Биологическое действие радиации

Для лечения  облученного организма современная  медицина широко применяет такие  методы, как кровезамещение, пересадка  костного мозга, введение антибиотиков, а также другие методы интенсивной  терапии. При таком лечении возможно исключить смертельный исход даже при облучении дозой до 1000 рад. Энергия, излучаемая радиоактивными веществами, поглощается окружающей средой, в том числе и биологическими объектами. В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биохимические процессы.

Ионизирующее  воздействие нарушает в первую очередь  нормальное течение биохимических  процессов и обмен веществ. В  зависимости от величины поглощенной  дозы излучения и индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми. При небольших дозах пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность. Большие дозы при длительном воздействии могут вызвать необратимое поражение отдельных органов или всего организма. Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические изменения в организме как при внешнем (источник находится вне организма), так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества попадают внутрь организма, например, с пищей или ингаляционным путем). Рассмотрим действие ионизирующего излучения, когда источник облучения находится вне организма.

Биологических эффект ионизирующего излучения  в данном случае зависит от суммарной  дозы и времени воздействия излучения, его вида, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма. При однократном облучении всего тела человека возможны биологические нарушения в зависимости от суммарной поглощенной дозы излучения.

При облучении  дозами, в 100-1000 раз превышающими смертельную дозу, человек может погибнуть во время облучения. Причем, поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для отдельных частей тела следующие: голова — 20 Гр, нижняя часть живота — 30 Гр, верхняя часть живота — 50 Гр, грудная клетка — 100 Гр, конечности — 200 Гр.

Степень чувствительности различных тканей к облучению  неодинакова. Если рассматривать ткани  органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию облучения, то получим следующую последовательность: лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, костный мозг, зародышевые клетки. Большая чувствительность кроветворных органов к радиации лежит в основе определения характера лучевой болезни.

При однократном  облучении всего тела человека поглощенной  дозой 0,5 Гр через сутки после  облучения может резко сократиться  число лимфоцитов. Уменьшается также  и количество эритроцитов (красных  кровяных телец) по истечении двух недель после облучения. У здорового человека насчитывается порядка 10 ⁴ красных кровяных телец, причем ежедневно вое-производится 10 .У больных лучевой болезнью такое соотношение нарушается и в результате организм погибает.

Важным фактором при воздействии ионизирующего излучения на организм является время облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие излучения возрастает. Чем более дробно излучение по времени, тем меньше его поражающее действие (рис. 2.17).

Внешнее облучение альфа-, а также бета-частицами менее опасно. Они имеют небольшой пробег в ткани и не достигают кроветворных и других внутренних органов. При внешнем облучении необходимо учитывать гамма- и нейтронное облучение, которые проникают в ткань на большую глубину и разрушают ее, о чем более подробно рассказывалось выше.

5. ДВА  ВИДА ОБЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЗМА: ВНЕШНЕЕ  И ВНУТРЕННЕЕ

Ионизирующее  излучение может двумя способами  оказывать воздействие на человека. Первый способ — внешнее облучение от источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности на которой проживает человек или от других внешних факторов. Второй — внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, главным образом с продуктами питания.

Продукты питания, не соответствующие радиационным нормам, имеют повышенное содержание радионуклидов, инкорпорируются с пищей и  становятся источником излучения непосредственно  внутри организма.

Большую опасность  представляют продукты питания и воздух, содержащие изотопы плутония и америция, которые обладают высокой альфа активностью. Плутоний, выпавший в результате Чернобыльской катастрофы, является самым опасным канцерогенным веществом. Альфа излучение имеет высокую степень ионизации и, следовательно, большую поражающую способность для биологических тканей.

Попадание плутония, а также америция через дыхательные  пути в организм человека вызывает онкологию легочных заболеваний. Однако следует учесть, что отношение  общего количества плутония и его эквивалентов америция, кюрия к общему количеству плутония, попавшего в организм ингаляционным путем незначительно. Как установил Беннетт, при анализе ядерных испытаний в атмосфере, на территории США соотношение выпадения и ингаляции равно 2,4 млн. к 1, то есть подавляющее большинство альфа-содержащих радионуклидов от испытаний ядерного оружия ушли в землю не оказав влияния на человека. В выбросах Чернобыльского следа наблюдались также частицы ядерного топлива, так называемые горячие частицы размером около 0,1 микрона. Эти частицы также могут проникать ингаляционным путем в легкие и представлять серьезную опасность.

Внешнее и внутреннее облучения требуют различные  меры предосторожности, которые должны быть приняты против опасного действия радиации.

Внешнее облучение  в основном создается гамма содержащими  радионуклидами, а также рентгеновским  излучением. Его поражающая способность  зависит от:

а) энергии излучения;

б) продолжительности  действия излучения;

в) расстояния от источника излучения до объекта;

г) защитных мероприятий.

Между продолжительностью времени облучения и поглощенной  дозой существует линейная зависимость, а влияние расстояния на результат  радиационного воздействия имеет  квадратичную зависимость.

Для защитных мероприятий  от внешнего облучения используются в основном свинцовые и бетонные защитные экраны на пути излучения. Эффективность применения материала в качестве экрана для защиты от проникновения рентгеновских или гамма-лучей зависит от плотности материала, а также от концентрации содержащихся в нем электронов.

Если от внешнего облучения можно защититься специальными экранами или другими действиями, то с внутренним облучением это сделать  не представляется возможным.

Различают три  возможных пути, по которым радионуклиды способны попасть внутрь организма:

а) с пищей;

б) через дыхательные  пути с воздухом;

в) через повреждения  на коже.

Следует отметить, что радиоактивные  элементы плутоний и америций проникают  в организм в основном с пищей  или при дыхании и очень  редко через повреждения кожи.

Как отмечает Дж. Холл, органы человека реагируют на поступившие  в организм вещества исходя исключительно  из химической природы последних, вне  зависимости от того, являются они  радиоактивными или нет. Химические элементы такие как натрий и калий, входят в состав всех клеток организма. Следовательно, их радиоактивная форма, введенная в организм, будет также распределена по всему организму. Другие химические элементы имеют склонность накапливаться в отдельных органах, как это происходит с радиоактивным йодом в щитовидной железе или кальцием в костной ткани.

Проникновение радиоактивных  веществ с пищей внутрь организма  существенно зависит от их химического  взаимодействия. Установлено, что хлорированная  вода увеличивает растворимость  плутония, и как следствие инкорпорацию его во внутренние органы.

После того, как  радиоактивное вещество попало в  организм, следует учитывать величину энергии и вид излучения, физический и биологический период полураспада  радионуклида. Биологическим периодом полувыведения называют время, которое необходимо для выведения из организма половины радиоактивного вещества. Некоторые радионуклиды выводятся из организма быстро, и поэтому не успевают нанести большого вреда, в то время как другие сохраняются в организме в течение значительного времени.

Период полувыведения  радионуклидов, существенно зависит  от физического состояния человека, его возраста и других факторов. Сочетание физического периода  полураспада с биологическим, называется эффективным периодом полураспада — наиболее важным в определении суммарной величины излучения. Орган, наиболее подверженный действию радиоактивного вещества называют критическим. Для различных критических органов разработаны нормативы, определяющие допустимое содержание каждого радиоактивного элемента. На основании этих данных созданы документы, регламентирующие допустимые концентрации радиоактивных веществ в атмосферном воздухе, питьевой воде, продуктах питания. В Беларуси в связи с аварией на ЧАЭС действуют Республиканские допустимые уровни содержания радионуклидов цезия и стронция в пищевых продуктах и питьевой воде (РДУ-92). В Гомельской области введены по некоторым пищевым продуктам питания, например детского, более жесткие нормативы. С учетом всех вышеперечисленных факторов и нормативов, подчеркнем, что среднегодовая эффективная эквивалентная доза облучения человека не должна превышать 1 мЗв в год.