Действие на организм человека высоких и малых доз радиации

      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. 

      6

      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 несколь-ких 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.  
 

7 

      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.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      8

      Воздействие ионизирующего излучения  на ткани организма 

    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.  
 
 
 
 
 
 
 
 

    9

Источники радиационного излучения

      Теперь, имея представление о воздействии  радиационного облучения на живые  ткани, необходимо выяснить, в каких  ситуациях мы наиболее подвержены этому  воздействию.

      Существует  два способа облучения: если радиоактивные  вещества находятся вне организма  и облучают его снаружи, то речь идет о внешнем облучении. Другой способ облучения – при попадании  радионуклидов внутрь организма  с воздухом, пищей и водой –  называют внутренним.

     Источники радиоактивного излучения весьма разнообразны, но их можно объединить в две большие группы: естественные и искусственные (созданные человеком). Причем основная доля облучения (более 75% годовой эффективной эквивалентной дозы) приходится на естественный фон. 

     1) Естественные источники радиации 

      Естественные  радионуклиды делятся на четыре группы: долгоживущие (уран-238, уран-235, торий-232); короткоживущие (радий, радон); долгоживущие одиночные, не образующие семейств (калий-40); радионуклиды, возникающие в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами вещества Земли (углерод-14).

      Разные  виды излучения попадают на поверхность  Земли либо из космоса, либо поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре, причем земные источники ответственны в среднем за 5/6 годовой эффективной эквивалентной доз, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения. 

     2) Источники радиации, созданные человеком (техногенные) 

      Искусственные источники радиационного облучения  существенно отличаются от естественных не только происхождением. Во-первых, сильно различаются индивидуальные дозы, полученные разными людьми от искусственных радионуклидов. В большинстве случаев эти дозы невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников гораздо более интенсивно, чем за счет естественных. Во-вторых, для техногенных источников упомянутая вариабельность выражена гораздо сильнее, чем для естественных. Наконец, загрязнение от искусственных источников радиационного излучения (кроме радиоактивных осадков в результате ядерных взрывов) легче контролировать, чем природно обусловленное загрязнение.

Энергия атома  используется человеком в различных  целях: в медицине, для производства энергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов, для поиска полезных ископаемых и, наконец, для создания атомного оружия.

10

      Основной  вклад в загрязнение от искусственных  источников вносят различные медицинские  процедуры и методы лечения, связанные  с применением радиоактивности. Основной прибор, без которого не может  обойтись ни одна крупная клиника – рентгеновский аппарат, но существует множество других методов диагностики и лечения, связанных с использованием радиоизотопов.

      Неизвестно  точное количество людей, подвергающихся подобным обследованиям и лечению, и дозы, получаемые ими, но можно  утверждать, что для многих стран  использование явления радиоактивности в медицине остается чуть ли не единственным техногенным источником облучения.

      В принципе облучение в медицине не столь опасно, если им не злоупотреблять. Но, к сожалению, часто к пациенту применяются неоправданно большие  дозы. Среди методов, способствующих снижению риска уменьшение площади рентгеновского пучка, его фильтрация, убирающая лишнее излучение, правильная экранировка и самое банальное, а именно исправность оборудования и грамотная его эксплуатация.

      Из-за отсутствия более полных данных НКДАР  ООН был вынужден принять за общую  оценку годовой коллективной эффективной  эквивалентной дозы, по крайней мере, от рентгенологических обследований в  развитых странах на основе данных, представленных в комитет Польшей  и Японией к 1985 году, значение 1000 чел-Зв на 1 млн. жителей. Скорее всего, для развивающихся стран эта величина окажется ниже, но индивидуальные дозы могут быть значительнее. Подсчитано также, что коллективная эффективная эквивалентная доза от облучения в медицинских целях в целом (включая использование лучевой терапии для лечения рака) для всего населения Земли равна примерно 1 600 000 чел-Зв в год.

     Следующий источник облучения, созданный руками человека – радиоактивные осадки, выпавшие в результате испытания  ядерного оружия в атмосфере, и, несмотря на то, что основная часть взрывов  была произведена еще в 1950-60е годы, их последствия мы испытываем на себе и сейчас.

      В результате взрыва часть радиоактивных  веществ выпадает неподалеку от полигона, часть задерживается в тропосфере и затем в течение месяца перемещается ветром на большие расстояния, постепенно оседая на землю, при этом оставаясь примерно на одной и той же широте. Однако большая доля радиоактивного материала выбрасывается в стратосферу и остается там более продолжительное время, также рассеиваясь по земной поверхности.