Біологічна дія іонізуючого випромінювання

Основною ареною дії іонізуючої радіації на живі системи є клітина та її органели, складна структурно-функціональна організація яких впливає на кінцевий результат дії не менше, ніж енергія, швидкість та маса іонізуючих частинок.

У результаті дії смертельних доз радіації клітина під мікроскопом виглядає так само, як коли б вона була вбита високою температурою, або сильною отрутою; порушується цілісність і гладкість ЇЇ оболонки (плазматичної мембрани), мембран ядра та інших клітинних органел; ядро ущільнюється, розривається або розпушується. За меншої дози радіації клітина залишається живою, проте в її органелах відбуваються істотні зміни і, насамперед, у клітинному ядрі. Ядро зберігає спадкову інформацію власне клітини, цілого організму і навіть біологічного виду, передає цю інформацію від клітини до клітини, від організму до організму, забезпечуючи зв'язок поколінь.

Усі види іонізуючого випромінювання виявляють біологічну дію, в основі якої є різні взаємопов'язані реакції, що зумовлюють функціональні та морфологічні зміни в живих клітинах, органах та в організмі загалом. Людина зазнає дії радіації двома шляхами — внутрішнім та зовнішнім.

Внутрішнє опромінення зумовлене потраплянням в організм радіонуклідів та накопиченням їх у певних органах і тканинах. За однакової інтенсивності джерел внутрішнє опромінення більш небезпечне, ніж зовнішнє, тому що із збільшенням тривалості опромінення зменшується відстань між випромінювачем та тканинами. Внутрішні органи не мають захисного покриття (типу шкіри) і є беззахисними перед частинками з високою густиною іонізації. Більш ніж 90% радіонуклідів надходить в організм людини з продуктами харчування та водою і значно менше — з повітрям. Найбільш небезпечними радіонуклідами є строн-цій-90 та цезій-137, які дуже активно впливають на біологічні цикли і мають великий період напіврозпаду.

Внутрішнє опромінення залежить від кількості радіонуклідів, що потрапили в організм, ступеня їх розчинності та всмоктування, .характеру розподілу в органах і тканинах, а також від швидкості розпаду і виведення з організму. Всмоктування та розподіл радіонуклідів в організмі залежить від їхньої фізико-хімічної природи. Стронцій, ітрій, цирконій накопи­чуються переважно в кістках, церій і лантан — у печінці, кобальт-60 — у шлунково-кишковому тракті та легенях, цезій-137 — у печінці, селезінці та м'язовій тканині, йод-131 — у щитовидній залозі. Така вибіркова концентрація радіонуклідів у життєво важливих органах призводить до їх тривалого опромінення. Органи, які найбільше опромінюються внаслідок накопичення в них радіонуклідів, називають критичними.

Активність радіонуклідів зменшується внаслідок розпаду ядер і біологічного виведення їх з організму. Час, протягом якого активність радіонуклідів зменшується вдвічі в результаті фізичного розпаду та виведення з організму, називається ефективним періодом напіввиведення. Іонізуюче випромінювання, діючи на ядра та хромосоми клітин, зумовлює зміну генетичної інформації внаслідок впливу на основні спадкові функції організму.

Усі живі організми мають різну радіочутливість. Наприклад, деякі бактерії, віруси здатні переносити великі дози радіації — 100...10 000 Гр. Істотно меншою є стійкість до іонізуючого випромінювання в людини; смертельна доза радіації для людини 6±1 Гр. З'ясовано, що, починаючи з дози в 1 Гр, іонізуюче випромінювання негативно впливає на організм людини; гранично допустима доза зовнішнього опромінення за рік — до 5 Р.

Дію іонізуючого випромінювання на організм можна поділити на три етапи:

• перший етап триває тисячні й мільйонні частки секунди і характеризується фізико-хімічною дією. Поглинання великої енергії випромінювання зумовлює утворення іонізованих, активних у хімічному відношенні атомів і молекул. Виникають радіаційно-хімічні реакції, внаслідок яких розриваються хімічні зв'язки і утворюються вільні радикали (Н⁺, ОН^-, НО₂, Н₂О₂). Вільні радикали мають велику хімічну активність і вступають в реакції з ферментами та тканинними білками, окиснюючи та відновлюючи їх; порушуються біохімічні та обмінні процеси в органах і тканинах та накопичуються шкідливі для організму речовини; руйнуються білкові молекули, порушується дія ферментних систем та тканинне дихання;

• другий етап триває від декількох секунд до декількох годин і пов'язаний з дією іонізуючого випромінювання на клітини організму. Внаслідок цього ушкоджуються структурні елементи ядер клітин, у першу чергу ДНК, ушкоджуються хромосоми, які є носіями спадкової інформації, виникають хромосомні аберації, що зумовлюють онкогенні та генетичні зміни;

• третій етап характеризує вплив випромі­нювання на організм загалом. Наслідки цього впливу можуть виявлятися через кілька хвилин, далі посилюватись і реалізовуватись через багато років.

Найбільш чутливими до радіації є кровотворна система, формені елементи крові, лімфоцити, залози кишок, статеві органи, епітелій шкіри та кришталик ока, а менш чутливі — хрящі, внутрішні органи, м'язи, нервові клітини.

Ушкоджувальна дія радіації залежить від дози опромінення, її потужності, тобто навіть великі дози, діючи тривалий час, спричиняють менше ушкодження, ніж такі ж дози, поглинуті за короткий час.

Велика загроза зовнішнього опромінення зумовлена наявністю у довкіллі високої концентрації йоду-131. Засобом проти акумуляції радіоактивного йоду в органах і тканинах, особливо в щитовидній залозі, є вживання його нерадіоактивних аналогів, наприклад йодиду калію. їжа має бути різноманітною, повноцінною, містити вітаміни, мікро- і макроелементи (натрій, калій, кальцій, фосфор тощо), які є конкурентними антагоністами певних радіонуклідів. Наприклад, кальцій є іонним конкурентом радіоактивних стронцію і радію. Тому достатня кількість кальцію в організмі зменшує акумулювання стронцію і радію та пришвидшує їх виведення з організму.

Конкурентом цезію-137 є калій. Споживаючи продукти, які містять багато калію (баклажани, горох, картопля, помідори тощо), можна зменшити накопичення радіоактивного цезію в критичних органах.

Вітаміни є антиоксидантами і захищають біологічні речовини від окиснення. Чим менше в клітинах кисню, тим вони менш чутливі до дії радіації. Слід споживати продукти, які багаті на вітаміни А, Е, Р, С, групи В.

Існують також хімічні препарати, які захищають людину від дії радіації. Вони називаються радіопротекторами. Ці речовини зменшують радіочутливість організму, сповільнюють радіохімічні реакції, захищають від ушкодження ферменти, нейтралізують вільні радикали.

Захист від зовнішнього рентгенівського, γ- та нейтронного випромінювання здійснюється завдяки комбінації трьох чинників: часу, відстані, екрану. Між тривалістю дії випромінювання та поглинутою дозою виявляється лінійна залежність. Інтенсивність дози зменшується пропорційно до квадрату відстані від джерела випромінювання.

Екрани для захисту від рентгенівського та γ-випромінювання добирають, беручи до уваги густину речовин, а також концентрацію в них електронів. Для цього найкраще використовувати свинець. Захист від нейтронів забезпечують речовини, які містять компоненти, що поглинають нейтрони, наприклад бор, кадмій тощо.