Радиация

 

Глава 4. Влияние радиации на организмы

 

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.

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. Кроме того, вследствие различной проникающей способности разных видов радиоактивных излучений они оказывают неодинаковое воздействие на организм:             a-частицы наиболее опасны, однако для a-излучения даже лист бумаги является непреодолимой преградой; b-излучение способно проходить в ткани организма на глубину один-два сантиметра; наиболее безобидное g-излучение характеризуется наибольшей проникающей способностью:  его может задержать лишь толстая плита из материалов, имеющих высокий коэффициент поглощения, например, из бетона или свинца.

Также различается чувствительность отдельных органов к радиоактивному излучению. Поэтому, чтобы получить наиболее достоверную информацию о  степени риска, необходимо учитывать соответствующие коэффициенты чувствительности тканей при расчете эквивалентной дозы облучения:

0,03 – костная ткань

0,03 – щитовидная железа

0,12 – красный костный мозг

0,12 – легкие 

0,15 – молочная железа

0,25 – яичники или семенники

0,30 – другие ткани

1,00 – организм в целом.

Вероятность повреждения тканей зависит  от суммарной дозы и от величины дозировки, так как благодаря  репарационным способностям большинство  органов имеют возможность восстановиться после серии мелких доз.

В таблице 1 приведены 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

Таблица 1.

 

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.

Приходится оценивать появление  наследственных дефектов у человека по  результатам экспериментов  на животных.

При оценке риска НКДАР использует два подхода:  при одном  определяют непосредственный эффект данной дозы, при другом –  дозу, при которой удваивается  частота появления потомков с той или иной  аномалией по сравнению с нормальными радиационными условиями.

Так, при первом подходе установлено, что доза в 1 г, полученная при низком радиационном фоне особями мужского пола (для женщин оценки менее определенны), вызывает появление от 1000 до 2000 мутаций, приводящих к серьезным последствиям, и от 30 до 1000 хромосомных аберраций на каждый миллион живых новорожденных.

При втором подходе получены следующие результаты: хроническое облучение при мощности дозы в 1 г на одно поколение приведет к появлению около 2000 серьезных генетических заболеваний  на каждый миллион живых новорожденных среди детей тех, кто подвергся такому облучению.

Оценки эти ненадежны, но необходимы.  Генетические последствия облучения  выражаются такими количественными параметрами, как сокращение продолжительности жизни и периода  нетрудоспособности, хотя при этом признается, что эти оценки не более чем первая грубая прикидка. Так, хроническое облучение населения с мощностью дозы в 1 г на поколение сокращает период трудоспособности на 50000 лет, а продолжительность жизни – также на 50000 лет на каждый миллион живых новорожденных среди детей первого облученного поколения; при постоянном  облучении многих поколений выходят на  следующие оценки: соответственно 340000 лет и 286000 лет.

 

Пути проникновения излучения  в организм человека

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 энцефалопатия". Общие нарушения в организме под действием радиации приводит к изменению обмена веществ, которые влекут за собой патологические изменения головного мозга.

 

Глава 5

Заболевания, вызываемые действием ионизирующих излучений

 

Важнейшие биологические реакции  организма человека на действие ионизирующей радиации условно разделены на две  группы. К первой относятся острые поражения, ко второй - отдаленные последствия, которые в свою очередь подразделяются на соматические и генетические эффекты.

Острые поражения. В случае одномоментного тотального облучения человека значительной дозой или распределения ее на короткий срок эффект от облучения зависит от величины поглощенной дозы.

При облучении дозой менее 100 бэр, как правило, отмечаются лишь легкие реакции организма, проявляющиеся  в формуле крови, изменении вегетативных функций.

При дозах облучения более 100 бэр  развивается острая лучевая болезнь, тяжесть течения которой зависит от дозы облучения. Первая степень лучевой болезни (легкая) возникает при дозах 100 – 200 бэр, вторая (средней тяжести ) – при дозах 200 – 300 бэр, третья ( тяжелая ) – при дозах 300 – 500 бэр и четвертая ( крайне тяжелая ) – при дозах более 500 бэр.

Дозы однократного облучения 500 – 600 бэр при отсутствии медицинской  помощи считаются абсолютно смертельными.

Другая форма строго лучевого поражения  проявляется в виде лучевых ожогов. В зависимости от поглощенной  дозы ионизирующей радиации имеют место реакции 1степени (при дозе до 500 бэр ), 2 (до 800 бэр ), 3 (до 1200 бэр ) и 4 степени  (при дозе выше 1200 бэр ), проявляющиеся в разных формах : от выпадения волос , шелушения и легкой пигментации кожи (1 степень ожога ) до язвенно-некротических поражений и образование длительно незаживающих трофических язв (4 степень лучевого поражения).