Биологическое действие ионизирующих излучений

Ионизирующее излучение в основном носит вред тем, что под его воздействием происходит разрушение генетического аппарата клеток, что приводит либо к их гибели, либо, что хуже для организма в целом, к трансформации с утраченной дифференцировкой. Такие клетки могут образовать злокачественную опухоль, прорастающую в органы и нарушающие их работу. При получении определенной дозы облучения возникает так называемая лучевая болезнь, которая характеризуется поражением кроветворной системы, поражением слизистой оболочки тонкой кишки, нервной системы. Степени тяжести лучевой болезни зависят от полученной организмом дозы. Хроническая лучевая болезнь возникает при ежедневном получении дозы в 0,005 Гр. Наблюдается развитие различных заболеваний, связанных с дисфункцией желез внутренней секреции, нарушение АД. Профилактика хронической лучевой болезни заключается в неукоснительном соблюдении принятых норм радиационной безопасности. Дозы облучения и их биологические проявленияприведены в Приложении 2.

Особенности действия ионизирующего излучения на живой организм.

При изучении действия излучения на организм были определены следующие особенности:

1. высокая эффективность поглощенной энергии. Малые количества поглощенной энергии излучения могут вызвать глубокие биологические изменения в организме.

2. Наличие скрытого, или инкубационного, периода проявления действия ионизирующего излучения. Этот период часто называют периодом мнимого благополучия. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

3. действие от малых доз может суммировать или накапливаться. Этот эффект называется кумуляцией.

4. Излучение воздействует не только на данный живой организм, но и на его потомство. Это так называемый генетический эффект.

5. различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002 – 0,003 Гр уже наступают изменения в крови.

6. Не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение.

7. Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, фракционированное.

8. действие ионизирующих излучений на организм не ощутимы человеком. У людей отсутствует орган чувств, который воспринимал бы ионизирующее излучение. Поэтому человек может проглотить, вдохнуть радиоактивное вещество без всяких первичных ощущений. Дозиметрические приборы являются как бы дополнительным органом чувств, предназначенным для восприятия ионизирующего излучения.

9. видимые поражения кожного покрова, недомогание, характерные для лучевого заболевания, появляются не сразу, спустя некоторое время.

10. суммирование доз происходит скрыто. Если в организм человека систематически будут попадать радиоактивные вещества, то со временем дозы суммируются, что неизбежно приводит к лучевым болезням.

Энергия, излучаемая радиоактивными веществами, поглощается окружающей средой. В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биохимические процессы.

Известно, что 2/3 общего состава ткани человека составляют вода и углерод; вода под воздействием излучения расщепляется на водород Н⁺ и гидроксильную группу ОН^-, которые либо непосредственно, либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный оксид НО₂ и перекись водорода Н₂О₂. Эти соединения взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая ее.

В результате воздействия ионизирующего излучения нарушаются нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме. В зависимости от величины поглощенной дозы излучения и индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми. При небольших дозах поражения 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 (радиоактивнее вещества попадают внутрь организма, например пероральным или ингаляционным путем).

Биологический эффект ионизирующего излучения зависит от суммарной дозы и времени воздействия излучения, вида излучения, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей органические нарушении в зависимости от суммарной поглощенной дозы излучения.

При облучении дозами, в 100-1000 раз превышают смертельную дозу, человек может погибнуть во время облучения.

Поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, а затем и смерть, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела следующие: голова – 20, нижняя часть живота – 30, верхняя часть живота – 50, грудная клетка – 100, конечности – 200 Гр.

Степень чувствительности различных тканей к облучению неодинакова. Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию излучения, 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 (продолжительность жизни которых и без того незначительного – менее 1 суток).

Уменьшится также и количество эритроцитов (красных кровяных телец) по истечении двух недель после облучения (продолжительность жизни эритроцитов примерно 100 суток). У здорового человека насчитывается порядка 10¹⁴ красных кровяных телец и при ежедневном воспроизводстве 10¹², у больного лучевой болезнью такое соотношение нарушается, и в результате погибает организм. Важным фактором при воздействии ионизирующего на организм является время облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие излучения возрастает. Чем более дробно излучение по времени, тем меньше его поражающее действие.

Внешнее облучение, α-частицами а также β-частицами менее опасно. Они имеют небольшой пробег в ткани и не достигают кроветворных и других внутренних органов. При внешнем облучении необходимо учитывать γ - и нейтронное облучение, которые проникают в ткань на большую глубину и разрушают ее.

Степень поражения организма зависит от размера облучаемой поверхности. С уменьшением облучаемой поверхности уменьшается и биологический эффект. Так, при обдучении фотонами поглощенной дозой 450 рад участка тела площадью 6 см², заметного поражения организма не наблюдалось, а при облучении такой же дозой всего тела было 50% смертельных случаев.

Радиоактивные вещества могут попасть внутрь организма при вдыхании воздуха, зараженного радиоактивными элементами, с зараженной пищей или водой и, наконец, через кожу, а также при заражении открытых ран.

Попадание твердых частиц в дыхательные органы зависит от степени дисперсности частиц. Из приводившихся над животными опытов установлено, что частицы пыли размером менее 0,1 мкм ведут себя так же, как и молекулы газа, т.е. при вдохе они попадают вместе с воздухом в легкие, а при выдохе вместе с воздухом удаляются. В легких может оставаться только более 5 мкм, почти все задерживаются в носовой полости.

Гораздо чаще вследствие несоблюдения правил техники безопасности радиоактивные вещества попадают в организм через пищеварительный тракт. Проникновение радиоактивные загрязнений через раны или кожу можно предотвратить, если соблюдать соответствующие меры предосторожности. Опасность радиоактивных элементов, попадающих тем или иным путем в организм человека, тем больше, чем выше их активность.

Степень опасности зависит также от скорости выпадения вещества из организма. Если радионуклиды, попавшие внутрь организма, которые потребляются человеком с пищей (натрий, калий, хлор и др.), то они не задерживаются на длительное время, а выделяются вместе с ними.

Ионизирующее излучение, воздействуя на живой организм, вызывает в нем цепочку обратимых и необратимых изменений, которые приводят к тем или иным биологическим последствиям, зависящим от воздействия и условий облучения. Первичным этапом – спусковым механизмом, инициирующим многообразные процессы, происходящее в биологическом объекте, являются ионизация и возбуждение. Именно в этих физических актах взаимодействия происходит передача энергии ионизирующего излучения облучаемому объекту. Посмотрим, какие же процессы происходят в результате ионизации и возбуждения.

В простых веществах, молекулы которых состоят из атомов одного и того же элемента (газы, металлы и т.д.), процессу ионизации способствует процесс рекомбинации. Ионизованный атом присоединяет к себе один из свободных электронов, которые всегда имеются в среде, в результате вновь образуется нейтральный атом. Возбужденный атом возвращается в нормальное состояние путем перехода электрона (или нескольких электронов в зависимости от характера возбуждения) с внешних электронных оболочек на более близко расположенные к атомному ядру. При этом происходит испускание одного или нескольких фотонов характеристического излучения. Таким образом, ионизация и возбуждение атомов простых веществ не приводят к каким-либо изменениям физико-химической природы облучаемой среды.

Известно, что в биологической ткани 60-70% по массе составляет вода. В результате ионизации молекулы воды образуются свободные радикалы Н⁺ и ОН^- по следующей схеме:

 

Н₂О⁺→ Н⁺ + ОН^-

Н₂О^-→ Н⁰ + ОН^-

В присутствии кислорода образуются также свободный радикал гидроперекиси (НО₂^-) и перекись водорода (Н₂О₂), являющиеся сильными окислителями.

Получающиеся в процессе радиолиза воды свободные радикалы и окислители, обладая высокой химической активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других структурных элементов биологической ткани, что приводит к изменению биохимических процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, подавляется активность ферментных систем, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму, - токсины. Это приводит к нарушению жизнедеятельности отдельных функций или систем и организма в целом.

Индуцированные свободными радикалами химические реакции развиваются с большим выходом и вовлекают в этот процесс многие сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением. В этом и состоит специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты, заключающаяся в том, что производимый им эффект обусловлен не столько количеством поглощенной энергии в облучаемом объекте, сколько той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической и др.), поглощенной биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. Например, смертельная доза ионизирующего излучения, которая для млекопитающих равна 5 Гр (500 рад), соответствует поглощенной энергии излучения 5 Дж/кг (5 в 10 эрг/г). Если эту энергию подвести в виде тепла, то она нагрела бы тело едва ли на 0,001 градуса по Цельсию. Эта тепловая энергия, заключенная в стакане горячего чая. Именно ионизация и возбуждение атомов и молекул среды обуславливают специфику действия ионизирующего излучения.

⇐ Предыдущая123

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: