Влияние радиации на живые организмы

Схема череды последействия  ионизирующей радиации на живое

Возбуждения на атомном  уровне. Ионизация (вдоль трека электрона, нейтрона или фотона).

Радиолиз молекул  воды и простых органических молекул. Повреждения клеточных мембран.

Возникновение мутаций  на молекулярном (генном) уровне (разрывы  одной и двух цепочек ДНК).

Разрыв сложных  органических молекул (белков) и образование  чужеродных белков.

Окисление липидов. Нарушение синтеза белков. Инактивация ферментов.

Поражения внутриклеточных  структур. Мутации на хромосомном  уровне (хромосомные аберрации).

Нарушение функционирования и гибель отдельных клеток. Мутации  на геномном уровне (изменение числа  хромосом). Возникновение геномной нестабильности.

Накопление продуктов  тканевого распада. Нарушение функционирования и повреждение тканей и органов (в том числе возникновение  раков). Нарушение эндокринной и  иммунной систем.

Нарушение функционирования и гибель особей (сначала более  радиочувствительных).

Увеличение дисперсии  по разным признакам и уменьшение устойчивости популяции (возникновение  популяционной генетической нестабильности).

Нарушение генетической структуры популяции и гибель популяции (сначала более радиочувствительных).

Нарушения структуры  и работы экосистем, ухудшение здоровья среды.

Вымирание видов (сначала  более радиочувствительных), сокращение биоразнообразия, разрушение биосферы. 

 Радиационные  нарушения передаются по наследству

  Начиная с  работ Г. Меллера двадцатых годов прошлого века известно, что все три основных типа мутаций, возникшие при радиационном воздействии (генные, хромосомные и геномные) передаются через половые клетки в чреде поколений. Даже один радиоактивный атом может стать причиной мутации. Исследования второго - третьего поколений жертв ядерных бомбардировок в Хиросиме и Нагасаки, лиц, облученных в Южно-Уральской и Чернобыльской катастрофах и вокруг Семипалатинского полигона, современными молекулярно-генетическими методами обнаружили многочисленные передающиеся по наследству изменения в ДНК и хромосомах. Оказалось также, что потомки облученных родителей обнаруживают также и другие нарушения, например, иммунологические.

В повреждении наследственности состоит самое главное отличие  в действии радиации. Атомщики часто  говорят, что ежегодно под колесами автомобилей гибнет много больше людей, чем от радиации. Они умалчивают, что действие радиации бесконечно опаснее  гибели в любой катастрофе, поскольку  ставит под угрозу бессчетное количество будущих поколений. В результате развития атомной индустрии за последние  полвека происходит накопление до поры до времени скрытых мутаций. Когда  уровень мутаций в популяциях человека и других живых существ  достигнет критического, вымирание  популяции может оказаться неизбежным. 

Признавая эти негативные последствия действия радиации, атомщики постоянно подчеркивают, что они  связаны только с большими дозами и большими мощностями доз, а при  низких уровнях облучения положение совершенно иное. Однако, как показано в следующих главах, это не так: низкоуровневая радиация оказывается сильнодействующим фактором.

ВОЗДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА ЖИВОЙ  ОРГАНИЗМ 

Ионизирующее излучение, действуя на живой организм, вызывает в нем цепочку обратимых и  необратимых изменений, которые  приводят к тем или иным биологическим  последствиям. Первичным этапом, инициирующим многообразные процессы, происходящие в биологическом объекте, является ионизация (от атома отрывается электрон).

В процессе ионизации  происходит разрушение молекул вещества, образуются «свободные радикалы» и  сильные окислители с высокой  химической активностью.

Получающиеся в  процессе радиолиза воды (в биологической  ткани 60—70% по массе составляет вода) свободные радикалы и окислители, обладая высокой химической активностью, вступают в химические реакции с  молекулами белка и других структурных  элементов биологической ткани, что приводит к изменению биохимических  процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, замедляется  и прекращается рост тканей, возникают  новые химические соединения, не свойственные организму. Это приводит к нарушению  жизнедеятельности организма в  целом. 

Специфика действия ионизирующего излучения на биологические  объекты заключается в том, что  производимый им эффект обусловлен не столько количеством поглощенной  энергии в облучаемом объекте, сколько  той формой, в которой эта энергия  передается (индуцированные свободными радикалами химические реакции вовлекают  в этот процесс многие сотни и  тысячи молекул, не затронутых излучением).

Никакой другой вид  энергии (тепловой, электрической и  др.), поглощенной биологическим  объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие  вызывает ионизирующее излучение.

Например, смертельная  доза ионизирующего излучения для  человека, равная 600 рад (600 бэр), соответствует  поглощенной энергии излучения 6·104 эрг/г. Если эту энергию подвести в виде тепла, то она нагрела бы тело едва ли на 0,001°C. Это тепловая энергия, заключенная в стакане горячего чая. Именно ионизация и возбуждение  атомов и молекул обусловливают  специфику действия ионизирующего  излучения.

Время протекания процесса ионизации составляет 10-16—10-14 с. Длительность процесса, при котором наблюдаются  физико-химические изменения, — 10-10—10-6 с.

Биохимические изменения  могут произойти как через  несколько секунд, так и через  десятилетия после облучения  и явиться причиною немедленной  гибели клеток или таких изменений  в них, которые могут привести к раку.

Эффекты воздействия  ионизирующего излучения на живой  организм разделяют на две категории: соматические, которые возникают  в организме человека, непосредственно  подвергшегося облучению, и генетические, проявляющиеся у его потомков.

Тяжесть поражения  организма, вызванного дозой радиации, зависит от того, получает ли ее организм сразу или в несколько приемов. Большинство органов успевает в  той или иной степени залечить радиационные повреждения, поэтому  они лучше переносят серию  мелких доз, нежели ту же суммарную  дозу облучения, полученную за один прием.

Кроме того, реакция  разных органов и тканей человека на облучение неодинакова, причем различия очень велики.

Красный костный  мозг, другие элементы кроветворной системы, репродуктивные органы и глаза наиболее уязвимы при облучении. Дети также  крайне чувствительны к действию радиации.

Большинство тканей взрослого человека относительно мало чувствительны к действию радиации. К ним можно отнести почки, печень, мочевой пузырь, зрелые хрящевые ткани.

Накопленный к настоящему времени большой материал, полученный в экспериментах на животных, а  также на основе обобщения многолетних  данных о состоянии здоровья рентгенологов, радиологов и других лиц, которые  подвергались воздействию ионизирующих излучений, показывает, что при однократном равномерном гамма-облучении всего тела:

10000 бэр — смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы,

1000—5000 бэр — смерть наступает через одну—две недели вследствие внутренних кровоизлияний,

400—500 бэр — 50% облученных умирает в течение одного—двух месяцев вследствие поражения клеток костного мозга,

100 бэр — нижний уровень развития лучевой болезни,

75 бэр — кратковременные незначительные изменения состава крови,

30 бэр — облучение при рентгеноскопии желудка (разовое),

25 бэр — допустимое аварийное облучение персонала (разовое),

10 бэр — допустимое аварийное облучение населения (разовое),

5 бэр — допустимое облучение персонала в нормальных условиях за год,

0,5 бэр — допустимое облучение населения в нормальных условиях за год,

0,350 бэр — годовая эквивалентная доза облучения за счет всех источников излучения в среднем для жителя России.

При установлении норм радиационной безопасности Международной  комиссией по радиологической защите (МКРЗ) был взят за основу следующий  принцип: «Обеспечить защиту от ионизирующего  излучения отдельных лиц, их потомство  и человечество в целом, и в  то же время создать соответствующие  условия для необходимой практической деятельности человека, во время которой люди могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений». Исходя из этого МКРЗ установила систему дозовых пределов, которые легли в основу отечественных норм «Нормы радиационной безопасности НРБ-76/87».

Всего выделено три  категории:

категория А — лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками излучений,

категория Б — лица, которые не работают непосредственно с радиоактивными источниками, но по условиям проживания могут подвергаться воздействию радиоактивных веществ,

категория В — области, края, республики.

Для каждой категории  облучаемых лиц установлены следующие  нормативы: основные дозовые пределы  и допустимые уровни, соответствующие  дозовым пределам.

При облучении всего  тела или наиболее радиочувствительных  органов (гонады, костный мозг) предельно  допустимые дозы равны: для категории А — 5 бэр/год (50 мЗв/год), для категории Б — 0,5 бэр/год (5 мЗв/год). В случае облучения некоторых органов и тканей установлены менее жесткие дозовые пределы с учетом различной радиочувствительности органов.

Дозовые пределы  не включают дозы за счет естественного  фона излучения и рентгенодиагностических  процедур.

Для категории В дозовые пределы не установлены. Часто не представляется возможным непосредственно измерить дозу, например, в случаях внутреннего облучения. Это обуславливает необходимость введения допустимых уровней — нормативных значений поступления радиоактивных веществ в организм, содержание радиоактивных веществ в организме, их концентрации в воде и воздухе, мощности дозы, плотности потока.

В настоящее время  среди ученых нет единой точки  зрения по вопросу о биологических  последствиях малых доз облучения. Некоторые считают, что зависимость  доза — эффект имеет линейный вид, другие полагают, что вредные эффекты  облучения выявляются, начиная с  какого-то определенного порога. Третьи полагают, что небольшие дозы даже полезны. По-видимому, существуют как  положительные, так и отрицательные  радиационные эффекты малых доз. Науке еще только предстоит выяснить, какие — полезные или вредные  для человека – эффекты будут  преобладать в каждой конкретной ситуации и определить границу доз, за которой отрицательные эффекты  доминируют.

При работе с радиоактивными источниками основное требование к  обеспечению безопасных условий  труда — сооружение защитных барьеров, обеспечивающих снижение дозы внешних  потоков излучений на рабочих  местах и в соседних помещениях, до допустимых уровней, или использование  защиты временем и защиты расстоянием, чтобы за время проведения той  или иной операции не произошло переоблучение персонала и ограниченной части населения. 
 
 
 
 
 

Типы  и формы взаимоотношений  организмов в биоценозах

Опубликовано 29 Окт 2010 в рубрике «Экология»

Любой биоценоз представляет собой совокупность огромного числа  организмов, различных по морфологической  природе, типу питания, биологическим  особенностям. Однако все многообразие организмов можно свести к трем группам  по их функциональной значимости. 

Продуценты (от лат. producens — производящий) — организмы, создающие из неорганических органические вещества. Это автотрофы по типу питания, то есть зеленые растения, способные к фотосинтезу. Используя солнечную энергию, они синтезируют органическое вещество, которое частично используется ими же как пища, строительный материал. Значительная часть его в виде опада (листья, ветви) отмирает, попадает в почву, перегнивает и вновь в виде простых минеральных веществ используется растениями. К автотрофам относятся также фото- и хемосинтезирующие бактерии. 

Консументы (от лат. consume — потребляю), или потребители, — это животные, гетеротрофы по типу питания. В эту группу входят организмы самых разных систематических таксонов. Различают консументы первичные — растительноядные животные (коровы, овцы, олени, лоси) — и вторичные — плотоядные животные (волк, лев, тигр). Потребляя органическое вещество, первичные консументы используют его энергию для своей жизнедеятельности, выбрасывая остатки, способствуют вовлечению его в круговорот. Они же являются пищей для вторичных консументов. Таким образом, консументы реализуют часть энергии, законсервированной продуцентами, однако количество этой энергии в природных условиях невелико: едва ли десятая часть энергии, усвояемой продуцентами, используется консументами. 

Редуценты (от лат. reducens — восстановители, деструкторы) — это микроорганизмы, почвенные грибы, которые, разлагая мертвое органическое вещество, переводят его в более простые неорганические соединения и вовлекают в круговорот. Благодаря именно этим организмам вещество, создаваемое продуцентами, и трупные остатки подвергаются переработке, минерализации. Чтобы представить огромную работу, которую проделывают эти организмы, достаточно вспомнить, какое количество листвы ежегодно опадает с деревьев, и которой уже не найти в июле—августе следующего года. Весь годовой опад полностью разрушается редуцентами к моменту опадения новой листвы.