Мутагени - це різні фактори, що викликають мутації - зміни в спадкових структурах (генах, хромосомах).
За походженням мутагени класифікують на:
- ендогенні - утворюються в процесі життєдіяльності організму
- екзогенні - всі інші фактори, в тому числі і умови навколишнього середовища.
За природою виникнення мутагени класифікують на:
На людини, як правило, діє комбінація мутагенних чинників.
До фізичних мутагенів належать:
- іонізуюче випромінювання (альфа-, бета-, гамма-, нейтронне, рентгенівське),
- короткохвильове ультрафіолетове випромінювання,
- дію екстремальних температур,
Цей вид мутагенів є найсильнішим.
Дія іонізуючого випромінювання особливо небезпечно, тому що має велику проникаючу здатність. Воно снували на іонізації компонентів цитоплазми клітини (наприклад води) і її ядерного матриксу. В результаті утворюються високоактивні хімічні речовини (іони Н +. ОН -. Вільні радикали), що вступають в хімічні, які різним чином діють на клітинні структури, наприклад викликають розрив ниток ахроматинового веретена поділу, розрив ланцюга ДНК, змінюють азотисті основи, розщеплюють органічні речовини.
Відомі такі механізми мутагенного впливу іонізуючого випромінювання.
1. Безпосередній вплив частинок з високою енергією на ДНК, яке призводить до її розривів: одиночним (під впливом гамма-квантів, рентгенівських променів) або множинних (під впливом альфа-частинок, нейтронного випромінювання). Це універсальний механізм виникнення хромосомних перебудов (мутацій) на всіх стадіях клітинного циклу, але він діє дуже грубо - зазвичай клітини втрачають здатність до нормального розподілу і гинуть. До розривів ДНК призводить і ультрафіолетове опромінення.
2. Опосередковане вплив іонізуючих факторів пов'язано з порушенням структури ферментів, які контролюють реплікацію, репарацію і рекомбінацію ДНК. Цей механізм найбільш ефективно діє в синтетичному періоді інтерфази. При великих дозах мутагенів клітини гинуть. Оскільки ракові клітини діляться безперервно, то опромінення є універсальним засобом придушення розвитку метастазів при онкологічних захворюваннях - безперервно діляться ракові клітини більш уразливі, ніж повільно пролиферирующие або непроліферуючі нормальні клітини. Опосередкований вплив іонізуючих факторів індукує найрізноманітніші генні і хромосомні мутації. При опосередкованому дії іонізуючих факторів їх мутагенний ефект може бути знижений за допомогою спеціальних речовин - радіопротекторів - різних антиоксидантів, що взаємодіють з продуктами іонізації. У той же час, мутагенний ефект може бути посилений, наприклад, висока температура підвищує мутагенний ефект радіації.
Іонізуюча радіація діє неспецифічно. характеризується відсутністю порогової дози і кумулятивним ефектом (здатна накопичуватися в організмі - один і той же ефект буде отриманий як при одноразовому опроміненні дозою 20 рад, так і при впливі чотири рази по 5 рад.), причому мутації можуть проявлятися в наступних поколіннях. Чутливість організмів до дії іонізуючої радіації різна - летальна доза (разова мінімальна, що викликає смертельний результат) для людини - 600 рад або 6 Гр (для миші - 900 рад або 9 Гр; для амеби - 100000 радий або 1000 Гр.).
Радіаційний фон Землі підвищується за рахунок випробувань ядерної зброї; використання ядерних вибухів в мирних цілях; зростання числа АЕС (проблема утилізації радіоактивних відходів); впровадження ізотопних методів в лікування і рентгенодіагностику в медицині, промисловості та сільському господарстві; екстремальних викидів в навколишнє середовище радіоактивних компонентів в результаті катастроф на АЕС, втрати, крадіжки джерел радіації, радіоактивного забруднення зовнішнього середовища в ході терактів.
Відомо, що приблизно 25% від загального числа природних мутацій обумовлено енергією природного фону радіації. Подвоєння енергії радіації в середовищі може істотно вплинути на здоров'я нинішнього і майбутніх поколінь.
Особливості мутагенного дії ультрафіолетових променів. ДНК інтенсивно поглинає жорсткий ультрафіолет з довжиною хвилі ≈ 254 нм. Основним результатом цього процесу є утворення нуклеотидних димарів. два нуклеотиду, розташованих поруч в одного ланцюга ДНК, «замикаються» самі на себе, утворюючи пари «тимін-тимін» або «тимін-цитозин». При реплікації ДНК навпроти такої пари в добудовується ланцюга можуть стати два будь-яких нуклеотиду, тобто принцип комплементарності не виконується. Ультрафіолетове світло - це порівняно м'який мутаген, тому його широко використовують в селекції рослин, опромінюючи проростки, або для отримання штучної засмаги в солярії. Однак, застосовуючи ультрафіолетове випромінювання, потрібно пам'ятати про правильний вибір дози опромінення для запобігання виникнення мутацій.
Особливості мутагенного дії екстремальних температур. Власний мутагенний ефект екстремальних температур не доведений. Передбачалося, що посилення теплового рух атомів в молекулярних структурах має сприяти мутаційного процесу. Було показано, що дуже низькі або дуже високі температури порушують поділ клітин (виникають геномні мутації). Екстремальні температури можуть посилювати дію інших мутагенів, оскільки знижують ферментативну активність репараційних систем. Так підвищення температури навколишнього середовища призводить до збільшення частоти мутацій у дрозофіли, у людей, що палять частіше, ніж у некурящих, спостерігається рак губи.
ЕМП можна характеризувати як однозначно негативний - воно використовується в терапії багатьох захворювань, оскільки прискорює загоєння тканин, має протизапальний ефект. Фізіотерапія - напрямок в медицині з використанням ЕМВ. Багато великих молекули нашого організму полярні, тому в результаті впливу на них непостійного магнітного поля активізуються обмін речовин, ферментні процеси, поліпшується клітинний метаболізм. Це дозволяє застосовувати магнітотерапію при набряках, лікуванні суглобів і для розсмоктування крововиливів. Дія імпульсів постійного струму малої сили на структури головного мозку сприяє більш глибокому і спокійного сну. Такий електросон - важлива частина терапії гіпертонічної хвороби, неврастенії, снохождения і деяких судинних захворювань. При гострих запальних процесах застосовують всім відоме УВЧ - прилад, що генерує електромагнітне поле ультрависокої частоти з короткою довжиною хвилі. Тканини нашого організму поглинають ці хвилі і перетворюють їх в теплову енергію. В результаті прискорюється рух крові і лімфи, тканини звільняються від застою рідини (звичайного при запаленнях), активізуються функції сполучної тканини. Апарат для УВЧ-терапії дозволяє також знімати спазми гладкої мускулатури шлунка, кишечника, жовчного міхура, прискорює відновлення нервової тканини, знижує чутливість кінцевих нервових рецепторів, тобто сприяє обезболиванию. А ще зменшує тонус капілярів і артеріол, знижує артеріальний тиск і знижує частоту серцевих скорочень