Воздействие радиации на организм человека

 

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.

 

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.

 

Основные  этапы воздействия излучения  на ткани показаны в таблице 2:

 

Заряженные  частицы. Проникающие в ткани  организма - и -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.

 

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.

 

Таблица 2. 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.

 

Глава III

 

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.

 

3.1 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.

 

Уровни  радиационного излучения неодинаковы  для различных областей. Так, Северный и Южный полюсы более, чем экваториальная зона, подвержены воздействию космических лучей из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные радиоактивные частицы. Кроме того, чем больше удаление от земной поверхности, тем интенсивнее космическое излучение.

 

Иными словами, проживая в горных районах  и постоянно пользуясь воздушным  транспортом, мы подвергаемся дополнительному  риску облучения. Люди, живущие выше 2000м над уровнем моря, получают в среднем из-за космических лучей  эффективную эквивалентную дозу в несколько раз большую, чем  те, кто живет на уровне моря. При  подъеме с высоты 4000м (максимальная высота проживания людей) до 12000м (максимальная высота полета пассажирского авиатранспорта) уровень облучения возрастает в 25 раз. Примерная доза за рейс Нью-Йорк - Париж по данным НКДАР ООН в 1985 году составляла 50 микрозивертов за 7,5 часов полета.

 

Всего за счет использование воздушного транспорта население Земли получало в год  эффективную эквивалентную дозу около 2000 чел-Зв.

 

Уровни  земной радиации также распределяются неравномерно по поверхности Земли  и зависят от состава и концентрации радиоактивных веществ в земной коре. Так называемые аномальные радиационные поля природного происхождения образуются в случае обогащения некоторых типов  горных пород ураном, торием, на месторождениях радиоактивных элементов в различных  породах, при современном привносе урана, радия, радона в поверхностные и подземные воды, геологическую среду.

 

По  данным исследований, проведенных во Франции, Германии, Италии, Японии и  США, около 95% населения этих стран  проживает в районах, где мощность дозы облучения колеблется в среднем  от 0,3 до 0,6 миллизиверта в год. Эти данные можно принять за средние по миру, поскольку природные условия в вышеперечисленных странах различны.

 

Есть, однако, несколько “горячих точек”, где уровень радиации намного  выше. К ним относятся несколько  районов в Бразилии: окрестности  города Посус-ди-Калдас и пляжи близ Гуарапари, города с населением 12000 человек, куда ежегодно приезжают

 

отдыхать  примерно 30000 курортников, где уровень  радиации достигает 250 и 175 миллизивертов в год соответственно. Это превышает средние показатели в 500-800 раз. Здесь, а также в другой части света, на юго-западном побережье Индии, подобное явление обусловлено повышенным содержанием тория в песках. Вышеперечисленные территории в Бразилии и Индии являются наиболее изученными в данном аспекте, но существует множество других мест с высоким уровнем радиации, например во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.

 

По  территории России зоны повышенной радиоактивности  также распределены неравномерно и  известны как в европейской части  страны, так и в Зауралье, на Полярном Урале, в Западной Сибири, Прибайкалье, на Дальнем Востоке, Камчатке, Северо-востоке.

 

Среди естественных радионуклидов наибольший вклад (более 50%) в суммарную дозу облучения несет радон и его  дочерние продукты распада (в т.ч. радий). Опасность радона заключается в  его широком распространении, высокой  проникающей способности и миграционной подвижности (активности), распаде с  образованием радия и других высокоактивных радионуклидов. Период полураспада  радона сравнительно невелик и составляет 3,823 суток. Радон трудно идентифицировать без использования специальных  приборов, так как он не имеет  цвета или запаха.

 

Одним из важнейших аспектов радоновой  проблемы является внутреннее облучение  радоном: образующиеся при его распаде  продукты в виде мельчайших частиц проникают в органы дыхания, и  их существование в организме  сопровождается альфа-излучением. И в России, и на западе радоновой проблеме уделяется много внимания, так как в результате проведенных исследований выяснилось, что в большинстве случаев содержание радона в воздухе в помещениях и в водопроводной воде превышает ПДК. Так, наибольшая концентрация радона и продуктов его распада, зафиксированная в нашей стране, соответствует дозе облучения 3000-4000 бэр в год, что превышает ПДК на два-три порядка. Полученная в последние десятилетия информация показывает, что в Российской федерации радон широко распространен также в приземном слое атмосферы, подпочвенном воздухе и подземных водах.

 

В России проблема радона еще слабо  изучена, но достоверно известно, что  в некоторых регионах его концентрация особенно высока. К их числу относятся так называемое радоновое “пятно”, охватывающее Онежское, Ладожское озера и Финский залив, широкая зона, простирающаяся от Среднего Урала к западу, южная часть Западного Приуралья, Полярный Урал, Енисейский кряж, Западное Прибайкалье, Амурская область, север Хабаровского края, Полуостров Чукотка.

 

3.2 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.