Вплив іонізуючого випромінювання на живі організми

Усі види іонізуючого випромінювання (ІВ) надто руйнівно діють на живий організм. При вивченні дії іонізуючого випромінювання на організм були виявлені такі особливості:

1. Радіація не має смаку і запаху, її не можна побачити і почути, тому вплив іонізуючого випромінювання на організм людина не відчуває. У людей відсутні органи чуття, які б сприймали ІВ. Тому людина може проковтнути, вдихнути радіоактивні речовини (РР) без будь-яких первинних відчуттів.

2. Наявність прихованого (інкубаційного, або латентного) періоду виявлення дії іонізуючого випромінювання. Видиме ураження шкірного покриву, нездужання, характерне для променевого захворювання, виявляються не відразу, а через деякий час. Тривалість його скорочується зі збільшенням дози опромінення.

3. При систематичному попаданні в організм людини радіоактивних речовин відбувається накопичення малих доз, що призводить до променевої хвороби. Цей ефект називається кумуляцією.

4. Іонізуюче випромінювання на організм людини може впливати як безпосередньо – соматичне ураження (від грец. sоте – «тіло»), так і виявлятися у нащадків – цей ефект називається генетичним.

5. Різні органи живого організму мають свою чутливість до опромінення. При щоденному впливі дози (0,2-0,5)•10^-2 Зв можуть відбутися зміни в крові.

6. Радіоактивні речовини, потрапляючи до організму людини, відкладаються вибірково в органах і частинах тіла. Залежно від розподілу в тканинах організму виділяють такі радіонукліди (РН):

- ті, що розподіляються рівномірно – тритій, вуглець, залізо, полоній, інертні благородні гази;

- ті, що накопичуються в кістках – стронцій, кальцій, барій, радій, ітрій, цирконій, плутоній, торій, фосфор, вуглець;

- ті, що залишаються в м'язовій тканині – цезій, радій, рубідій, кобальт;

- ті, що відкладаються в шлунково-кишковому тракті – калій, натрій, тритій, полоній;

- ті, що відкладаються в нирках – рутеній, плутоній;

- ті, що відкладаються в селезінці і лімфатичних вузлах – рутеній, ніобій.

Радіонукліди йоду в щитовидній залозі концентрується в 100-200 разів більше, ніж в інших тканинах і органах.

7. Наслідки опромінення однаковими дозами для різних живих організмів неоднакові. Чим більш примітивна будова організму, тим більшу стійкість до впливу іонізуючого випромінювання він має.

Бактерії, знайдені у воді, що омиває ядерний реактор у Лос-Анджелесі, 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 і від часу, на протязі 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).

Установлено, що дія радіації відбувається на атомному або молекулярному рівні незалежно від того, отримуємо ми зовнішнє опромінення, чи внутрішнє – через воду і їжу.

Основну частину маси живого організму складає вода (у людини 70-75%). Тому при опроміненні живої тканини значна частина енергії іонізуючого випромінювання поглинається, відбувається її радіоліз, при якому молекули розщепляються на пару іонів: Н₂О —> Н₂О⁺ + е • Позитивний іон води відразу ж розпадається з утворенням вільного радикала ОН°:

Н₂0⁺→H⁺ + OH°,

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

Н₂О +e→Н₂О ^--→ОН ^-- + Н° .

Якщо іони Н⁺ i ОН^-- рекомбінуючи утворюють воду, то вільні радикали Н° (сильний відновник) і ОН° (сильний окислювач) мають високу хімічну активність. За наявності кисню утворюються також вільні радикали гідроперекису ОН₂° і перекису водню Н₂О_г°, які є сильними окислювачами.

Вільні радикали води Н°, ОН°, НО₂°, Н₂О₂°, 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 призводить 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.

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 ІВ 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 іонізуюче випромінювання. Наприклад, смертельна доза іонізуючого випромінювання, яка для ссавців дорівнює 5 Гр (500 рад), відповідає поглинутій енергії випромінювання 5 Дж/кг. 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 ІВ.

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. 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. Тому радіаційні ураження прийнято ділити на соматичні і генетичні.

До соматичних уражень відносяться гостра і хронічна променеві хвороби (ПХ), локальні променеві ураження організму.

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.