Ионизирующие излучения обладают очень высокой биологической активностью. Они способны вызывать ионизацию любых химических соединений биосубстратов, образование активных радикалов и этим индуцировать длительно протекающие реакции в живых тканях. Поэтому результатом биологического действия радиации является, как правило, нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях животного.

Механизм биологического действия ионизирующих излучений на животный организм очень сложный и пока еще до конца не выяснен. Однако результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том, что у разных видов излучений он в основном одинаковый, начиная от исходных актов поглощения и переноса энергии излучения через первичные радиационно-химические, биохимические процессы и кончая физиологическими и морфологическими изменениями в облученном организме.

Особенностями биологического действия радиации являются: во-первых, то, что у животных отсутствуют специальные анализаторы для восприятия излучения, и, во-вторых, что оно в основном связано с формой передачи энергии клеткам. Например, при гамма-облучении дозой 1000 Р, смертельной для большинства млекопитающих, ткани поглощают ничтожно малую энергию, около 8,4 кДж/г (2 ккал/г). Для сравнения можно сказать, что такое же количество энергии расходуется при повышении температуры тела только на 0,001 °С.

В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты условно можно выделить два основных этапа. Первый этап определяется как первичное (непосредственное) действие излучения на биохимические процессы, функции и структуры органов и тканей.

Второй этап — опосредованное действие, которое обусловливается нейрогенными и гумольными сдвигами, возникающими в организме под влиянием радиации.

Для объяснения механизма первичного действия ионизирующих излучений на биосубстрат предложено более десяти гипотез и теорий, многие из которых по современным представлениям не выдерживают критики и имеют уже только историческое значение.

Теории прямого и непрямого действия ионизирующих излучений. Под прямым действием излучений принято считать радиационно-химические превращения молекул, возникающие под непосредственным действием радиации в месте поглощения ее энергии. При этом основное поражающее действие связано с самим актом ионизации.

Непрямым, или косвенным, действием ионизирующих излучений называют радиационно-химические изменения структур (молекул, клеток и т. д.), обусловленные продуктами радиолиза воды или растворенных в ней веществ.

Теория липидных радиотоксинов (первичных радиотоксинов и цепных реакций). Роль токсических веществ в первичных радиохимических процессах при облучении клеток была экспериментально показана Б. Н. Тарусовым, Ю. Б. Кудряшовым и др. Ими установлено, что при воздействии ионизирующего излучения в тканях животных, особенно в печени, селезенке и других органах, образуются липидные (первичные) радиотоксины. Процессы, активирующиеся в начальный период развития лучевого поражения, протекают в здоровом организме с малой скоростью вследствие действия ингибирующих веществ — антиокислителей. Под влиянием активных радикалов, образующихся при лучевом воздействии, происходит усиление окислительных цепных реакций биолипидов, в результате этого появляются продукты окисления ненасыщенных жирных кислот (альдегиды и кетоны).

Для осуществления цепных реакций необходимы радикалы с большой энергией, достаточной для образования последующих радикалов. В случаях, когда на один радикал образуется два или три, возникает самоускоряющийся процесс, который называют реакциями с разветвленными цепями. В организме животных в нормальных условиях низкий уровень окисления биолипидов обусловливают антиокислители. При лучевом воздействии такое равновесие нарушается вследствие появления большого количества радикалов. Автокаталитический режим цепных реакций возникает в случаях, когда содержание естественных антиокислителей уменьшается на 10—15% (Журавлев). По мере уменьшения числа реакционно-способных молекул в субстрате реакция затухает, при этом снижается количество радикалов и перекисей и увеличивается выход конечных продуктов.