Всі види іонізуючих випромінювань володіють біологічною дією, тобто викликають зміни в клітках, тканинах, органах і організмі в цілому, з яким дослідники зіткнулися незабаром після відкриття рентгенівського проміння. Вже через декілька місяців після повідомлення Вільгельма Конрада Рентгена вітчизняний фізіолог І. Р. Тарханов показав, що це проміння робить значний вплив на нервову систему і статеві клітки жаби. Ушкоджувальну дію випромінювання радію на шкіру випробував на собі Анрі Беккерель. Він узяв у Пьера Кюрі для демонстрації в Паризькій Академії наук ампулу з сіллю радію, поклав в кишеню жилета і проходив з нею декілька годин. Незабаром на шкірі під тим місцем, де лежала ампула, з'явилися гіперемія і свербіння, а ще через декілька днів утворилася довго незаживаюча язва. Після цього почалося широке вивчення дії іонізуючою

радіації на живі організми. З'явилася нова галузь науки — радіобіологія. У її розвиток великий внесок внесли вітчизняні дослідники М. О. Жуковській, Е. З. Лондон, А. І. Поспелов, Н. Н. Ісаченко, Д. Ф. Решитілло і багато інших.

Досягнення сучасної науки у області фізики, хімії, радіобіології дали можливість, хоча і не повністю, розкрити суть поразки живих організмів радіацією.

Проникаюче випромінювання діє у принципі однаково — свою енергію воно віддає атомам речовини, викликаючи їх збудження і іонізацію. В процесі цих перетворень спочатку на рівні атомів і молекул, а потім на клітинному і зрештою у всьому організмі виникають різні зміни. Іонізації атома або молекули, що утворюються в результаті, іони, що володіють хак позитивним, так і негативним зарядом, а також підвищеною хімічною активністю, взаємодіють з нейтральними молекулами. Збуджений атом має велику в порівнянні з початковим рівнем енергію, а отже, і вищу хімічну активність. Процеси іонізації і збудження атомів або крупних, біологічно активніших молекул опроміненої тканини є первинним фізичним процесом, що обумовлює пусковий механізм біологічної дії іонізуючого випромінювання, яке називають прямою дією. При цьому відбувається розрив молекулярних зв'язків з утворенням активних продуктів розщеплювання, т. е. вільних радикалів.

Враховуючи, що 65—70% маси тіла складає вода, а в плазмі крові її міститься до;95%; цілком природно, що основна дія іонізуючого випромінювання направлена на молекули води, які в результаті іонізації руйнуються. Унаслідок радіо-ліза відбувається утворення вільних радикалів Н, ВІН, НО2, а потім — перекиси водню (Н2О2). Вільні радикали окисляють або відновлюють молекули органічних речовин, розчинних у воді: білків, нуклеопротєїдов, ліпідів, ферментів і ін. Разом з водними радикалами, хоча і у меншій мірі, в опроміненому організмі активно діють органічні радикали. Таким чином, зміна молекули, безпосередньо не поглинаю щів енергію іонізуючого випромінювання, а одержуючої її від інших змінених молекул, представляє механізм непрямою, або непрямого, дії. Унаслідок подальших біохімічних перетворень утворюються аномальні, чужорідні для організму, біологічно активні речовини, що порушують циклічність обмінних процесів і вражаючі в тому або іншому ступені клітки, тканини, органи і, нарешті, всі регулюючі системи організму. На відміну від прямого непряма дія випромінювання не викликає таких грубих змін в тканинах, проте воно розповсюджується на значне число молекул, за об'ємом тканин перевишающєє площі полів опромінювання. Крім того, ці процеси часто обратіми.

Молекули, що з'єднуються з органічними і водними радикалами, захищають інші молекули від «нападу» (окислення-відновлення) радикалів, що встановлене в основу захисної дії багатьох радіопротекторів.

Однією з основних властивостей водних і органічних радикалів є їх тропность до атомів кисню. Виражена здатність радикалів з'єднуватися з атомами кисню використовується в радіобіології для отримання зворотного, тобто кисневого, ефекту. В умовах кисневого голодування опромінюваних тканин або при пониженні його парціального тиску в тканинах дія іонізуючого випромінювання ослабляється. Це і є кисневий ефект, який виявляється лише в процесі опромінювання. Насичення тканин киснем в період після опромінювання сприяє швидшому відновленню кліток і не підвищує їх радіочутливості.

Крім впливу кисню інтенсивність дії іонізуючої радіації пов'язана і з іншими фізичними чинниками. До них відносяться доза і потужність дози іонізуючого випромінювання, зростання яких підвищує біологічний ефект, якість різних видів випромінювання. Останнє визначається кількістю пар іонів, що виникають на шляху іонізуючого випромінювання, тобто лінійною втратою енергії на одиницю шляху пробігу. Отже, від якості випромінювання залежить не тільки кількість поглиненої енергії, але і її розподіл в тканинах.

Дія випромінювань на клітки. Іонізуюче випромінювання при загальному опромінюванні в різному ступені вражає всі тканини організму і при достатній дозі опромінювання физико-хімічні реакції реєструються у всіх клітках. Патологічні зрушення виникають тільки в частині кліток, інші реагують на променеву дію нормальною фізіологічною реакцією.

Суть радіаційного ураження клітки полягає в розриві молекул клітинних білків, руйнуванні клітинних структур, дезорганізації внутріклітинних біохімічних і обмінних процесів, порушенні проникності внутріклітинних мембран, гальмуванні синтезу білків і ферментів. Реакція на проникаючу радіацію як одиниці клітинної популяції, так і окремої біологічної одиниці залежить не тільки від радіационно-химі-чеськіх пошкоджень, але і від умов її існування після опромінювання: інтенсивності обміну речовин, змісту кисню, води, термічної характеристики, які значно впливають на реактивність клітки, її виживає.

Важлива роль в організмі відводиться ензимам, що беруть участь в обміні речовин клітки і синтезі більшості метаболітов. Регулює синтез білка і ензимів рібонуклєїновая кислота (РНК). Синтез же РНК здійснюється молекулами дезокс і рібонуклєїнової кислоти (ДНК). Іонізуюче випромінювання діє на багатомолекулярні ядерні структури ДНК. Розриви бувають одиничні, при