Національний університет
“Києво-Могилянська Академія”
Реферат з курсу
“Радіоекологія з основами радіобіології”
на тему:
“Радіочутливість живих систем та її
модифікація”.
студента ФПН-4
Герасимчука Ю.С.
Київ
1999
Вступ.
Всі живі організми мають власну радіочутливість - здатність реагувати у відповідь на подразнення, що викликанє поглинутою енергією іонізуючого випромінення. Радіочутливість частіше всього оцінюється за смертельною дією радіації. Різні біологічні об’єкти мають різний рівень радіочутливості. Наприклад, деякі найпростіші організми, бактерії, віруси здатні переносити величезні дози радіації 1000-10000 Гр (10000-1000000 Р) і при цьому зберігати свою життєдіяльність. У ссавців стійкість до іонізуючих випромінювань набагато менша. Аналліз нещасних випадків показує, що абсолютна смертельна доза для людини, це 600+/-100 Р, а безпосередні (найближчі) ефекти опромінення не розвиваються при дозах менших 100 Р короткочасового опромінення.
Взагалі чутливість клітини до опромінення залежить від швидкості процесив обміну, що відбуваються у них, кількості внутрішньоклітинних структур та інтенсивності поділу клітин.
Складність та різноманітність процесів, що мають місце між початковим поглинанням радіаційної енергії та кінцевим проявом біологічного ушкодження, обумовлюють можливість багаточисельних модифікацій. Різні фізичні, хімічні та біологічні фактори можуть модифікувати число радіаційних ушкоджень.
Радіочутливість.
Радіочутливість - це здатність живих організмів реагувати у відповідь на подразнення, викликане поглинутою енергією іонізуючого випромінення. Радіочутливість частіше за все оцінюють за смертельною дією радіації.
В 1906 році Бергон’є та Трибондо вивчаючи дію опромінення на сім’яники щурів, з’ясували, що герменативні клітини значно пошкоджувались при опроміненні, в той час як інтерстеціальні залишалися непошкодженими. На основі цих спостережень вони сформулювали закон, який каже, що клітини є радіочутливими, якщо вони мають високу мітотичну активність, якщо в нормі вони здатні до великої кількості поділів, і якщо вони морфологічно і функціонально не диференційовані. Диференційована клітина - це зріла спеціалізована клітина, що не схильна до поділу. Таким чином радіочутливість тканини прямо пропорційна її мітотичній активності та обернено пропорційна ступеню диференціювання клітин, з яких вона утворена. Отож, тканини, що діляться, є дуже радіочутливими, а більш диференційовані є більш резистентними.
Так у ссавців печінка, м’язи, мозок, кістки, хрящі та сполучна тканина відносяться до резистентних, оскільки ці тканини у дорослих проявляють низьку проліферативну активність і складаються із спеціалізованих зрілих клітин. Навпаки ж клітини кісткового мозку, гермінативні клітини яєчників та сім’яників, епітелій кишківника та шкіри є сильно радіочутливими. Виключення: овоцити та лімфоцити хоч і не діляться, але є радіочутливими.
Рівні радіочутливості.
Розрізняють наступні рівні радіочутливості: на клітинному рівні - мікро- та макрорадіочутливість ( на рівні молекул та на рівні органоїдів), у багатоклітинних організмів розрізняють тканинний рівень, організмений рівень.
Дія іонізуючого опроміненя на рівні клітини.
Завдяки деяким захисним системам різномаінтні організми зберегли свою спадкову інформацію. Тому дози іонізуючого випромінення, що відповідають природному фонові, не шкідливі для життєдіяльності переважної більшості організмів та їхнього потомства. Проте навіть природний рівень випромінення в окремих випадках може спричинити шкідливі мутації. З підвищенням дози іонізуючої радіації імовірність виникнення таких змін зростає.
За ефектом прояву розрізняють два основних типи ушкожень ДНК- сублетальні та потенційно летальні. Перші не можна вважати безпосередньою причиною загибелі клітин, але вони сприяють їй при тривалому або наступному опроміненні. Прикладом є одиниічні розриви нитки ДНК - вони не смертельні, проте чим їх більше, тим імовірнішою стає поява подвійних розривів, які зумовлюють загибель клітини. Потенційно летальні ушкодження ДНК спричиняють загибель клітин, але за певних умов вони усуваються завдяки реперативним системам.
Під час дії іонізуючого випромінення уражуються також і інші біологічно активні сполуки, проте кількість клітин, що гинуть, значно менша, ніж у разі порушення структури ДНК. До таких речовин належать білки, ліпіди, вуглеводи, гормони і вітаміни.
При поглинанні білковими розчинами досить високих доз енергії випромінення (100 Гр і більше) змінюється конформація білкових молекул, відбувається їхня агрегація та деструкція. Якщо організм тварин опромінюється значно меншими дозами (приблизно 50 Гр), знижується концентрація вільних амінокислот, особливо метіоніну та триптофану, що сповільнує біосинтез білка. Зменшення вмісту сульфгідрильних груп у тканинах опроміненого організму - один з найбільш ранніх ефектів дії іонізуючого випромінення, що проявляється, мабуть, внаслідок впливу радикалів і перекисів.
Ферментні системи реагують на опромінення по різному: їхня активність може зростати, знижуватись або залишатись незмінною, проте при великих дозах вони інактивуються.
Високою чутливістю до дії іонізуючого опромінення характеризуються процеси, що супроводжуються утворенням АТР. Насамперед це окислювальне фосфорилювання у внутрішній мембрині мітохондрій.
Опромінення розчину простих сахарів високим дозами спричинює їхнє окислення і розпад, полісахаридів - зменшення в’язкості і розпад на прості сахари. При поглинанні організмами доз 5-10 Гр порушуються процеси розщеплення глюкози, знижується вміст глікогену в тканинах, змінюються властивості ряду вуглеводів.
Дія іонізуючого випромінення призводить до підвищення окислюваності ліпідів, що зумовлює утворення перекисів, до перерозподілу вмісту ліпідів в різних тканинах.
Поглинена макромолекулами енергія може мігрувати по молекулах, зумовлюючи зміни в найслабших місцях. Насідком таких процесів є порушення структури та функцій біологічних мембран, а згодом і метаболізму (розпад білків, нуклеїнових кислот).
Іонізуюче випромінення зумовлює різноманітні ушкодження внутрішньоклітинних структур. Найчутливішими до радіації у клітинах ссавців є мітохондрії та ядро. При ушкодженні мітохондрій порушуються процеси енергозабезпечення клінити. Власлідок змін у ядрі пригнічуються енергентичні процеси, порушується функція мембрани. Можливі також всі види мутацій (зміна числа і структури хромосом, структури генів), що призводить до утворення білків з порушеною структурою, які втрачають біологічну активність.
Чутливість клітин до випромінення залежить від швидкості процесів обміну, що відбуваються в них, і кількості внутрішньоклітинних структур. Клітини з великою кількістю мітохондрій менш чутливі; клітини з диплоїдним набором хромосом менш чутливі за клітини з гаплоїдним набором хромосом.
Слід зазначити, що кінцевий ушкоджуючий ефект радіації залежить від активності процесів відновлення, тому що значна частина первинних ушкоджень є потенційними і реалізується, якщо не відбуваються відновні процеси.
Дія іонізуючого опроміненя на рівні багатоклітинного організма.
Як правило, існує взаємозв’язок між рівнем розвитку організму й чутливістю до іонізуючого опроміненя. Так, багатоклітинні організми чутливіші, ніж одноклітинні; найбільшу сприйнятливість мають ссавці.
Поглинені дозі, які призводять до загибелі половини популяції (ЛД50), для різних організмів мають такі значення, Гр:
Таблиця 1.
| Віди організмів | Доза опромінення | Віди організмів | Доза опромінення |
| Віруси | 62 - 4600 | Молюски | 120 - 200 |
| Бактерії | 17 - 3500 | Рептилії | 15 - 500 |
| Найпростіші | 100 - 3500 | Риби | 6 - 55 |
| Водорості, лишайники | 300 - 17000 | Птахи | 6 - 14 |
| Покритонасінні | 10 - 1500 | Гризуни | 8 - 15 |
| Голонасінні | 4 - 150 | Велика рогата худоба | 1, 5 - 2,7 |
| Комахи | 580 - 2000 | Людина | 2,5 - 3,0 |
Причини різної чутливості організмів до іонізуючого опромінення досконало ще не вивчено. Низьку чутливість комах і ракоподібних намагаються пояснити підвищеним вмістом в них сполук, які мають радіопротекторні властивості: у комах це каталаза, що розщеплює перекиси, а у ракоподібних - амінокислоти, аміни і поліпептиди, що беруть участь у регуляції осмотичного тиску. Чутливість ссавців до опромінення залежить від індивідуальних особливостей організмів і умов їхньої життєдіяльності. Найчутливішими до дії радіації є ембріони і немовлята, клітини яких мають високу активність росту. Підвищеною є також радіочутливість у старих особин, оскільки у них погіршуються процеси відновлення.