Биологическое действие ионизирующих излучений

Биологическое действие ионизирующих излучений. Жизнь на Земле возникла и развивалась на фоне ионизирующей радиации. Поэтому биологическое действие е не является каким-то новым раздражителем в пределах естественного радиационного фона. Радиационный фон Земли складывается из излучения, обусловленного космическим излучением, и излучения от рассеянных в Земной коре, воздухе, воде, теле человека и других объектах внешней среды природных радионуклидов.

Основной вклад в дозу облучения вносят 40К, 238U, 232Th вместе с продуктами распада урана и тория. В среднем доза фонового внешнего и внутреннего облучения человека составляет 1 мЗвгод. В отдельных районах с высоким содержанием природных радионуклидов это значение может достигать 10 мЗв и более.

Считают, что часть наследственных изменений и мутаций у животных и растений связана с радиационным фоном. В основе повреждающего действия ионизирующих излучений лежит комплекс взаимосвязанных процессов. Ионизация и возбуждение атомов и молекул дают начало образованию высокоактивных радикалов, вступающих в последующем в реакции с различными биологическими структурами клеток. В повреждающем действии радиации важное значение имеют возможный разрыв связей в молекулах за счет непосредственного действия радиации и внутри- и межмолекулярной передачи энергии возбуждения.

Физико-химические процессы, протекающие на начальных этапах, принято считать первичными пусковыми. В последующем развитие лучевого поражения проявляется в нарушении обмена веществ с изменением соответствующих функций органов. Малодифференцированные, молодые и растущие клетки наиболее радиочувствительны. Животные и растительные организмы характеризуются различной радиочувствительностью, причины которой до сих пор полностью ещ не выяснены.

Как правило, наименее чувствительны одноклеточные растения, животные и бактерии, а наиболее чувствительны млекопитающие животные и человек. Различие в чувствительности к радиации имеет место у отдельных особей одного и того же вида. Она зависит от физиологического состояния организма, условий его существования и индивидуальных особенностей. Более чувствительны к облучению новорожденные и старые особи.

Различного рода заболевания, воздействие других вредных факторов отрицательно сказывается на течении радиационных повреждений. Изменения, развивающиеся в органах и тканях облучнного организма, называют соматическими. Различают ранние соматические эффекты, для которых характерна чткая дозовая зависимость, и поздние к которым относят повышение риска развития опухолей лейкозов, укорочение продолжительности жизни и разного рода нарушения функции органов.

Специфических новообразований, присущих только ионизирующей радиации, нет. Существует тесная связь между дозой, выходом опухолей и длительностью латентного периода. С уменьшением дозы частота опухолей падает, а латентный период увеличивается. В отдалнные сроки могут наблюдаться и генетические врожднные уродства, нарушения, передающиеся по наследству, повреждения, которые наряду с опухолевыми эффектами являются стохастическими. В основе генетических эффектов облучения лежит повреждение клеточных структур, ведающих наследственностью половых яичников и семенников.

Промежуточное место между соматическими и генетическими повреждениями занимают эмбриотоксические эффекты - пороки развития последствия облучения плода. Плод весьма чувствителен облучению, особенно в период органогенеза на 4-12 неделях беременности у человека. Особенно чувствительным является мозг плода в этот период происходит формирование коры. Эффект облучения, как было сказано, зависит от величины поглощнной дозы и пространственно-временного распределения е в организме.

Облучение может вызвать повреждения от незначительных, не дающих клинической картины, до смертельных. Однократное острое, пролонгированное, дробное, хроническое облучение в дозе, отличной от нуля, по современным представлениям, может увеличить риск отдалнных стохастических эффектов рака и генетических нарушений. Риск и ожидаемое число смертей от опухолей и наследственных дефектов в результате облучения Критический органЗаболеваниеРиск, 10-2 Зв-1Число случаев, 104 чел ЗвВс тело, красный костный мозгЛейкемия0,220Щитовидная железаРак щитовидной железы0,055Молочная железаРак молочной железы0,2525СкелетОпухоли костной ткани0,055ЛгкиеОпухоли лгких0,220Все остальные органы и тканиОпухоли других органов0,550Все органы и тканиВсе злокачественные опухоли1,25125Половые железыНаследственные деффекты0,440Всего1,65165 3. Источники излучения, защита, хранение, аварии. Ядерные взрывы, выбросы радионуклидов предприятиями ядерной энергетики и широкое использование источников ионизирующих излучений в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине и научных исследованиях привели к глобальному повышению облучения населения Земли. К естественному облучению прибавились антропогенные источники внешнего и внутреннего облучения.

При ядерных взрывах в окружающую среду поступают радионуклиды деления, наведенной активности и неразделившаяся часть заряда уран, плутоний.

Наведенная активность наступает при захвате нейтронов ядрами атомов элементов, находящихся в конструкции изделия, воздухе, почве и воде. По характеру излучения все радионуклиды деления и наведенной активности относят к - или излучателям.

Выпадения подразделяются на местные и глобальные тропосферные и стратосферные. Местные выпадения, которые могут включать свыше 50 образовавшихся радиоактивных веществ при наземных взрывах, представляют собой крупные аэрозольные частицы, выпадающие на расстоянии около 100 км от места взрыва.

Глобальные выпадения обусловлены мелкодисперсными аэрозольными частицами. Наибольшую потенциальную опасность в них представляют такие долгоживущие и биологически опасные радионуклиды как 137Cs и 90Sr. Радионуклиды, выпавшие на поверхность земли, становятся источником длительного облучения. Воздействие на человека радиоактивных выпадений включает внешнее -облучение за счт радионуклидов, присутствующих в приземном воздухе и выпавших на поверхность земли, контактное в результате загрязнения кожных покровов и одежды и внутреннее от поступивших в организм радионуклидов с вдыхаемым воздухом и загрязннной пищей и водой.

Критическим радионуклидом в начальный период является радиоактивный йод, а в последующем 137Cs и 90Sr. 3.1 Йод. Природный изотоп йода 127I. Известны радиоактивные изотопы с массовыми числами 115-126, 128-141. Практическое значение имеют 125I, 129I, 131I, 132I, 133I. Применяется в физической химии, биологии и медицине. Особенно широко применяются в медицине для целей диагностики и лечения 131I и 125I. Йод характеризуется высокой миграционной способностью.

Поступая во внешнюю среду и включаясь в биологические цепи миграции, он становится источником внешнего и внутреннего облучения. Радиоактивные изотопы йода могут поступать в организм человека через органы пищеварения, дыхания, кожу, раневые и ожоговые поверхности. Основными цепочками являются растения-человек растение-животное-молоко-человек растения-животное-мясо-человек растения-птица-яйцо-человек вода-гидробионты-человек.

Особенное значение, как источник поступления в организм человека, могут иметь продукты питания растительного происхождения, особенно молоко, свежие молочные продукты и листовые овощи. Поступивший в организм радиоактивный йод быстро всасывается в кровь и лимфу. В течение первого часа в верхнем отделе тонкого кишечника всасывается 80-90 . Органы и ткани по концентрации йода образуют убывающий ряд щитовидная железа, почки, печень, мышцы, кости.

Накопление 131I в щитовидной железе протекает быстро через 2 и 6 часов после поступления радионуклида составляет 5-10 и 15-20 соответственно, через сутки 25-30 введнного количества. При гипертиреозе накопление йода в железе протекает быстрее и через сутки достигает 80-70 . При гипотереозе, напротив, накопление радионуклида замедляется и составляет лишь 5-10 . В нормально функционирующей железе свыше 90 йода связано с белками. Основным путм выведения йода из организма является почки.

Острые радиационные поражения 131I тяжлой, средней и лгкой степени можно ожидать при пероральном поступлении в организм следующих количеств Тяжесть пораженияКоличество 181I, МБккгкрысасобакачеловектяжлая185018555ср едняя5505518лгкая185185 Токсичность радионуклида при ингаляционном поступлении примерно в 2 раза выше, что связано с большей площадью -облучения. При поступлении меньших количеств 131I отмечается нарушение функции щитовидной железы, а также незначительные изменения в картине крови и некоторых показателей обмена и иммунитета. Облучение щитовидной железы в дозах порядка десятков грей вызывает снижение е функциональной активности с частичным восстановлением в ближайшие месяцы и возможным последующим новым снижением.

При дозе несколько грей выявлено повышение функциональной активности железы в ближайший период, которое может сменяться состоянием гипофункции. Функциональные нарушения проявляются не только уменьшением секреции гормонов, но и снижением их биологической активности. Повреждение железы связывают не только с непосредственным действием радиации на тереоидный эпителий, но и повреждение сосудов и особенно радиоиммунными нарушениями. 3.2 Цезий. Природный цезий состоит из одного стабильного изотопа 133Cs. Известно 23 радиоактивных изотопов с массовыми числами 123-132, 134-144. Наибольшее практическое значение имеет 137Cs. Цезий применяется в химических и радиобиологических исследованиях, в гамма-дефектископии, в радиационной технологии. 137Cs используют в качестве источника -излучения для контактной и дистанционной лучевой терапии, а также для радиационной стерилизации.

Токсическое действие.

Животные. При подкожном введении 137Cs крысам в количестве 14.8105 Бкг отмечались отдышка, слабость, потеря аппетита, кровавый понос, кровянистые выделения из носа, снижение массы тела на 12-19 . Все животные погибали на 9 11 сут. При введении 7.4105 Бкг гибель животных наступала на 99-328 сут. Наблюдалась лейкопения, снижалось число лимфоцитов и нейтрофилов.

Человек. Мужчина, 31 год, случайно выпил раствор 137Cs в количестве 14.8107 Бк. Доза облучения организма до полного выведения радионуклида составила 2.4 Зв. Через 3 сут. После отравления жалобы на общую слабость, шум в голове тремор рук. Отмечено жлтое и оранжевое свечение ядер гранулоцитов крови при анализе на люминесцентном микроскопе, дегенеративные изменения клеток костного мозга. Наблюдалось учащение пульса до 100 ударов в минуту, колебания артериального давления, приступы слабости.

Через 2-3 недели жалобы на головную боль, головокружение, боли в области сердца, тошноту, утомляемость, боли в желудке, сухость во рту. Увеличение печени на 1.5 см. На ЭКГ наблюдались незначительные изменения миокарда. На 17 сут отмечено выпадение волос, потливость, гиперестезия кожи тела, снижение брюшных и сухожильных рефлексов, усиление вазомоторных реакций, признаки депрессии. В течение первых 9 сут обнаружен лейкоцитоз с последующим снижением лейкоцитов.

Показатели длительности кровотечения и времени свртывания крови не уменьшались. Через 2 мес. Больной выписался в удовлетворительном состоянии. Через 5 мес. самочувствие его резко ухудшилось. Появились тошнота, то утрам рвота, боли в желудке и сердце, слабость, подавленное настроение, лабильный пульс, колебания артериально давления, плохой сон, снижение сухожильных рефлексов, вазомоторная лабильность. Выявлено резкое снижение в моче 17-кетостероидов с 20.8 до 8.7 мг. Число лейкоцитов и лимфоцитов, а также эозинофилов уменьшилось, сохранилось жлтое и оранжевое свечение ядер у нейтрофилов.

После проведения комплекса лечебных мероприятий состояние больного улучшилось, и он снова приступил к работе, хотя работоспособность его оставалась пониженной. 3.3 Стронций. Природный стронций состоит из смеси стабильных изотопов 84Sr 0,56, 86Sr 9,86, 87Sr7,02, 88Sr82,56. Известны радиоактивные изотопы с массовыми числами 77-83, 85, 89-99. Наибольший токсикологический интерес представляют 85Sr, 89Sr и 90Sr. 85Sr и 89Sr находят широкое применение в методе меченых атомов.

В медицине радиоактивный стронций используют в качестве аппликаторов при лечении кожных и глазных болезней. Независимо от пути и ритма поступления в организм растворимые соединения радиоактивного стронция избирательно накапливаются в скелете. В мягких тканях задерживается менее 1. Через 100 суток после внутривенного введения в организме человека задерживается 20 введнного стронция.

Путь поступления влияет на величину отложения стронция в скелете. Так, при интратрахеальном поступлении депонируется 76, ингаляционном 31,6, вж 20-60, вб 81,2, накожном 7. На поведение стронция в организме оказывает влияние вид, пол, возраст животного, а также беременность, лактация и другие факторы. Например, в скелете самцов отложения выше, чем в скелете самок. При работе со всеми радиоактивными веществами необходимо соблюдать санитарные правила и нормы радиационной безопасности с применением специальных мер защиты в соответствии с классом работ.