Вплив іонізуючих випромінювань на організм

Іонізуючі випромінювання – це будь-які випромінювання, взаємодія яких з середовищем приводить до утворення електричних зарядів різних знаків, тобто іонізації атомів і молекул в опромінюваній речовині. Окрім іонізації, всі види випромінювань викликають збудження атомів і молекул шляхом передачі ним частини енергії, недостатньої для іонізації. Інакше кажучи, іонізація і збудження є головними процесами витрачання всієї анергії випромінювання, проникаючого в опромінюваний об'єкт. Іонізуючі випромінювання підрозділяються на електромагнітних і корпускулярних.

До електромагнітних відносяться рентгенівські промені, гамма-промені радіоактивних елементів і гальмівне випромінювання, що випускається при зміні кінетичній енергії заряджених частинок при проходженні через речовину. Ці різновиди випромінювань мають ту ж природу, що і видиме світло, радіохвилі, але з меншою довжиною хвилі. Електромагнітні випромінювання не мають маси спокою і заряду, а тому володіють найбільшою проникаючою здатністю. Пробіг частинок електромагнітних випромінювань (фотонів) максимально скорочується в таких матеріалах, як свинець, що використовується при конструюванні захисних екранів.

Корпускулярне випромінювання – іонізуюче випромінювання, що складається з частинок з масою спокою, відмінною від нуля. Виділяють дві їх різновиди. Заряджені частинки: b-частицы (електрони), протони (ядра водню), дейтрони (ядра важкого водню – дейтерію), a-частицы (ядра гелію), важкі іони – ядра інших елементів, прискорені до великих енергій. При проходженні через речовину заряджена частинка, втрачаючи свою енергію, викликає іонізацію і збудження атомів. До незаряджених частинок відносяться нейтрони, які не взаємодіють з електронною оболонкою атома, безперешкодно проникають в глиб атомон, вступаючи в реакцію з ядрами. При цьому випускаються a-частицы або протони. Протони набувають в середньому половини кінетичної енергії нейтронів і викликають на своєму шляху іонізацію. Щільність іонізації протонів велика, тому нейтрони слід розглядати як частинки, що побічно викликають дуже щільну іонізацію. У речовинах, багато атомів водню (вода, парафін, графить), що містять, нейтрони швидко розтрачують свою енергію і сповільнюються, що використовується в цілях радіаційного захисту.

Зупинимося на основних джерелах іонізуючих випромінювань. Розрізняють два види радіоактивності: природну (природну) і штучну. До природних джерел випромінювань відносяться внутрішні (радіоактивні ізотопи К40 і С14, що відклалися в кістках радій і торій, радон, розчинений в тканинах організму) і зовнішні (космічні промені, випромінювання від радіоактивності в грунті, повітрі і будівельних матеріалах).

Загальна доза фонового опромінювання, що отримується людиною в рік, на рівні моря складає приблизно 0,14-0,7 сЗв. Враховуючи, що сучасні літаки літають на висотах більше 10 км., необхідно стисло охарактеризувати радіаційну обстановку у верхніх шарах атмосфери і стратосфері. Основний внесок в дозу на цих висотах вносить галактичне космічне випромінювання (ГКИ). На рівні Землі доза від ГКИ складає 287 мкГр за рік. Вважається, що в межах до 10 км. над рівнем морить доза ГКИ через кожних 1,5 км. висоти подвоюється. На висотах від 10 до 20 км. вона змінюється в діапазоні від 1,8 до 8 сГр в рік (або від 50 до 220 мкГр/сут). На висоті близько 25 км. над рівнем морить ГКИ формує максимум тканинної дози – до 8,64 сГр/год (240 мкГр/сут). Цей максимум пояснюється збільшенням внеску вторинного випромінювання (електрони, позитрони, протони і ін.) - На висотах 25-30 км. внесок вторинного випромінювання зменшується і інтегральна доза складає величину порядка 5,4 сГр/год (150 мкГр/сут).

Найбільш реальну небезпеку представляють штучні джерела випромінювань. Вдосконалення авіакосмічної техніки може привести до використання в майбутньому бортових радіоізотопних, ядерно-энергетических і ядерно-силовых установок, іонізуючих випромінювань, що є джерелами. Виникнення радіаційної ситуації можливе при перевезеннях радіонуклідів, а також ще в трьох особливих формах контакту з джерелами опромінювання: вибух ядерної зброї, аварійний викид технологічних продуктів атомного підприємства в навколишнє середовище і місцеве випадання радіоактивних речовин, супутнє першим двом обставинам. Прикладами можуть служити атомний вибух над містами Японії в 1945 р., випробувальний термоядерний вибух на Маршаллових островах в 1954 р., аварія в Уайдськелле в 1957 р. і ін. Потік g-излучения і нейтронів, супроводжуючий атомний вибух, володіє значною проникаючою здатністю і досягає Землі навіть при вибуху на значній висоті.

Джерелом випромінювання в районі вибуху є радіоактивні продукти, що також осіли, з хмари вибуху, елементи грунту і місцевих предметів, що придбали наведену радіоактивність унаслідок дії потоків нейтронів з епіцентра вибуху.

Як природна, так і штучна радіоактивність мають складний спектр випромінювання. Для оцінки біологічного ефекту дії випромінювання довільного складу введено поняття еквівалентної дози с. одиницею вимірювання в СІ – зиверт (Зв). Зиверт - одиниця еквівалентної дози будь-якого виду випромінювання в біологічній тканині, яке створює такий же біологічний ефект, як і поглинена доза в 1 Гр зразкового рентгенівського або g-излучения (енергія 100-1000 кэВ).

При одній і тій же поглиненій дозі біологічний ефект від дії різних видів випромінювання істотно розрізняється. У зв'язку з цим для прогнозування біологічного ефекту в поглинену дозу випромінювання необхідно вносити поправочний коефіцієнт на його вигляд: цей коефіцієнт характеризує відносну біологічну ефективність (ОБЕ).

Користуючись поняттям про дозу випромінювання, ОБЕ можна визначити як відношення біологічно равноэффективных доз стандартного і порівнюваного випромінювань:

Біологічну ефективність іонізуючого випромінювання визначають в першу чергу лінійною щільністю іонізації (ЛПІ), що створюється цим випромінюванням, тобто кількістю пар іонів, що утворюються на одиниці шляху іонізуючої частинки в речовині (тканини). Проте біологічну ефективність правильніше пов'язувати не з ЛПІ, а з величиной енергії, передаваною іонізуючою частинкою тканини на одиницю шляху. Ця величина називається лінійною передачею енергії (ЛПЕ). Значення ЛПІ, ЛПЕ і ОБЕ зв'язані між собою.

Регламентовані значення ОБЕ, встановлені для контролю ступеня радіаційної небезпеки в області малих величин доз при хронічному опромінюванні, називають коефіцієнтом якості випромінювання Q

Окрім одиниць дози випромінювання, в медичній практиці використовують одиниці активності радіоактивних ізотопів. Одиниця активності в СІ – беккерель (Бк), рівна одному розпаду в секунду (расп/с).

Оцінку дози проводять різними фізичними і хімічними методами. В даний час широко використовують іонізаційний метод, тобто вимірюється електричний струм, що виникає унаслідок іонізації газових сумішей в спеціальних камерах з тканиноеквівалентними стінками. Важливе значення для оцінки опромінювання всього тіла і різних його частин мають автономні дозиметри інтегрального типу, зокрема термолюмінесцентні дозиметри, достоїнствами яких є малі розміри, стійкість до механічних дій і зниженого барометричного тиску, хороше збереження інформації, хімічна інертність, унаслідок чого можливе їх вживання в будь-якому газовому середовищі, при будь-якій вологості. Знаходить застосування метод вимірювання дози з використанням фотоплівок і ядерних фотоемульсій. Застосування ядерних фотоемульсій дозволяє, крім того, проаналізувати склад падаючого на тіло випромінювання.

Первинні радіаційно-хімічні зміни при дії іонізуючих випромінювань розкриті не повністю. У основі можуть лежати два механізми: пряма дія (молекула біооб'єкту випробовує зміни безпосередньо при проходженні через неї електрона) і непряме (змінна молекула отримує енергію шляхом передачі від іншої молекули). Всі тканини організму здатні поглинати енергію випромінювання, яка перетвориться в енергію хімічних реакцій або тепло. Відомо, що в тканинах міститься 60-80% вод. Отже, велика частина енергії випромінювання поглинається водою, а менша – розчиненими в ній речовинами. Тому при опромінюванні в організмі з'являються вільні радикали – продукти розкладання (радіолізу) води, які в хімічному відношенні дуже активні, можуть вступати в реакцію з білковими і іншими молекулами. Вважають, що В таких «щільноупакованих» структурах, як хромосоми, переважають пошкодження, обумовлені прямою дією випромінювання, тоді як в розчинах і високогідратованих системах істотну роль грають також продукти радіолізу води.

При дії дуже великих доз в результаті первинної дії іонізуючого випромінювання спостерігаються зміни в будь-яких біомолекулах. При помірних же дозах променевої дії первинно страждають в основному тільки високо молекулярні органічні сполуки: нуклеїнові кислоти, білки, липопротеиды і полімерні з'єднання вуглеводів. Нуклеїнові кислоти володіють надзвичайно високою радіочутливістю. При прямому попаданні досить 1-3 акти іонізації, щоб молекула ДНК унаслідок розриву водневих зв'язків розпалася на дві частини і втратила свою біологічну активність. При дії іонізуючого випромінювання в білках відбуваються структурні зміни, що приводять до втрати ферментативної і імунної активності.

Порушення структури білків виявляється в зміні ряду їх фізичних характеристик: показників в'язкості, заломлення світла, оптичного обертання, спектрів електронного парамагнітного резонансу і ін. Виявлення вільних амид-ных груп і фрагментів після розкручування молекул опромінених білків свідчить про наявність замаскованих розривів поліпептидних ланцюгів. Із збільшенням дози випромінювання число розривів полилептидных зв'язків наростає і явища деградації білка стають очевидними.

Пошкодження іонізуючим випромінюванням структури жирів приводить до порушення складних ферментативних реакцій, розвиток яких забезпечується впорядкованістю розташування ферментів на мембрані, а також зміни процесів адсорбції і активного транспорту ряду речовин через мембрану унаслідок порушення її проникності. Первинні зміни в жирах при дії іонізуючого випромінювання полягають в утворенні вільних радикалів, які, взаємодіючи з киснем, утворюють перекисные з'єднання, що володіють високою хімічною активністю. Первинні зміни у вуглеводах зводяться до окислення їх з розпадом вуглеводневого ланцюга і утворенням кислот і формальдегіду.

В результаті цих процесів, що протікають практично миттєво, утворюються нові хімічні сполуки (радіотоксини), невластиві організму в нормі. Все це приводить до порушення складних біохімічних процесів обміну речовин і життєдіяльності кліток і тканин, тобто до розвитку променевої хвороби (мал. 3).

Проблема радіочутливості кліток, тканин, організмів займає центральне місце в радіобіології. Найбільш чутливі до цього чинника малодиференційовані, молоді і такі, що ростуть клітки. Характеристикою радіочутливості біооб'єктів є величина дози опромінювання, що викликає загибель 50% об'єктів. У людини середньо-детальна доза рівна 4–1 Гр. Зважаючи на різну радіочутливість органів і тканинних систем існує строга залежність між поглиненою дозою в організмі і середньою тривалістю життя біологічних об'єктів. Ці три характерних дозных ділянки кривої відображають основні клінічні радіаційні синдроми (форми променевої хвороби): кістковомозковий (1-10 Гр), шлунково-кишковий (10-50 Гр) і церебральний (більше 50 Гр), що розвиваються унаслідок необоротної поразки відповідних критичних систем організму: кровотворною, кишечника і дні.

Таким чином, критичний орган – це орган, тканина або частина тіла, яка першою виходить з ладу в конкретному діапазоні доз і приводить організм до загибелі, а в гігієнічному плані заподіює найбільший збиток здоров'ю людини або його потомству.

Кістковомозкова форма променевого ураження клінічно може протікати у вигляді гострої променевої реакції і гострої променевої хвороби. Ця форма виникає в результаті одноразового загального щодо рівномірного опромінювання, коли критичною є система кровотворення і в першу чергу кістковий мозок.

Гостра променева реакція – це найбільш легкий ступінь тяжкості гострого променевого ураження організму. Вона спостерігається при невеликих дозах опромінювання (порядка декілька десятих Гр). Самопочуття залишається задовільним; які-небудь виражені клінічні прояви у уражених відсутні. При дослідженні крові знаходять помірно виражене зменшення змісту лімфоцитів, Гранулоцитів і тромбоцитів. Зміни в цілому носять скороминущий характер і через 3-4 тижні зникають. Смертельні результати відсутні.

Гостра променева хвороба (ОЛБ) є важчою поразкою організму. Вона виникає при щодо великих дозах опромінювання – порядка декілька грэй. Характерною межею ОЛБ є волнообразпость клінічної течії. Пропонується розрізняти три періоди в перебігу ОЛБ: формування, відновлення і період результатів і наслідків.

Період формування ОЛБ, у свою чергу, чітко розділяється на 4 фази.

1. Фаза первинної загальної реакції найбільш ранній симптомокомплекс радіаційного ураження, що виникає в перший годинник після опромінювання і що характеризується наступними симптомами: загальна слабкість, стомлюваність, апатія, запаморочення, головний біль, парестезії кінцівок, порушення сну, нудота, блювота, пронос, Ясно, що в умовах польоту вказані симптоми можуть придбати особливу значущість. Безперечно, перераховані симптоми є «поведенчески значущими». Проте заздалегідь неможливо однозначно прогнозувати, який вплив зроблять соматичні і психосоматичні ефекти опромінювання на операторську діяльність, оскільки високий рівень тренування і мотивації дозволяє виконувати складні завдання управління в різних екстремальних умовах.

2. Фаза клінічного благополуччя, що здається (прихована, або латентна). Чим коротше термін такого стану, тим, як правило, важче ступінь радіаційного ураження. Не дивлячись на відсутність видимих клінічних проявів, наголошуються функціональні порушення в ЦНС, а також в серцево-судинній, кровотворній і травній системах. Нетривалий абсолютний нейтрофільний лейкоцитоз змінявся лейкопенією із зрушенням формули управо. З перших хвилин і годинника після опромінювання виявляється лімфоцитопенія, швидко знижується число нейтрофілів, потім тромбоцитів і пізніше за еритроцити. Тривалий початковий лейкоцитоз (2-3 дні після опромінювання) є, як правило, сприятливою прогностичною ознакою.

3. Фаза виражених клінічних проявів (розпал захворювання) характеризується появою всього симптомокомплекса променевої хвороби.

4. Фаза безпосереднього відновлення, перехідна в період відновлення. Процеси відновлення в опроміненому організмі характеризуються періодом пів у завиванні становлення, тобто часом, необхідним для відновлення організму від променевого ураження на 50%. У людини, згідно розрахункам, він складає 25-45 днів, вважаючи від моменту опромінювання. В середньому його приймають рівним 28 сут. Відновлення відбувається не у всіх випадках опромінювання. Пропонується розрізняти 4прогностические категорії: 1) виживання неможливе, якщо доза опромінювання основної маси тканин тіла досягає 6 Гр, не дивлячись на відмінний медичний відхід і найсучаснішу терапію; 2) виживання можливе при дозах 2-4,5 Гр, не дивлячись на важку поразку, яка вимагає своєчасного і кваліфікованого лікування; 3) виживання цілком імовірно (1-2Гр); 4) виживання безперечне (при дозах менше 1 Гр), а наявна клінічна симптоматика { тільки гематологічні зрушення) не вимагає медичного втручання.

Період результатів і наслідків опромінювання виявляється в змінах крові, пригнобленні механізмів імунітету, порушенні обміну речовин, а далі – укороченні тривалості життя (раннє старіння), збільшенні вірогідності розвитку лейкозу і злоякісних новоутворень, помутніння кришталика (променева катаракта), порушенні функції серцево-судинної системи, вегетативних розладах, а також в генетичних змінах.

При кишковому варіанті променевому хворобі в результаті масової загибелі кліток епітелію топкого кишечника розвиваються важкі порушення в шлунково-кишковому тракті. Різко порушуються процеси всмоктування і екскреції речовин. Організм втрачає багато рідини, наступає його обезводнення. Слизиста оболонка покрилася виразками, іноді з'являються перфорації, розвиваються кишкові кровотечі, що є нерідко причиною смерті уражених. Велику роль грають при цій формі поразки також інфекція і інтоксикація організму продуктами життєдіяльності кишкової мікрофлори. Глибокі патологічні зміни в кровотворній тканині не встигають розвинутися, оскільки уражені вмирають в найближчих 6-9 днів після опромінювання. Проте, не дивлячись на швидкоплинність захворювань, і в цьому випадку можна відзначити короткий період уявного благополуччя, що триває від 1 до 2 сут.

Церебральна форма променевого ураження характеризується надзвичайно швидкою і важкою течією. Тривалість життя ураженого вимірюється годинами. Вже незабаром після опромінювання з'являються м'язовий тремор, ністагм, розлад рівноваги і координації рухів, тонічні і кло-нические судоми. Розвивається стан децеребрационной ригідності м'язів. Під час нападу зупиняється дихання. Може наступити параліч дихального центру. Кишкова і церебральна форми променевої хвороби клінічно протікають у вигляді щонайгострішої променевої хвороби.

При попаданні радіоактивних речовин на відкриті ділянки тіла, одяг, спорядження основне завдання зводиться до швидкого їх видалення, щоб перешкодити попаданню радіонуклідів в організм. Якщо радіоактивна речовина все ж таки проникла всередину, то пострадавшему відразу вводять адсорбенти в шлунок, промивають його, дають блювотні, послаблюючі, відхаркувальні засоби і внутрішньовенно, – комплексионы (наприклад, динатриевая сіль этилендиаминотетрауксусной кислоти – ЕДТУ), здатні міцно зв'язувати радіоактивні речовини і перешкоджати відкладенню їх в тканинах.

Основною вимогою при лікуванні ОЛБ є комплексність терапевтичних заходів, при цьому використовують як патогенетичні, так і симптоматичні засоби.

Описані біологічні ефекти можуть значно модифікуватися умовами опромінювання: час, локалізація, супутні чинники. Так, наприклад, велике значення має потужність дози, або інтенсивність опромінювання, під якою розуміють кількість енергії випромінювання, що поглинається а одиницю часу – добу, годину, хвилину, секунду і так далі Якщо потужність дози дуже мала, то навіть щоденні опромінювання протягом всього життя людини не зможуть надати помітно вираженої вражаючої дії. Таким чином, чинник часу украй значущий в біологічному ефекті випромінювання. Це ще раз свідчить про те, що організм володіє здатністю відновлювати основну частину радіаційного ураження. Багатократна переривиста (фракціоноване) дія випромінювання також призводить до значного зниження вражаючої дії. Нерівномірні променеві дії, які зустрічаються на практиці в переважній більшості випадків, переносяться в цілому значно легше, ніж «класичні» загальні рівномірні опромінювання, розглянуті нами раніше.

Таким чином, в даний час досить добре вивчені наслідки, що викликаються дією на організм різного роду іонізуючих випромінювань. Проте фізіологічні реакції, що виникають під їх впливом, у поєднанні з іншими чинниками непроменевої природи можуть бути істотно іншими.

В даний час розроблені ефективні заходи і правила захисту людей, що працюють з джерелами іонізуючих випромінювань. Профілактика радіаційних уражень здійснюється шляхом проведення комплексу санітарно-гігієнічних, санітарно-технічних і спеціальних медичних заходів.

Строге дотримання правив і належний дозиметричний контроль виключають шкідлива дія іонізуючих випромінювань.

Засоби протихімічного захисту (захисний одяг, протигази або респіратори і тому подібне) надають відомий захисний ефект від дії радіоактивних речовин. У випадках, коли неминуче опромінювання в дозах, ПДД, що перевищують, профілактика здійснюється методом фармакохимической захисту.

В результаті численних радіобіологічних досліджень виявлені речовини, які при введенні в організм за певний час до опромінювання знижують в тому або іншому ступені радіаційне ураження. Такі речовини називаються радіозахисними або радіопротекторами. Більшість вивчених в даний час радіопротекторів надають позитивний ефект при введенні їх в організм порівняно за короткий час до опромінювання. Вони покращують перебіг променевої хвороби, прискорюють відновні процеси, підвищують ефективність терапії і збільшують виживаність.

Одним з основних механізмів модифікації радіочутливості, у тому числі і при використанні радіопротекторів, є кисневий ефект – універсальне явище радіобіології. Під ним зазвичай розуміють явище посилення променевого ураження при підвищенні концентрації кисню в опромінюваному середовищі під час опромінювання і, навпаки, ослаблення поразки при зниженні його концентрації в біооб'єкті. Кисневий ефект продемонстрований на молекулярному, клітинному, тканинному і організменому рівнях біологічної інтеграції. Застосування кисню після моменту опромінювання може привести до якісно іншим змінам, зокрема можливе поліпшення і прискорення відновних процесів.

Таким чином, було експериментально встановлено, що підвищення радіорезистентності організму можна добитися, застосовуючи фармакохимические засоби (у тому числі і дихання газовими сумішами гіпоксій), які здатні тим або іншим способом викликати гіпоксію в клітках і тканинах опромінюваного організму.

Серед механізмів захисної дії радіопротекторів можна виділити наступні процеси: конкуренція за сильні окислювачі і вільних радикалів, що утворилися в результаті радіолізу води; збільшення вмісту в тканинах ендогенних тиоловых з'єднань; утворення тимчасових, оборотних зв'язків з чутливими групами життєво важливих ферментів або іншими білковими молекулами, тим самим оберігаючи їх від ушкоджувальної дії у момент опромінювання; гальмування ланцюгових реакцій окислення з розгалуженими ланцюгами, що зв'язують активних радикалів і що викликають обрив реакції; утворення міцних з'єднань з важкими металами, що забезпечують прискорений перебіг цих реакцій; міграція надлишку енергії з макромолекули на радіопротектор; поглинання вторинного ультрафіолетового випромінювання, збудливого макромолекули типу нуклеїнових кислот; заміна складових частин життєво важливих молекул; підвищення стійкості і мобільності захисних механізмів організму; детоксицирование або прискорене виведення з опроміненого організму токсичних продуктів; зниження рівня обміну речовин; попередження порушення взаємодії процесів збудження і гальмування в ЦНС.

Роботи із створення радіозахисних препаратів проводяться по двох шляхах. Перший шлях передбачає поліпшення переносимості радіопротекторів за допомогою фізіологічно активних речовин (вітаміни, стимулятори ЦНС і так далі), що запобігають або ослабляють побічні ефекти. Другий шлях заснований на використанні особливостей механізму дії радіопротекторів різного вигляду. У комплекс включають такі препарати, протипроменева дія яких при їх сумісному застосуванні підсумовується або потенціюється.

Окрім радіопротекторів, належну увагу слід приділяти біологічному захисту, який здійснюється за допомогою адаптогенів. Ці речовини не володіють специфічною дією, та зате підвищують загальну опірність організму до різних несприятливих чинників, у тому числі і до іонізуючих випромінювань. Адаптогени призначають багато разів за декілька днів або тижнів до опромінювання. До них слід віднести препарати елеутерокока, женьшеня, лимонника китайського, вітамінно-амінокислотні комплекси, деякі мікроелементи, АТФ, дибазол, гутимин і ін. Механізм дії цих препаратів незвичайно широкий. Так, наприклад, вони збільшують здібність кровотворних кліток до Проліферації, підвищують імунологічну реактивність і тому подібне У поняття біологічного захисту входять і такі заходи, як акліматизація до гіпоксії, вакцинація, хороше живлення, заняття фізичною культурою і так далі Все це безумовно підвищує стійкість організму. Навпаки, зловживання алкоголем, нікотином, наркотиками знижує стійкість організму до опромінювання.

Ефективним способом протирадіаційного захисту є локальне екранування критичних органів і систем.

Поиск по сайту: