„Джерела іонізуючого випромінювання.”

Бактерії, знайдені у воді, що омиває ядерний реактор у Лос-Анджелосі, при дозі 10 тис. Зв не тільки не гинуть, а продовжу­ють розмножуватися, живлячись смолою іонообмінних фільтрів.

8. Ефект опромінення залежить не тільки від дози випромі­нювання, але й від часу, протягом якого одержана ця доза. Виявлено, що для біологічних клітин, які містять О₂, три­вале опромінення малими дозами більш небезпечне, ніж короткочасне великими дозами (до певного рівня).

У чому полягає руйнівна дія радіації? Установлено, що дія радіації відбувається на атомному або молекулярному рівні незалежно від того, отримуємо ми зовнішнє опромінення, чи внутрішнє - через воду і їжу.

IB, діючи на живий організм, викликають у ньому лан­цюжок зворотних і незворотних змін, які призводять до тих чи інших біологічних наслідків. Наслідки залежать від величини впливу, умов і тривалості опромінення. Під час впливу IB на живий організм відбувається іонізація і збудження молекул, що призводить до розриву хімічних зв'язків і їх дисоціації. Це так звана пряма дія IB. Більш важливу роль відіграє механізм побічної дії IB. Під по­бічною дією випромінювання розуміють радіаційно-хімічні зміни в даній розчиненій речовині, зумовлені продуктами радіолізу води.

Основну частину маси живого організму складає вода {у людини - 70-75%). Тому при опроміненні живої тканини значна частина енергії IB поглинається, відбувається її раді­оліз, при якому молекули розщепляються на пару іонів:

Н₂О⁺ Н₂О⁺ +

Позитивний іон води відразу ж розпадається з утворенням вільного радикала ОН⁰

Н₂О⁺ Н⁺ + ОН⁰,

а вибитий електрон е захоплюється іншою молекулою води, у результаті утворюється негативний іон води, який розпа­дається з утворенням радикала Н⁰:

Н₂О + H₂O^- ОН^- +Н⁰,

Якщо іони Н⁺ и ОН^- рекомбінуючи утворюють воду, то вільні радикали Н⁰ (сильний відновник) і ОН⁰(сильний окис­лювач) мають високу хімічну активність.

За наявності кисню утворюються також вільні радикали гідроперекису ОН° і перекису водню Н_гО_г°, які є сильними окислювачами.

Вільні радикали води Н⁰, ОН⁰, НО⁰, Н₂О_г⁰, що утворюють­ся в процесі радіолізу води, маючи високу хімічну активність, вступають у хімічні реакції з молекулами білка, ферментів і інших структурних елементів біологічної тканини, що при­водить до зміни біохімічних процесів в організмі. У резуль­таті порушуються обмінні процеси, пригнічується активність ферментних систем, сповільнюється і припиняється ріст тка­нин, виникають нові хімічні сполуки, не властиві організму, -токсини. Порушується життєдіяльність окремих функцій або систем і організму в цілому.

Це призводить до незворотних процесів в організмі люди­ни. Змінюється склад найважливіших тканин живого орга­нізму (зокрема, крові, кісткового і спинного мозку). Починаєть­ся переродження клітин. Наприклад, зменшується кількість еритроцитів (червоних кров'яних тілець) після одноразового опромінення всього тіла людини поглиненою дозою 0,5 Гр через два тижні після опромінення.

У здорової людини налічується близько 10¹⁴ червоних кров'яних тілець, при щоденному відтворенні 10¹², у хворого на променеву хворобу таке співвідношення порушується, вна­слідок чого організм гине.

Специфіка дії IB на біологічні організми полягає в тому, що ефект, який викликається ними, зумовлений не стільки кількістю поглинутої енергії, скільки формою передавання цієї енергії. Жодний інший вид енергії (теплової, електрич­ної та ін.), поглиненої організмом у тій же кількості, не при­зводить до таких змін, як IB.

Наприклад, смертельна доза IB, яка для ссавців дорівнює 5 Гр, відповідає поглинутій енергії випромінювання 5 Дж * кг^-1. Якщо цю енергію перетворити у теплову, то вона нагріла б тіло на 0,001 °С. Це теплова енергія склянки гарячого чаю.

Саме іонізація і збудження атомів і молекул середовища зумовлює специфіку дії IB.

Зміни, що відбуваються в організмі під впливом радіації, можуть виявитися через порівняно короткий проміжок часу після опромінення (кілька годин, днів) - гострі променеві ураження, або через тривалий проміжок часу (декілька років або навіть десятиріччя) - віддалені наслідки.

Кожна клітина містить молекулу ДНК, яка несе інформацію, потрібну для правильного утворення нових клітин. Радіаційне опромінення може вбити клітини або змінити інформацію в ДНК так, що з часом в організмі почнуть з'являтися дефектні клітини. До того ж це випромінювання може змінити структу­ру клітини настільки, що її оновлення стане неможливим.

Зміна генетичного коду клітини організму називається мутацією. Мутація може привести до значних змін, у тому числі й розвитку раку. Найбільш небезпечним є те, що дити­на з такими клітинами може досягти зрілого віку, а потім передати змінений генетичний код своїм дітям. Ця прихова­на небезпека радіації може привести до того, що через певний час збільшиться кількість фізичних і психічних відхилень, а також інших непередбачених захворювань.

Тому при оцінці небезпеки опромінення, якого можуть зазнавати окремі контингенти людей і популяція в цілому, радіаційні ураження прийнято ділити на соматичні і гене­тичні.

Гостра і хронічна променеві хвороби

До соматичних уражень відносяться гостра і хронічна про­меневі хвороби (ПХ), локальні променеві ураження організ­му. Гострі променеві ураження мають поріг, тобто вони про­являються після перевищення якоїсь дози опромінення.

Установлено, що при одноразовому рівномірному гамма-опроміненні всього тіла (доза - до 0,25 Зв) не можна виявити якихось змін стану здоров'я людини.

При еквівалентній дозі 0,25-0,5 Зв також відсутні зовнішні ознаки променевого ураження. В інтервалі доз 0,5-1,0 Зв виникає відчуття втоми без втрати працездатності. Менше ніж у 10% опромінених можуть з'явитися блювання, зміни крові.

Різні форми променевої хвороби розвиваються при дозах одноразового опромінення вище 1 Зв.

Розрізняють 4 ступені гострої променевої хвороби.

1 ступінь - легкий (1-2 Зв) - характеризується відсутністю або слабкою вираженістю первинної реакції на опромінен­ня. Прихований період продовжується 3-5 тижнів, після чого з'являються нездужання, загальна слабкість, нудота, підвищена температура. У першу добу після опромінення в 30-50% випадків спостерігається блювання. Після ви­дужання працездатність людей, як правило, зберігається. Смертельний кінець відсутній.

2 ступінь - середньої важкості (2-4 Зв) - протягом перших двох-трьох діб спостерігається бурхлива первинна реакція організму (нудота і блювання, різко знижується вміст лейкоцитів у крові). Далі настає прихований пері­од (симптоми хвороби зникають), який триває від 5 до 20 діб, після чого загальний стан різко погіршується. У 20% випадків можливий смертельний кінець. Смерть настає через 2-6 діб після опромінення. У кращому випадку при активному лікуванні видужання може початися че­рез 2-6 місяців.

3 ступінь - важкий (4-6 Зв) - протягом місяця після опромінення смертельний кінець настає в 50% випадків.

4 ступінь - дуже важкий (понад 6 Зв). Прихований період хвороби відсутній. У перші години з'являється блювання, сильний розлад шлунково-кишкового тракту (ШКТ) і по­рушення кровообігу. Наприкінці другого тижня настає смерть. Видужання можливе у 30-50% за умови невідклад­ного початку лікування в спеціалізованій клініці. На цей час є досвід комплексного лікування ПХ, що дозволяє виключити смертельній кінець при дозах до 10 Зв.

Підсумовуючи сказане, слід зазначити, що при одноразовій дозі загального опромінення всього тіла 1 Зв не виникає нія­ких серйозних відхилень у стані здоров'я, що яким-небудь чином впливали б на нормальне функціонування органів і систем організму, а також на працездатність людини. Ця доза визнана МКРЗ і національними комісіями радіаційної безпе­ки і є тим порогом, вище якого виникають нестохастичні (невипадкові) ефекти опромінення.

Ще однією принциповою точкою відліку, що характери­зує граничні можливості захисних механізмів організму про­тидіяти радіаційному ураженню, є мінімальна смертельна доза (МСД), що дорівнює б Зв.

Проміжне положення займає величина середньої смертель­ної дози 50-відсоткового виживання (ССД-50), яка складає близько 4,5 Зв і свідчить про індивідуальні відмінності радіо­чутливості, пов'язані також із функціональним станом орга­нізму в період опромінення.

Крім індивідуальних відмінностей, необхідно також вра­ховувати радіочутливість крайніх вікових груп - дітей, літніх людей і людей похилого віку.

У тканинах дитячого організму концентрація найбільш радіочутливих молекул і клітин вища, ніж у дорослого, тому зростає можливість прямої дії радіації, а внаслідок великого питомого вмісту радіолізованої води - і побічного впливу. З іншого боку, дитячий організм має високу здатність віднов­них процесів.

У літніх людей відновні процеси сповільнюються, мають меншу ефективність, що й визначає підвищену уражуваність осіб цього віку. Період напіввиведення цезію-137 у дорослих - близько 140 діб, а в дітей залежно від віку - від 50 до 20 діб. Чим молодший організм, тим швидше (за інших однакових умов) він очищається від РН.

Хронічна променева хвороба розвивається поступово, три­ває довго. У цьому разі опромінення систематично повторюється дозами нижче тих, що викликають ПХ, але в сумі набагато більшими за гранично допустимі. її ознаками є зміни складу крові (недокрів'я) і ряд симптомів розладу нервової системи.

За встановленими даними, реакція організму на вплив IB може проявитись і у віддалений період (через 10—29 років і більше).

Такими реакціями можуть бути лейкози, злоякісні пух­лини різних органів і тканин, катаракти, ураження шкіри, скорочення тривалості життя. Віддалені наслідки, зумовлені впливом Ш, можна оцінити тільки статистичними методами.

Так, першими в групі ракових захворювань, які вражають населення в результаті опромінення, стоять лейкози. Вони призводять до смерті людей у середньому через 10 років з моменту опромінення - значно раніше, ніж інші види рако­вих захворювань. Смертність від лейкозів серед тих, хто пе­режив атомне бомбардування Хіросіми і Нагасакі, стала різко знижуватися тільки через 25 років.

Зовнішнє і внутрішнє опромінення

Уражаюча дія радіоактивних випромінювань пов'язана з опроміненням, яке буває зовнішнім і внутрішнім.

Під зовнішнім опроміненням слід розуміти такий вплив випромінювань на людину, коли джерело радіації знаходить­ся поза організмом і виключена ймовірність попадання РР усередину організму. При цьому людина опромінюється тільки протягом того часу, що вона знаходиться поблизу джерела випромінювання. При зовнішньому опроміненні найбільш небезпечне рентгенівське, гамма- і нейтронне опромінення. Біологічний ефект залежить від дози опромінення, його виду, часу впливу, розмірів опромінюваної поверхні, індивідуаль­ної чутливості організму. Альфа- і бета-частинки, маючи не­значну проникаючу здатність, викликають при зовнішньому опроміненні тільки шкірні ураження.

При попаданні РР усередину організму, людина зазнає постійного опромінення до того часу, поки РР не виведеться з організму в результаті розпаду або фізіологічного обміну. Це опромінення дуже небезпечне, тому що викликає ураження різних органів, які довго не заживають.

Можливі чотири шляхи проникнення РР в організм: че­рез органи дихання, через ШКТ, через ушкодження і розриви на шкірі і шляхом абсорбції через здорову шкіру.

Найбільш небезпечний перший шлях, оскільки об'єм спо­живаного повітря становить 20 м^а-добу'¹, а з їжею людина споживає тільки 2,2 л води за добу (800 л- рік"¹). При цьому засвоєння і відкладення в організмі РН, як правило, вище, ніж при заковтуванні.

Радіоактивні аерозолі, залежно від дисперсності частинок по-різному затримуються в різних відділах дихальних шляхів. Так, аерозолі з розміром частинок більше 1 мкм переважно затримуються у верхніх дихальних шляхах і виштовхуються назовні; частинки до 1 мкм - у трахеобронхіальній ділянці, а частинки менше ОД мкм ~ у легеневих альвеолах. При цьому нерозчинні частинки зберігаються в легенях і легенева ткани­на одержує певну дозу радіації, а розчинні РН потрапляють у кров і далі разом з нею надходять до різних тканин організму. Отже, частина РР, які потрапляють з легень до інших органів, значною мірою залежить від дисперсності аерозолів, які вди­хаються. Очевидно також, що швидкість переходу РР з ле­гень до інших органів організму тим вища, чим краща роз­чинність аерозолів, що вдихаються, у фізіологічних рідинах організму і, зокрема, у лімфі крові.

При пероральному (травним каналом) надходженні РР потрапляють у ШКТ, звідки всмоктуються в кров і розносять­ся по різних органах і тканинах. Чим менша розчинність сполуки, що містить РН, тим більше її проходить транзитом по ШКТ і евакуюється з організму.

РР, які проникли через шкіру, надходять безпосередньо в ' кров, і далі РН залежно від хімічних властивостей накопичу­ються в конкретних органах, що спричиняє високі локальні дози радіації'.

Якщо РН не закріпилися в тканинах і органах тіла, вони через деякий час проходять через нирки і виходять з сечею. Отже, у процесі життєдіяльності певна частина радіоак­тивних елементів виводиться з організму (з потом, слиною, сечею, калом і т.д.). Цей процес характеризується такими показниками:

- період біологічного напіввиведення Т_б - час, протягом якого кількість (активність) даного РН в організмі зменшуєть­ся вдвоє внаслідок фізіологічного обміну;

- ефективний період напіввиведення Т_еф ~ час, протягом якого кількість (активність) РН в організмі зменшується вдвоє за рахунок радіоактивного розпаду (фізичний період піврозпаду – T_1/2) і біологічного виведення (Т_б)
Лекція 4