Влияние радиации на клетки организма

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУ ВПО ОрГМА

Кафедра гистологии, цитологии и клеточной эмбриологии

Реферат

Тема:

«Влияние радиации на клетки организма»

Проверил: Ковбык Лариса

Владимировна

Выполнил: Бугаков А.А.

115 группа

Оренбург 2010г.

Введение

Существует два вида радиоактивности: естественная и техногенная. Для техногенных источников радиации опасность облучения выражена гораздо сильнее, чем для естественных. За последние несколько десятилетий человек создал несколько сотен искусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях: в медицине и для создания атомного оружия, для производства энергии и обнаружения пожаров. Все это приводит к увеличению дозы облучения, как отдельных людей, так и населения Земли в целом.

Поэтому становится очень важной защита человека от возрастающего влияния радиации на организм, которое ведет к различным нарушениям физиологических процессов и патологиям.

1. Радиация и организм человека

1.1 Влияние радиации на клетки организма

Все живые существа состоят из клеток - основных строительных «кирпичиков» жизни. Повреждением биологически важных макромолекул далеко не полностью объясняется радиационное поражение клетки. Клетка - слаженная динамическая система биологически важных макромолекул, которые скомпонованы в субклеточных образованьях, выполняющих определенные физиологические функции. Поэтому эффект действия радиации можно понять, только приняв во внимание изменения, происходящие как в самих клеточных органеллах, так и во взаимоотношениях между ними.

Наиболее чувствительными к облучению органеллами клеток организма млекопитающих являются ядро и митохондрии. Повреждения этих структур при малых дозах и проявляются в самые ранние сроки. Так, при облучении митохондрий лимфатических клеток дозой 50 Р. и более наблюдается угнетение процессов окислительного фосфорилирования в ближайшие часы после облучения. При этом обнаруживаются изменения физико-химических свойств нуклеопротеидных комплексов, в результате чего количественно и качественно изменяются ДНК, и разобщается процесс синтеза ДНК - РНК - белок. В ядрах радиочувствительных клеток почти тотчас же после облучения угнетаются энергетические процессы, происходит выброс в цитоплазму ионов натрия и калия, нарушается нормальная функция мембран. Одновременно возможны разрывы хромосом, выявляемые в период клеточного деления, хромосомные аберрации и точковые мутации, в результате которых образуются белки, утратившие свою нормальную биологическую активность. Более выраженной радиочувствительностью, чем ядра, обладают митохондрии.

Эффект воздействия ионизирующей радиации на клетку - результат комплексных взаимосвязанных и взаимообусловленных преобразований. Радиационное поражение клетки осуществляется в три этапа. На первом этапе излучение воздействует на сложные макромолекулярные образования, ионизируя и возбуждая их.

Поглощенная энергия может мигрировать по макромолекулам, реализуясь в слабых местах. В ДНК - хромофорные группы тимина, в липидах - ненасыщенные связи. Указанный этап повреждения может быть назван физической стадией лучевого воздействия на клетку.

Второй этап - химические преобразования. Они соответствуют процессам взаимодействия радикалов белков, нуклеиновых кислот и липидов с водой, кислородом, радикалами воды с биомолекулами и возникновению органических перекисей, вызывающих быстро протекающие реакции окисления, которые приводят к появлению множества измененных молекул. В результате этого начальный эффект многократно усиливается. Радикалы, возникающие в слоях упорядоченно расположенных белковых молекул, взаимодействуют с образованием «сшивок», в результате чего нарушается структура биологических мембран. Повреждение мембран приводит к высвобождению ряда ферментов. В результате повреждения лизосомных мембран наблюдается увеличение активности ДНК-азы, РНК-азы, и ряда других ферментов.

Третий этап - биохимический. Высвободившиеся ферменты путем диффузии достигают любой органеллы клетки и легко проникают в нее благодаря увеличению проницаемости мембран. Под воздействием этих ферментов происходит распад высокомолекулярных компонентов клетки, в том числе нуклеиновых кислот и белков.

Действие ничтожно малых количеств поглощенной энергии оказывается для клетки губительным из-за физического, химического и биохимического усиления радиационного эффекта, и основную роль в развитии этого эффекта играет повреждение надмолекулярных структур, обладающих высокой радиочувствительностью.

1.2 Последствия влияния радиационного излучения на организм

Последствия, которые вызывает воздействие излучения в живых организмах, в частности в человеке, можно классифицировать различными способами, зависящими главным образом от величины полученной дозы. Эти последствия перечислены в следующем порядке:

1. Изменения в соматических клетках, приводящие к возникновению рака;

2. Генетические мутации, оказывающие влияние на будущие поколения;

3. Влияние на зародыш и плод, вследствие облучения матери в период беременности;

4. Смерть непосредственно в момент облучения.

Нужно отметить, что у людей получивших облучение, по прошествии десятилетий начинают развиваться раковые опухоли. Раковая опухоль возникает в тот момент, когда соматическая клетка, выйдя из-под контроля организма, начинает неистово делиться, несмотря на создаваемую угрозу для живого существа в целом. В результате формируется одиночная крупная масса клеток или группа более мелких образований.

На рисунке 1 показаны коэффициенты радиационного риска в организме человека. На нем показано, что большей степенью риска подвержены половые органы (яичники или семенники), красный косный мозг.

Вследствие губительного влияния радиации на клетки (описанного выше) косного мозга у человека начинает развиваться серьезное заболевание - лейкоз.

Лейкоз (лейкемия, белокровие, рак крови) (от греческих слов leukos-белый и haima-кровь)- опухолевое заболевание красного костного мозга, системы крови и кроветворных органов неопластической природы, в основе которого лежит первичная патология родоначальных клеток кроветворения, сопровождающиеся нарушением процессов их пролиферации и дифференциации и возникновением патологических клонов опухолевых клеток. Изменения в одной и более стволовых клетках буквально наводняет организм неполноценными белыми клетками, что собственно и есть лейкоз. Люди, целиком, подвергшиеся облучению умирают от лейкоза примерно через 5-7 лет. Из всех злокачественных заболеваний, вызываемых действием радиации, лейкоз является для нас наиболее изученным, потому что промежуток времени между причиной смерти, его породившей, и развитием клинических симптомов относительно короткий. Связь между облучением организма и возникновением лейкоза хорошо доказана. Частота проявления лейкоза среди выживших жертв атомной бомбардировки зависела от того, на каком расстоянии от взрыва они находились, т.е. от полученной дозы излучения. Хотя именно лейкоз в представлении большинства людей связан с атомной бомбой, по прошествии многих лет стало очевидным, что он не является главной формой рака, вызываемого радиацией. Последующие обследования японцев, выживших после атомной бомбардировки, выявляли у них намного чаще, чем у остального населения рак легкого, молочной железы и, особенно, щитовидной железы. Данные типы раковых заболеваний развиваются гораздо медленнее. В настоящее время на каждый случай радиационного лейкоза приходится приблизительно 3 случая раковых опухолей. Это число продолжает расти и к тому времени, когда не станет людей, переживших атомную бомбардировку Хиросимы и Нагасаки, оно, возможно, станет равным 5.

Лейкозы протекают неравномерно. Различают несколько периодов: начальный, выраженных явлений, ремиссий и рецидивов. В начальной стадии больные чувствуют себя практически здоровыми, и диагноз устанавливается при случайном исследовании крови по поводу сопутствующих заболеваний. В период выраженных явлений все симптомы болезни проявляются в значительной степени, и болезнь начинает быстро прогрессировать.

В результате специфической терапии, а иногда и самопроизвольно наступает период улучшения в состоянии больного или стадия ремиссии. В этот период больной сохраняет трудоспособность.

Обострение всякого лейкоза сопровождается резким ухудшением общего состояния больного, появлением лихорадки, увеличением печени, селезенки и лимфатических узлов, развитием анемии, снижением тромбоцитов.

В период обострений лейкоз нередко переходит в конечную, кахектическую стадию.

Обратим внимание на влияние ионизирующей радиации на половые органы человека. Изменения в клетках организма, приводящие к возникновению рака, и мутации в половых клетках, оказывающие влияние на будущие поколения, являются биологическими последствиями в результате работы на атомных электростанциях. Воздействие радиации на развивающийся зародыш или плод представляет собой особый случай, заслуживающий специального обсуждения, поскольку все усилия надо направлять на его исключение. Возникновение смерти непосредственно в момент излучения связанно с получением огромной дозы радиации. Последнее возникает только в катастрофической ситуации, например при взрыве атомной бомбы или аварии на атомном реакторе.

Если мутация происходит в зародышевой клетке (в сперматозоиде или в яйцеклетке), последствия будут ощутимыми не только для индивидуума, который разовьется из этой клетки, но и в ком-то из будущих поколений. Слияние сперматозоида с яйцеклеткой образует крошечный организм, едва заметный, но несущий нить нашей наследственности. Каждая клетка мужская и женская содержит по 23 одиночные хромосомы. Когда эти две клетки сливаются вместе, 23 одиночные хромосомы отцовской зародышевой клетки попарно объединяются с 23 одиночными хромосомами материнской зародышевой клетки, образуя первую клетку нового человеческого, содержащую уже 23 пары хромосом, т. е. Всего 46 хромосом. (рис.2)

Хромосомы несут в закодированной форме все признаки, которые отличают организм человека от других животных. Они содержат информацию, необходимую для воспроизведения всех особенностей, «имеющихся данном роде». Хромосомы - длинные нитевидные структурные клетки, состоящие из сложного вещества, называемого дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК), представляющей собой очень крупную молекулу. Основу ДНК образуют углеводы и остатки фосфорной кислоты, служащие в качестве скелета для удержания на определенном месте особых молекул, несущих наследственный код. Иногда участки генетического кода могут меняться местами, при этом порядок следования пар азотистых оснований нарушается. В хромосоме происходит дефект, который переходит во все дочерние клетки, получаемые при делении. Когда поврежденный ген или хромосома появятся в сперматозоиде или яйцеклетке, во всех клетках образованного зародыша повторится это повреждение. Если этот эмбрион не погибнет, а со временем вырастет и станет сам родителем, генетический дефект сможет перейти к его детям и проследовать через следующие поколения. Любая клетка, содержащая всевозможные нарушения в хромосомах и генах, называется мутированной клеткой.

Мутация, возникшая в соматической клетке, будет оказывать влияние только на сам индивидуум, причем на протяжении всей его жизни. Мутация, возникшая в половой клетке, называется генетической мутацией и может передаваться последующим поколениям. Радиация может вызывать поломки и изменения в ДНК половых клеток и таким образом увеличить число мутаций по сравнению с тем, что происходит в ходе естественного развития. Мутации, вызванные ионизирующим излучением, не отличаются от естественных мутаций. Радиация не порождает каких-то новых, уникальных или необычных мутаций, а всего лишь увеличивает сферу вредного воздействия, с которой живые организмы так или иначе сталкиваются.

Различные виды мутаций, возникающие естественно и под влиянием радиации, можно подразделить на следующие категории:

1. Одиночные генные мутации;

2. Неправильный набор хромосом, т.е. слишком большое или малое их число или наличие хромосомных аберраций с неправильным присоединением осколков хромосом после их разрыва в момент деления клетки;

3. Частые, но небольшие мутации, подобные тем, что можно наблюдать у плодовых мушек дрозофил и которые нельзя идентифицировать по особым отличительным признакам и наблюдаемым изменениям в хромосомах.

1.3 Неправильный набор хромосом

Генетические последствия могут заключаться в неправильном числе хромосом - их или больше, либо меньше нормы. Болезнь Дауна - наиболее известный пример заболевания, связанного с появлением дополнительной 21 хромосомы. Напротив, некоторые редко встречающиеся формы умственной отсталости происходят вследствие потери всего лишь одной хромосомы.

Люди, страдающие такими тяжелыми болезнями, редко имеют детей и поэтому денные мутации исчезают в популяции с той же частотой, с которой они спонтанно появляются. В отличие от генных мутаций, слишком незначительных по размерам, чтобы их можно было увидеть, некоторые из дефектов хромосом настолько явны, что их можно легко наблюдать при микроскопическом исследовании хромосом. У плода разрыва и перестройки хромосом, происходящие самопроизвольно или в результате облучения, обычно приводят к гибели, но если организм выживает, хромосомные нарушения могут стать причиной грубых физических аномалий или умственной отсталости, или того и другого порока одновременно.

1.4 Восстановление клеток от повреждений генетического аппарата

Задается вполне закономерный вопрос: неужели клетки не могут восстанавливаться самостоятельно? Известно, что успешность восстановления зависит от степени поврежденности всей клетки в целом. В клетках при облучении возникают повреждения двух типов - локальные повреждения хромосом и генерализованное повреждение внехромосомных компонентов. Повреждения обоих типов обратимы, и клетки могут от них восстанавливаться. При этом успешность восстановления клеток от хромосомных повреждений в большей мере зависит от того, насколько глубоко повреждены внехромосомные системы и сможет ли клетка восстановиться в первую очередь от этих повреждений.

Повреждения, приводящие к мутациям, в значительной мере потенциальны, или обратимы. Клетки могут от них восстанавливаться. Клетки обладают системой ферментов, осуществляющих такое восстановление. Потенциальные повреждения не тождественны мутациям: они могут лишь приводить к мутациям. Чтобы потенциальное повреждение привело к мутации, или реализовалось, в клетке должны осуществляться определенные метаболические процессы. Следовательно, путь от первичного потенциального повреждения к мутации - метаболический путь, в котором принимают участие определенные ферменты. Изучение восстановления клеток от потенциальных повреждений направлено на выявление тех механизмов, с помощью которых клетки противостоят неблагоприятным факторам внешней среды и которые, возможно, участвуют в регуляции темпа естественного мутационного процесса. Изучение реализации потенциальных повреждений - это изучение путей и механизмов формирования наследственных изменений - мутаций генов, хромосом, плазмид.

Клетки могут восстановиться от повреждения молекул ДНК. В случае действия ионизирующих излучений - главным образом разрывы одной или обеих цепей ДНК, а при действии разных химических агентов - различные химические изменения молекулы ДНК или ДНК-белкового комплекса.

Еще в 1967 году ученым удалось выделить ферменты, способные воссоединять концы разорванной нити ДНК, т.е. восстанавливать ДНК от одиночных разрывов. Это - уже знакомые нам ферменты лигазы, а также сходные с ними силазы. Эти ферменты «работают» весьма интенсивно - процесс восстановления разорванных концов молекул ДНК начинается сразу после облучения и завершается очень быстро.

Как показали исследования А. И. Газиеват и других ученых, репарация с участками легаз возможна только в том случае, когда фосфордиэфирные связи в молекуле ДНК разрываются с образованием совершенно определенных концевых участков- 5,фосфорильных (5,РО) и 3,гидроксильных (3,ОН).

2. Вещества и элементы, снижающие влияние радиации на организм

Все вещества, способные снизить поражающее действие радиации делятся на две группы. Первая - это вещества, выводящие радионуклиды из организма, вторая - вещества, устраняющие последствия радиационного облучения, способствующие лечению заболевания (радиопротекторы).

Нуклидовыводящие вещества

Некоторые радиоактивные вещества по своему «поведению» напоминают необходимые человеку микро- и макроэлементы, благодаря чему накапливаются в организме, нарушая его физиологическую деятельность. Целый ряд элементов и веществ из продуктов растительного происхождения, способен выводить радионуклиды из организма или снижать их уровень. При этом повышается устойчивость человека к внутреннему облучению.

Кальций. Так в условиях кальциевой недостаточности организм активно усваивает радиоактивный стронций-90, который по своим свойствам и «поведению» в организме напоминает кальций. Соответственно активное потребление продуктов, содержащих кальций и его соединения и витамина D, без которого невозможно усвоение кальция, приведет к вытеснению радиоактивного стронция и выведению его из организма.

Магний, фосфор. Использование в питании продуктов, содержащих магний и фосфор, также значительно снижает всасывание радиоактивного стронция. Эффективным является их комплексное потребление с кальцием.

Калий. Калий способствует выведению радиоактивного цезия-137. Механизм этого процесса сходен с взаимодействием кальций - стронций.

Йод. При попадании в организм радиоактивных изотопов йода, они накапливается в щитовидной железе, вызывая изменения в ее работе. Это влияет на гипофиз, который регулирует иммунные ответы организма. У пострадавших ослабляется иммунитет, повышается степень подверженности эпидемическим заболеваниям. Для предотвращения таких последствий важно употребление йодсодержащих продуктов, йод которых замещает радиоактивный йод в щитовидной железе.

Пектиновые вещества. Исследования, проведенные в последние годы, показали, что пектиновые вещества обладают способностью связывать (или обезвреживать каким-либо другим путем) некоторые радиоактивные вещества, например соединения свинца, цезия и кобальта.

Радиопротекторы

Витамин C. В связи с падением уровня иммунных реакций при поражении щитовидной железы радиоактивным йодом, важно предотвращение заражений вирусными заболеваниями и поддержка и восстановление иммунитета. Данная задача решает употреблением витаминов, решающую роль из которых играет витамин C, необходимый в значительных количествах.

Биофлавоноиды (вещества Р-витаминного действия) способствуют усвоению витамина C в организме. В последнее время было доказано, что отдельным представителям этой группы веществ свойственно противоопухолевое действие. Также флавоноиды защищают организм от поражения ионизирующими излучениями. Кроме того, витамин P уменьшает выраженную симптоматику лучевой болезни - уменьшает проницаемость и ломкость капилляров, их кровоточивость.

Бетаин. Наиболее доступный и эффективный продукт, служащий для профилактики онкологических заболеваний и помогающий выводить из организма радионуклиды и тяжелые металлы - красный краситель бетаин Он обеспечивает противоопухолевые свойства, тормозит рост рака и саркомы. Бетаин содержится только в красной столовой свекле. Еще в 1970 году японскими учеными был разработан и запатентовали препарат для лечения раковых опухалей на основе этого распространенного овоща.

Радиозащитными свойствами также обладают клетчатка (пищевые волокна) и каротин (провитамин A).

3. Растения в противорадиационном питании

Рассмотрим какие растения Томской области содержат вещества, уменьшающие влияние радиации на организм человека и используются медицине и противорадиционном питании.

Шиповник богат разнообразными витаминами и веществами. Он содержит пектиновые вещества, витамин C, биофлавоноиды, каротин. Применяется для комплексного лечения новообразований в качестве дополнительной терапии. Употребляются свежие плоды в любом виде, сухие и молотые, как отвар. В Томской области встречается почти повсеместно: по опушкам лесов на лесных суходольных и пойменных лугах, по берегам рек.

Облепиха. Плоды облепихи содержат уникальный комплекс витаминов, микроэлементов и других биологически активных веществ: витамин C, каротин, пектиновые вещества, биофлавоноиды. В коре облепихи содержится алкалоид серотонин (5-окситриптамин), задерживающий рост злокачественных опухолей. Применяется:

· при лучевом лечении рака пищевода - облепиховое масло внутрь;

· как противолучевое средство - плоды, сок, масло внутрь и наружно;

· в онкологической практике - спиртовые экстракты коры.

В Томской области облепиха в диком виде не встречается и выращивается только на приусадебных участках и в садоводческих товариществах.

Земляника. Плоды земляники лесной содержат йод, соли калия и клетчатку. Возможно использование в свежем виде, как нуклидовыводящее средство, но в больших количествах и при отсутствии аллергических реакций. Земляника растет в разреженных лесах, по опушкам и лесным лугам.

Очень хорошо выводят радионуклиды клюква, брусника и черника.

Брусника богата витамином C, биофлавоноидами, каротином. Используется как общеукрепляющее средство, восстанавливающее иммунитет. Брусника обитает по сосновым борам, а также в темнохвойных, смешанных с березой и осиной лесах. В Томской области встречается массивными зарослями.

Черника. Плоды черники содержат соли калия, флавоноиды, витамин C, содержащийся также и в листьях в большом количестве. Растет по сосновым борам, а также темнохвойным и смешанным, предпочитает более сырые места по сравнению с брусникой.

Красный сладкий перец. Эти овощи богаты витамином C, каротином, кальцием и обладают радиопротекторными свойствами.

Свекла. Корнеплод красной столовой свеклы содержит красный краситель бетаин и значительное число солей калия. Свекла является противолучевым средством. При лечении раковых опухолей свежий сок в большом количестве.

Морковь. Овощ содержит клетчатку и каротин, которым в особенности богаты листья растения. В лечении лучевой болезни и злокачественных опухолей используется так же, как и свекла.

ионизирующая радиация организм клетка растение

Приложения

1.Содержание веществ, снижающих действие радиации

Литература

1.Атомная энергетика - что дальше? под редакцией Ерлыкина Л. А. - Москва, 1989.

2. Кузин А. М. серия Человек и окружающая среда Невидимые лучи вокруг нас - Москва.

3. Петерсон Б.Е. Онкология - Москва, 1980.

4. Чистякова Н. П. Фармакология с рецептурой - Москва, 1968.

5. Шапиро Д. К., Михайловская В. А., Манциводо Н. И Дикорастущие плоды и ягоды - Минск, 1981.

6. Eric J. HALL Радиация и жизнь в переводе Харченко М. И. - Москва.

7. Краткий медицинский энциклопедический словарь.

8. Советский энциклопедический словарь под редакцией Прохорова А. М. - Москва, 1983.

9. Химический энциклопедический словарь под редакцией Кнунянц И. Л. - Москва, 1983.

Размещено на Allbest.ru