10.4. Биологическое действие ионизирующих излучений

Биологическое действие ионизирующих излучений на живой организм начинается на клеточном уровне. Живой организм состоит из клеток. Клетка состоит из клеточной оболочки, окружающей студенистую массу – цитоплазму, в которой заключено более плотное ядро. Цитоплазма состоит из органических соединений белкового характера, образующих пространственную решетку, ячейки которой заполняют вода, растворенные в ней соли и относительно малые молекулы липидов – веществ по свойствам подобным жирам. Ядро считается наиболее чувствительной жизненно важной частью клетки, а основными его структурными элементами являются хромосомы, в основе строения которых находится молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В ней заключена наследственная информация организма. Отдельные участки ДНК, ответственные за формирование определенного элементарного признака, называются генами. Гены расположены в хромосомах в строго определенном порядке, и каждому организму соответствует определенный набор хромосом в каждой клетке. У человека каждая клетка содержит 23 пары хромосом. При делении клеток (митозе) хромосомы удваиваются и в определенном порядке располагаются в дочерних клетках.

Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом (хромосомные аберрации), за которыми происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это и приводит к изменению генного аппарата и образованию дочерних клеток, неодинаковых с исходными. Если стойкие хромосомные аберрации происходят в половых клетках, то это ведет к мутациям,

то есть появлению потомства с другими признаками. Мутации полезны, если они приводят к повышению жизнестойкости организма, и вредны, если проявляются в виде различных врожденных пороков. Практика показывает, что при действии ионизирующих излучений вероятность возникновения полезных мутаций мала.

Вместе с тем следует отметить, что в любой клетке обнаружены непрерывно действующие процессы исправления химических повреждений в молекулах ДНК. Необходимо произвести семь разрушений структуры ДНК, чтобы она не могла восстановиться и произошла мутация. При меньшем числе разрывов ДНК восстанавливается в прежнем виде, что указывает на высокую прочность генов по отношению к внешним воздействиям,

в том числе и ионизирующим излучениям.

Начальным этапом биологического действия ионизирующих излучений является ионизация атомов и молекул живой материи. Особая роль принадлежит ионизации воды, которая составляет более 70 % объема всех органов и тканей.

В результате ионизации молекул воды (радиолиза) образуются свободные радикалы Н и ОН, которые могут вступать в реакции с веществами, способными как окисляться, так и восстанавливаться. Эти радикалы, вступая в реакции с активными структурами ферментных систем – сульфгидрильными группами S-Н, превращают их в неактивные дисульфидные S=S, в результате чего нарушается каталитическая активность ферментных систем, имеющих важное значение в жизнедеятельности организма.

В итоге происходит нарушение обменных процессов, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые соединения, не свойственные организму.

Распределение радиоактивных веществ в организме зависит от их физико-химических свойств и функционального состояния организма. Так, например, радиоактивный йод (J¹³¹) накапливается в щитовидной железе, стронций (Sr⁹⁰) – в костях, натрий (Nа²⁴) и цезий(Сs¹³⁷) распределяются равномерно. Накопление радиоактивных веществ в отдельных органах и тканях обусловливает патологические изменения в них, например злокачественные новообразования.

Выделение радиоактивных веществ из организма происходит через почки, желудочно-кишечный тракт, газообразные изотопы выделяются через дыхательные пути. Некоторые вещества могут выделяться слизистой оболочкой рта, кожей, молочными железами. Но многие элементы (стронций, торий, радий) выделяются медленно, надолго задерживаются в организме, депонируясь в нем.

Патологические процессы, возникающие под воздействием ионизирующих излучений, могут проявиться в острой или хронической форме лучевой болезни.

Острая лучевая болезнь характеризуется как общетоксическими симптомами (слабость, утомляемость, тошнота), так и специфическими признаками поражения кроветворных органов, желудочно-кишечного тракта, центральной нервной системы.

Хроническая лучевая болезнь является результатом длительного внешнего или внутреннего облучения в дозах, превышающих предельно допустимые. В начальной стадии хронической лучевой болезни характерны головные боли, вялость, нарушения сна и аппетита. На второй стадии эти симптомы усиливаются, происходят нарушения обмена веществ, функций желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы. На третьей стадии резко усиливаются все перечисленные признаки, а также нарушается деятельность половых желез, происходят кровоизлияния, выпадение волос. Отдаленными последствиями лучевой болезни являются злокачественные образования и болезни кроветворных органов.

Следует отметить, что человек постоянно подвергается облучению естественным фоном излучения, состоящим из космического излучения и излучения естественно распределенных природных радиоактивных веществ (на поверхности земли, в приземной атмосфере, в воде и др.). Для 95 % населения земного шара годовая эффективная доза внешнего облучения, обусловленная гамма-излучением естественных радионуклидов, составляет в среднем 0,35 мЗв. Мощность эффективной дозы от природных источников на территории России находится в пределах 0,05–0,1 мкЗв/ч. Кроме естественного облучения, человек облучается и другими источниками, например при производстве рентгеновских снимков.

Однократное облучение до 0,25 Зв не вызывает видимых нарушений в организме. При дозе 0,25–0,5 Зв могут наблюдаться временные изменения в крови, которые, впрочем, быстро нормализуются. В интервале 0,5–1,5 Зв возникает чувство усталости, менее, чем у 10 % облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови. При дозе 1,5–2,0 Зв наблюдается легкая форма острой лучевой болезни, которая проявляется продолжительной лимфопенией, в 30–50 % случаев – рвота в первые сутки после облучения, но смертельных исходов не наблюдается. В интервале 2,0–4,0 Зв регистрируется потеря трудоспособности, возможны смертельные исходы. При дозе 4,0–5,0 Зв смертельные случаи составляют 50 % от общего числа пострадавших, а при 6 Зв и более – смертельные случаи достигают 100 % общего числа пострадавших.