Биологическое действие ионизирующих излучений

Фоновое радиоактивное излучение состоит из трех составляющих: природного фона, вызванного радионуклидами био­сферы; техногенного фона, вызванного деятельностью человека; рентгенодиагностики.

Средняя годовая эквивалентная доза фонового радиоактивного излучения составляет примерно 240-250 мбэр:

- внутреннее облучение - примерно 135 мбэр;

- источники земного происхождения - 35 мбэр;

- космическое излучение - 30 мбэр;

- рентгенодиагностика - 35-40 мбэр;

- прочие 2-5 мбэр.

 

Таблица 23 - Соотношение между единицами СИ и внесистемными единицами в области радиационной безопасности

Величина	Единица СИ	Внесистемная единица	Связь с единицей СИ
Активность	беккерель (Бк)	кюри (Ки)	1 Ки = 3,700 .1010 Бк
Плотность потока энергии ионизи­рующего излуче­ния	ватт на кв. метр (Вт/м2), равный одно­му джоулю на кв. метр в се-кунду (Дж/(м2. с))	эрг на кв. см в секунду (эрг/(см2. с)) или мегаэлектрон­вольт на кв. см в секунду (МэВ/(см2 . с))	1 эрг/(см2. с) = =1.10-3 Дж/(м2.с)= =1 . 10-3 Вт/м2; 1МэВ/(см2.с) = =1,602 . 10-9 Дж/(м2.с) = 1,602 . 10-9 Вт/м2
Поглощенная доза	грей (Гр)	рад (рад)	1 рад = 0,01 Гр
Мощность погло­щенной дозы	грей в секунду (Гр/с)	рад в секунду (рад/с)	1 рад/с = 0,01 Гр/с
Эквивалентная доза	зиверт (Зв)	бэр (бэр)	1 бэр= 0,01 Зв
Мощность эквива-лентной дозы	зиверт в се­кунду (Зв/с)	бэр в секунду (бэр/с)	1 бэр/с = 0,01 Зв/с
Экспозиционная доза	кулон на кг (Кл/кг)	рентген (Р)	1 Р = 2,58 . 10-4 Кл/кг
Мощность экспо-зиционной дозы	ампер на кг (А/кг)	рентген в секунду (Р/с)	1 Р/с = 2,58. 10-4 А/кг
Концентрация (объемная актив-­ность) радионук­лида в атмосфер­-ном воздухе или воде	беккерель на куб. метр (Бк/м3), беккерель на литр (Бк/л)	кюри на литр (Ки/л), кюри на литр (Ки/л)	1 Ки/л =3,700 . 1010 Бк/м3, 1 Ки/л=3,700 . 1010 Бк/л
Энергия ионизи-ру­ющей частицы	джоуль (Дж)	электрон-вольт (эВ), мегаэлектрон-вольт (МэВ)	1эВ=1,602. 10-19 Дж 1 МэВ =1,602. 10-13 Дж

 

В организме человека ионизирующие воздействия вызывают це­почку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул в тканях.

Радиационные эффекты принято делить на соматические и гене­тические.

Соматические эффекты проявляются в форме острой и хронической лучевой болезни, локальных лучевых повреждений кожи (лучевой ожог), а также в виде отдаленных реакций организма, таких как катаракта глаз (помутне­ние хрусталика), лейкоз, злокачественные опухоли, повреждение половых органов (кратковременная или постоянная стерилизация), раннее старение организма.

Генетические эффекты могут проявиться в последующих поколениях. ИИ вызывает поломку хромосом (хромосом­ные аберрации), приводит к изменению генного аппарата и образованию дочерних клеток, неодинаковых с исходными. При действии ИИ вероятность возникновения полезных мутаций мала.

Разрушение жизненно важных для организма молекул возможно при прямом их разрушении ИИ (теория мишени) и при косвенном действии, когда сама молекула не поглоща­ет непосредственно энергию излучения, а получает ее от другой молеку­лы (растворителя), которая первоначально поглотила эту энергию.

В результате сложных биофизических процессов, возникающих под действием ИИ, в организме образуются разного рода радикалы, которые, в свою очередь, могут образовывать различные соединения, не свойственные здоровой ткани.

Первостепенное значение в радиобиологических процессах имеет радиолиз воды (в организме человека содержится до 70 % воды), т. е. распад воды при действии радиации на водородный (Н) и гидроксильный (ОН) радикалы с последующим образованием молекулярного водорода и пероксида водо­рода. Наличие в системе кислорода усиливает эти процессы. Радикалы (Н) и (ОН), обладая высокой активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биологи­ческой ткани, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме. В процесс вовлекаются сотни и тысячи молекул, не затро­нутых излучением. В таких реакциях разрушаются структуры биологических веществ, а это в свою очередь приводит к изменениям биологических процессов, включая про­цессы образования новых клеток. В результате нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму. Это приводит к нарушению жизнедеятельности отдельных функций органов и систем организма. Под влиянием ИИ в организме происходит нарушение функции кроветворных органов, увеличение проницаемо­сти и хрупкости сосудов, расстройство желудочно-кишечного тракта, снижение сопротивляемости организма, его истощение, перерождение нормальных клеток в злокачественные и др. Эффекты развиваются в течение разных промежутков времени: от долей секунд до многих часов, дней, лет /3, 12/.

Генетические эффекты действия радиации обнаружить трудно, они действуют на малое число клеток и име­ют длительный скрытый период, измеряемый десятками лет после облу­чения. Такая опасность существует даже при очень слабом облучении, которое хотя и не разрушает клетки, но способно вызвать мутации хромосом и изменить наследственные свойства. Большинство подобных мута­ций проявляется только в том случае, когда зародыш получает от обоих родителей хромосомы, поврежденные одинаковым образом. Мутации могут быть вызваны космическими лучами, а также естественным радиа­ционным фоном Земли, на долю которого при­ходится 1 %мутаций человека.

Установлено, что не существует минимального уровня радиации, ни­же которого мутации не происходит. Общее количество мутаций, вызван­ных ИИ, пропорционально численности населе­ния и средней дозе облучения. Генетические эффекты определяются только эффективной коллективной дозой человеко-зиверт, а выявление эффекта у отдельного индивидуума практически непредсказуемо.

Ког­да мутация возникает в клетке, то она распространяется на все клетки нового организма, образовавшиеся путем деления. Помимо генетических эффектов, которые могут сказываться на последующих поколениях (врожденные уродства), наблюдаются соматические (телесные) эффекты, которые опасны не только для самого данного орга­низма (соматическая мутация), но и его потомства. Соматическая мута­ция распространяется только на определенный круг клеток, образовавшихся путем обычного деления из первичной клетки, претерпевшей мутацию.

Разрушительное действие из­лучения особенно заметно проявляется в молодых тканях.

В отличие от генетических эффектов, которые вызываются малыми дозами радиации, соматические эффекты всегда начинаются с опреде­ленной пороговой дозы: при меньших дозах повреждения организма не происходит. Другое отличие соматических повреждений от генетических заключается в том, что организм способен со временем преодолевать по­следствия облучения, тогда как клеточные повреждения необратимы. Значения некоторых доз и эффектов воздействия излучения на орга­низм приведены в таблице 24.

Заболевания, вызванные в результате воздействия ИИ, делятся на две группы: острые и хронические.

Острое лучевое поражение возникает при облучении большими дозами за короткое время.

Протекание острой лучевой болезни, в основном, происходит по четырем стадиям:

-первичная реакция (через несколько часов после облучения появляется тошнота, головокружение, рвота, учащенный пульс, лей­коцитоз, слабость и т.п.);

-скрытая стадия (видимое благополучие) - чем короче эта стадия, тем тяжелее исход болезни;

-стадия разгара заболевания (тошнота, рвота, сильное недомогание, высокая температура (40-41 °С), кровотечение из десен, носа и внутренних органов, резкое снижение лейкоцитов);

-стадия выздоровления или летального исхода.

Острые поражения развиваются при однократном равномерном гамма-облучении всего тела и поглощенной дозе свыше 0,25 Гр. При дозе 0,25-0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 0,5-1,5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10 % облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови. При дозе 1,5-2,0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продол­жительным снижением числа лимфоцитов в крови, возможна рвота в первые сутки после облучения. Смертельные исходы не регистрируются.

Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 2,5-4,0 Гр. Почти у всех в первые сутки - тошнота, рвота, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлия­ния, в 20 % случаев возможен смертельный исход, смерть наступает через 2-6 недель после облучения.

 

Таблица 24 - Действие ионизирующего излучения

Доза, Зв	Мощность дозы или продолжительность	Облуче- ние*	Биологический эффект
0,003	Втечение недели	О	Практически отсутствует
0,01	Ежедневно (в течение нескольких лет)	О	Лейкемия
0,015	Единовременно	Л	Хромосомные нарушения в опухолевых клетках (культура соответствующих тканей)
0,25	В течение недели	Л	Практически отсутствует
0,5-1	Накопление малых доз	Л	Удвоение мутагенных эффектов у одного поколения
	Единовременно	О	Тошнота
3-5	-	О	СД50** для людей
	-	Л	Выпадение волос (обратимое)
4-5	0,1-0,5 Зв/сут	О	Возможно излечение в стационарных условиях
6-9	3 Зв/сут или накопление малых доз	Л	Радиационная катаракта
10-25	2-3 Зв/сут	Л	Возникновение рака сильно радиочувствительных органов
25-60	2-3 Зв/сут	Л	Возникновение рака умеренно радиочувствительных органов
40-50	2-3 Зв/сут	Л	Дозовый предел для нервных тканей
50-60	2-3 Зв/сут	Л	Дозовый предел для желудочно-кишечного тракта
Примечание - О - общее облучение тела человека; Л - локальное облучение; СД50** - доза, ожидаемый эф­фект которой составит 50 % смертей среди лиц, подвергшихся облучению.

 

При дозе 4,0-6,0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50 % случаев к смерти в течение первого месяца. При дозах, превышающих 6,0-9,0 Гр, почти в 100 % случаев крайне тяжелая форма лучевой болезни заканчивается смертью из-за кровоизлияния или инфекционных заболеваний.

Приведенные данные относятся к случаям, когда отсутствует лече­ние. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплексном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 10 Гр.

Хроническая лучевая болезнь возникает при облучении малыми дозами в течение длительного времени, бывает общей и местной. Их развитие происходит в скрытой форме.

Различают три степени хронической болезни:

-легкая степень (незначительные головные боли, слабость, нарушение аппетита и сна);

-вторая степень лучевой хронической болезни (усиление симптомов первой степени, нарушение обмена веществ, сердечно­-сосудистые изменения, кровоточивость, расстройство пищеварительных органов и т.п.);

-третья степень лучевой хронической болезни (нарушение де­ятельности половых желез, изменения в центральной нервной системе, выпадение волос, кровоизлияния и т. п.).

При однократном общем облучении могут быть следующие последствия:

-менее 50 бэр - отсутствие клинических симптомов;

-50-100 бэр - незначительное недомогание;

-100-200 бэр - легкая степень лучевой болезни;

-200 - 400 бэр - тяжелая степень лучевой болезни;

-600 бэр и более - крайне тяжелая степень (часто с летальным исходом).

Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним (при попадании радиоактивного изотопа внутрь организма).

При внешнем облучении опасными являются β-, γ-, рентгеновское и нейтронное облучение.

Внутреннее облучение возможно при вдыхании, курении, заглатывании радиоизотопов с пищей и питьем, проникновении их в организм человека через кожу. Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации. Например, кальций, радий, стронций накапливаются в костях, изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, редкоземельные элементы - преимущественно опухоли печени. Равномерно распределяются изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кровет­ворения, повреждение семенников, опухоли мягких тканей. При внут­реннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие изотопы полония и плутония /3/.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: