Вплив опромінення на живі організми

Іонізуюче випромінення - невидимі оком випромінення високої енергії, що уявляють з себе потоки елементарних часток (електронів, позитронів, мезонів, протонів та нейтронів), а також більш важких багатозарядних іонів (альфа-частки, ядра більш важких елементів, або мають електромагнітну природу (гамма- та рентгенівські промені). Всіх їх обєднує схожість фізичних властивостей та, перш за все - аналогічний характер взаємодії з речовиною. Так, наприклад, кванти гамма- та рентгенівських променів при зустрічі з атомами речовини віддають їм частку своєї енергії, при цьому електрично нейтральний атом речовини перестає існувати перетворюючись у пару протилежно заряджених іонів. Частка або квант високої енергії вибиває один з електронів, що уносить з собою з атома один відємний заряд, тому атом стає позитивно зарядженим, а електрон приєднується до сусіднього атому утворюючи відємний іон.

На початку ХХ століття були спроби використовувати різні фактори зовнішнього середовища для отримання індукованих мутацій. Але на протязі довгого часу всі спроби були марними, почали навіть припускати, що мутації виникають виключно під впливом внутрішніх факторів, повністю автономно і абсолютно незалежно від впливу зовнішнього середовища.

Для спростування цієї хибної думки вирішальними були перші ж успіхи, які нарешті, були отримані у дослідах, спрямованих на отримання індукованих мутацій за допомогою дії різними факторами зовнішнього середовища.

Перші індуковані мутації отримані в 1920 році академіком Надсоном у деяких бактерій та грибів під впливом променевої енергії (Х-проміння, еманція радію). Після проведення дослідів, виявилося, що виникають такі мутації, які різко підвищують життєздатність організму. Але виявлялися і летальні мутації, які призводили до загибелі організму. А отримувати тільки якісь певні, корисні мутації не вдавалось. Характер мутацій був спонтанним і не передбачувальним.

Після дослідів по опроміненню організмів для отримання індукованих мутацій, вчені зацікавилися механізмом дії радіоактивного випромінення.

Спочатку, коли з мутагенних факторів були відомі в основному рентгенівське, або Х-проміння, пропускалося, що зміна будови генів і розриви хромосом викликаються проходженням іонізуючої частинки, в результаті якого в хромосомах виникає іонізація -- електрони вибиваються з одних атомів і приєднуються до інших, що призводить до утворення позитивних і негативних іонів.

В наслідок цього в молекулі ДНК виникають різні перегрупування, які призводять до зміни в будові генів та точковим мутаціям, а у крайніх випадках призводять до поперечних розривів хромосом та появі частинок (фрагментів) хромосом. При такому тлумаченні механізму виникнення мутацій гени розглядалися як мішені, влучення в які викликає появу точкових мутацій та хромосомних аберацій. Прихильники такого тлумачення механізму появи мутацій, відомого під назвою “теорія мішені”, вважали, що мутації завжди катастрофічний процес, який відбувається практично миттєво, і наводили розрахунки ймовірності виникнення мутації головним чином на основі встановлення розмірів “мішені” та дози опромінення іонізуючої радіації, використаної для опромінення організму.

Інші ж дослідники пропонували, як альтернативну “теорії мішені”, гіпотезу вільних радикалів. Згідно цієї гіпотези, вирішальну роль для утворення індукованих мутацій має непряма дія рентгенівського проміння (а також інших форм іонізуючої радіації), викликаючи появу в поживному середовищі (наприклад ґрунті) чи в клітинах живих організмів появу вільних радикалів типу ОН та НО2. Ці вільні радикали можуть взаємодіяти як з молекулами ДНК хромосом, так і з молекулами цитоплазми клітини та молекулами поживного середовища, змінюючи їх. А такі змінені молекули в свою чергу взаємодіють з молекулами ДНК, призводячи до змін в їх будові.

Результати цієї взаємодії значною мірою залежить від того, яким запасом енергії володіють вільні радикали. В тих випадках, коли ця енергія значна, виникають сильні зміни в будові молекул ДНК, призводячи до летальних мутацій чи до розлому хромосом. В тих випадках, коли енергія вільних радикалів незначна, то їх взаємодія з молекулами ДНК призводить до появи видимих точкових мутацій. На користь цій гіпотезі говорить те, що умови при яких проводилося опромінення (температура, наявність чи відсутність вільного кисню тощо), значною мірою впливають на частоту виникнення індукованих мутацій.

Особливо яскраво гіпотезу вільних радикалів підтверджувала поява індукованих мутацій у деяких мікроорганізмів після вирощування їх в поживному середовищі, яке попередньо було піддано опроміненню великими дозами іонізуючої радіації. В цих випадках індуковані мутації могли виникнути тільки під дією вільних радикалів поживного середовища, які виникли під час його опромінення.

На сьогоднішній день найбільш ймовірним є те, що індуковані мутації виникають як в результаті безпосередньої іонізації атомів в молекулі ДНК іонізуючими частинками, так і в результаті взаємодії з молекулами ДНК вільних радикалів, виникаючих під впливом опромінення в ядерному соці, в цитоплазмі клітини и навіть в поживному середовищі. Але все ж у виникненні індукованих мутацій найбільш важливу роль, напевно, відіграють вільні радикали.

Коли було встановлено, що виникнення індукованих мутацій може бути спричинено не тільки рентгенівським промінням, але також і іншими видами іонізуючої радіації (наприклад гамма-проміння, ультрафіолетове проміння), багато вчених-дослідників приступили до порівняльного аналізу і вивченню якісних особливостей індукованих мутацій, виникаючих під впливом різних мутагенних факторів.

Експериментально доведено, що одним з найсильніших мутагенів є радіоактивне опромінення. Вплив радіоактивного проміння на живий організм характеризується дозою опромінення. Поглинутою дозою опромінення називається відношення поглинутої енергії іонізуючого проміння до маси опроміненої речовини. У міжнародній системі одиниць СІ поглинуту дозу радіації виражають у греях. Один грей дорівнює поглинутій дозі опромінення при якій опроміненій речовині масою 1 кг. Передається енергія 1 Дж.

Природний фон радіації (космічне проміння, радіоактивність навколишнього середовища і тіла людини) за рік становить дозу опромінення приблизно 2*10-3 Гр. на людину. Міжнародна комісія у справах радіаційного захисту встановила для тих, хто має справу з випроміненням, гранично допустиму дозу на рік 0,005 Гр. Доза опромінення в 3-10 Гр. смертельна, якщо вона прийнята за короткий час.

Враховуючи згубну для всього живого дію радіоактивного випромінення, під час роботи з джерелом радіації (радіоактивні ізотопи, реактори тощо) потрібно вживати заходів для радіаційного захисту всіх людей, які можуть потрапити в зону дії проміння.

Причини різної чутливості організмів до іонізуючого опромінення досконало ще не вивчено. 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.

Ефект дії радіації залежить також від того, які саме тканини і органи зазнали опромінення. Всі органи і частини тіла теплокровних тварин і людини за своєю радіочутливістю поділяють на окремі групи.

Останніми десятиліттями до природних джерел іонізуючих випромінювань додалися штучні, зумовлені людською діяльністю: дедалі ширше використання джерел іонізуючих випромінювань в медичній практиці для діагностики та терапії; випробування ядерної зброї в різних середовищах Землі; промислові процеси, наукові дослідження із застосуванням методу мічених радіоактивних атомів; атомна енергетика. Використання іонізуючих випромінювань в медицині.

Опромінення в медичних цілях зумовлює істотну складову дози, поглинутої людиною. Опромінення відбувається під час проведення рентгенодіагностики, внаслідок вживання препаратів, до складу яких входять радіоактивні речовини, з метою діагностики, а також у ході радіаційної терапії при онкологічних та деяких інших захворюваннях.

Щорічна середня доза опромінення, повязаного з методами медичного обстеження, становить 0,4...1 мЗв. Наслідки випробувань ядерної зброї.За період з 1945 по 1980 р. здійснено більш як 400 ядерних вибухів в атмосфері. Випробування атомної зброї супроводжуються викидами великої кількості різних радіонуклідів, що виникають внаслідок поділу урану, а також в ядерних реакціях за участю нейтронів. Найбільшу небезпеку для сучасного та наступних поколінь становлять радіоактивні ізотопи, які мають великий період напіврозпаду: 14C, 137Cs, 90 Sr, тритій. За рахунок цих радіонуклідів накопичується основна частка очікуваної дози. Найбільшою техногенно-екологічною катастрофою є аварія на Чорнобильській АЕС. В наслідок цієї катастрофи у навколишнє середовище потрапила величезна кількість радіоактивних речовин. Аварійний викид Чорнобильської АЕС склав понад 50 млн. техногенних радіонуклідів, у звязку з чим у 1991 році додаткову сумарну дозу більше 0.01 Зв отримало понад 8300 осіб. В наслідок їх дії у всіх мешканців Землі в тій чи іншій мірі відбулися не перед бачувальні (можливо навіть згубні) мутації, які вже сьогодні призводять до народження неповноцінних дітей, збільшенню захворювань на рак та інших важких хвороб. Якщо не вжити заходів то подальший вплив радіації може настільки змінити генотип людини (та інших живих організмів), що від попередньої людини “нічого не залишиться” -- вона перетвориться на мутанта. А чи корисно це буде, чи ні сьогодні сказати важко. Тому краще запобігти цьому.