Что такое детерминированные эффекты почему их называют пороговыми и как они проявляются

Детерминированные и стохастические эффекты.

При воздействии на организм человека ионизирующая радиация может вызвать два вида эффектов: детерминированный и стохастический.

Детерминированные – биологические эффекты излучения, в отношении которых предполагается существование дозового порога (0,5 ¸ 1 Гр), выше которого тяжесть эффекта зависит от дозы.

К детерминированным эффектам относятся:

1. Острая лучевая болезнь (ОЛБ) – проявляется как при внешнем, так и при внутреннем облучении. В случае однократного равномерного внешнего фотонного облучения ОЛБ возникает при поглощенной дозе D ³ 1 Гр и подразделяется на четыре степени:

III – тяжелая (D = 4¸6 Гр) средняя летальная доза – в течение 30 дней возможен летальный исход в 50% случаев.

2. Хроническая лучевая болезнь формируется постепенно при длительном облучении дозами, значения которых ниже доз, вызывающих ОЛБ, но выше предельно-допустимых. Последствия – лейкоз, опухоли – через 10 – 25 лет возможен летальный исход.

3. Локальные лучевые повреждения характеризуются длительным течением заболевания и могут приводить к лучевому ожогу и раку (некрозу) кожи, помутнению хрусталика глаза (лучевая катаракта).

Стохастические (вероятностные) эффекты – это биологические эффекты излучения, не имеющие дозового порога. Принимается, что вероятность этих эффектов пропорциональна дозе, а тяжесть их проявления от дозы не зависит.

Основные стохастические эффекты:

1. Канцерогенные – злокачественные опухоли, лейкозы – злокачественные изменения крове образующих клеток.

2. Генетические – наследственные болезни, обусловленные генными мутациями.

Стохастические эффекты оцениваются значениями эффективной (эквивалентной) дозы. Имеют длительный латентный (скрытый) период, измеряемый десятками лет после облучения, трудно обнаруживаемы.

№18.Лучевая болезнь (острая, хроническая)

Лучевая болезнь – это заболевание, поражающее организм человека в результате радиоактивного излучения, диапазон доз которого составляет 1–10 Гр и более. Изменения начинаются при облучении, доза которого составляет 0,1–1 Гр, они относятся к доклинической стадии заболевания.

В зависимости от степени облучения и определенного участка тела или органа, которые попали под радиационное излучение, выделяют две формы лучевой болезни: острую и хроническую.

Острая лучевая болезнь возникает в результате гибели делящихся клеток организма. Причиной этому, как правило, становится то, что в течение небольшого времени на достаточно значительную по размерам область тела человека воздействует ионизирующее излучение, доза которого превышает 600 рентген. Это может быть как аварийная ситуация, так и лечебная терапия, например тотальное облучение при трансплантации костного мозга. Острое лучевое поражение может возникнуть во время лечения большого количества опухолей, облучения которых составляют более 50 бэр.

Хроническая лучевая болезнь появляется при повторном облучении организма в сравнительно малых дозах, которые суммарно превышают 100 рад. В данном случае большое значение имеет как общая доза облучения, так и ее мощность. Имеется в виду время, на протяжении которого происходило поглощение организмом радиологического излучения.

Чаще всего лучевая болезнь, имеющая хронический характер, развивается у людей, деятельность которых связана с радиологическими и рентгенологическими технологиями и оборудованием.

Эти виды лучевой болезни могут быть вызваны как внешним, так и внутренним облучением. Внутреннее облучение происходит тогда, когда радиоактивные элементы попадают в организм человека через слизистые оболочки и кожу, через пищеварительную систему, а также вместе с вдыхаемым воздухом. Известны случаи, когда радиоактивные источники излучения попадали в организм человека инъекционным путем.

№19. Нормы радиационной безопасности

1.3. Нормы распространяются на следующие виды воздействия ионизирующего излучения на человека:

— в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников излучения;

— в результате радиационной аварии;

— от природных источников излучения;

— при медицинском облучении.

Требования по обеспечению радиационной безопасности сформулированы для каждого вида облучения. Суммарная доза от всех видов облучения используется для оценки радиационной обстановки и ожидаемых медицинских последствий, а также для обоснования защитных мероприятий и оценки их эффективности.

1.4. Требования Норм и Правил не распространяются на источники излучения, создающие при любых условиях обращения с ними:

— индивидуальную годовую эффективную дозу не более 10 мкЗв;

— индивидуальную годовую эквивалентную дозу в коже не более 50 мЗв и в хрусталике не более 15 мЗв;

— коллективную эффективную годовую дозу не более 1 чел-Зв, либо когда при коллективной дозе более 1 чел-Зв оценка по принципу оптимизации показывает нецелесообразность снижения коллективной дозы.

Требования Норм и Правил не распространяются также на космическое излучение на поверхности Земли и внутреннее облучение человека, создаваемое природным калием, на которые практически невозможно влиять.

Перечень и порядок освобождения источников излучения от радиационного контроля устанавливается санитарными правилами.

Вопрос 20. Требования к ограничению облучения.

Население подвергается внешнему и внутреннему облучению ионизирующим излучением природных и искусственных источников. К природным источникам относятся космическое излучение и природные радионуклиды, содержащиеся в окружающей среде и поступающие в организм человека с воздухом, водой и пищей. Искусственные источники излучения разделяются на медицинские (диагностические и радиотерапевтические процедуры) и техногенные (искусственные и специально сконцентрированные человеком природные радионуклиды, генераторы ионизирующего излучения и др.).

В отношении всех источников облучения населения следует принимать меры как по снижению дозы излучения у отдельных лиц, так и по уменьшению числа лиц, подвергающихся облучению.

Следует различать техногенные источники, находящиеся под контролем или в процессе нормальной эксплуатации, и источники, находящиеся вне контроля (утерянные, рассеянные в окружающей среде в результате радиационной аварии и др.).

Ограничение облучения техногенными источниками.

Годовая доза облучения у населения от всех техногенных источников и условиях их нормальной эксплуатации не должна превышать основные дозовые пределы.

Ограничение облучения населения природными источниками

Допустимое значение эффективной дозы, обусловленной суммарным воздействием природных источников ионизирующего излучения, для населения не устанавливается. Снижение облучения населения достигается путем установления системы ограничений на облучение населения от отдельных природных источников.

Удельная эффективная активность (А_эфф)естественных радионуклидов в строительных материалах, добываемых на их месторождениях (щебень, гравий, песок, бутовый и пилонный камень, цементное и кирпичное сырье и пр.) или являющихся побочным продуктом промышленности, а также отходы промышленного производства, используемые для изготовления строительных материалов (золы, шлаки и пр.), не должна превышать:

• для материалов, используемых во вновь строящихся жилых и общественных зданиях (I класс) А_эфф 370 Бк/кг

• для материалов, используемых в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных сооружений (II класс): А_эфф 740 Бк/кг;

• для материалов, используемых в дорожном строительстве вне населенных пунктов (III класс): А_эфф 2,8 кБк/кг.

При А_эфф > 2,8 кБк/кг вопрос об использовании материалов решается в каждом случае отдельно по согласованию с федеральным органом Госсанэпиднадзора.

Эффективная доза за счет естественных радионуклидов в питьевой воде не должна превышать 0,2 мЗв/год.

Ограничение медицинского облучения населения

Принципы контроля и ограничения радиационных воздействий в медицине основаны на получении необходимой и полезной для больного диагностической информации или терапевтического эффекта при минимально возможных уровнях облучения. При этом не устанавливаются предельные дозовые значения и используются принципы обоснования по показаниям радиологических медицинских процедур и оптимизации мер защиты.

Вопрос 21.Радиоактивное загрязнение местности РБ после аварии на ЧАЭС.Краткая хар-ка радионуклидов чернобыльского выброса( 131 I, 137 Cs, 90 Sr, 239 Pu, 241 Am)

Цезий 137-загрязнил 23% территории,строонций 90-загрязнил 10%,плутоний 238,239,240-загрязнили 2%.

Полностью оказались радиоактивно загрязненными Гомельская и Могилевская области.

Цезий-137 закрепляется в бедных калием почвах.В организм человека поступает через желудочно-кишечный тракт и накапливается в мышцах(80%)и в костях(8%).Период полураспада =30 лет.

Стронций-90 накапливается в костях;конкурирует с Ca.Некоторое накопление происходит в почках,слюнной и щитовидной железах,в легких.Период полураспада 29 лет.

Плутоний-239 поглощается кровью,опасен при попадании в органы дыхания,желудочно-кишечный тракт и на поврежденную кожу.Также попадает в костный мозг,подавляя систему кроветворения.Период полураспада-24065 лет.

Америций-241 хорошо растворим в воде,значит,что будет активно поступать в организм чел-ка с водой,растительной пищей,животными продуктами.Период полураспада 432 года.

Горизонтальная миграция радионуклидов означает распространение радионуклидов вместе с пылью засчет ветра.Частично радионуклиды смываются дождевыми и паводковыми водами.

Вертикальная миграция радионуклидов происходит засчет адсобции и адгезии.Адсорбция-увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности почвы.Адгезия-возникновение связи между поверхностыми слоями двух инородных тел.

Источник

К детерминированным эффектам относятся все острые последствия облучения (радиационные ожоги, лучевая болезнь и др.), а также эффекты, вызванные хроническим облучением при накоплении доз до определенных уровней (например, радиационная катаракта). После достижения порогового значения дозы радиационные эффекты проявляются тем раньше, чем больше доза, и усиливаются по мере увеличения дозы или мощности дозы облучения.

Каждому человеку свойственна индивидуальная чувствительность к действию ионизирующего излучения. У людей с неодинаковой радиочувствительностью сходные детерминированные эффекты могут проявляться при разных дозах облучения.

Это означает, что пороговые значения доз, при которых проявляются детерминированные эффекты облучения, зависят от индивидуальной радиочувствительности человека.

Поглощенная доза (в среднем на организм):

0,5-1 Гр – вероятность детерминированных эффектов практически равна нулю,

3-6 Гр – доза смертельна примерно для половины облученных людей, не получивших соответствующего лечения,

Если организм человека подвергается облучению многократно, поглощенная доза накапливается поэтапно, и величины пороговых доз, при которых возникают детерминированные эффекты, как правило, возрастают. Некоторые детерминированные эффекты проявляются через продолжительное время после облучения. В этом случае могут нарушаться функции отдельных частей тела или возникать незлокачественные новообразования. Такие эффекты обычно не приводят к смерти, однако они могут причинить человеку страдания и сделать его недееспособным.

К подобным детерминированным эффектам относится и катаракта, вызванная действием ионизирующего излучения в больших дозах (обычно в несколько Грэй) на органы зрения. Облучение глазного яблока может привести к повреждению клеточных волокон, составляющих хрусталик. В результате, происходит помутнение хрусталика и, как следствие, ухудшение зрения.

Возникновение катаракты наблюдается при превышении определенного порогового уровня дозы облучения. При однократном воздействии гамма-излучения минимальная доза, вызывающая помутнение хрусталика, составляет 2 Гр. Если получение дозы растянуто во времени, то заболеваемость катарактой сокращается. При поглощенной дозе гамма—излучения, равной 6 Гр, катаракта возникает у большинства облученных людей

В процессе выведения радионуклидов из организма сосуды почек и почечная ткань подвергаются облучению. При больших поглощенных дозах в органах выделения возможно возникновение нефросклероза, когда пораженные участки утрачивают функциональную активность и заменяются соединительной тканью.

Стохастические эффекты – это эффекты, о которых невозможно определенно сказать, реализуются они у конкретного лица или нет.

Стохастические эффекты характерны для более низких доз, чем детерминированные эффекты, и наблюдаются при средних (от 0,2 до 1 Гр) и малых (менее 0,2 Гр) дозах облучения. Обычно они наблюдаются в тех случаях, когда доза накапливается в течение продолжительного периода времени и дате деления новое поколение измененных клеток. Если эти клетки не будут уничтожены защитной системой организма, то после продолжительного латентного периода может развиться раковое заболевание. При изменениях в половых клетках могут проявиться генетические (наследственные) нарушения у некоторых представителей последующих поколений.

В настоящее время полагают, что стохастические эффекты (в отличие от детерминированных эффектов) являются беспороговыми, то есть могут возникать при любых сколь угодно малых дозах облучения.

Лучевая болезнь человека

8.1 Острая лучевая болезнь при относительно равномерном облучении

8.2 Местное (локальное) облучение в больших дозах, концепция «критического органа»

8.1 Острая лучевая болезнь при относительно равномерном облучении

Большие дозы ионизирующего излучения приводят к лучевой болезни.

Лучевая болезнь – это комплексная реакция организма на большие дозы ионизирующего излучения.

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Что такое детерминированные эффекты почему их называют пороговыми и как они проявляются

Действие излучения на организм зависит от многих факторов. Определяющими факторами являются: доза, вид излучения, продолжительность облучения, размеры облучаемой поверхности, индивидуальная чувствительность организма. Возможные последствия облучения человека дозами, бульшими фонового уровня, делятся на детерминированные и стохастические (вероятностные).

К детерминированным эффектам относятся поражения, вероятность возникновения и степень тяжести которых растут по мере увеличения дозы облучения и для возникновения которых существует дозовый порог. К таким эффектам относят, например, незлокачественное повреждение кожи (лучевой ожог), катаракту глаз (потемнение хрусталика), повреждение половых клеток (временная или постоянная стерилизация).

Имеются данные многочисленных и длительных наблюдений за персоналом и населением, подвергшимся воздействию повышенных доз облучения [11]. Из этих данных следует, что профессиональное длительное облучение дозами до 50 мЗв в год взрослого человека не вызывает никаких неблагоприятных соматических изменений, регистрируемых с помощью современных методов исследования. Детерминированные эффекты проявляются при достаточно высоких дозах облучения всего тела или отдельных органов.

Последствия для здоровья от доз облучения всего тела за короткий период (секунды, минуты или часы) бывают следующими:

облучение дозой 0,25 Зв не приводит к заметным изменениям в организме;

при дозе 0,25–0,5 Зв наблюдаются изменения показателей крови;

доза 0,5–1,0 Зв вызывает снижение уровня лейкоцитов или белых кровяных телец, но вскоре нормальные уровни восстанавливаются;

пороговой дозой, вызывающей лучевую болезнь, считается 1 Зв. Лучевая болезнь проявляется в виде тошноты, рвоты, кишечных спазмов, чувства усталости, апатии, повышенного потоотделения, головной боли;

доза около 2 Зв может вызвать тошноту, головную боль, наблюдается снижение уровня лимфоцитов и тромбоцитов примерно на 50 %. Нормальные уровни восстанавливаются относительно быстро;

при дозе около 3 Зв наблюдается рвота, слабость, высокая температура, обезвоживание организма, выпадение волос. Существует небольшой риск смерти, выжившие выздоравливают в течение нескольких недель или месяцев;

при дозе 4–6 Зв происходит поражение слизистых оболочек внутренних органов и тканей костного мозга. 4 Зв создают существенную угрозу жизни, 5 Зв означают высокую вероятность смерти, а 6 Зв без интенсивного медицинского лечения почти определенно
означают смерть;

при дозе свыше 6 Зв шансы выжить дольше нескольких недель весьма малы;

Стохастическими эффектами считаются такие, для которых от дозы зависит только вероятность возникновения поражений, а не их тяжесть. Для стохастических эффектов отсутствует дозовый порог. К стохастическим эффектам относят злокачественные опухоли, индуцированные излучением, а также врожденные уродства, возникшие в результате мутаций и других нарушений в половых клетках. Стохастические эффекты не исключаются при малых дозах, так как не имеют дозового порога. Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Малые дозы облучения могут «запустить» не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям. Раковые заболевания проявляются спустя много лет после облучения, как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. Врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, проявляются лишь в следующем или последующих поколениях (дети, внуки и более отдаленные потомки). Изучение генетических последствий облучения связано с большими трудностями. Невозможно отличить наследственные дефекты, полученные при облучении, от тех, которые возникли совсем по другим причинам. Около 10 % всех новорожденных имеют те или иные генетические дефекты. Генетические нарушения можно отнести к двум основным типам: хромосомные аберрации, включающие изменения числа или структуры хромосом, и мутации в самих генах.

Теоретически достаточно самой малой дозы, чтобы вызвать такие последствия, как рак или повреждение генетического аппарата. В то же время никакая доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях. Даже при относительно больших дозах облучения далеко не все люди обречены на эти болезни: действующие в организме человека репарационные механизмы обычно ликвидируют все повреждения. Однако вероятность (или риск) наступления таких последствий больше у человека, который был облучен. И риск этот тем больше, чем больше доза облучения.

В 1955 г. Генеральная Ассамблея ООН основала Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР ООН). Комитет систематически анализирует все природные и искусственные радиоактивные источники в окружающей среде или используемые человеком. В своей работе НКДАР опирается на два основных допущения:

1) не существует пороговой дозы, за которой отсутствует риск заболевания раком; любая сколь угодно малая доза увеличивает вероятность заболевания раком для человека, получившего эту дозу;

2) вероятность (риск) заболевания раком возрастает прямо пропорционально дозе облучения.

НКДАР полагает, что при таком допущении возможна переоценка риска в области малых доз, но вряд ли возможна его недооценка.

Согласно имеющимся данным, первыми в группе раковых заболеваний, поражающих население в результате облучения, стоят лейкозы. По оценкам НКДАР, от каждой дозы облучения в 1 Зв от лейкозов в среднем умерли бы 2 человека из 1000. Самыми распространенными видами рака, вызванными действиями радиации, оказались рак молочной железы и рак щитовидной железы. По оценкам НКДАР, примерно у 10 человек из 1000 облученных отмечается рак щитовидной железы, а у 10 женщин из 1000 — рак молочной железы (в расчете на каждый зиверт индивидуальной поглощенной дозы). Однако обе разновидности рака в принципе излечимы, а смертность от рака щитовидной железы особенно низка. Рак легких тоже принадлежит к распространенным разновидностям раковых заболеваний среди облученных групп населения. Согласно оценкам НКДАР, 5 человек из 1000 умерли бы от рака легких в расчете на 1 Зв средней индивидуальной дозы облучения.

Рак других органов и тканей встречается реже среди облученных групп населения. Согласно оценкам НКДАР, из 1000 человек от рака желудка, печени или толстой кишки умер бы 1 человек (в расчете на 1 Зв средней индивидуальной дозы облучения). Риск возникновения рака костных тканей, пищевода, тонкой кишки, мочевого пузыря, поджелудочной железы, прямой кишки и лимфатических тканей составляет от 0,2 до 0,5 на каждую тысячу человек (в расчете на каждый зиверт индивидуальной дозы облучения).

Учеными получены неоспоримые доказательства вредного действия низкоинтенсивной радиации на отдельные системы живых организмов и на организм в целом [12]. Малые дозы очень коварны, они провоцируют у человека разнообразные заболевания, которые обычно врачи не связывают с прямым действием радиации. Уровень наших знаний не позволяет в настоящее время однозначно принять определенные механизмы биологического действия малых доз радиации. Есть основания считать, что и для стохастических эффектов существует порог, величина которого остается невыясненной.

Источник

Детерминированные и стохастические эффекты

При воздействии ионизирующих излучений на организм человека в тканях происходят сложные физические, химические и биологические процессы. В результате ионизации живой ткани происходит разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений, что, в свою очередь, приводит к гибели клеток.

Клетка состоит из оболочки, ядра и ряда клеточных структур. Ядро отделено от цитоплазмы мембраной. Оно содержит ядрышко и набор хромосом. Вещество хромосом состоит из нуклеиновых кислот, которые являются хранителями наследственной информации и специальных белков. Повреждающий эффект ионизирующей радиации объясняется поглощением энергии наиболее чувствительной частями клетки – ядромиядрышком.

Ионизирующему излучению могут подвергаться работающие с рентгеновскими гамма-лучами при осуществлении гамма-дефекто­скопии на промышленных предприятиях, работающие на ускорителях, обслуживающие ядерные реакторы, занятые на разведке и добыче полезных ископаемых. При нарушении правил радиационной безопасности или при ЧС ионизирующие излучения могут быть причиной развития лучевой болезни.

Основную часть облучения население получает от естественных источников радиации около 2,4 мЗв/год и примерно 0,5–1,5 мЗв/год – от техногенных. По воздействию на человека все источники ионизирующих излучений делятся на две группы:

– закрытые источники – рентгеновские установки, ускорители, ядерные реакторы, радиоактивные вещества в таре и другие;

– открытые источники – радиоактивные вещества, распределенные в окружающей среде (в почве, воде, воздухе) или находящиеся на поверхности предметов, с которыми соприкасается человек.

При использовании закрытых источников человек подвергается только внешнему облучению, находясь в опасной зоне вблизи источников.

Действие открытых источников связано с внешним облучением и попаданием радиоактивных веществ внутрь организма с воздухом, водой, пищей и при контакте с загрязненными предметами через кожу. В отличие от опасности внешнего облучения, опасность радионуклидов, попавших внутрь организма, обусловлена тем, что их действие продолжается в течение всего промежутка времени, пока радионуклиды не будут выведены из организма в результате физиологических обменных процессов и радиоактивного распада.

Внутренне облучение зависит от распределения радионуклидов в критических органах и тканях, при этом преимущественно поражаются те органы и ткани, в которых избирательно накапливается радионуклид. Доза внутреннего облучения, создаваемая радионуклидом, зависит и от характера излучения (альфа-, бета- или гамма-излучение), энергии излучения и эффективного периода полувыведения из организма.

При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие радионуклиды. Ионизация, производимая альфа-излучением, обуславливает ряд особенностей в тех химических процессах, которые протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, образование свободного водорода и кислорода). Эти радиохимические реакции, протекающие в биологических тканях под воздействием альфа-излучения, вызваны высокой биологической эффективностью альфа-частиц. По сравнению с рентгеновским, бета- и гамма-излучением относительная биологическая эффективность альфа-излучения принимается равной 20.

При внешнем облучении всего тела критическими являются те органы и ткани, которые наиболее радиочувствительны и функции которых наиболее важны для жизнедеятельности организма. В этих случаях считаются критическими гонады, красный костный мозг, легкие, желудок и толстая кишка.

Ионизирующее излучение, проходя через ткани человека, ионизирует на клеточном уровне атомы в молекулах, которые играют важную биологическую роль в нормальном функционировании клеток, и вызывает в организме цепочку обратимых и необратимых изменений. Диссоциация сложных молекул в результате разрыва химических связей – прямое действие радиации.

Ионизирующие излучения при воздействии на организм человека могут вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, катаракта, бесплодие, аномалии в развитии плода), наблюдаются при дозах более 1 Грей, и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы и наследственные болезни).

Детерминированные эффекты излучения включают нарушение деятельности или потерю функций тканей в органах главным образом вследствие гибели клеток. Эти эффекты наступают от облучения большими дозами, и для них существует порог, т. е. прямая связь причины и следствия облучения может быть подтверждена клинически.

Стохастические эффекты – это такие эффекты, которые возникают, когда облученная клетка не гибнет, а изменяется.

Эффекты, в зависимости от величины поглощенной дозы, развиваются в течение разных промежутков времени: от нескольких секунд до многих часов, дней, лет.

На клеточном уровне ионизация как результат облучения может привести к повреждению клеток. Как правило, организм человека способен соответствующим образом восстановить наносимый клеткам ущерб. Существует определенная зависимость этого процесса во времени. Поэтому, если данная поглощенная доза облучения распределяется во времени, она наносит меньший ущерб по сравнению с дозой, полученной при остром лучевом облучении. Это объясняется тем, что при получении дозы в течение периода времени происходит не только восстановление поврежденных клеток, но и образуется новая популяция клеток в результате их деления.

Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения атомов в молекулах тканей. Клеточные структуры повреждаются в результате ионизации атомов, молекул и макромолекул с образованием радикалов.

Более 97% общего состава живых организмов представлено легкими атомами – водорода, кислорода, углерода, азота, серы, фосфора. Из этих элементов состоят основные компоненты биологических систем. В биологических тканях основная часть поглощенной энергии (70–85%) приходится на воду.

Существенную роль в формировании биологических эффектов играют радиационно-химические изменения, обусловленные продуктами радиолиза воды. Первичные продукты радиолиза: свободный электрон, положительный ион и возбужденная молекула воды – обладают свойствами отличающимися от свойств электрически нейтральных молекул. Они распадаются с образованием высокореакционных свободных радикалов водорода (Н°) и гидроксила (ОН°).

Радикал водорода обладает восстановительными свойствами, а гидроксильные радикалы – сильные окислители. Обладая очень высокой химической активностью за счет наличия неспаренного электрона, свободные радикалы взаимодействуют друг с другом и с растворенными в воде молекулами других веществ, в результате чего возникают перекисные соединения и свободные радикалы других молекул. Возникшие соединения вступают в химические реакции с неповрежденными молекулами белка, ферментов и других элементов биоткани, образуя новые токсические соединения – радиотоксины, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме, а при больших дозах – к развитию острой лучевой болезни.

При воздействии ионизирующих излучений на организм человека в тканях происходят сложные физические, химические и биологические процессы. Основной особенностью действия ионизирующих излучений является ионизация атомов и молекул живой материи. Этот процесс считается начальным этапом биологического действия излучения и в дальнейшем вызывает функциональные нарушения в тканях, органах и системах человека.

Клетка состоит из оболочки, ядра и ряда клеточных структур. Ядро отделено от цитоплазмы мембраной. Оно содержит ядрышко и набор хромосом. Вещество хромосом состоит из нуклеиновых кислот, которые являются хранителями наследственной информации. Повреждающий эффект ионизирующей радиации объясняется поглощением энергии наиболее чувствительной частью клетки – ядром и ядрышком, и чем выше величина поглощенной дозы, тем выше степень, глубина и форма лучевых поражений биологических объектов.

В результате ионизации живой ткани происходят разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений, что, в свою очередь, приводит к гибели клеток.

Повреждение клеточных структур формируется в результате ионизации атомов, молекул и макромолекул с образованием радикалов, которые участвуют в первичных радиационно-химических процессах.

В результате этих реакций изменяется структурная и метаболическая организация клетки, ткани и формируется видимый радиобиологический эффект. Между актом поглощения энергии излучения и проявлением радиобиологического эффекта проходит определенное время (часы, сутки, годы), что говорит о сложной цепи процессов, возникающих в облученном организме. Радиобиологические эффекты зависят от поглощенной дозы излучения и ее мощности.

Еще более существенную роль в формировании биологических последствий играют продукты радиолиза воды, которая составляет 60–70% массы биологической ткани. При воздействии ионизирующего излучения на воду образуются свободные радикалы Н и ОН, а в присутствии кислорода также свободный радикал гидропероксида (НО₂) пероксида водорода (Н₂О₂), являющиеся сильными окислителями. Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекулами тканей, образуя соединения, не свойственные здоровому организму. Это приводит к нарушению отдельных функций или систем, а также жизнедеятельности организма в целом.

Процессы взаимодействия ионизирующих излучений с веществом клетки, в результате которых образуются ионизированные и возбужденные атомы и молекулы, является первым этапом развития лучевого поражения.

Интенсивность химических реакций, индуцированных свободными радикалами, повышается, и в них вовлекаются многие сотни и тысячи молекул, не затронутых облучением.

При действии на клетку смертельной дозы излучений в ней возникает несколько тысяч химических и структурных изменений молекул. Происходящие под воздействием излучения изменения структуры и свойств, входящих в состав клетки молекул белков, ферментов, липидов и других веществ, приводят к нарушению упорядоченности и последовательности биологических процессов в клетке, а также к нарушению обмена веществ и процесса деления.

Большие дозы излучения вызывают гибель клетки. При меньших дозах гибель наступает не сразу. Еще меньшие дозы вызывают гибель только части клеток или временную приостановку, или замедление деления клеток. Временная потеря способности клеток к делению говорит о том, что клетки могут устранять нанесенное им повреждение и восстанавливать нормальный жизнедеятельный процесс деления. Этот процесс восстановления проявляется сильнее и, соответственно, поражение клетки будет слабее при облучении ее такой же дозой в течение большего времени, т. е. при меньшей мощности дозы. Однако способность клетки к восстановлению не безгранична.

Подавление способности клеток делиться называется репродуктивной гибелью. Клетка, утратившая способность делиться, не всегда имеет признаки повреждений, она может еще долго жить и после облучения. В настоящее время считается, что большинство острых и отдаленных последствий облучения организма – результат репродуктивной гибели клеток, которая проявляется при попытке таких клеток разделиться. Клетки организма имеют различную радиационную чувствительность.

В соответствии с убыванием степени радиочувствительности клетки организма можно разделить в следующей последовательности.

1. Высокая чувствительность к радиоактивному излучению: лейкоциты (белые кровяные тельца), кроветворные клетки костного мозга, зародышевые клетки семенников и яичников, клетки эпителия тонкого кишечника.

2. Средняя чувствительность: клетки зародышевого слоя кожи и слизистых оболочек, клетки сальных и потовых желез, клетки эпителия хрусталика, клетки сосудов.

3. Достаточно высокая устойчивость к излучениям: клетки печени, нервные клетки, мышечные клетки, клетки соединительной ткани, костные клетки.

Ионизирующие излучения оказывают воздействие на все системы и ткани организма, которые реагируют на них как единое целое.

Установлено, что ткани, клетки которых активно делятся, более подвержены действию радиации, чем ткани с неделящимися клетками. Поэтому мышцы, мозг, соединительные ткани у взрослых организмов достаточно устойчивы к воздействию радиации. Клетки костного мозга, зародышевые клетки, клетки слизистой оболочки кишечника являются наиболее уязвимыми. Так как наибольшее деление клеток происходит в растущем организме, воздействие радиации на детский организм особенно опасно. Влияние облучения на плод может привести к рождению неполноценного потомства, причем самый опасный период – 8–15 недели беременности, когда происходит формирование органов будущего человека.

Радиочувствительность органов зависит не только от радиочувствительности тканей, которые составляют орган, но и от его функций. Так, например, нервная ткань принадлежит к достаточно устойчивой структуре, т. к. нервные клетки слабо подвержены воздействию ионизирующих излучений. Но в функциональном отношении нервная ткань наиболее радиочувствительна, потому что самые ранние реакции организма на общее получение проявляются в расстройстве подвижности и уравновешенности процессов возбуждения и торможения нервной системы.

У взрослого человека наиболее уязвимым является красный костный мозг, вырабатывающий клетки крови, которые сами не делятся и быстро «изнашиваются». Поэтому организм нуждается в постоянном их обновлении. Вырабатываемые красным костным мозгом лейкоциты (белые кровяные тельца) выполняют функцию защиты организма от попавших в него возбудителей инфекционных заболеваний (иммунная защита). В результате нарушения кроветворения костным мозгом резко снижается содержание лейкоцитов в крови, что приводит к снижению сопротивляемости организма различным инфекциям.

Наиболее чувствительным органом грудной клетки являются легкие. Радиационные пневмониты (воспаление легких) сопровождаются потерей эпителиальных клеток, которые выстилают дыхательные пути, воспалением дыхательных путей и кровеносных сосудов. Эти эффекты могут вызвать легочную недостаточность и даже гибель организма в течение нескольких месяцев после облучения грудной клетки.

В системе органов пищеварения при одноразовом равномерном облучении наиболее радиочувствительной является печень, затем идут в порядке убывания радиочувствительности поджелудочная железа, кишечник, пищевод, слюнные железы, язык, полость рта.

Относительно высокой радиочувствительностью обладают также клетки волосяных фолликулов. После облучения дозой 3–4 Гр
(300–400 рад) волосы начинают редеть и выпадают в течение
1–3 недель. Затем рост волос может возобновиться.

Механизм воздействия ионизирующих излучений на организм человека можно условно представить в виде следующих стадий:

1. Физическая стадия (стадия перераспределения энергии). На этой стадии происходит поглощение энергии излучения молекулами воды и органического вещества, при этом либо молекулы переходят в возбужденное состояние, либо происходит ионизация. Продолжительность – 10 –1 –10 –13 с.

2. Физико-химическая стадия.Ионизированные атомы и молекулы, свободные электроны участвуют в сложных цепных реакциях, в результате чего образуются новые молекулы, в том числе чрезвычайно реакционные, так называемые свободные радикалы.

Продолжительность – 10 –13 –10 –10 с.

3. Химическая стадия.Ионы и свободные радикалы взаимодействуют между собой и с окружающими молекулами, в результате образуются органические перекиси, вызывающие повреждения белков и нуклеиновых кислот, тем самым изменяя их биологические свойства. Продолжительность – 10 –6 –10 –3 с.

4. Ранние биологические эффекты. На этой стадии происходит повреждение клеточных структур, повреждение и гибель клеток, тканей или органов и организма в целом. Продолжительность стадии– от нескольких часов до нескольких недель.

5. Отдаленные биологические эффекты. На этой стадии образуются опухоли, генетические нарушения, которые оказывают влияние на состояние здоровья и продолжительность жизни. Продолжительность стадии– годы и десятилетия.

Сочетание указанных стадий и приводит к тому, что ничтожное по энергетическому эквиваленту первоначальное радиационное воздействие с течением времени через многочисленные повреждения организма проявляется в лучевой болезни.

Нарушения биологических процессов могут быть либо обратимыми, когда нормальная работа клеток облученной ткани полностью восстанавливается, либо необратимыми, ведущими к поражению отдельных органов или всего организма в целом и возникновению лучевой болезни.

Источник