Віддалені біологічні ефекти; стійке порушення функцій; генетичні мутації, що діють на потомство; соматичні ефекти (рак, лейкоз, скорочення тривалості життя, організм гине).
Пошкодження цитоплазматических структур проявляються в порушенні енергетичного забезпечення клітин і проникності клітинної мембрани, порушенні обміну речовин, цілісності лізосом, що веде до аутолізу, і в кінцевому підсумку до загибелі клітин.
Зміни в ядрі клітини під впливом призводять до пригнічення синтезу ДНК. Виникають однонітевиє і двунітевие розриви, що призводять до хромосомних аберації. З'являються генні мутації. При однониткових розривах і інших незначних пошкодженнях можуть йти репаративні процеси. Пошкодження ядра призводить до синтезу змінених білків, які згодом сприяють утворенню злоякісних пухлин, вторинних радіотоксінов, що викликають променеву хворобу і передчасне старіння. Найбільш небезпечні наслідками пошкодження генома клітини і хромосомного апарату, ве - дущіе до порушення механізму мітозу.
Малі дози ІВ викликають оборотні зміни клітини. Вони проявляються відразу або через кілька хвилин після опромінення і з плином часу зникають. До них відносяться: інгібування нуклеинового обміну, зміни проникності клітинних мембран, затримка мітозів, зміни хроматину ядер і ін.
При великих дозах опромінення в клітинах наступають летальні зміни, що призводять до їх загибелі до вступу в мітоз / інтерфазна загибель / або в момент мітотичного поділу / митотическая репродуктивна загибель /.
Оцінка життєздатності опромінених клітин заснована на визначенні їх спроможності до необмеженого розмноження шляхом утворення колоній, що виникли з одиночних клітин. Клітинна загибель є основою радіаційного пошкодження організму. Інтерфазної загибелі передують зміни проникності ядерної, мітохондріальної та цитоплазматичної мембран. Зміни структури і проникності мембран лізосом призводять до звільнення і активації ДНК-ази, РНК-ази, катепсинов, фосфатази, ферментів гідролізу гликозаминогликанов і ін. Пригноблюється клітинне дихання, спостерігається деградація дезоксирибонуклеїнової комплексу в ядрі. З'являються різні дегенеративні зміни (пикноз ядра, фрагментація хроматину і ін.). Ця форма клітинної загибелі вознікоет після опромінення в десятки і сотні грей. При менших дозах відзначається репродуктивна форма загибелі. Основною причиною репродуктивної загибелі клітин є структурні пошкодження ДНК (хромосомні аберації), що виникли під впливом опромінення. Гинуть всі діляться клітини, все інтенсивно оновлюються тканини (кровотворна, імунна, генеративних, слизова кишечника). Вважається, що радіочутливість ядра вище, ніж цитоплазми. Це і грає вирішальну роль в результаті радіаційного пошкодження клітини. Однак є залежність прояви масштабу ядерних порушень від ступеня опромінення цитоплазми; в реалізації летального клітинного ефекту її роль незаперечна. Загибель клітин веде до спустошення тканин, порушення їх структури і функції.
При побічну дію іонізуючих випромінювань найбільш виражений процес радіолізу (радіаційного руйнування) води, тому що вода становить основу найважливіших структур клітини (80-90%). Саме в воді розчинені білки, нуклеїнові кислоти, ферменти, гормони і інші життєво важливі речовини, які є основними компонентами клітини, яким легко може бути передана енергія, спочатку поглинена водою.
Процес радіолізу води відбувається в три фази: в фізичну - триває 10 -13 ... 10 -16 с; в фазу первинних фізико-хімічних перетворень - 10 -6 ... 10 -9 с; в фазу хімічних реакцій - 10 -5 ... 10 -6 с. Фізична фаза по суті - один з моментів прямої дії іонізуючого випромінювання на молекулярні і біологічні структури клітини.
При взаємодії іонізуючих випромінювань (гамма-кванта, зарядженої частинки) з електронною сферою атомів відбувається воз-буждение і іонізація атомів або молекул речовини, через які випромінювання проходять. При цьому на один акт іонізації припадає від 10 до 100 збуджених атомів, які в процесі рекомбіна-ції випромінюють надлишок енергії у вигляді характеристичного рентген-ського випромінювання.
В фізичну фазу відбувається взаємодія иони-зірующего випромінювання з молекулою води, в результаті чого вибивши-ється електрон із зовнішньої орбіти атома і утворюється позитивно заряджений іон води. «Вирваний» електрон приєднується до нейтральної молекулами-ле води, утворюючи негативний іон води. При ефекті збудження утворюється нейтрально заряджена молекула води з надлишком енергії, привнесеної іонізуючим випромінюванням.
Фізико-хімічні властивості іонізованих та збуджених молекул води будуть відрізнятися від молекул води електрично ній-тральних. Тривалість існування таких молекул дуже коротка; вони розпадаються (дисоціюють), утворюючи високореактівние вільні радикали водню і гідроксилу (Н + і ОН -); насту-Пает друга фаза радіолізу води - фаза первинних фізкабінет-ко-хімічних реакцій.
Гідроксильні радикали (ОН ') - сильні окислювачі, а заради-кал водню (Н') - відновник. Освіта вільних радикалів може йти й іншим шляхом. Вирваний з молекули води під дією випромінювання електрон може приєднатися до позитивно зарядженого іона води з утворенням збудженої молекули. Надлишкова енергія цієї молекули витрачається на її розщеплюючи-ня з утворенням вільних радикалів водню і гідроксилу.
Іонізована молекула води (Н2 О +) може реагувати з дру-гой нейтральній молекулою води (Н2 О), в результаті чого утворює-ся високореактивний радикал гідроксилу (ОН ').
На цьому закінчується фізико-хімічна фаза і розвивається третя фаза дії іонізуючого випромінювання - фаза хі-чеських реакцій.
Маючи дуже високу хімічну активність за рахунок готівкового о-чия неспареного електрона, вільні радикали взаємодіють-ють один з одним або з розчиненими у воді речовинами. Реакції можуть йти такими шляхами:
1. рекомбінація, відновлення води
2. освіту молекул водню
3. освіту молекул води і виділення кисню, який є сильним окислювачем
4. освіту пероксиду водню.
При наявності в середовищі розчиненого кисню О2 можлива ре-акція освіти гидропероксидов. Ця реакція вказує на роль кисню в ушкоджувальний еф-фект іонізуючого випромінювання.
Гідропероксид можуть взаємодіяти між собою, утворюючи пероксиди водню і вищі пероксиди, які мають високу токсичність, але вони дуже швидко розкладаються в організмі ферментом каталази на воду і кисень.
Поява вільних радикалів і їх взаємодія складають етап первинних хімічних реакцій води і розчинених в ній речовин, а у випадках опромінення тварин і рослин - і біологи-чеських молекул.
Взаємодія вільних радикалів з органічними і неорганізованому-ганическое речовинами йде по типу окисно-віднови-них реакцій і становить ефект непрямого (непрямого) дей-наслідком. Величина прямого і непрямого дії в первинних радіо-біологічних ефектах різних систем неоднакова. У читається ну ніяк чистих сухих речовинах переважатиме пряме, а в слаборастворенних - побічна дія радіації. У тварин, по дан-ним А. М. Кузіна, приблизно 45% поглиненої енергії випромінювання діє безпосередньо на молекулярні структури - пряма дія, а решта 55% енергії викликають непряме дію.
Ефект розведення - стан, при якому абсолютна кількість пошкоджених молекул речовин в слабкому розчині не залежить від його концентрації і залишається для даної експозиційної дози посто-янним, так як в цих конкретних умовах в розчині утворюється постійне кількість активованих радикалів. Ефект хіба-дення досить чітко проявляється в дослідах з розчинами і суспензіями Мікромолекули, вірусів, фагів і т. Д. Він свідченням-і про величину побічної дії радіації при променевому повреж-ження цих мікроскопічних структур. Однак ефект розведення не проявляється при опроміненні суспензій перевіваемих клітин і тканин тварин, так як в даному випадку велика частина активних радикалів води поглинається «поверхневими» метаболітами і не доходить до активних макромолекул клітини. Він також не реєструється-ється при опроміненні багатоклітинних організмів.
Кисневий ефект. У розвитку первинних реакцій при опромінення-ченіі біооб'єктів велике значення має концентрація кисло-роду в середовищі. З підвищенням його концентрації в навколишньому середовищі і об'єкті опромінення посилюється ефект променевого ураження, і, навпаки, при зниженні концентрації кисню спостерігається зменшення ступеня променевого ураження. Це явище було назва-но кисневим ефектом. Виразність кисневого ефекту у різних видів випромінювань неоднаковий. Кисневий ефект проявляється у всіх радіобіології -ческіх реакціях ослабленням або посиленням біохімічних изме-нений, мутацій у всіх біологічних об'єктів (рослин і живіт-них) і на всіх рівнях їх організації - молекулярному, субклеточ-ном, клітинному, тканинному.
Кисневий ефект нерідко застосовується при лікуванні біль-них із злоякісними новоутвореннями. Для посилення промені-вого ураження клітин пухлини створюють умови підвищеного со-тримання кисню в ній і одночасно для зменшення радіа-ційного пошкодження здорових клітин забезпечують гипоксическое стан навколишніх тканин.
У ссавців максимальна радіочутливість тканин відзначається при нормальному парціальному тиску кисню (30. 45 гПа). Знижуючи насиченість тканин киснем, можна підвищити резистентність тварини. Підвищення вмісту кисню в навколишньому середовищі і в об'єкті опромінення після променевого впливу позитивно впливає на процеси поста відновлення.
У присутності кисню відбувається значне посилення побічної дії продуктів радіолізу води і нізкомолекуляр-них органічних сполук. Вільні радикали, взаємодій-ству з киснем, утворюють гідропероксид, пероксиди і вис-шие пероксиди, які надають токсичну дію на орга-нізм. Стабілізація радикалів ОН 'в присутності кисню уве-лічівает ймовірність утворення активних вільних радикалів органічних речовин, які присутні в опромінюється середовищі. Утворилися вільні радикали орга-нічних речовин в присутності кисню реагуватимуть з ним, утворюючи ПЕРОКСИДНОГО радикал (КОО '), який, в свою чергу, реа-Гіру з будь-яким органічним речовиною або молекулами води, іні-ціірует ланцюгову реакцію утворення активних вільних ради- радикалів і гідропероксидів, що надають токсичну дію на клітину. Наявність кисню в опромінюється середовищі посилює також пряму дію радіації. При попаданні гамма-кванта в молекулу орга-ного речовини, так само як і у випадку з водою, утворюються ак-тивні радикали в результаті іонізації і збудження молекул. Ці радикали, взаємодіючи з киснем, утворюють гідропії-роксіди і пероксиди, які призводять до глибокої зміни молекул. Крім того, ліпіди біомембран під дією іонізуючого випромінювання в присутності кисню утворюють пероксиди та продук-ти їх розпаду (малоновий альдегід та ін.). Таким чином, в кисло-рідному середовищі утворюється більше токсичних речовин; їх концент-рація вище, ніж пояснює кисневий ефект.
Існує цілий ряд гіпотез, що відбивають переважно непряме дію іонізуючого випромінювання здійснюватиме, т. Е. Якісну сторону виникнення та розвитку послелучевих процесів в орга-низме.