Ионные излучениЯ

Внутреннее облучение  является более опасным, а его  последствия более тяжёлыми по следующим  причинам:

- резко увеличивается  доза облучения, определяемая  временем пребывания радионуклида  в организме (радий-226 или плутоний-239 в течение всей жизни);

- практически бесконечно  мало расстояние до ионизируемой  ткани (так называемое, контактное  облучение);

- в облучении участвуют  альфа частицы, самые активные  и поэтому самые опасные;

- радиоактивные вещества  распространяются не равномерно  по всему организму, а избирательно, концентрируются в отдельных  (критических) органах, усиливая  локальное облучение;

- невозможно использовать  какие-либо меры защиты, применяемые  при внешнем облучении: эвакуацию,  средства индивидуальной защиты (СИЗ) и др.

Меры ионизирующего  воздействия

Мерой ионизирующего воздействия  внешнего излучения является экспозиционная доза, определяемая по ионизации воздуха. За единицу экспозиционной дозы (Дэ) принято считать рентген (Р) – количество излучения, при котором в 1 куб.см. воздуха при температуре 0 С и давлении 1 атм образуются 2,08 х 10 пар ионов. Согласно руководящим документам Международной компании по радиологическим единицам (МКРЕ) РД – 50-454-84 после 1 января 1990 г. использовать такие величины, как экспозиционная доза и её мощность, в нашей стране не рекомендуется (принято, что экспозиционная доза есть поглощённая доза в воздухе). Большая часть дозиметрической аппаратуры в РФ имеет градуировку в рентгенах, рентген / часах, и от этих единиц пока не отказываются.

Мерой ионизирующего воздействия  внутреннего облучения является поглощённая доза. За единицу поглощенной дозы принят рад. Это доза излучения, переданная массе облучаемого вещества в 1 кг и измеряемая энергией в джоулях любого ионизирующего излучения. 1 рад = 10 Дж/кг. В системе СИ единицей поглощённой дозы является грей (Гр), равный энергии в 1 Дж/кг.

1 Гр = 100 рад.

1 рад = 10 Гр.

Для перевода количества ионизирующей энергии в пространстве (экспозиционная доза) в поглощённую мягкими тканями  организма применяют коэффициент  пропорциональности К = 0,877, т.е.:

1 рентген = 0,877 рад.

В связи с тем, что различные  виды излучений обладают разной эффективностью (при равных затратах энергии на ионизацию производят различное  воздействие), введено понятие «эквивалентная доза». Единица её измерения –  бэр. 1 бэр – это доза излучения  любого вида, воздействие которой  на организм эквивалентно действию 1 рад  гамма излучения. Поэтому при  оценке общего эффекта воздействия  радиационного излучения на живые  организмы при суммарном облучении  всеми видами излучений учитывается  коэффициент качества (Q), равный 10 для  нейтронного излучения (нейтроны примерно в 10 раз эффективнее в плане  радиационного поражения) и 20 – для альфа излучения. В системе СИ единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв), равный 1 Гр х Q.

Наряду с величиной  энергии, видом облучения, материалом и массой органа важным фактором является, так называемый биологический период полураспада радиоизотопа – продолжительность времени, необходимого для выведения (с потом, слюной, мочой, калом и др.) из организма половины радиоактивного вещества. Уже через 1-2 часа после попадания РВ в организм они обнаруживаются в его выделениях. Сочетание физического периода полураспада с биологическим даёт понятие «эффективный период полураспада» - наиболее важный в определении результирующей величины облучения, которому подвергается организм, особенно критические органы.

Наряду с понятием «активность» существует понятие «наведённая  активность» (искусственная радиоактивность). Она возникает при поглощении медленных нейтронов (продуктов ядерного взрыва или ядерной реакции), ядрами атомов нерадиоактивных веществ и превращении их в радиоактивные калий-28 и натрий-24, образующиеся, в основном, в грунте.

Таким образом, степень, глубина  и форма лучевых поражений, развивающихся  у биологических объектов (в том  числе у человека) при воздействии  на них радиации, зависят от величины поглощённой энергии излучения (дозы).

Механизм действия ионизирующего излучения

Принципиальной особенностью действия ионизирующего излучения  является его способность проникать  в биологические ткани, клетки, субклеточные структуры и, вызывая одномоментную  ионизацию атомов, за счёт химических реакций повреждать их. Ионизирована может быть любая молекула, а отсюда все структурно-функциональные разрушения в соматических клетках, генетические мутации, воздействия на зародыш, болезнь и смерть человека.

Механизм такого воздействия  заключается в поглощении энергии ионизации организмом и разрыве химических связей его молекул с образованием высокоактивных соединений, так называемых свободных радикалов.

Организм человека на 75% состоит  из воды, следовательно, решающее значение в этом случае будет иметь косвенное  воздействие радиации через ионизацию  молекулы воды и последующие реакции  со свободными радикалами. При ионизации  молекулы воды образуется положительный  ион Н О и электрон, который, потеряв энергию, может образовать отрицательный ион Н О. Оба эти иона являются неустойчивыми и распадаются на пару стабильных ионов, которые рекомбинируют (восстанавливаются) с образованием молекулы воды и двух свободных радикалов ОН и Н, отличающихся исключительно высокой химической активностью. Непосредственно или через цепь вторичных превращений, таких как образование перекисного радикала (гидратного оксида воды), а затем перекиси водорода Н О и других активных окислителей группы ОН и Н, взаимодействуя с молекулами белков, они ведут к разрушению ткани в основном за счет энергично протекающих процессов окисления. При этом одна активная молекула с большой энергией вовлекает в реакцию тысячи молекул живого вещества. В организме окислительные реакции начинают превалировать над восстановительными. Наступает расплата за аэробный способ биоэнергетики – насыщение организма свободным кислородом.

Воздействие ионизирующего  излучения на человека не ограничивается изменением структуры молекул воды. Меняется структура атомов, из которых  состоит наш организм. В результате происходит разрушение ядра, клеточных  органелл и разрыв наружной мембраны. Так как основная функция растущих клеток – способность к делению, то утрата её приводит к гибели. Для  зрелых неделящихся клеток разрушение вызывает потерю тех или иных специализированных функций (выработку определённых продуктов, распознавание чужеродных клеток, транспортные функции и тд.). Наступает радиационно индуцированная гибель клеток, которая в отличие от физиологической гибели необратима, так как реализация генетической программы терминальной дифференцировки в этом случае осуществляется на фоне множественных изменений нормального течения биохимических процессов после облучения.

Кроме того, дополнительное поступление энергии ионизации в организм нарушает сбалансированность энергетических процессов, происходящих в нём. Ведь наличие энергии в органических веществах зависит в первую очередь не от их элементарного состава, а от строения, расположения и характера связей атомов, т.е. тех элементов, которые легче всего поддаются энергетическому воздействию.

Последствия облучения

Одно из наиболее ранних проявлений облучения – массовая гибель клеток лимфоидной ткани. Образно говоря, эти  клетки первыми принимают на себя удар радиации. Гибель лимфоидов ослабляет одну из основных систем жизнеобеспечения организма – иммунную систему, так как лимфоциты – такие клетки, которые способны реагировать на появление чужеродных для организма антигенов выработкой строго специфических антител к ним.

В результате воздействия  энергии радиационного излучения  в малых дозах в клетках  происходят изменения генетического  материала (мутации), угрожающие их жизнеспособности. Как следствие наступает деградация (повреждение) ДНК хроматина (разрывы  молекул, повреждения), которые частично или полностью блокируют или  извращают функцию генома. Происходит нарушение репарации ДНК –  способности её к восстановлению и залечиванию повреждений клеток при повышении температуры тела, воздействии химических веществ и пр.

Генетические мутации  в половых клетках оказывают  влияние на жизнь и развитие будущих  поколений. Этот случай характерен, например, если человек подвергся воздействию  небольших доз радиации во время  экспозиции в медицинских целях. Существует концепция – при получении  дозы в 1 бэр предыдущим поколением она даёт дополнительно в потомстве 0.02 % генетических аномалий, т.е. у 250 младенцев  на миллион. Эти факты и многолетние  исследования данных явлений привели  ученых к выводу, что безопасных доз радиации не существует.

Воздействие ионизирующих излучений  на гены половых клеток может вызвать  вредные мутации, которые будут  передаваться из поколения в поколение, увеличивая «мутационный груз» человечества. Опасными для жизни являются условия, увеличивающие «генетическую нагрузку»  вдвое. Такой удваивающей дозой  является, по выводам научного комитета ООН по атомной радиации, доза в 30 рад при остром облучении и 10 рад  при хроническом (в течение репродуктивного  периода). С ростом дозы повышается не тяжесть, а частота возможного проявления.

Мутационные изменения происходят и в растительных организмах. В  лесах, подвергшихся выпадению радиоактивных  осадков под Чернобылем, в результате мутации возникли новые абсурдные  виды растений. Появились ржаво-красные  хвойные леса. В расположенном  недалеко от реактора пшеничном поле через два года после аварии ученые обнаружили около тысячи различных мутаций.

Влияние на зародыш и плод вследствие облучения матери в период беременности. Радиочувствительность  клетки меняется на разных этапах процесса деления (митоза). Наиболее чувствительна  клетка в конце покоя и начале первого месяца деления. Особенно чувствительна  к облучению зигота – эмбриональная  клетка, образующаяся после слияния  сперматозоида с яйцом. При этом развитие зародыша в этот период и  влияние на него радиационного, в  том числе и рентгеновского, облучения  можно разделить на три этапа.

1-й этап – после зачатия  и до девятого дня. Только  что сформировавшийся зародыш  под воздействием радиации погибает. Смерть в большинстве случаев  остается незамеченной.

2-й этап – с девятого  дня по шестую неделю после  зачатия. Это – период формирования  внутренних органов и конечностей.  При этом под воздействием  дозы облучения в 10 бэр у  зародыша появляется целый спектр  дефектов – расщепление нёба, остановка развития конечностей,  нарушение формирования мозга  и др. Одновременно возможна задержка  роста организма, что выражается  в уменьшении размеров тела  при рождении. Результатом облучения  матери в этот период беременности  также может быть смерть новорожденного  в момент родов или спустя  некоторое время после них.  Однако, рождение живого ребёнка  с грубыми дефектами, вероятно, самое большое несчастье, гораздо  худшее, чем смерть эмбриона.

3-й этап – беременность  после шести недель. Дозы радиации, полученные матерью, вызывают  стойкое отставание организма  в росте. У облученной матери  ребёнок при рождении имеет  размеры меньше нормы и остается  ниже среднего роста на всю  жизнь. Возможны патологические  изменения в нервной, эндокринной  системах и т.д. Многие специалисты-радиологи  предполагают, что большая вероятность  рождения неполноценного ребенка  служит основанием для прерывания  беременности, если доза, полученная  эмбрионом в течение первых  шести недель после зачатия,  превышает 10 рад. Такая доза  вошла в законодательные акты  некоторых скандинавских стран.  Для сравнения, при рентгеноскопии  желудка основные участки костного  мозга, живот, грудная клетка  получают дозу излучения в  30-40 рад.

Иногда возникает практическая проблема: женщина проходит серию  сеансов рентгенографии, включающих снимки желудка и органов таза, а впоследствии обнаруживается, что  она беременна. Ситуация усугубляется, если облучение произошло в первые недели после зачатия, когда беременность может оставаться незамеченной. Единственное решение данной проблемы – не подвергать женщину облучению в указанный  период. Этого можно достичь в  том случае, если женщина репродуктивного  возраста будет проходить рентгенографию желудка или брюшной полости  только в течение первых десяти дней после начала менструального периода, когда нет сомнений в отсутствии беременности. В медицинской практике это называется правилом «десяти  дней». При неотложной ситуации рентгеновские  процедуры не могут быть перенесены на недели или месяцы, однако со стороны  женщины будет благоразумным  рассказать врачу перед проведением  рентгенографии о своей возможной  беременности.

По степени чувствительности к ионизирующему излучению клетки и ткани человеческого организма  неодинаковы.

К особо чувствительным органам  относятся семенники. Доза в 10-30 рад  может снизить сперматогенез  в течение года.

Высокой чувствительностью  к облучению обладает иммунная система.

В нервной системе наиболее чувствительной оказалась сетчатка глаза, так как при облучении  наблюдалось ухудшение зрения. Нарушения  вкусовой чувствительности наступали  при лучевой терапии грудной  клетки, а повторные облучения  дозами 30-500 Р снижали тактильную чувствительность.

Изменения в соматических клетках могут способствовать возникновению  рака. Раковая опухоль возникает  в организме в тот момент, когда  соматическая клетка, выйдя из-под  контроля организма, начинает быстро делиться. Первопричиной этого являются вызванные многократными или сильным разовым облучением мутации в генах, приводящие к тому, что раковые клетки теряют способность даже в случае нарушения равновесия погибать физиологической, а точнее программированной смертью. Они становятся как бы бессмертными, постоянно делясь, увеличиваясь в количестве и погибая лишь от недостатка питательных веществ. Так происходит рост опухоли. Особенно быстро развивается лейкоз (рак крови) – болезнь, связанная с избыточным появлением в костном мозге, а затем и в крови неполноценных белых клеток – лейкоцитов. Правда, в последнее время выяснилось, что связь между радиацией и заболеванием раком более сложная, чем предполагалось ранее. Так, в специальном докладе японско-американской ассоциации ученых сказано, что только некоторые виды рака: опухоли молочной и щитовидной желёз, а также лейкемия – развиваются в результате радиационного поражения. Причем опыт Хиросимы и Нагасаки показал, что рак щитовидной железы наблюдается при облучении в 50 и более рад. Рак молочной железы, от которого умирают около 50% заболевших, наблюдается у женщин, многократно подвергавшихся рентгенографическим обследованиям.