Біологічна дія та нормування іонізуючих випромінювань
Біологічна дія. Механізм взаємодії іонізуючого випромінювання (ІВ) з речовиною залежить від властивостей середовища, виду та енергії випромінювання.
Вивчення дії ІВ на живі організми визначило наступні його особливості.
Дія IB на організм невідчутна, так як у людини відсутній орган почуття, що сприймає іонізуючі випромінювання. Таким чином, людина може вдихнути або проковтнути радіоактивну речовину без усяких первинних відчуттів. Дозиметричні прилади є як би додатковим органом почуття, призначеним для сприйняття людиною IB.
Висока ефективність поглиненої енергії. Навіть мала кількість поглиненої енергії ІВ може викликати глибокі біологічні зміни в організмі людини.
У цілому живі організми не однаково реагують на ІВ.
Різні органи живого організму мають різну чутливість до ІВ.
Наявність прихованого чи інкубаційного періоду прояву дії ІВ. Цей період часто називають періодом удаваного благополуччя. Тривалість його скорочується зі збільшенням дози.
Дія малих доз ІВ може накопичуватися в організмі людини. Цей ефект називається кумуляцією.
Вплив ІВ може проявлятися безпосередньо на живому організмі як у вигляді миттєвих уражень (соматичний ефект), так і через деякий час у вигляді різноманітних захворювань (соматично-стохастичний ефект), а також на його потомстві (генетичний ефект).
Іонізуюче випромінювання, впливаючи на живий організм, викликає в ньому цілий ланцюг зворотних і незворотних змін, що призводять до тих чи інших біологічних наслідків залежно від виду, рівня опромінення, часу дії, властивостей організму та розміру поверхні, що опромінюється. Первинним етапом – спусковим механізмом, що впливає на різноманітні процеси в біологічному об’єкті, є іонізація і порушення молекулярних зв'язків. У результаті дії IB порушується нормальне протікання біохімічних процесів та обміну речовин, блокується ділення клітин та процеси регенерації тканин. Відомо, що 2/3 загального складу тканини людини складають вода та вуглець. Вода під впливом випромінювання розщеплюється на іони водню Н+ і гідроксильної групи ОН–, що безпосередньо, або через ланцюг вторинних ланцюгових перетворень призводить до утворення продуктів з високою хімічною активністю: гідратного оксиду Н02 та перекису водню Н202. Ці з’єднання активно взаємодіють з молекулами органічної речовини тканин, окисляючи та руйнуючи їх на клітинному рівні.
Залежно від величини поглиненої дози випромінювання та індивідуальних особливостей зміни в організмі людини під дією ІВ можуть бути зворотними або незворотними. У випадку невеликих доз уражені тканини відновлюють свою функціональну діяльність. Великі дози при тривалому впливі можуть викликати незворотне ураження окремих органів або всього організму людини в цілому.
Будь-який
вид IB викликає біологічні зміни в
організмі як при зовнішньому (джерело
знаходиться поза організмом), так і при
внутрішньому опроміненні
(радіоактивні речовини попадають
усередину організму, наприклад пероральним
чи інгаляційним шляхом). Найбільш
небезпечними щодо внутрішнього
опромінення є ІВ з великою іонізуючою
здатністю, а саме
-
та
-
випромінювання. Зовнішнє опромінення
-,
а також
- частками менш
небезпечно, так як вони мають невеликий
пробіг у тканині і не досягають
кровотворних
чи інших внутрішніх органів. Найбільш
небезпечними при зовнішньому опроміненні
є
-
та нейтронне ІВ, так як вони проникають
у тканину на велику глибину і мають
значну руйнівну силу.
Важливим фактором впливу IB на організм є тривалість опромінення, оскільки можливі біологічні порушення в значній мірі залежать від сумарної поглиненої дози випромінювання.
Поглинена доза випромінювання, що викликає ураження окремих частин тіла, а потім і смерть, перевищує смертельну поглинену дозу при опроміненні всього тіла. Так, смертельні поглинені дози при опроміненні окремих частин тіла наступні: голова – 20 Гр, нижня частина живота – 30 Гр, верхня частина живота – 50 Гр, грудна клітка – 100 Гр, кінцівки – 200 Гр. При загальному опроміненні всього тіла за короткий термін доза 5-6 Гр призводить до смертельного результату майже у 100% опромінених, якщо постраждалим не була вчасно надана спеціальна медична допомога. Променеві захворювання можуть мати місце вже при дозі в 1 Гр.
Ступінь чутливості тканин різних органів до опромінення неоднакова. Якщо розглядати тканини органів у порядку зменшення їхньої чутливості до впливу випромінювання, то одержимо наступну послідовність: зародкові клітини, червоний кістковий мозок, селезінка, легені, лімфатична тканина, зобна залоза. Підвищена чутливість кровотворних органів до радіації лежить в основі визначення характеру променевої хвороби. Так, у разі одноразового опромінення всього тіла людини поглиненою дозою 0,5 Гр за добу може різко скоротитися число лімфоцитів. Зменшиться також і кількість еритроцитів (червоних кров’яних тілець) по закінченні двох тижнів після опромінення. У здорової людини нараховується більше 1014 червоних кров’яних тілець (щоденне відтворення 1012), а у хворого променевою хворобою таке співвідношення порушується, і в результаті гине організм.
Ступінь ураження організму також в значній мірі залежить від розміру поверхні, що опромінюється. 3і зменшенням її поверхні зменшується i біологічний ефект. Так, у разі опромінення фотонами ділянки тіла площею 6 см2 при поглиненій дозі 4 Гр помітного ураження організму не спостерігається, а у paзі опромінення такою ж дозою всього тіла має місце близько 50% смертельних випадків.
Радіоактивні речовини можуть потрапляти всередину організму в результаті вдихання повітря, забрудненого радіоактивними елементами, із забрудненою їжею чи водою, а також через шкіру чи відкриті рани. Найчастіше радіоактивні речовини попадають в організм через травний тракт внаслідок недотримання вимог безпеки.
Небезпека від дії радіоактивних речовин, що попадають тим чи іншим шляхом в організм людини, тим більше, чим вище їx активність. Ступінь небезпеки залежить також від швидкості виведення цих речовин з організму людини, яка характеризується періодом напіввиведення Тнв – це термін, за який активність нукліда в організмі зменшується у два рази (для калію-40 Тнв = 58 діб; цезію-137 Тнв = 70 діб; для стронція-90 Тнв=1,8-104діб).
Необхідно також враховувати той факт, що одні радіоактивні речовини, потрапляючи в організм, розподіляються в ньому більш-менш рівномірно, а інші концентруються в окремих внутрішніх органах. Так, у кісткових тканинах відкладаються джерела α-випромінювання (радій-226, уран-238, плутоній-239) та -випромінювання (стронцій-90, ітрий-91). Ці елементи, хімічно зв’язуються з кістковою тканиною і дуже важко виводяться з організму. Тривалий час утримуються в організмі також елементи з великим атомним номером (полоній, уран та ін.). Елементи, що утворюють в організмі легкорозчинні солі, накопичуються в м’яких тканинах і відносно легко виводяться з організму. У м’язових тканинах накопичуються такі джерела -випромінювання, як натрій-24 та цезій-137, а у щитовидній залозі відбувається накопичування -випромінюючого елементу йод-131. Ефект накопичування радіоактивних елементів в окремих тканинах та органах людини обумовлює з часом розвиток в них патологічних змін, наприклад злоякісних пухлин.
Нормування іонізуючих випромінювань. Допустимі рівні IB регламентуються «Нормами радіаційної безпеки України НРБУ-97», які є основним нормативним документом, що встановлює радіаційно-гігієнічні вимоги щодо забезпечення прийнятних допустимих рівнів ІВ як для окремої людини, так і суспільства взагалі.
НРБУ-97 регламентує ситуації опромінення людини джерелами IB в умовах:
нормальної експлуатації індустріальних джерел IB;
медичної практики;
радіаційних аварій;
опромінення техногенно-підсиленими джерелами природного походження.
Згідно з цим нормативним документом опромінюванні особи поділяються на наступні категорії:
А – персонал – особи, котрі постійно або тимчасово безпосередньо працюють з джерелами IB;
Б – персонал – особи, що безпосередньо не зайняті роботою з джерелами IB, але у зв'язку з розміщенням робочих місць у приміщеннях і на промислових площадках об’єктів з радіаційно-ядерними технологіями можуть одержувати додаткове опромінення;
В – все населення.
НРБУ-97 регламентують наступні величини: ліміт дози, допустимі рівні, контрольні рівні, рекомендовані рівні і т. ін. Для контролю за практичною діяльністю, а також підтримання безпечного радіаційного стану навколишнього середовища найбільш вагомою регламентованою величиною є ліміт ефективної дози опромінення за piк (мЗв/рік). Також встановлюють ліміт річної еквівалентної дози зовнішнього опромінювання окремих органів i тканин (таблиця 2.40).
3 метою зниження рівнів опромінювання населення Міністерство охорони здоров’я України запроваджує рекомендовані рівні медичного опромінювання. Під час проведення профілактичного обстеження населення річна ефективна доза не повинна перевищувати 1 мЗв/рік. НРБУ-97 також регламентують ефективну питому активність природних радіонуклідів у будівельних матеріалах (за зваженою сумою активності paдію-226, торію-232 і калію-40). Наприклад, коли активність в будівельних матеріалах та мінеральній сировині нижче або дорівнює 370 Бк•кг-1, то вони можуть використовуватися для всіх видів будівництва без обмежень. Всередині приміщень з постійним перебуванням людей потужність поглиненої в повітрі дози γ-випромінювання не повинна перевищувати 30 мкР/рік.
Таблиця 2.40