Biofizica - Radiatii ionizante

ACTIUNEA RADIATIILOR IONIZANTE ASUPRA BIOMOLECULELOR

Compusii biologici sufera transformari sub actiunea radiatiilor ionizante: macromoleculele isi modifica greutatea moleculara, aminoacizii se decarboxileaza, se produc dezaminari in lanturile peptidice care se desfac si se reconsti¬tuie in alta ordine, substantele coloidale se pot coagula, iar enzimele sunt inactivate in cea mai mare masura. De asemenea ionii rezultati din acest proces au posibilitatea de a intra in reactie cu substantele din tesutul iradiat. In acest mod apar substante noi, care perturba procesele fiziologice normale, conducând la alterari din ce in ce mai importante si de regula ireversibile.

In ceea ce priveste ADN-ul, alterarile sunt mai ales la nivelul puntilor de hidrogen care leaga, cele doua lanturi polinucleotidice. In acest fel actiunea radiatiilor se manifesta, si asupra celor trei forme de ARN" (mesager, de transfer si ribozomal) impiedicându-le functiile specifice.
Alterarea etapelor biosintezei ADN-ului duce la nasterea unor cromozomi modificati, care transmit noilor celule caracterele anormale.
In functie de intensitatea schimbarilor produse in cromozomi, (in anumite gene) pot aparea modificari teratogene, se pot stimula procese neoplazice sau o larga gama de mutatii, cu consecinte imediate sau tardive.
Considerând punctul de vedere fiziologic, efectul radiobiologic se manifesta local sau la distanta. Actiunea locala este consecinta interactiunii directe a radiatiilor cu materia vie (macromolecule biologice si apa) si se manifesta, la locul iradierii, in timp ce actiunea la distanta se exprima in organism pe cale neuroumorala.
Efectele nocive nu apar imediat, ci dupa o perioada de latenta, timp in care se produc reactii biochimice complexe care, in final, pot conduce la moartea celulei sau chiar a organismului. Acest timp de latenta poate dura de la câteva secunde, la câtiva ani.




RADIOSENSIBILITATEA Sl RADIOREZISTENTA ORGANISMELOR

Prin radiosensibilitate intelegem aptitudinea celulelor, (tesuturilor organelor si organismului intreg de a raspunde printr-o leziune observabila determinata, dupa iradierea cu o doza de radiatii ionizante. Organismele vii nu prezinta o radiosensibilitate unica si bine determinata, aceasta fiind variabila in functie de constituentii moleculari ai structurilor biologice iradiate, in raport cu tipul de celula, tesut sau organ, cu starea lor fiziologica, si in mod particular cu activitatea de diviziune celulara. Radiorezistenta variaza si in functie de specie, dezvoltarea filogenetica si cea ontogenetica imprimând o variatie a radiosensibilitatii. Radiorezistenta scade la organismele superioare. Animalele adulte sunt mai putin sensibile la radiatii decât embrionii sau larvele.
J. Bergonier si L. Tribondeau (1906) au formulat legea dupa care efectul radiatiilor ionizante asupra celulelor este cu atât mai puternic cu cât ritmul lor mitotic este mai crescut, iar morfologia si functiile lor sunt mai putin definitiv fixate.

VARIATII ALE RADIOSENSIBILITATII IN RAPORT CU MODIFICARILE ARTIFICIALE ALE MEDIULUI
a) — Rolul pH-ului. Variatiile sale spre alcalinitate ar mari, se pare, randamentul radiochimic in special asupra coeziunii anumitor structuri cu lant lung molecular, ca de exemplu, acizii nucleici.
b) — Rolul hidratarii. Cresterea cantitatii de apa in tesuturi mareste probabilitatea mecanismului indirect de interactiune a radiatiilor ionizante. S-a demonstrat ca pentru tesuturile deshidratate trebuie doze mult mai ridicate pentru obtinerea aceleiasi leziuni ca in tesuturile hidratate sau proaspete.
c) — Rolul oxigenului disolvat. Prezenta oxigenului dizolvat mareste randamentul reactiilor radiochimice prin efect indirect.
d) — Rolul temperaturii asupra efectelor radiobiologice. Frigul diminua considerabil radiosensibilitatea si largeste perioada de latenta fie prin scaderea metabolismului, fie prin anoxia pe care o creeaza.
e) — Influenta unor factori chimici asupra efectelor radiobiologice se bazeaza pe combinarea mai rapida a unor substante cu radicalii liberi ce iau nastere, sau blocarea de catre acestea a formarii de radicali. Aceste substante trebuie sa se gaseasca insa in organism in momentul iradierii. Fenomenele descrise fundamenteaza de fapt radioprotectia chimica.
f) — Influenta unor factori biologici. Datorita faptului ca, radio¬sensibilitatea celulara variaza in cursul ciclului mitotic s-a emis ideea ca substantele, care prelungesc sau scurteaza in timp anumite faze ale acestui ciclu, ar putea influenta radiosensibilitatea celulara si chiar a organismului intreg.

VARIATII ALE RADIOSENSIBILITATII IN RAPORT CU PARAMETRII IRADIERII
Raportul intre doza de radiatii si tipul, gradul sau viteza de aparitie a efectelor radiobiologice au fost foarte mult studiate atât experimental cât si in radioterapia clinica.
a) — Relatia doza-efect. Din foarte multe experiente de radiobiologie rezulta o dependenta neta a efectelor radiatiilor ionizante in functie de doza.
Relatia doza-efect poate lua forme exponentiale când o celula este inactivata de o singura ,,lovitura" la tinta” (virusuri, enzime, cea mai mare parte a bacteriilor) sau aspect sigmoidian când sunt necesare mai multe ,,lovituri" la tinta (protozoare, organisme pluricelulare).
b) — Notiunea de prag in radiobiologie. O serie de observatii experimentale si clinice din domeniul radiobiologiei arata ca efectul iradierii apare atunci când doza depaseste o anumita valoare — ,,doza prag".
— Relatia cu prag arata ca efectul radiobiologic depinde de doza numai peste un anumit prag, care este conditionat de factorul de refacere. Se intâlneste in general in toate efectele somatice ale radiatiilor ionizante.
— Relatia fara prag deci factorul de refacere nu joaca nici un rol. Se aplica in efectele genetice ale radiatiilor ionizante.
c) — Influenta timpului de iradiere. Actiunea biologica a radiatiilor ionizante este in functie de doza totala primita de catre tesuturi, doza proportionala cu energia cedata tesutului pe unitatea de timp si pe timpul idierii. Tesutul reactioneaza diferit in cazul etalarii dozei si fractionarii acesteia.
Doza unica necesara obtinerii unui anumit efect radiobiologic este variabila dupa debitul sub care se distribuie.
Administrarea unei doze fractionate este insotita de o reducere a efectelor radiobiologice, ca urmare a proceselor de refacere.
d) — Radiorezistenta câstigata prin iradieri anterioare. Se constata ca radiosensibilitatea tesuturilor scade prin iradieri succesive. Este vorba de o veritabila radiorezistenta câstigata. In cadrul acestei idei se pune problema populatiilor care locuiesc in regiuni unde rocile scoartei contin elemente radioactive sau in care pamântul ascunde zacaminte de minereuri radioactive. In acelasi sens se poate discuta si necesitatea iradierii naturale pentru dezvoltarea unor organisme.


EFECTE SOMATICE ALE RADIATIILOR IONIZANTE

Mecanismele modificarii membranelor biologice consecutive iradierii nu se cunosc pe deplin. Din datele experimentale actuale se presupune ca aceste modificari determina declansarea unor fenomene fiziologice complexe.

Unele date arata ca iradierea creste permeabilitatea pentru apa si electroliti. Exista in acelaisi timp date care sustin ca sistemele de transport nu sunt afectate de iradiere. Se intilnesc modificari ale rezistentei osmotice, care constituie un criteriu important pentru stabilirea starii functionale a mem¬branelor citoplasmice; coeficientul de sedimentare creste, cel de difuziune scade. Iradierea provoaca atât modificarea proceselor active cât si a celor pasive in transportul prin membrane, demonstrate prin prabusirea potentialului de repaus al membranelor celulare, iar pe plan biochimic prin reducerea consumului de oxigen si a producerii de lactat.