Воздействие ионизирующих излучений и обеспечение радиационной безопасности

1. Виды ионизирующих излучений и их влияние на живой организм.

Источники ионизирующих излучений техно­генного характера — медицинская аппаратура, используемая для диагностики и лечения, дает до 50% техногенных излучений; промышленные предприятия ядерно-топливного комплекса, а также последствия испытаний ядерного оружия. Это предопределило появление, а затем и нарастание интенсивности такого негативного фактора среды обитания, как ионизирующее излучение (радиация), представляющее зна­чительную угрозу для жизнедеятельности человека и требую­щее, проведения надежных мер по обеспечению радиационной безопасности работающих лиц и населения.

Ионизирующее излучение — это явление, связанное с радиоактивностью. Радиоактивность — самопроизвольное превращение ядер атомов одних элементов в другие, сопровож­дающееся испусканием ионизирующих излучений.

В зависимости от периода полураспада различают короткоживущие изотопы, период полураспада которых исчисляется долями секунды, минуты, часами, сутками, и долгоживущие
изотопы, период полураспада которых от нескольких месяцев до миллиардов лет.

В процессе радиоактивного распада выделяются: альфа-частицы, обладающие большой массой и положительным зарядом (ядра гелия), длина их пробега в воздухе со­ставляет 2,5 см, в биологической ткани — 31 мкм, в алюминии — 16 мкм. Вместе с тем, для а-частиц характерна высокая удельная плотность ионизации биологической ткани;

бета-частицы (электроны), длина пробега в воздухе составляет 17,8 м, в воде — 2,6 см, а в алю­минии — 9,8 мм. Удельная плотность ионизации, создаваемая в-частицами, примерно в 1000 раз меньше, чем для а-частиц той же энергии;

рентгеновское и гамма-излучения (ПЭМП) обладают высо­кой проникающей способностью, и длина пробега их в воздухе достигает сотен метров.

Мощность дозы ионизирующего излучения измеряют в Рентген/час. Рентген – это доза гамма-излучения, под действием которой в 1 м³сухого воздуха, при температуре 0⁰ С и давлении 760 мм.рт.ст. создаются ионы, несущие 1 электростатическую единицу электричества. Доза естественного излучения колеблется от 4 до 12 микрорентген/час.

Степень, глубина и форма лучевых поражений, развиваю­щихся среди биологических объектов при воздействии на них ионизирующего излучения, в первую очередь зависят от ве­личины поглощенной энергии излучения. Для характеристики этого показателя используется понятие поглощенной дозы, т. е. энергии излучения, поглощенной в единице массы облучаемого вещества.

Единица поглощенной дозы (ПД) Грей (Гр) — это то количество энергии, которое вносится в биологическую ткань или в орган человека ионизирующим излучением. Один Грей равен одному джоулю поглощенной энергии излучения на кг (1 Гр = 1 Дж/1 кг). Ранее величина_поглощенной дозы выражалась в «радах»: 1Гр=100 рад.

Одинаковые по величине поглощенные дозы могут давать разный биологический эффект. Например, 1 Гр, полученный тканью от альфа-излучения, является более повреждаю­щим в биологическом отношении, чем 1 Гр от бета-излучения. Для того чтобы верно производить сравнение всех видов ионизирующих излучений в от­ношении возможного возникновение вредных
эффектов от облучения, введено понятие — эк­вивалентная доза. Она равна произведению поглощенной дозы на коэффициент качества ионизирующего излучения в данном объёме биологической ткани. Единица эквивалентной дозы (ЭД) - Зиверт (Зв).
Ионизирующее излучение — уникальное явление окружа­ющей среды, последствия от воздействия которого на организм не предсказуемы. Проникающее в ткани ионизирующее излучение теряет энергию вследствие электрического взаимодействия с электронами атомов, рядом с которыми они пролетают. За триллионные доли секунды от этого атома отрывается электрон, и атом заряжается положительно. Оторвавшийся электрон присоединятся к другому атому, заряжая его отрицательно. Этот процесс называется ионизацией. В течение миллиардных долей секунды ионы участвуют в сложной цепи реакций, образуя свободные радикалы. Они реагируют между собой в течение миллионных долей секунды, вызывая химическую модификацию молекул, важных для нормального функционирования клетки. Затем происходят реакции химически активных веществ с различными биологическими структурами, при которых отмеча­ется как деструкция, так и образование новых, несвойственных для облучаемого организма соединений.

Биохимические изменения в клетке могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения, и могут быть как причиной гибели клетки, так и изменений, приводящих к раку или сбою в генетической программе.

Процессы взаимодействия ионизирующих излучений с веществом клетки, в результате которых образуются ионизированные и возбужденные атомы и молекулы, являются пер­вым этапом развития лучевого поражения. На следующих этапах развития лучевого поражения про­являются нарушения обмена веществ в биологических системах с изменением соответствующих функций.

Однако следует подчеркнуть, что конечный эффект облу­чения является результатом не только первичного облучения клеток, но и последующих процессов восстановления. Такое вос­становление связано с ферментативными реакциями и обусловлено энергетическим обменом.

Если принять в качестве критерия чувствительности к ионизирующему излучению морфологические изменения, то клетки и ткани организма человека по степени возрастания чувствительности можно расположить в следующем порядке:

• нервная ткань;

• хрящевая и костная ткань;

• мышечная ткань;

• соединительная ткань;

• щитовидная железа;

• пищеварительные железы;

• легкие;

• кожа;

• слизистые оболочки;

• половые железы, хрусталик глаза;

• лимфоидная ткань, красный костный мозг.

Эффект воздействия источников ионизирующих излуче­ний на организм зависит от ряда причин, главными из которых принято считать уровень поглощенных доз, время облучения и мощность дозы, объем тканей и органов, вид излучения.

2.Заболевания, вызываемые действием ионизирующих излу­чений

Важнейшие биологические реакции организма человека на действие ионизирующей радиации условно разделены на две группы. К первой относятся острые поражения, ко второй — от­даленные последствия, которые, в свою очередь, подразделяются на соматические и генетические эффекты.

При облучении человека дозой менее 1Гр, как правило, отмечаются лишь легкие реакции организма, проявляющиеся в изменении формулы крови, некоторых вегетативных функ­ций. За год, от естественных источников излучения, при нормальном радиационном фоне, человек получает 0,01 Гр. Допустимая норма за год – 0,1 Гр. При флюорографии человек получает 0,004 Гр, при рентгене – 0,03 Гр. Однако, т.к. наиболее чувствительными к воздействию радиации являются красный костный мозг и половые железы, временная стерильность наступает при однократной дозе 0,1 Гр, а при получении однократной дозы 0,01 Гр возможно развитие лейкоза (рака крови). Заболевание имеет двухлетний скрытый период, максимум развития наступает через 6-7 лет, смерть через 10 лет.

Острые поражения. В случае одномоментного тотального облучения человека значительной дозой или распределения ее на короткий срок эффект от облучения наблюдается уже в первые сутки, а степень поражения зависит от величины пог­лощенной дозы.

При дозах облучения более 1 Гр развивается острая лучевая болезнь, тяжесть течения которой зависит от дозы об­лучения. Первая степень лучевой болезни (легкая) возникает при дозах 1-2 Гр, вторая (средней тяжести) — при дозах 2-3 Гр, третья (тяжелая) — при дозах 3-5 Гр и чет­вертая (крайне тяжелая) — при дозах более 5 Гр. Дозы однократного облучения 5-6 Гр при отсутствии медицинской помощи считаются абсолютно смертельными.

Лучевая болезнь имеет 4 стадии:

- первичная лучевая реакция начинается после облучения и продолжается до 2-3 суток. Характерны слабость, раздражительность, тошнота, рвота, повышение температуры;

- скрытый период. Самочувствие улучшается. Длится от нескольких дней до месяца. Чем короче этот период, тем хуже исход болезни;

- разгар лучевой болезни. Головная боль, температура достигает 40 ⁰ С, рвота, боли в животе, выпадение волос, кровоизлияния на теле и внутренних органах;

- исход: смерть или выздоровление.

Другая форма острого лучевого поражения проявляется в виде лучевых ожогов. В зависимости от поглощенной дозы ионизирующей радиации имеют место реакции I степени (при дозе до 5 Гр), II (до 8 Гр), III (до 12 Гр) и IV степени (при дозе выше 12 гр), проявляющиеся в разных формах: от выпадения волос, шелушения и легкой пигментации кожи (I степень ожога) до язвенно-некротических поражений и обра­зования длительно незаживающих трофических язв (IV степень лучевого поражения).

При длительном повторяющемся внешнем или внутреннем облучении человека в малых, но превышающих допустимые величины дозах возможно развитие хронической лучевой бо­лезни.

Отдаленные последствия. К отдаленным последствиям соматического характера относятся разнообразные биологи­ческие эффекты, среди которых наиболее существенными яв­ляются злокачественные новообразования (рак), катаракта хрусталика глаз и сокращение продолжительности жизни. Первые случаи раз­вития злокачественных новообразований от воздействия иони­зирующей радиации описаны еще в начале XX столетия. Это были случаи рака кожи кистей рук у работников рентгеновских кабинетов.

Развитие катаракты наблюдалось у лиц, переживших атомные бомбардировки в Хиросиме и Нагасаки; у физиков, работавших на циклотронах; у больных, глаза которых подвер­гались облучению с лечебной целью. Одномоментная катарактогенная доза ионизирующей радиации, по мнению большинства исследователей, составляет около 2 Гр. Скрытый период до появления первых признаков развития поражения обычно со­ставляет от 2 до 7 лет.

Сокращение продолжительности жизни в результате воздействия ионизирующей радиации на организм обусловлено ускорением процессов старения и увеличением восприимчивости к инфекциям. По мнению большинства радиобиологов, сокращение про­должительности жизни человека при тотальном облучении находится в пределах 1-15 дней на 0,01 Гр.