Физические факторы мутагенеза

Мутагены – это различные факторы, вызывающие мутации - изменения в наследственных структурах (генах, хромосомах).

По происхождению мутагены классифицируют на:

- эндогенные - образующиеся в процессе жизнедеятельности организма

- экзогенные - все прочие факторы, в том числе и условия окружающей среды.

По природе возникновения мутагены классифицируют на:

• физические,
• химические
• биологические:

На человека, как правило, действует комбинация мутагенных факторов.

К физическим мутагенам относятся:

- ионизирующее излучение (альфа-, бета-, гамма-, нейтронное, рентгеновское),

- коротковолновое ультрафиолетовое излучение,

- СВЧ-излучение,

- электромагнитных полей, источниками которых, в том числе, являются и бытовые приборы (компьютеры, мобильные телефоны и т.д.).

- действие экстремальных температур,

- вибрация

- высокое давление

Этот вид мутагенов является самым сильным.

Действие ионизирующего излучения особенно опасно, т.к. обладает большой проникающей способностью. Оно сновано на ионизации компонентов цитоплазмы клетки (например воды) и ее ядерного матрикса. В результате образуются высокоактивные химические вещества (ионы Н⁺, ОН^-, свободные радикалы), вступающие в химические, которые различным образом действуют на клеточные структуры, например вызывают разрыв нитей ахроматинового веретена деления, разрыв цепи ДНК, изменяют азотистые основания, расщепляют органические вещества.

Известны следующие механизмы мутагенного воздействия ионизирующего излучения.

1. Непосредственное воздействие частиц с высокой энергией на ДНК, которое приводит к ее разрывам: одиночным (под воздействием гамма-квантов, рентгеновских лучей) или множественных (под воздействием альфа-частиц, нейтронного излучения). Это универсальный механизм возникновения хромосомных перестроек (мутаций) на всех стадиях клеточного цикла, но он действует очень грубо – обычно клетки теряют способность к нормальному делению и погибают. К разрывам ДНК приводит и ультрафиолетовое облучение.

2. Опосредованное воздействие ионизирующих факторов связано с нарушением структуры ферментов, контролирующих репликацию, репарацию и рекомбинацию ДНК. Этот механизм наиболее эффективно действует в синтетическом периоде интерфазы. При больших дозах мутагенов клетки погибают. Поскольку раковые клетки делятся непрерывно, то облучение является универсальным средством подавления развития метастазов при онкологических заболеваниях – непрерывно делящиеся раковые клетки более уязвимы, чем медленно пролиферирующие или непролиферирующие нормальные клетки. Опосредованное воздействие ионизирующих факторов индуцирует самые разнообразные генные и хромосомные мутации. При опосредованном действии ионизирующих факторов их мутагенный эффект может быть снижен с помощью специальных веществ – радиопротекторов - различных антиоксидантов, взаимодействующих с продуктами ионизации. В то же время, мутагенный эффект может быть усилен, например, высокая температура повышает мутагенный эффект радиации.

Ионизирующая радиация действует неспецифически, характеризуется отсутствием пороговой дозы и кумулятивным эффектом (способна накапливаться в организме - один и тот же эффект будет получен как при однократном облучении дозой 20 рад, так и при воздействии четыре раза по 5 рад.), причем мутации могут проявляться в последующих поколениях. Чувствительность организмов к действию ионизирующей радиации разная - летальная доза (разовая минимальная, вызывающая смертельный исход) для человека – 600 рад или 6 Гр (для мыши – 900 рад или 9 Гр; для амебы – 100000 рад или 1000 Гр.).

Радиационный фон Земли повышается за счет испытаний ядерного оружия; использования ядерных взрывов в мирных целях; роста числа АЭС (проблема утилизации радиоактивных отходов); внедрения изотопных методов в лечение и рентгенодиагностику в медицине, промышленности и сельском хозяйстве; экстремальных выбросов во внешнюю среду радиоактивных компонентов в результате катастроф на АЭС, утери, кражи источников радиации, радиоактивного загрязнения внешней среды в ходе терактов.

Известно, что примерно 25% от общего числа естественных мутаций обусловлено энергией естественного фона радиации. Удвоение энергии радиации в среде может существенно повлиять на здоровье нынешнего и будущих поколений.

Особенности мутагенного действия ультрафиолетовых лучей. ДНК интенсивно поглощает жесткий ультрафиолет с длиной волны ≈ 254 нм. Основным результатом этого процесса является образование нуклеотидных димеров: два нуклеотида, расположенных рядом в одной цепи ДНК, «замыкаются» сами на себя, образуя пары «тимин–тимин» или «тимин–цитозин». При репликации ДНК напротив такой пары в достраивающейся цепи могут стать два любых нуклеотида, т.е. принцип комплементарности не выполняется. Ультрафиолетовый свет – это сравнительно мягкий мутаген, поэтому его широко используют в селекции растений, облучая проростки, или для получения искусственного загара в солярии. Однако, применяя ультрафиолетовое излучение, нужно помнить о правильном выборе дозы облучения для предотвращения возникновения мутаций.

Особенности мутагенного действия экстремальных температур. Собственный мутагенный эффект экстремальных температур не доказан. Предполагалось, что усиление теплового движение атомов в молекулярных структурах должно способствовать мутационному процессу. Было показано, что очень низкие или очень высокие температуры нарушают деление клетки (возникают геномные мутации). Экстремальные температуры могут усиливать действие других мутагенов, поскольку снижают ферментативную активность репарационных систем. Так повышение температуры окружающей среды приводит к увеличению частоты мутаций у дрозофилы, у курящих людей чаще, чем у некурящих, наблюдается рак губы.

Электромагнитные излучения,даже очень слабые, тоже обладают мутагенным действием. Источниками ЭМИ являются компьютеры и мобильные телефоны, телевизор, микроволновая печь, электронные часы и др. Эти приборы формируют «электромагнитный смог», он превышает фоновые показатели в 10-20 раз. Причем чем выше мощность прибора, тем агрессивнее поле. Наиболее мощное у СВЧ-печей, холодильников с системой «без инея», электроплит и мобильных телефонов. Сравнительно безвредным считается низкочастотное переменное поле, распространяющееся от электросети. Дейтвие ЭМИ может быть причиной функциональных расстройств ЦНС (субьективные ощущения – повышенная утомляемость, сонливость или нарушение сна, головные боли). При систематическом облучении возможны стойкие нервно-психические расстройства, нарушения работы сердца (замедление пульса), изменение АД, изменение гормонального фона (снижение продукции тиреотропного гормона, влияющего на работу щитовидной железы и скорость обменных процессов), снижение иммунитета и ускоренное старение организма.

Исследование действия сотовых телефонов на здоровье человека началось в 1999 г. Доказано, что излучение от них повышает риск развития рака мозга, глаз, слюнных желез, яичка (при ношении телефона на поясе брюк), провоцирует лимфомы и лейкемии. Дети, подростки и молодежь являются наиболее уязвимыми, поскольку их организм еще формируется и эти возрастные группы наиболее часто пользуются мобильным телефоном. Помимо онкологических заболеваний ношение мобильного телефона на поясе может привести к уменьшению плотности костей и развитию остеопороза.

ЭМП нельзя характеризовать как однозначно негативное – оно используется в терапии многих заболеваний, поскольку ускоряет заживление тканей, имеет противовоспалительный эффект. Физиотерапия – направление в медицине с использованием ЭМИ. Многие крупные молекулы нашего организма полярны, поэтому в результате воздействия на них непостоянного магнитного поля активизируются обмен веществ, ферментные процессы, улучшается клеточный метаболизм. Это позволяет применять магнитотерапию при отёках, лечении суставов и для рассасывания кровоизлияний. Действие импульсов постоянного тока малой силы на структуры головного мозга способствует более глубокому и спокойному сну. Такой электросон – важная часть терапии гипертонической болезни, неврастении, снохождения и некоторых сосудистых заболеваний. При острых воспалительных процессах применяют всем известное УВЧ – прибор, генерирующий электромагнитное поле ультравысокой частоты с короткой длиной волны. Ткани нашего организма поглощают эти волны и преобразуют их в тепловую энергию. В результате ускоряется движение крови и лимфы, ткани освобождаются от застоя жидкости (обычного при воспалениях), активизируются функции соединительной ткани. Аппарат для УВЧ-терапии позволяет также снимать спазмы гладкой мускулатуры желудка, кишечника, желчного пузыря, ускоряет восстановление нервной ткани, понижает чувствительность концевых нервных рецепторов, то есть способствует обезболиванию. А ещё уменьшает тонус капилляров и артериол, понижает артериальное давление и снижает частоту сердечных сокращений