Почему ядерное излучение повреждает живые клетки

Как радиация влияет на человека?

Как радиация влияет на человека?

Излучение может исходить либо от внешнего источника, такого как рентгеновский аппарат, либо от внутреннего источника, такого как введенный радиоизотоп. Воздействие радиации на живые ткани осложняется видом радиации и разнообразием тканей. Кроме того, эффекты радиации не всегда легко отделить от других факторов, что иногда затрудняет их изоляцию ученым. Обзор может помочь объяснить не только эффекты радиации, но и мотивы их изучения, которые привели к тому, что большая часть исследований была рассмотрена Консультативным комитетом.

Какое влияние может оказывать ионизирующее излучение на химические связи?

Что такое ДНК?

Какое влияние ионизирующее излучение может оказать на ДНК?

Какие немедленные эффекты ионизирующего излучения могут оказывать на живые клетки?

Какие долгосрочные последствия может иметь радиация?

Воздействие радиации может заключаться не в том, чтобы убить клетку, а в том, чтобы изменить код ее ДНК таким образом, что клетка останется живой, но с ошибкой в ​​схеме ДНК.Эффект от этого мутация будет зависеть от характера ошибки и времени ее считывания. Поскольку это случайный процесс, такие эффекты теперь называются стохастический.[100] Двумя важными стохастическими эффектами радиации являются рак, который возникает в результате мутаций в незародышевых клетках (называемых соматические клетки), а также наследственные изменения, возникающие в результате мутаций в зародышевых клетках (яйцеклетки и сперматозоиды).

Как ионизирующее излучение может вызвать рак?

Рак возникает, если радиация не убивает клетку, а создает ошибку в схеме ДНК, которая способствует возможной потере контроля над клеточным делением, и клетка начинает бесконтрольно делиться. Этот эффект может не проявиться в течение многих лет. Рак, вызванный радиацией, не отличается от рака, вызванного другими причинами, поэтому не существует простого способа измерить уровень заболеваемости раком, вызванным радиацией. В течение периода, изучаемого Консультативным комитетом, были предприняты большие усилия для изучения облученных животных и облученных групп людей с целью разработки более точных оценок риска возникновения рака, вызванного радиацией. Этот вид исследования осложняется многообразием онкологических заболеваний, различающихся по радиочувствительности. Например, костный мозг более чувствителен к радиационно-индуцированному раку, чем клетки кожи.[101]

Необходимы большие дозы радиации для большого числа людей, чтобы вызвать измеримое увеличение числа раковых заболеваний и, таким образом, определить различия в чувствительности различных органов к радиации. Поскольку рак может возникнуть в любое время в течение жизни человека, подвергшегося воздействию, эти исследования могут занять семьдесят или более лет. Например, самым масштабным и наиболее ценным с научной точки зрения эпидемиологическим исследованием воздействия радиации было продолжающееся изучение японцев, переживших атомную бомбардировку. Другие важные исследования включают изучение больших групп людей, подвергшихся радиационному облучению в связи с их родом занятий (например, шахтеры по добыче урана) или в результате лечения.Эти виды исследований более подробно обсуждаются в разделе «Как ученые определяют долгосрочные риски радиации?»

Как ионизирующее излучение может вызывать генетические мутации?

Радиация может изменить ДНК в любой клетке. Повреждение и гибель клеток, возникающие в результате мутаций в соматических клетках, происходят только в организме, в котором произошла мутация, и поэтому называются соматический или же ненаследуемый последствия. Рак является наиболее заметным долгосрочным соматическим эффектом. Напротив, мутации, возникающие в зародышевых клетках (сперматозоиды и яйцеклетки), могут передаваться будущим поколениям и поэтому называются генетический или же наследственный последствия. Генетические эффекты могут проявиться только спустя много поколений. Генетические эффекты радиации были впервые продемонстрированы на плодовых мушках в 1920-х годах. Генетическая мутация из-за радиации не производит видимых чудовищ из научной фантастики; он просто увеличивает частоту одних и тех же мутаций, постоянно и спонтанно происходящих в природе.

Как и рак, генетические эффекты радиации невозможно отличить от мутаций, вызванных другими причинами. На сегодняшний день известно не менее 1300 заболеваний, вызванных мутацией.[102] Некоторые мутации могут быть полезными; случайная мутация является движущей силой эволюции. В течение периода, изучаемого Консультативным комитетом, в научном сообществе велись серьезные споры как о степени, так и о последствиях радиационно-индуцированных мутаций. В отличие от оценок риска рака, которые частично основаны на исследованиях человеческих популяций, оценки наследственного риска основаны большей частью на исследованиях на животных, а также на исследованиях японцев, переживших атомные бомбардировки.

Риск генетической мутации выражается в удвоение дозы: количество радиации, которое вызовет дополнительные мутации, равные по количеству тем, которые уже происходят естественным образом по всем причинам, тем самым удваивая естественную скорость мутаций.

Обычно считается, что частота мутаций линейно зависит от дозы и что не существует порога, ниже которого частота мутаций не будет возрастать. Спонтанная мутация (не связанная с радиацией) происходит естественным образом со скоростью приблизительно от 1/10 000 до 1/1 000 000 клеточных делений на ген, с большими вариациями от одного гена к другому.

Были предприняты попытки оценить вклад ионизирующего излучения в частоту мутаций человека путем изучения потомства как подвергшихся, так и не подвергшихся воздействию японских выживших после атомной бомбардировки. Эти оценки основаны на сравнении частоты различных врожденных дефектов и рака у подвергшихся и не подвергшихся воздействию выживших, а также на прямом подсчете мутаций в небольшом числе генов. Для всех этих конечных точек не наблюдалось превышения среди потомков выживших, подвергшихся воздействию.