Биологическое действие ионизирующих излучений

Природный радиоактивный фон, оказывая влияние на развитие жизни на Земле, является неотъемлемой частью сферы обитания человека. В условиях радиоактивного фона происходят такие процессы, как деление одноклеточных организмов и клеток, развитие высших растений и животных. Кроме того, в головном мозге, мышцах, селезенке и костном мозге человека содержится радиоактивный изотоп , распад которого не только не представляет никакой опасности, но и, по-видимому, является необходимым для развития организма.

Однако нарушения радиоактивного фона в локальных условиях и тем более глобальные опасны для существования биосферы и могут привести к непоправимым последствиям.

Основной механизм биологического воздействия радиации обусловлен химическими процессами, происходящими в клетках после их облучения. При взаимодействии ионизирующих излучений с водой, основным компонентом организма млекопитающих, происходит радиолиз воды, в результате которого возможно образование возбужденных молекул (), ионов (например, ), радикалов (например, ), перекиси водорода (). Эти высокоактивные в химическом отношении соединения могут взаимодействовать с остальными молекулами биологической системы, что может привести к нарушению нормального функционирования мембран, клеток и органов.

Кроме того, действие радиоактивных излучений может вызвать в организме образование свободных радикалов нуклеиновых кислот, липидов и др.

Процессы ионизации и химического взаимодействия продуктов ионизации происходят в клетке за миллионные доли секунды. Биохимические изменения в ней, обусловленные образованием новых, чуждых молекул, начинаются сразу после облучения, но не завершаются за короткое время. Одни следствия таких изменений проявляются уже через несколько секунд после облучения, другие могут привести к гибели клетки или ее раковому перерождению через десятилетия. Одним из первых следствий облучения становится нарушение самой сложной функции клетки – деления. В связи с этим в первую очередь нарушаются функции органов и тканей организма, в которых происходит деление, образование новых клеток.

Различают 3 основных вида последствий воздействия ионизирующей радиации на живой организм: острое поражение, отдаленные последствия и генетические последствия.

Острое поражение. Таким поражением называют повреждение живого организма, вызванное большими дозами радиации и проявляющееся в течение нескольких часов или дней после облучения (лучевая болезнь).

Первые признаки общего острого поражения организма взрослого человека обнаруживаются при дозе примерно 0,5 – 1,0 Зв (50 – 100 бэр). Эту эквивалентную дозу можно считать пороговой для общего острого поражения при однократном облучении. Когда человек получает такую дозу, у него начинаются нарушения в работе кроветворной системы. При эквивалентных дозах облучения всего тела 3 – 5 Зв (300 – 500 бэр) около 50% облученных умирают в течение 1 – 2 месяцев от лучевой болезни, причем главной причиной смерти становится поражение костного мозга, приводящее к резкому снижению количества лейкоцитов в крови. При дозах облучения 10 – 50 Зв (100 – 5000 бэр) смерть наступает через 1 – 2 недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте в результате гибели клеток его слизистых оболочек. При дозе 100 Зв (10000 бэр) человек умирает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы.

При одинаковых дозах облучения биологические последствия их действия на взрослый и растущий организм существенно различаются. Объясняется это тем, что сложная функция живой клетки – функция размножения – раньше других нарушается под действием радиации. Делящиеся клетки гибнут или утрачивают способность к делению при таких малых дозах облучения, при которых основные жизненные функции обычных клеток существенно не нарушаются.

Отдаленные последствия облучения. Значительная часть повреждений клеток, вызванных радиацией, необратима, причем эти повреждения увеличивают вероятность возникновения различных заболеваний, в том числе раковых. От момента облучения до смерти от лейкоза проходит в среднем 10 лет. Вероятность возникновения ракового заболевания растет пропорционально дозе облучения; для взрослого человека, получившего эквивалентную дозу облучения 0,01 Зв (1 бэр), она составляет .

Генетические последствия облучения. Облучение человека может принести вред и его потомкам.

Вся информация о строении организма будущего ребенка и программа его развития записаны в генах двух половых клеток родителей. Гены, представляющие собой молекулы или части молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), входят в сложные структуры, называемые хромосомами. В каждой из родительских клеток имеется по 46 хромосом, содержащих около 100000 генов. Разрушение одной молекулы ДНК или утрата какой-то ее части в половой клетке означает потерю части генов, несущих информацию о строении организма будущего человека. Изменение состава генов в клетке организма потомка по сравнению с составом генов в клетках родителей называется мутацией. Мутация приводит к тому, что потомок чем-то отличается от своих родителей.

Достоверных количественных данных о генетическом влиянии на человека различных доз облучения пока нет. Риск появления наследственных дефектов у детей при облучении их будущих родителей оценивается по результатам экспериментов на животных. Такие данные нельзя считать полностью верными в применении к человеку, но их можно принять в качестве оценочных. Согласно этим данным, хроническое облучение родителей с эквивалентной дозой 1 Зв (100 бэр) на поколение (за 30 лет) приведет к появлению 2 случаев серьезных генетических заболеваний на 1000 новорожденных. Если такой уровень облучения будет воздействовать постоянно на родителей на протяжении многих поколений, то число генетических жертв увеличится до 15 на 1000 новорожденных.