Биологическое действие ионизирующего излучения

 

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО  ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ  АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ»

 

Кафедра радиобиологии и БЖЧС

 

 

 

Реферат на тему

«Биологическое действие ионизирующего излучения»

 

 

 

 

 

Выполнил

студент 3 курса 6 группы ФВМ

Евстафьев Алексей  Сергеевич

 

 

 

Санкт –  Петербург, 2012

 

Оглавление

1. Миграция радиоактивных веществ в биологических цепях 2

2. Механизм воздействия ионизирующих излучений на живые организмы 3

3. Радио-чувствительность различных биологических видов 5

4. Измерение радиации: терминология и единицы измерения 9

5. Измерение радиации 10

6. Измерение доз 12

7. Список использованной литературы 14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Миграция радиоактивных веществ в биологических цепях

 

Радиоактивный распад происходит в результате внутриядерных процессов. Скорость его не связана с воздействием внешних факторов и не зависит  от количества радиоактивного вещества. Радиоактивный распад имеет вероятностный  характер и подчиняется законам  статистики. Нельзя заранее предугадать, когда именно распадется тот или  иной атом, но имеется возможность  достаточно точно подсчитать, какое  количество атомов радиоактивного вещества распадается в течение определенного  времени. Поступления радиоактивных веществ во внешнюю среду происходят различными путями. Особенно большое количество радиоактивных продуктов деления было выброшено в результате испытания ядерного оружия.  

При наземном ядерном взрыве слой грунта под влиянием колоссальных давлений и высокой температуры  перемещается с радиоактивными продуктами деления, расплавляется и частично переходит в парообразное состояние. Огромное количество грунта вместе с  огненным шаром поднимается в  верхние слои атмосферы и по мере остывания этой массы происходит конденсация паров расплавленного грунта, после затвердевания расплавленной  массы радиоактивные продукты деления  оказываются, в основном, фиксированными в стекловидных частицах.

Весьма важным обстоятельством, от которого в дальнейшем зависит  степень миграции радионуклидов  по биологическим и пищевым цепочкам, являются физико-химические свойства грунта, вовлеченного в огненный смерч. Если взрыв произошел на силикатной почве, то доступность радиоактивных  продуктов деления в районе локальных  выпадений низкой. Если из воронки  в огненный шар вовлечен карбонатный  грунт, то оплавленные частицы в  дальнейшем быстро разрушаются под  воздействием воды, температуры и  других факторов, а радионуклиды выщелачиваются в почвенный раствор и становятся доступными микроорганизмам и растениям. При попадании оплавленных частиц из карбонатных грунтов в желудок  животных они сравнительно легко  растворяются желудочным соком, поступают  в организм и  переходят далее  в продукты животного происхождения.

Образующиеся при воздушных  взрывах частицы весьма малы –  от  сотых до тысячных долей миллиметра, тогда как при наземных испытаниях их размеры варьируют в довольно широких пределах: от нескольких миллиметров  до его тысячных долей.

 

Основная масса радиоактивного вещества (до 80 %) после наземного  взрыва выпадает в непосредственной близости от места взрыва в виде шлака и крупных частиц.

Радиоактивная пыль, попавшая в верхние слои атмосферы - в тропосферу и стратосферу, выпадает медленно на поверхность почвы в районах, удаленных на большие расстояния от места взрыва. Радиоактивные продукты деления из тропосферы выпадают в  течение 2-3 месяцев, тогда как из стратосферы они поступают на поверхность земли в течение  многих лет. Эти выпадения называют глобальными, т. к. они рассеиваются по всей поверхности планеты.

Миграция  радиоактивных  аэрозолей в тропосфере происходит в соответствии с  законами перемещения  воздушных масс. Скорость переноса радиоактивных веществ в тропосфере весьма высока, и прежде чем тропосфера очистится от радиоактивности, радиоактивная пыль успевает пройти несколько раз вокруг земного шара.

2. Механизм воздействия ионизирующих  излучений на живые организмы

 

Биологическое действие ионизирующих излучений обусловлено поглощением  энергии тканями живых организмов.

Исключительно высокий повреждающий эффект ионизирующих излучений на живую  материю связан с тем, что в  результате удаления или присоединения  электрических зарядов к нейтральным  атомам и молекулам они становятся положительно или отрицательно заряженными. Молекулы, получившие электрический  заряд, в дальнейшем распадаются  на радикалы и ионы. Затем радикалы вступают во взаимодействие с нейтральными молекулами или между собой. При  этом происходят химические реакции, не характерные для необлученных организмов, в результате чего нормальный процесс  обмена веществ нарушается и в  зависимости от дозы ионизирующего  излучения он либо замедляется, либо прекращается вовсе.

Основной составной частью растительных и животных тканей, как  известно является вода. Это имеет важное значение при их радиационном поражении. Радикалы, которые при облучении животных образуются в результате расщепления молекул воды, являются наиболее активными в первичных химических реакциях.

В результате воздействия  ионизирующих излучений с молекулами воды происходит радиолиз, т, е. расщепление  воды на два иона - Н и ОН. Гидроксильный  радикал является сильным окислителем, а атом  водорода -восстановителем. Эти радикалы активно вступают в реакцию со свободным кислородом биологических тканей, образуя перекись водорода (Н2О2) и гидропероксид (Н2О4), который также вступает в реакцию с белками и другими молекулами облученных организмов.

Особенно чувствительны  к воздействию ионизирующих излучений  дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты, играющие важную роль в  передаче  наследственных свойств.

Известны факты, когда  введение крови облученных животных вызывало у необлученных реципиентов  в ряде органов и систем изменения, характерные  для лучевой болезни. Примечательно, что даже инъекция сыворотки  крови от облученных животных в большой  дозе токсично действует на реципиента. Отсюда видно, как важно знать суть радиационного поражения организмов для разработки мер ослабления эффекта облучения. В настоящее время исследования по действию радиотоксинов проводятся не только в лабораторных условиях, но и на крупных сельскохозяйственных животных.

Действие радиации на генетические структуры растений и животных может  привести к глубоким изменениям наследственности. Н.П. Дубининым (1963) показано, что действие ионизирующих излучений связано  с изменением химии и структур хромосом в ядрах клеток. По его  мнению, ядерные поражения являются первой причиной, приводящей к сложным  процессам лучевого заболевания  организмов: половой стерилизации, подавлению регенерационной способности  и т. д.

Электромагнитное излучение  крайне высоких частот (ЭМИ КВЧ) широко применяется в клинической практике при практически полном отсутствии научно обоснованной теоретической  базы.

3. Радио-чувствительность различных  биологических видов

 

Вскоре после открытия биологического действия ионизирующих излучений было установлено, что  любой живой объект может быть убит этим агентом. Однако дозы облучения, приводящие различные объекты к  гибели, отличаются  в очень широких  пределах, даже на несколько порядков. Иными словами, каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующей радиации, своя радио-чувствительность.

В качестве примера крайне низкой радио-чувствительности можно  привести бактерии, обнаруженные в  канале ядерного реактора. В этих условиях бактерии не только не погибали, но жили и размножались, почему и получили название - микрококк радиорезистентный.

Степень радио-чувствительности сильно варьирует и в пределах одного вида - индивидуальная радио-чувствительность, а для определенного индивидуума  зависит также от его возраста и пола.

Кроме того, даже в одном  организме различные клетки и  ткани значительно различаются  по радио-чувствительности. К наиболее чувствительным относятся кроветворная система, эпителий слизистой тонкого кишечника. Имеются относительно устойчивые ткани: мышечная, нервная, костная, которые принято называть резистентными. Впрочем деление тканей на радиочувствительные и радиорезистентны весьма условно, т. к. зависит от избранного критерия.

Конечный радиобиологический эффект тесно связан с количеством  энергии, поглощенной живой тканью во время облучения, и зависит  от радио-чувствительности растений и  животных, которая изменяется в довольно широком диапазоне. Причины неодинаковой реакции растений и животных различных видов на ионизирующие излучения полностью не установлены. Однако экспериментально доказано, что степень радио-чувствитёльности организмов тесно связана с размером ядра, числом хромосом, скоростью деления клеток и рядом других факторов.

Реакция живых организмов на ионизирующую радиацию изменяется в зависимости от вида ионизирующей радиации, времени облучения и  мощности дозы. Влияние различных  видов ионизирующей радиации на биологические  объекты коррелирует с плотностью ионизации. Чем выше линейная плотность  ионизации, тем выше биологическое  воздействие. Известно, что γ-кванты и β-частицы образуют в биологических тканях до 10 пар ионов на 1 мкм пути, тогда как у α-частиц и быстрых нейтронов ионизация в 10 раз выше. Кроме того, нейтронное излучение вызывает наведенную радиоактивность. Чем выше разовая доза и чем короче время ее воздействия, тем быстрее выявляется поражающее действие ионизирующих излучений на живые организмы.

Одним из критериев оценки биологической эффективности излучений  является гибель организмов. Доза ионизирующей радиации, при которой гибнет половина организмов, называется полулетальной (ЛД50). Минимальная доза, смертельная  для всех облученных организмов, называется летальной (ЛД100). Для сравнения радио-чувствительности и радиорезистентности по величинам  ЛД50 и ЛД|00 учитывается время, в  течение которого облученные организмы  погибают (для животных принят период продолжительностью 30 дней). Радио-чувствительность различных организмов неодинакова: полулетальная доза (в радах) у  растений колеблется от«1000 до 150000», у  птиц - от 400 до 670 и у млекопитающих - от 200 до 500.

Определенное влияние  на степень радио-чувствительности оказывает видовая и даже индивидуальная реактивность организмов.

 

Таблица 1

Дозы γ-излучения, вызывающие 50%-ную смертность.

Биологический вид	Доза, Гр	Биологический вид	Доза, Гр
Овца Осел Собака Человек Обезьяны разных видов Мыши разных линий	1,5-2,65 2,0-3,8 2,5-3,0 2,5-3,5 2,5-6,0 6,5-15,0	Крысы разных линий Птицы Рыбы Кролик Химик Змеи Насекомые	7,0-9,0 8,0-20,0 8,0-20,0 9,0-10,0 9,0-20,0 80,0-200,0 10,0-100,0

 

В чем же причина такого разнообразия? Каковы механизмы, определяющие естественную радио-чувствительность биологических радио-объектов? Однозначно ответить на этот вопрос радиобиологии пока не удалось, хотя многое его аспекты изучены в достаточной степени.

 

В своем последнем докладе  НКДАР (Научный комитет по действию атомной радиации)  ООН впервые  за 20 лет опубликовал подробный  обзор сведений, относящихся к  острому поражению организма, которое  происходит при больших дозах облучения человека. Вообще говоря, радиация оказывает подобное действие лишь  начиная с некоторой минимальной, или пороговой, дозы облучения. Из таблицы 1  видно, что чем выше уровень биологического развития организма, тем выше его радио-чувствительность (за некоторым исключением) – закон радио-чувствительности.

Большое количество сведений было получено при анализе результатов  применения лучевой терапии при  лечении рака. Многолетний опыт позволил медикам получить обширную информацию о реакции тканей человека на облучение. Эта реакция для различных  органов и тканей оказалась неодинаковой, причем различия очень велики. Величина же дозы, определяющая тяжесть поражения  организма, зависит от того, получит  ли ее организм сразу или в несколько  приемов. Большинство органов успевает в той или иной степени залечить радиационные повреждения и поэтому  лучше переносит серию мелких доз, нежели ту же суммарную дозу облучения, полученную за один раз.

Разумеется, если доза облучения  достаточно велика, облученный человек  погибнет. Во всяком случае, очень большая  доза облучения, порядка 100 Гр, вызывает настолько серьезное поражение  центральной нервной системы, что  смерть, как правило, наступает в  течение нескольких часов или  дней. При дозах облучения от 10 до 50 Гр при облучении всего тела поражение центральной нервной  системы может оказаться не настолько  серьезным, чтобы привести  вести  к летальному исходу, однако облученный человек, скорее всего, все равно  умрет через одну-две недели от кровоизлияния в желудочно-кишечном тракте. При еще меньших дозах  могут произойти серьезные повреждения  желудочно-кишечного тракта, но организм с ними справится. И тем не менее смерть может наступить через один-два месяца с момента облучения, главным образом из-за разрушения клеток красного костного мозга - главного компонента кроветворной системы организма: от дозы| 3-5 Гр при облучении всего тела умирает половина всех облученных.

Согласно оценкам, полученным при первом подходе, доза в 1 Гр, полученная при низком уровне радиации только особями мужского пола индуцирует появление  от 1000 до 2000 мутаций.