Механизм ионизирующего излучения

В радиобиологии и на сегодняшний день остается немало парадоксальных и нерешенных проблем. Например, радиобиологический парадокс воздействия низких и сверхнизких доз ЭМИ и γ-излучений, механизм стимулирующего действия природного радиационного фона, невыясненная причина возникновения асимметрии живой природы, парадокс «оживляющего» действия вторичного биогенного излучения и др. Космическая радиобиология добавила к этим парадоксам новые [22]. Среди них — вспышки в глазах космонавтов, механизм возникновения которых далек от ясности и в наши дни; неожиданное возрастание остроты зрения космонавтов на два порядка, наблюдаемые в ряде случаев [11]; загадочный механизм появления космофизических макрофлуктуаций в различных системах; эффекты локального аномального воздействия космических излучений на выживаемость и мутагенез биообъектов [5]. Есть основания предполагать, что все упомянутые парадоксы связаны с проявлением единого общего механизма, прежде всего объединяющего механизмы их слабых воздействий.

Материалы и методы: Объектами исследования служили бактериофаг Т4Вг+, семена томатов Lycopersicon esculentum Mill, конские бобы Vicia faba, самцы белых беспородных мышей. После выращивания бактериофага Т4Вг+ (БФ) на E. coli B в полноценных и синтетических питательных средах образцы БФ облучали параллельно на ускорителе и на γ-установке в стеклянных ампулах (109 — 1010 фагочастиц/мл) с толщиной стенок 1 мм и объемом 0,5 мл, а также в герметических ампулах-пробирках из оргстекла. Определение выживаемости БФ проводили методом агаровых слоев в модификации Раутенштейна с индикаторным штаммом E. coli B. Процент выживаемости подсчитывали по отношению числа выживших фагочастиц, подвергшихся облучеию, к числу исходных частиц в контроле. Высушенная в эксикаторе пластина (30% желатины + глицерин) с БФ и с 5% лактозой для лучшего сохранения выживаемости БФ использовалась для генетико-биохимических и биофизических исследований.

Результаты исследований и их обсуждение: В работе рассматривается воздействие светового (фотонного) и ионизирующего излучений на рецепторные молекулы родопсина с характерным размером 60Å. Структура фоторецепторных мембран наружного сегмента палочек позвоночных содержит порядка 108 — 109 молекул зрительного пигмента на сегмент и имеетвысокое его содержание в палочках сетчатки глаза (~ 85% от общего количества мембранного белка). На фрагментах фоторецепторных мембран показано, что первичные механизмы поглощения световой энергии связаны с фотоизомеризацией ретинальной компоненты родопсина из цис- в более стабильную транс-форму. Процесс сопровождался изменением конформации ретиналя и его отделением от белка опсина, а также увеличением проницаемости цитоплазматических мембран наружного сегмента палочек сетчатки для ионов Na+ [13]. Конформационные изменения белковой части родопсина сопровождались уменьшением Na+-проводимости цитоплазматических мембран. Медиатором в акте фоторецепции является цГМФ, а ионы Са+2 определяют процессы адаптации. Фосфорилирование особых белков, регулирующих проводимость Na+-каналов, зависело от циклических нуклеотидов [13]. Деполяризация мембраны в рецепторной клетке приводит к возникновению рецепторного потенциала. В окончании нейрона возникает генераторный потенциал, который при значительной величине запускает потенциал действия, ответ на энергию фотона или поляризованного света.

Анализ экспериментальных данных показывает, что отношение стимулов w1/w2 для систем различного уровня организации (от клеточного до популяционного) равно 104 (очень редко, в порядке исключения, (104)2 или (104)1/2) [6,7].

Проведенные эксперименты в космосе, высокогорье, на ускорителе и в земных условиях позволили нам связать ЛРФ с тяжелыми заряженными частицами (ТЗЧ) и АВЭ. Различие по выживаемости и генетическому действию ТЗЧ и АВЭ выявляются как на макро, так и на микро биологических уровнях. Макролокальные, крупные (очаговые) нарушения тканевых структур организмов, проявляющиеся как морфологические изменения и расплавление тканей, связывают с действием сверхжестких АВЭ космоса, регистрируемых исследователями с низкой частотой [17]. Так, на рисунке 2А представлен макролокальный эффект ЛРФ, появляющийся при действии вторичного излучения адронов (ядерных частиц) Серпуховского протонного ускорителя как модели излучения АВЭ космического пространства. ЛРФ проявлялся в виде очень низкой общей выживаемости бактериофага в двух ампулах, которая составила 0 и 102 фагочастиц/мл (при общей выживаемости в среднем 109 фагочастиц при общей средней дозе облучения 375 Гр). Рассчитанный общий эффект по совокупности всех остальных ампул должен быть равен < 10% выживаемости, тогда как в действительности в этих 2-х точках выживаемость составляла < 10-10% (различие по выживаемости в 109 раза). По перерасчетным дозам величина относительной биологической эффективности (ОБЭ) составляла > 25. В контрольном варианте при действии γ-лучей, для которых характерны в основном электромагнитные взаимодействия (рис. 2Б), выживаемость составляла 2.108 фагочастиц/мл, и подобных выбросных точек, наблюдаемых в опытном блоке ампул, никогда не наблюдалось. Отклонения выживаемости (и мутаций) бактериофага в пределах одного опыта были таковы, будто дозы облучения отдельных экспериментальных групп неожиданно изменялись в сторону повышения в 5-10 раз и более, несмотря на то, что для опытных ампул соблюдались идентичные условия облучения и были исключены возможные влияния магнитного поля, мощности дозы в отдельных экспериментальных точках. При облучении частиц в буфере отклонения достигали 7 порядков при дозе 400 Гр и 4 порядков — при дозе 800 Гр, в бульоне — 5 порядков при дозе 1200 Гр. Эти эффекты оказались незамеченными применявшимися приборами для измерения дозы излучения, которая имела неравномерное локальное распределение, но максимально отличалась в пределах одного биоблока всего в 2 раза (рис. 3). Таким образом, в отличие от γ-облучения, биологический эффект АВЭ не зависел от дозы их излучения, как в других экспериментах, проведенных на различных космических станциях и спутниках, при изучении влияния космического излучения на выход мутаций у хлореллы и Crepis capillaris [1].

А Б

Рис. 2. Локальная выживаемость бактериофага в биоблоке при воздействии излучения ускорителя. А — в опытном биоблоке, средняя доза излучения 375 Гр, Б — контрольном биоблоке при действии γ-лучей, доза 460 Гр. Указан показатель степени количества выживших фагочастиц в 1 мл. Исходная концентрация бактериофага 5×1010 /мл.

Рис. 3. Распределение локальных доз вторичного излучения от протонов 70 Гэв для биоблоков по данным термолюминесцентных и активационных детекторов, размещающихся в каждой клетке биоблока; локальные дозы находились в пределах от 250 до 500 Гр.

Обозначения: 1 — первичное сильное взаимодействие; 2 — узкий пучок вторичных заряженных ядерных частиц; 3 — след многозарядного фрагмента (ТЗЧ); 4,7 — вторичные сильные взаимодействия вторичных адронов; 5 — след ТЗЧ, рожденных вторичным взаимодействием; 6,8 — узкие пучки ядерных частиц, генерированных адронами пучка вторичных частиц. Проявления в виде вспышек: А — ярких, малых, Б — диффузионного «облака»; В — двойное «облако», Г — полосы типа «снега» при окончательном распаде каскада на γ-кванты, электроны, нейтроны и другие вторичные частицы.

Заключение: В работе приводятся результаты исследований по воздействию ФФКП на биологические объекты. Основным ФФКП является ионизирующая радиация, сопровождающая γ-излучение, действие ТЗЧ и АВЭ, и приводящая к ионизации молекул и атомов, образованию свободных радикалов, активных форм кислорода, гидроперекисей и различных токсинов. Предлагаются эффективные мембранотропные средства защиты, обладающие антиоксидантным действием и стимулирующие синтез АТФ, испытанные на лабораторных беспородных мышах. Предложен новый механизм и модель возникновения вспышек в глазах космонавтов (и объяснения других парадоксальных явлений) на основе действия на глаз космонавтов ионизирующего космического излучения АВЭ и ТЗЧ и высокоэффективного низкоинтенсивного поляризованного света, исходящего от атмосферы Земли.

Низкоинтенсивное РИ, исходящее из центра Вселенной, может благотворно воздействовать на живые организмы своими двумя составляющими: поляризованной и неполяризованной, поскольку являлось, по всей вероятности, мощным эволюционным фактором зарождения, адаптации и развития жизни на Земле.

1. Акоев И.Г., Дубинин Н.П., Юров С.С., Ваулина Э.Н., Костина Л.Н., Ваулин Е.П. // Успехи космической биофизики. Пущино. 1978. С. 6-21.

3. Даровских С.Н., Рассохин А.Г., Кузнецов М.Е. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2005. № 6. С. 40-46.

5. Дмитриевский И.М. // Сб.: «Стратегия и тактика жизни в условиях планетарного экологического кризиса» в 3 тт. С-Пб. Изд. Гуманистика. 2002. Т. 1. С. 174-183.

7. Жвирблис В.Е. // Космофизические источники асимметрии живых систем. Принципы симметрии и систематики в химии. Под ред. Степанова Н.Ф. Изд. МГУ. М. 1987. С. 87-106.

9. Кожокару А.Ф. // Автореф. дисс. на соискание уч. степ. докт. физ.-мат. наук. Направленная модификация структурно-функционального состояния мембран с целью изменения устойчивости клеток и организма к факторам окружающей среды. М., 1992. 88 с.

11. Лазарев А.В., Николаев А.Г., Хрунов Е.В. // Оптические исследования в космосе. Гидрометеоиздат. Ленинград. 1983. С. 121-123.

13. Фесенко Е.Е. Первичные процессы рецепции запаха и света. Автореф. дисс. на соискание уч. степ. докт.биол.наук. Пущино. 1980. 48 с.

15. Шноль С.Э., Коломбет В.А. и др. УФН. 1998. Т. 168. № 10. С. 1129-1140.

17. Юров С.С., Ливанова И.А., Смирнова Е.Н. и др. // Успехи космической биофизики. Пущино. 1978. С. 38-44.

19. Akoev, I.G., Yurov S.S., Akoev V.I. // Adv. Space Res. 1981. Vol. 1. Р. 75-81.

21. Fasio, G.G., Jolley I. V., W.N Charman. // Nature. 1970. Vol. 228. P. 260-261.

Источник

Рейтинг
Ufactor
Добавить комментарий