Ионизирующее излучение и его воздействие на человека

Основной механизм влияния разнообразных ионизирующих излучений на любые биологические ткани обусловлен высокой энергией ее носителей (элементарных частиц или квантов электромагнитного поля), входящих в состав такого рода излучений. В свою очередь эта высокая энергия радиационных воздействий вызывает два важных вида биологических эффектов.

Первый вид обусловлен прямым попаданием высокоэнергетических элементарных частиц в сложные молекулы ДНК клеточных структур и их повреждением или разрывом. Восстановительная способность организма по отношению к таким повреждениям хотя и существует, но весьма ограничена. Необратимые же повреждения генетических структур ведут, с одной стороны, к серьезным нарушениям нормального хода процессов функционирования и клеточного синтеза самого биологического организма, подвергшегося радиационной «бомбардировке», а с другой стороны, в случае повреждения ДНК половых клеток — к наследственным мутациям его последующих поколений.

Второй вид эффектов, вызываемых в биологических тканях радиационными воздействиями, обусловлен именно ионизирующим характером высокоэнергетических корпускулярных и электромагнитных излучений по отношению к веществам клеточных и межклеточных структур. Прежде всего это относится к соединениям на основе воды, которая подвергается под действием ионизирующих воздействий так называемому радиолизу, заключающемуся в образовании радикалов водорода и гидроксильной группы.

В свою очередь образовавшиеся свободные радикалы, обладая высокой химической активностью, не только приводят к формированню молекул негативных для организма соединений (типа перекиси водорода Н2О2), но и вступают в многочисленные химические реакции с белковыми структурами и ферментами, нарушая весь ход его внутренних биохимических процессов. Как следствие, замедляется или полностью прекращается клеточная активность, изменяются функции и структура систем организма.

Иначе говоря, порожденные ионизирующими воздействиями свободные радикалы вызывают своего рода лавинообразное вовлечение в химические реакции огромного числа биологических молекул, даже не подвергшихся первоначальному негативному действию радиации. И в этом заключается одна из основных важнейших особенностей ее биологического влияния на живые организмы.

Другая важная особенность ионизирующих воздействий связана с фактором времени, который проявляется, во-первых, в количестве радиации, полученной организмом единовременно или за какой-то определенный временной период, а во-вторых, в растянутости негативных последствий для организма таких радиационных воздействий не только на долгие годы, но часто и на всю жизнь человека. В случае передачи организмом измененных биологических признаков по наследству в круговорот отдаленных по времени последствий радиационного влияния оказываются втянутыми и потомки подвергшегося ионизирующему облучению человека.

Таким образом, радиация, наряду с некоторыми видами токсических веществ и вирусных заболеваний, способна воздействовать на генетическую структуру наследственной памяти человека, что делает такие воздействия потенциально опасными и для последующих поколений людей.

Несмотря на различную степень опасности поражения ионизирующими воздействиями различных систем организма, наибольшей чувствительностью по отношению к радиации у человека обладают лимфоидная ткань, костный мозг, гонады (половые железы), органы зрения, слизистые оболочки, кожа, легкие, щитовидная железа, органы пищеварения.

Все макропоследствия радиационных поражений для здоровья человека разделяются клинической медициной на две основные группы:

• детерминированные пороговые эффекты в виде лучевой болезни, лучевых ожогов, лучевой катаракты, лучевого бесплодия и т.д.;

• стохастические беспороговые эффекты в виде злокачественных опухолей, наследственных болезней, лейкоза и т.д.

В первом случае, при острых лучевых поражениях, можно поставить во взаимосвязь количество полученной организмом энергии ионизирующих воздействий и определенный характер возникающего в результате этого заболевания. Во втором случае приходится учитывать лишь вероятность возникновения того или иного последствия для здоровья человека, которое никак не связано с существованием какого-либо порогового значения негативною ионизирующего воздействия.

В последнем случае это означает, что даже незначительные уровни радиации, например естественного характера, могут быть причиной, хотя теоретически и маловероятной, возникновения у человека злокачественных опухолей или наследственных отклонений. И наоборот, значительные уровни ионизирующих воздействий (обязательно допороговых значений) могут, хотя также с малой вероятностью, не повлечь за собой никаких негативных последствий и болезней, что, впрочем, наблюдается довольно редко.

С количественной точки зрения ионизирующие воздействия на организм человека принято оценивать величиной поглощенной дозы излучения. Единицей измерения поглощенной дозы излучения, принятой в Международной системе единиц СИ, служит грей (Гр). О значимости этой величины свидетельствует хотя бы тот факт, что острые лучевые поражения могут развиваться даже при однократном облучении всего организма человека ионизирующим гамма-воздействием с поглощенной дозой излучения свыше 0,25 Гр.

При дозах 1,5—2 Гр лучевая болезнь протекает еще без наступления смертельного исхода, но уже при поглощенной дозе излучения 2,5—4 Гр смертельный исход наблюдается в 20% случаев через несколько недель после ионизирующего воздействия на организм человека. Характерными признаками хронической лучевой болезни являются изменения формулы крови, нарушения функций иммунной и нервной систем, подкожные кровоизлияния и поражения кожи, ухудшение зрения. Поглощенная доза излучения более 6 Гр оказывается наверняка смертельной для пораженного радиацией человека без использования специального комплексного лечения.

Особенно опасным является внутреннее радиоактивное облучение, связанное с попаданием внутрь человека радиоактивных веществ вместе с вдыхаемым воздухом или через пищеварительный тракт вместе с водой и пищей. Накопление радиоактивных изотопов йода, радия, стронция, цезия, плутония в тканях организма приводит к их атрофии и росту опухолей.

Для характеристики качества ионизирующего излучения с точки зрения его опасности для человека введена специальная величина, называемая эквивалентной дозой. Измеряется эквивалентная доза в специальных единицах, получивших название зиверт (Зв).

Наконец, еще одной довольно часто используемой характеристикой ионизирующих воздействий на человека с учетом отдаленных последствий облучения является эффективная доза. Единицей измерения указанной эффективной дозы, так же как и для эквивалентной дозы, является зиверт (Зв). Согласно установленным нормам эффективная доза для персонала, работающего с ионизирующими излучениями, не должна превышать за период трудовой деятельности 1000 мЗв, а для обычного населения за всю жизнь — 70 мЗв.

В качестве нормативных документов по отношению к ионизирующим воздействиям выступают специальные Нормы радиационной безопасности, принятые в 1999 г. (НРБ—99), представляющие собой категорию Санитарных правил.

В указанном документе выделяются следующие основные группы лиц, в той или иной степени подверженных влиянию радиации:

• персонал, непосредственно работающий с техногенными источниками ионизирующих излучений (группа А) или находящийся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);

• все население, включая лиц из числа персонала, вне сферы и условий производственной деятельности.

Для указанных групп потенциально облучаемых людей установлены следующие классы нормативов обеспечения радиационной безопасности:

• пределы доз (ПД) ионизирующих воздействий;

• допустимые уровни, соответствующие основным пределам доз;

• контрольные уровни ионизирующих излучений.

Установлены нормативные пределы на один год: индивидуального риска техногенного радиационного облучения лиц из числа персонала — 10^-3; риска облучения для населения — 5 10~⁵; пренебрежимого риска облучения — Ю^-6.

Занятие №3: