XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение. Гамма-излучение является электромагнитным излучением, которое характеризуется малой длиной волны, способностью ионизировать атомы веществ, высокой проникающей способностью. Источником гамма-излучения является распад радиоактивных ядер, космическое излучение, взрывы атомных бомб и аварии на атомных электростанциях. Известно пагубное воздействие ионизирующего излучения на живые системы, в том числе и на организм человека. Проникая глубоко в тело человека, гамма-кванты способствуют повышению концентрации свободных радикалов в клетках (большая часть которых относится к активным формам кислорода), что увеличивает вредное воздействие окислительного стресса и, как итог, повреждение клеточных структур и гибель клетки.

Цель. Изучить российские источники с целью оценки вклада гамма-излучения в увеличение величины окислительного стресса, а также понимания его роли в этом процессе.

Материалы и методы. Для описания роли и оценки вклада гамма-излучения в увеличение величины окислительного стресса нами была изучена российская и иностранная литература, которая содержит достоверную информацию об этом виде излучения.

Результаты анализа данных литературы. Гамма-излучение – это электромагнитное излучение, имеющее очень малую длину волны (менее 2 10^-10 м). При взаимодействии с веществом способствует образованию положительных либо отрицательных ионов, поэтому является ионизирующим [1]. Представляет собой поток высокоэнергетических фотонов, называемых гамма-квантами.

Причины появления гамма-квантов разнообразны: переход между возбужденными состояниями атомных ядер, ядерные реакции, взаимодействие и распад элементарных частиц (аннигиляция позитрона и электрона, к примеру), отклонение энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях (например, тормозное излучение).

Гамма-излучение характеризуется большой проникающей способностью. Это связано с тем, что фотоны не имеют заряда и не могут быть отклонены в сторону заряженными частицами (что мы и видим при проведении эксперимента, когда гамма-кванты радиоактивного излучения не отклоняются от прямой траектории в магнитном поле, в отличие от α- или β-лучей). То есть, если поток α-частиц может быть задержан листом бумаги, поток β-частиц – металлическим листом толщиной несколько миллиметров, то γ-кванты могут быть остановлены лишь слоем бетона толщиной в несколько метров либо толстым листом тяжелого металла, например, свинца [2].

Для человека опасность гамма-излучения заключается в большой величине проникающей способности и возможности гамма-квантов ионизировать вещество клеток, приводя к образованию свободных радикалов, которые могут повреждать клеточные структуры вплоть до перерождения здоровых клеток в опухолевые либо гибели этих клеток.

Способность к появлению свободных радикалов заключается в механизме взаимодействия гамма-кванта и атомов соединений. При входе в поле атома гамма-квант либо осуществляет передачу своей энергии первому, после чего один из его электронов переходит на более высокий энергетический уровень (такой переход называется возбуждением), либо выбивает электрон с его орбитали, превращая атом в положительно заряженный ион. Образовавшиеся в результате взаимодействия ионы и свободные электроны в процессе взаимодействия между собой и с неповрежденными атомами и молекулами образуют свободные радикалы.

Свободные радикалы – это частицы с неспаренными электронами на внешних атомных или молекулярных орбиталях. Представляют собой реакционноспособные молекулы, которые в зависимости от структуры могут более или менее стабильными. Стабильность выражается в том, могут ли окружающие атом с неспаренным электроном группировки «нормальных» атомов делокализовать его (размазать в пространстве) и оказать пространственные затруднения для вступления этого радикала в реакцию с другими молекулами [3]. Если да, то свободный радикал более стабилен, следовательно, более безопасен для окружающих обычных молекул. Если нет, то стабильность такого радикала снижается, а вслед за ним и его безопасность, что ведет к его стремлению к взаимодействию и стабилизации, результатом чего является появление новых свободных радикалов и исчезновение старых до тех пор, пока не возникнет более стабильный радикал, чья устойчивость будет позволять ему реагировать с окружающими молекулами в меньшей степени.

Свободные радикалы – это нормальное явление в жизни аэробной клетки. Они постоянно продуцируются в процессе клеточного дыхания, метаболизма и фагоцитоза. Большинство из них относятся к активным формам кислорода. Низкие уровни активных форм кислорода участвуют в обновлении состава и поддержании функции мембран, в клеточном делении, внутриклеточной сигнализации, в регуляции клеточных процессов, обуславливают бактерицидное действие в борьбе с бактериальными инфекциями. Высокие уровни активных форм кислорода играют важную роль в развитии патологических процессов: атеросклероза, болезни Альцгеймера, Паркинсона, злокачественных новообразований, некроза тканей.

Активные формы кислорода повреждают молекулы путем перекисного окисления липидов, сшивания белков, окисления тиоловых групп цистеина в составе белков, введения атомов кислорода в структуру азотистых оснований нуклеиновых кислот. В результате повышается проницаемость мембран (как итог нарушается мембранный потенциал клетки, разобщается окислительное фосфорилирование), повреждение лизосом приводит к аутолизу клеток, нарушается микровязкость мембран и активность рецепторов, ферментов и мембранного транспорта, развивается канцерогенез [4, 5].

Фоновая радиация присутствует всегда и малые дозы радиоактивного излучения оказывают стимулирующее влияние на иммунную систему. В местах повышенного радиационного фона, а это места взрывов и испытаний ядерного оружия, аварий атомных электростанций наблюдается увеличение частоты злокачественных новообразований, лучевой болезни и прочих патологических состояний, что связано с истощением антиоксидантных систем клетки, препятствующих действию окислительного стресса.

Вывод. На основе прочитанной литературы сделаем вывод о том, что роль гамма-излучения в окислительном стрессе невелика и то количество гамма-квантов, которое имеется в природе, не способно оказать на человека серьезного влияния по причине малого его количества. Да, роль гамма-излучения возрастает при взрывах атомных бомб, авариях на атомных электростанциях, но в связи с низкой частотой подобных событий, влияние гамма-излучения на организм человека в целом ничтожно мало.

Литература.

Д. П. Гречухин. Гамма-излучение // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия (т. 1—2); Большая Российская энциклопедия (т. 3—5), 1988—1999. — ISBN 5-85270-034-7.

Храмов А.С., Бикчантаев М.М., Хрипунов Д.М. Гамма-спектроскопия: калибровка гамма-спектрометра, сцинтилляционые детекторы. Учебно-методическое пособие для студентов Института физики / А.С.Храмов, М.М. Бикчантаев, Д.М. Хрипунов // Казань: К(П)ФУ, 2014. - 27 с.: ил. 7.

Розанцев Э. Г. Радикалы свободные // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. Н. С. Зефиров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4: Полимерные—Трипсин. — С. 154–157. — 639 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.

Биохимия. - учебник / под ред. Е.С.Северина. – М.: ГЭОТАР. - Мед, 2009. – 768 с.

Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера. -М.: Бином, 2011. - Том 1,2,3.