Вопрос 14: Влияние ионизирующих излучений на организм

Ионизирующие излучения — это любые излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков, т.е. ионизации атомов и молекул в облучаемом веществе. Ионизирующие излучения подразделяются на электромагнитные и корпускулярные.

К электромагнитным относятся рентгеновские лучи, ^гамма-лучи радиоактивных элементов и тормозное излучение, испускаемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц при прохождении через вещество. Эти разновидности излучений имеют ту же природу, что и видимый свет, радиоволны, но с меньшей длиной волны. Электромагнитные излучения не имеют массы покоя и заряда, а потому обладают наибольшей проникающей способностью. Пробег частиц электромагнитных излучений (фотонов) максимально сокращается в таких материалах, как свинец, что используется при конструировании защитных экранов.

Корпускулярное излучение — это ионизирующее излучение, состоящее из частиц с массой покоя, отличной от нуля. Выделяют две их разновидности. Заряженные частицы: бета-частицы (электроны), протоны (ядра водорода), дейтроны (ядра тяжелого водорода — дейтерия), альфа-частицы (ядра гелия), тяжелые ионы — ядра других элементов, ускоренные до больших энергий. При прохождении через вещество заряженная частица, теряя свою энергию, вызывает ионизацию и возбуждение атомов. К незаряженным частицам относятся нейтроны, которые не взаимодействуют с электронной оболочкой атома, беспрепятственно проникают в глубь атомов, вступая в реакцию с ядрами. При этом испускаются альфа-частицы или протоны. Протоны приобретают в среднем половину кинетической энергии нейтронов и вызывают на своем пути ионизацию. Плотность ионизации протонов велика. В веществах, содержащих много атомов водорода (вода, парафин, графит), нейтроны быстро растрачивают свою энергию и замедляются, что используется в целях радиационной защиты.

Различают два вида радиоактивности: естественную (природную) и искусственную. К естественным источникам излучений относятся внутренние (радиоактивные изотопы ⁴⁰К и ¹⁴С, отложившиеся в костях радий и тории, радон, растворенный в тканях организма) и внешние (космические лучи, излучения от радиоактивности в почве, воздухе и строительных материалах).

Общая доза фонового облучения, получаемая человеком в год, на уровне моря составляет примерно 0,14— 0,7 сЗв. Учитывая, что современные самолеты летают на высотах более 10 км, необходимо кратко охарактеризовать радиационную обстановку в верхних слоях атмосферы и стратосфере. Основной вклад в дозу на этих высотах вносит галактическое космическое излучение (ГКИ). На уровне Земли доза от ГКИ составляет 287 мкГр за год. Считается, что в пределах до 10 км над уровнем моря доза ГКИ через каждые 1,5 км высоты удваивается. На высотах от 10 до 20 км она изменяется в диапазоне от 1,8 до 8 сГр в год (или от 50 до 220 мкГр/сут). На высоте около 25 км над уровнем моря ГКИ формирует максимум тканевой дозы — до 8,64 сГр/год (240 мкГр/сут). Этот максимум объясняется увеличением вклада вторичного излучения (электроны, позитроны, протоны и др.). На высотах 25—30 км вклад вторичного излучения уменьшается и интегральная доза составляет величину порядка 5,4 сГр/год (150 мкГр/сут).

Наиболее реальную опасность представляют искусственные источники излучений. Совершенствование авиакосмической техники может привести к использованию в будущем бортовых радиоизотопных, ядерно-энергетических и ядерно-силовых установок, являющихся источниками ионизирующих излучений. Возникновение радиационной ситуации возможно при перевозках радионуклидов, а также еще в трех особых формах контакта с источниками облучения: взрыв ядерного оружия, аварийный выброс технологических продуктов атомного предприятия в окружающую среду и местное выпадение ра-Диоактивных веществ, сопутствующее первым двум обстоятельствам. Для оценки биологического эффекта воздействия излучения произвольного состава введено понятие эквивалентной дозы с единицей измерения в СИ — зиверт (Зв). Зиверт — единица эквивалентной дозы любого вида излучения в биологической ткани, которое создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр образцового рентгеновского или у-излучения (энергия 100-1000 кэВ).

При одной и той же поглощенной дозе биологический эффект от воздействия различных видов излучения существенно различается. В связи с этим для прогнозирования биологического эффекта в поглощенную дозу излучения необходимо вносить поправочный коэффициент на его вид: этот коэффициент характеризует относительную биологическую эффективность (ОБЭ).

Пользуясь понятием о дозе излучения, ОБЭ можно определить как отношение биологически равноэффектив-ных доз стандартного и сравниваемого излучений:

Биологическую эффективность ионизирующего излучения определяют в первую очередь линейной плотностью ионизации (ЛПИ), создаваемой этим излучением, т.е. количеством пар ионов, образуемых на единице пути ионизирующей частицы в веществе (ткани). Однако биологическую эффективность правильнее связывать не с ЛПИ, а с величиной энергии, передаваемой ионизирующей частицей ткани на единицу пути. Эта величина называется линейной передачей энергии (ЛПЭ). Значения ЛПИ, ЛПЭ и ОБЭ связаны между собой.

Регламентированные значения ОБЭ, установленные для контроля степени радиационной опасности в области малых величин доз при хроническом облучении, называют коэффициентом качества излучения Q.

Кроме единиц дозы излучения в медицинской практике используют единицы активности радиоактивных изотопов. Единица активности в системе СИ — беккерель (Бк), равная одному распаду в секунду (расп/с).

Оценку дозы производят различными физическими и химическими методами. В настоящее время широко используют ионизационный метод, т.е. измеряется электрический ток, возникающий вследствие ионизации газовых смесей в специальных камерах с тканеэквивалентными стенками. Также применяется метод измерения дозы с использованием фотопленок и ядерных фотоэмульсий. Применение ядерных фотоэмульсий позволяет, кроме того, проанализировать состав падающего на тело излучения.

Все ткани организма способны поглощать энергию излучения, которая преобразуется в энергию химических реакций или тепло. Известно, что в тканях содержится 60—80% воды. Следовательно, большая часть энергии излучения поглощается водой, а меньшая — растворенными в ней веществами. Поэтому при облучении в организме появляются свободные радикалы — продукты разложения (радиолиза) воды, которые в химическом отношении очень активны, могут вступать в реакцию с белковыми и другими молекулами. Полагают, что в таких «плотноупакованных» структурах, как хромосомы, преобладают повреждения, обусловленные прямым действием излучения, тогда как в растворах и высокогидратированных системах существенную роль играют также продукты радиолиза воды.

При воздействии очень больших доз в результате первичного действия ионизирующего излучения наблюдаются изменения в любых биомолекулах. При умеренных же дозах лучевого воздействия первично страдают в основном только высокомолекулярные органические соединения: нуклеиновые кислоты, белки, липопротеиды и полимерные соединения углеводов. Нуклеиновые кислоты обладают чрезвычайно высокой радиочувствительностью. При прямом попадании достаточно 1—3 актов ионизации, чтобы молекула ДНК вследствие разрыва водородных связей распалась на две части и утратила свою биологическую активность. При воздействии ионизирующего излучения в белках происходят структурные изменения, приводящие к потере ферментативной и иммунной активности.

В результате этих процессов, протекающих практически мгновенно, образуются новые химические соединения (радиотоксины), несвойственные организму в норме. Все это приводит к нарушению сложных биохимических процессов обмена веществ и жизнедеятельности клеток и тканей, т.е. к развитию лучевой болезни.

Поиск по сайту: