Радиация радиации — рознь. Тепло, исходящее от раскаленной плиты, отличается от ультрафиолетового излучения — того самого, которому мы обязаны бронзовым отливом летнего загара.
Но ионизирующая радиация, или, что то же самое, излучение, имеет принципиальные особенности. Самая главная из них заключается в том, что взаимодействие ионизирующего излучения со средой приводит к образованию положительных и отрицательных электрических зарядов.
Теперь представьте, что эта среда — живая клетка. Отсюда уже можно вывести определение сути нашей профессии. Классический биохимик занимается химией «нормальной» живой материи, он исследует химический состав и процессы, происходящие в «нормально» функционирующем живом организме.
Новое научное направление, к которому принадлежим я и мои коллеги,— радиационная биохимия — изучает те изменения, которые, по злу или добру, происходят с обменом веществ в живом организме при действии на него ионизирующих излучений. Один мой хороший знакомый — молодой талантливый физик — так изложил свое понимание радиационной биохимии.
— Все ясно,— начал он уверенным тоном и нарисовал на черной доске (они имеются не только в школьных классах, но и в лабораториях) кружок с извилистой стрелкой — символ заряженной частицы, или кванта энергии. Затем изобразил рядом условную клетку.
Из комбинации двух символов выходило, что квант влетел в клетку и промчался вблизи электронных оболочек одной из ее молекул. Удовлетворенно взглянув на рисунок, очень похожий на те, что дети рисуют мелком на асфальте, мой друг сказал:
— Возникают две возможности. Первая — квант отрывает от электронных оболочек атомов электроны, в результате чего образуются ионы. Вторая возможность — в определенном смысле обратная.
Квант, или заряженная частица, передает электронным оболочкам часть своей энергии. При этом образуются так называемые возбужденные молекулы.
Ионизированные и возбужденные молекулы способны вступать в необычные для клетки химические реакции.
Физик написал на доске: «икс плюс игрек равняется» — и поставил многоточие.
— Вот этим,— кивнул он удовлетворенно на доску,— и занимается твоя радиационная биохимия.
Значит, остается только выяснить, что такое икс, что такое игрек и чему равняется многоточие.
Мой друг все растолковал (шутя, конечно) с позиций физика правильно. К сожалению, из его формулы осталось загадкой, что скрывается за этими неизвестными величинами. Ну, а как на самом деле?
Возьмем конкретный пример из медицинской практики: раковую клетку облучают гамма-лучами. Чтобы разрушить злокачественную опухоль, доза проникающих лучей должна быть достаточно большой.
При этом происходит вот что. Любая клетка для квантов энергии как бы «дырява». Часть квантов при излучении промчится сквозь эти «дыры» между молекулами и атомами и никаких биологических эффектов не вызовет. Но какая-то часть обязательно поглотится. Она-то и поразит раковую клетку. Та часть энергии, которая поглотилась в клетке, немедленно преобразуется в возбужденные и ионизированные атомы и молекулы. В житейском смысле понятие «немедленно» весьма растяжимо. Для некоторых людей оно означает полчаса, для других — сутки. В нашем случае «немедленно» столь крохотный промежуток времени, что его можно только измерить, но никак не представить: это одна тысячная от одной миллиардной доли секунды! При лечении раковых заболеваний облучение продолжается иногда несколько минут, иногда больше. Это означает, что каждый «мгновенно» протекающий процесс повторяется миллиарды раз. Следовательно, миллиарды раз в клетке происходят и молекулярные изменения.
В раковой клетке начинается жестокая война. Чем выше доза облучения, тем сильнее нападающая сторона. При прямом попадании квантов энергии в молекулы жизненно важных веществ многие клетки подвергаются разрушению.
Рядовому солдату картина битвы, развернувшейся на большом участке фронта, никогда не представляется ясной. Своими глазами он видит немногое. События приобретают масштабность лить на картах армий и фронтов. Но на самом себе солдат хорошо чувствует, что значит острие стрелки, нацеленной на штабной карте на его участок обороны.
Первые эшелоны нападающих квантов достигли клеточной оболочки. Она как бы первая оборонительная линия. Оболочка клетки — это мембрана.
Значительная часть ферментов «вмонтирована» именно в нее. Одно из главных последствий радиационного воздействия и заключается в нарушении четко согласованной работы ферментов. Немедленно вступает в силу железная диалектика связи «причина — следствие». Например, изменилось упорядоченное до того расположение ферментов. Следствие: ненормально активизировались некоторые ферменты распада, усилилось разрушение молекул, началось как
бы «самопереваривание» клеток.
Радиационная атака раковой клетки продолжается.
Происходит прямое попадание снаряда в ядро клетки — в молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В отдельных участках молекулы возникают разрывы и повреждения. Все это приводит к задержке деления клетки. Если доза облучения была значительной, то деление в дальнейшем становится вообще невозможным. Если же радиационный удар был недостаточно массированным, в работу вступают «аварийные команды» клетки. Специальные ферменты словно вырезают поврежденные участки ДНК, другие ферменты сшивают поврежденные цепи молекул.
Достаточно мощная радиационная атака, как правило, завершается полным разгромом противника — гибелью раковой клетки. В принципе, такие же биохимические процессы происходят и при облучении здоровой клетки. Однако раковые клетки более чувствительны к действию ионизирующей радиации, чем здоровые. Тонкость в том и заключается: подобрать дозу и направление радиационного удара надо так, чтобы разрушить раковую клетку, но не повредить соседствующую с ней здоровую.
Хорошая теория всегда идет плечом к плечу с хорошей практикой. Ионизирующая радиация прочно вошла в арсенал средств лечения такого грозного заболевания, как рак. Советские онкологи достигли немалых успехов в лечении этой «болезни века».