Радиоактивные вещества могут поступать в организм через органы дыхания, пищеварительный тракт, кожу. При аварийных ситуациях и в чрезвычайной обстановке возможно проникновение РВ через царапины, раны и ожоговую поверхность.
Наиболее вероятным источником поступления РВ в организм человека являются воздух, загрязненный радиоактивными газами и аэрозолями, а также продукты питания, вода. При этом наиболее опасным является ингаляционный путь поступления радиоактивных изотопов (токсичность при ингаляционном поступлении в 2-3 раза выше по сравнению с пероральным загрязнением). При ингаляции в органах дыхания оседает 75% частиц, выдыхается 25%.
При поступлении нерастворимого соединения радионуклида в жкт большая часть его облучает стенку кишечника в течение примерно 30 часов, в дальнейшем выделяется с калом. При поступлении растворимого соединения большая часть его всасывается слизистой тонкого кишечника, через 5-10 минут РВ поступают в кровь и лимфу.
Большинство радионуклидов может проникать через неповрежденную кожу. При поражении кожи растворимыми РВ они довольно быстро проникают в тканевые жидкости и кровь и разносятся по всему организму.
Все радионуклиды по характеру своего распределения условно делятся на 4 группы:
1. Остеотропные (откладываются в костях) – фосфор-32, кальций-45, стронций-90, радий-226, уран-238, плутоний-239 и др.
2. Преимущественно накапливаются в органах с ретикуло-эндотелиальной тканью – церий-144, торий-239 и др.
3. Избирательно накапливаются в отдельных органах и тканях: щитовидной железе (йод-131), эритроцитах крови (железо-59), поджелудочной железе (цинк-65), радужной оболочке глаза (молибден-99).
4. Равномерно распределяющиеся по всем органам и тканям: тритий, кадмий-40, рубидий-86, рутений-106, цезий-137 и др.
Радиоактивные вещества выделяются из организма с выдыхаемым воздухом, мочой, калом, потом и молоком. Уменьшение содержания РВ в организме происходит вследствие его выведения, а также благодаря периоду полураспада. Время, в течение которого организм освобождается от половины депонированного в нем РВ, называется – эффективным периодом полувыведения.
В зависимости от характера радиационного воздействия, распределения поглощенной дозы по времени (длительное или кратковременное воздействие) и в организме человека (равномерное, неравномерное, внешнее, внутреннее или смешанное облучение и т. д.) развиваются соответствующие виды поражений: острая лучевая болезнь от внешнего, внутреннего или сочетанного облучения, местные лучевые поражения в результате локального воздействия ионизирующего излучения или попадания на кожу, слизистые оболочки радиоактивных веществ.
Механизм возникновения радиационных поражений.
Повреждающее действие радиоактивных веществ условно делится на 3 уровня: физико-химический, клеточный, организменный.
| № | Время | Эффект воздействия ионизирующего излучения |
| 1. | 10-24 – 10-4 с 10-16 – 10-8 с | Поглощение энергии. Начальное взаимодействие. (рентгеновское и гамма излучение, нейтроны, электроны, протоны, альфа частицы). |
| 2. | 10-12 – 10-8 с | Физико-химическая стадия. Образование возбужденных и ионизированных молекул и атомов. |
| 3. | от 10-7 – 10-8 с, до несколько часов | Химическое повреждение. Прямое и косвенное действие. Образование свободных радикалов. |
| 4. | Микросекунды, секунды, минуты, несколько часов. | Биомолекулярное повреждение. Изменение молекул белков, нуклеиновых кислот. |
| 5. | Минуты, часы, недели. | Ранние биологические и физиологические эффекты. Биохимические повреждения. Гибель клеток. Гибель организма. |
| 6. | Годы, столетия. | Отдаленные биологические эффекты. Стойкое нарушение функций. Генетические мутации, действие на потомство. Соматические эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, сокращение продолжительности жизни, гибель организма). |
В момент непосредственного воздействия ионизирующих излучений при поглощении энергии в веществе происходит ионизация с образованием активных радикалов. Наиболее уязвимыми являются высокополимерные вещества, нуклеиновые кислоты, от состояния которых зависит функция клеточных органелл, течение процессов синтеза энергии, метаболизма и обновления тканей.
При взаимодействии ионизирующего излучения (ИИ) с клетками и тканями в процессе превращения этого излучения в химическую энергию в организме возникают активные центры радиационно-химических реакций. Первичное действие ИИ на организм бывает прямым и косвенным.
Прямое действие ИИ – это действие ИИ непосредственно в момент облучения на клеточные компоненты белков, жиров, углеводов. Происходит поражение жизненно важных биохимических структур в клетке (дезоксирибонуклеиновой, рибонуклеиновой кислот, ферментов и др.) Плотно ионизирующие излучения, такие как поток альфа-частиц, нейтронов обладают выраженным прямым воздействием на биологические объекты. Это объясняется высокой частотой двойных разрывов в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты, что затрудняет их репарацию.
Происходит образование ионов, свободных радикалов, гидроперикисей. Эти активные молекулы и обломки молекул индуцируют различные реакции в тканях организма. В результате физико-химических процессов изменяется или повреждается структура макромолекулярных комплексов клеток.
Косвенное (непрямое) действие ИИ на биоструктуры обусловлено радиолизом воды. Происходит возбуждение и ионизация атомов воды, появление свободных радикалов, образование активных окислителей типа перикиси водорода с последующей инактивацией различных молекул, принимающих участие в обмене веществ. Для образования перекисных соединений необходимо присутствие кислорода, с повышением парциального давления которого существенно возрастает степень поражающего эффекта, так называемый “кислородный эффект”. Так, одинаковое повреждающее действие излучения на культуру лимфоцитов наблюдается при дозе в 2,75 Гр в атмосфере чистого кислорода и при дозе в 33 Гр - в атмосфере азота.
Клеточный уровень воздействия ИИ включает все нарушения и процессы, обусловленные изменениями функциональных свойств облученных клеточных структур. Наиболее опасным повреждением клетки является нарушение механизма митоза и наследственных структур (хромосомные и генные мутации).
В результате радиационного поражения запускаются процессы структурных изменений биополимеров (деполимеризация нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липопрртеидов, гликозаминогликанов и других соединений), что приводит к нарушению обмена веществ, накоплению токсических продуктов, изменению транспорта веществ через мембраны. В результате тяжелых нарушений функций биологических систем в клетках наступает их гибель непосредственно в момент облучения или после одного или нескольких делений. Даже в случае получения дозы, совместимой с жизнью тканей, последние на длительный срок теряют способность к воспроизводству. В соответствии с законом Бергонье и Трибондо поражаемость тканей при воздействии ионизирующих излучений прямо пропорциональна митотической активности и обратно пропорциональна степени дифференцировки клеток.
По степени радиопоражаемости ткани распределяют в следующем порядке: лимфоидная ткань, костный мозг, эпителий половых желез, кишечника, кожа, хрусталик, эндотелий, серозные оболочки, паренхиматозные органы, мышцы, соединительная ткань, хрящевая, костная, нервная ткань.
Под влиянием ионизирующей радиации гибнут не только делящиеся клетки, но нередко и покоящиеся. Развивается дефицит в первую очередь клеток крови, кишечника, развивается дезинтеграция нейроэндокринной системы, нарушаются координационные влияния на внутренние органы.
Таким образом, первичные радиационно-химические реакции являются пусковым механизмом для развития сложных патологических процессов в организме:
1. Нарушение всех видов обмена веществ, что ведет к нарушению питания и функций всех органов и тканей, появлению дистрофических изменений в органах и тканях.
2. Образование и циркуляция в крови токсических веществ (радиотоксинов)
3. Угнетение гемопоэза - опустошение кроветворных органов, что ведет к развитию лейкопении, тромбоцитопении и анемии.
4. Подавление иммунитета, вследствие чего лучевая болезнь часто сопровождается инфекционными осложнениями.
5. Повышение проницаемости стенок кровеносных сосудов, что способствует развитию геморрагического синдрома.
6. Подавление процессов роста и размножения клеток, следовательно, процессов регенерации в поврежденных органах и тканях.
7. Нарушение функций центральной и периферической нервной системы и желез внутренней секреции.
8. Мутагенные проявления и генетические изменения.
Многие органы и ткани способны к пострадиационному восстановлению, однако при массовой гибели паренхиматозных клеток отмечается рост более устойчивых к воздействию радиации фибробластов, что приводит к развитию очага фиброза и невозможности в ряде случаев полного восстановления (в частности, костного мозга). Даже после завершения восстановления в отдаленном периоде возможно развитие опухолей, поздних лучевых язв, ускоренного старения организма.