Влияние радиоактивных веществ на живые организмы.

Существует несколько путей поступления радиоактивных веществ в организм: при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а также при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь, поскольку во-первых, объем легочной вентиляции очень большой, а во-вторых, значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

Излучения радиоактивных веществ оказывает очень сильное воздействие на все живые организмы. Даже сравнительно слабое излучение, которое при полном поглощении повышает температуру тела лишь на 0,001 °С, нарушает жизнедеятельность клеток.

При попадании радиоактивных веществ в организм любым путём 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.

В основе повреждающего действия ионизирующих излучений лежит комплекс взаимосвязанных процессов. Ионизация и возбуждение атомов и молекул дают начало образованию высокоактивных радикалов, вступающих в последующем в реакции с различными биологическими структурами клеток. В повреждающем действии радиации важное значение имеют возможный разрыв связей в молекулах за счет непосредственного действия радиации и внутри- и межмолекулярной передачи энергии возбуждения. Физико-химические процессы, протекающие на начальных этапах, принято считать первичными – пусковыми. В последующем развитие лучевого поражения проявляется в нарушении обмена веществ с изменением соответствующих функций органов. Малодифференцированные, молодые и растущие клетки наиболее радиочувствительны.

Животные и растительные организмы характеризуются различной радиочувствительностью, причины, которой до сих пор полностью ещё не выяснены. Как правило, наименее чувствительны одноклеточные растения, животные и бактерии, а наиболее чувствительны – млекопитающие животные и человек. Различие в чувствительности к радиации имеет место у отдельных особей одного и того же вида. Она зависит от физиологического состояния организма, условий его существования и индивидуальных особенностей. Более чувствительны к облучению новорожденные и старые особи. Различного рода заболевания, воздействие других вредных факторов отрицательно сказывается на течении радиационных повреждений.

Изменения, развивающиеся в органах и тканях облучённого организма, называют соматическими. Различают ранние соматические эффекты, для которых характерна чёткая дозовая зависимость, и поздние – к которым относят повышение риска развития опухолей (лейкозов), укорочение продолжительности жизни и разного рода нарушения функции органов. Специфических новообразований, присущих только ионизирующей радиации, нет. Существует тесная связь между дозой, выходом опухолей и длительностью латентного периода. С уменьшением дозы частота опухолей падает, а латентный период увеличивается.

В отдалённые сроки могут наблюдаться и генетические (врождённые уродства, нарушения, передающиеся по наследству), повреждения, которые наряду с опухолевыми эффектами являются стохастическими. В основе генетических эффектов облучения лежит повреждение клеточных структур, ведающих наследственностью – половых яичников и семенников.

Промежуточное место между соматическими и генетическими повреждениями занимают эмбриотоксические эффекты - пороки развития – последствия облучения плода. Плод весьма чувствителен облучению, особенно в период органогенеза (на 4-12 неделях беременности у человека). Особенно чувствительным является мозг плода (в этот период происходит формирование коры).

Радиация очень опасна для людей и для последующего потомства. Так, например, вероятность заболеть раком легких на каждую единицу дозы облучения для шахтеров урановых рудников оказалась в 4-7 раз выше, чем для людей, переживших атомную бомбардировку. Следовательно, проблема разработки средств защиты от радиации очень актуальна в наше время. И хотя в материалах некоторых обследований содержится вывод о том, что у облученных родителей больше шансов родить ребенка с синдромом дауна, другие исследования этого не подтверждают. Несколько настораживает сообщение о том, что у людей, получающих малые дозы облучения, действительно наблюдается повышенное содержание клеток крови с хромосомными нарушениями.

Согласно оценкам, полученным при первом подходе, доза в 1 Гр, полученная при низком уровне радиации только особями мужского пола, индуцирует появление от 1000 до 2000 мутаций, приводящих к серьезным последствиям, и от 30 до 1000 хромосомных аберраций на каждый миллион живых новорожденных. Оценки, полученные для особей женского пола, гораздо менее определенны, но явно ниже; это объясняется тем, что женские половые клетки менее чувствительны к действию радиации. Согласно ориентировочным оценкам, частота мутаций составляет от 0 до 900, а частота хромосомных аберраций от 0 до 300 случаев на миллион живых новорожденных.

Лучевая болезнь

1. Острая лучевая болезнь (ОЛБ) представляет собой одномоментную травму всех органов и систем организма, но прежде всего – острое повреждение наследственных структур делящихся клеток, преимущественно кроветворных клеток костного мозга, лимфатической системы, эпителия желудочно-кишечного тракта и кожи, клеток печени, легких и других органов в результате воздействия ионизирующей радиации.

Будучи травмой, лучевое повреждение биологических структур имеет строго количественный характер, то есть малые воздействия могут оказаться незаметными, большие могут вызвать гибельные поражения. Существенную роль играет и мощность дозы радиационного воздействия: одно и то же количество энергии излучения, поглощенное клеткой, вызывает тем большее повреждение биологических структур, чем короче срок облучения. Большие дозы воздействия, растянутые во времени, вызывают существенно меньшие повреждения, чем те же дозы, поглощенные за короткий срок.

Основными характеристиками лучевого повреждения являются таким образом две следующие: биологический и клинический эффект определяется дозой облучения («доза - эффект»), с одной стороны, а с другой, этот эффект обуславливается и мощностью дозы («мощность дозы - эффект»).

Острая лучевая болезнь представляет собой самостоятельное заболевание, развивающееся в результате гибели преимущественно делящихся клеток организма под влиянием кратковременного (до нескольких суток) воздействия на значительные области тела ионизирующей радиации. Причиной острой лучевой болезни могут быть как авария, так и тотальное облучение организма с лечебной целью – при трансплантации костного мозга, при лечении множественных опухолей.

Клиническая картина острой лучевой болезни весьма разнообразна; она зависит от дозы облучения и сроков, прошедших после облучения. В своём развитии болезнь проходит несколько этапов. В первые часы после облучения появляется первичная реакция (рвота, лихорадка, головная боль непосредственно после облучения). Через несколько дней (тем раньше, чем выше доза облучения) развивается опустошение костного мозга, в крови – агранулоцитоз, тромбоцитопения. Появляются разнообразные инфекционные процессы, стоматит, геморрагии. Между первичной реакцией и разгаром болезни при дозах облучения менее 500-600 рад отмечается период внешнего благополучия – латентный период. Деление острой лучевой болезни на периоды первичной реакции, латентный, разгара и восстановления неточное: чисто внешние проявления болезни не определяют истинного положения.

2. Хроническая лучевая болезнь представляет собой заболевание, вызванное повторными облучениями организма в малых дозах, суммарно превышающих 100 рад. Развитие болезни определяется не только суммарной дозой, но и её мощностью, то есть сроком облучения, в течение которого произошло поглощение дозы радиации в организме. В условиях хорошо организованной радиологической службы в стране случаев хронической лучевой болезни не наблюдается. Плохой контроль за источниками радиации, нарушение персоналом техники безопасности в работе с рентгенотерапевтическими установками приводит к появлению случаев хронической лучевой болезни.

Клиническая картина хронической лучевой болезни определяется прежде всего астеническим синдромом и умеренными цитопеническими изменениями в крови. Сами по себе изменения в крови не являются источниками опасности для больных, хотя снижают трудоспособность.

При хронической лучевой болезни очень часто возникают опухоли – гемобластозы и рак. При хорошо поставленной диспансеризации, тщательном онкологическом осмотре 1 раз в год и исследовании крови 2 раза в год удается предупредить развитие запущенных форм рака, и продолжительность жизни таких больных приближается к нормальной.

Наряду с острой и хронической лучевой болезнями, можно выделить подострую форму, возникающую в результате многократных повторных облучений в средних дозах на протяжении нескольких месяцев, когда суммарная доза за сравнительно короткий срок достигает 500-600 рад. По клинической картине это заболевание напоминает острую лучевую болезнь.

 

5. Изменение состояния гидросферы: тепловое и нефтяное загрязнение.

Вода — самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете. Она является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы, транспортирует их из одних мест в другие и т. д. Для человека вода имеет важное жизненное и производственное значение: она и транспортный путь, и источник энергии, и сырье для получения продукции, и охладитель двигателей, и очиститель, и др.

Из всех запасов воды на Земле 97,5 % составляет соленая вода. Большая часть пресной воды сосредоточена в ледниках. Запасы питьевой воды ограничены, поэтому проблема сохранения качества воды является на данный момент самой актуальной. Во многих странах все более ощутимой становится нехватка пресной воды. Однако главная причина обострения проблемы водных ресурсов заключается не в увеличении водопотребления (в развитых странах расход воды составляет 400-500 л на душу населения в сутки), а в загрязнении многих водоисточников.

Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод, пагубно влияющих на здоровье населения, ведущих к гибели рыб, водоплавающих птиц и животных, а также к гибели растительного мира водоемов. При этом опасны для водных экосистем не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения, но и избыток органических и минеральных веществ, поступающих со смывом удобрений с полей.

Тепловое загрязнение природных вод происходит из-за тепловых электростанций. Несмотря на то, что выработка электричества с помощью пара неэффективна, поскольку используется 37-39 % энергии, заключенной в угле, и 31 % ядерной энергии, тепловые электростанции продолжают существовать. Большая часть энергии I топлива, которая не может быть превращена в электричество, теряется в виде тепла. Простейшим способом избавления от этого тепла является выброс его в атмосферу. Однако наиболее экономичный путь — это использование оставшейся энергии н качестве охладителя воды, поскольку она способна аккумулировать огромное количество тепла с незначительным повышением собственной температуры и последующим постепенным выделением тепла в воздух.

Серьезную экологическую проблему представляет прямая прокачка пресной озерной или речной воды через охладитель и последующее ее возвращение в естественные водоемы без предварительного охлаждения.

Электростанции могут повышать температуру воды водоемов на 5-15 °С. Если изначально температура составляет +16 °С, то отработанная на станции вода будет иметь температуру от +22 до +28 °С. В летний период она может достигнуть +30...+36 °С. Повышение температуры в водоемах пагубно влияет на жизнь водных организмов. В процессе эволюции холоднокровные обитатели водной среды приспособились к определенному интервалу температур. Для каждого вида существует температурный оптимум, который на определенных стадиях жизненного цикла может изменяться.

В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды. Но в результате сброса в реки и озера у горячих стоков с промышленных предприятий очень быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают.

Тепловой шок — это результат интенсивного теплового загрязнения. Результатом сброса в водоемы нагретых стоков могут быть и иные, более серьезные, последствия. Поскольку температура тела холоднокровных организмов зависит от температуры окружающей водной среды, повышениетемпературы воды усиливает скорость обмена веществ у рыб и водных беспозвоночных. В свою очередь, это

повышает их потребность в кислороде. В результате же возрастания температур воды содержание в ней кислорода падает. Нехватка кислорода вызывает стресс или смерть. В летнее время повышение температуры воды всею на несколько градусов может вызвать гибель рыб и беспозвоночных, особенно тех, котором обитают у южных границ температурного интервала. Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию.

Повышение температуры воды способно нарушить структуру подводного рас тигельного мира. Характерные для водоемов с холодной водой водоросли заменяются более теплолюбивыми и при возрастании температур постепенно ими вытесняются, вплоть до полного исчезновения.

Если тепловое загрязнение усугубляется поступлением в водоем органичен ких и минеральных веществ, происходит резкое повышение продуктивности водоема. Азот и фосфор служа питанием для водорослей, в том числе микроскопических, позволяют им резко усилить свой рост. Размножившись, они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего происходит их массовое отмирание и гниение. Процесс сопровождается ускоренным потреблением кислорода: он может оказаться полностью исчерпанным, а это грозит гибелью всей экосистеме.