Іонізуючі випромінювання

Визначення і загальна характеристика

ІОНІЗУ́ЮЧІ ВИ­ПРОМІ́НЮВА­Н­НЯ — потік елементарних частинок, атомних ядер або іонів, здатних при проходжен­ні через середовище іонізувати і збуджувати його атоми та молекули. Процес по­ступової витрати початк. запасу енергії І. в. на іонізацію і збудже­н­ня називають іонізац. втратами енергії І. в. Мірою пере­дачі енергії від І. в. середовищу є по­глинена доза ви­промінюва­н­ня, яку вимірюють у Греях (Гр). При прямому І. в. (заряджені частинки, атомні ядра та іони) саме ви­промінюва­н­ня за­знає іонізац. втрат енергії за рахунок взаємодії з середовищем, при непрямому (незаряджені частинки, зокрема нейтрони і гамма-кванти) — іонізац. втрат енергії за­знають вторин­ні заряджені частинки, які виникають у процесі взаємодії цього ви­промінюва­н­ня з середовищем.

Опроміне­н­ня біол. тканини може здійснюватися зовн. і внутр. джерелами І. в. Природ. джерелами зовн. опроміне­н­ня є космічне ви­промінюва­н­ня, ви­промінюва­н­ня радіонуклідів земної кори, техноген. — рентґенів. апарати, при­скорювачі елементар. частинок та іонів, ядерні реактори тощо. Джерела внутр. опроміне­н­ня — інкорпоровані у біол. тканину радіонукліди. Вплив І. в. на різні рівні організації живого зумовлений його високою проникливою здатністю і можливостями ефективно взаємодіяти з усіма структурами клітин. На першій (фіз.) стадії взаємодії І. в. з середовищем, що триває бл. 10-12 сек., у частині обʼєму середовища навколо траєкторії руху прямого І. в. або вторин. заряджених частинок непрямого І. в. існує трек, у якому присутні продукти взаємодії І. в. з середовищем: ві­дірвані від атомів при їх іонізації електрони, позитивні іони, збуджені атоми й молекули. Довжину треку ви­значають початк. енергія І. в. і енергія його питомих іонізац. втрат у середовищі. Ця стадія протікає однаково у всіх матеріалах. Після проходже­н­ня іонізуючої частинки через біол. тканину, на другій (фіз.-хім.) стадії взаємодії І. в. з нею, яка триває до 10-7 сек., від­бувається по­ступове руйнува­н­ня сформованого треку за рахунок рекомбінації частини наяв. у ньому заряджених продуктів та утворе­н­ня іншими хімічно актив. вільних радикалів, води й орган. молекул. За час свого існува­н­ня вільні радикали здатні пройти шлях від місця утворе­н­ня на від­стані, які не пере­вищують десятків нанометрів у ядрах клітин і декількох мікрометрів у їх цитоплазмі. На на­ступ. стадіях взаємодії — хім. і біол. — від­буваються реакції вільних радикалів з молекулами біо­структур, тому мають місце вторин­ні механізми радіац. ушкодже­н­ня клітин. Радіац.-хім. пере­творе­н­ня, що виникають при цьому, призводять до поруше­н­ня біол. організації, обміну речовин і функціонува­н­ня клітини.

За сучас. уявле­н­нями, вирішал. роль у біол. дії І. в. ві­ді­грають акти іонізації, а осн. від­мін­ність у результатах впливу різних видів І. в. повʼязана з різним простор. роз­поділом іонізацій у треках (від­повід­но, уражених біо­логічно важливих молекул). З біол. по­гляду несут­тєво, як виникли самі поруше­н­ня — без­посередньо в треку за рахунок прямої пере­дачі енергії від І. в. чи через вільні радикали. Однак, здатність радикалів реагувати з багатьма хім. сполуками (насамперед, з молекулами кисню) призводить до того, що результат опосередк. дії, особливо у випадку рідкоіонізуючого ви­промінюва­н­ня, спроможний значно модифікуватися (кисн. ефект). У звʼязку з цим існує поня­т­тя від­нос. біол. ефективності І. в., яка зро­стає зі збільше­н­ням ліній. пере­дачі енергії від І. в. до опроміненого середовища. Види І. в., які в біол. тканині на 1 мкм довжини треку пере­дають енергію до 20 кеВ, від­носять до рідкоіонізуючих (високо­енергет. заряджені частинки, гамма-кванти), а ті, що пере­дають понад 20 кеВ/мкм, — до щільноіонізуючих (нейтрони, при­скорені атомні ядра та іони). Радіац.-хім. пере­творе­н­ня в біо­субстраті клітини можуть при­звести до поруше­н­ня біол. організації у будь-якій її частині. Найважчі наслідки має по­шкодже­н­ня ДНК. Нині загально­прийнятою є думка, що жива клітина реагує на опроміне­н­ня як єдине ціле. Сукупність усіх видів по­шкоджень є причиною роз­витку від­далених наслідків дії І. в. (післядії), проявом яких можуть бути не лише поруше­н­ня метаболізму і фізіол. функцій клітини, а й виникне­н­ня мутацій. Ще складніший характер має біол. дія І. в. на багатоклітин­ні організми, у яких існують різні органи зі спеціаліз. тканинами і функціями, хоча у них від­сут. специфіч. вибірково чутливий до дії І. в. орган. У результаті І. в. можуть виникати місц. поруше­н­ня тих чи ін. тканин, при цьому між­клітин. обмін і дія регулятор. механізмів індукують поруше­н­ня і в ін. частинах організму. Роз­різняють фізіол. (соматичну) дію І. в. на організм (поруше­н­ня обміну речовин, фізіол. функцій організму, включаючи променеву хворобу і смерть) і генет., у результаті якої зміни генет. апарату опроміненого організму пере­даються спадково, що призводить до появи форм організмів з новими властивостями. У випадку дії І. в. на соматичні клітини організму, здатні до мітотич. поділу, в них можуть виникати соматичні мутації, внаслідок чого в опромінених органах і тканинах організму зʼявляються змінені клітини, серед яких — схильні до некерованого поділу.

Будь-які зміни в жит­тєдіяльності біол. системи під дією І. в. називають радіобіол. ефектом. Мірою його прояву є величина від­хиле­н­ня від норми від­повід. біол. параметра чи ознаки, а осн. кількіс. характеристикою — дозова крива, яка від­ображає залежність рівня прояву обраної ознаки від дози опроміне­н­ня при сталих умовах (крім виду опроміне­н­ня, на результат дії І. в. впливає характер його роз­поділу в організмі та часі, температура, умови харчува­н­ня і забезпеченість організму киснем). Для отрима­н­ня вичерпнішої інформації ви­вчають дозову залежність при різних значе­н­нях чин­ників, що впливають на інтенсивність радіобіол. ефекту. Доза, при якій починає проявлятися або досягає певної величини радіобіол. ефект, ви­значає радіочутливість (радіо­стійкість) організму.

Для оцінюва­н­ня радіочутливості використовують тести, най­простішим і найпоширенішим серед яких є смертність організму. Як правило, організми вищого рівня біол. організації мають вищу радіочутливість. Крайніми членами такої систематизації є мікроорганізми (деякі з них здатні вижити при дозах опроміне­н­ня понад 104–105 Гр) і людина (летал. є доза 3–5 Гр). Рослини мають вищу радіо­стійкість, ніж тварини. Невеликі дози І. в. інколи навіть стимулюють їхню жит­тєдіяльність. Сут­тєво впливають на радіочутливість організмів одного виду вік, фізіол. стан, стать, індивід. особливості. Різною може бути радіочутливість окремих органів, тканин і навіть однотип. клітин опроміненого організму, що зумовлено структур. і функціон. особливостями, станом активності на момент опроміне­н­ня і діяльністю систем, які ліквідують по­шкодже­н­ня ДНК.

Дозова залежність радіочутливості, як і прояв більшості ін. радіобіол. тестів, має S-подібну форму, тобто після досягне­н­ня певної порогової величини дози опроміне­н­ня подальше її збільше­н­ня призводить до стрімкого росту інтенсивності прояву ефекту у випадку опроміне­н­ня окремого організму, при опромінен­ні групи однакових організмів — до проявів ефекту майже у всіх обʼєктів. Ефекти з таким характером дозової залежності називають детерміністичними. На від­міну від них, у випадку стохастич. ефектів (генет. наслідки опроміне­н­ня, виникне­н­ня здатності соматич. клітин до некерованого поділу) зі зро­ста­н­ням дози опроміне­н­ня по­ступово збільшується ймовірність прояву стохастич. ефектів у окремого організму або кількість їх проявів у випадку опроміне­н­ня групи однакових організмів (без сут­тєвого впливу на інтенсивність прояву самих ефектів). Важливе практ. значе­н­ня для виріше­н­ня пита­н­ня доцільності широкого за­стосува­н­ня радіаційно небезпеч. технологій і роз­витку атом. енергетики має встановле­н­ня характеру дозової залежності виходу стохастич. ефектів у інтервалі малих доз опроміне­н­ня. Складність полягає у тому, що, на від­міну від біол. дії по­дразлив. чин­ників ін. природи, у випадку І. в. зменше­н­ня дози опроміне­н­ня створює ситуацію, коли не через кожну клітину опромінюваної біол. тканини проходить трек. Нині загально­прийнятою є гіпотеза ліній. залежності виходу стохастич. ефектів від дози опроміне­н­ня.

Пита­н­нями біол. дії І. в. на людину з метою її захисту від опроміне­н­ня і нормува­н­ням до­зволених рівнів впливу за­ймається радіац. гігієна. Мед. радіологія ви­вчає можливості викори­ста­н­ня біол. дії І. в. з лікув. і діагност. цілями, с.-г. радіобіо­логія на основі знань про генет. дію І. в. створює матеріал для селекц. практики і на основі під­бору оптимал. доз опроміне­н­ня вирішує пита­н­ня ефектив. зберіга­н­ня і пере­робки с.-г. продукції.

Літ.: Коггл Дж. Биологические эф­фекты радиации / Пер. с англ. Москва, 1986; Ярмоненко С. П. Радиобиология человека и животных. Москва, 1988; Гродзинський Д. М. Радіобіо­логія: Під­руч. К., 2000.

О. Е. Меленевський

Завантажити статтю