Действие на организм человека высоких и малых доз радиации

 

     Введение 

Радиация  играет огромную роль в развитии цивилизации  на данном историческом этапе. Благодаря  явлению радиоактивности был  совершен существенный прорыв в области  медицины и в различных отраслях промышленности, включая энергетику. Но одновременно с этим стали всё отчётливее проявляться негативные стороны свойств радиоактивных элементов: выяснилось, что воздействие радиационного излучения на организм может иметь трагические последствия. Подобный факт не мог пройти мимо внимания общественности. И чем больше становилось известно о действии радиации на человеческий организм и окружающую среду, тем противоречивее становились мнения о том, насколько большую роль должна играть радиация в различных сферах человеческой деятельности.

По проблеме воздействия малых доз радиации на человеческий организм в первые годы после чернобыльской аварии возникали разные, порой противоположные мнения. Например, среди них были даже такие (по-видимому, представлявшие интересы атомного ведомства), которые убеждали, что выпавшие после чернобыльской аварии радиационные вещества можно сравнивать с целительным действием радоновых ванн.

В настоящее время проблема влияния низкоинтенсивного облучения на живые объекты чрезвычайно интересна не только в теоретическом, но и в практическом плане. Она становится жизненно важной не только для работающих на атомных заводах и станциях или проживающих вблизи них, но и для миллионов людей, находящихся за тысячи километров от мест аварий на предприятиях атомной промышленности.

 

 

 

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние радиации на организм

 

 

     Воздействие радиации на организм может быть различным, но почти всегда оно негативно. В малых дозах радиационное излучение может стать катализатором процессов, приводящих к раку или генетическим нарушениям, а в больших дозах часто приводит к полной или частичной гибели организма вследствие разрушения клеток тканей.

То, что радиация оказывает пагубное влияние на здоровье человека, уже ни для кого не секрет. Когда радиоактивное излучение проходит через тело человека или же когда в организм попадают зараженные вещества, то энергия волн и частиц передается нашим тканям, а от них клеткам. В результате атомы и молекулы, составляющие организм, приходят в возбуждение, что ведёт к нарушению их деятельности и даже гибели. Все зависит от полученной дозы радиации, состояния здоровья человека и длительности воздействия.

Для ионизирующего излучения нет барьеров в организме, поэтому любая молекула может подвергнуться радиоактивному воздействию, последствия которого могут быть самыми разнообразными. Возбуждение отдельных атомов может привести к перерождению одних веществ в другие, вызвать биохимические сдвиги, генетические нарушения и т.п. Пораженными могут оказаться белки или жиры, жизненно необходимые для нормальной клеточной деятельности. Таким образом, радиация воздействует на организм на микроуровне, вызывая повреждения, которые заметны не сразу, а проявляют себя через долгие годы. Поражение отдельных групп белков, находящихся в клетке, может вызвать рак, а также генетические мутации, передающиеся через несколько поколений. Воздействие малых доз облучения обнаружить очень сложно, ведь эффект от этого проявляется через десятки лет.

Сложность в отслеживании последовательности процессов, вызванных облучением, объясняется тем, что последствия облучения, особенно при небольших дозах, могут проявиться не сразу, и зачастую для развития болезни требуются годы или даже десятилетия. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Действие на организм человека высоких и малых доз радиации

 

В последние годы ученые уделяют пристальное внимание воздействию малых доз радиации. Если ранее считалось, что малые дозы не оказывают негативного воздействия на организм, то в результате более чем десятилетнего изучения пришли к выводу, что малые дозы радиации изменяют ответную реакцию организма на воздействие различных постоянных факторов. При хроническом воздействии малых доз организм находится в состоянии компенсационного напряжения. Длительное существование его в таком состоянии приводит к исчерпанию резервных возможностей, сокращению продолжительности жизни, преждевременному старению, опухолеобразованию.

Какие дозы облучения считают малыми?

Среди ученых в этом вопросе нет единодушия, но большинство считает, что диапазон малых доз находится выше природного фона и превышает его в десять раз. Верхняя граница диапазона малых доз является менее определенной, поскольку существует большая разница между разными организмами в радиочувствительности. Мерилом верхнего предела малых доз считают ту дозу радиации, при которой гибнет 50% особей данного вида на протяжении 30-60 дней (ЛД50\30) или 100% за это же время (ЛД100/30). Диапазон малых доз ограничивается «сверху» величиной, которая на 2 порядка (в сто раз) меньше чем ЛД50\30 для определенного вида живых созданий (организмов). В случае когда малые дозы относят к человеку, то речь идет о дозах 4-5 рад (0,04 – 0,05 Гр) в условиях разового облучения.

Крайние значения допустимых доз радиации:

 

Орган	Допустимая  доза
Красный костный мозг	0,5-1 Гр.
Хрусталик глаза	0,1-3 Гр.
Почки	23 Гр.
Печень	40 Гр.
Мочевой пузырь	55 Гр.
Зрелая  хрящевая ткань	>70 Гр.
Примечание: Допустимая доза - суммарная доза, получаемая человеком в течение 5 недель

 

  
      Тем не менее, существуют дозы, при которых  летальный исход практически  неизбежен. Так, например, дозы порядка 100 г приводят к смерти через несколько  дней или даже часов вследствие повреждения  центральной нервной системы, от кровоизлияния в результате дозы облучения в 10-50 г смерть наступает  через одну-две недели, а доза в 3-5 грамм грозит обернуться летальным  исходом примерно половине облученных.      

Знания  конкретной реакции организма на те или иные дозы необходимы для оценки последствий действия больших доз облучения при авариях ядерных установок и устройств или опасности облучения при длительном нахождении в районах повышенного радиационного излучения, как от естественных источников, так и в случае радиоактивного загрязнения. Однако даже малые дозы радиации не безвредны и их влияние на организм и здоровье будущих поколений до конца не изучено. Однако можно предположить, что радиация может вызвать, прежде всего, генные и хромосомные мутации, что в последствии может привести к проявлению рецессивных мутаций.          

Следует более подробно рассмотреть наиболее распространенные и серьезные повреждения, вызванные облучением, а именно рак и генетические нарушения.      

В случае рака трудно оценить вероятность  заболевания как  следствия облучения.  Любая, даже самая малая доза, может  привести к необратимым последствиям, но это не предопределено.  Тем  не менее, установлено, что вероятность заболевания возрастает прямо пропорционально  дозе облучения.       

Среди наиболее распространенных раковых  заболеваний, вызванных облучением,  выделяются  лейкозы. Оценка вероятности  летального исхода при лейкозе более  надежна, чем аналогичные оценки для других видов раковых заболеваний. Это можно объяснить тем, что лейкозы первыми проявляют себя, вызывая смерть в среднем через 10 лет после  момента облучения. За лейкозами  “по популярности” следуют: рак  молочной железы, рак щитовидной железы и рак легких. Менее чувствительны  желудок, печень, кишечник и другие органы и ткани.       

Воздействие радиологического излучения  резко усиливается  другими неблагоприятными экологическими факторами (явление синергизма). Так, смертность от радиации у курильщиков заметно выше.       

Что касается  генетических последствий  радиации, то  они проявляются  в виде хромосомных аберраций  (в том числе изменения числа  или структуры  хромосом) и генных мутаций.  Генные мутации  проявляются  сразу в первом поколении (доминантные  мутации) или  только при условии, если у обоих родителей мутантным  является один и тот же ген (рецессивные  мутации), что является  маловероятным.        

Изучение  генетических последствий облучения  еще более затруднено, чем в  случае рака. Неизвестно, каковы генетические повреждения при облучении, проявляться  они могут на протяжении многих поколений, невозможно отличить их от тех, что вызваны другими причинами.      

Существует  три пути поступления радиоактивных  веществ в организм: при вдыхание воздуха,  загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду,  через кожу, а также при заражении открытых ран.

Наиболее опасен первый путь,  поскольку:

• объем легочной вентиляции очень большой
• значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

Пылевые частицы,  на  которых  сорбированы радиоактивные изотопы, при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают в полости рта и носоглотке.  Отсюда  пыль  поступает в пищеварительный тракт. Остальные частицы поступают в легкие.  Степень задержки аэрозолей в легких  зависит от дисперсионности.  В легких задерживается около 20%  всех частиц; при уменьшении размеров аэрозолей величина задержки увеличивается до 70%.

При всасывании радиоактивных веществ  из желудочно-кишечного тракта имеет  значение коэффициент резорбции,  характеризующий долю вещества, попадающего  из желудочно-кишечного тракта в  кровь.  В  зависимости от природы  изотопа коэффициент изменяется в широких пределах: от сотых долей  процента (для циркония, ниобия), до нескольких десятков процентов (водород,  щелочноземельные элементы). Резорбция через неповрежденную кожу в 200-300 раз меньше,  чем через желудочно-кишечный тракт, и, как правило, не играет существенной роли.

При попадании радиоактивных веществ  в организм  любым  путем  они  уже через  несколько  минут  обнаруживаются в крови.  Если поступление  радиоактивных веществ было однократным,  то концентрация  их  в  крови  вначале  возрастает  до  максимума,  а  затем  в  течение  15-20 суток  снижается.

Концентрации  в  крови  долгоживущих  изотопов  в дальнейшем могут удерживаться практически на одном уровне в  течение длительного времени  вследствие обратного вымывания отложившихся веществ.

Заряженные  частицы. Проникающие в ткани  организма a- и b-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят (Гамма-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые, в конечном счете, также приводят к электрическим взаимодействиям.)                 Электрические взаимодействия. За время порядка  десяти триллионных секунды после  того, как проникающее излучение  достигнет соответствующего атома  в ткани организма, от этого атома  отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходного нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.  

Физико-химические изменения. И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут  долго пребывать в таком состоянии  и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют  в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно  реакционно-способные, как “свободные радикалы”.  

Химические изменения. В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.  

Биологические эффекты. Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток, или такие изменения в них могут привести к раку.

Конечный  эффект  облучения   является   результатом   не   только первичного повреждения клеток, но и последующих   процессов восстановления. Предполагается, что значительная   часть первичных повреждений в клетке возникает в виде так называемых потенциальных повреждений, которые могут  реализовываться в случае отсутствия восстановительных процессов.  Реализация этих процессов способствуют процессы биосинтеза  белков  и  нуклеиновых  кислот.  Пока  реализация потенциальных повреждений   не   произошла,   клетка   может   в   них "восстановиться". Это,  как предполагается,  связано с ферментативными реакциями и  обусловлено  энергетическим  обменом.  Считается,  что  в основе этого явления лежит  деятельность  систем,  которые  в  обычных условиях регулируют интенсивность естественного мутационного процесса.

Мутагенное  воздействие ионизирующего излучения  впервые установили русские ученые Р.А.  Надсон и Р.С.  Филиппов в 1925 году в  опытах  на дрожжах. В  1927  году  это  открытие  было подтверждено Р. Меллером на классическом генетическом объекте - дрозофиле.

Ионизирующие  излучения  способны вызывать все  виды наследственных перемен. Спектр мутаций,  индуцированных облучением,  не отличается от спектра спонтанных мутаций.

Последние исследования  Киевского Института  нейрохирургии показали, что радиация даже в малых количествах,  при дозах в  десятки  бэр, сильнейшим образом воздействует на нервные клетки - нейроны. Но нейроны гибнут не от прямого воздействия радиации.  Как выяснилось,  в  результате воздействия радиации у большинства ликвидаторов ЧАЭС наблюдается "послерадиоционная энцефлопатия". Общие нарушения в организме под действием радиации приводит к изменению обмена веществ, которые влекут за собой патологические изменения головного мозга.