Под воздействием ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические и биологические процессы. В результате ионизации живой ткани происходит разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений, что в свою очередь приводит к гибели клеток (прямое действие радиации).
Еще более существенную роль в формировании биологических последствий играют продукты радиолиза воды, которая составляет 60-70% массы биологической ткани. Под действием ионизирующего излучения на воду образуются свободные радикалы Н·и ОН·, а в присутствии кислорода также свободный радикал гидропероксида (НО·2) и пероксида водорода (Н2O2), являющиеся сильными окислителями. Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекулами тканей, образуя соединения, не свойственные здоровому организму. Это приводит к нарушению отдельных функций или систем, а также жизнедеятельности организма в целом (косвенное действие радиации).
Интенсивность химических реакций, индуцированных свободными радикалами, повышается, и в них вовлекаются многие сотни и тысячи молекул, не затронутых облучением. В этом состоит специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты, то есть производимый излучением эффект обусловлен не столько количеством поглощенной энергии в облучаемом объекте, сколько той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической и др.), поглощенной биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывают ионизирующие излучения.
Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).
Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним (при попадании радиоактивного изотопа внутрь организма). Хотя на практике встречаются случаи и комплексного воздействия.
Внешнее облучение подразделяют на облучение всего тела, местное (облучение части организма), контактное, дробное, острое и хроническое. Дробное облучение — облучение, совершаемое многократно с интервалами между отдельными воздействиями. Острое облучение — однократное кратковременное облучение, когда организм получает значительную дозу. Оно может произойти в результате радиационной аварии или грубых нарушений правил радиационной безопасности. Хроническое облучение — постоянное действие ионизирующего излучения в течение длительного времени. Контактное облучение — это разновидность внешнего облучения, когда радиоактивное вещество или источник ионизирующего излучения соприкасается с кожным покровом организма.
Внутреннее облучение возможно при вдыхании, заглатывании радиоизотопов и проникновении их в организм через кожу. Некоторые вещества поглощаются и накапливаются в конкретных органах, что приводит к высоким локальным дозам радиации.
Биологический эффект при внутреннем облучении организма значительно выше. Это объясняется рядом причин:
1. Время облучения увеличивается и совпадает со временем пребывания радиоактивного вещества в организме.
2. Доза облучения резко возрастает из-за бесконечно малого расстояния до ионизируемой ткани.
3. Отсутствует защитное действие кожи. Альфа-частица из полностью безопасных при внешнем облучении становятся наиболее опасными.
4. Невозможно использовать методы защиты, которые разработаны для внешнего облучения.
Наиболее опасен ингаляционный путь поступления радиоактивных веществ — из-за большого объема легочной вентиляции и более высокого коэффициента захвата и усвоения изотопов из воздуха (табл.2).
При проникновении радиоактивных веществ внутрь организма через органы дыхания в виде пыли, газов, паров часть из них осаждается на слизистой оболочке верхних дыхательных путей, откуда затем может попасть в желудок. Но наибольшую опасность представляют те, которые осаждаются в альвеолах легких (частицы размером менее 5 мкм), и особенно часть тонкодисперсных частиц (размер менее 1 мкм, до 70% задерживается в легких), которые могут проникать в общий кровоток, а затем избирательно отлагаются в различных тканях. Попадание радионуклидов в легкие в количествах значительно превышающих допустимые может сопровождаться различными изменениями в легочной ткани (например, пневмосклероз), а при длительном воздействии может возникнуть рак легких.
Инертные радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и др.) попадая через легкие в кровь, через некоторое время полностью удаляются из организма. Присутствие их в воздухе определяет радиационную опасность только внешнего облучения.
Мелкодисперсные радиоактивные вещества могут попадать в желудочно-кишечный тракт. При всасывании из ЖКТ, также как и из легких, долю веществ поступающую в кровь характеризует коэффициент всасывания (табл. 2). Далее они, в соответствии с их химическими свойствами, накапливаются в отдельных органах, подвергая их облучению. Например: радий, кальций, фосфор, стронций, барий накапливаются в костях; церий, прометий, америций, кюрий; редкоземельные элементы, лантан — в печени, плутоний — в легких, костях; йод — в щитовидной железе; уран — в легких, почках, костях; тритий, углерод, рубидий, натрий, кобальт, цезий распределяются в организме равномерно.
Наиболее опасными при попадании внутрь организма оказываются α-излучающие радионуклиды. Пробег α-частиц мал и их энергия полностью поглощается вблизи места нахождения радионуклида. Степень опасности радионуклида также характеризуется скоростью его выведения из организма. Как правило, не задерживаются в организме те радионуклиды, которые одинаковы с элементами употребляемыми человеком с пищей (натрий, хлор, калий и др.). Они выводятся вместе с такими же веществами. Некоторые же элементы, попав в организм, трудно из него удаляются (уран, торий, плутоний).
Время, в течение которого количество данного химического элемента в организме уменьшается вдвое вследствие физиологического обмена, называется периодом биологического полувыведения Tб. Для радионуклида время нахождения в организме зависит также и от периода полураспада. Поэтому для радионуклидов введено понятие эффективного периода полувыведения.
Эффективным периодом полувыведения Тэфф называется время, в течение которого количество радионуклида (его активность) в организме уменьшается вдвое:
Тэфф = Т1/2Тб/(T1/2 + Tб), (2)
где Т1/2 — период полураспада радионуклида.
Из (2) следует, что если период полураспада мал, а период биологического полувыведения велик, то Тэфф будет определяться Т1/2 и наоборот. В качестве примера в табл. 2 приведены значения эффективного периода полувыведения некоторых радионуклидов.
Некоторые радионуклиды с течением времени достигают равновесного состояния в организме. 20 радионуклидов не достигают равновесия в организме за период жизни человека (50 — 70 лет) (в табл.2. обозначены — *). Радионуклиды с большим периодом полураспада производят постоянное облучение организма, даже после прекращения работы с ними. Особенно опасны те из них, которые концентрируются вблизи костного мозга, в костях (стронций, плутоний).
Сочетание физических и химических свойств данного радионуклида определяют степень его радиотоксичности и, соответственно, величины дозовых пределов.
Медицинские последствия у облучённого человека могут иметь различный характер. Воздействие различных видов излучения вызывает изменения как у облучающегося индивидуума, так и у его потомства.
Таблица 2
