Влияние ионизирующих излучений на живые организмы. Соматические и генетические эффекты. Теория «мишени». Теория «свободных радикалов» Ионизирующие излучения имеют ряд общих свойств, два из которых - способность проникать через материалы различной толщины и ионизировать воздух и живые клетки организма.
При изучении действия излучения на организм были определены следующие особенности:
1. Высокая эффективность поглощенной энергии. Малые количества поглощенной энергии излучения могут вызывать глубокие биологические изменения в организме.
2. Наличие скрытого, или инкубационного, периода проявления действия ионизирующего излучения. Этот период часто называют периодом мнимого благополучия. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.
3. Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. Этот эффект называется кумуляцией.
4. Излучение воздействует не только на данный живой организм, но и на его потомство. Это так называемый генетический эффект.
5. Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002 - 0,005 Гр уже насту пают изменения в крови.
6. Не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение.
Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой до зе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное.
Биологический эффект ионизирующего излучения зависит от суммарной дозы и времени воздействия излучения, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма. При однократном облучении всего тела человека возможны биологические нарушения в зависимости от суммар ной поглощенной дозы излучения.
При облучении дозами, в 100-1000 раз превышающими смертельную до зу, человек может погибнуть во время облучения.
Поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, а затем смерть, превышает смертельную поглощенную дозу облучениявсего тела. Смертельные поглощенные дозы для отдельных частей тела следующие: голова - 20, нижняя часть живота - 30, верхняя часть живота - 50, грудная клетка - 100, конечности - 200 Гр.
Степень чувствительности различных тканей к облучению неодинакова. Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию излучения, то получим следующую последовательность: лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, костный мозг, зародышевые клетки. Большая чувствительность кроветворных органов к радиации лежит в основе определения характера лучевой болезни. При однократном облучении всего тела человека поглощенной дозой 0,5 Гр через сутки после облучения может резко сократиться число лимфоцитов (продолжительность жизни которых и без того незначительна - менее 1 сут.
Уменьшится также и количество эритроцитов (красных кровяных телец) по истечении двух недель после облучения (продолжительность жизни эритроцитов примерно 100 сут.). У здорового человека насчитывается порядка 10 красных кровяных телец и при ежедневном воспроизводстве 10 , у больного лучевой болезнью такое соотношение нарушается, и в результате погибает организм.
Некоторые радиоактивные вещества, попадая в организм, распределяются в нем более или менее равномерно, другие концентрируются в отдельных внутренних органах. Так, в костных тканях отлагаются источники альфа-излучения - радий, уран, плутоний; бета-излучения - стронций и иттрий; гамма-излучения - цирконий. Эти элементы, химически связанные с костной тканью, очень трудно выводятся из организма. Продолжительное время удерживаются в организме также элементы с большим атомным номером (полоний, уран и др.). Элементы, образующие в организме легкорастворимые соли и накапливаемые в мягких тканях, легко удаляются из организма.
Ионизирующее излучение, воздействуя на живой организм, вызывает в нем цепочку обратимых изменений, которые приводят к тем или иным биоло- гическим последствиям, зависящим от воздействия и условий облучения. Первичным этапом - спусковым механизмом, инициирующим многообразные процессы, происходящие в биологическом объекте, являются ионизация и возбуждение. Именно в этих физических актах взаимодействия происходит передача энергии ионизирующего излучения облучаемому объекту.
Получающиеся в процессе радиолиза воды свободные радикалы, обладая высокой химической активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других структурных элементов биологической ткани, что приводит к изменению биохимических процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, подавляется активность ферментных систем, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму, - токсины. Это приводит к нарушению жизнедеятельности отдельных функций или систем организма в целом.
Различают два вида эффекта воздействия на организм ионизирующих излучений: соматический и генетический. При соматическом эффекте последствия проявляются непосредственно у облучаемого, при генетическом - у его потомства. Соматические эффекты могут быть ранними или отдалёнными. Ранние возникают в период от нескольких минут до 30-60 суток после облучения. К ним относят покраснение и шелушение кожи, помутнение хрусталика глаза, поражение кроветворной системы, лучевая болезнь, летальный исход. Отдалённые соматические эффекты проявляются через несколько месяцев или лет после облучения в виде стойких изменений кожи, злокачественных новообразований, снижения иммунитета, сокращения продолжительности жизни.
Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) предельно допустимая (безопасная) эквивалентная дозаоблучения для жителя планеты определена в 35 бэр, при условии её равномерного накопления в течение 70 лет жизни. Разработанные нормы радиационной безопасности учитывают три категории облучаемых лиц:
А - персонал, т.е. лица, постоянно или временно работающие с источниками ионизирующего излучения;
Б - ограниченная часть населения, т.е. лица, непосредственно не занятые на работе с источниками ионизирующих излучений, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могущие подвергаться воздействию ионизирующих излучений;
В - всё население.
Теория Мишени - в радиобиологии - теория, согласно которой радиобиологический эффект является результатом повреждения особо чувствительных к ионизирующему излучению биологических структур (мишеней).
Теория свободных радикалов. Эта теория в настоящее время является одной из самых признанных гипотез, отвечающих на вопрос, почему люди стареют. Свободные радикалы - это неполноценные молекулы кислорода, которым недостает одного электрона. Поскольку природа любит равновесие, свободные радикалы постоянно находятся в поиске молекулы, к которой они могут прикрепиться для того, чтобы заполучить недостающий им электрон. Однако это похищение электрона приводит лишь к образованию новых свободных радикалов в ходе этого продолжающегося процесса, который в конечном счете заканчивается повреждением клеток.Важно, однако, заметить, что деятельность свободных радикалов производит вид биохимической энергии, что само по себе хорошо. Без нее очень многие важные физические функции, включая гормональный синтез, поддержание тонуса гладких мышц и обеспечение сильной иммунной системы, прекратились бы. Большое количество свободных радикалов может также привести к более серьезным проблемам, включая катаракту, сердечные болезни и даже некоторые виды раковых образований. Ученые, специализирующиеся на проблеме борьбы со старением, говорят, что ответ может быть найден в химических веществах, известных под названием «антиоксиданты», которые уничтожают свободные радикалы.
- Дозовая характеристика ионизирующих излучений: экспозиционная, поглощенная, эквивалентная и эффектная дозы. Физический смысл, единицы измерения.
Основные радиологические величины и единицы
Активность нуклида, А Кюри (Ки, Ci) A = dN/dt
Экспозиционная доза, X Рентген (Р, R) X = dQ/dm
Поглощенная доза, D Рад (рад, rad) - основная дозиметрическая величина. D = dE/dm
Эквивалентная доза, Н Бэр (бэр, rem) Для оценки возможного ущерба здоровью человека
Интегральная доза излучения Рад-грамм (рад*г, rad*g)
|