Механізми та ефекти біологічної дії радіації

Електричні взаємодії за час близько десяти трильйонних секунди після того, як проникаюче випромінювання досягає відповідного атома в тканини організму, від цього атома електрон відривається, останній заряджений негативно, тому інша частина вихідного нейтрального атома стає позитивно зарядженою. Цей процес називається іонізацією, відірвавшись електрон може далі іонізувати інші атоми.

Заряджені частинки також втрачають енергію поблизу атомів при взаємодії з їх електронами. І вільний електрон, і іонізований атом зазвичай не можуть довго перебувати в такому стані, і протягом наступних десяти мільярдних часток секунди беруть участь у складних ланцюгах реакції, в результаті якої утворюються нові молекули, включаючи і такі надзвичайно реакційно-здатні, як «вільні радикали».

Утворені вільні радикали реагують один з одним, так і з іншими молекулами і через ланцюжок можуть викликати хімічну модифікацію важливих у біологічному відношенні молекул, необхідних для нормального функціонування клітини. У результаті іонізації і поглинання енергії випромінювання відбувається на молекулярному рівні окислення радикалами білка, пошкодження РНК і ДНК, активація (при збудженні молекул) ферментів.

Мільйонні частки секунди - субклітинний рівень - в результаті активації вільно-радикального процесу, перекисного окислення ліпідів підвищується проникність мембран та пошкоджуються внутрішньоклітинні структури, що забезпечують функції клітини ( мітохондрії - дихальна; ферментна) її морфологію (спадковість). Порушуються ДНК і РНК. Блокуються процеси диференціювання клітин.

Секунди, години - клітинний рівень - морфо-функціональні порушення в клітинах. Накопичення пошкоджень в генетичному апараті (зниження репарації ушкоджених хромосом на тлі активації регенерації і клітинних мітозів у пошкоджених тканинах) або активація апоптозу і некрозу клітин.

Клітку можна уявити як систему взаємопов'язаних мембран, так як є небезпідставні припущення, що зовнішня мембрана клітини, ендоплазматичний ретикулум, апарат Гольджи, лізосомальна, ядерна мембрани тісно пов'язані між собою. Тому для зниження пошкодження мембран показано антиоксиданти.

Описано декілька випадків, коли опромінення впливало на зовнішні клітинні мембрани (наприклад, опромінення в дозах у діапазоні в кілька десятків Грей викликає зниження провідності нервового імпульсу в ізольованих периферичних нервах дорослих тварин. Як відомо, передача нервового імпульсу - результат виборчої дифузії іонів К і Nа через мембрану аксона. При цьому у аксона підвищується пасивна проникність для іонів).

Зміна поведінки і функції ЦНС виявлено у тварин в такій низькій дозі 0,5 Гр.

Мітохондрії - первинні місця окисного фосфорилювання, що призводить до накопичення енергії в клітці у формі високоергічних хімічних зв'язків. Припускають, що ферменти у мітохондріальних мембранах повинні бути розташовані в певній послідовності і тільки неушкоджені мітохондріальні мембрани можуть забезпечити їх правильне функціонування. Навіть у середніх дозах 10 Гр, випромінювання призводить до утворення кулястих мітохондрій, їх фрагментації, що супроводжується зниженням окисного фосфорилювання на 50%. 0,25 Гр. - зменшує окисне фосфорилювання в особливо радіочутливих тканинах, наприклад у клітинах тимусу.

Хвилини, місяці - тканинною або органний рівень - виявляється на тлі апоптозу і некрозу клітин тканини при дії великих доз опромінення. В результаті може сформуватися променева хвороба, помутніння кришталика ока, втрата здатності відтворювати потомство, зниження тривалості життя, а при вагітності - вроджені аномалії розвитку плоду. Все це - соматичні, безпосередні або детерміновані ефекти, найчастіше - це гіпопластичні стани, склеротичні процеси, дисгормональні порушення.

Через РОКИ - рівень організму - сомато-стохастичні ефекти, що виникають на тлі накопичення пошкоджень в генетичному апараті клітин. Це злоякісні новоутворення - лейкоз, пухлини різної локалізації.

Через невизначений довгий час - популяційний рівень впливу радіації - стохастичні (імовірнісні) ефекти - спадкові захворювання, генетичні та хромосомні мутації у потомства, спадкові захворювання, канцерогенез і скорочення тривалості життя у потомства. Шкода, збиток- загальна міра всіх несприятливих ефектів для здоров'я і благополуччя людей з урахуванням ймовірності та тяжкості цих ефектів.

1). Стохастичні (віддалені, імовірнісні) ефекти - безпорогові, ймовірність виникнення їх існує при будь-яких малих дозах.

*Порушення ембріогенезу (тератогенний ефект) відбувається при впливі 1 - 20 рад (бер) на зародок (пряма дія) і на організм матері (під впливом опромінення порушується обмін речовин, змінюються найважливіші ферментативні процеси, кровообіг). Частіше це - розумова відсталість, вроджені дефекти, бластомогенні ефекти.

*З генетичних (спадкових) наслідків радіаційного впливу слід зазначити домінантні і рецесивні генні мутації і хромосомні аберації. 10,5% живонароджених мають спадкові захворювання: туберозний склероз, ахондроплазія, мікрофтальмія, ретинобластома - домінатні мутації; гемофілія, м'язова дистрофія, альбінізм, інфантильний ідіотизм - рецесивні. Аномалії хромосом - хвороба Дауна. Найбільш характерний прояв хромосомних аномалій - зачаття нежиттєздатних зародків, які призводять до самовільних абортів, мертвонародження, народження ослаблених дітей, які гинуть незабаром після народження. Багато генетичних захворювань проявляються через кілька років після народження.

* Соматичні форми віддалених ефектів (соматико-стохастичні): Онкологічна патологія. Лейкози. Патологія вагітності і пологів. Скорочення тривалості життя. Зростання загальносоматичних захворювань. Непухлинні форми віддалених наслідків: порушення функцій з боку нервової, серцево-судинної, імунної, ендокринної систем. Гіпопластичні і дистрофічні стану.

2). Детерміновані (безпосередні) або соматичні ефекти проявляються тільки при перевищенні допустимих доз (іноді їх називають детерміністичними або нестохастичними ефектами):

*Гостра променева хвороба (ГПХ). Виникає при отриманні дози опромінення від 1 до 10 Зв (кістково-мозкова форма), 10 - 20 Зв (кишкова форма), 20 -50 Зв (токсемічна форма), понад 50 Зв (церебральна). Ймовірність розвитку ГПХ променевої за кілька днів при дії 1 - 10 Зв (100 - 1000 бер). При одноразовому впливі зниження кровотворення в кістковому мозку організму людини викликає отримана доза 500 мЗв (50 бер).

ГПХ (кістково-мозкова форма) розвивається при отриманні наступних доз:

Перша ступінь: легка - до 1 - 2 Зв. Друга ступінь: середньої тяжкості - 2,0-4,0 Зв. Третя ступінь: важка -4 - 6 Зв. Четверта ступінь-вкрай важка - 6 - 10 Зв.

Виділяють 4 періоди захворювання:

1. Початковий (первинна реакція) починається відразу після опромінення, триває від кількох годин до 2-х днів. Характерні ознаки: загальна слабкість, пригнічений стан, головний біль, запаморочення, нудота, незначне підвищення температури тіла. Ведучий ознака ГПХ - блювання. При опроміненні великими дозами спостерігається втрата свідомості, судоми, пронос з кров'ю, гіперемія шкіри та слизових.

2. Латентний (гаданого добробуту) період триває близько двох тижнів. Загальний стан поліпшується. Клінічні симптоми слабшають.

3. Розпал хвороби розвивається на 5 -14 -21 день захворювання. Спостерігається геморагічний синдром, виразкові процеси і некрози, септичні ускладнення. Пригнічується і перекручується кровотворення, виснажується кістковий мозок, руйнуються елементи крові, випадає волосся, уражаються нирки, шлунково-кишкового тракту. Тривалість періоду 2 - 3 тижні.

4. Одужання: відновлюється кровотворення, на місці некрозів з'являються грануляції, нормалізуються функції органів і систем. Тривалість життя від 2 місяців до 2 років.

Характеристика клінічних проявів загальної первинної реакції при кісткомозковій формі ГПХ різного ступеня важкості

Абсолютно несприятливий прогноз при таких формах ГПХ:

-Кишкова форма ГПХ (10-20 Гр): багаторазові блювоти, болі в животі, пронос з кров'ю. Ентерит, кишкова непрохідність, виразки кишечнику. Тривалість життя 8-16 доби.

-Судинно -токсемічна форма ГПХ (20-80 Гр): втрата свідомості, порушення гемодинаміки, загальна інтоксикація організму внаслідок порушення обмінних процесів і розпаду тканин кишечника, слизових оболонок, шкіри. Приєднання інфекції. Тривалість життя 4 -7 діб.

-Церебральна форма ГПХ (гостра і блискавична) (більше 80 Гр)- різке зниження артеріального тиску, втрата свідомості, ознаки набряку головного мозку, анурія, судоми, паралічі.

*Хронічна променева хвороба. Середньорічна потужність дози при хронічному опроміненні на протязі багатьох років(бэр/рік) не повинна бути більше ніж >40 (0,4 Зв/рік), щоб не викликати пригнічення кровотворення у кістковому мозку.

ХПХ розвивається при отриманні наступних доз:

-Перша ступінь: легка - до 2 Зв.

-Друга ступінь: середньої тяжкості - 2,0-2,5 Зв.

-Третя ступінь: важка -2,5 - 3 Зв.

-Четверта ступінь: вкрай важка - понад 3 Зв.

Критичний орган - кістково-мозкове кровотворення: поразка гемопоетичної системи, зниження міелокарієцитів, зниження мітотичного індексу, зникнення молодих форм клітин. Клінічно проявляється геморагічним синдром і приєднанням інфекції.

*Гострий трахеоларінгобронхіт.

*Гіперплазія щитовидної залози.

*Променевий дерматит. Гранична еритемна доза - 5,5 Зв ( 550 бер). Радіаційні опіки шкіри дуже болючі, важко піддаються лікуванню, рецидивують. Легкі опіки-еритема в результаті отримання дози до 8 Зв. Середньої тяжкості до 25 Зв. Важкі - виразки, некрози, рецидиви - 25 - 100 Зв.

*Катаракта. Помутніння кришталика викликає доза 0,5 - 5 Зв (50 - 500 бер).

*Психоемоційні розлади.

*Комбіновані радіаційні ураження-КПР- (при поєднанні ДІВ з термічними, механічними та хімічними факторами) при різних катастрофах. При КРП спостерігається синдром взаємного обтяження, при якому розрізняють 4 ступені тяжкості: 1 - легка - до 2-х місяців втрата працездатності. 2-середньої тяжкості - необхідна невідкладна кваліфікаційна та спеціалізована медична допомога. Термін лікування кілька місяців. 3 - тяжкий ступінь. Термін лікування 6 місяців. Прогноз сумнівний. 4-й ступінь - вкрай важка. Прогноз несприятливий.

У ліквідаторів аварії на ЧАЕС часто зустрічається вегетативна дистонія, що має наступні форми:

1. Нейро-циркуляторна дистонія: гіпертонічний, гіпотонічний, змішаний і кардіальний типи.

2. Вегето-судинна дистонія: перманентна, пароксизмальна, перманентно-пароксизмальна форми; симпато-адреналові, вагоінсулярні, змішані кризи.

3. Психовегетативні стани: астенічний, астено-невротичний, астено-депресивний, астено-іпохондричний синдроми.

3.Принципи захисту людини від дії іонізуючого випромінювання

Принципи, що полягають в основі забезпечення РАДІАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ населення, поділяються на 9 загальних – при роботі з відкритими і закритими джерелами іонізуючого випромінювання.

По-перше – принцип виправданості.

Принцип виправданості - принцип радіологічного захисту, який вимагає, щоб користь від вибраної людської діяльності перевищувала пов'язаний з цією діяльністю сумарний збиток для суспільства чи людини.

По-друге – принцип неперевищення.

Принцип неперевищення - принцип радіологічного захисту, який вимагає обмеження (неперевищення) величин опромінення, пов'язаних з вибраною людською діяльністю, встановлених рівнів.

По-треттє – принцип оптимізації.

Принцип оптимізації - принцип радіологічного захисту, який вимагає, щоб користь від вибраної людської діяльності не тільки перевищувала пов'язаний з нею збиток, але й була максимальною.

РАДІАЦІЙНА БЕЗПЕКА(РБ) – це стан радіаційно-ядерних об’єктів та навколишнього середовища, що забезпечує неперевищення основних дозових лімітів, виключення будь якого невиправданого опромінення та зменшення доз опромінення персоналу і населення нижче за встановлені дозові ліміти настільки, наскільки це може бути досягнуто і економічно обгрунтовано.

Принцип – неперевищення: доза фактична не повинна перевищувати встановлений ліміт дози.

Д_{фактична} ≤ ДL (ліміт дози або гранична допустима доза)

Нормами радіаційної безпеки встановлюються такі категорії осіб які зазнають опромінювання:

Категорія А (персонал) - особи, які постійно чи тимчасово працюють безпосередньо з джерелами іонізуючих випромінювань.

Категорія Б (персонал) - особи, які безпосередньо не зайняті роботою з джерелами іонізуючих випромінювань, але у зв'язку з розташуванням робочих місць в приміщеннях та на промислових майданчиках об'єктів з радіаційно-ядерними технологіями можуть отримувати додаткове опромінення.

Категорія В - все населення.