и клетки

7.3 Острые иотдаленные последствияоблучения

7.1 Роль излучений в зарождении и поддержании жизни на Земле.

В условиях первобытной Земли космическое излучение, а также излучение радионуклидов земной коры могли способствовать синтезу биополимеров. Эти сложные органические вещества стали «строительным материалом» для примитивных видов живых организмов.

Последующий этап эволюции привел к образованию у некоторых организмов фотосинтетического аппарата и получению углеводов и кислорода из углекислого газа и воды с использованием энергии солнечного излучения.

Образование в процессе фотосинтеза свободного кислорода способствовало появлению на Земле новых видов живых организмов.

Благодаря солнечному излучению из свободного кислорода был рожден и озон, из которого сформировался озоновый слой. До сих пор этот слой служит защитным экраном для всего живого от губительного коротковолнового ультрафиолетового излучения.

Энергия излучений, поступающих на Землю из Космоса, наряду с другими факторами, обеспечивает сохранение и устойчивость биосферы.

Существование организмов и биосферы в целом поддерживают:

– непрерывное поступление на Землю солнечного излучения,

–освобождение ядерной энергии в виде ионизирующего излучения в процессе распада радионуклидов земного вещества и преобразование этой энергии в тепловую энергию, которая помогает сохранять тепловой баланс планеты.

Радиоадаптация – это выработка у живых организмов в процессе эволюции морфофизиологических, поведенческих, популяционных и других особенностей, обеспечивающих возможность их существования в условиях постоянного действия ионизирующего излучения, свойственного среде их обитания.

Одним из важнейших условий, необходимых для поддержания жизни на нашей планете, является постоянное перераспределение и преобразование вещества и энергии в биосфере Земли. Важнейшую роль в этих процессах играет жизнедеятельность различных видов живых организмов.

7.2 Действие ионизирующего излучения на биологические молекулы и клетки.

Биологические молекулы – это органические молекулы, из которых построен живой организм и которые выполняют важную роль в жизнедеятельности организма. Различают:

– малые биомолекулы – молекулы аминокислот, глицерола, холина, высших карбоновых кислот, моносахаридов и т. п.

– молекулы биополимеров – макромолекулы, состоящие из большого числа повторяющихся звеньев – мономеров.

В результате воздействия ионизирующего излучения на живую материю происходят процессы, в которых можно выделить следующие этапы:

– физический – поглощение энергии и возникновение возбужденных и ионизироанных молекул;

– физико-химический – перераспределение поглощенной энергии излучения возбужденными молекулами;

– химический – образование свободных радикалов. ( Радикалы – атомы или атомные группировки с неспаренными электронами. Отличаются высокой химической активностью (время жизни свободных радикалов составляет всего 10^-15с.)

– молекулярно-биологический – изменение в структуре биологических молекул и клеток, которые могут приводить к нарушению выполняемых ими функций.

Каждый из этих процессов происходит спустя какое-то время после воздействия излучения на организм. Ниже перечислены основные процессы, протекающие в организме при облучении, и время, прошедшее после облучения, когда реализуются эти процессы (время проявления).

Действие ионизирующего излучения на биологические объекты может быть прямым и косвенным.

Прямое (непосредственное) действие излучения приводит к возбуждению и ионизации биологических молекул, появлению радикалов. Становятся возможными химические реакции с участием образующихся под действием излучения ионов и радикалов. В результате происходит химическое преобразование биологических молекул, которое может привести к повреждению клетки.

Косвенное действие излучения связано, главным образом, с радиолизом воды – ее химическим преобразованием под действием ионизирующего излучения.

Тело человека, в основном, состоит из воды. Ее содержание в отдельных видах клеток может достигать 90 % клеточной массы.

Под влиянием ионизирующего излучения молекула воды способна терять электрон с образованием положительно заряженного иона.

Н₂О→Н₂0⁺ + е

Освободившийся электрон, передавая энергию окружающим молекулам воды, переводит их в возбужденное состояние (Н₂0⁺). Возбужденная молекула – молекула, в которой один или несколько электронов входящих в нее атомов находятся в возбужденном состоянии, однако энергии возбуждения недостаточно для отрыва электрона от молекулы.

Возбужденные молекулы воды диссоциируют с образованием радикалов Н иОН:

Н₂О→ Н + ОН

Образовавшиеся свободные радикалы Н и ОН химически активны и могут легко взаимодействовать друг с другом с образованием разнообразных продуктов (молекул воды, водорода и пероксида водорода):

Н + ОН→ Н₂О

Н+Н →Н₂

ОН + ОН → Н₂О₂.