Влияние радиации на живые организмы

Влияние радиации на живые  организмы

 Ионизирующая  радиация называется «ионизирующей»  потому, что при прохождении через  любое вещество заряженных (электроны)  или нейтральных (нейтроны) частиц, а также квантов электромагнитного  излучения происходит ионизация:  электрически нейтральные атомы  и молекулы возбуждаются, и возникают  положительные и отрицательные  ионы и свободные электроны.  Действие ионизирующего излучения  существенно отличается от действия  химических веществ тем, что  радиация не может «растворяться»  до все более низкой концентрации, переданная энергия (ионизация)  концентрируется вдоль трека  электрона, нейтрона или кванта  электромагнитного излучения, и  эту локальную концентрацию энергии  нельзя уменьшить. Поэтому радиационное  загрязнение - самое опасное для  живых существ.

Влияние ионизирующей радиации (далее просто «радиации») на живые организмы разнообразно, и наши знания в этой области постоянно  расширяются. 

 Последствия облучения

  В течение  многих лет после открытия  радиации основным поражающим  воздействием облучения считалось  лишь покраснение кожи. До пятидесятых  годов XX века основным фактором  непосредственного воздействия  радиации считалось прямое радиационное  поражение некоторых органов  и тканей: кожи, костного мозга,  центральной нервной системы,  желудочно-кишечного тракта (так  называемая острая лучевая болезнь).

Одним из первичных  эффектов облучения живой ткани  является разрыв молекул белка и  образование новых молекул, чуждых организму. Эти продукты тканевого  распада - чуждые молекулы - уничтожаются антителами, которые вырабатываются некоторыми лейкоцитами (белыми кровяными  клетками). Защищаясь от продуктов  распада, организм до какого-то предела  способен увеличивать число лейкоцитов (образование повышенного числа  лейкоцитов называется лейкоцитозом). При дальнейшем действии радиации образующиеся в большом числе для борьбы с чужеродными белками антитела не успевают созревать, и наступает лейкоз или лейкемия - опухолевое системное поражение крови.

 К началу шестидесятых  годов выяснились, что многочисленные  облучения могут сказаться не  сразу, а через несколько (иногда  несколько десятков) лет. Этот  так называемый латентный (скрытый)  период оказывается разным для  разных видов рака, для нарушений  кровообращения, шизофрении, катаракты  и других заболеваний, вызываемых  радиацией.

Вот более близкий  пример. Расчет онкозаболеваемости после радиационной катастрофы в 1957 году на Южном Урале показал, что максимум заболеваний всеми формами рака ожидается для мужчин в 2012 - 2020 гг. (через 55 - 63 года), для женщин - в 2016 - 2024 гг. (через 49 - 67 лет).

Перечень становящихся известными отдаленных последствий  облучения постоянно растет. 
 

Основные отдаленные последствия ионизирующего облучения

•    возникновение  злокачественных новообразований (раков) практически любых органов (у  человека это чаще всего рак крови (лейкемия), кожи, костей, молочной железы, яичников, легких и щитовидной железы);

•    нарушения  генетического кода (мутации в  половых и других клетках);

•    развитие иммунодепрессии и иммунодефицита и, как результат, повышение чувствительности организма к обычным заболеваниям;

•    нарушение  обмена веществ и эндокринного равновесия;

•    поражения  органов зрения (помутнение хрусталика и возникновение катаракты);

•    возникновение  временной или постоянной стерильности (поражения яйцеклеток, сперматозоидов) и развитие импотенции;

•    органические поражения нервной системы, кровеносных  и лимфатических сосудов в  результате гибели медленно размножающихся клеток нервной ткани и эндотелия (выстилки сосудов);

•    ускоренное старение организма;

•    нарушения  психического и умственного развития. 

 Доказательствам  того, что те или иные заболевания  могут быть связаны с радиацией,  посвящены многочисленные научные  дискуссии. Обильный материал  для таких дискуссий, кроме  тысяч и тысяч специальных  экспериментальных исследований  на животных и растениях, дает  изучение последствий радиационных  аварий и катастроф, атомных  бомбардировок Хиросимы и Нагасаки  в 1945 году, последствий производства  и испытаний тысяч атомных  бомб СССР, США, Великобританией,  Францией и Китаем, данные по  последствиям рентгенодиагностики  и рентгенотерапии.

 Под давлением  фактов постепенно официально  признается связь с радиацией  все большего круга заболеваний.  Показательны в этой связи  последние официальные российские  и американские перечни заболеваний,  возникновение или обострение  которых обусловлено воздействием  радиации.

«Перечень заболеваний, возникновение или обострение которых  обусловлено воздействием радиации ...

1. Острая и хроническая  лучевая болезнь; 

2. Лучевая катаракта; 

3. Местное лучевое  поражение; 

4. Миелоидный лейкоз;

5. Эритромиелодисплазия;

6. Апластическая анемия;

7. Злокачественные  лимфомы;

8. Миеломная болезнь;

9. Рак щитовидной  железы;

10. Рак трахеи, бронхов,  легкого; 

11. Рак пищевода;

12. Рак желудка; 

13. Рак толстой  кишки; 

14. Рак мочевого  пузыря;

15. Рак молочной  железы;

16. Рак яичников  и яичка; 

17. Рак почки; 

18. Рак кожи;

19. Злокачественные  опухоли костей и суставных  хрящей;

20. Злокачественная  опухоль мозга; 

21. Другие онкологические  заболевания». 

 Дозы и нормы

 Несколько десятилетий  - вплоть до начала пятидесятых  годов - для измерения количества  радиации использовалась единица  экспозиционной дозы «Рентген»  (Р). Один рентген соответствовал  эффекту действия одного грамма  радия за час на расстоянии  одного метра и обнаруживался  по покраснению кожи руки.

Потом выяснилось, что  огромную роль в лучевом поражении  играет не только количество ионизирующего  излучения, поглощенного телом («поглощенная доза», измеряемая в «Греях» (1 Гр = 1 Джоуль энергии, поглощенный массой 1 кг), но и качество ионизирующего  излучения. Качество излучения определяется линейной плотностью ионизации (линейной передачей энергии - ЛПЭ). Пока считается, что ЛПЭ бета-, гамма - и рентгеновского излучения сходно, и оно принимается за единицу, ЛПЭ медленных нейтронов -5, обычных нейтронов - 10, а ЛПЭ альфа излучения и сверхбыстрых нейтронов - 20. Поэтому пришлось ввести понятие «эквивалентной дозы» - поглощенной дозы, умноженной на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения.

Выяснилось также, что разные органы и ткани имеют  различную чувствительность к радиации. Наименее чувствительны кожа и поверхность  костей (взвешивающие коэффициент 0.01), наиболее чувствительны - яичники и  семенники (взвешивающие коэффициент 0.20). Поэтому пришлось ввести понятие  «эффективной дозы» - мера риска возникновения  отдаленных последствий облучения для всего тела человека или отдельных его органов с учетом этих взвешивающих коэффициентов. 

 Внешнее и внутреннее  облучение

 Кроме внешнего  облучения, есть внутреннее облучение,  вызываемое радионуклидами, поступившими  в организм с пищей, водой,  атмосферным воздухом и через  кожу. Внутреннее и внешнее облучение  в конкретных условиях радиоактивного  загрязнения территорий могут  различаться в сотни раз, при  этом выше или ниже может  быть и внутреннее, и внешнее  облучение.

Разные радионуклиды по-разному задерживаются и концентрируются  в разных органах и тканях (инкорпорированные - «включенные в состав» - ра-дионуклиды). Время выведения половины поглощенного радионуклида из организма - период «биологического полураспада» - свое для каждого ра-дионуклида.

Внутреннее и внешнее  облучения действуют различно. Например, после внутреннего альфа-облучения, вызванного инкорпорированным плутонием, эффективность восстановления однонитевых  разрывов ДНК оказывается существенно  ниже, чем после внешнего гамма  облучения такой же силы . 

 Есть ли порог  в действии радиации?

 Шведский радиобиолог  P.M. Зиверт в 1950 году пришел к заключению, что для действия радиации на живые организмы нет порогового уровня, то есть любая, сколь угодно малая доза дополнительного облучения вызывает какой-то эффект. При облучении в больших дозах поражения неизбежно возникают у каждой особи (это так называемый детерминированный, т. е. определенный эффект). При облучении в малых дозах эффект будет стохастическим (случайным), т. е. изменения среди группы облученных обязательно возникнут, но у какой именно особи - заранее определить невозможно. Поскольку радиация может нарушать работу любых систем органов, стохастические эффекты оказываются бесконечно разнообразными.  

 Изменчивость  радиочувствительности

 Существуют значительные  различия в радиочувствительности  у разных людей. Известно, например, что дети и пожилые люди  в большей степени подвержены  воздействию радиации. Существует  значительная изменчивость радиочувствительности  в любой возрастно-половой группе: примерно четверть всех людей  обладает повышенной радиочувствительностью, а около 20% - пониженной. Атомщики, которые с гордостью утверждают, что они бесследно для себя  перенесли большие дозы облучения,  говорят только часть правды. Вся же правда состоит в  том, что многие другие их  коллеги, получившие такие же  дозы, и заболели, и погибли.

 Особенно чувствительны  к действию радиации развивающиеся  зародыши и плоды млекопитающих  и человека. Среди основных последствий  такого воздействия:

•    гибель плода, новорожденных или младенцев;

•    отсутствие (анцефалия) и/или уменьшение размеров (микроцефалия) головного мозга и черепно-мозговых нервов;

•    заболевания  мозга (нейробластома, водянка); умственная отсталость и идиотия;

•    отсутствие или недоразвитие одного или обоих  глаз (анофтальмия, микрофтальмия), поражение (вплоть до отсутствия) хрусталика; поражение радужной оболочки, сетчатки; незакрывающиеся веки, косоглазие, дальнозоркость, врожденная глаукома;

•    нарушения  роста и формы тела: карликовость, задержка роста и снижение массы  тела; изменение формы черепа и  грудной клетки;

•    деформация и атрофия конечностей; врожденный вывих бедра; сращение и расщепление  фаланг пальцев;

•    нарушения  в расположении и строении зубов;

•    нарушения  в развитии (вплоть до отсутствия) и  расположении внутренних органов (сердца, почек, яичников, семенников и др.). 

 Синергизм в  действии радиации

 Эффект радиации  может многократно усиливаться  при ее воздействии одновременно  с другими факторами среды  - химическими (пестициды, тяжелые  металлы, диоксины и др.) и физическими (электромагнитные, температурные воздействия) загрязнениями. Оказалось, например, что малые количества пестицидов могут усиливать действие радиации. То же самое происходит при действии радиации в присутствии небольших количеств ртути. Недостаток селена в организме усиливает тяжесть радиационного поражения. Известно, что у курильщиков, подвергающихся облучению в 15 мЗв/год, риск заболеть раком легких возрастает более чем в 16 раз по сравнению с некурящими. Известно также, что на фоне небольшого по величине хронического облучения разовое кратковременное дополнительное облучение дает эффект, много более значимый, чем при простом суммировании этих доз. Возможно, эффект такого взаимодействия радиации с другими факторами риска основан на сенсибилизации (повышении чувствительности) организма, испытавшего воздействие малых доз облучения к химическим мутагенам и канцерогенам. 

Радиация затрагивает  все уровни строения живой материи

Радиация затрагивает  все без исключения живые системы, начиная с молекулярного и  кончая биосферным уровнем.