Действие на организм человека радиации.

Развитие жизни на Земле всегда происходило в присутствии радиационного фона окружающей среды. Из космоса проходит проникающее излучение, которое достигает землю вплоть до больших глубин. Солнце испускает широкий спектр излучения: от радиоволн, включая области теплового излучения и видимого света, до гамма-излучения, обладающего очень высокой проникающей способностью. Земля также испускает излучение, поскольку она содержит радиоактивные вещества, такие, как уран, радий, торий и др. Радиоактивные изотопы (калия, углерода и др.) присутствуют в организме человека, поэтому мы сами тоже являемся источниками радиации. Ионизирующую радиацию стали применять с диагностической целью (рентгеновское обследование, радиоизотопные методы, радиоактивные элементы и др.) Но уже в начале 1896 г. появились тревожные сообщения о повреждениях у врачей и физиков, экспериментирующих с новым излучением.

Ионизирующее излучение бывает следующего происхождения. Прежде это лучи: рентгеновские и гамма-лучи. Они представляют собой энергию, передаваемую в виде волн без движения вещества. Остальные типы ионизирующего излучения представлены быстродвижущимися частицами вещества. Одни из них несут электрический заряд, другие - нет.

Нейтроны - единственные незаряженные частицы, образующиеся при любом радиоактивном преобразовании. Их масса равна массе протона. Поскольку эти частицы электронейтральны, они глубоко проникают во всякое вещество, включая и живые ткани.

Электроны – легкие, отрицательно заряженные частицы, существующие во всех стабильных атомах. Электроны очень часто испускаются во время радиоактивного распада вещества - их называют бета-лучами.

Протоны - положительно заряженные частицы, обнаруженные в ядрах всех атомов. Они найдены в изобилии в открытом космосе, что может представлять опасность для космонавтов.

Альфа-частицы - ядра атомов гелия, имеют положительный заряд, относительно тяжелы. Обычно альфа-частицы испускаются при радиоактивном распаде тяжелых изотопов таких атомов, как уран или радий.

Тяжелые ионы - ядра любых атомов, лишенных орбитальных электрона и движущихся с высокой скоростью.

Количественную характеристику излучения, обычно называемую дозой измеряют в величинах энергии, поглощенной тканями. Долгое время поглощенную дозу измеряли в рад: 1 рад соответствует 100 эрг/г, В международной системе единиц измерение ведется в греях: 1 Гр соответствует 1 Дж/кг или 1 Гр = 100 рад.

Когда ионизирующее излучение проходит сквозь живые организмы, оно передает свою энергию тканям и клеткам, из которых построены все биологические Материи. При этом поглощенная энергия распределяется не равномерно, а отдельными "пачками". В результате громадное количество энергии передается в определенные участки каких-нибудь клеток и, совсем небольшое, если таковое вообще имеется, в другие. Общее количество поглощенной тканями энергии может быть небольшим, но некоторые клетки живой материи из-за такой неравномерности распределения энергии излучения будут значительно повреждены.

Можно выделить четыре уровня реакции организма на облучение:

а) первичное действие радиоактивного излучения,

б) влияние излучения на клетки,

в) влияние излучения на ткани,

г) действие радиации на целый организм.

Первичные эффекты ионизирующего излучения. Все ионизирующие излучения действуют в принципе одинаково они передают свою энергию атомам вещества, вызывая их возбуждение и ионизацию. Ведущей радиационно-химической реакцией является разрыв химических связей в молекулах липидов, нуклеиновых кислот, белков и т.д. с возникновением свободных радикалов.

Наибольшее значение в первичных реакциях играет вода (составляет 60-70% массы тела). Продукты расщепления ионизированной воды включают в себя свободные радикалы. Электрон может присоединиться к ионизированной молекуле воды, и та, став нейтральной, становится неустойчивой. Если в воде растворен кислород, то возможны реакции, ведущие к образованию перекиси водорода.

В организме в связи с водой находятся все органические вещества. Поэтому часть радикалов "нападает" на окружающие молекулы, окисляя или восстанавливая их активные группы. В результате изменяются молекулы белка и нуклеопротеидов, ферментов и др. Возникает, так называемое, непрямое действие ионизирующего излучения на молекулы биосубстрата.

Это подтверждается следующими фактами:

1. Эффектом разведения - эффект инактивации фермента.

2. Температурным эффектом.

3. Кислородным эффектом.

4. Эффектом обезвоживания.

5. Защитным действием других органических веществ.

Действие радиации на белки. Сывороточный альбумин денатурируется и осаждается при облучении в дозе 72 000 рад. Поэтому денатурацию белка следует ожидать в случае гибели организма "под лучом".

Большее значение имеют процессы, связанные с изменением функциональные свойств белков, а именно ферментов. По Баррону, наиболее чувствительны ферменты, имеющие в своем составе сульфгидрильные группы (SН). Под влиянием радиации они переходят в бисульфидные связи (S - S). Таким образом, сульфгидрильный фермент аденозинтрифосфота инактивируется на 10% уже при 10 рад.

Влияние ионизирующей радиации на клетки.В клетках, в которых возникли биологические, радиационные изменения, они проявляются двояко:

а) в нарушении жизнедеятельности самой клетки,

б) в изменениях наследственных свойств клетки.

На патогенез этих нарушений существует три взгляда:

1) объектом первичного химического повреждения является ДНК,

2) первичное химическое повреждение ведет к образованию токсических веществ, губительно действующих на клетку,

3) первичное химическое повреждение может быть связано с нарушением свойств многочисленных мембран, образующих в клетках эндоплазматическую сеть.

Кроме различного рода дегенеративных изменений в клетках наиболее существенными последствиями радиации будут:

1. Задержка митозов. В качестве возможных причин называют:

а) образование токсических веществ, или разрушение веществ, необходимых для деления,

б) подавление синтеза ДНК.

2. Мутагенные эффекты.

3. Потеря способности к размножению. Генетическая гибель клетки. Гибель через несколько делений после облучения. Причина возникновения летальных мутаций - прямое действие радиации на хромосомный аппарат клетки.

Последствия, которые вызывает воздействие излучения в клетках, зависят главным образом от величины полученной дозы и могут быть сведены к следующим эффектам:

1} изменения в соматических клетках, приводящие к возникновению опухолевых заболеваний.

2) генетические мутации, оказывающие влияние на будущие поколения; если мутация происходит в зародышевой клетке (в сперматозоиде или в яйцеклетке), последствия будут ощутимыми не только для индивидуума, который разовьется из этой клетки, но и в ком-то из будущих поколений.

3) влияние на зародыш и плод вследствие облучении матери в период беременности приводит к неполноценному развитию эмбриона в результате двух различных причин. Первая - отягощенная наследственность иди генетические нарушения. Вторая причина - внешнее влияние радиации на развивающийся эмбрион или плод. Возникающие вследствие этого нарушения известны как тератогенные эффекты.

Развитие ребенка до момента рождения можно разделить на 3 основных периода. После зачатия оплодотворенная яйцеклетка подвергается быстрому делению, приблизительно до 9-го дня. Облучение в этот период, по-видимому, не вызывает других эффектов, кроме гибели недавно сформированного зародыша, состоящего из небольшого ограниченного числа клеток. Период развития, продолжающийся с 9-го дня по 6-ю неделю жизни после зачатия, называется органогенезом, потому что в это время клетки начинают дифференцироваться с образованием специализированных органов и частей тела: глаз, мозга, рук, ног и др. Облучение в этот период может привести к появлению целого спектра дефектов - расщепление нёба, остановка развития конечностей, нарушения формирования головного мозга и т.д. Развитие органов и конечностей в этот период проходит в строгой последовательности, следовательно, радиация будет влиять на те структуры, которые должны развиваться в момент вредной экспозиции. Облучение в ранний период органогенеза наряду с грубыми аномалиями плода способно вызывать задержку роста организма, что выражается в уменьшении размеров тела при рождении. Срок беременности после 6 недель называют плодным периодом. О действии радиации в данный период известно немного, за исключением того, что большие дозы вызывают стойкое отставание в росте организма, т.е. потомок облученной матери по размерам меньше нормы при рождении и остается ниже среднего роста на всю свою жизнь.

Все вышеизложенное обосновывает так называемое правило десяти дней, которое гласит, что женщина детородного возраста должна проходить рентгенографию желудка или органов таза только во время первых 10 дней после начала менструального периода, т.е. в отсутствие беременности.

4. Гибель клеток. На механизмах мы уже остановились ранее.

Влияние радиации на уровне тканей. По своей чувствительности к ионизирующей радиации ткани организма значительно отличаются друг от друга. Наиболее радиочувствительны кроветворная и лимфоидная ткани, следующей в этом ряду стоит эпителиальная ткань (особенно железистый эпителий пищеварительных и половых желез, а также покровный эпителий кожи, затем эндотелий сосудов), последние в этом ряду - хрящевая, костная, мышечная и нервная ткани.

Для оценки радиочувствительности ткани существует простое правило: «Повреждающее действие ионизирующей радиации на ткань прямо пропорционально насыщению се кислородом, пролиферативной активности клеток и обратно пропорционально степени дифференцировки ткани», т.е. наиболее поражаемы менее дифференцированные, активно обновляющиеся и интенсивно функционирующие ткани.

Действие радиации на уровне организма. После облучения всего тела часто развивается лучевая болезнь, скорость протекания которой зависит от величины дозы и от того, получена ли эта доза сразу или постепенно в течение длительного времени. В первом случае речь идет об острой лучевой болезни, а во втором - о хронической. Для человека абсолютная смертельная доза при однократном облучении составляет около 6 Гр. При этом следует помнить, что лучевое поражение не сводится только к повреждению, а представляет собой реакцию на него.

Тяжесть лучевой болезни зависит от:

1) количества поглощенной энергии,

2) локализации и величины площади облученной поверхности, количества рецепторов, на которые действует радиация,

3) времени облучения,

4) вида ионизирующей радиации,

5) видовой и индивидуальной чувствительности организма на момент облучения.

В зависимости от дозы облучения различают три степени острой лучевой болезни:

1) легкая - доза 1,5 Гр,

2) средняя - до 3,0 Гр,

3) тяжелая - до 6,0 Гр.

Доза 16 Гр и выше для здорового взрослого человека считается абсолютно смертельной, причем смерть может наступить сразу после облучения.

Острая лучевая болезнь может быть вызвана как внешним, так и внутренним облучением. По существу, имеются четыре возможных варианта, по которым радиоактивные вещества способны поступить в организм, 1) через легкие при дыхании; 2) вместе с пищей; 3) через повреждения и разрезы на коже; 4) путем абсорбции через здоровую кожу.

Несмотря на большое разнообразие клинических проявлений, в картине острой лучевой болезни можно выделить типовые синдромы, сочетание которых характеризует именно лучевые поражения. К таким синдромам следует отнести:

1. Расстройство гемодинамики.

2. Геморрагический синдром.

3. Гипоксия тканей в результате пассивного полнокровия органов, замедления кровотока, нарушения проницаемости, множественных кровоизлияний.

4. Дистрофические и некробиотические изменения в тканях и органах.

5. Изменение иммунологического статуса.

6. Нарушения со стороны нервной системы.

7. Реакция эндокринной системы.

Различаются 4 клинических периода острой лучевой болезни: период первичных реакций, скрытый период, период развернутых клинических признаков, исход болезни.

Хронические лучевые поражения. Эти поражения возникают, если малые доны облучения действуют на организм через определенные промежутки времени, а также при некоторых формах лучевой болезни, после которой не наступило полного выздоровления. Хронические лучевые поражения целесообразно разделить на две главные группы: 1) хроническая лучевая болезнь, 2) лучевые повреждения отдельных органов и тканей.

Хроническая лучевая болезнь может развиваться в результате длительного внешнего облучения всего организма или его крупных отделов с превышением предельно допустимых доз, а также в связи с задержкой в организме радиоактивных изотопов с большим периодом полураспада или повторным поступлением короткоживущих радиоактивных веществ. Местные лучевые повреждения бывают следствием длительного воздействия сравнительно малых доз излучения на отдельные органы и участки тканей. Такое воздействие приводит к дистрофическим изменениям в тканях и, по-видимому, способствует индуцированию злокачественных опухолей.

Для заболевания типично длительное и волнообразное течение со сменой фаз (периодов).

Первую стадию характеризует ряд неспецифических признаков.

Во второй стадии болезнь принимает затяжной или постоянный характер.

Наиболее трудна с диагностической и лечебной точек зрения третья стадия болезни, которая характеризуется появлением новообразований, лейкозом, недостаточной функцией костного мозга, генетическими последствиями.