Биологическое действие ионизирующего излучения

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО  ИЗЛУЧЕНИЯ

 

Историческая справка

На ранней стадии существования  материи она была в значительной степени радиоактивной. Однако по истечении  времени большинство ядер природных  радиоактивных веществ подверглись  радиоактивному распаду и стали  устойчивыми. Но некоторые вещества все еще радиоактивны и являются источниками ионизирующего излучения. Наряду с этим, излучения Космоса  и Солнца постоянно воздействуют на организм и окружающую среду. Таким  образом, вся жизнь на земле развивается  в среде, которая является естественно-радиоактивной. Ионизирующее излучение было открыто  в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном  в Германии, который зафиксировал неизвестные ранее лучи, которые  проникали сквозь тело человека. Эти  лучи, однако, не были связаны с естественной радиоактивностью. Рентген получил  их в электронной лампе, разгоняя поток электронов от одного электрода  к другому. Это открытие вдохновило других ученых искать "таинственные" лучи, и в 1896 году было сделано следующее  открытие: французский физик Анри Беккерель изучал минеральный образец  урана и обнаружил, что он испускал лучи того же самого типа, что и лучи Рентгена. Беккерель обнаружил явление  естественной радиоактивности. Теперь поиск химических элементов, испускающих  радиацию, стал более целенаправленным. В 1898 году ученые Мария и Пьер Кюри выделили два радиоактивных элемента: полоний и радий. Радий, который  является высоко радиоактивным химическим элементом, скоро оказался полезным в медицине. Терапевтическое облучение теперь обычное явление. А в то время об опасности вредного воздействия излучения на организм не было известно. Многие из первопроходцев в области медицины и научных исследований были облучены, и в течение первых десятилетий прошлого столетия некоторые из них погибли от лучевой болезни.

 

РАДИОАКТИВНОСТЬ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Все люди неизбежно подвергаются воздействию  ионизирующего излучения и от окружающей среды, и от искусственных (созданных человеком) источников ионизирующего  излучения, и от своего собственного организма

 

Естественный радиационный фон

Средняя доза от естественного фонового излучения, то есть излучения от Космоса, Земли и от радиоактивных веществ  в теле, для среднестатистического  жителя Земли составляет около 1 мЗв в год.

В земной коре и покрывающей ее почвенно-растительном покрове содержатся природные радионуклиды, которые  непрерывно воздействуют на нас ионизирующим излучением, в среднем около 0,5 мЗв в год.

Состав грунта и, таким образом, присутствие радиоактивных веществ  в почве различаются. Поэтому  доза облучения, вызванная присутствием радионуклидов в почве, зависит  от места Вашего проживания. Когда  мы дышим и когда мы едим, естественные радиоактивные вещества попадают в  наш организм. Среди них изотопы  радиоактивного калия-40 и углерода-14. Величина внутреннего облучения от этого источника приблизительно одинакова для всех людей.

 

Газ радон в зданиях

Облучение в домах происходит от радиоактивных веществ, содержащихся в грунте и в строительных материалах.

Инертный газ радон получается при распаде радия-226, который  находится и в грунте и в  строительных материалах. Радон - короткоживущий элемент и распадается на дочерние продукты распада. Радон, также как  и его продукты распада, излучает альфа-излучение, которое особо вредно при попадании внутрь организма. Как инертный газ радон химически  нейтрален.

При вдохе он не остается в организме, а удаляется оттуда с выдохом. Его продукты распада представляют большие проблемы - они содержатся в пыли воздуха, которая может  оставаться в легких в течение  долгого времени, увеличивая альфа-облучение  и риск заболевания раком легких.

Попадающий в дома газ радон  и продукты его распада, в виду минимальной вентиляции жилья, имеют  повышенную концентрацию. Прямое гамма-излучение  от строительных материалов также вносит вклад в дозу, но главный источник больших доз облучения в домах (в среднем 2 мЗв/год) - это альфа-излучение от радона и продуктов его распада. В разных странах, в том числе и в России, есть много "радоновых домов", где излучение намного выше этого среднего значения.

 

Пределы по содержанию радона и продуктов  его распада:

- в новых зданиях - 100 Бк/м3;

- в построенных ранее - 200 Бк/м3

 

Объемная активность радона в воздухе  более 200 Бк/м3 расценивается, как недопустимый риск для здоровья.

 

Медицинское облучение

 

Медицинские осмотры и медицинское  облучение прибавляют порядка 1,4 мЗв в год к дозе облучения человека - вклад в суммарную дозу облучения составляет около 30%.

Медицинское облучение населения  обусловлено использованием ионизирующего  излучения в трех областях медицины: рентгеновской диагностике и  профилактике, радионуклидной диагностике и лучевой терапии.

По ожидаемым эффектам медицинское  облучение превосходит все другие виды облучения населения вместе взятые, т.к. оно является в отличие  от последних "острым" облучением (дозы у пациента формируются за секунды и минуты).

Другие источники излучения

 

В зависимости от профессии некоторые  категории населения подвергаются большему облучению. Пилот, летающий выше 8 000 метров (где интенсивность излучения  выше, чем на уровне земли), облучается дозой в 1-2 мЗв в год за счет космического излучения. В шахтах высокое содержание радона дополнительно облучает шахтера дозой около 20 мЗв в год.

Средняя дополнительная доза персонала  атомных электростанций, непосредственно  работающих в местах с повышенным ионизирующим излучением, может достигать 2 мЗв в год.

 

ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Существуют различия между последствиями  радиационного воздействия, которые  возникают вскоре после облучения - острые последствия - и последствиями, которые будут наблюдаться намного  позже - хронические последствия.

Острые последствия облучения

Острые последствия обусловлены  большой дозой облучения тела или органа человека за короткий срок, и в большинстве случаев приводят к гибели клеток организма. При превышении порогового значения (рисунок 2.12) повреждения  неизбежны, и они увеличиваются  с увеличением дозы. Индивидуальное пороговое значение может быть разным, и это может изменить степень  повреждений каждого индивидуума.

Острая лучевая болезнь и  повреждение плода у беременных - примеры острых повреждений организма  в результате воздействия ионизирующего  излучения.

 

Острая лучевая болезнь

Клетки, которые являются наиболее чувствительными к воздействию  радиации - клетки с высокой частотой деления. Поэтому в первую очередь  ионизирующее излучение будет воздействовать на кроветворные органы (красный костный мозг), особенно чувствительные к ионизирующему излучению.

Кратковременная доза облучения на все тело более, чем 1000 мЗв (100 бэр) приведет к острой лучевой болезни. Множество клеток и, следовательно, большие части живой ткани будут повреждены или погибнут. Функции облученного органа будут нарушены.

Последствия интенсивного облучения  организма в дозах, превышающих  пороговое значение, иногда проявляются  уже через час или два: человек  начнет чувствовать слабость и начнется рвота. Эти признаки обычно уменьшаются  после двух дней, и в течение  двух-трех недель - самочувствие человека улучшается. Однако, за это время число белых кровяных клеток существенно уменьшится, уменьшится и сопротивление организма заразным болезням. Это может привести к воспалительным болезням с высокой температурой, диарее и кровотечениям. Если человек поправляется от острого облучения, то останется риск хронических последствий облучения.

 

Генетические нарушения  в организме

Различают следующие виды воздействия  на клетки организма вследствие облучения  в зависимости от поглощенной  дозы облучения и радиоустойчивости клетки:

Без изменений - облучение не влияет на клетку;

Гибель клетки;

Восстановление: клетка восстанавливает  молекулу ДНК;

нарушения восстановления.

Молекула ДНК получает ложную информацию, ведущую к мутации клетки. Мутации  не обязательно отрицательные, но они  могут также привести к генетическим нарушениям и раковым заболеваниям.

Хронические последствия облучения

Рак и наследственные болезни расцениваются  как хронические последствия  действия радиационного облучения.

Пороговое значение дозы облучения  для хронических последствий  отсутствует. Чем больше доза облучения, тем выше вероятность заболевания.

Хронические заболевания

Анализ данных о влиянии ионизирующей радиации на онкологическую заболеваемость основывается на использовании статистики по результатам наблюдения больших групп людей или животных, подвергнувшихся облучению, и сравнению результатов этих наблюдений со статистикой для подобных групп, которые не были облучены - контрольных групп.

Наши познания о вредных воздействиях ионизирующего излучения основаны на исследовании групп пациентов, которые  подверглись медицинскому облучению; людей, которые работают с радиоактивными веществами; шахтеров, облучавшимся полезными  ископаемыми с высоким содержанием радона и лабораторных животных.

Лучшим источником информации, однако, являются жертвы атомных бомбардировок  в Хиросиме и Нагасаки. Это - самая  большая группа людей, подвергнувшаяся  высоким дозам облучения, которую  исследователи имели возможность  наблюдать с медицинской точки  зрения в течение длительного  периода. По истечении 40 лет число  случаев заболевания раковыми болезнями  в этой группе было приблизительно на 1% больше, чем в контрольной  группе.

 

Связь между дозой облучения  и риском раковых заболеваний

Во всех исследованиях, в которых  заболевание "радиационным" раком  было доказано, дозы облучения были порядка 100 мЗв и больше. Этот статистический материал показывает, что риск заболевания по отношению к увеличению дозы облучения имеет линейную зависимость.

 

 

Оценка риска хронических  заболеваний 

основана на статистике относительно высоких доз. Достоверной статистики об эффектах (онкологических заболеваниях), вызванных незначительными (т.н. "малыми") дозами облучения, не имеется.

Проведены обширные исследования, но пока нет никаких определенных доказательств  увеличения риска заболеваний раком  вследствие облучения человека малыми дозами. Несколько возможных случаев  заболеваний раком за счет облучения  больших групп исследуемых теряются в большом количестве случаев  заболевания раком по другим причинам.

Принимается, что отношение между  риском заболевания раком и дозой  облучения так же линейно от 0 мЗв к значению дозы, для которой риск заболевания был доказан.

Существующая философия радиационной защиты - незначительного облучения, которое не вызывают риск заболевания  раковыми болезнями - не бывает.

Оценка риска наследственных заболеваний

Обычно около 10% всех нормально  рожденных детей страдает от некоторых  наследственных заболеваний. Это создает  трудности в определении связи  причин заболеваний с облучением. Но даже среди тех 78000 детей в Японии, чьи родители были подвергнуты действию радиации в результате атомной бомбардировки, увеличение числа наследственных заболеваний  не наблюдается до настоящего времени, несмотря на то, что изменения в  анализах крови регистрируются: изменения  хромосом. Риск наследственных заболеваний, вызванных облучением, для всех поколений  составляет около 2% на 1 зиверт дозы облучения, то есть примерно в пять раз меньше, чем риск заболевания раковыми болезнями.

 

 

 

http://www.cgie38.uspb.ru/page34.html