РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ. ЗАКОН БЕРГОНЬЕ–ТРИБОНДО.

Радиочувствительность - чувствительность биологических объектов к повреждающему воздействию ионизирующего излучения. Количественная оценка радиочувствительности производится путем измерения поглощенных доз ионизирующего излучения, вызывающих определенный эффект. Во многих исследованиях она основывается на измерении дозы ионизирующего излучения, вызывающей гибель 50% облученных объектов (так называемая 50% летальная доза, или ЛД 50).

Многие реакции на облучение специфичны для определенных тканей и систем. Например, такая универсальная реакция клеток на облучение, как задержка деления, легко выявляется в активно пролиферирующих тканях и не может быть обнаружена в тканях, где клеточное деление выражено слабо или отсутствует. Поэтому для оценки радиочувствительности обычно используют такие четко регистрируемые реакции, как выживаемость (или гибель) клеток либо организмов.

Изучение механизмов поврежденного действия ионизирующего излучения и механизмов восстановления организмов от лучевых повреждений имеет большое значение для разработки методов противолучевой защиты и повышения эффективности лучевой терапии опухолей.

Диапазон видовых различий радиочувствительности организмов весьма широк и измеряется несколькими порядками. Не меньше различий радиочувствительности отмечается у разных клеток и тканей. Наряду с радиочувствительными (система крови, кишечник и половые железы) существуют так называемые радиоустойчивые или радиорезистентные системы и ткани (костная, мышечная и нервная).

Радиочувствительность варьирует в пределах одного вида в зависимости от возраста - возрастная радиочувствительность (так, наиболее радиочувствительными являются молодые и старые животные, наиболее радиорезистентными - половозрелые и новорожденные), от пола - половая радиочувствительность (как правило, самцы более радиочувствительны) и индивидуальная радиочувствительность у разных особей одной или той же популяции.

На популяционном уровне радиочувствительность зависит от следующих факторов:

особенности генотипа (в человеческой популяции 10 - 12% людей отличаются повышенной радиочувствительностью). Связано это с наследственно сниженной способностью к ликвидации разрывов ДНК, а также со сниженной точностью процесса репарации. Повышенная радиочувствительность сопровождает такие наследственные заболевания как атаксия-телеангиэктазия, пигментная ксеродерма.);

физиологическое (например, сон, бодрость, усталость, беременность) или патофизиологическое состояние организма (хронические заболевания, ожоги);

пол (мужчины обладают большей радиочувствительностью);

возраст (наименее чувствительны люди зрелого возраста).

Степень радиочувствительности варьирует не только в пределах вида. В пределах одного ор­ганизма клетки и ткани также различаются своей радиочувст­вительностью. Поэтому для правильной оценки последствий облучения орга­низма человека необходимо оценить радиочувствительность на различных уровнях.

На клеточном уровне радиочувствительность зависит от ряда факторов: организации генома, состояния системы репарации ДНК, содержания в клетке антиоксидантов, интенсивности окислительно-восстановительных процессов, активность ферментов, утилизирующих продукты радиолиза воды (например, каталаза, разрушающая перекись водорода, или супероксиддисмутаза, инактивирующая супероксидный радикал).

На тканевом уровне выполняется правило Бергонье –Трибондо: радио­чувствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активно­сти и обратно пропорциональна степени дифференцировки составляющих ее клеток. Следовательно, наиболее радиочувствительными в организме будут интенсивно делящиеся, быстро растущие и мало специализированные ткани, например, кроветворные клетки костного мозга, эпителий тонкого кишечника и кожи. Наименее радиочувствительными будут специализированные слабо обновляющиеся ткани, например, мышечная, костная, нервная. Исключением являются лимфо­циты, отличающиеся высокой радиочув­ствительностью. В то же время ткани, резистентные к непосредственному действию ионизирующих излучений, оказываются весьма уязвимыми в отношении отдаленных последствий.

На уровне органов радиочувствительность зависит не только от радио­чувствительности тканей, составляющих данный орган, но и от его функций. Большинство тканей взрослого человека относительно мало чувствительны к действию радиации.

Биологическое действие ионизирующих излучений. Факторы, определяющие поражение организма.

Различают два вида эффекта воздействия на организм ионизирующих излучений: соматический и генетический. При соматическом эффекте последствия проявляются непосредственно у облучаемого, при генетическом - у его потомства. Соматические эффекты могут быть ранними или отдалёнными. Ранние возникают в период от нескольких минут до 30-60 суток после облучения. К ним относят покраснение и шелушение кожи, помутнение хрусталика глаза, поражение кроветворной системы, лучевая болезнь, летальный исход. Отдалённые соматические эффекты проявляются через несколько месяцев или лет после облучения в виде стойких изменений кожи, злокачественных новообразований, снижения иммунитета, сокращения продолжительности жизни.

Для биологического действия ионизирующих излучений характерен ряд общих закономерностей:

1) Глубокие нарушения жизнедеятельности вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии.

2) Биологическое действие ионизирующих излучений не ограничивается подвергнутым облучению организмом, но может распространяться и на последующие поколения, что объясняется действием на наследственный аппарат организма.

3) Для биологического действия ионизирующих излучений характерен скрытый (латентный) период, т. е. развитие лучевого поражения наблюдается не сразу. Продолжительность латентного периода может варьировать от нескольких минут до десятков лет в зависимости от дозы облучения, радиочувствительности организма. Так, при облучении в очень больших дозах (десятки тыс. рад ) можно вызвать «смерть под лучом», длительное же облучение в малых дозах ведёт к изменению состояния нервной и других систем, к возникновению опухолей спустя годы после облучения.

Большое значение имеют также возраст, физиологическое состояние, интенсивность обменных процессов организма, а также условия облучения. При этом, помимо дозы облучения организма, играют роль: мощность, ритм и характер облучения (однократное, многократное, прерывистое, хроническое, внешнее, общее или частичное, внутреннее), его физические особенности, определяющие глубину проникновения энергии в организм (рентгеновское, гамма-излучение, альфа- и бета-частицы), плотность ионизации (под влиянием альфа-частиц она больше, чем при действии других видов излучения). Все эти особенности воздействующего лучевого агента определяют относительную биологическую эффективность излучения. Если источником излучения служат попавшие в организм радиоактивные изотопы, то огромное значение для биологического действия ионизирующих излучений испускаемого этими изотопами, имеет их химическая характеристика, определяющая участие изотопа в обмене веществ, концентрацию в том или ином органе, а следовательно, и характер облучения организма.

Факторы, определяющие поражение организма :

1. Тип радиации. Все виды ионизирующей радиации могут оказать влияние на здоровье. Главное различие заключается в количестве энергии, определяющей проникающую способность альфа и бета частиц, гамма и рентгеновского излучения.

2. Размер полученной дозы. Чем выше доза полученной радиации, тем выше вероятность возникновения медико-биологических последствий.

3. Продолжительность воздействия радиации. Если доза получена в течение дней или недели, эффекты часто не такие серьезные, если подобная доза была получена в течение минут.

4 . Часть тела, подвергнутая действию. Конечности, такие как руки или ноги получают большее количество радиации с менее выраженными повреждением, чем кровь, формирующая органы, размещенные в пояснице.

5. Возраст человека. С возрастом человека замедляется деление клеток, и тело менее чувствительно к эффектам ионизирующей радиации. Как только деление клетки замедлилось, эффекты радиации несколько менее разрушительны чем тогда, когда клетки быстро делились.

6.  Биологические различия. Одни люди более чувствительны к эффектам радиации чем другие.

Особенности поражения организма в целом определяются двумя факторами: 1) радиочувствительностью тканей, органов и систем, непосредственно подвергающихся облучению; 2) поглощённой дозой излучения и её распределением во времени. Каждый в отдельности и в сочетании друг с другом эти факторы определяют преимущественный тип лучевых реакций (местные или общие), специфику и время проявления (непосредственно после облучения, вскоре после облучения или в отдаленные сроки) и их значимость для организма .

Возможно внешнее и внутреннее облучение организма. Внешнее облучение характеризуется воздействием на субъект ионизирующего излучения, приходящего извне. Внутреннее облучение – это облучение организма, отдельных его органов и тканей ионизирующим излучением от попавших внутрь организма радиоактивных веществ.

Биологическая опасность внешнего облучения определяется видом и энергией излучения, активностью источника излучения (т.е. числом частиц или гамма-квантов, образуемых в единицу времени), расстоянием от источника, продолжительностью облучения. Наиболее опасны при внешнем облучении гамма- и нейтронное излучения.

Бесконечно малые размеры гамма-квантов по сравнению с размерами электронов и ядер атомов позволяют им почти беспрепятственно проходить сквозь достаточно плотные барьеры, теряя на своем пути незначительное количество энергии. Проникающая способность нейтронов обусловлена их нейтральностью.

Внутреннее облучение определяется радиоактивными веществами, проникающими внутрь организма человека с воздухом, продуктами питания, водой, через кожные покровы. Наибольшее количество – при вдыхании. Из отделов органов дыхания радиоактивные вещества попадают в кровь, лимфу, желудочно-кишечный тракт. Кровь переносит радиоактивные вещества по всему организму, где они и оседают в различных органах и тканях: костях, печени, селезенке, щитовидной железе и др.

Радиоактивные газы, поступающие в организм при дыхании, в значительном количестве выносятся из него при выдохе. Так, например, 95% вдыхаемого человеком радона, выносится при выдохе. Растворимые химические соединения (радиоактивные) всасываются быстрее, чем нерастворимые. Элементы, образующие стойкие комплексы с белком (например, свинец), удаляются еще медленнее. Доля поступающих радиоактивных веществ через кожу невелика. Однако для радиоактивных газов кожа является проникающей мембраной. Известно, что попавшие в организм радионуклиды выводятся из него либо за счет радиоактивного распада, либо в результате биологических процессов выведения.

При внутреннем облучении прежде всего происходит поражение наиболее радиочувствительных органов, в которых концентрируются радионуклиды. В костной ткани концентрируется стронций-90, нарушая функцию кроветворения костного мозга, в щитовидной железе – йод-131, вызывая ее воспаление или даже прекращение функционирования, в мышечной ткани равномерно распределяется цезий-137. Именно эти радионуклиды, представляющие наибольшую опасность для человеческого организма, определили радиологическую обстановку после чернобыльской аварии.

В результате аварии на РОО возможны следующие виды радиоактивного воздействия на население:

Внешнее облучение при прохождении радиоактивного облака;

Внутреннее облучение при вдыхании радиоактивных аэрозолей продуктов деления;

Контактное облучение вследствие радиоактивного загрязнения кожных покровов и одежды;

Внешнее облучение, обусловленное радиоактивным загрязнением поверхности земли, зданий, сооружений и т.д.;

Внутреннее облучение в результате потребления загрязненных продуктов питания и воды.

При изучении действия на организм были определены следующие особенности:

Наличие скрытого периода проявления действия ионизирующего излучения, продолжительность которого сокращается при облучении в больших дозах;

Излучение воздействует не только на данный живой организм, но и на его потомство;

Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению;

Не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение.

Итак, действие радиации на живой организм – это комплекс многих взаимосвязанных физических, физико-химических и биологических процессов разной интенсивности и продолжительности.

Биологическое воздействие радиации на живой организм начинается на клеточном уровне. Клетки состоят из цитоплазмы и ядра. Основным структурным элементом ядра являются хромосомы, состоящие из молекул ДНК, которые, в свою очередь, состоят из отдельных участков – генов, несущих в себе наследственную информацию.

Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом. Это приводит к изменению генного аппарата. Если поломка происходит в половых клетках, то это ведет к мутациям (т.е. к появлению особей потомства с другими признаками). При действии ионизирующего излучения возникают вредные мутации в виде различных врожденных пороков.

Помимо генетических эффектов наблюдаются так называемые соматические эффекты (телесные). Ксоматическим эффектам относят локальные повреждения кожи (лучевой ожог), катаракту глаз (потемнение хрусталика), повреждение половых органов и др.

В отличие от соматических, генетические эффекты действия радиации обнаружить трудно, так как они действуют на малое число клеток и имеют длительный скрытый период, измеряемый десятками лет после облучения.

В качестве эффективных средств снижения разрушающего действия радиации на организм человека стали широко использовать введение в организм химических веществ, позволяющих защитить его от ионизирующих излучений. Защиту организма с помощью химических веществ осуществляют:

1) введением в среду химических соединений, которые будут препятствовать образованию радикалов воды и продуктов химического преобразования молекул воды;

2) введением химических соединений, способных интенсивно поглощать излучение воды;

3) введением в организм веществ - тушителей, обусловливающих переход энергии возбужденных молекул в тепловую энергию и способствующих таким образом повышению радиоустойчивости организма. Эти вещества называют протекторами. К ним относятся, например, серосодержащие аминокислоты. Использование протекторов не исключает других способов, таких как биологическая защита, повышение общей радиоустойчивости организма с помощью некоторых витаминов.

Химические протекторы излучения достаточно хорошо зарекомендовали себя в практике. Однако необходимо понимать, что защита организма от действия излучений будет эффективной, когда она представляет собой комплекс технических, организационных и санитарно-гигиенических мероприятий.

Реферат

Тема: БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

План:

Введение

1 Прямое и косвенное действие ионизирующего излучения

2 Воздействие ионизирующего излучения на отдельные органы и организм в целом

3 Мутации

4 Действие больших доз ионизирующих излучений на биологические объекты

5. Два вида облучения организма: внешнее и внутреннее

Заключение

Литература

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

Фактор радиации присутствовал на нашей планете с момента ее образования, и как показали дальнейшие исследования, ионизирующие излучения наряду с другими явлениями физической, химической и биологической природы сопровождали развитие жизни на Земле. Однако, физическое действие радиации начало изучаться только в конце XIX столетия, а ее биологические эффекты на живые организмы - в середине XX. Ионизационные излучения относятся к тем физическим феноменам, которые не ощущаются нашими органами чувств, сотни специалистов, работая с радиацией, получили радиационные ожоги от больших доз облучения и умерли от злокачественных опухолей, вызванных переоблучением.

Тем не менее, сегодня мировая наука знает 6 биологическом воздействии радиации больше, чем о действии любых других факторов физической и биологической природы в окружающей среде.

При изучении действия радиации на живой организм были определены следующие особенности:

· Действие ионизирующих излучений на организм не ощутимо человеком. У людей отсутствует орган чувств, который воспринимал бы ионизирующие излучения. Существует так называемый период мнимого благополучия - инкубационный период проявления действия ионизирующего излучения. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

· Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.

· Излучение действует не только на данный живой организм, но и на его потомство - это так называемый генетический эффект.

· Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002-0,005 Гр уже наступают изменения в крови.

· Не каждый организм в целом одинаково воспринимает облучение.

1. ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Радиоволны, световые волны, тепловая энергия солнца - все это разновидности излучений. Однако, излучение будет ионизирующим, если оно способно разрывать химические связи молекул, из которых состоят ткани живого организма, и, как следствие, вызывать биологические изменения. Действие ионизирующего излучения происходит на атомном или молекулярном уровне, независимо от того, подвергаемся ли мы внешнему облучению, или получаем радиоактивные вещества с пищей и водой, что нарушает баланс биологических процессов в организме и приводит к неблагоприятным последствиям. Биологические эффекты влияния" радиации на организм человека обусловлены взаимодействием энергии излучения с биологической тканью. Энергию непосредственно передаваемую атомам и молекулам биотканей называют прямым действием радиации. Некоторые клетки из-за неравномерности распределения энергии излучения будут значительно повреждены.

Одним из прямых эффектов является канцерогенез или развитие онкологических заболеваний. Раковая опухоль возникает, когда соматическая клетка выходит из под контроля организма и начинает активно делиться. Первопричиной этого являются нарушения в генетическом механизме, называемые мутациями. При делении раковая клетка производит только раковые клетки. Одним из наиболее чувствительных органов к воздействию радиации является щитовидная железа. Поэтому биоткань этого органа наиболее уязвима в плане развития рака. Не менее восприимчива к влиянию излучения кровь. Лейкоз или рак крови - один из распространенных эффектов прямого воздействия радиации. Заряженные частицы проникают в ткани организма, теряют свою энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами атомов Электрическое взаимодействие сопровождает процесс ионизации (вырывание электрона из нейтрального атома)

Физико-химические изменения сопровождают возникновение в организме чрезвычайно опасных "свободных радикалов".

Кроме прямого ионизирующего облучения выделяют также косвенное или непрямое действие, связанное с радиолизом воды. При радиолизе возникают свободные радикалы - определенные атомы или группы атомов, обладающие высокой химической активностью. Основным признаком свободных радикалов являются избыточные или неспаренные электроны. Такие электроны легко смещаются со своих орбит и могут активно участвовать в химической реакции. Важно то, что весьма незначительные внешние изменения могут привести к значительным изменениям биохимических свойств клеток. К примеру, если обычная молекула кислорода захватит свободный электрон, то она превращается в высокоактивный свободный радикал - супероксид. Кроме того, имеются и такие активные соединения, как перекись водорода, гидрооксил и атомарный кислород. Большая часть свободных радикалов нейтральна, но некоторые из них могут иметь положительный или отрицательный заряд.

Если число свободных радикалов мало, то организм имеет возможность их контролировать. Если же их становится слишком много, то нарушается работа защитных систем, жизнедеятельность отдельных функций организма. Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции. Попадая в клетки, они нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы. Основные фильтры иммунной системы - лимфатические узлы работают в перенапряженном режиме и не успевают их отделять. Таким образом, ослабляются защитные барьеры и в организме создаются благоприятные условия для размножения вирусов микробов и раковых клеток.

Свободные радикалы, вызывающие химические реакции, вовлекают в этот процесс многие молекулы, не затронутые излучением. Поэтому производимый излучением эффект обусловлен не только количеством поглощенной энергии, а и той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии, поглощенный биообъектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. Однако природа этого явления такова, что все процессы, в том числе и биологические, уравновешиваются. Химические изменения возникают в результате взаимодействия свободных радикалов друг с другом или со "здоровыми" молекулами Биохимические изменения происходят как в момент облучения, так и на протяжении многих лет, что приводит к гибели клеток.

Наш организм в противовес описанным выше процессам вырабатывает особые вещества, которые являются своего рода "чистильщиками".

Эти вещества (ферменты) в организме способны захватывать свободные электроны, не превращаясь при этом в свободные радикалы. В нормальном состоянии в организме поддерживается баланс между появлением свободных радикалов и ферментами. Ионизирующее излучение нарушает это равновесие, стимулирует процессы роста свободных радикалов и приводит к негативным последствиям. Активизировать процессы поглощения свободных радикалов можно, включив в рацион питания антиокислители, витамины А, Е, С или препараты, содержащие селен. Эти вещества обезвреживают свободные радикалы, поглощая их в больших количествах.

2. ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОТДЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ И ОРГАНИЗМ В ЦЕЛОМ

В структуре организма можно выделить два класса систем: управляющую (нервная, эндокринная, иммунная) и жизнеобеспечивающую (дыхательная, сердечно-сосудистая, пищеварительная). Все основные обменные (метаболические) процессы и каталитические (ферментативные) реакции происходят на клеточном и молекулярном уровнях. Уровни организации организма функционируют в тесном взаимодействии и взаимовлиянии со стороны управляющих систем. Большинство естественных факторов воздействуют сначала на вышестоящие уровни, затем через определенные органы и ткани - на клеточно-молекулярные уровни. После этого начинается ответная фаза, сопровождающаяся коррективами на всех уровнях.

Взаимодействие радиации с организмом начинается с молекулярного уровня. Прямое воздействие ионизирующего излучения, поэтому является более специфичным. Повышение уровня окислителей характерно и для других воздействий. Известно, что различные симптомы (температура, головная боль и др.) встречаются при многих болезнях и причины их различны. Это затрудняет установление диагноза. Поэтому, если в результате вредного воздействия на организм радиации не возникает определенной болезни, установить причину более отдаленных последствий трудно, поскольку они теряют свою специфичность.

Радиочувствительность различных тканей организма зависит от биосинтетических процессов и связанной с ними ферментативной активностью. Поэтому наиболее высокой радиопора-жаемостью отличаются клетки костного мозга, лимфатических узлов, половые клетки. Кровеносная система и красный костный мозг наиболее уязвимы при облучении и теряют способность нормально функционировать уже при дозах 0,5-1 Гр. Однако, они обладают способностью восстанавливаться и если не все клетки поражены, кровеносная система может восстановить свои функции. Репродуктивные органы, например, семенники, так же отличаются повышенной радиочувствительностью. Облучение свыше 2 Гр приводит к постоянной стерильности. Только через много лет они могут полноценно функционировать. Яичники менее чувствительны, по крайней мере, у взрослых женщин. Но однократная доза более 3 Гр все же приводит к их стерильности, хотя большие дозы при неоднократном облучении не сказываются на способности к деторождению.

Очень восприимчив к излучению хрусталик глаза. Погибая, клетки хрусталика становятся непрозрачными, разрастаясь, приводят к катаракте, а затем и к полной слепоте. Это может произойти при дозах около 2 Гр.

Радиочувствительность организма зависит от его возраста. Небольшие дозы при облучении детей могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей. Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост скелета. Облучение мозга ребенка может вызвать изменения в его характере, привести к потере памяти. Кости и мозг взрослого человека способны выдержать гораздо большие дозы. Относительно большие дозы способны выдерживать большинство органов. Почки выдерживают дозу около 20 Гр, полученную в течение месяца, печень - около 40 Гр, мочевой пузырь - 50 Гр, а зрелая хрящевая ткань - до 70 Гр. Чем моложе организм, тем при прочих равных условиях, он более чувствителен к воздействию радиации.

Видовая радиочувствительность возрастает по мере усложнения организма. Это объясняется тем, что в сложных организмах больше слабых звеньев, вызывающих цепные реакции выживания. Этому способствуют и более сложные системы управления (нервная, иммунная), которые частично или полностью отсутствуют в более примитивных особях. Для микроорганизмов дозы, вызывающие 50% смертности, составляют тысячи Гр, для птиц - десятки, а для высокоорганизованных млекопитающих - единицы (рис. 2.15).

3. МУТАЦИИ

Каждая клетка организма содержит молекулу ДНК, которая несет информацию для правильного воспроизведения новых клеток.

ДНК - это дезоксирибонуклеиновая кислота, состоящая из длинных, закругленных молекул в виде двойной спирали. Функция ее заключается в обеспечении синтеза большинства белковых молекул из которых состоят аминокислоты. Цепочка молекулы ДНК состоит из отдельных участков, которые кодируются специальными белками, образуя так называемый ген человека.

Радиация может либо убить клетку, либо исказить информацию в ДНК так, что со временем появятся дефектные клетки. Изменение генетического кода клетки называют мутацией. Если мутация происходит в яйцеклетке спермы, последствия могут быть ощутимы и в далеком будущем, т.к. при оплодотворении образуются 23 пары хромосом, каждая из которых состоит из сложного вещества, называемого дезоксирибонуклииновой кислотой. Поэтому мутация, возникающая в половой клетке, называется генетической мутацией и может передаваться последующим поколениям.

Описанные рассуждения основаны лишь на лабораторных исследованиях животных. Прямых доказательств радиационных мутаций у человека пока нет, т.к. полное выявление всех наследственных дефектов происходит лишь на протяжении многих поколений.

Однако, как подчеркивает Джон Гофман, недооценка роли хромосомных нарушений, основанная на утверждении "их значение нам неизвестно", является классическим примером решений, принимаемых невежеством. Допустимые дозы облучения были установлены еще задолго до появления методов, позволяющих установить те печальные последствия, к которым они могут привести ничего не подозревающих людей и их потомков.

4. ДЕЙСТВИЕ БОЛЬШИХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Живой организм очень чувствителен к действию ионизирующей радиации. Чем выше на эволюционной лестнице стоит живой организм, тем он более радиочувствителен. Радиочувствительность - многосторонняя характеристика. "Выживаемость" клетки после облучения зависит одновременно от ряда причин: от объема генетического материала, активности энергообеспечивающих систем, соотношения ферментов, интенсивности образования свободных радикалов Н и ОН.

При облучении сложных биологических организмов следует учитывать процессы, происходящие на уровне взаимосвязи органов и тканей. Радиочувствительность у различных организмов варьируется довольно широко (рис. 2.16).

Организм человека, как совершенная природная система, еще более чувствителен к радиации. Если человек перенес общее облучение дозой 100-200 рад, то у него спустя несколько дней появятся признаки лучевой болезни в легкой форме. Ее признаком может служить уменьшение числа белых кровяных клеток, которое устанавливается при анализе крови. Субъективным показателем для человека является возможная рвота в первые сутки после облучения.

Средняя степень тяжести лучевой болезни наблюдается у лиц, подвергшихся воздействию излучения в 250-400 рад. У них резко снижается содержание лейкоцитов (белых кровяных клеток) в крови, наблюдается тошнота и рвота, появляются подкожные кровоизлияния. Летальный исход наблюдается у 20% облученных спустя 2-6 недель после облучения.

При облучении дозой 400-600 рад развивается тяжелая форма лучевой болезни. Появляются многочисленные подкожные кровотечения, количество лейкоцитов в крови значительно уменьшается. Летальный исход болезни 50% .

Очень тяжелая форма лучевой болезни возникает при облучении дозой выше 600 рад. Лейкоциты в крови полностью исчезают. Смерть наступает в 100% случаев.

Описанные выше последствия радиационного облучения характерны для случаев, когда медпомощь отсутствует.

Для лечения облученного организма современная медицина широко применяет такие методы, как кровезамещение, пересадка костного мозга, введение антибиотиков, а также другие методы интенсивной терапии. При таком лечении возможно исключить смертельный исход даже при облучении дозой до 1000 рад. Энергия, излучаемая радиоактивными веществами, поглощается окружающей средой, в том числе и биологическими объектами. В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биохимические процессы.

Ионизирующее воздействие нарушает в первую очередь нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ. В зависимости от величины поглощенной дозы излучения и индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми. При небольших дозах пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность. Большие дозы при длительном воздействии могут вызвать необратимое поражение отдельных органов или всего организма. Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические изменения в организме как при внешнем (источник находится вне организма), так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества попадают внутрь организма, например, с пищей или ингаляционным путем). Рассмотрим действие ионизирующего излучения, когда источник облучения находится вне организма.

Биологических эффект ионизирующего излучения в данном случае зависит от суммарной дозы и времени воздействия излучения, его вида, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма. При однократном облучении всего тела человека возможны биологические нарушения в зависимости от суммарной поглощенной дозы излучения.

При облучении дозами, в 100-1000 раз превышающими смертельную дозу, человек может погибнуть во время облучения. Причем, поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для отдельных частей тела следующие: голова - 20 Гр, нижняя часть живота - 30 Гр, верхняя часть живота - 50 Гр, грудная клетка - 100 Гр, конечности - 200 Гр.

Степень чувствительности различных тканей к облучению неодинакова. Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию облучения, то получим следующую последовательность: лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, костный мозг, зародышевые клетки. Большая чувствительность кроветворных органов к радиации лежит в основе определения характера лучевой болезни.

При однократном облучении всего тела человека поглощенной дозой 0,5 Гр через сутки после облучения может резко сократиться число лимфоцитов. Уменьшается также и количество эритроцитов (красных кровяных телец) по истечении двух недель после облучения. У здорового человека насчитывается порядка 10 4 красных кровяных телец, причем ежедневно вое-производится 10 .У больных лучевой болезнью такое соотношение нарушается и в результате организм погибает.

Важным фактором при воздействии ионизирующего излучения на организм является время облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие излучения возрастает. Чем более дробно излучение по времени, тем меньше его поражающее действие (рис. 2.17).

Внешнее облучение альфа-, а также бета-частицами менее опасно. Они имеют небольшой пробег в ткани и не достигают кроветворных и других внутренних органов. При внешнем облучении необходимо учитывать гамма- и нейтронное облучение, которые проникают в ткань на большую глубину и разрушают ее, о чем более подробно рассказывалось выше.

5. ДВА ВИДА ОБЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЗМА: ВНЕШНЕЕ И ВНУТРЕННЕЕ

Ионизирующее излучение может двумя способами оказывать воздействие на человека. Первый способ - внешнее облучение от источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности на которой проживает человек или от других внешних факторов. Второй - внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, главным образом с продуктами питания.

Большую опасность представляют продукты питания и воздух, содержащие изотопы плутония и америция, которые обладают высокой альфа активностью. Плутоний, выпавший в результате Чернобыльской катастрофы, является самым опасным канцерогенным веществом. Альфа излучение имеет высокую степень ионизации и, следовательно, большую поражающую способность для биологических тканей.

Попадание плутония, а также америция через дыхательные пути в организм человека вызывает онкологию легочных заболеваний. Однако следует учесть, что отношение общего количества плутония и его эквивалентов америция, кюрия к общему количеству плутония, попавшего в организм ингаляционным путем незначительно. Как установил Беннетт, при анализе ядерных испытаний в атмосфере, на территории США соотношение выпадения и ингаляции равно 2,4 млн. к 1, то есть подавляющее большинство альфа-содержащих радионуклидов от испытаний ядерного оружия ушли в землю не оказав влияния на человека. В выбросах Чернобыльского следа наблюдались также частицы ядерного топлива, так называемые горячие частицы размером около 0,1 микрона. Эти частицы также могут проникать ингаляционным путем в легкие и представлять серьезную опасность.

Внешнее и внутреннее облучения требуют различные меры предосторожности, которые должны быть приняты против опасного действия радиации.

Внешнее облучение в основном создается гамма содержащими радионуклидами, а также рентгеновским излучением. Его поражающая способность зависит от:

а) энергии излучения;

б) продолжительности действия излучения;

в) расстояния от источника излучения до объекта;

г) защитных мероприятий.

Между продолжительностью времени облучения и поглощенной дозой существует линейная зависимость, а влияние расстояния на результат радиационного воздействия имеет квадратичную зависимость.

Для защитных мероприятий от внешнего облучения используются в основном свинцовые и бетонные защитные экраны на пути излучения. Эффективность применения материала в качестве экрана для защиты от проникновения рентгеновских или гамма-лучей зависит от плотности материала, а также от концентрации содержащихся в нем электронов.

Если от внешнего облучения можно защититься специальными экранами или другими действиями, то с внутренним облучением это сделать не представляется возможным.

Различают три возможных пути, по которым радионуклиды способны попасть внутрь организма:

а) с пищей;

б) через дыхательные пути с воздухом;

в) через повреждения на коже.

Следует отметить, что радиоактивные элементы плутоний и америций проникают в организм в основном с пищей или при дыхании и очень редко через повреждения кожи.

Как отмечает Дж. Холл, органы человека реагируют на поступившие в организм вещества исходя исключительно из химической природы последних, вне зависимости от того, являются они радиоактивными или нет. Химические элементы такие как натрий и калий, входят в состав всех клеток организма. Следовательно, их радиоактивная форма, введенная в организм, будет также распределена по всему организму. Другие химические элементы имеют склонность накапливаться в отдельных органах, как это происходит с радиоактивным йодом в щитовидной железе или кальцием в костной ткани.

Проникновение радиоактивных веществ с пищей внутрь организма существенно зависит от их химического взаимодействия. Установлено, что хлорированная вода увеличивает растворимость плутония, и как следствие инкорпорацию его во внутренние органы.

После того, как радиоактивное вещество попало в организм, следует учитывать величину энергии и вид излучения, физический и биологический период полураспада радионуклида. Биологическим периодом полувыведения называют время, которое необходимо для выведения из организма половины радиоактивного вещества. Некоторые радионуклиды выводятся из организма быстро, и поэтому не успевают нанести большого вреда, в то время как другие сохраняются в организме в течение значительного времени.

Период полувыведения радионуклидов, существенно зависит от физического состояния человека, его возраста и других факторов. Сочетание физического периода полураспада с биологическим, называется эффективным периодом полураспада - наиболее важным в определении суммарной величины излучения. Орган, наиболее подверженный действию радиоактивного вещества называют критическим. Для различных критических органов разработаны нормативы, определяющие допустимое содержание каждого радиоактивного элемента. На основании этих данных созданы документы, регламентирующие допустимые концентрации радиоактивных веществ в атмосферном воздухе, питьевой воде, продуктах питания. В Беларуси в связи с аварией на ЧАЭС действуют Республиканские допустимые уровни содержания радионуклидов цезия и стронция в пищевых продуктах и питьевой воде (РДУ-92). В Гомельской области введены по некоторым пищевым продуктам питания, например детского, более жесткие нормативы. С учетом всех вышеперечисленных факторов и нормативов, подчеркнем, что среднегодовая эффективная эквивалентная доза облучения человека не должна превышать 1 мЗв в год.

1. Савенко В.С. Радиоэкология. - Мн.: Дизайн ПРО, 1997.

2. М.М. Ткаченко, “Радіологія (променева діагностика та променева терапія)”

3. А.В. ШУМАКОВ Краткое пособие по радиационной медицине Луганск -2006

4. Бекман И.Н. Лекции по ядерной медицине

5. Л.Д. Линденбратен, Л.Б. Наумов Медицинская рентгенология. М. Медицина 1984

6. П.Д. Хазов, М.Ю. Петрова. Основы медицинской радиологии. Рязань,2005

7. П.Д. Хазов. Лучевая диагностика. Цикл лекций. Рязань. 2006

Механизм биологического действия радиоактивных излучений сложен и до конца не изучен.

В начале 1940-х гг. исследования А. А. Дробкова, изучавшего рост клубеньковых бактерий вокруг источника радиоактивного излучения, показали как губительное, так и стимулирующее воздействие радиоактивного излучения одновременно. Все зависит от дозовой нагрузки излучения на бактерии.

Многочисленные исследования биологов, медиков, физиков позволили представить механизмы воздействия ионизирующего излучения и установить различие воздействия разных типов ионизирующих частиц на биологические объекты.

Повреждения могут происходить на разных уровнях биологической организации.

Радиочувствительность живых организмов значительно различается. Смертельная доза для бактерий составляет 10 4 Гр, для насекомых - 10 3 Гр, для млекопитающих - 10 Гр. Для сельскохозяйственных животных разовые дозы облучения 1,5-2 Гр могут приводить к возникновению лучевой болезни, дозы 0,1 Гр/год - к проявлению генетических эффектов. Для растений радиобиологические повреждения проявляются в следующем: на клеточном уровне в виде цитогенетических повреждений, оцениваемых по снижению митотической активности, увеличению числа хромосомных аберраций и изменению длительности митотического цикла клеток апикальной меристемы. В фитоценозе - это выпадение наиболее радиочувствительных видов растений, изменение числа растений и запасов фитомассы на единице площади, нарушение течения нормальных сукцессионных процессов и т. д. Необходимо отметить, что при воздействии на растения радиационных излучений в интервале невысоких доз (1-5 Гр для растений и 5-10 Гр для семян) происходит явление радиостимуляции, т. е. ускорение темпов роста и развития растений (Агроэкология, 2000).

Специфика радиационного поражения экосистем в зоне аварии на Чернобыльской АЭС проявлялась в следующем: хвойные леса пострадали при дозе облучения в 10 Гр/год (внешние проявления - «рыжий лес»), лиственные - при 30 Гр/год и агроэкосистемы - при 70 Гр/год (Алексахин, 1993).

Доза облучения человека определяется радиоэкологической характеристикой среды его обитания, потребляемых продуктов питания и воды. Максимальная доза излучения, не причиняющая вреда организму человека при многократном действии, равна 0,003 Гр в неделю, а при единовременном действии - 0,025 Гр.

Последствия радиационного воздействия на здоровье населения впервые детально были изучены в Японии после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. В результате проведенных исследований были сделаны следующие выводы (Ревич и др., 2004):

1. самое серьезное последствие (исходя из величины дозы на 1 млн жителей) - рак молочной железы у женщин;
2. наиболее частый вид нефатального рака - рак щитовидной железы;
3. общее число случаев возникновения рака, обусловленного облучением, у женщин на 50 % выше, чем у мужчин.

Исследованиями, проведенными в различных странах после аварии на Чернобыльской АЭС, было показано, что эффект облучения щитовидной железы радиоактивными изотопами йода в несколько раз превосходит эффекты облучения от внешнего источника излучения. На территории России в 1986 г. подверглось облучению радиоизотопами йода более 5 млн человек. Все эти люди имеют повышенную вероятность заболевания радиационно-индуцированным раком щитовидной железы. По расчетам В. К. Иванова, А. Ф. Цыба и др. (2004), только в Брянской области порядка 4000 человек имеют значение индивидуального атрибутивного (т. е. дополнительного) пожизненного риска более 99 %. Для других групп населения эта вероятность ниже.

Последствия радиационного загрязнения могут проявляться не только в возникновении дополнительных случаев заболевания раком щитовидной железы, но и в изменениях ее функции. В отдаленные сроки после воздействия ионизирующего излучения возможно развитие гипотиреоза и другой патологии. Наиболее выражены такие последствия радиационного воздействия (внутреннего облучения щитовидной железы радионуклидами йода) в Уральском регионе, где авария произошла более 50 лет тому назад.

Современные научные данные подтверждают существование механизмов, обеспечивающих приспособление организма к природным уровням лучевого воздействия. Однако при превышении определенного уровня ЕРФ адаптация будет неполноценной с той или иной вероятностью развития патологического состояния. Длительное влияние повышенного ЕРФ приводит к снижению радиоустойчивости, к нарушениям в иммунологической реактивности, а с последней связана заболеваемость.

После аварии на Чернобыльской АЭС удельный вес здоровых лиц среди эвакуированного населения снизился с 57 до 23%. Последствия этой аварии самым негативным образом сказываются на здоровье детского населения. Заболеваемость детей, пострадавших от воздействия радиации, в 2-3 раза выше, высок удельный вес часто болеющих детей со сниженным иммунным статусом (82,6%), у большинства из них выявлены аллергозы, наблюдается и рост числа соматических заболеваний. В селах Тоцкого района Оренбургской области, на территории, близкой к полигону, среди взрослого населения выше распространенность вегетососудистой дистонии, патологии щитовидной железы, беременности. Доля практически здоровых детей в этих селах составляет 6-7%, при 15% – в контрольном районе; 50% детей имеют отклонения сердечно-сосудистой системы, заболевания нервной системы, а также иммунодефициты (20-30% детей при 7-8% в контрольном районе), в волосах содержание марганца – в 7, меди – в 8, мышьяка – в 20 раз выше нормы.

Основной биологический эффект радиации – повреждение генома клеток, что проявляется ростом числа новообразований и наследственных заболеваний.

Малые дозы радиации повышают вероятность возникновения у людей онкозаболеваний. Предполагается, что около 10% онкозаболеваний в год обусловлено ЕРФ. Те формы рака, которые вызываются облучением, могут быть индуцированы и другими агентами. Как последствие катастрофы на Чернобыльской АЭС оценивается радиационное воздействие на щитовидную железу у жителей России. Ретроспективный и текущий анализ заболеваемости раком щитовидной железы у детей и подростков Брянской области показал, что первые клинические проявления отмечены через 4-5 лет после аварии, что соответствует минимальному сроку развития онкопатологии после облучения. Естественное распределение рака щитовидной железы – не более 1 случая на 1 миллион детей и подростков. Показательна динамика количества случаев рака щитовидной железы у детей Брянской области: 1987г. – 1; 1988г. – 0; 1989г. – 0; 1990г. – 4; 1991г. – 4; 1992г. – 8; 1993г. – 12; 1994г. – 19 случаев. Около 50% детей и подростков, у которых установлен рак щитовидной железы, проживали на территории с высокими уровнями радиоактивного загрязнения почвы. По прогностическим оценкам через 20 и 40 лет после аварии каждый четвертый случай рака щитовидной железы будет обусловлен радиацией.

Радон потенциально опасен для человека. Значительная часть продуктов его распада задерживается в легких. Поверхность легких составляет несколько квадратных метров. Это хороший фильтр, осаждающий радиоактивные аэрозоли, которые таким образом устилают легочную поверхность. Радиоактивные изотопы полония (дочерний продукт распада радона) «обстреливают» альфа-частицами поверхность легких и обусловливают свыше 97% дозы, связанной с радоном. Основной медико-биологический эффект радона высоких концентраций – рак легких. В рудниках повышенное содержание радона достоверно увеличивает частоту смерти горнорабочих от рака легких, причем зависимость линейная и беспороговая. Расчеты показывают, что при средней концентрации радона в жилых домах 20-25 Бк/м 3 один из трехсот ныне живущих погибнет от рака легких, вызванного радоном.

Признавая адаптацию к ЕРФ как к одному из облигатных условий жизни на Земле, невозможно отрицать влияние повышенных уровней на наследственность. Повышенные уровни ЕРФ приводят к увеличению уродств у новорожденных в горных районах, в районах с изверженными породами. Результаты экспериментов на животных и культурах клеток убеждают, что мутации под воздействием радиации (мутационные последствия, которые выражаются в сохранении генетических повреждений и возникновении нестабильности хромосомного аппарата) могут быть переданы будущим поколениям. Вероятность наследственных дефектов ниже, чем вероятность раковых заболеваний, и растет с увеличением дозы облучения числа лиц всей популяции, подвергнувшихся облучению, и количества браков между облученными лицами. По оценкам экспертов, ЕРФ в 2 мЗв вызывает, вероятно, 0,1-2% всех генетических мутаций. С ростом его уровня этот процент увеличивается.

Таким образом, признание ЕРФ в качестве облигатного фактора среды существования, в условиях действия которого возникла, развивалась и существует биологическая жизнь, позволяет говорить о существовании оптимального для жизнедеятельности уровня ЕРФ. Широкий диапазон радиочувствительности, характерный для разных групп населения, адаптация их к разным уровням ЕРФ, – все это предполагает существование широкого переходного диапазона от среднего к повышенному уровню ЕРФ.

Профилактические мероприятия

Выявление и изучение механизмов взаимодействия радиационных факторов с организмом человека, в том числе изучение закономерностей реагирования организма на лучевое влияние фоновых и повышенных уровней в конкретных экологических условиях, возможно лишь при накоплении фактических данных. В нашей стране функционирует Единая государственная система учета и контроля индивидуальных доз облучения граждан (ЕСКИД). Она основана на постоянно действующем мониторинге уровней естественного радиационного фона, контроле доз медицинского облучения и учете индивидуальных доз облучения персонала, работающего с источниками ионизирующего излучения.

Созданы нормативы по использованию природных строительных материалов и отходов производства в строительстве. В качестве таких нормативов для материалов, используемых в строительстве жилых домов и общественных зданий, были предложены значения эффективной концентрации радионуклидов 370 Бк/кг. Ни одно строительство не может быть начато без обследования грунта и стройматериалов; все, что строится, должно пройти обязательный контроль на радиоактивность, в том числе и на радон с выдачей соответствующего заключения. Установлены нормативы, регламентирующие содержание радона в жилых помещениях: среднегодовая равновесная активность радона во вновь строящихся зданиях не должна превышать 100 Бк/м 3 , а в старых зданиях – 200 Бк/м 3 . Если концентрация радона более 200 Бк/м 3 , то в этих зданиях требуется принятие мер по уменьшению его концентрации (вентиляция подвалов, декоративный ремонт с оклейкой стен и потолков обоями, застилка полов паркетом, ковровым покрытием и т.д.). Концентрация радона в помещениях 400 Бк/м 3 и выше требует переселения жильцов и перепрофилирования здания. В производственных зданиях допустимая активность радона – 310 Бк/м 3 .

С целью снижения уровней радиационного фона биосферы необходимо целеустремленно и последовательно проводить весь комплекс оздоровительных природоохранных мероприятий (технологических, санитарно-технических, организационных, архитектурно-планировочных).

Разработана и концепция поэтапной специализированной диспансеризации населения, проживающего на загрязненной радионуклидами территории предусматривает оценку состояния здоровья по клиническим и лабораторным данным; уточнение диагнозов заболеваний, которые могут быть связаны с воздействием радиации; верификацию информации о дозах облучения; индивидуальное медико-дозиметрическое расследование связи заболеваний с радиационным воздействием; лечение и реабилитацию.

Созданная Российская научная комиссия по радиационной защите (РНКЗ) предполагает комплексный подход по радиационной защите и реабилитации населения, т.е. создание и развитие социальной защиты населения и профилактики возможных неблагоприятных последствий для здоровья населения, подвергшегося повышенным уровням действия радиации.

Важным является ликвидация экологической неграмотности общества, в том числе формирование экологического мышления по вопросам радиационной безопасности. Необходима квалифицированная информационная помощь, в том числе и от медицинских работников, по профилактике радиофобии у населения.