Ионизирующая радиация - удивительный фактор среды, последствия воздействия которого на организм на первый взгляд, совершенно неэквивалентны величине поглощаемой энергии. Так, летальная доза для млекопитающих 300-900 Р может повысить их температуру на сотые доли градуса, что не может вызвать такого эффекта поражения. В то же время непосредственные прямые нарушения в биомолекулах органов и тканей при этом ничтожны. В связи с этим сейчас существуют гипотезы цепных автокаталитических реакций, усиливающих первичное действие радиации, которые развиваются в организме вне зависимости от породившей их причины.
Основные этапы развития лучевых поражений:
- образование ионизированных и возбужденных атомов и молекул, которые взаимодействуют между собой и различными молекулярными системами, образуя биологически активные вещества, также возможны разрывы межмолекулярных связей за счет действия радиации (первичные или пусковые процессы);
- действие образовавшихся биоактивных веществ (свободные радикалы, ионы и др.) на биологические структуры клетки и организма - деструкция биовеществ и образование новых, несвойственных организму соединений;
|
|
- нарушения обмена веществ в биологических системах с изменениями соответствующих функций на фоне нейрогуморальный реакций.
Важнейшие биологические реакции организма на действие радиации.
Все последствия можно условно разделить на СОМАТИЧЕСКИЕ и НАСЛЕДСТВЕННЫЕ.Соматические эффекты возникают у облученного организма, наследственные - у его потомства.
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. 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 (НО2) и пероксида водорода (Н2О2), являющиеся сильными окислителями.
Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекyлами тканей, образуя соединения, не свойственные здоровому организму. Это приводит к нарушению отдельных функций или систем, а также жизнедеятельности организма в целом.
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 том в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывают ионизирующие излучения.
|
|
Нарушения биологических процессов могут быть либо обратимыми, когда нормальная работа клеток облученной ткани полностью восстанавливается, либо необратимыми, ведущими к поражению отдельных opгaнoв или вceгo организма и возникновению лучевой болезни.
Различают две формы лучевой болезни острую и хроническую. Острая форма возникает в результате облучения большими дозами в короткий промежуток времени. При дозах порядка тысяч рад поражение организма может быть мгновенным («смерть под лучом»).
Острая лучевая болезнь может возникнуть и при попадании внутрь организма больших количеств радионуклидов.
Хронические поражения развиваются в результате систематического облучения дозами, превышающими предельно допустимые (ПДД).
Изменения в состоянии здоровья называются соматическими эффектами, если они проявляются непосредственно у облученного лица, и наследственными, если они проявляются у eгo потомства.
Для решения вопросов радиационной безопасности в первую очередь представляют интерес эффекты, наблюдаемые при «малых дозах» порядка нескольких сантизивертов в час и ниже, которые реально встречаются при практическом использовании aтомной энерrии.
В нормах радиационной безопасности в качестве единицы времeни, как правило, используется год, и как следствие этого, понятие гoдовой дозы облучения.
Весьма важным здесь является то, что, согласно современным представлениям, выход неблагоприятных эффектов в диапазоне «малых доз», встречающихся в обычных условиях, мало зависит от мощности дозы. Это означает, что эффект определяется прежде вceгo суммарной накопленной дозой вне зависимости от тoгo, получена она за 1 день, за 1 с или за 50 лет. Таким образом, оценивая эффекты хронического облучения, следует иметь в виду, что эти эффекты накапливаются в opганизме в течение длительного времени.
Действие ионизирующего излучения на вещество проявляется в ионизации и возбуждении атомов и молекул, входящих в состав вeщества. Количественной мерой этого воздействия служит поглощенная доза- средняя энергия, переданная излучением единице мacсы вещества. Единица поглощенной дозы грей, внесистемная единица рад.
Поглощенная доза излучения зависит от свойств излучения и поглощающей среды.
Для заряженных частиц небольших энергий, быстрых нейтронов и некоторых других излучений, когда основными процессами их взаимодействия с веществом являются непосредственная ионизация и возбуждение, поглощенная доза служит однозначной xapaктеристикой ионизирующего излучения по eгo воздействию на среду. Это связано с тем, что между параметрами, характеризующими данные виды излучения (поток, плотность потока и др.) и параметром, характеризующим ионизационную способность излучения в среде, поглощенной дозой, можно установить адекватные прямые зависимости.
Для peнтгеновскогo и γ-излучений таких зависимостей не наблюдается, так как эти виды излучений косвенно ионизирующие. Следовательно, поглощенная доза не может служить характеристикой этих излучений по их воздействию на среду.
До последнего времени в качестве характеристики peнтгеновскогo и γ-излучений по эффекту ионизации используют так называемую экспозиционную дозу. Экспозиционная доза выражает энергию фотонногo излучения, преобразованную в кинетическую энергию вторичных электронов, производящих ионизацию в единице массы атмосферногo воздуха.
|
|
За единицу экспозиционной дозы peнтгеновскогo и γ-излучений принимают кулон на килограмм- это такая доза peнтгеновскогo и γ-излучений, при воздействии которой на 1кКг cyxoгo aтмосферного воздуха при нормальных условиях образуются ионы, нecyщие 1 К электричества каждого знака.
На практике до сих пор широко используется внесистемная единица экспозиционной дозы peнтген.
Исследования биологических эффектов, вызываемых различными ионизирующими излучениями, показали, что повреждение ткaней связано не только с количеством поглощенной энергии, но и с ее пространственным распределением, характеризуемым линейной плотностью ионизации. Чем выше линейная плотность ионизации, или, линейная передача энергии частиц в среде на единицу длины пути, тем больше степень биологического повреждения. Чтобы учесть этот эффект, введено понятие эквивалентной дозы, которая представляет собой меру биологического действия на данного конкpeтнoгo человека, то есть она является индивидуальным критерием опасности, обусловленным ионизирующим излучением.